ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับ SSD ส่วนที่ 1 ประวัติศาสตร์

การศึกษาประวัติของดิสก์เป็นจุดเริ่มต้นของการเดินทางเพื่อทำความเข้าใจหลักการทำงานของโซลิดสเตตไดรฟ์ ส่วนแรกของชุดบทความของเรา "ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับ SSD" จะพาเราไปชมประวัติศาสตร์และช่วยให้คุณเข้าใจความแตกต่างระหว่าง SSD และ HDD ของคู่แข่งที่ใกล้เคียงที่สุดได้อย่างชัดเจน

แม้จะมีอุปกรณ์หลากหลายสำหรับการจัดเก็บข้อมูล แต่ความนิยมของ HDD และ SSD ในยุคของเราก็ไม่อาจปฏิเสธได้ ความแตกต่างระหว่างไดรฟ์ทั้งสองประเภทนี้เห็นได้ชัดเจนสำหรับคนทั่วไป: SSD มีราคาแพงกว่าและเร็วกว่า ในขณะที่ HDD ราคาถูกกว่าและกว้างขวางกว่า

ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับหน่วยการวัดความจุในการจัดเก็บ: ในอดีต คำนำหน้าทศนิยม เช่น กิโลกรัม และเมกะ เป็นที่เข้าใจกันในบริบทของเทคโนโลยีสารสนเทศว่าเป็นกำลังที่สิบและยี่สิบของทั้งสอง เพื่อขจัดความสับสน จึงมีการใช้คำนำหน้าไบนารี่ kibi-, mebi- และอื่นๆ ความแตกต่างระหว่างกล่องแปลงสัญญาณเหล่านี้จะเห็นได้ชัดเจนเมื่อปริมาณเพิ่มขึ้น: เมื่อซื้อดิสก์ขนาด 240 กิกะไบต์ คุณสามารถจัดเก็บข้อมูลได้ 223.5 กิกะไบต์

ดำดิ่งสู่ประวัติศาสตร์

การพัฒนาฮาร์ดไดรฟ์ตัวแรกเริ่มขึ้นในปี 1952 โดย IBM เมื่อวันที่ 14 กันยายน พ.ศ. 1956 มีการประกาศผลลัพธ์สุดท้ายของการพัฒนา - IBM 350 Model 1 ไดรฟ์มีข้อมูล 3.75 เมกะไบต์ที่มีขนาดไม่สุภาพมาก: สูง 172 เซนติเมตรยาว 152 เซนติเมตรและกว้าง 74 เซนติเมตร ข้างในมีแผ่นบางๆ 50 แผ่นเคลือบด้วยเหล็กบริสุทธิ์ เส้นผ่านศูนย์กลาง 610 มม. (24 นิ้ว) เวลาเฉลี่ยในการค้นหาข้อมูลบนดิสก์ใช้เวลาประมาณ 600 มิลลิวินาที

เมื่อเวลาผ่านไป IBM ก็ได้ปรับปรุงเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่อง เปิดตัวในปี 1961 ไอบีเอ็ม 1301 ด้วยความจุ 18.75 เมกะไบต์ พร้อมหัวอ่านในแต่ละแผ่น ใน ไอบีเอ็ม 1311 ดิสก์คาร์ทริดจ์แบบถอดได้ปรากฏขึ้นและตั้งแต่ปี 1970 เป็นต้นมา IBM 3330 ได้เปิดตัวระบบตรวจจับและแก้ไขข้อผิดพลาด สามปีต่อมาเขาก็ปรากฏตัวขึ้น ไอบีเอ็ม 3340 รู้จักกันในชื่อ "วินเชสเตอร์"

วินเชสเตอร์ (จากปืนไรเฟิลวินเชสเตอร์ของอังกฤษ) - ชื่อทั่วไปของปืนไรเฟิลและปืนลูกซองที่ผลิตโดย Winchester Repeating Arms Company ในสหรัฐอเมริกาในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 19 นี่เป็นหนึ่งในปืนลูกซองที่ทำซ้ำครั้งแรกซึ่งได้รับความนิยมอย่างมากในหมู่ผู้ซื้อ พวกเขาเป็นหนี้ชื่อผู้ก่อตั้งบริษัท Oliver Fisher Winchester

IBM 3340 ประกอบด้วยสองสปินเดิล อันละ 30 MiB ซึ่งเป็นสาเหตุว่าทำไม วิศวกรเรียกแผ่นดิสก์นี้ว่า "30-30". ชื่อนี้ชวนให้นึกถึงปืนไรเฟิล Winchester Model 1894 ซึ่งบรรจุกระสุนใน .30-30 Winchester ซึ่งเป็นผู้นำของ Kenneth Haughton ผู้นำการพัฒนา IBM 3340 โดยพูดว่า "ถ้าเป็น 30-30 ก็ต้องเป็น Winchester" a 30 -30 งั้นก็ต้องเป็นวินเชสเตอร์") ตั้งแต่นั้นมา ไม่เพียงแต่ปืนไรเฟิลเท่านั้น แต่ยังรวมถึงฮาร์ดไดรฟ์ด้วยที่ถูกเรียกว่า "ฮาร์ดไดรฟ์"

อีกสามปีต่อมา IBM 3350 “Madrid” เปิดตัวพร้อมจานขนาด 14 นิ้วและเวลาในการเข้าถึง 25 มิลลิวินาที

ไดรฟ์ SSD ตัวแรกถูกสร้างขึ้นโดย Dataram ในปี 1976 ไดรฟ์ Dataram BulkCore ประกอบด้วยแชสซีที่มีหน่วยความจำ RAM แปดแท่ง โดยมีความจุ 256 KiB ต่อแท่ง เมื่อเปรียบเทียบกับฮาร์ดไดรฟ์ตัวแรก BulkCore มีขนาดเล็ก: ยาว 50,8 ซม. กว้าง 48,26 ซม. และสูง 40 ซม. ในขณะเดียวกัน เวลาในการเข้าถึงข้อมูลในรุ่นนี้อยู่ที่เพียง 750 ns ซึ่งเร็วกว่าไดรฟ์ HDD ที่ทันสมัยที่สุดในขณะนั้นถึง 30000 เท่า

ในปี 1978 Shugart Technology ได้ถูกก่อตั้งขึ้น ซึ่งอีกหนึ่งปีต่อมาได้เปลี่ยนชื่อเป็น Seagate Technology เพื่อหลีกเลี่ยงความขัดแย้งกับ Shugart Associates หลังจากทำงานมาสองปี Seagate ได้เปิดตัว ST-506 ซึ่งเป็นฮาร์ดไดรฟ์ตัวแรกสำหรับคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลในรูปแบบ 5.25 นิ้วและมีความจุ 5 MiB

นอกเหนือจากการเกิดขึ้นของเทคโนโลยี Shugart แล้ว ปี 1978 ยังเป็นที่จดจำสำหรับการเปิดตัว Enterprise SSD ตัวแรกจาก StorageTek StorageTek STC 4305 เก็บข้อมูลได้ 45 MiB SSD นี้ได้รับการพัฒนาเพื่อทดแทน IBM 2305 โดยมีขนาดใกล้เคียงกันและมีราคาสูงถึง 400 เหรียญสหรัฐ

ในปี 1982 SSD เข้าสู่ตลาดคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล บริษัท Axlon กำลังพัฒนาดิสก์ SSD บนชิป RAM ที่เรียกว่า RAMDISK 320 สำหรับ Apple II โดยเฉพาะ เนื่องจากไดรฟ์ถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของหน่วยความจำชั่วคราวจึงมีการใส่แบตเตอรี่ในชุดเพื่อรักษาความปลอดภัยของข้อมูล ความจุของแบตเตอรี่เพียงพอสำหรับการใช้งานอัตโนมัติ 3 ชั่วโมงในกรณีที่ไฟฟ้าดับ

หนึ่งปีต่อมา Rodime จะเปิดตัวฮาร์ดไดรฟ์ RO352 10 MiB ตัวแรกในรูปแบบขนาด 3.5 นิ้วที่ผู้ใช้ยุคใหม่คุ้นเคย แม้ว่านี่จะเป็นการขับเคลื่อนเชิงพาณิชย์ครั้งแรกในรูปแบบฟอร์มแฟคเตอร์นี้ แต่ Rodime ก็ไม่ได้ทำอะไรที่เป็นนวัตกรรมเลย

ผลิตภัณฑ์แรกในฟอร์มแฟคเตอร์นี้ถือเป็นฟล็อปปี้ไดรฟ์ที่ Tandon และ Shugart Associates นำเสนอ นอกจากนี้ Seagate และ MiniScribe ยังตกลงที่จะนำมาตรฐานอุตสาหกรรมขนาด 3.5 นิ้วมาใช้ โดยทิ้ง Rodime ไว้เบื้องหลัง ซึ่งต้องเผชิญกับชะตากรรมของ "การโกงสิทธิบัตร" และการออกจากอุตสาหกรรมการผลิตไดรฟ์โดยสิ้นเชิง

ในปี 1980 ศาสตราจารย์ฟูจิโอะ มาซูโอกะ วิศวกรของโตชิบา ได้จดทะเบียนสิทธิบัตรสำหรับหน่วยความจำประเภทใหม่ที่เรียกว่าหน่วยความจำแฟลช NOR การพัฒนาใช้เวลา 4 ปี

หน่วยความจำ NOR เป็นเมทริกซ์ 2 มิติแบบคลาสสิกของตัวนำซึ่งมีการติดตั้งเซลล์หนึ่งไว้ที่จุดตัดของแถวและคอลัมน์ (คล้ายกับหน่วยความจำบนแกนแม่เหล็ก)

ในปี 1984 ศาสตราจารย์ Masuoka พูดเกี่ยวกับสิ่งประดิษฐ์ของเขาในการประชุม International Electronics Developers Meeting ซึ่ง Intel ตระหนักถึงคำมั่นสัญญาของการพัฒนานี้อย่างรวดเร็ว โตชิบาซึ่งศาสตราจารย์มาซูโอกะทำงานอยู่ ไม่ได้ถือว่าหน่วยความจำแฟลชเป็นสิ่งพิเศษ จึงปฏิบัติตามคำร้องขอของ Intel ที่จะสร้างต้นแบบหลายชิ้นเพื่อการศึกษา

ความสนใจของ Intel ในการพัฒนาของ Fujio ทำให้โตชิบาต้องจัดสรรวิศวกร 5 คนเพื่อช่วยศาสตราจารย์ในการแก้ปัญหาการนำสิ่งประดิษฐ์ดังกล่าวไปจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ ในทางกลับกัน Intel ได้ทุ่มพนักงานสามร้อยคนเพื่อสร้างหน่วยความจำแฟลชเวอร์ชันของตัวเอง

ในขณะที่ Intel และ Toshiba กำลังพัฒนาการพัฒนาในด้าน Flash Storage มีเหตุการณ์สำคัญสองเหตุการณ์เกิดขึ้นในปี 1986 ประการแรก SCSI ซึ่งเป็นชุดข้อตกลงสำหรับการสื่อสารระหว่างคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์ต่อพ่วง ได้รับการกำหนดมาตรฐานอย่างเป็นทางการ ประการที่สองอินเทอร์เฟซ AT Attachment (ATA) ซึ่งเป็นที่รู้จักภายใต้ชื่อแบรนด์ Integrated Drive Electronics (IDE) ได้รับการพัฒนาขึ้นด้วยการเคลื่อนย้ายตัวควบคุมไดรฟ์ภายในไดรฟ์

Fujio Mausoka ทำงานเพื่อปรับปรุงเทคโนโลยีหน่วยความจำแฟลชเป็นเวลาสามปี และในปี 1987 ได้พัฒนาหน่วยความจำ NAND

หน่วยความจำ NAND เป็นหน่วยความจำ NOR เดียวกัน ซึ่งจัดเป็นอาร์เรย์สามมิติ. ข้อแตกต่างหลักๆ ก็คืออัลกอริทึมในการเข้าถึงแต่ละเซลล์มีความซับซ้อนมากขึ้น พื้นที่เซลล์ก็เล็กลง และความจุรวมก็เพิ่มขึ้นอย่างมาก

หนึ่งปีต่อมา Intel ได้พัฒนาหน่วยความจำ NOR Flash ของตัวเอง และ Digipro ได้สร้างไดรฟ์ที่เรียกว่า Flashdisk Flashdisk เวอร์ชันแรกในการกำหนดค่าสูงสุดมีข้อมูล 16 MiB และมีราคาต่ำกว่า 500 ดอลลาร์

ในช่วงปลายยุค 80 และต้นยุค 90 ผู้ผลิตฮาร์ดไดรฟ์แข่งขันกันเพื่อทำให้ไดรฟ์มีขนาดเล็กลง ในปี 1989 PrairieTek เปิดตัวไดรฟ์ PrairieTek 220 20 MiB ในฟอร์มแฟคเตอร์ 2.5 นิ้ว อีกสองปีต่อมา Integral Peripherals ได้สร้างแผ่นดิสก์ "Mustang" ของ Integral Peripherals 1820 ที่มีปริมาตรเท่ากัน แต่มีขนาด 1.8 นิ้วแล้ว หนึ่งปีต่อมา Hewlett-Packard ลดขนาดดิสก์ลงเหลือ 1.3 นิ้ว

Seagate ยังคงยึดมั่นในไดรฟ์ในรูปแบบ 3.5 นิ้ว และอาศัยความเร็วในการหมุนที่เพิ่มขึ้น โดยได้เปิดตัวรุ่น Barracuda อันโด่งดังในปี 1992 ซึ่งเป็นฮาร์ดไดรฟ์ตัวแรกที่มีความเร็วรอบแกนหมุน 7200 รอบต่อนาที แต่ซีเกทจะไม่หยุดอยู่แค่นั้น ในปี 1996 การขับเคลื่อนจากกลุ่มผลิตภัณฑ์ Seagate Cheetah มีความเร็วการหมุนถึง 10000 รอบต่อนาที และสี่ปีต่อมา การดัดแปลง X15 ก็หมุนเป็น 15000 รอบต่อนาที

ในปี 2000 อินเทอร์เฟซ ATA กลายเป็นที่รู้จักในชื่อ PATA เหตุผลนี้คือการเกิดขึ้นของอินเทอร์เฟซ Serial ATA (SATA) ที่มีสายไฟขนาดกะทัดรัดมากขึ้น รองรับ Hot-swap และความเร็วในการถ่ายโอนข้อมูลที่เพิ่มขึ้น Seagate ก็เป็นผู้นำที่นี่เช่นกัน โดยออกฮาร์ดไดรฟ์ตัวแรกที่มีอินเทอร์เฟซดังกล่าวในปี 2002

หน่วยความจำแฟลชในตอนแรกมีราคาแพงมากในการผลิต แต่ต้นทุนลดลงอย่างมากในช่วงต้นทศวรรษ 2000 Transcend ใช้ประโยชน์จากสิ่งนี้ โดยออกไดรฟ์ SSD ที่มีความจุตั้งแต่ 2003 ถึง 16 MiB ในปี 512 สามปีต่อมา Samsung และ SanDisk ได้เข้าร่วมการผลิตจำนวนมาก ในปีเดียวกันนั้น IBM ขายแผนกดิสก์ให้กับฮิตาชิ

โซลิดสเตตไดรฟ์ได้รับแรงผลักดันและมีปัญหาที่ชัดเจน: อินเทอร์เฟซ SATA ทำงานช้ากว่า SSD เอง เพื่อแก้ไขปัญหานี้ NVM Express Workgroup เริ่มพัฒนา NVMe ซึ่งเป็นข้อกำหนดสำหรับโปรโตคอลการเข้าถึงสำหรับ SSD โดยตรงบนบัส PCIe โดยข้าม "ตัวกลาง" ในรูปแบบของคอนโทรลเลอร์ SATA สิ่งนี้จะช่วยให้สามารถเข้าถึงข้อมูลด้วยความเร็วบัส PCIe สองปีต่อมา ข้อมูลจำเพาะเวอร์ชันแรกก็พร้อมใช้งาน และอีกหนึ่งปีต่อมาไดรฟ์ NVMe ตัวแรกก็ปรากฏขึ้น

ความแตกต่างระหว่าง SSD และ HDD สมัยใหม่

ในระดับกายภาพ ความแตกต่างระหว่าง SSD และ HDD สามารถสังเกตได้ง่าย: SSD ไม่มีองค์ประกอบทางกลไก และข้อมูลจะถูกจัดเก็บไว้ในเซลล์หน่วยความจำ การไม่มีองค์ประกอบที่เคลื่อนไหวทำให้สามารถเข้าถึงข้อมูลในส่วนใดๆ ของหน่วยความจำได้อย่างรวดเร็ว อย่างไรก็ตาม มีการจำกัดจำนวนรอบการเขียนซ้ำ เนื่องจากรอบการเขียนซ้ำมีจำนวนจำกัดสำหรับแต่ละเซลล์หน่วยความจำ จึงจำเป็นต้องมีกลไกการปรับสมดุล - ปรับระดับการสึกหรอของเซลล์โดยการถ่ายโอนข้อมูลระหว่างเซลล์ งานนี้ดำเนินการโดยตัวควบคุมดิสก์

ในการดำเนินการปรับสมดุล ตัวควบคุม SSD จำเป็นต้องทราบว่าเซลล์ใดว่างและเซลล์ใดว่าง คอนโทรลเลอร์สามารถติดตามการบันทึกข้อมูลลงในเซลล์ซึ่งไม่สามารถพูดเกี่ยวกับการลบได้ ดังที่คุณทราบระบบปฏิบัติการ (OS) จะไม่ลบข้อมูลออกจากดิสก์เมื่อผู้ใช้ลบไฟล์ แต่ทำเครื่องหมายพื้นที่หน่วยความจำที่เกี่ยวข้องว่าว่าง โซลูชันนี้ช่วยลดความจำเป็นในการรอการทำงานของดิสก์เมื่อใช้ HDD แต่ไม่เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการใช้งาน SSD ตัวควบคุมไดรฟ์ SSD ใช้งานได้กับไบต์ ไม่ใช่ระบบไฟล์ ดังนั้นจึงต้องมีข้อความแยกต่างหากเมื่อไฟล์ถูกลบ

นี่คือลักษณะที่คำสั่ง TRIM (อังกฤษ - trim) ปรากฏขึ้นโดยระบบปฏิบัติการจะแจ้งให้ตัวควบคุมดิสก์ SSD เพิ่มพื้นที่หน่วยความจำบางส่วน คำสั่ง TRIM จะลบข้อมูลออกจากดิสก์อย่างถาวร ไม่ใช่ทุกระบบปฏิบัติการที่รู้ว่าจะส่งคำสั่งนี้ไปยังไดรฟ์โซลิดสเทต และตัวควบคุม RAID ฮาร์ดแวร์ในโหมดอาร์เรย์ดิสก์จะไม่ส่ง TRIM ไปยังดิสก์

จะยังคง ...

ในส่วนต่อไปนี้ เราจะพูดถึงฟอร์มแฟคเตอร์ อินเทอร์เฟซการเชื่อมต่อ และการจัดระเบียบภายในของโซลิดสเตตไดรฟ์

ในห้องปฏิบัติการของเรา ซีเล็คเทลแล็บ คุณสามารถทดสอบไดรฟ์ HDD และ SSD สมัยใหม่ได้อย่างอิสระและสรุปผลของคุณเอง

เฉพาะผู้ใช้ที่ลงทะเบียนเท่านั้นที่สามารถเข้าร่วมในการสำรวจได้ เข้าสู่ระบบ, โปรด.

คุณคิดว่า SSD จะสามารถแทนที่ HDD ได้หรือไม่?

• ลด 71.2%ใช่ SSD คืออนาคต396

• ลด 7.5%ไม่ ยุคของ Magneto-Optical HDD42 กำลังรออยู่ข้างหน้า

• ลด 21.2%เวอร์ชันไฮบริด HDD + SSD118 จะเป็นผู้ชนะ

ผู้ใช้ 556 คนโหวต ผู้ใช้ 72 รายงดออกเสียง

ที่มา: will.com