SSD का परिचय। भाग 1. ऐतिहासिक

ड्राइव के इतिहास का अध्ययन यह समझने की राह की शुरुआत है कि ठोस राज्य ड्राइव कैसे काम करते हैं। हमारी लेख श्रृंखला "एसएसडी का परिचय" का पहला भाग आपको इतिहास में एक अंतर्दृष्टि देगा और आपको एसएसडी और उसके निकटतम प्रतिद्वंद्वी - एचडीडी के बीच अंतर को स्पष्ट रूप से समझने की अनुमति देगा।

भंडारण सूचना के लिए विभिन्न उपकरणों की प्रचुरता के बावजूद, हमारे समय में HDD और SSD की लोकप्रियता निर्विवाद है। आम आदमी के लिए ड्राइव के इन दो प्रकारों के बीच का अंतर स्पष्ट है: SSDs अधिक महंगे और तेज़ हैं, और HDD सस्ते और अधिक क्षमता वाले हैं।

भंडारण क्षमता की माप की इकाई पर विशेष ध्यान दिया जाना चाहिए: ऐतिहासिक रूप से, दशमलव उपसर्ग, जैसे कि किलो और मेगा, सूचना प्रौद्योगिकी के संदर्भ में, मतलब दो की दसवीं और बीसवीं शक्ति। भ्रम को खत्म करने के लिए, द्विआधारी उपसर्ग kibi-, mebel- और अन्य को पेश किया गया था। इन कंसोलों के बीच का अंतर मात्रा में वृद्धि के साथ ध्यान देने योग्य हो जाता है: जब 240 गीगाबाइट डिस्क खरीदते हैं, तो आप इस पर 223.5 gibibytes की जानकारी सहेज सकते हैं।

इतिहास में डूबना

पहली हार्ड ड्राइव का विकास आईबीएम द्वारा 1952 से चल रहा है। 14 सितंबर, 1956 को, अंतिम विकास परिणाम की घोषणा की गई थी - आईबीएम 350 मॉडल 1. ड्राइव में 3.75 मेबाइबाइट्स के साथ बहुत ही भारी आयाम हैं: 172 सेंटीमीटर ऊंचा, 152 सेंटीमीटर लंबा और 74 सेंटीमीटर चौड़ा। अंदर 610 मिमी (24 इंच) के व्यास के साथ 50 शुद्ध लोहे से लिपटे पतले डिस्क थे। डिस्क पर डेटा खोजने के लिए औसत समय ~ 600 एमएस लिया गया।

समय बीत गया, और आईबीएम ने आत्मविश्वास से तकनीक में सुधार किया। 1961 में, आईबीएम 1301 को 18.75 मेगाबाइट की क्षमता के साथ प्रत्येक प्लेट पर रीड हेड के साथ पेश किया गया था। आईबीएम 1311 ने हटाने योग्य डिस्क कारतूस की शुरुआत की, और 1970 के बाद से, आईबीएम 3330 में एक त्रुटि का पता लगाने और सुधार प्रणाली पेश की गई है। तीन साल बाद, विनचेस्टर के रूप में जाना जाने वाला आईबीएम 3340 दिखाई दिया।

विनचेस्टर (अंग्रेजी विनचेस्टर राइफल से) 19 वीं शताब्दी के उत्तरार्ध में यूएसए में विनचेस्टर रिपीटिंग आर्म्स कंपनी द्वारा निर्मित राइफलों और राइफलों का सामान्य नाम है। ये पहले मल्टी-शॉट राइफल थे जो खरीदारों के बीच अपार लोकप्रियता हासिल करते थे। उन्होंने अपना नाम कंपनी के संस्थापक ओलिवर फिशर विनचेस्टर के नाम पर रखा।

IBM 3340 में प्रत्येक में 30 MiB के दो स्पिंडल शामिल थे, यही वजह है कि इंजीनियरों ने इस डिस्क को "30-30" कहा । यह नाम एक विनचेस्टर मॉडल 1894 राइफल के साथ .30-30 विनचेस्टर कारतूस की याद दिलाता था, यही वजह है कि केनेथ हॉगटन, आईबीएम 3340 विकास प्रबंधक, ने कहा, "यदि यह 30-30 है, तो यह विनचेस्टर होना चाहिए।" एक 30-30, तो यह एक विनचेस्टर होना चाहिए। ”)। तब से, न केवल राइफल्स, बल्कि हार्ड ड्राइव को "विनचेस्टर" कहा जाता है।

तीन साल बाद, IBM 3350 मैड्रिड 14-इंच वेफर्स और 25 एमएस के एक्सेस समय के साथ बाहर आया।


पहला SSD ड्राइव 1976 में दाताराम द्वारा बनाया गया था। दाताराम बल्ककोर ड्राइव में आठ 256-KiB रैम स्लॉट के साथ चेसिस था। पहली हार्ड ड्राइव की तुलना में, थोककोर छोटा था: 50.8 सेमी लंबा, 48.26 सेमी चौड़ा और 40 सेमी ऊंचा। इस मॉडल में डेटा एक्सेस का समय केवल 750 ns था, जो उस समय के सबसे आधुनिक HDD से 30,000 गुना तेज है।

1978 में, Shugart Technology की स्थापना हुई, जिसने एक साल बाद Shartart Associates के साथ टकराव से बचने के लिए इसका नाम बदलकर Seagate Technology कर दिया। सीगेट के दो साल के काम के बाद, ST-506 दिखाई देता है - 5.25-इंच फॉर्म फैक्टर और 5 MiB की क्षमता के साथ पर्सनल कंप्यूटर के लिए पहला हार्ड ड्राइव।

Shugart Technology के आगमन के अलावा, 1978 को StorageTek के पहले एंटरप्राइज SSD की रिलीज़ के लिए याद किया गया था। स्टोरेजटेक एसटीसी 4305 में 45 MiB डेटा था। आईबीएम 2305 के प्रतिस्थापन के रूप में बनाया गया, यह एसएसडी आकार में समान था और इसकी कीमत $ 400,000 थी।


1982 में, SSD ने व्यक्तिगत कंप्यूटर बाजार में प्रवेश किया। एक्सलोन कंपनी विशेष रूप से Apple II के लिए RAMDISK 320 नामक रैम-चिप्स पर एक SSD- ड्राइव विकसित कर रही है। चूंकि ड्राइव को वाष्पशील मेमोरी के आधार पर बनाया गया था, इसलिए सूचना की सुरक्षा बनाए रखने के लिए बैटरी की आपूर्ति की गई थी। बिजली की हानि के मामले में 3 घंटे की बैटरी जीवन के लिए बैटरी की क्षमता पर्याप्त थी।

एक साल बाद, रोडाइम आधुनिक उपयोगकर्ता से परिचित 3.5 इंच के एक फार्म कारक में पहले 10 MiB RO352 हार्ड ड्राइव को जारी करेगा। इस तथ्य के बावजूद कि इस फॉर्म फैक्टर में यह पहला व्यावसायिक डिस्क है, रॉडाइम ने अनिवार्य रूप से कुछ भी अभिनव नहीं किया है।

इस फॉर्म फैक्टर में पहला उत्पाद टंडन और शुगार्ट एसोसिएट्स द्वारा प्रदान की गई फ्लॉपी ड्राइव है। क्या अधिक है, सीगेट और मिनीसाइड ने 3.5 इंच के उद्योग मानक को अपनाने के लिए सहमति व्यक्त की है, जिससे रोडाइम "आउटबोर्ड" को "पेटेंट ट्रोल" के भाग्य का इंतजार है और ड्राइव उद्योग से पूरी तरह से बाहर निकल गया है।


1980 में, तोशिबा इंजीनियर, प्रोफेसर फुजियो मसुओका ने फ्लैश मेमोरी टाइप एनओआर नामक एक नई प्रकार की मेमोरी के लिए एक पेटेंट दर्ज किया। विकास को 4 साल लगे।

एनओआर-मेमोरी कंडक्टरों का एक क्लासिक 2 डी मैट्रिक्स है , जिसमें पंक्तियों और स्तंभों के चौराहे पर एक सेल स्थापित किया जाता है (चुंबकीय कोर पर स्मृति का एक एनालॉग)।

1984 में, प्रोफेसर मसूका ने अंतर्राष्ट्रीय इलेक्ट्रॉनिक्स डेवलपर्स मीटिंग में अपने आविष्कार के बारे में बात की, जहां इंटेल ने इस विकास के वादे की सराहना की। तोशिबा, जिसमें प्रोफेसर मसुओका ने काम किया, फ्लैश मेमोरी को कुछ खास नहीं माना, और इसलिए उन्होंने अध्ययन के लिए कई प्रोटोटाइप बनाने के लिए इंटेल के अनुरोध को मंजूरी दी।

फुजियो को विकसित करने में इंटेल के हित ने प्रोफेसर को आविष्कार के व्यावसायीकरण की समस्या को हल करने में मदद करने के लिए पांच इंजीनियरों की पहचान करने के लिए तोशिबा को प्रेरित किया। इंटेल, बदले में, फ्लैश-मेमोरी का अपना संस्करण बनाने के लिए तीन सौ कर्मचारियों को फेंक दिया।

जबकि इंटेल और तोशिबा फ्लैश ड्राइव विकसित कर रहे थे, 1986 में दो महत्वपूर्ण घटनाएं हुईं। सबसे पहले, SCSI आधिकारिक तौर पर मानकीकृत है - कंप्यूटर और परिधीय उपकरणों के बीच बातचीत के लिए समझौतों का एक सेट। दूसरे, AT अटैचमेंट (ATA) इंटरफ़ेस, जिसे ब्रांड इंटीग्रेटेड ड्राइव इलेक्ट्रॉनिक्स (IDE) के नाम से जाना जाता है, विकसित किया गया था, जिसकी बदौलत डिस्क कंट्रोलर डिस्क के अंदर चला गया।

तीन साल के लिए, फुजियो मौसोका ने फ्लैश तकनीक में सुधार करने पर काम किया और 1987 तक, नंद स्मृति को विकसित किया।

नंद स्मृति वही एनआर मेमोरी है जो तीन आयामी सरणी में आयोजित की जाती है । मुख्य अंतर यह था कि प्रत्येक सेल के लिए एक्सेस एल्गोरिथ्म अधिक जटिल हो गया, कोशिकाओं का क्षेत्र छोटा हो गया, और कुल क्षमता में काफी वृद्धि हुई।

एक साल बाद, Intel ने अपनी NOR-type फ़्लैश मेमोरी विकसित की, और Digipro ने इस पर Flashdisk नामक एक फ्लैश ड्राइव का निर्माण किया। अधिकतम कॉन्फ़िगरेशन में फ्लैशडिस्क के पहले संस्करण में 16 MiB डेटा और लागत $ 500 से कम थी


80 के दशक के अंत और 90 के दशक की शुरुआत में, हार्ड ड्राइव निर्माताओं ने डाउनसाइज़िंग में प्रतिस्पर्धा की। 1989 में, PrairieTek ने 2.5-इंच फॉर्म फैक्टर में PrairieTek 220 20 MiB डिस्क जारी की। दो साल बाद, इंटीग्रल पेरिफेरल एक ही वॉल्यूम के साथ इंटीग्रल पेरिफेरल 1820 मस्टैंग बनाता है, लेकिन पहले से ही 1.8 इंच। एक साल बाद, हेवलेट-पैकर्ड ने डिस्क का आकार 1.3 इंच तक घटा दिया।

सीगेट अपने 3.5 इंच ड्राइव के प्रति वफादार रहे और 1992 में अपने प्रसिद्ध बाराकुडा मॉडल को जारी करके बढ़ी हुई गति पर भरोसा किया, 7200 आरपीएम स्पिंडल गति के साथ पहली हार्ड ड्राइव। लेकिन सीगेट वहां रुकने वाले नहीं थे। 1996 में, सीगेट चीता लाइन ड्राइव 10,000 आरपीएम की गति तक पहुंच गई, और चार साल बाद, एक्स 15 संशोधन 15,000 आरपीएम तक बढ़ गया।

2000 में, ATA इंटरफ़ेस PATA के रूप में जाना जाने लगा। इसका कारण अधिक कॉम्पैक्ट तारों के साथ सीरियल एटीए (एसएटीए) इंटरफ़ेस की उपस्थिति, "हॉट स्वैप" के लिए समर्थन और डेटा ट्रांसफर गति में वृद्धि थी। सीगेट ने 2002 में इस तरह के एक इंटरफेस के साथ पहली हार्ड ड्राइव को जारी करते हुए यहां नेतृत्व किया।

फ्लैश मेमोरी का उत्पादन शुरू में बहुत महंगा था, लेकिन 2000 के दशक की शुरुआत में, लागत में तेजी से गिरावट आई। ट्रांससेड ने इसका फायदा उठाया, 2003 में इसने 16 से 512 मिब तक के संस्करणों में एसएसडी डिस्क जारी की। तीन साल बाद, सैमसंग और सैनडिस्क बड़े पैमाने पर उत्पादन में शामिल हो गए। उसी वर्ष, आईबीएम ने अपने डिस्क डिवीजन को हिताची को बेच दिया।

SSDs गति प्राप्त कर रहे थे और एक स्पष्ट समस्या थी: SATA इंटरफ़ेस SSDs की तुलना में धीमा था। इस समस्या को हल करने के लिए, NVM एक्सप्रेस वर्कग्रुप ने NVMe को विकसित करना शुरू कर दिया - PCI डेटा के माध्यम से सीधे SSDs तक पहुँच प्रोटोकॉल के लिए एक विनिर्देश, एक SATA नियंत्रक के रूप में "मध्यस्थ" को दरकिनार कर दिया। यह एक PCIe बस की गति से डेटा तक पहुंच की अनुमति देगा। दो साल बाद, विनिर्देश का पहला संस्करण तैयार हो गया, और एक साल बाद पहली NVMe ड्राइव दिखाई दी।

आधुनिक एसएसडी और एचडीडी के बीच अंतर

भौतिक स्तर पर, एसएसडी और एचडीडी के बीच अंतर आसानी से ध्यान देने योग्य है: एसएसडी में कोई यांत्रिक तत्व नहीं हैं, और जानकारी मेमोरी कोशिकाओं में संग्रहीत होती है। जंगम तत्वों की अनुपस्थिति स्मृति के किसी भी हिस्से में डेटा की त्वरित पहुंच की ओर जाता है, हालांकि, रीराइट साइकल की संख्या पर एक सीमा होती है। प्रत्येक मेमोरी सेल के लिए सीमित संख्या में पुनर्लेखन चक्रों के कारण, एक संतुलन तंत्र की आवश्यकता होती है - कोशिकाओं के बीच डेटा स्थानांतरित करके कोशिकाओं की गिरावट को सुचारू करना। यह काम डिस्क नियंत्रक द्वारा किया जाता है।

संतुलन के लिए, एसएसडी नियंत्रक को यह जानना होगा कि कौन सी कोशिकाएं व्यस्त हैं और कौन सी स्वतंत्र हैं। नियंत्रक डेटा रिकॉर्डिंग को सेल में ही ट्रैक करने में सक्षम है, जिसे हटाने के बारे में नहीं कहा जा सकता है। जैसा कि आप जानते हैं, ऑपरेटिंग सिस्टम (OS) डिस्क से डेटा को मिटाता नहीं है जब उपयोगकर्ता फ़ाइल को हटाता है, लेकिन मेमोरी के संबंधित अनुभागों को मुफ्त में चिह्नित करता है। यह समाधान HDD का उपयोग करते समय डिस्क संचालन की प्रतीक्षा करने की आवश्यकता को समाप्त करता है, लेकिन SSD के लिए पूरी तरह से अनुपयुक्त है। SSD कंट्रोलर बाइट्स के साथ काम करता है, फाइल सिस्टम के साथ नहीं, और इसलिए फाइल को हटाने के बारे में एक अलग संदेश की आवश्यकता होती है।

तो TRIM कमांड दिखाई (संलग्न। ट्रिम), जिसके साथ OS मेमोरी के एक निश्चित क्षेत्र के रिलीज के SSD नियंत्रक को सूचित करता है। TRIM कमांड स्थायी रूप से डिस्क से डेटा मिटा देता है। सभी ऑपरेटिंग सिस्टम इस कमांड को SSDs को भेजने की आवश्यकता के बारे में नहीं जानते हैं, और डिस्क सरणी मोड में हार्डवेयर RAID नियंत्रक कभी भी डिस्क को TRIM नहीं भेजते हैं।

जारी रखने के लिए ...

निम्नलिखित भागों में, हम फार्म कारकों, कनेक्शन इंटरफेस और ठोस राज्य ड्राइव के आंतरिक संगठन के बारे में बात करेंगे।

हमारी सेलेक्ट लैब में, आप स्वतंत्र रूप से आधुनिक एचडीडी और एसएसडी का परीक्षण कर सकते हैं और अपने निष्कर्ष निकाल सकते हैं।