Studierea istoriei discurilor este începutul călătoriei către înțelegerea principiilor de funcționare a unităților SSD. Prima parte a seriei noastre de articole, „Introducere în SSD-uri”, va face un tur al istoriei și vă va permite să înțelegeți clar diferența dintre un SSD și cel mai apropiat concurent al său, HDD.
În ciuda abundenței diverselor dispozitive pentru stocarea informațiilor, popularitatea HDD-urilor și a SSD-urilor în vremea noastră este incontestabilă. Diferența dintre aceste două tipuri de unități este evidentă pentru omul obișnuit: SSD-ul este mai scump și mai rapid, în timp ce HDD-ul este mai ieftin și mai spațios.
O atenție deosebită trebuie acordată unității de măsură pentru capacitatea de stocare: din punct de vedere istoric, prefixele zecimale precum kilo și mega sunt înțelese în contextul tehnologiei informației ca a zecea și a douăzecea putere a lui doi. Pentru a evita confuzia, au fost introduse prefixele binare kibi-, mebi- și altele. Diferența dintre aceste set-top box-uri devine vizibilă pe măsură ce volumul crește: atunci când cumpărați un disc de 240 de gigaocteți, puteți stoca 223.5 gigaocteți de informații pe acesta.
Scufundați-vă în istorie
Dezvoltarea primului hard disk a început în 1952 de către IBM. Pe 14 septembrie 1956 a fost anunțat rezultatul final al dezvoltării - IBM 350 Model 1. Unitatea conținea 3.75 mebibytes de date cu dimensiuni foarte nemodeste: 172 centimetri înălțime, 152 centimetri în lungime și 74 centimetri în lățime. În interior erau 50 de discuri subțiri acoperite cu fier pur cu un diametru de 610 mm (24 inci). Timpul mediu de căutare a datelor de pe disc a durat ~600 ms.
Pe măsură ce timpul a trecut, IBM a îmbunătățit constant tehnologia. Introdus în 1961 cu o capacitate de 18.75 megaocteți cu capete de citire pe fiecare platou. ÎN Au apărut cartușe de disc amovibile, iar din 1970, în IBM 3330 a fost introdus un sistem de detectare și corectare a erorilor. Trei ani mai târziu a apărut cunoscut sub numele de „Winchester”.
Winchester (din pușca engleză Winchester) - denumirea generală a puștilor și puștilor fabricate de Winchester Repeating Arms Company în SUA în a doua jumătate a secolului al XIX-lea. Acestea au fost una dintre primele puști repetate care au devenit extrem de populare în rândul cumpărătorilor. Își datorau numele fondatorului companiei, Oliver Fisher Winchester.
IBM 3340 a constat din două fusuri de 30 MiB fiecare, motiv pentru care inginerii au numit acest disc „30-30”. Numele amintea de pușca Winchester Model 1894 cu camera Winchester .30-30, ceea ce l-a determinat pe Kenneth Haughton, care a condus dezvoltarea IBM 3340, să spună „Dacă este un 30-30, trebuie să fie un Winchester”. -30, atunci trebuie să fie un Winchester.”). De atunci, nu numai puștile, ci și hard disk-urile au fost numite „hard disk-uri”.
Încă trei ani mai târziu, IBM 3350 „Madrid” a fost lansat cu platouri de 14 inchi și un timp de acces de 25 ms.
Prima unitate SSD a fost creată de Dataram în 1976. Unitatea Dataram BulkCore a constat dintr-un șasiu cu opt stick-uri de memorie RAM cu o capacitate de 256 KiB fiecare. În comparație cu primul hard disk, BulkCore era minuscul: 50,8 cm lungime, 48,26 cm lățime și 40 cm înălțime. În același timp, timpul de acces la date în acest model a fost de numai 750 ns, ceea ce este de 30000 de ori mai rapid decât cel mai modern HDD de la acea vreme.
În 1978, a fost fondată Shugart Technology, care un an mai târziu și-a schimbat numele în Seagate Technology pentru a evita conflictele cu Shugart Associates. După doi ani de muncă, Seagate a lansat ST-506 - primul hard disk pentru computere personale în format de 5.25 inci și cu o capacitate de 5 MiB.
Pe lângă apariția tehnologiei Shugart, 1978 a fost amintit pentru lansarea primului SSD Enterprise de la StorageTek. StorageTek STC 4305 deținea 45 MiB de date. Acest SSD a fost dezvoltat ca înlocuitor pentru IBM 2305, avea dimensiuni similare și a costat incredibil de 400 USD.
În 1982, SSD a intrat pe piața computerelor personale. Compania Axlon dezvoltă un disc SSD pe cipuri RAM numit RAMDISK 320 special pentru Apple II Deoarece unitatea a fost creată pe baza unei memorie volatile, în kit a fost furnizată o baterie pentru a menține siguranța informațiilor. Capacitatea bateriei a fost suficientă pentru 3 ore de funcționare autonomă în caz de pierdere a puterii.
Un an mai târziu, Rodime va lansa primul hard disk RO352 de 10 MiB în formatul de 3.5 inchi, familiar utilizatorilor moderni. În ciuda faptului că aceasta este prima unitate comercială cu acest factor de formă, Rodime nu a făcut nimic inovator.
Primul produs din acest factor de formă este considerat a fi o unitate de dischetă introdusă de Tandon și Shugart Associates. Mai mult, Seagate și MiniScribe au convenit să adopte standardul industrial de 3.5 inci, lăsând în urmă Rodime, care s-a confruntat cu soarta unui „troll de brevet” și a unei ieșiri complete din industria producției de drive.
În 1980, inginerul Toshiba, profesorul Fujio Masuoka, a înregistrat un brevet pentru un nou tip de memorie numit memorie flash NOR. Dezvoltarea a durat 4 ani.
Memoria NOR este o matrice clasică 2D de conductori, în care o celulă este instalată la intersecția rândurilor și coloanelor (analog cu memoria pe miezurile magnetice).
În 1984, profesorul Masuoka a vorbit despre invenția sa la International Electronics Developers Meeting, unde Intel a recunoscut rapid promisiunea acestei dezvoltări. Toshiba, unde lucra profesorul Masuoka, nu a considerat memoria flash ceva special și, prin urmare, a respectat cererea Intel de a realiza mai multe prototipuri pentru studiu.
Interesul Intel pentru dezvoltarea Fujio a determinat Toshiba să aloce cinci ingineri pentru a-l ajuta pe profesor să rezolve problema comercializării invenției. Intel, la rândul său, a angajat trei sute de angajați să creeze propria sa versiune de memorie Flash.
În timp ce Intel și Toshiba dezvoltau dezvoltări în domeniul stocării Flash, în 1986 au avut loc două evenimente importante. În primul rând, SCSI, un set de convenții pentru comunicarea între computere și dispozitive periferice, a fost standardizat oficial. În al doilea rând, a fost dezvoltată interfața AT Attachment (ATA), cunoscută sub numele de marcă Integrated Drive Electronics (IDE), datorită căreia controlerul unității a fost mutat în interiorul unității.
Timp de trei ani, Fujio Mausoka a lucrat pentru a îmbunătăți tehnologia memoriei Flash și până în 1987 a dezvoltat memoria NAND.
Memoria NAND este aceeași memorie NOR, organizată într-o matrice tridimensională. Principala diferență a fost că algoritmul de accesare a fiecărei celule a devenit mai complex, aria celulei a devenit mai mică, iar capacitatea totală a crescut semnificativ.
Un an mai târziu, Intel și-a dezvoltat propria memorie flash NOR, iar Digipro a creat pe ea o unitate numită Flashdisk. Prima versiune de Flashdisk în configurația sa maximă conținea 16 MiB de date și costa mai puțin de 500 USD
La sfârșitul anilor 80 și începutul anilor 90, producătorii de hard disk s-au întrecut pentru a face unități mai mici. În 1989, PrairieTek a lansat unitatea PrairieTek 220 20 MiB într-un factor de formă de 2.5 inchi. Doi ani mai târziu, Integral Peripherals creează discul Integral Peripherals 1820 „Mustang” cu același volum, dar deja de 1.8 inci. Un an mai târziu, Hewlett-Packard a redus dimensiunea discului la 1.3 inci.
Seagate a rămas fidel unităților cu factor de formă de 3.5 inchi și s-a bazat pe viteze de rotație crescânde, lansând faimosul său model Barracuda în 1992, primul hard disk cu o viteză a axului de 7200 rpm. Dar Seagate nu avea de gând să se oprească aici. În 1996, unitățile de pe linia Seagate Cheetah au atins o viteză de rotație de 10000 rpm, iar patru ani mai târziu, modificarea X15 s-a rotit până la 15000 rpm.
În 2000, interfața ATA a devenit cunoscută sub numele de PATA. Motivul pentru aceasta a fost apariția interfeței Serial ATA (SATA) cu fire mai compacte, suport hot-swap și viteză crescută de transfer de date. Seagate a preluat conducerea și aici, lansând primul hard disk cu o astfel de interfață în 2002.
Memoria flash a fost inițial foarte costisitoare de produs, dar costurile au scăzut brusc la începutul anilor 2000. Transcend a profitat de acest lucru, lansând unități SSD cu capacități cuprinse între 2003 și 16 MiB în 512. Trei ani mai târziu, Samsung și SanDisk s-au alăturat producției de masă. În același an, IBM și-a vândut divizia de discuri către Hitachi.
Unitățile Solid State câștigau amploare și era o problemă evidentă: interfața SATA era mai lentă decât SSD-urile în sine. Pentru a rezolva această problemă, NVM Express Workgroup a început să dezvolte NVMe - o specificație pentru protocoalele de acces pentru SSD-uri direct prin magistrala PCIe, ocolind „intermediarul” sub forma unui controler SATA. Acest lucru ar permite accesul la date la viteze de magistrală PCIe. Doi ani mai târziu, prima versiune a specificației a fost gata, iar un an mai târziu a apărut prima unitate NVMe.
Diferențele dintre SSD-urile și HDD-urile moderne
La nivel fizic, diferența dintre un SSD și un HDD este ușor de observat: un SSD nu are elemente mecanice, iar informațiile sunt stocate în celule de memorie. Absența elementelor în mișcare duce la accesul rapid la date în orice parte a memoriei, cu toate acestea, există o limită a numărului de cicluri de rescriere. Datorită numărului limitat de cicluri de rescriere pentru fiecare celulă de memorie, este nevoie de un mecanism de echilibrare - egalizarea uzurii celulelor prin transferul de date între celule. Această activitate este efectuată de controlerul de disc.
Pentru a efectua echilibrarea, controlerul SSD trebuie să știe ce celule sunt ocupate și care sunt libere. Controlerul este capabil să urmărească înregistrarea datelor într-o celulă în sine, ceea ce nu se poate spune despre ștergere. După cum știți, sistemele de operare (OS) nu șterg datele de pe disc atunci când utilizatorul șterge un fișier, ci marchează zonele de memorie corespunzătoare ca libere. Această soluție elimină necesitatea de a aștepta o funcționare pe disc atunci când se utilizează un HDD, dar este complet nepotrivită pentru operarea unui SSD. Controlerul unității SSD funcționează cu octeți, nu cu sisteme de fișiere și, prin urmare, necesită un mesaj separat atunci când un fișier este șters.
Așa a apărut comanda TRIM (engleză - trim), cu care sistemul de operare anunță controlerul de disc SSD să elibereze o anumită zonă de memorie. Comanda TRIM șterge definitiv datele de pe un disc. Nu toate sistemele de operare știu să trimită această comandă către unitățile SSD, iar controlerele RAID hardware în modul matrice de discuri nu trimit niciodată TRIM pe discuri.
Pentru a fi continuat ...
În următoarele părți vom vorbi despre factorii de formă, interfețele de conectare și organizarea internă a unităților SSD.
În laboratorul nostru Puteți testa în mod independent unitățile HDD și SSD moderne și puteți trage propriile concluzii.
Numai utilizatorii înregistrați pot participa la sondaj. , Vă rog.
Crezi că SSD-ul va putea înlocui HDD-ul?
-
71.2%Da, SSD-urile sunt viitorul396
-
7.5%Nu, era HDD42 magneto-optică este înainte
-
21.2%Versiunea hibridă HDD + SSD118 va câștiga
Au votat 556 utilizatori. 72 utilizatori s-au abținut.
Sursa: www.habr.com