🥇Hyrje në SSD. Pjesa 1. Historike

Hyrje në SSD. Pjesa 1. Historia

Studimi i historisë së disqeve është fillimi i rrugës për të kuptuar parimet e funksionimit të njësive të ruajtjes SSD. Pjesa e parë e ciklit tonë të artikujve "Hyrje në SSD" do të bëjë një ekskurs në histori dhe do të lejojë që të kuptohet qartë ndryshimi midis SSD dhe konkurrentit të saj më të afërt — HDD.

Megjithëse ka një mori pajisjesh për ruajtjen e informacionit, popullariteti i HDD dhe SSD në kohët tona është i padiskutueshëm. Ndryshimi mes këtyre dy llojeve të njësive është i qartë për të gjithë: SSD është më i shtrenjtë dhe më i shpejtë, ndërsa HDD është më i lirë dhe më kapacitet të madh.

Një vëmendje e veçantë duhet t'i kushtohet njësi të matjes së kapacitetit të njësive: historikisht, është e zakonshme që prefiksët decimalë si kilo dhe mega në kontekstin e teknologjive informative nënkuptojnë si fuqitë e dhjetë e dy të dyshes. Për të shmangur konfuzionin, janë futur prefiksë binarë si kibi, mebi dhe të tjerë. Ndryshe nga këta prefiksë bëhet e dukshme me rritjen e volumit: duke blerë një disk me 240 gigabajt, ju mund të ruani 223.5 gibibajt informacione.

Zhyti në histori

Zhvillimi i diskut të parë të ngurtë ka filluar në vitin 1952 nga kompania IBM. Më 14 Shtator 1956 u shpall rezultati finale i zhvillimeve — IBM 350 Model 1. Njësia kishte kapacitet 3.75 mebibajt të dhënash me dimensione shumë të mëdha: 172 centimeter në lartësi, 152 centimeter në gjatësi dhe 74 centimeter në gjerësi. Brenda saj ishin 50 disqe të hollë të mbuluar me hekur të pastër me diametër 610 mm (24 inç). Koha mesatare e kërkimit të të dhënave në disk ishte rreth 600 ms.

Koha kalonte dhe IBM vazhdimisht përmirësonte teknologjinë. në vitin 1961 u prezantua IBM 1301 me kapacitet 18.75 megabajt me kokat e leximit në çdo disk. Në IBM 1311 u futën kasetat e diskëve të hiqshme, dhe që nga viti 1970 në IBM 3330 u implementua një sistem për zbulimin dhe korrigjimin e gabimeve. Pas tre vjetësh u shfaq IBM 3340 i njohur si "Winchester".

Winchester (nga anglishtja Winchester rifle) është një emër i përgjithshëm për armët dhe armët e zhurmshme, të prodhuara nga Winchester Repeating Arms Company në SHBA në gjysmën e dytë të shekullit XIX. Këto ishin disa nga armët e para shumëshkallore që fituan popullaritet të madh mes blerësve. Emri i tyre i detyrohet themeluesit të kompanisë — Oliver Fisher Winchester.
IBM 3340 përbëhej nga dy spindla me nga 30 MiB secili, për shkak të së cilës inxhinierët e quajtën këtë disk "30-30". Kjo emër i përkujton armën Winchester Model 1894 me municion .30-30 Winchester, për këtë arsye Kenneth Haughton, drejtuesi i zhvillimit të IBM 3340, tha: "Nëse është 30-30, atëherë duhet të jetë një Winchester." Që nga ajo kohë, "winchester" përdoret për të treguar jo vetëm armët por edhe disqet e ngurta.

Pas tre vjetësh tjetër, doli IBM 3350 "Madrid" me pllaka 14 inç dhe kohë të aksesit prej 25 ms.

SSD-ja e parë u krijua nga kompanija Dataram në vitin 1976. Dataram BulkCore përbëhej nga një shasi me tetë karta RAM me kapacitet prej 256 KiB secila. Krahasuar me disqin e parë të ngurtë, BulkCore ishte shumë i vogël: 50.8 cm gjatësi, 48.26 cm gjerësi dhe 40 cm lartësi. Koha e aksesit për të dhënat në këtë model ishte vetëm 750 ns, çfarë ishte 30,000 herë më e shpejtë se HDD-ja më moderne në atë kohë.

Në vitin 1978 u themelua kompania Shugart Technology, e cila pas një viti e ndryshoi emrin në Seagate Technology për të shmangur konfliktet me Shugart Associates. Dy vjet më vonë, Seagate shpiku ST-506 — disku i parë i ngurtë për kompjuterët personalë në formatin 5.25 inç dhe kapacitet prej 5 MiB.

Përveç themelimit të Shugart Technology, viti 1978 u shënua me lançimin e SSD-së së parë Enterprise nga StorageTek. StorageTek STC 4305 kishte kapacitet prej 45 MiB të dhënash. Ky SSD ishte hartuar si zëvendësim për IBM 2305, kishte përmasat e ngjashme dhe kushtonte një shifër enorme prej 400,000$.

Në vitin 1982, SSD-ja hyri në tregun e kompjuterëve personalë. Kompania Axlon zhvilloi një SSD të quajtur RAMDISK 320 për Apple II, e cila ishte e bazuar në çipat RAM. Duke qenë se ruhej në kujtesën me energji, u sigurua një bateri për të ruajtur informacionin. Kapaciteti i baterisë mjaftonte për 3 orë funksionimi autonom në rast se humbej energjia.

Një vit më vonë, kompania Rodime do të nxjerrë disqin e parë të ngurtë RO352 me kapacitet 10 MiB në formatin e njohur 3.5 inç. Edhe pse ky ishte disku i parë komercial në këtë format, Rodime në të vërtetë nuk bëri asgjë inovative.

Produkt i parë në këtë format konsiderohet disku fleksibël i prezantuar nga kompanitë Tandon dhe Shugart Associates. Për më tepër, kompanitë Seagate dhe MiniScribe u dakorduan për miratimin e standardit industrial 3.5 inç, "duke lënë jashtë" Rodime, e cila do të përballej me fatin e "trollit të patentave" dhe një dalje të plotë nga industria e prodhimit të disqeve.

Në vitin 1980, inxhinieri i Toshiba, profesori Fujio Masuoka, regjistroi një patent për një lloj të ri të memories, të quajtur memoria Flash e tipit NOR. Zhvillimi zgjati 4 vjet.

Memoria NOR përbën një matricë klasike 2D të konduktorëve, ku në ndërprerjet e rreshtave dhe kolonave është vendosur nga një qelizë (analog me memorien në bërthama magnetike).

Në vitin 1984, profesori Masuoka foli për shpikjen e tij në konferencën International Electronics Developers Meeting, ku kompania Intel shpejt vlerësoi potencialin e këtij zhvillimi. Kompania Toshiba, ku punonte profesori Masuoka, nuk e konsideronte memorien Flash si diçka të veçantë, prandaj i përmbushi kërkesat e Intel për të prodhuar disa mostra eksperimentale për studim.

Interesi i treguar nga kompania Intel për zhvillimin e Fudziou, nxitë Toshibën të ndante pesë inxhinierë për ndihmën e profesorin në zgjidhjen e problemit të komercializimit të shpikjes. Intel, nga ana e saj, hedh three hundred punonjësë për të krijuar versionin e saj të memorien Flash.

Ndërsa Intel dhe Toshiba zhvillonin në fushën e pajisjeve Flash, në vitin 1986 ndodhi dy ngjarje të rëndësishme. Së pari, SCSI u standardizua zyrtarisht — një grup marrëveshjesh për ndërveprimin midis kompjuterëve dhe pajisjeve periferike. Së dyti, u zhvillua ndërfaqja AT Attachment (ATA), e njohur me emrin e markës Integrated Drive Electronics (IDE), përmes së cilës kontrollori i diskut u transferua brenda diskut.

Tre vjet Fuzio Masuoka punoi për përmirësimin e teknologjisë së memorieve Flash dhe deri në vitin 1987, ai zhvilloi memorien NAND.

Memoria NAND është e njëjtë me memorien NOR, e organizuar në një grumbull tre-dimensionale. Diferenca kryesore është se algoritmi i qasjes në çdo qelizë u bë më i komplikuar, sipërfaqja e qelizave u zvogëlua dhe kapaciteti total u rrit ndjeshëm.

Një vit më vonë, kompania Intel zhvilloi memorien e saj Flash të tipit NOR, ndërsa kompania Digipro prodhoi një pajisje të quajtur Flashdisk mbi të. Versioni i parë i Flashdisk, në përbërjen maksimale, kishte një kapacitet prej 16 MiB dhe kushtonte më pak se 500$

Në fund të viteve '80 dhe fillim të viteve '90, prodhuesit e disqeve të ngurtë garuan në zvogëlimin e madhësive të disqeve. Në vitin 1989, kompania PrairieTek lëshoi disqin PrairieTek 220 me 20 MiB në formati 2.5 inç. Dy vjet më vonë, Integral Peripherals krijoi disqin Integral Peripherals 1820 “Mustang” me të njëjtin kapacitet, por tani 1.8 inç. Një vit më vonë, Hewlett-Packard e zvogëloi madhësinë e disqeve në 1.3 inç.

Kompania Seagate mbajti besnikëri ndaj disqeve në formatin 3.5-inç dhe bëri një bast për rritjen e shpejtësisë së rrotullimit, duke lëshuar në 1992 modelin e saj të famshëm Barracuda, disku i parë i fortë me shpejtësinë e rrotullimit të spindleve prej 7200 rrotullime në minutë. Por Seagate nuk kishte ndërmend të ndalte këtu. Në 1996, disqet e linjës Seagate Cheetah arritën shpejtësinë e rrotullimit prej 10000 rrotullime në minutë, dhe pas katër vitesh modifikimi X15 rrotullohej madje deri në 15000 rrotullime në minutë.

Në vitin 2000, ndërfaqja ATA filloi të quhej PATA. Kjo ndodhi për shkak të shfaqjes së ndërfaqes Serial ATA (SATA) me kabllo më kompakte, mbështetje për "këmbimin e nxehtë" dhe shpejtësi më të lartë të transmetimit të të dhënave. Në këtë rast, Seagate mori primatin, duke lëshuar diskun e parë të fortë me një ndërfaqe të tillë në 2002.

Prodhimi i memorjes Flash fillimisht ishte shumë i kushtueshëm, por në fillim të vitit 2000, çmimi ra ndjeshëm. Këtë e shfrytëzoi kompania Transcend, e cila në 2003 lëshoi disqe SSD me kapacitete nga 16 deri në 512 MiB. Pas tre vitesh, kompanitë Samsung dhe SanDisk filluan prodhimin masiv. Në këtë vit, IBM shiti divizionin e tij të disqeve te kompania Hitachi.

Të ashtuquajturit SSD filluan të fitonin terren dhe u shfaq një problem i dukshëm: ndërfaqja SATA ishte më e ngadaltë se vetë SSD-të. Për të zgjidhur këtë problem, grupi i punës NVM Express Workgroup filloi zhvillimin e NVMe — një specifikim për protokollet e aksesit në SSD drejtpërdrejt përmes bus-it PCIe, duke e kaluar "ndërmjetësin" në formën e kontrollorit SATA. Kjo do të lejonte qasje në të dhëna me shpejtësinë e bus-it PCIe. Pas dy vitesh, versioni i parë i specifikimit ishte gati, dhe një vit më vonë u shfaq disku i parë NVMe.

Dallimet midis SSD-ve moderne dhe HDD-ve

Në nivelin fizik, dallimi midis SSD-ve dhe HDD-ve është i dukshëm: në SSD mungojnë elementët mekanikë, ndërsa informacioni ruhet në qelizat e memories. Mungesa e elementëve në lëvizje çon në qasje të shpejtë në të dhëna në çdo pjesë të memories, megjithatë, ekziston një kufizim në numrin e cikleve të shkrimit. Për shkak të numrit të kufizuar të cikleve të shkrimit për secilën qelizë memories, lind nevoja për një mekanizëm balancimi — për t'u rregulluar konsumimin e qelizave duke transferuar të dhënat midis qelizave. Këtë punë e bën kontrollori i disku.

Për të kryer balancimin, kontrollori SSD duhet të dijë cilat qeliza janë të zënë dhe cilat janë të lira. Kontrollori mund të ndjekë vetë shkrimin e të dhënave në një qelizë, diçka që nuk mund të thuhet për fshirjen. Siç dihet, sistemet operative (SO) nuk fshijnë të dhënat nga disku kur përdoruesi fshin një skedar, por shënojnë përkatësitë e memories si të lira. Ky zgjidhje heq nevojën për të pritur operacionin e diskut kur përdoren HDD, por nuk është aspak e përshtatshme për punën me SSD. Kontrollori i diskut SSD punon me byte dhe jo me sisteme skedari, prandaj kërkon një mesazh të veçantë për fshirjen e skedarit.

Kështu lindi komanda TRIM (angl. — të pritet), me të cilën SO njofton kontrollorin e diskut SSD për lirimin e një zone të caktuar të memories. Komanda TRIM fshin të dhënat nga disku në mënyrë të pakthyeshme. Jo të gjitha sistemet operative e dinë nevojën për të dërguar këtë komandë në magazinat e ngurtë, dhe kontrollorët RAID me harduer në mënyrën e grupeve të disku kurrë nuk e dërgojnë TRIM diskëve.