Perangkat Penyimpanan Sekunder

Perangkat penyimpanan sekunder—cakram keras magnetik dan solid-state drive berbasis flash—menyimpan data secara persisten di luar memori utama, dengan karakteristik kinerja yang sangat berbeda yang membentuk cara sistem menyimpan dan mengakses informasi.

Definition

Perangkat penyimpanan sekunder adalah media penyimpanan non-volatil—terutama hard disk drive magnetik dan solid-state drive flash—yang digunakan untuk mempertahankan data secara persisten di seluruh siklus daya, menyediakan kapasitas besar dengan biaya lebih rendah dan kecepatan lebih rendah dibandingkan memori utama.

Scope

Topik ini mencakup teknologi dan kinerja penyimpanan persisten: geometri cakram magnetik, waktu pencarian (seek) dan latensi rotasi, serta penjadwalan cakram; flash NAND dan solid-state drive, termasuk perilaku akses, keausan, dan lapisan terjemahan flash; serta bagaimana karakteristik ini memengaruhi desain sistem. Topik ini membahas perangkat itu sendiri. Topik ini tidak mencakup array redundansi dan keandalan (RAID dan keandalan penyimpanan) serta perangkat lunak sistem berkas di atasnya (sistem berkas).

Core questions

• Apa yang menentukan latensi dan throughput dari cakram keras magnetik?
• Bagaimana penyimpanan solid-state berbasis flash berbeda dari cakram magnetik dalam perilaku dan kinerja?
• Mengapa solid-state drive membutuhkan lapisan terjemahan flash dan perataan keausan?
• Bagaimana karakteristik perangkat penyimpanan memengaruhi desain sistem dan perangkat lunak?

Key concepts

• geometri cakram magnetik (jalur, sektor, silinder)
• waktu pencarian (seek time) dan latensi rotasi
• penjadwalan cakram
• flash NAND dan solid-state drive
• lapisan terjemahan flash
• perataan keausan (wear leveling)
• throughput dan latensi
• persistensi dan non-volatilitas

Mechanisms

Cakram magnetik menyimpan data pada piringan yang berputar; akses memerlukan pemindahan kepala ke jalur yang benar (seek) dan menunggu sektor berputar di bawahnya (latensi rotasi), sehingga penjadwalan cakram mengatur ulang permintaan untuk mengurangi pergerakan kepala. Solid-state drive menyimpan data dalam flash NAND, yang dibaca dan ditulis dalam halaman tetapi dihapus dalam blok yang lebih besar dan aus seiring penggunaan; lapisan terjemahan flash memetakan alamat logis ke halaman fisik dan melakukan perataan keausan (wear leveling) serta pengumpulan sampah (garbage collection).

Clinical relevance

Karakteristik perangkat penyimpanan sering kali mendominasi kinerja sistem yang intensif data. Transisi dari cakram mekanis ke solid-state drive secara dramatis mengurangi latensi akses dan membentuk kembali desain basis data, sistem berkas, dan sistem operasi, sementara perilaku flash yang berbeda—hapus-sebelum-tulis (erase-before-write), keausan, dan pengumpulan sampah—terus memengaruhi cara perangkat lunak penyimpanan dibangun.

History

Cakram keras magnetik, yang diperkenalkan oleh IBM pada tahun 1956, mendominasi penyimpanan sekunder selama setengah abad, terus meningkat dalam kepadatan dan biaya. Memori flash NAND, yang dikomersialkan sejak akhir 1980-an, memungkinkan solid-state drive yang menggantikan cakram dalam banyak peran mulai tahun 2000-an dan seterusnya, menukar biaya per bit yang lebih tinggi dengan latensi yang jauh lebih rendah dan tanpa bagian yang bergerak.

Key figures

• John L. Hennessy
• David A. Patterson
• Bruce Jacob

Seminal works

• hennessy2019
• jacob2008

Frequently asked questions

Mengapa solid-state drive lebih cepat daripada hard disk?

Hard disk harus secara mekanis menggerakkan kepala dan menunggu piringan berputar, menyebabkan latensi milidetik. Solid-state drive mengakses flash secara elektronik tanpa bagian yang bergerak, sehingga latensinya jauh lebih rendah dan mereka menangani akses acak jauh lebih baik, meskipun harganya lebih mahal per byte.

Apa itu perataan keausan (wear leveling)?

Sel memori flash hanya dapat menahan sejumlah siklus hapus-tulis yang terbatas. Perataan keausan menyebarkan penulisan secara merata ke seluruh sel, melalui lapisan terjemahan flash, sehingga tidak ada wilayah yang aus sebelum waktunya, memperpanjang masa pakai solid-state drive.