Скорость дисков

[vak]

Вся история магнитных, а потом и твердотельных накопителей - всего 70 лет. Но была она бурной.

1950-е: Скромные килобайты в секунду

Пример: IBM 305 RAMAC (1956)

• Носитель: 24-дюймовые пластины, общая ёмкость 5 МБ (50 дисков)
• Скорость передачи: ~100 КБ/с (0.1 МБ/с)
• Время доступа: среднее время поиска ~600 мс

Каждое чтение/запись требовало огромного механического действия. Накопители были размером с холодильник, а скорость передачи данных ограничивалась скоростью вращения (~1200 об/мин) и аналоговой электроникой. Чтение одной записи могло занимать секунды.

1960-е: Первые "быстрые" диски — скорость аж 1 Мбайт/сек

Пример: IBM 2311 (1964), IBM 2314 (1965)

• Скорость передачи данных: 156 КБ/с → 1 МБ/с
• Ёмкость: до 29 МБ на сменный блок
• Время доступа: ~50 мс

Мэйнфреймы теперь передавали данные непрерывно для пакетной обработки. Появилась концепция дисковых каналов и DMA — предшественников современных контроллеров.

1970-е: Мини-ПК и ранние ПК — несколько сотен кбайт/сек

• IBM 3330 (1970): ~800 КБ/с
• Shugart SA1000 (1979, ранние жёсткие диски для ПК): ~500 КБ/с
• Флоппи диски: ~31 КБ/с (8 дюймов, 360 об/мин)

С появлением компактных компьютеров диски уменьшились до 14, 8, а затем и до 5.25 дюймов. Появились интерфейсы, такие как ST-506. К концу десятилетия появились первые персональные жёсткие диски.

1980-е: Жёсткие диски для ПК — от 0.5 до 3 Мбайт/сек

• Seagate ST-412 (1981): ёмкость 10 МБ, 625 КБ/с
• Накопители MFM/RLL (середина 80-х): ~1–2 МБ/с
• Накопители ESDI и ранние SCSI (конец 80-х): типичная скорость 2–3 МБ/с
• Высокопроизводительные мэйнфреймы: до 5 МБ/с

Логика контроллера была перенесена с центрального процессора на встроенную электронику. Диски всё ещё были медленными, но уже надёжными. Чтение всего диска объёмом 10 МБ занимало около 10–20 секунд.

1990-е: IDE, SCSI и гигабайты — от 3 до 20 Мбайт/сек

• Ранние диски ATA (1990): ~3–5 МБ/с
• Быстрый SCSI-2 (1993): 10 МБ/с
• Поздний IDE (1998): 15–20 МБ/с (постоянная)
• Серверный RAID (1999): до 40 МБ/с (суммарная)

Плотность пластин резко возросла; скорость вращения достигла 5400–7200 об/мин. Последовательная пропускная способность росла быстрее, чем улучшалось время доступа. DMA и кэширование стали стандартом.

2000-е: SATA и высокоплотные пластины — от 40 до 100 Мбайт/сек

• IDE/ATA100 (2000): 50–70 МБ/с
• SATA 1.5 Гбит/с (2003): интерфейс до 150 МБ/с, постоянная скорость ~70 МБ/с
• SATA 3 Гбит/с (2005+): типичная скорость 100–120 МБ/с для дисков со скоростью вращения 7200 об/мин
• Raptor/SCSI со скоростью вращения 10 000 об/мин: 120–150 МБ/с

"Мегабайты в секунду" стали настоящим узким местом для видео и баз данных. Первые прототипы SSD появились в середине десятилетия, но всё ещё оставались нишевыми.

2010-е: Революция SSD — от 200 до 3500 Мбайт/сек

• SSD-накопители SATA (2010): 200–550 МБ/с (ограничено SATA 3)
• SSD-накопители PCIe/NVMe (2015): 1000–3000 МБ/с
• Enterprise NVMe (2019): до 6000 МБ/с

Время произвольного доступа резко сократилось с миллисекунд до микросекунд. Впервые задержка, а не последовательная пропускная способность, стала основным фактором, определяющим выбор.

2020-е: NVMe — 7000 Мбайт/сек и выше

• PCIe 4.0 x4 NVMe (2021): 5000–7500 МБ/с
• PCIe 5.0 x4 NVMe (2024): 10 000–14 000 МБ/с
• Жесткие диски по-прежнему демонстрируют скорость около 150–250 МБ/с (большие накопители со скоростью 7200 об/мин)

Жесткие диски теперь используются для хранения больших объемов данных; твердотельные накопители (SSD) доминируют в активных рабочих нагрузках. Современные корпоративные SSD даже выдерживают более 1 миллиона операций ввода-вывода в секунду с кэшированием DRAM.

Сводная таблица:

Эпоха Типичное устройство               Мбайт/с  Доступ   Примечания
-----------------------------------------------------------------------------
1956  IBM RAMAC                           0.1    600 мс   Первый жёсткий диск
1965  IBM 2314                            1      50 мс    Канально-подключённые жёсткие диски
1975  Shugart SA1000                      0.5    35 мс    Ранние 5-дюймовые жёсткие диски
1985  Seagate ST-225                      1.5    28 мс    Накопители PC XT
1995  Quantum Fireball                    10     12 мс    IDE, 5400 об/мин
2005  WD Caviar                           70     8 мс     SATA 3 Гбит/с
2010  Твердотельный накопитель Intel X25  250    0.1 мс   Первый массовый SSD
2015  Samsung 950 Pro NVMe                2500   0.03 мс  PCIe 3.0 x4
2024  Samsung 990 EVO PCIe 5.0            13000  0.02 мс  Лучший потребительский SSD

Comments

[sir_dog]

Samsung 990 хіба Pro? Начебто ж воно EVO.

[vak]

Точно, EVO.
https://www.samsung.com/us/business/computing/memory-storage/solid-state-drives/990-evo-nvme-ssd-2tb-mz-v9e2t0b-am/

[flamedancerii]

замислився дивлячись на коробку від свого 990 pro...

У Самсунга майже кожна 9x0 серія має і pro і evo моделі, а також опціонально evo plus та 9x0 без суфіксу (самий повільний).
хоча саме в 990 серії evo та evo plus мають гібридний інтерфейс pcie 4x4 5x2,
pro має тільки 4x4.
але він все одно швидший за evo, на рівні по швидкості лінійних операцій з evo plus, перевищуючи evo plus за iops.
P.S.:
960 pro був останнім на MLC, далі виключно на TLC.
980 pro та 990 pro мали проблеми з lifetime. Нібито вирішилося новим firmware, але але....

Накопители были размером с холодильник

[h1uke]

ага. Я как раз вспоминал это чудовище - накопитель на магнитном диске производства МРП-шного завода в г. Каменец-Подольский. Это был не холодильник, это был холодильный шкаф о 20 или 29 Мегабайт полезной емкости - не помню.
В одной из лабораторий был даже действующий setup - Электроника 60, лежащая поверх вот этого самого дискового накопителя.
Мы этот setup обозначали, как "карлик, со внушительным затейником" - не без оснований, и со всеми последствиями :)

Была когда-то остроумная пародия, где упоминались эти диски: "но, хоть и был он любтелем риска, так и не взял каменецкого диска. Пусть эти диски читает малаец .." и т.д.

Интересно, кто-то из присутствующих помнит это время? А также, как случилось, что в Сибири знают слово "drukarka? ?

Re: Накопители были размером с холодильник

[aka_human]

По-моему в 80-х были больше распространены болгарские дисководы - поменьше на 5МБ и "шкафы" на 29МБ. СМ1420 с такими дисками хватало для приличного рамера компании ;-)
Только магнитные головки в дисководах приходилось юстировать время от времени и они прилично зависели от температуры. А матричные принтеры были чаще немецкие Роботрон.

[vak]

Вот, нашёл про болгарские диски. Поменьше были на 7.5 мегабайт.

Disk Drives Production
1968 – foundation of DZU factory for disc drives manufacturing
1971 – 7,5 MB disc drives 14” (removable disk pack)
1973 – 29 MB disc drives 14” (removable disk pack)
1974 – 56 MB disc drives 14” (removable disk pack)
1977 – 100 MB disc drives 14” (removable disk pack)
1977 – 200 MB disc drives 14” (removable disk pack)
1982 – 317 MB disc drives 14” (Winchester)
1983 – 10 MB disc drives 5.25” (Winchester)
1985 – 635 MB disc drives 14” (Winchester)
1985 – 20 MB disc drives 5.25” (Winchester)
1989 – Summit in the production volume – 1,62 billion USD
1990 – Disintegration of Council for Mutual Economic Assistance (CMEA) and the end of East European Computer market
1993 – 250, 360, 540 MB family of 3.5” HDD
1994 – End of Disk Drive manufacturing

https://itf.njszt.hu/324rtr4/uploads/2021/03/kiril_boyanov_itstar_prezentacio.pdf

[aka_human]

Хм, те дисководы что были у меня выглядели иначе.

[tiresome_cat]

Вот именно такими накопителями на 7.5МБ я в свое время и занимался. ЕС-5052, если мне память не изменяет. Большой, шумньій и капризньій. Но бьіло одно неоспоримое достоинство: об него бьіло очень удобно греться зимой, приходя с улицьі :)

[last_least]

В 1985-м они уже 20-мегабайтники выпускали? Сигейт вроде только за год до этого выпустил свой ST-225, неужели болгары успели скопировать?

[vak]

Они его покупали и перемаркировывали сначала.

Re: Накопители были размером с холодильник

[flamedancerii]

У нас этих дисков просто во дворе жилых многоэтажек валялось валом одно время в 90х.
я из них антенны ДМВ для телевизора делал, просто рассказали что так можно.
Именно как на видео, с болтиками/гаечками.
https://youtu.be/SiXpy7QXq_g?si=dV6KBLQ15dTTK6Mr

наверное спец на такой дизайн (мне кажется надо согласование с кабелем по хорошему) сильно ругаться будет, но работало.

хотя "японка" HB9CV работала конечно лучше, если сделать из нормальной меди и аккуратно.