Preučevanje zgodovine diskov je začetek poti do razumevanja principov delovanja pogonov SSD. Prvi del naše serije člankov, »Uvod v SSD-je«, bo popeljal skozi zgodovino in vam omogočil, da jasno razumete razliko med SSD-jem in njegovim najbližjim tekmecem, trdim diskom.
Kljub obilici različnih naprav za shranjevanje informacij je priljubljenost HDD in SSD v našem času nesporna. Razlika med tema dvema vrstama pogonov je povprečnemu človeku očitna: SSD je dražji in hitrejši, HDD pa cenejši in prostornejši.
Posebno pozornost je treba nameniti merski enoti za zmogljivost shranjevanja: zgodovinsko gledano so decimalne predpone, kot sta kilo in mega, v kontekstu informacijske tehnologije razumljene kot deseta in dvajseta potenca dvojke. Da bi odpravili zmedo, so uvedli binarne predpone kibi-, mebi- in druge. Razlika med temi set-top boxi postane opazna, ko se glasnost poveča: ob nakupu 240 gigabajtnega diska lahko nanj shranite 223.5 gigabajtov informacij.
Potopite se v zgodovino
Razvoj prvega trdega diska je leta 1952 začel IBM. 14. septembra 1956 je bil objavljen končni rezultat razvoja - IBM 350 Model 1. Pogon je vseboval 3.75 mebibajtov podatkov z zelo neskromnimi dimenzijami: 172 centimetrov v višino, 152 centimetrov v dolžino in 74 centimetrov v širino. V notranjosti je bilo 50 tankih diskov, prevlečenih s čistim železom, s premerom 610 mm (24 palcev). Povprečni čas iskanja podatkov na disku je trajal ~600 ms.
Sčasoma je IBM vztrajno izboljševal tehnologijo. Uveden leta 1961 s kapaciteto 18.75 megabajtov z bralnimi glavami na vsakem krožniku. IN pojavile so se odstranljive diskovne kartuše, od leta 1970 pa je bil v IBM 3330 uveden sistem za odkrivanje in odpravljanje napak. Tri leta kasneje se je pojavil znan kot "Winchester".
Winchester (iz angleške puške Winchester) - splošno ime za puške in šibrenice, ki jih je proizvajalo Winchester Repeating Arms Company v ZDA v drugi polovici 19. stoletja. To so bile ene prvih repetitorskih pušk, ki so postale izjemno priljubljene med kupci. Svoje ime so dobili po ustanovitelju podjetja Oliverju Fisherju Winchesterju.
IBM 3340 je bil sestavljen iz dveh vreten po 30 MiB, zato je inženirji so ta disk poimenovali "30-30". Ime je spominjalo na puško Winchester Model 1894 z nabojem .30-30 Winchester, zaradi česar je Kenneth Haughton, ki je vodil razvoj IBM 3340, rekel: "Če je 30-30, mora biti Winchester." a 30 -30, potem mora biti Winchester."). Od takrat se ne samo puške, ampak tudi trdi diski imenujejo "trdi diski".
Še tri leta kasneje je bil izdan IBM 3350 "Madrid" s 14-palčnimi ploščami in dostopnim časom 25 ms.
Dataram je leta 1976 ustvaril prvi pogon SSD. Pogon Dataram BulkCore je bil sestavljen iz ohišja z osmimi pomnilniškimi ključki RAM s kapaciteto 256 KiB vsak. V primerjavi s prvim trdim diskom je bil BulkCore majhen: 50,8 cm dolg, 48,26 cm širok in 40 cm visok. Hkrati je bil čas dostopa do podatkov v tem modelu le 750 ns, kar je 30000-krat hitreje od najsodobnejšega HDD pogona v tistem času.
Leta 1978 je bilo ustanovljeno podjetje Shugart Technology, ki se je leto kasneje preimenovalo v Seagate Technology, da bi se izognilo konfliktom s Shugart Associates. Po dveh letih dela je Seagate izdal ST-506 - prvi trdi disk za osebne računalnike v 5.25-palčni obliki in s kapaciteto 5 MiB.
Poleg pojava Shugart Technology si je leto 1978 zapomnilo po izdaji prvega Enterprise SSD-ja podjetja StorageTek. StorageTek STC 4305 je hranil 45 MiB podatkov. Ta SSD je bil razvit kot zamenjava za IBM 2305, imel je podobne dimenzije in je stal neverjetnih 400 dolarjev.
Leta 1982 je SSD vstopil na trg osebnih računalnikov. Podjetje Axlon posebej za Apple II razvija SSD disk na RAM čipih, imenovan RAMDISK 320. Ker je bil pogon ustvarjen na osnovi hlapnega pomnilnika, je bila v kompletu priložena baterija za ohranjanje varnosti informacij. Zmogljivost baterije je zadostovala za 3 ure avtonomnega delovanja v primeru izpada električne energije.
Leto kasneje bo Rodime izdal prvi trdi disk RO352 10 MiB v 3.5-palčni obliki, ki jo poznajo sodobni uporabniki. Kljub temu, da gre za prvi komercialni pogon v tej obliki, Rodime v bistvu ni naredil nič inovativnega.
Za prvi izdelek v tej obliki se šteje disketni pogon, ki so ga predstavili Tandon in Shugart Associates. Še več, Seagate in MiniScribe sta se strinjala, da sprejmeta 3.5-palčni industrijski standard, s čimer sta za seboj pustila Rodime, ki se je soočil z usodo "patentnega trola" in popolnim izstopom iz industrije proizvodnje pogonov.
Leta 1980 je Toshibin inženir, profesor Fujio Masuoka, registriral patent za novo vrsto pomnilnika, imenovanega NOR Flash memory. Razvoj je trajal 4 leta.
NOR spomin je klasična 2D matrika vodnikov, v katerem je ena celica nameščena na presečišču vrstic in stolpcev (analogno pomnilniku na magnetnih jedrih).
Leta 1984 je profesor Masuoka govoril o svojem izumu na mednarodnem srečanju razvijalcev elektronike, kjer je Intel hitro prepoznal obetavnost tega razvoja. Toshiba, kjer je delal profesor Masuoka, Flash pomnilnika ni imela za nič posebnega in je zato ustregla Intelovi zahtevi, da naredi več prototipov za študij.
Intelovo zanimanje za Fujiov razvoj je spodbudilo Toshibo, da dodeli pet inženirjev, ki bodo profesorju pomagali rešiti problem komercializacije izuma. Intel pa je tristo zaposlenih vključil v ustvarjanje lastne različice pomnilnika Flash.
Medtem ko sta Intel in Toshiba razvijala razvoj na področju pomnilnika Flash, sta se leta 1986 zgodila dva pomembna dogodka. Prvič, SCSI, nabor konvencij za komunikacijo med računalniki in perifernimi napravami, je bil uradno standardiziran. Drugič, razvit je bil vmesnik AT Attachment (ATA), znan pod blagovno znamko Integrated Drive Electronics (IDE), zahvaljujoč kateremu je bil krmilnik pogona premaknjen znotraj pogona.
Tri leta je Fujio Mausoka delal na izboljšanju tehnologije pomnilnika Flash in do leta 1987 razvil pomnilnik NAND.
Pomnilnik NAND je enak pomnilnik NOR, organiziran v tridimenzionalno polje. Glavna razlika je bila v tem, da je algoritem za dostop do posamezne celice postal kompleksnejši, površina celice se je zmanjšala, skupna zmogljivost pa se je znatno povečala.
Leto pozneje je Intel razvil lasten pomnilnik NOR Flash, Digipro pa je na njem izdelal pogon z imenom Flashdisk. Prva različica Flashdiska v največji konfiguraciji je vsebovala 16 MiB podatkov in stala manj kot 500 $
V poznih 80. in zgodnjih 90. letih prejšnjega stoletja so proizvajalci trdih diskov tekmovali v izdelavi manjših diskov. Leta 1989 je PrairieTek izdal pogon PrairieTek 220 20 MiB v 2.5-palčni obliki. Dve leti kasneje Integral Peripherals ustvari ploščo Integral Peripherals 1820 "Mustang" z enako prostornino, vendar že 1.8 palca. Leto pozneje je Hewlett-Packard zmanjšal velikost diska na 1.3 palca.
Seagate je ostal zvest diskom v 3.5-palčnem formatu in se zanašal na naraščajoče vrtilne hitrosti ter leta 1992 izdal svoj znameniti model Barracuda, prvi trdi disk s hitrostjo vretena 7200 vrt/min. Toda Seagate se ni nameraval ustaviti pri tem. Leta 1996 so pogoni iz linije Seagate Cheetah dosegli hitrost vrtenja 10000 vrtljajev na minuto, štiri leta pozneje pa se je modifikacija X15 zavrtela do 15000 vrtljajev na minuto.
Leta 2000 je vmesnik ATA postal znan kot PATA. Razlog za to je bil pojav vmesnika Serial ATA (SATA) z bolj kompaktnimi žicami, podporo za vročo zamenjavo in povečano hitrostjo prenosa podatkov. Seagate je tudi tu prevzel vodstvo, saj je leta 2002 izdal prvi trdi disk s takim vmesnikom.
Flash pomnilnik je bil sprva zelo drag za proizvodnjo, vendar so stroški močno upadli v začetku leta 2000. Transcend je to izkoristil in leta 2003 izdal pogone SSD s kapaciteto od 16 do 512 MiB. Tri leta pozneje sta se masovni proizvodnji pridružila Samsung in SanDisk. Istega leta je IBM svoj oddelek za diske prodal Hitachiju.
Pogoni SSD so dobivali zagon in pojavila se je očitna težava: vmesnik SATA je bil počasnejši od samih diskov SSD. Da bi rešili to težavo, je delovna skupina NVM Express začela razvijati NVMe - specifikacijo za dostopne protokole za SSD neposredno preko vodila PCIe, mimo "posrednika" v obliki krmilnika SATA. To bi omogočilo dostop do podatkov pri hitrosti vodila PCIe. Dve leti kasneje je bila pripravljena prva različica specifikacije, leto kasneje pa se je pojavil prvi pogon NVMe.
Razlike med sodobnimi SSD in HDD
Na fizični ravni je razlika med SSD in HDD zlahka opazna: SSD nima mehanskih elementov, informacije pa so shranjene v pomnilniških celicah. Odsotnost gibljivih elementov vodi do hitrega dostopa do podatkov v katerem koli delu pomnilnika, vendar obstaja omejitev števila ciklov prepisovanja. Zaradi omejenega števila ciklov ponovnega pisanja za vsako pomnilniško celico je potreben mehanizem za uravnoteženje – izravnava obrabe celic s prenosom podatkov med celicami. To delo opravlja krmilnik diska.
Za izvedbo uravnoteženja mora krmilnik SSD vedeti, katere celice so zasedene in katere proste. Krmilnik lahko sam sledi zapisu podatkov v celico, česar pa ne moremo reči za brisanje. Kot veste, operacijski sistemi (OS) ne izbrišejo podatkov z diska, ko uporabnik izbriše datoteko, ampak označijo ustrezna pomnilniška področja kot prosta. Ta rešitev odpravlja potrebo po čakanju na operacijo diska pri uporabi trdega diska, vendar je popolnoma neprimerna za delovanje diska SSD. Krmilnik pogona SSD deluje z bajti, ne z datotečnimi sistemi, zato zahteva ločeno sporočilo, ko je datoteka izbrisana.
Tako se je pojavil ukaz TRIM (angleško - trim), s katerim OS obvesti krmilnik diska SSD, da sprosti določeno pomnilniško področje. Ukaz TRIM trajno izbriše podatke z diska. Vsi operacijski sistemi ne znajo poslati tega ukaza pogonom SSD, krmilniki strojne opreme RAID v načinu diskovnega polja pa nikoli ne pošljejo TRIM na diske.
Se nadaljuje ...
V naslednjih delih bomo govorili o faktorjih oblike, povezovalnih vmesnikih in notranji organizaciji pogonov SSD.
V našem laboratoriju Neodvisno lahko preizkusite sodobne HDD in SSD pogone in naredite svoje zaključke.
V anketi lahko sodelujejo samo registrirani uporabniki. , prosim.
Mislite, da bo SSD lahko izpodrinil HDD?
-
71.2%Da, SSD-ji so prihodnost396
-
7.5%Ne, obdobje magnetno-optičnih HDD42 je pred nami
-
21.2%Zmagala bo hibridna različica HDD + SSD118
Glasovalo je 556 uporabnikov. 72 uporabnika sta se vzdržala.
Vir: www.habr.com