Nghiên cứu lịch sử của các ổ đĩa là bước khởi đầu cho hành trình tìm hiểu nguyên lý hoạt động của ổ đĩa thể rắn. Phần đầu tiên trong loạt bài viết của chúng tôi, “Giới thiệu về SSD,” sẽ tìm hiểu lịch sử và cho phép bạn hiểu rõ ràng sự khác biệt giữa SSD và đối thủ cạnh tranh gần nhất của nó, HDD.
Bất chấp sự phong phú của các thiết bị lưu trữ thông tin khác nhau, sự phổ biến của ổ cứng HDD và SSD trong thời đại chúng ta là không thể phủ nhận. Sự khác biệt giữa hai loại ổ đĩa này là hiển nhiên đối với người bình thường: SSD đắt hơn và nhanh hơn, trong khi HDD rẻ hơn và rộng rãi hơn.
Cần đặc biệt chú ý đến đơn vị đo dung lượng lưu trữ: về mặt lịch sử, các tiền tố thập phân như kilo và mega được hiểu trong bối cảnh công nghệ thông tin là lũy thừa thứ mười và thứ hai mươi của hai. Để loại bỏ sự nhầm lẫn, các tiền tố nhị phân kibi-, mebi- và các tiền tố khác đã được giới thiệu. Sự khác biệt giữa các hộp giải mã này trở nên dễ nhận thấy khi âm lượng tăng lên: khi mua đĩa 240 gigabyte, bạn có thể lưu trữ 223.5 gigabyte thông tin trên đó.
Đi sâu vào lịch sử
Sự phát triển của ổ cứng đầu tiên bắt đầu vào năm 1952 bởi IBM. Vào ngày 14 tháng 1956 năm 350, kết quả cuối cùng của quá trình phát triển đã được công bố - IBM 1 Model 3.75. Ổ đĩa chứa 172 mebibyte dữ liệu với kích thước rất khiêm tốn: cao 152 cm, dài 74 cm và rộng 50 cm. Bên trong là 610 chiếc đĩa mỏng được phủ bằng sắt nguyên chất có đường kính 24 mm (600 inch). Thời gian trung bình để tìm kiếm dữ liệu trên đĩa mất ~XNUMX ms.
Thời gian trôi qua, IBM không ngừng cải tiến công nghệ. Được giới thiệu vào năm 1961 có dung lượng 18.75 megabyte với đầu đọc trên mỗi đĩa. TRONG hộp đĩa di động xuất hiện và từ năm 1970, hệ thống phát hiện và sửa lỗi đã được đưa vào IBM 3330. Ba năm sau anh xuất hiện được biết đến với cái tên "Winchester".
Winchester (từ súng trường Winchester của Anh) - tên gọi chung của súng trường và súng ngắn do Công ty vũ khí lặp lại Winchester ở Hoa Kỳ sản xuất vào nửa sau thế kỷ XNUMX. Đây là một trong những khẩu súng ngắn lặp lại đầu tiên trở nên cực kỳ phổ biến đối với người mua. Họ mang tên mình nhờ người sáng lập công ty, Oliver Fisher Winchester.
IBM 3340 bao gồm hai trục xoay, mỗi trục có 30 MiB, đó là lý do tại sao các kỹ sư gọi đĩa này là “30-30”. Cái tên này gợi nhớ đến khẩu súng trường Winchester Model 1894 được lắp trong đạn .30-30 Winchester, khiến Kenneth Haughton, người dẫn đầu sự phát triển của IBM 3340, nói rằng "Nếu là khẩu 30-30, thì đó phải là khẩu Winchester." -30 thì chắc chắn là Winchester."). Kể từ đó, không chỉ súng trường mà cả ổ cứng cũng được gọi là “ổ cứng”.
Ba năm sau, IBM 3350 “Madrid” được ra mắt với đĩa cứng 14 inch và thời gian truy cập 25 ms.
Ổ SSD đầu tiên được Dataram tạo ra vào năm 1976. Ổ Dataram BulkCore bao gồm một khung với tám thanh RAM có dung lượng 256 KiB mỗi thanh. So với ổ cứng đầu tiên, BulkCore rất nhỏ: dài 50,8 cm, rộng 48,26 cm và cao 40 cm. Đồng thời, thời gian truy xuất dữ liệu ở model này chỉ 750 ns, nhanh gấp 30000 lần so với ổ HDD hiện đại nhất lúc bấy giờ.
Năm 1978, Shugart Technology được thành lập, một năm sau đổi tên thành Seagate Technology để tránh xung đột với Shugart Associates. Sau hai năm làm việc, Seagate đã cho ra mắt ST-506 - ổ cứng đầu tiên dành cho máy tính cá nhân ở dạng 5.25 inch và có dung lượng 5 MiB.
Ngoài sự xuất hiện của Shugart Technology, năm 1978 còn được nhớ đến với việc phát hành ổ SSD doanh nghiệp đầu tiên của StorageTek. StorageTek STC 4305 chứa 45 MiB dữ liệu. Ổ SSD này được phát triển để thay thế cho IBM 2305, có kích thước tương tự và có giá 400 USD.
Năm 1982, SSD gia nhập thị trường máy tính cá nhân. Công ty Axlon đang phát triển một đĩa SSD trên chip RAM có tên RAMDISK 320 dành riêng cho Apple II. Vì ổ đĩa được tạo ra trên cơ sở bộ nhớ dễ thay đổi nên một cục pin đã được cung cấp trong bộ sản phẩm để duy trì sự an toàn của thông tin. Dung lượng pin đủ cho 3 giờ hoạt động tự động trong trường hợp mất điện.
Một năm sau, Rodime sẽ phát hành ổ cứng RO352 10 MiB đầu tiên ở dạng 3.5 inch quen thuộc với người dùng hiện đại. Mặc dù thực tế đây là động lực thương mại đầu tiên ở dạng này, nhưng về cơ bản Rodime không có gì đổi mới.
Sản phẩm đầu tiên ở dạng này được coi là ổ đĩa mềm do Tandon và Shugart Associates giới thiệu. Hơn nữa, Seagate và MiniScribe đã đồng ý áp dụng tiêu chuẩn công nghiệp 3.5 inch, bỏ lại Rodime, người phải đối mặt với số phận là “kẻ lừa đảo bằng sáng chế” và hoàn toàn rời khỏi ngành sản xuất ổ đĩa.
Năm 1980, kỹ sư Toshiba, Giáo sư Fujio Masuoka, đã đăng ký bằng sáng chế cho một loại bộ nhớ mới gọi là bộ nhớ NOR Flash. Quá trình phát triển mất 4 năm.
Bộ nhớ NOR là ma trận dây dẫn 2D cổ điển, trong đó một ô được cài đặt tại giao điểm của hàng và cột (tương tự như bộ nhớ trên lõi từ).
Năm 1984, Giáo sư Masuoka đã nói về phát minh của mình tại Hội nghị các nhà phát triển điện tử quốc tế, nơi Intel nhanh chóng nhận ra triển vọng của sự phát triển này. Toshiba, nơi Giáo sư Masuoka làm việc, không coi bộ nhớ Flash có gì đặc biệt nên đã tuân thủ yêu cầu của Intel về việc tạo ra một số nguyên mẫu để nghiên cứu.
Sự quan tâm của Intel đối với sự phát triển của Fujio đã thúc đẩy Toshiba phân bổ XNUMX kỹ sư để giúp vị giáo sư này giải quyết vấn đề thương mại hóa phát minh này. Ngược lại, Intel lại huy động XNUMX nhân viên vào việc tạo ra phiên bản bộ nhớ Flash của riêng mình.
Trong khi Intel và Toshiba đang phát triển những phát triển trong lĩnh vực lưu trữ Flash thì có hai sự kiện quan trọng xảy ra vào năm 1986. Đầu tiên, SCSI, một tập hợp các quy ước giao tiếp giữa máy tính và thiết bị ngoại vi, đã được chuẩn hóa chính thức. Thứ hai, giao diện AT Attachment (ATA), được biết đến với tên thương hiệu Integrated Drive Electronics (IDE), đã được phát triển, nhờ đó bộ điều khiển ổ đĩa được di chuyển bên trong ổ đĩa.
Trong ba năm, Fujio Mausoka đã làm việc để cải tiến công nghệ bộ nhớ Flash và đến năm 1987 đã phát triển bộ nhớ NAND.
Bộ nhớ NAND cũng là bộ nhớ NOR, được tổ chức thành mảng ba chiều. Sự khác biệt chính là thuật toán truy cập từng ô trở nên phức tạp hơn, diện tích ô trở nên nhỏ hơn và tổng dung lượng tăng lên đáng kể.
Một năm sau, Intel phát triển bộ nhớ NOR Flash của riêng mình và Digipro đã tạo ra một ổ đĩa trên đó có tên Flashdisk. Phiên bản đầu tiên của Flashdisk với cấu hình tối đa chứa 16 MiB dữ liệu và có giá dưới 500 USD
Vào cuối những năm 80 và đầu những năm 90, các nhà sản xuất ổ cứng cạnh tranh để làm cho ổ đĩa nhỏ hơn. Năm 1989, PrairieTek phát hành ổ PrairieTek 220 20 MiB ở dạng 2.5 inch. Hai năm sau, Integral Peripherals tạo ra đĩa “Mustang” Integral Peripherals 1820 với cùng âm lượng nhưng đã có kích thước 1.8 inch. Một năm sau, Hewlett-Packard giảm kích thước đĩa xuống còn 1.3 inch.
Seagate vẫn trung thành với các ổ đĩa ở dạng 3.5 inch và dựa vào việc tăng tốc độ quay, cho ra mắt mẫu Barracuda nổi tiếng vào năm 1992, ổ cứng đầu tiên có tốc độ trục chính 7200 vòng/phút. Nhưng Seagate sẽ không dừng lại ở đó. Năm 1996, các ổ đĩa từ dòng Seagate Cheetah đạt tốc độ quay 10000 vòng/phút, và 15 năm sau, bản sửa đổi X15000 đã đạt tốc độ quay lên tới XNUMX vòng/phút.
Năm 2000, giao diện ATA được gọi là PATA. Lý do cho điều này là sự xuất hiện của giao diện Serial ATA (SATA) với dây dẫn nhỏ gọn hơn, hỗ trợ hot-swap và tăng tốc độ truyền dữ liệu. Seagate cũng dẫn đầu ở lĩnh vực này khi phát hành ổ cứng đầu tiên có giao diện như vậy vào năm 2002.
Bộ nhớ flash ban đầu rất tốn kém để sản xuất, nhưng chi phí đã giảm mạnh vào đầu những năm 2000. Transcend đã tận dụng lợi thế này và phát hành ổ SSD có dung lượng từ 2003 đến 16 MiB vào năm 512. Ba năm sau, Samsung và SanDisk tham gia sản xuất hàng loạt. Cùng năm đó, IBM đã bán bộ phận đĩa của mình cho Hitachi.
Ổ đĩa thể rắn đang phát triển và có một vấn đề rõ ràng: giao diện SATA chậm hơn chính ổ SSD. Để giải quyết vấn đề này, NVM Express Workgroup đã bắt đầu phát triển NVMe - một đặc điểm kỹ thuật cho các giao thức truy cập dành cho SSD trực tiếp qua bus PCIe, bỏ qua “trung gian” dưới dạng bộ điều khiển SATA. Điều này sẽ cho phép truy cập dữ liệu ở tốc độ bus PCIe. Hai năm sau, phiên bản thông số kỹ thuật đầu tiên đã sẵn sàng và một năm sau, ổ NVMe đầu tiên xuất hiện.
Sự khác biệt giữa SSD và HDD hiện đại
Ở cấp độ vật lý, có thể dễ dàng nhận thấy sự khác biệt giữa SSD và HDD: SSD không có các bộ phận cơ học và thông tin được lưu trữ trong các ô nhớ. Việc thiếu các phần tử chuyển động dẫn đến khả năng truy cập nhanh vào dữ liệu ở bất kỳ phần nào của bộ nhớ, tuy nhiên, có giới hạn về số chu kỳ ghi lại. Do số lượng chu kỳ ghi lại cho mỗi ô nhớ có hạn nên cần có cơ chế cân bằng - cân bằng độ hao mòn của ô bằng cách truyền dữ liệu giữa các ô. Công việc này được thực hiện bởi bộ điều khiển đĩa.
Để thực hiện cân bằng, bộ điều khiển SSD cần biết ô nào đang bị chiếm và ô nào còn trống. Bộ điều khiển có thể theo dõi việc ghi dữ liệu vào chính ô đó, điều này không thể nói đến việc xóa. Như bạn đã biết, hệ điều hành (OS) không xóa dữ liệu khỏi đĩa khi người dùng xóa một tập tin mà đánh dấu các vùng bộ nhớ tương ứng là trống. Giải pháp này giúp loại bỏ việc phải chờ hoạt động của đĩa khi sử dụng ổ cứng HDD, nhưng hoàn toàn không phù hợp để vận hành ổ SSD. Bộ điều khiển ổ SSD hoạt động với byte chứ không phải hệ thống tệp và do đó yêu cầu một thông báo riêng khi tệp bị xóa.
Đây là cách lệnh TRIM (tiếng Anh - Trim) xuất hiện, lệnh này hệ điều hành sẽ thông báo cho bộ điều khiển đĩa SSD để giải phóng một vùng bộ nhớ nhất định. Lệnh TRIM xóa vĩnh viễn dữ liệu khỏi đĩa. Không phải tất cả các hệ điều hành đều biết gửi lệnh này tới ổ đĩa thể rắn và bộ điều khiển RAID phần cứng ở chế độ mảng đĩa không bao giờ gửi TRIM tới đĩa.
Để được tiếp tục ...
Trong các phần sau, chúng ta sẽ nói về các hệ số dạng, giao diện kết nối và tổ chức bên trong của ổ đĩa thể rắn.
Trong phòng thí nghiệm của chúng tôi Bạn có thể kiểm tra độc lập các ổ HDD và SSD hiện đại và đưa ra kết luận của riêng mình.
Chỉ những người dùng đã đăng ký mới có thể tham gia khảo sát. , xin vui lòng.
Bạn có nghĩ SSD sẽ thay thế được HDD?
-
71.2%Đúng vậy, SSD là tương lai396
-
7.5%Không, thời đại của HDD42 quang từ đang ở phía trước
-
21.2%Phiên bản hybrid HDD + SSD118 sẽ giành chiến thắng
556 người dùng bình chọn. 72 người dùng bỏ phiếu trắng.
Nguồn: www.habr.com