Att studera diskarnas historia är början på resan till att förstå principerna för driften av solid-state-enheter. Den första delen av vår artikelserie, "Introduktion till SSD:er", tar en rundtur i historien och låter dig tydligt förstå skillnaden mellan en SSD och dess närmaste konkurrent, hårddisken.
Trots överflöd av olika enheter för att lagra information är populariteten för hårddiskar och SSD:er i vår tid obestridlig. Skillnaden mellan dessa två typer av enheter är uppenbar för den genomsnittliga personen: SSD är dyrare och snabbare, medan hårddisken är billigare och rymligare.
Särskild uppmärksamhet bör ägnas måttenheten för lagringskapacitet: historiskt sett förstås decimalprefix som kilo och mega i informationsteknologisammanhang som tionde och tjugonde potenserna av två. För att undvika förvirring infördes de binära prefixen kibi-, mebi- och andra. Skillnaden mellan dessa set-top-boxar blir märkbar när volymen ökar: när du köper en 240 gigabyte disk kan du lagra 223.5 gigabyte information på den.
Dyk in i historien
Utvecklingen av den första hårddisken började 1952 av IBM. Den 14 september 1956 tillkännagavs det slutliga resultatet av utvecklingen - IBM 350 Model 1. Enheten innehöll 3.75 mebibyte data med mycket omoderna dimensioner: 172 centimeter på höjden, 152 centimeter på längden och 74 centimeter på bredden. Inuti fanns 50 tunna skivor belagda med rent järn med en diameter på 610 mm (24 tum). Den genomsnittliga tiden att söka efter data på disken tog ~600 ms.
Allt eftersom tiden gick förbättrade IBM tekniken stadigt. Introducerades 1961 med en kapacitet på 18.75 megabyte med läshuvuden på varje tallrik. I flyttbara diskkassetter dök upp, och sedan 1970 introducerades ett feldetektering och korrigeringssystem i IBM 3330. Tre år senare dök han upp känd som "Winchester".
Winchester (från det engelska Winchester-geväret) - det allmänna namnet för gevär och hagelgevär tillverkade av Winchester Repeating Arms Company i USA under andra hälften av 1800-talet. Dessa var en av de första repeterande hagelgevären som blev extremt populära bland köpare. De hade sitt namn till företagets grundare, Oliver Fisher Winchester.
IBM 3340 bestod av två spindlar på 30 MiB vardera, vilket är anledningen ingenjörer kallade denna skiva "30-30". Namnet påminde om Winchester Model 1894-geväret i .30-30 Winchester, vilket ledde till att Kenneth Haughton, som ledde utvecklingen av IBM 3340, sa "Om det är en 30-30, måste det vara en Winchester en 30." -30, då måste det vara en Winchester."). Sedan dess har inte bara gevär, utan även hårddiskar kallats "hårddiskar".
Tre år senare släpptes IBM 3350 "Madrid" med 14-tums plattor och en åtkomsttid på 25 ms.
Den första SSD-enheten skapades av Dataram 1976. Dataram BulkCore-enheten bestod av ett chassi med åtta RAM-minnen med en kapacitet på 256 KiB vardera. Jämfört med den första hårddisken var BulkCore liten: 50,8 cm lång, 48,26 cm bred och 40 cm hög. Samtidigt var dataåtkomsttiden i denna modell endast 750 ns, vilket är 30000 XNUMX gånger snabbare än den modernaste hårddisken på den tiden.
1978 grundades Shugart Technology, som ett år senare bytte namn till Seagate Technology för att undvika konflikter med Shugart Associates. Efter två års arbete släppte Seagate ST-506 – den första hårddisken för persondatorer i formfaktorn 5.25 tum och med en kapacitet på 5 MiB.
Förutom framväxten av Shugart Technology, kom 1978 ihåg för lanseringen av den första Enterprise SSD från StorageTek. StorageTek STC 4305 innehöll 45 MiB data. Denna SSD utvecklades som en ersättning för IBM 2305, hade liknande dimensioner och kostade otroliga $400 000.
1982 gick SSD in på marknaden för persondatorer. Axlon-företaget utvecklar en SSD-disk på RAM-kretsar som kallas RAMDISK 320 speciellt för Apple II Eftersom enheten skapades på basis av flyktigt minne, medföljde ett batteri i satsen för att upprätthålla informationssäkerheten. Batterikapaciteten räckte till 3 timmars autonom drift vid strömavbrott.
Ett år senare kommer Rodime att släppa den första RO352 10 MiB hårddisken i den 3.5-tumsformfaktor som är bekant för moderna användare. Trots det faktum att detta är den första kommersiella drivkraften i denna formfaktor, gjorde Rodime i princip inget innovativt.
Den första produkten i denna formfaktor anses vara en diskettenhet som introducerades av Tandon och Shugart Associates. Dessutom kom Seagate och MiniScribe överens om att anta 3.5-tums industristandarden, vilket lämnade Rodime bakom sig, som mötte ödet som ett "patenttroll" och ett fullständigt utträde från drivindustrins produktionsindustri.
1980 registrerade Toshibas ingenjör, professor Fujio Masuoka, ett patent på en ny typ av minne som kallas NOR Flash-minne. Utvecklingen tog 4 år.
NOR-minne är en klassisk 2D-matris av ledare, där en cell är installerad i skärningspunkten mellan rader och kolumner (analogt med minne på magnetiska kärnor).
1984 talade professor Masuoka om sin uppfinning vid International Electronics Developers Meeting, där Intel snabbt insåg löftet om denna utveckling. Toshiba, där professor Masuoka arbetade, ansåg inte att flashminne var något speciellt och efterkom därför Intels begäran om att göra flera prototyper för studier.
Intels intresse för Fujios utveckling fick Toshiba att tilldela fem ingenjörer för att hjälpa professorn att lösa problemet med att kommersialisera uppfinningen. Intel kastade i sin tur trehundra anställda på att skapa sin egen version av Flash-minne.
Medan Intel och Toshiba utvecklade utvecklingen inom Flash-lagring inträffade två viktiga händelser 1986. För det första har SCSI, en uppsättning konventioner för kommunikation mellan datorer och kringutrustning, officiellt standardiserats. För det andra utvecklades AT Attachment (ATA)-gränssnittet, känt under varumärket Integrated Drive Electronics (IDE), tack vare vilket enhetskontrollern flyttades in i enheten.
Under tre år arbetade Fujio Mausoka för att förbättra flashminnesteknologin och utvecklade 1987 NAND-minne.
NAND-minne är samma NOR-minne, organiserat i en tredimensionell matris. Den största skillnaden var att algoritmen för att komma åt varje cell blev mer komplex, cellytan blev mindre och den totala kapaciteten ökade avsevärt.
Ett år senare utvecklade Intel sitt eget NOR Flash-minne och Digipro gjorde en enhet på det som heter Flashdisk. Den första versionen av Flashdisk i sin maximala konfiguration innehöll 16 MiB data och kostade mindre än $500
I slutet av 80-talet och början av 90-talet tävlade hårddisktillverkarna om att göra hårddiskarna mindre. 1989 släppte PrairieTek PrairieTek 220 20 MiB-enheten i en 2.5-tums formfaktor. Två år senare skapar Integral Peripherals Integral Peripherals 1820 "Mustang"-skivan med samma volym, men redan 1.8 tum. Ett år senare minskade Hewlett-Packard diskstorleken till 1.3 tum.
Seagate förblev trogen mot enheter i 3.5-tums formfaktorn och förlitade sig på ökande rotationshastigheter, och släppte sin berömda Barracuda-modell 1992, den första hårddisken med en spindelhastighet på 7200 rpm. Men Seagate tänkte inte sluta där. 1996 nådde drev från Seagate Cheetah-linjen en rotationshastighet på 10000 15 rpm, och fyra år senare snurrade X15000-modifieringen upp till XNUMX XNUMX rpm.
År 2000 blev ATA-gränssnittet känt som PATA. Anledningen till detta var uppkomsten av Serial ATA (SATA)-gränssnittet med mer kompakta kablar, stöd för hot-swap och ökad dataöverföringshastighet. Seagate tog ledningen även här och släppte den första hårddisken med ett sådant gränssnitt 2002.
Flash-minne var från början mycket dyrt att tillverka, men kostnaderna sjönk kraftigt i början av 2000-talet. Transcend drog fördel av detta och släppte SSD-enheter med kapaciteter från 2003 till 16 MiB 512. Tre år senare gick Samsung och SanDisk med i massproduktion. Samma år sålde IBM sin diskdivision till Hitachi.
Solid State Drives tog fart och det fanns ett uppenbart problem: SATA-gränssnittet var långsammare än själva SSD:erna. För att lösa detta problem började NVM Express Workgroup utveckla NVMe - en specifikation för åtkomstprotokoll för SSD:er direkt över PCIe-bussen, förbi "mellanhanden" i form av en SATA-kontroller. Detta skulle möjliggöra dataåtkomst vid PCIe-busshastigheter. Två år senare var den första versionen av specifikationen klar, och ett år senare dök den första NVMe-enheten upp.
Skillnader mellan moderna SSD:er och hårddiskar
På den fysiska nivån är skillnaden mellan en SSD och en hårddisk lätt märkbar: en SSD har inga mekaniska element, och information lagras i minnesceller. Frånvaron av rörliga element leder till snabb åtkomst till data i vilken del av minnet som helst, men det finns en gräns för antalet omskrivningscykler. På grund av det begränsade antalet omskrivningscykler för varje minnescell, finns det ett behov av en balanseringsmekanism - utjämning av cellslitage genom att överföra data mellan celler. Detta arbete utförs av diskkontrollern.
För att utföra balansering behöver SSD-styrenheten veta vilka celler som är upptagna och vilka som är lediga. Kontrollanten kan spåra inspelningen av data i en cell själv, vilket inte kan sägas om radering. Som du vet raderar operativsystem (OS) inte data från disken när användaren raderar en fil, utan markerar motsvarande minnesområden som lediga. Denna lösning eliminerar behovet av att vänta på en diskoperation när du använder en hårddisk, men är helt olämplig för drift av en SSD. SSD-enhetsstyrenheten fungerar med byte, inte filsystem, och kräver därför ett separat meddelande när en fil raderas.
Så här dök kommandot TRIM (engelska - trim) ut, med vilket operativsystemet meddelar SSD-diskkontrollern att frigöra ett visst minnesområde. TRIM-kommandot raderar data permanent från en disk. Inte alla operativsystem vet att det här kommandot skickas till solid-state-enheter, och hårdvaru-RAID-kontroller i diskarrayläge skickar aldrig TRIM till diskar.
Fortsättning ...
I följande delar kommer vi att prata om formfaktorer, anslutningsgränssnitt och den interna organisationen av solid-state-enheter.
I vårt laboratorium Du kan självständigt testa moderna hårddiskar och SSD-enheter och dra dina egna slutsatser.
Endast registrerade användare kan delta i undersökningen. , Snälla du.
Tror du att SSD kommer att kunna ersätta hårddisken?
-
71.2%Ja, SSD:er är framtiden396
-
7.5%Nej, eran av magneto-optisk HDD42 ligger framför oss
-
21.2%Hybridversionen HDD + SSD118 kommer att vinna
556 användare röstade. 72 användare avstod från att rösta.
Källa: will.com