Štúdium histórie diskov je začiatkom cesty k pochopeniu princípov fungovania SSD diskov. Prvá časť našej série článkov „Úvod do SSD“ vás prevedie históriou a umožní vám jasne pochopiť rozdiel medzi SSD a jeho najbližším konkurentom, HDD.
Napriek množstvu rôznych zariadení na ukladanie informácií je popularita HDD a SSD v našej dobe nepopierateľná. Rozdiel medzi týmito dvoma typmi diskov je pre bežného človeka zrejmý: SSD je drahší a rýchlejší, zatiaľ čo HDD je lacnejší a priestrannejší.
Osobitnú pozornosť treba venovať jednotke merania úložnej kapacity: historicky sa desatinné predpony ako kilo a mega chápu v kontexte informačných technológií ako desiata a dvadsiata mocnina dvojky. Na odstránenie zmätku boli zavedené binárne predpony kibi-, mebi- a iné. Rozdiel medzi týmito set-top boxmi je badateľný so zvyšujúcim sa objemom: pri kúpe 240 gigabajtového disku naň môžete uložiť 223.5 gigabajtov informácií.
Ponorte sa do histórie
Vývoj prvého pevného disku začal v roku 1952 spoločnosťou IBM. 14. septembra 1956 bol oznámený konečný výsledok vývoja - IBM 350 Model 1. Disk obsahoval 3.75 mebibajtov dát s veľmi neskromnými rozmermi: 172 centimetrov na výšku, 152 centimetrov na dĺžku a 74 centimetrov na šírku. Vo vnútri bolo 50 tenkých diskov potiahnutých čistým železom s priemerom 610 mm (24 palcov). Priemerný čas vyhľadávania údajov na disku trval ~600 ms.
Ako čas plynul, IBM túto technológiu neustále zlepšovala. Predstavený v roku 1961 s kapacitou 18.75 megabajtov s čítacími hlavami na každom tanieri. IN objavili sa vymeniteľné diskové kazety a od roku 1970 bol do IBM 3330 zavedený systém detekcie a opravy chýb. O tri roky neskôr sa objavil známy ako „Winchester“.
Winchester (z anglickej pušky Winchester) - všeobecný názov pre pušky a brokovnice vyrábané firmou Winchester Repeating Arms Company v USA v druhej polovici XNUMX. storočia. Boli to jedny z prvých opakovacích brokovníc, ktoré sa medzi kupujúcimi stali mimoriadne obľúbenými. Za svoje meno vďačili zakladateľovi spoločnosti Oliverovi Fisherovi Winchesterovi.
IBM 3340 pozostával z dvoch vretien po 30 MiB, čo je dôvod inžinieri nazvali tento disk „30-30“. Názov pripomínal pušku Winchester Model 1894 s nábojom .30-30 Winchester, čo viedlo Kennetha Haughtona, ktorý viedol vývoj IBM 3340, k tomu, že povedal: „Ak je to 30-30, musí to byť Winchester.“ a 30 -30, potom to musí byť Winchester."). Odvtedy sa nielen pušky, ale aj pevné disky nazývajú „pevné disky“.
O tri roky neskôr bol vydaný IBM 3350 “Madrid” so 14-palcovými platňami a prístupovou dobou 25 ms.
Prvý SSD disk vytvoril Dataram v roku 1976. Disk Dataram BulkCore pozostával zo šasi s ôsmimi pamäťovými kľúčmi RAM s kapacitou 256 kB každý. V porovnaní s prvým pevným diskom bol BulkCore malý: 50,8 cm dlhý, 48,26 cm široký a 40 cm vysoký. Zároveň bola doba prístupu k dátam v tomto modeli iba 750 ns, čo je 30000 XNUMX-krát rýchlejšie ako v tej dobe najmodernejší HDD disk.
V roku 1978 bola založená Shugart Technology, ktorá o rok neskôr zmenila svoj názov na Seagate Technology, aby sa vyhla konfliktom so Shugart Associates. Po dvoch rokoch práce Seagate vydal ST-506 - prvý pevný disk pre osobné počítače v 5.25-palcovom formáte a s kapacitou 5 MiB.
Okrem objavenia sa technológie Shugart sa rok 1978 spomínal aj na vydanie prvého Enterprise SSD od StorageTek. StorageTek STC 4305 uchovával 45 MiB dát. Tento SSD bol vyvinutý ako náhrada za IBM 2305, mal podobné rozmery a stál neuveriteľných 400 000 dolárov.
V roku 1982 vstúpil SSD na trh osobných počítačov. Spoločnosť Axlon špeciálne pre Apple II vyvíja SSD disk na čipoch RAM s názvom RAMDISK 320. Keďže disk bol vytvorený na báze volatilnej pamäte, pre zachovanie bezpečnosti informácií bola v súprave dodávaná batéria. Kapacita batérie stačila na 3 hodiny autonómnej prevádzky v prípade výpadku prúdu.
O rok neskôr Rodime uvedie na trh prvý pevný disk RO352 10 MiB v 3.5-palcovom formáte, ktorý je známy moderným používateľom. Napriek tomu, že ide o prvú komerčnú jazdu v tomto prevedení, Rodime v podstate neurobil nič inovatívne.
Za prvý produkt v tomto prevedení sa považuje disketová mechanika predstavená spoločnosťami Tandon and Shugart Associates. Okrem toho sa Seagate a MiniScribe dohodli na prijatí 3.5-palcového priemyselného štandardu, čím nechali Rodime za sebou, ktorý čelil osudu „patentového trolla“ a úplnému odchodu z priemyslu výroby pohonov.
V roku 1980 inžinier spoločnosti Toshiba, profesor Fujio Masuoka, zaregistroval patent na nový typ pamäte nazývaný pamäť NOR Flash. Vývoj trval 4 roky.
NOR pamäť je klasická 2D matica vodičov, v ktorom je jedna bunka inštalovaná v priesečníku riadkov a stĺpcov (analogicky k pamäti na magnetických jadrách).
V roku 1984 profesor Masuoka hovoril o svojom vynáleze na International Electronics Developers Meeting, kde Intel rýchlo rozpoznal prísľub tohto vývoja. Toshiba, kde profesor Masuoka pôsobil, nepovažovala Flash pamäte za nič výnimočné, a preto vyhovela požiadavke Intelu vyrobiť niekoľko prototypov na štúdium.
Záujem Intelu o vývoj Fujio podnietil Toshibu, aby pridelila päť inžinierov, aby pomohli profesorovi vyriešiť problém komercializácie vynálezu. Intel zasa hodil tristo zamestnancov do vytvorenia vlastnej verzie Flash pamäte.
Zatiaľ čo spoločnosti Intel a Toshiba vyvíjali vývoj v oblasti úložísk Flash, v roku 1986 došlo k dvom dôležitým udalostiam. Po prvé, SCSI, súbor konvencií na komunikáciu medzi počítačmi a periférnymi zariadeniami, bol oficiálne štandardizovaný. V druhom rade bolo vyvinuté rozhranie AT Attachment (ATA), známe pod značkou Integrated Drive Electronics (IDE), vďaka ktorému sa radič disku presunul do vnútra disku.
Fujio Mausoka tri roky pracoval na zlepšení technológie pamäte Flash a do roku 1987 vyvinul pamäť NAND.
Pamäť NAND je rovnaká pamäť NOR, usporiadaná do trojrozmerného poľa. Hlavným rozdielom bolo, že algoritmus prístupu ku každej bunke sa stal zložitejším, plocha bunky sa zmenšila a celková kapacita sa výrazne zvýšila.
O rok neskôr Intel vyvinul vlastnú pamäť NOR Flash a Digipro na nej vyrobilo disk s názvom Flashdisk. Prvá verzia Flashdisku v maximálnej konfigurácii obsahovala 16 MiB dát a stála menej ako 500 dolárov
Koncom 80-tych a začiatkom 90-tych rokov výrobcovia pevných diskov súťažili o to, aby boli disky menšie. V roku 1989 PrairieTek uviedol na trh disk PrairieTek 220 20 MiB v 2.5-palcovom prevedení. O dva roky neskôr Integral Peripherals vytvára disk Integral Peripherals 1820 „Mustang“ s rovnakým objemom, ale už 1.8 palca. O rok neskôr Hewlett-Packard zmenšil veľkosť disku na 1.3 palca.
Seagate zostal verný diskom v 3.5-palcovom formáte a spoliehal sa na zvýšenie rýchlosti otáčania, pričom v roku 1992 uviedol na trh svoj slávny model Barracuda, prvý pevný disk s rýchlosťou vretena 7200 ot./min. Seagate sa tam však nemienil zastaviť. V roku 1996 dosiahli pohony z radu Seagate Cheetah rýchlosť otáčania 10000 15 otáčok za minútu a o štyri roky neskôr sa modifikácia X15000 roztočila až na XNUMX XNUMX otáčok za minútu.
V roku 2000 sa rozhranie ATA stalo známym ako PATA. Dôvodom bol vznik rozhrania Serial ATA (SATA) s kompaktnejšími káblami, podporou hot-swap a zvýšenou rýchlosťou prenosu dát. Prvenstvo tu prevzal aj Seagate, ktorý v roku 2002 vydal prvý pevný disk s takýmto rozhraním.
Výroba flash pamätí bola spočiatku veľmi drahá, ale začiatkom roku 2000 náklady prudko klesli. Transcend to využil a v roku 2003 vydal SSD disky s kapacitou od 16 do 512 MiB. O tri roky neskôr sa k masovej výrobe pripojili Samsung a SanDisk. V tom istom roku IBM predala svoju diskovú divíziu spoločnosti Hitachi.
Jednotky SSD naberali na sile a bol tu zjavný problém: rozhranie SATA bolo pomalšie ako samotné SSD. Na vyriešenie tohto problému začala NVM Express Workgroup vyvíjať NVMe - špecifikáciu prístupových protokolov pre SSD priamo cez zbernicu PCIe, pričom obchádzala „sprostredkovateľa“ vo forme radiča SATA. To by umožnilo prístup k dátam rýchlosťou zbernice PCIe. O dva roky neskôr bola hotová prvá verzia špecifikácie a o rok neskôr sa objavil prvý NVMe disk.
Rozdiely medzi modernými SSD a HDD
Na fyzickej úrovni je rozdiel medzi SSD a HDD ľahko viditeľný: SSD nemá žiadne mechanické prvky a informácie sú uložené v pamäťových bunkách. Absencia pohyblivých prvkov vedie k rýchlemu prístupu k údajom v ktorejkoľvek časti pamäte, avšak počet cyklov prepisu je obmedzený. Kvôli obmedzenému počtu prepisovacích cyklov pre každú pamäťovú bunku je potrebný vyvažovací mechanizmus – vyrovnávanie opotrebovania buniek prenosom dát medzi bunkami. Túto prácu vykonáva radič disku.
Aby bolo možné vykonať vyváženie, musí radič SSD vedieť, ktoré bunky sú obsadené a ktoré sú voľné. Ovládač je schopný sledovať záznam údajov do bunky sám, čo sa nedá povedať o vymazaní. Ako viete, operačné systémy (OS) nevymažú údaje z disku, keď používateľ vymaže súbor, ale označia príslušné oblasti pamäte ako voľné. Toto riešenie odstraňuje nutnosť čakania na operáciu disku pri použití HDD, ale je úplne nevhodné na prevádzku SSD. Radič jednotky SSD pracuje s bajtmi, nie so súborovými systémami, a preto pri odstránení súboru vyžaduje samostatnú správu.
Takto sa objavil príkaz TRIM (anglicky - trim), ktorým OS upozorní radič SSD disku, aby uvoľnil určitú oblasť pamäte. Príkaz TRIM natrvalo vymaže údaje z disku. Nie všetky operačné systémy vedia odoslať tento príkaz na SSD a hardvérové radiče RAID v režime diskového poľa nikdy neposielajú TRIM na disky.
Ak sa chcete pokračovať ...
V nasledujúcich častiach si povieme niečo o tvarových faktoroch, pripojovacích rozhraniach a vnútornej organizácii SSD diskov.
V našom laboratóriu Môžete nezávisle testovať moderné HDD a SSD disky a vyvodiť si vlastné závery.
Do prieskumu sa môžu zapojiť iba registrovaní užívatelia. Prosím.
Myslíte si, že SSD bude schopný nahradiť HDD?
-
71.2%Áno, SSD sú budúcnosť396
-
7.5%Nie, éra magneto-optických HDD42 je pred nami
-
21.2%Vyhrá hybridná verzia HDD + SSD118
Hlasovalo 556 užívateľov. 72 používatelia sa zdržali hlasovania.
Zdroj: hab.com