L'étude de l'histoire des disques est le début du chemin vers la compréhension du fonctionnement des disques SSD. La première partie de notre série d'articles «Introduction au SSD» vous donnera un aperçu de l'histoire et vous permettra de comprendre clairement la différence entre le SSD et son concurrent le plus proche - le disque dur.
Malgré l'abondance de divers appareils pour stocker des informations, la popularité des disques durs et SSD à notre époque est indéniable. La différence entre ces deux types de disques pour le profane est évidente: les SSD sont plus chers et plus rapides, et les disques durs sont moins chers et plus spacieux.
Une attention particulière doit être accordée à l'unité de mesure de la capacité de stockage: historiquement, les préfixes décimaux, tels que kilo et méga, dans le contexte des technologies de l'information, signifient la dixième et la vingtième puissance de deux. Pour éliminer la confusion, des préfixes binaires kibi-, mebel- et d'autres ont été introduits. La différence entre ces consoles devient perceptible avec une augmentation de volume: lors de l'achat d'un disque de 240 gigaoctets, vous pouvez y enregistrer 223,5 gibibytes d'informations.
Immersion dans l'histoire
Le développement du premier disque dur est en cours depuis 1952 par IBM. Le 14 septembre 1956, le résultat final du développement a été annoncé - le modèle IBM 350 1. Le lecteur contenait 3,75 mégaoctets de données avec des dimensions très immodestes: 172 centimètres de haut, 152 centimètres de long et 74 centimètres de large. À l'intérieur se trouvaient 50 disques minces recouverts de fer pur d'un diamètre de 610 mm (24 pouces). Le temps moyen pour rechercher des données sur un disque a pris environ 600 ms.
Le temps a passé et IBM a amélioré la technologie en toute confiance. En 1961,
IBM 1301 a été introduit avec une capacité de 18,75 mégaoctets avec des têtes de lecture sur chaque plaque.
IBM 1311 a introduit des cartouches de disque amovibles et, depuis 1970, un système de détection et de correction des erreurs a été introduit dans l'IBM 3330. Trois ans plus tard, l'
IBM 3340, connu sous le nom de Winchester, fait son apparition.
Winchester (du fusil anglais Winchester) est le nom général des fusils et fusils fabriqués par la Winchester Repeating Arms Company aux États-Unis dans la seconde moitié du 19e siècle. Ce fut l'un des premiers fusils à plusieurs coups qui a gagné une immense popularité auprès des acheteurs. Ils devaient leur nom au fondateur de l'entreprise, Oliver Fisher Winchester.
L'IBM 3340 se composait de deux broches de 30 Mio chacune, c'est pourquoi les ingénieurs ont appelé ce disque «30-30» . Le nom faisait penser à un fusil Winchester modèle 1894 avec des cartouches .30-30 Winchester, c'est pourquoi Kenneth Haughton, responsable du développement IBM 3340, a déclaré: "Si c'est 30-30, alors ce devrait être Winchester." un 30-30, alors ce doit être un Winchester. ”). Depuis lors, non seulement les fusils, mais aussi les disques durs ont été appelés «Winchester».
Trois ans plus tard, l'IBM 3350 Madrid sortait avec des plaquettes de 14 pouces et un temps d'accès de 25 ms.
Le premier disque SSD a été créé par Dataram en 1976. Le lecteur Dataram BulkCore était composé d'un châssis avec huit emplacements de mémoire RAM de 256 Ko. Comparé au premier disque dur, BulkCore était minuscule: 50,8 cm de long, 48,26 cm de large et 40 cm de haut. Le temps d'accès aux données dans ce modèle n'était que de 750 ns, soit 30 000 fois plus rapide que le disque dur le plus moderne de l'époque.
En 1978, Shugart Technology a été fondée, qui un an plus tard change de nom pour Seagate Technology afin d'éviter les conflits avec Shugart Associates. Après deux ans de travail chez Seagate, le ST-506 apparaît - le premier disque dur pour ordinateurs personnels au format 5,25 pouces et avec une capacité de 5 Mio.
En plus de l'avènement de la technologie Shugart, l'année 1978 a été marquée par la sortie du premier SSD d'entreprise de StorageTek. StorageTek STC 4305 contenait 45 Mo de données. Conçu en remplacement de l'IBM 2305, ce SSD était de taille similaire et coûtait 400 000 $.
En 1982, SSD est entré sur le marché des ordinateurs personnels. La société Axlon spécialement pour Apple II développe un lecteur SSD sur puces RAM appelé RAMDISK 320. Comme le lecteur a été créé sur la base d'une mémoire volatile, une batterie a été fournie pour maintenir la sécurité des informations. La capacité de la batterie était suffisante pour 3 heures d'autonomie en cas de perte de puissance.
Un an plus tard, Rodime sortira le premier disque dur RO352 de 10 MiB dans un format 3,5 pouces familier à l'utilisateur moderne. Bien qu'il s'agisse du premier disque commercial dans ce format, Rodime n'a pratiquement rien fait d'innovant.
Le premier produit de ce format est le lecteur de disquette fourni par Tandon and Shugart Associates. De plus, Seagate et MiniScribe ont convenu d'adopter la norme de l'industrie de 3,5 pouces, laissant Rodime «hors-bord» attendu par le sort du «brevet troll» et la sortie complète de l'industrie de l'entraînement.
En 1980, l'ingénieur Toshiba, le professeur Fujio Masuoka, a déposé un brevet pour un nouveau type de mémoire appelé mémoire flash de type NOR. Le développement a duré 4 ans.
La mémoire NOR est une matrice 2D classique de conducteurs dans laquelle, à l'intersection des lignes et des colonnes, une cellule est installée (un analogue de la mémoire sur des noyaux magnétiques).
En 1984, le professeur Masuoka a parlé de son invention lors de l'International Electronics Developers Meeting, où Intel a rapidement apprécié la promesse de ce développement. Toshiba, dans lequel travaillait le professeur Masuoka, ne considérait pas la mémoire Flash comme quelque chose de spécial et a donc accepté la demande d'Intel de réaliser plusieurs prototypes à étudier.
L'intérêt d'Intel pour le développement de Fujio a incité Toshiba à identifier cinq ingénieurs pour aider le professeur à résoudre le problème de la commercialisation de l'invention. Intel, à son tour, a envoyé trois cents employés pour créer sa propre version de mémoire flash.
Alors qu'Intel et Toshiba développaient des lecteurs Flash, deux événements importants ont eu lieu en 1986. Tout d'abord, SCSI est officiellement normalisé - un ensemble d'accords pour l'interaction entre les ordinateurs et les périphériques. Deuxièmement, l'interface AT Attachment (ATA), connue sous le nom de marque Integrated Drive Electronics (IDE), a été développée, grâce à laquelle le contrôleur de disque s'est déplacé à l'intérieur du disque.
Pendant trois ans, Fujio Mausoka a travaillé sur l'amélioration de la technologie Flash et, en 1987, avait développé la mémoire NAND.
La mémoire NAND est la même mémoire NOR organisée dans un tableau tridimensionnel . La principale différence est que l'algorithme d'accès pour chaque cellule est devenu plus compliqué, la surface des cellules est devenue plus petite et la capacité totale a augmenté de manière significative.
Un an plus tard, Intel a développé sa propre mémoire flash de type NOR et Digipro a construit un lecteur flash appelé Flashdisk dessus. La première version de Flashdisk dans la configuration maximale contenait 16 Mo de données et coûtait moins de 500 $
À la fin des années 80 et au début des années 90, les fabricants de disques durs ont concouru à la réduction des effectifs. En 1989, PrairieTek a sorti le disque PrairieTek 220 de 20 Mio dans un format 2,5 pouces. Deux ans plus tard, Integral Peripherals crée la Mustang Integral Peripherals 1820 avec le même volume, mais déjà 1,8 pouces. Un an plus tard, Hewlett-Packard a réduit la taille du disque à 1,3 pouces.
Seagate est resté fidèle à ses disques 3,5 pouces et s'est appuyé sur des vitesses plus élevées en lançant son célèbre modèle Barracuda en 1992, le premier disque dur avec des vitesses de broche de 7200 tr / min. Mais Seagate n'allait pas s'arrêter là. En 1996, les entraînements de la ligne Seagate Cheetah ont atteint une vitesse de 10 000 tr / min et quatre ans plus tard, la modification X15 a atteint 15 000 tr / min.
En 2000, l'interface ATA est devenue connue sous le nom de PATA. La raison en était l'apparition de l'interface Serial ATA (SATA) avec des fils plus compacts, la prise en charge du «remplacement à chaud» et une vitesse de transfert de données accrue. Seagate a pris les devants ici, en lançant le premier disque dur avec une telle interface en 2002.
La production de mémoire flash était initialement très chère, mais au début des années 2000, le coût a fortement chuté. Transcend en a profité, en 2003, elle a sorti des disques SSD en volumes de 16 à 512 Mio. Trois ans plus tard, Samsung et SanDisk se sont joints à la production de masse. La même année, IBM a vendu sa division de disques à Hitachi.
Les SSD prenaient de l'ampleur et il y avait un problème évident: l'interface SATA était plus lente que les SSD eux-mêmes. Pour résoudre ce problème, le NVM Express Workgroup a commencé à développer NVMe - une spécification pour les protocoles d'accès aux SSD directement via le bus PCIe, en contournant «l'intermédiaire» sous la forme d'un contrôleur SATA. Cela permettrait d'accéder aux données à une vitesse de bus PCIe. Deux ans plus tard, la première version de la spécification était prête, et un an plus tard, le premier lecteur NVMe est apparu.
Différences entre les SSD modernes et les disques durs
Au niveau physique, la différence entre les SSD et les disques durs est facilement perceptible: il n'y a pas d'éléments mécaniques dans les SSD et les informations sont stockées dans des cellules de mémoire. L'absence d'éléments mobiles conduit à un accès rapide aux données dans n'importe quelle partie de la mémoire, cependant, il y a une limite sur le nombre de cycles de réécriture. En raison du nombre limité de cycles de réécriture pour chaque cellule de mémoire, il existe un besoin d'un mécanisme d'équilibrage - atténuant la détérioration des cellules en transférant des données entre les cellules. Ce travail est effectué par le contrôleur de disque.
Pour l'équilibrage, le contrôleur SSD doit savoir quelles cellules sont occupées et lesquelles sont libres. Le contrôleur est capable de suivre l'enregistrement des données dans la cellule elle-même, ce qui ne peut pas être dit à propos de la suppression. Comme vous le savez, les systèmes d'exploitation (OS) n'effacent pas les données du disque lorsque l'utilisateur supprime le fichier, mais marquent les sections de mémoire correspondantes comme libres. Cette solution élimine le besoin d'attendre le fonctionnement du disque lors de l'utilisation du disque dur, mais est totalement inadaptée au SSD. Le contrôleur SSD fonctionne avec des octets, pas avec des systèmes de fichiers, et nécessite donc un message distinct sur la suppression du fichier.
C'est ainsi que la commande TRIM est apparue (eng. - trim), avec laquelle le système d'exploitation informe le contrôleur SSD de la libération d'une certaine zone de mémoire. La commande TRIM efface définitivement les données du disque. Tous les systèmes d'exploitation ne sont pas conscients de la nécessité d'envoyer cette commande aux SSD, et les contrôleurs RAID matériels en mode baie de disques n'envoient jamais TRIM aux disques.
À suivre ...
Dans les parties suivantes, nous parlerons des facteurs de forme, des interfaces de connexion et de l'organisation interne des disques SSD.
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