يقدم أي مزود سحابي خدمات تخزين البيانات. يمكن أن تكون هذه أماكن تخزين باردة وساخنة، أو مخازن باردة مثلجة، وما إلى ذلك. يعد تخزين المعلومات في السحابة أمرًا مريحًا للغاية. ولكن كيف تم تخزين البيانات فعليًا قبل 10 أو 20 أو 50 عامًا؟ قامت Cloud4Y بترجمة مقالة مثيرة للاهتمام تتحدث عن هذا الأمر.
يمكن تخزين بايت من البيانات بعدة طرق، حيث تظهر وسائط تخزين جديدة وأكثر تقدمًا وأسرع طوال الوقت. البايت هو وحدة تخزين ومعالجة المعلومات الرقمية، والتي تتكون من ثمانية بتات. يمكن أن يحتوي البت الواحد على 0 أو 1.
في حالة البطاقات المثقوبة، يتم تخزين البت على أنه وجود/عدم وجود ثقب في البطاقة في مكان معين. إذا عدنا قليلاً إلى محرك باباج التحليلي، فإن السجلات التي تخزن الأرقام كانت عبارة عن تروس. في أجهزة التخزين المغناطيسية مثل الأشرطة والأقراص، يتم تمثيل البت بقطبية منطقة معينة من الفيلم المغناطيسي. في ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية الحديثة (DRAM)، غالبًا ما يتم تمثيل البت على أنه شحنة كهربائية ذات مستويين مخزنة في جهاز يقوم بتخزين الطاقة الكهربائية في مجال كهربائي. تقوم الحاوية المشحونة أو المفرغة بتخزين القليل من البيانات.
في يونيو 1956 من السنة اخترع الكلمة للدلالة على مجموعة من البتات المستخدمة لتشفير حرف واحد . دعونا نتحدث قليلا عن ترميز الأحرف. لنبدأ بالرمز القياسي الأمريكي لتبادل المعلومات، أو ASCII. كان ASCII يعتمد على الأبجدية الإنجليزية، لذا فإن كل حرف ورقم ورمز (az، AZ، 0-9، +، -، /، "،!، إلخ. ) تم تمثيلها كعدد صحيح 7 بت من 32 إلى 127. لم يكن هذا "ملائمًا" تمامًا للغات الأخرى. لدعم اللغات الأخرى، قام Unicode بتوسيع ASCII. في Unicode يتم تمثيل كل حرف كنقطة رمز، أو رمز، على سبيل المثال ، الحرف الصغير j هو U+006A، حيث يشير U إلى Unicode ثم الرقم السداسي العشري.
UTF-8 هو معيار لتمثيل الأحرف بثمانية بتات، مما يسمح بتخزين كل نقطة رمز في النطاق من 0 إلى 127 في بايت واحد. إذا تذكرنا ASCII، فهذا أمر طبيعي تمامًا بالنسبة للأحرف الإنجليزية، ولكن غالبًا ما يتم التعبير عن أحرف اللغة الأخرى ببايتين أو أكثر. UTF-16 هو معيار لتمثيل الأحرف كـ 16 بت، وUTF-32 هو معيار لتمثيل الأحرف كـ 32 بت. في ASCII، كل حرف هو بايت، ولكن في Unicode، وهو ما لا يكون صحيحًا تمامًا في كثير من الأحيان، يمكن أن يشغل الحرف 1 أو 2 أو 3 بايت أو أكثر. ستستخدم المقالة مجموعات مختلفة الحجم من البتات. يختلف عدد البتات في البايت حسب تصميم الوسائط.
في هذه المقالة، سوف نعود بالزمن عبر وسائط التخزين المختلفة للتعمق في تاريخ تخزين البيانات. لن نبدأ بأي حال من الأحوال في إجراء دراسة عميقة لكل وسيلة تخزين تم اختراعها على الإطلاق. هذه مقالة إعلامية ممتعة لا تدعي بأي حال من الأحوال أنها ذات أهمية موسوعية.
لنبدأ. لنفترض أن لدينا بايت بيانات لنخزنه: الحرف j، إما كبايت مشفر 6a، أو كثنائي 01001010. أثناء سفرنا عبر الزمن، سيتم استخدام بايت البيانات في العديد من تقنيات التخزين التي سيتم وصفها.
1951
تبدأ قصتنا في عام 1951 مع محرك الأشرطة UNIVAC UNISERVO لجهاز الكمبيوتر UNIVAC 1. وكان أول محرك أقراص تم إنشاؤه لجهاز كمبيوتر تجاري. كان الحزام مصنوعًا من شريط رفيع من البرونز المطلي بالنيكل، بعرض 12,65 ملم (يسمى فيكالوي) وطوله حوالي 366 مترًا. يمكن تخزين بايتات بياناتنا بمعدل 7 حرف في الثانية على شريط يتحرك بسرعة 200 متر في الثانية. في هذه المرحلة من التاريخ، كان بإمكانك قياس سرعة خوارزمية التخزين من خلال المسافة التي قطعها الشريط.
1952
وبعد مرور عام سريعًا حتى 21 مايو 1952، أعلنت شركة IBM عن إطلاق أول وحدة شريط مغناطيسي لها، IBM 726. أصبح من الممكن الآن نقل بايت البيانات الخاص بنا من شريط UNISERVO المعدني إلى شريط IBM المغناطيسي. لقد تبين أن هذا المنزل الجديد مريح للغاية بالنسبة للبيانات الصغيرة جدًا، حيث يمكن للشريط تخزين ما يصل إلى 2 مليون رقم. يتحرك هذا الشريط المغناطيسي ذو 7 مسارات بسرعة 1,9 متر في الثانية بمعدل باود يبلغ 12 أو 7500 (في ذلك الوقت كانت تسمى مجموعات النسخ) في الثانية. كمرجع: تحتوي المقالة المتوسطة عن حبري على حوالي 10 حرف.
يحتوي شريط IBM 726 على سبعة مسارات، ستة منها تم استخدامها لتخزين المعلومات، وواحد للتحكم في التكافؤ. يمكن أن تستوعب البكرة الواحدة ما يصل إلى 400 متر من الشريط بعرض 1,25 سم، وتبلغ سرعة نقل البيانات نظريًا 12,5 ألف حرف في الثانية؛ كثافة التسجيل 40 بت في السنتيمتر. استخدم هذا النظام طريقة "القناة المفرغة" حيث يتم تدوير حلقة من الشريط بين نقطتين. سمح هذا للشريط بالبدء والتوقف خلال جزء من الثانية. تم تحقيق ذلك عن طريق وضع أعمدة مفرغة طويلة بين بكرات الشريط ورؤوس القراءة/الكتابة لامتصاص الزيادة المفاجئة في التوتر في الشريط، والتي بدونها سينكسر الشريط عادةً. توفر حلقة بلاستيكية قابلة للإزالة في الجزء الخلفي من بكرة الشريط حماية ضد الكتابة. يمكن لبكرة واحدة من الشريط تخزين حوالي 1,1 .
تذكر أشرطة VHS. ما الذي عليك فعله لمشاهدة الفيلم مرة أخرى؟ الترجيع الشريط! كم مرة قمت بتدوير شريط الكاسيت لمشغلك على قلم رصاص حتى لا تهدر البطاريات وتحصل على شريط ممزق أو محشور؟ ويمكن قول الشيء نفسه عن الأشرطة المستخدمة لأجهزة الكمبيوتر. لا تستطيع البرامج القفز حول الشريط أو الوصول إلى البيانات بشكل عشوائي فحسب، بل يمكنها قراءة البيانات وكتابتها بشكل تسلسلي صارم.
1956
وبعد مرور سنوات قليلة حتى عام 1956، بدأ عصر تخزين الأقراص المغناطيسية مع انتهاء شركة IBM من نظام الكمبيوتر RAMAC 305، الذي زودته شركة Zellerbach Paper به. . كان هذا الكمبيوتر أول من استخدم القرص الصلب برأس متحرك. يتكون محرك الأقراص RAMAC من خمسين طبقًا معدنيًا ممغنطًا يبلغ قطرها 60,96 سم، وهي قادرة على تخزين ما يقرب من خمسة ملايين حرف من البيانات، 7 بتات لكل حرف، وتدور بمعدل 1200 دورة في الدقيقة. وكانت سعة التخزين حوالي 3,75 ميجابايت.
أتاحت RAMAC إمكانية الوصول في الوقت الفعلي إلى كميات كبيرة من البيانات، على عكس الشريط الممغنط أو البطاقات المثقوبة. أعلنت شركة IBM أن RAMAC قادر على تخزين ما يعادل 64 . في السابق، قدمت RAMRAC مفهوم المعالجة المستمرة للمعاملات عند حدوثها، بحيث يمكن استرجاع البيانات على الفور بينما لا تزال حديثة. يمكن الآن الوصول إلى بياناتنا في RAMAC بسرعة 100 . في السابق، عند استخدام الأشرطة، كان علينا كتابة وقراءة البيانات المتسلسلة، ولم يكن بإمكاننا الانتقال عن طريق الخطأ إلى أجزاء مختلفة من الشريط. كان الوصول العشوائي إلى البيانات في الوقت الفعلي أمرًا ثوريًا حقًا في ذلك الوقت.
1963
دعونا ننتقل سريعًا إلى عام 1963 عندما تم تقديم DECtape. الاسم يأتي من شركة المعدات الرقمية، المعروفة باسم DEC. كان DECtape غير مكلف وموثوق، لذلك تم استخدامه في أجيال عديدة من أجهزة كمبيوتر DEC. كان شريطًا مقاس 19 مم، مصفحًا وموضعًا بين طبقتين من مايلر على بكرة مقاس 10,16 بوصات (XNUMX سم).
على عكس أسلافه الثقيلة والضخمة، يمكن حمل شريط DECtape يدويًا. وهذا جعله خيارًا ممتازًا لأجهزة الكمبيوتر الشخصية. على عكس نظيراتها ذات 7 مسارات، كان لدى DECtape 6 مسارات للبيانات، ومسارين للإشارة، ومسارين للساعة. تم تسجيل البيانات بمعدل 2 بت في البوصة (2 بت لكل سم). بايت البيانات الخاص بنا، وهو 350 بت ولكن يمكن توسيعه إلى 138، يمكن نقله إلى DECtape بسرعة 8 كلمة 12 بت في الثانية وبسرعة شريط تبلغ 8325 (±12) بوصة في الثانية. . وهذا يمثل زيادة بنسبة 8% في الثانية عن الشريط المعدني UNISERVO في عام 1952.
1967
وبعد أربع سنوات، في عام 1967، بدأ فريق صغير من شركة IBM العمل على محرك الأقراص المرنة التابع لشركة IBM، والذي يحمل الاسم الرمزي . ثم تم تكليف الفريق بتطوير طريقة موثوقة وغير مكلفة لتحميل الرموز الصغيرة فيها نظام آي بي إم/370. تمت إعادة استخدام المشروع لاحقًا وإعادة استخدامه لتحميل التعليمات البرمجية الصغيرة في وحدة التحكم الخاصة بمرفق تخزين الوصول المباشر IBM 3330، الذي يحمل الاسم الرمزي Merlin.
يمكن الآن تخزين البايت الخاص بنا على أقراص مايلر المرنة المغلفة مغناطيسيًا مقاس 8 بوصات للقراءة فقط، والمعروفة اليوم بالأقراص المرنة. في وقت الإصدار، كان المنتج يسمى نظام محرك الأقراص المرنة IBM 23FD. يمكن أن تحتوي الأقراص على 80 كيلو بايت من البيانات. على عكس محركات الأقراص الثابتة، يمكن للمستخدم بسهولة نقل القرص المرن في الغلاف الواقي من محرك أقراص إلى آخر. لاحقًا، في عام 1973، أصدرت شركة IBM القرص المرن للقراءة/الكتابة، والذي أصبح فيما بعد منتجًا صناعيًا .
1969
في عام 1969، تم إطلاق كمبيوتر التوجيه أبولو (AGC) المزود بذاكرة حبلية على متن مركبة الفضاء أبولو 11، التي حملت رواد الفضاء الأمريكيين إلى القمر والعودة. تم تصنيع ذاكرة الحبل هذه يدويًا ويمكنها استيعاب 72 كيلو بايت من البيانات. كان إنتاج ذاكرة الحبال يتطلب عمالة كثيفة وبطيئة ويتطلب مهارات مشابهة للنسيج؛ يمكن أن يستغرق . لكنها كانت الأداة المناسبة لتلك الأوقات التي كان من المهم فيها استيعاب الحد الأقصى في مساحة محدودة للغاية. عندما مر السلك عبر أحد الخيوط الدائرية، كان يمثل الرقم 1. وكان السلك الذي يمر حول الشريط يمثل الرقم 0. تتطلب بايت البيانات لدينا من الشخص أن ينسج عدة دقائق في الحبل.
1977
في عام 1977، تم إصدار كومودور PET، أول حاسوب شخصي (ناجح). استخدم PET مجموعة بيانات Commodore 1530، والتي تعني البيانات بالإضافة إلى الكاسيت. قام PET بتحويل البيانات إلى إشارات صوتية تناظرية، والتي تم تخزينها بعد ذلك . وقد أتاح لنا ذلك إنشاء حل تخزين موثوق وفعال من حيث التكلفة، وإن كان بطيئًا للغاية. يمكن نقل البايت الصغير من البيانات بسرعة تبلغ حوالي 60-70 بايت لكل ثانية . يمكن أن تحتوي أشرطة الكاسيت على حوالي 100 كيلو بايت لكل جانب مدته 30 دقيقة، مع وجهين لكل شريط. على سبيل المثال، يمكن أن يحتوي جانب واحد من الكاسيت على صورتين بحجم 55 كيلو بايت تقريبًا. تم استخدام مجموعات البيانات أيضًا في Commodore VIC-20 وCommodore 64.
1978
وبعد مرور عام، في عام 1978، قدمت MCA وPhilips LaserDisc تحت اسم "Discovision". كان Jaws هو أول فيلم يتم بيعه على LaserDisc في الولايات المتحدة. كانت جودة الصوت والفيديو أفضل بكثير من منافسيها، لكن قرص الليزر كان مكلفًا للغاية بالنسبة لمعظم المستهلكين. لا يمكن تسجيل LaserDisc، على عكس أشرطة VHS التي يسجل الناس عليها البرامج التلفزيونية. تعمل أقراص الليزر مع الفيديو التناظري والصوت الاستريو التناظري FM ورمز النبض أو PCM، الصوت الرقمي. يبلغ قطر الأقراص 12 بوصة (30,47 سم) وتتكون من قرصين من الألومنيوم أحادي الجانب ومغلفين بالبلاستيك. يُذكر اليوم LaserDisc باعتباره أساس الأقراص المضغوطة وأقراص DVD.
1979
وبعد مرور عام، في عام 1979، أسس آلان شوجارت وفينيس كونر شركة Seagate Technology بفكرة توسيع نطاق القرص الصلب إلى حجم قرص مرن يبلغ 5 بوصات، وهو ما كان قياسيًا في ذلك الوقت. كان منتجهم الأول في عام 1980 هو القرص الصلب Seagate ST506، وهو أول محرك أقراص ثابت لأجهزة الكمبيوتر المدمجة. كان القرص يحتوي على خمسة ميغا بايت من البيانات، والتي كانت في ذلك الوقت أكبر بخمس مرات من القرص المرن القياسي. تمكن المؤسسون من تحقيق هدفهم المتمثل في تقليل حجم القرص إلى حجم قرص مرن مقاس 5 بوصات. كان جهاز تخزين البيانات الجديد عبارة عن لوحة معدنية صلبة مطلية من كلا الجانبين بطبقة رقيقة من مادة تخزين البيانات المغناطيسية. يمكن نقل بايتات البيانات الخاصة بنا إلى القرص بسرعة 625 كيلو بايت لكل . إنه تقريبًا .
1981
تقدمت سريعًا بضع سنوات حتى عام 1981، عندما طرحت شركة Sony أول أقراص مرنة مقاس 3,5 بوصة. أصبحت شركة Hewlett-Packard أول من تبنّى هذه التقنية في عام 1982 من خلال جهاز HP-150. أدى ذلك إلى شهرة الأقراص المرنة مقاس 3,5 بوصة ومنحها استخدامًا واسع النطاق في جميع أنحاء العالم. . كانت الأقراص المرنة أحادية الجانب بسعة منسقة تبلغ 161.2 كيلو بايت وسعة غير منسقة تبلغ 218.8 كيلو بايت. في عام 1982، تم إصدار نسخة مزدوجة الجوانب، وقام اتحاد لجنة صناعة Microfloppy (MIC) المكون من 23 شركة إعلامية ببناء مواصفات القرص المرن مقاس 3,5 بوصة على التصميم الأصلي لشركة Sony، مما أدى إلى ترسيخ التنسيق في التاريخ كما نعرفه اليوم. . الآن يمكن تخزين وحدات بايت البيانات الخاصة بنا على إصدار مبكر لإحدى وسائط التخزين الأكثر شيوعًا: القرص المرن مقاس 3,5 بوصة. وفي وقت لاحق، تم توفير زوج من الأقراص المرنة مقاس 3,5 بوصة مع أصبح الجزء الأكثر أهمية في طفولتي.
1984
بعد ذلك بوقت قصير، في عام 1984، تم الإعلان عن إطلاق ذاكرة القرص المضغوط للقراءة فقط (CD-ROM). كانت هذه الأقراص المضغوطة سعة 550 ميجابايت من Sony وPhilips. نشأ التنسيق من الأقراص المضغوطة ذات الصوت الرقمي، أو CD-DA، والتي تم استخدامها لتوزيع الموسيقى. تم تطوير CD-DA بواسطة Sony وPhilips في عام 1982 وكانت سعته 74 دقيقة. وفقًا للأسطورة، عندما كانت شركتا Sony وPhilips تتفاوضان بشأن معيار CD-DA، أصر أحد الأشخاص الأربعة على أنه يمكن ذلك السيمفونية التاسعة بأكملها. أول منتج تم إصداره على قرص مضغوط كان موسوعة جرولييه الإلكترونية، والذي تم نشره في عام 1985. احتوت الموسوعة على تسعة ملايين كلمة، لم تشغل سوى 12% من مساحة القرص المتوفرة، وهي 553 كلمة. . سيكون لدينا مساحة كافية لموسوعة وبايت من البيانات. وبعد فترة وجيزة، في عام 1985، عملت شركات الكمبيوتر معًا لإنشاء معيار لمحركات الأقراص حتى يتمكن أي كمبيوتر من قراءتها.
1984
وفي عام 1984 أيضًا، طور فوجيو ماسوكا نوعًا جديدًا من ذاكرة البوابة العائمة تسمى ذاكرة الفلاش، والتي كانت قابلة للمسح وإعادة الكتابة عدة مرات.
دعونا نتوقف لحظة لنلقي نظرة على ذاكرة الفلاش باستخدام ترانزستور البوابة العائمة. الترانزستورات عبارة عن بوابات كهربائية يمكن تشغيلها وإيقافها بشكل فردي. بما أن كل ترانزستور يمكن أن يكون في حالتين مختلفتين (تشغيل وإيقاف)، فيمكنه تخزين رقمين مختلفين: 0 و1. تشير البوابة العائمة إلى البوابة الثانية المضافة إلى الترانزستور الأوسط. هذه البوابة الثانية معزولة بطبقة رقيقة من الأكسيد. تستخدم هذه الترانزستورات جهدًا صغيرًا مطبقًا على بوابة الترانزستور للإشارة إلى ما إذا كان في وضع التشغيل أو الإيقاف، والذي بدوره يترجم إلى 0 أو 1.
في حالة البوابات العائمة، عندما يتم تطبيق الجهد المناسب عبر طبقة الأكسيد، تتدفق الإلكترونات عبرها وتلتصق بالبوابات. ولذلك، حتى عند انقطاع التيار الكهربائي، تبقى الإلكترونات عليها. عندما لا يكون هناك إلكترونات على البوابات العائمة، فإنها تمثل 1، وعندما تكون الإلكترونات عالقة، فإنها تمثل 0. عكس هذه العملية وتطبيق جهد مناسب من خلال طبقة الأكسيد في الاتجاه المعاكس يؤدي إلى تدفق الإلكترونات عبر البوابات العائمة وإرجاع الترانزستور إلى حالته الأصلية. ولذلك يتم جعل الخلايا قابلة للبرمجة و . يمكن برمجة البايت الخاص بنا في الترانزستور على أنه 01001010، مع الإلكترونات، حيث تكون الإلكترونات عالقة في البوابات العائمة لتمثيل الأصفار.
كان تصميم Masuoka أقل تكلفة قليلًا ولكنه أقل مرونة من تصميم PROM القابل للمسح كهربائيًا (EEPROM)، لأنه يتطلب مجموعات متعددة من الخلايا التي يجب محوها معًا، ولكن هذا أيضًا يفسر سرعته.
في ذلك الوقت، كان ماسوكا يعمل لدى شركة توشيبا. وفي النهاية غادر للعمل في جامعة توهوكو لأنه لم يكن سعيدًا لأن الشركة لم تكافئه على عمله. رفع Masuoka دعوى قضائية ضد شركة Toshiba مطالبًا بالتعويض. وفي عام 2006، حصل على 87 مليون يوان، أي ما يعادل 758 ألف دولار أمريكي. لا يزال هذا يبدو غير مهم نظرًا لمدى تأثير ذاكرة الفلاش في الصناعة.
بينما نتحدث عن ذاكرة الفلاش، تجدر الإشارة أيضًا إلى الفرق بين ذاكرة فلاش NOR وذاكرة NAND. وكما علمنا من ماسوكا، يقوم الفلاش بتخزين المعلومات في خلايا الذاكرة التي تتكون من ترانزستورات البوابة العائمة. ترتبط أسماء التقنيات ارتباطًا مباشرًا بكيفية تنظيم خلايا الذاكرة.
في فلاش NOR، يتم توصيل خلايا الذاكرة الفردية بالتوازي لتوفير الوصول العشوائي. تعمل هذه البنية على تقليل وقت القراءة المطلوب للوصول العشوائي إلى تعليمات المعالج الدقيق. تعتبر ذاكرة فلاش NOR مثالية للتطبيقات ذات الكثافة المنخفضة المخصصة للقراءة فقط في المقام الأول. هذا هو السبب وراء قيام معظم وحدات المعالجة المركزية (CPUs) بتحميل البرامج الثابتة الخاصة بها، عادةً من ذاكرة فلاش NOR. قدم ماسوكا وزملاؤه اختراع فلاش NOR في عام 1984 وفلاش NAND في عام XNUMX .
تخلى مطورو NAND Flash عن ميزة الوصول العشوائي لتحقيق حجم أصغر لخلية الذاكرة. وينتج عن ذلك حجم شريحة أصغر وتكلفة أقل لكل بت. تتكون بنية ذاكرة فلاش NAND من ترانزستورات ذاكرة مكونة من ثماني قطع متصلة على التوالي. يؤدي ذلك إلى تحقيق كثافة تخزين عالية، وحجم خلية ذاكرة أصغر، وكتابة البيانات ومسحها بشكل أسرع لأنه يمكنه برمجة كتل من البيانات في وقت واحد. يتم تحقيق ذلك من خلال طلب إعادة كتابة البيانات عندما لا تتم كتابتها بشكل تسلسلي وتكون البيانات موجودة بالفعل .
1991
دعنا ننتقل إلى عام 1991، عندما تم إنشاء نموذج أولي لمحرك الأقراص ذو الحالة الصلبة (SSD) بواسطة SanDisk، والذي كان يُعرف آنذاك باسم . يجمع التصميم بين مجموعة ذاكرة فلاش ورقائق ذاكرة غير متطايرة ووحدة تحكم ذكية لاكتشاف الخلايا المعيبة وتصحيحها تلقائيًا. وكانت سعة القرص 20 ميجابايت بعامل شكل 2,5 بوصة، وقدرت تكلفته بحوالي 1000 دولار. تم استخدام هذا القرص بواسطة IBM في جهاز الكمبيوتر .
1994
إحدى وسائط التخزين الشخصية المفضلة لدي منذ الطفولة كانت Zip Disks. في عام 1994، أصدرت شركة Iomega القرص المضغوط Zip Disk، وهو عبارة عن خرطوشة سعة 100 ميجابايت في عامل شكل 3,5 بوصة، وهو أكثر سمكًا قليلاً من محرك الأقراص القياسي مقاس 3,5 بوصة. يمكن للإصدارات الأحدث من محركات الأقراص تخزين ما يصل إلى 2 جيجابايت. تكمن راحة هذه الأقراص في أنها كانت بحجم قرص مرن، ولكنها تتمتع بالقدرة على تخزين كمية أكبر من البيانات. يمكن كتابة بايتات البيانات الخاصة بنا على قرص مضغوط بسرعة 1,4 ميجابايت في الثانية. للمقارنة، في ذلك الوقت، تم كتابة 1,44 ميغابايت من القرص المرن 3,5 بوصة بسرعة حوالي 16 كيلو بايت في الثانية. على القرص المضغوط، تقوم الرؤوس بقراءة/كتابة البيانات دون اتصال، كما لو كانت تحلق فوق السطح، وهو ما يشبه تشغيل القرص الصلب، ولكنه يختلف عن مبدأ تشغيل الأقراص المرنة الأخرى. سرعان ما أصبحت الأقراص المضغوطة قديمة بسبب مشكلات الموثوقية والتوافر.
1994
في نفس العام، قدمت شركة SanDisk برنامج CompactFlash، والذي تم استخدامه على نطاق واسع في كاميرات الفيديو الرقمية. كما هو الحال مع الأقراص المضغوطة، تعتمد سرعات CompactFlash على تصنيفات "x" مثل 8x و20x و133x وما إلى ذلك. ويتم حساب الحد الأقصى لمعدل نقل البيانات بناءً على معدل البت للقرص المضغوط الصوتي الأصلي، وهو 150 كيلو بايت في الثانية. يشبه معدل النقل R = Kx150 kB/s، حيث R هو معدل النقل وK هي السرعة الاسمية. لذلك بالنسبة لـ CompactFlash 133x، ستتم كتابة بايت البيانات لدينا بسرعة 133×150 كيلو بايت/ثانية أو حوالي 19 كيلو بايت/ثانية أو 950 ميجابايت/ثانية. تأسست جمعية CompactFlash في عام 19,95 بهدف إنشاء معيار صناعي لبطاقات الذاكرة المحمولة.
1997
وبعد سنوات قليلة، في عام 1997، تم إصدار القرص المضغوط القابل لإعادة الكتابة (CD-RW). تم استخدام هذا القرص الضوئي لتخزين البيانات ونسخ ونقل الملفات إلى أجهزة مختلفة. يمكن إعادة كتابة الأقراص المضغوطة حوالي 1000 مرة، وهو ما لم يكن عاملاً مقيدًا في ذلك الوقت نظرًا لأن المستخدمين نادرًا ما يكتبون فوق البيانات.
تعتمد أقراص CD-RW على تقنية تعمل على تغيير انعكاس السطح. في حالة CD-RW، تتسبب تحولات الطور في طلاء خاص يتكون من الفضة والتيلوريوم والإنديوم في القدرة على عكس أو عدم عكس شعاع القراءة، وهو ما يعني 0 أو 1. عندما يكون المركب في الحالة البلورية، فإنه يكون نصف شفاف، وهو ما يعني 1. عندما ينصهر المركب إلى حالة غير متبلورة، فإنه يصبح معتمًا وغير عاكس، وهو ما 0. حتى نتمكن من كتابة بايت البيانات لدينا كـ 01001010.
استحوذت أقراص DVD في النهاية على معظم حصة السوق من أقراص CD-RW.
1999
دعنا ننتقل إلى عام 1999، عندما قدمت شركة IBM أصغر محركات الأقراص الصلبة في العالم في ذلك الوقت: محركات الأقراص الصغيرة IBM بسعة 170 ميجابايت و340 ميجابايت. كانت هذه محركات أقراص ثابتة صغيرة مقاس 2,54 سم مصممة لتناسب فتحات CompactFlash Type II. تم التخطيط لإنشاء جهاز يمكن استخدامه مثل CompactFlash، ولكن بسعة ذاكرة أكبر. ومع ذلك، سرعان ما تم استبدالها بمحركات أقراص USB المحمولة ثم ببطاقات CompactFlash الأكبر عندما أصبحت متوفرة. مثل محركات الأقراص الصلبة الأخرى، كانت محركات الأقراص الدقيقة ميكانيكية وتحتوي على أقراص دوارة صغيرة.
2000
وبعد عام، في عام 2000، تم تقديم محركات أقراص فلاش USB. تتكون محركات الأقراص من ذاكرة فلاش محاطة بعامل شكل صغير مع واجهة USB. اعتمادًا على إصدار واجهة USB المستخدمة، قد تختلف السرعة. يقتصر USB 1.1 على 1,5 ميغابت في الثانية، بينما يمكن لـ USB 2.0 التعامل مع 35 ميغابت في الثانية. و USB 3.0 بسرعة 625 ميجابت في الثانية. تم الإعلان عن أول محركات أقراص USB 3.1 من النوع C في مارس 2015 وكانت لها سرعات قراءة/كتابة تبلغ 530 ميجابت في الثانية. على عكس الأقراص المرنة ومحركات الأقراص الضوئية، يصعب خدش أجهزة USB، ولكنها لا تزال تتمتع بنفس الإمكانيات لتخزين البيانات، فضلاً عن نقل الملفات ونسخها احتياطيًا. تم استبدال محركات الأقراص المرنة والأقراص المضغوطة بسرعة بمنافذ USB.
2005
في عام 2005، بدأ مصنعو محركات الأقراص الثابتة (HDD) في شحن المنتجات باستخدام التسجيل المغناطيسي العمودي، أو PMR. ومن المثير للاهتمام أن هذا حدث في نفس الوقت الذي أعلن فيه iPod Nano عن استخدام ذاكرة فلاش بدلاً من محركات الأقراص الثابتة مقاس 1 بوصة في iPod Mini.
يحتوي محرك الأقراص الثابتة النموذجي على واحد أو أكثر من محركات الأقراص الثابتة المغلفة بطبقة حساسة مغناطيسيًا مكونة من حبيبات مغناطيسية صغيرة. يتم تسجيل البيانات عندما يطير رأس التسجيل المغناطيسي فوق القرص الدوار مباشرةً. هذا يشبه إلى حد كبير مشغل أسطوانات الحاكي التقليدي، والفرق الوحيد هو أن القلم في الحاكي يكون على اتصال جسدي بالسجل. أثناء دوران الأقراص، يخلق الهواء الملامس لها نسيمًا لطيفًا. مثلما يولد الهواء الموجود على جناح الطائرة قوة الرفع، فإن الهواء يولد قوة الرفع على رأس الجنيح . يغير الرأس بسرعة مغنطة منطقة مغناطيسية واحدة من الحبوب بحيث يشير قطبها المغناطيسي إلى الأعلى أو الأسفل، مما يشير إلى 1 أو 0.
كان سلف PMR هو التسجيل المغناطيسي الطولي، أو LMR. يمكن أن تكون كثافة تسجيل PMR أكثر من ثلاثة أضعاف كثافة تسجيل LMR. الفرق الرئيسي بين PMR و LMR هو أن بنية الحبوب والاتجاه المغناطيسي للبيانات المخزنة في وسائط PMR عمودي وليس طولي. يتمتع PMR باستقرار حراري أفضل ونسبة إشارة إلى ضوضاء محسنة (SNR) بسبب تحسين فصل الحبوب وتوحيدها. كما أنه يتميز بإمكانية تسجيل محسنة بفضل مجالات الرأس الأقوى والمحاذاة الأفضل للوسائط المغناطيسية. مثل LMR، تعتمد القيود الأساسية لـ PMR على الاستقرار الحراري لبتات البيانات التي يكتبها المغناطيس والحاجة إلى الحصول على نسبة SNR كافية لقراءة المعلومات المكتوبة.
2007
في عام 2007، تم الإعلان عن أول محرك أقراص ثابتة سعة 1 تيرابايت من شركة Hitachi Global Storage Technologies. استخدم جهاز Hitachi Deskstar 7K1000 خمسة أطباق مقاس 3,5 بوصة وسعة 200 جيجابايت وتم تدويرها بسرعة دورة في الدقيقة يعد هذا تحسنًا كبيرًا مقارنة بأول محرك أقراص ثابتة في العالم، وهو IBM RAMAC 350، الذي تبلغ سعته حوالي 3,75 ميجابايت. أوه، إلى أي مدى وصلنا خلال 51 عامًا! ولكن مهلا، هناك شيء أكثر من ذلك.
2009
في عام 2009، بدأ العمل الفني على إنشاء ذاكرة سريعة غير متطايرة، أو . الذاكرة غير المتطايرة (NVM) هي نوع من الذاكرة يمكنه تخزين البيانات بشكل دائم، على عكس الذاكرة المتطايرة، التي تتطلب طاقة ثابتة لتخزين البيانات. يعالج NVMe الحاجة إلى واجهة تحكم مضيف قابلة للتطوير للمكونات الطرفية القائمة على أشباه الموصلات التي تدعم PCIe، ومن هنا جاء اسم NVMe. وتم ضم أكثر من 90 شركة إلى فريق العمل لتطوير المشروع. كان كل هذا يعتمد على العمل لتحديد مواصفات واجهة وحدة التحكم المضيفة للذاكرة غير المتطايرة (NVMHCIS). يمكن لأفضل محركات أقراص NVMe الحالية التعامل مع حوالي 3500 ميجابايت في الثانية من القراءة و3300 ميجابايت في الثانية من الكتابة. تعد كتابة بايت البيانات j التي بدأنا بها سريعة جدًا مقارنة ببضع دقائق من ذاكرة حبل النسيج اليدوي لجهاز Apollo Guidance Computer.
الحاضر والمستقبل
ذاكرة فئة التخزين
الآن بعد أن عدنا بالزمن إلى الوراء (ها!)، دعونا نلقي نظرة على الحالة الحالية لذاكرة فئة التخزين. تعد SCM، مثل NVM، قوية، لكن SCM توفر أيضًا أداءً متفوقًا أو مشابهًا للذاكرة الرئيسية، و . الهدف من SCM هو حل بعض مشكلات ذاكرة التخزين المؤقت الحالية، مثل انخفاض كثافة ذاكرة الوصول العشوائي الساكنة (SRAM). باستخدام ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM)، يمكننا تحقيق كثافة أفضل، ولكن هذا يأتي على حساب وصول أبطأ. تعاني DRAM أيضًا من الحاجة إلى طاقة ثابتة لتحديث الذاكرة. دعونا نفهم هذا قليلا. هناك حاجة إلى الطاقة لأن الشحنة الكهربائية الموجودة في المكثفات تتسرب شيئًا فشيئًا، مما يعني أنه بدون تدخل، سيتم فقدان البيانات الموجودة على الشريحة قريبًا. ولمنع مثل هذا التسرب، تتطلب ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM) دائرة تحديث للذاكرة الخارجية تقوم بإعادة كتابة البيانات الموجودة في المكثفات بشكل دوري، مما يعيدها إلى شحنتها الأصلية.
ذاكرة تغيير الطور (PCM)
لقد نظرنا سابقًا في كيفية تغير المرحلة بالنسبة لـ CD-RW. PCM مشابه. عادة ما تكون مادة تغير الطور هي Ge-Sb-Te، والمعروفة أيضًا باسم GST، والتي يمكن أن توجد في حالتين مختلفتين: غير متبلور وبلوري. تتمتع الحالة غير المتبلورة بمقاومة أعلى، تشير إلى 0، مقارنة بالحالة البلورية، التي تشير إلى 1. ومن خلال تعيين قيم البيانات للمقاومات المتوسطة، يمكن استخدام PCM لتخزين حالات متعددة كـ .
ذاكرة الوصول العشوائي لعزم الدوران (STT-RAM)
يتكون STT-RAM من طبقتين مغناطيسيتين دائمتين مفصولتين بعازل كهربائي، وهو عازل يمكنه نقل القوة الكهربائية دون إجراء. يقوم بتخزين أجزاء من البيانات بناءً على الاختلافات في الاتجاهات المغناطيسية. إحدى الطبقات المغناطيسية، تسمى الطبقة المرجعية، لها اتجاه مغناطيسي ثابت، بينما الطبقة المغناطيسية الأخرى، تسمى الطبقة الحرة، لها اتجاه مغناطيسي يتم التحكم فيه بواسطة التيار المار. بالنسبة للرقم 1، يتم محاذاة اتجاه مغنطة الطبقتين. بالنسبة إلى 0، كلا الطبقتين لهما اتجاهان مغناطيسيان متعاكسان.
ذاكرة الوصول العشوائي المقاومة (ReRAM)
تتكون خلية ReRAM من قطبين معدنيين مفصولين بطبقة من أكسيد المعدن. يشبه إلى حد ما تصميم ذاكرة الفلاش الخاص بـ Masuoka، حيث تخترق الإلكترونات طبقة الأكسيد وتعلق في البوابة العائمة، أو العكس. ومع ذلك، مع ReRAM، يتم تحديد حالة الخلية بناءً على تركيز الأكسجين الحر في طبقة أكسيد المعدن.
وعلى الرغم من أن هذه التقنيات واعدة، إلا أنها لا تزال تعاني من عيوبها. يتمتع كل من PCM وSTT-RAM بزمن انتقال عالٍ للكتابة. زمن استجابة PCM أعلى بعشر مرات من DRAM، في حين أن زمن وصول STT-RAM أعلى بعشر مرات من SRAM. PCM وReRAM لهما حد للمدة التي يمكن أن تحدث فيها عملية الكتابة قبل حدوث خطأ جسيم، مما يعني أن عنصر الذاكرة يتعطل. .
في أغسطس 2015، أعلنت إنتل عن إطلاق Optane، منتجها القائم على 3DXPoint. تطالب Optane بأداء 1000 مرة من محركات أقراص NAND SSD بسعر أعلى بأربعة إلى خمسة أضعاف من ذاكرة الفلاش. Optane هو دليل على أن SCM هي أكثر من مجرد تقنية تجريبية. سيكون من المثير للاهتمام مشاهدة تطور هذه التقنيات.
محركات الأقراص الصلبة (HDD)
هيليوم HDD (HHDD)
قرص الهيليوم عبارة عن محرك أقراص ثابتة عالي السعة (HDD) مملوء بالهيليوم ومغلق بإحكام أثناء عملية التصنيع. مثل محركات الأقراص الصلبة الأخرى، كما قلنا سابقًا، فهي تشبه القرص الدوار المزود بطبق دوار مطلي مغناطيسيًا. تحتوي محركات الأقراص الثابتة النموذجية على هواء داخل التجويف، لكن هذا الهواء يسبب بعض المقاومة أثناء دوران الأطباق.
بالونات الهيليوم تطفو لأن الهيليوم أخف من الهواء. في الواقع، تبلغ كثافة الهيليوم 1/7 من كثافة الهواء، مما يقلل من قوة الكبح أثناء دوران الألواح، مما يؤدي إلى انخفاض كمية الطاقة اللازمة لتدوير الأقراص. ومع ذلك، فإن هذه الميزة ثانوية، وكانت السمة المميزة الرئيسية للهيليوم هي أنه يسمح لك بتعبئة 7 رقائق في نفس عامل الشكل الذي عادة ما يحمل 5 فقط. إذا تذكرنا تشبيه جناح طائرتنا، فهذا هو التناظرية المثالية . ولأن الهيليوم يقلل من السحب، يتم التخلص من الاضطراب.
ونعلم أيضًا أن بالونات الهيليوم تبدأ في الغرق بعد بضعة أيام بسبب خروج الهيليوم منها. ويمكن قول الشيء نفسه عن أجهزة التخزين. لقد استغرق الأمر سنوات قبل أن يتمكن المصنعون من إنشاء حاوية تمنع الهيليوم من الهروب من عامل الشكل طوال عمر محرك الأقراص. أجرت شركة Backblaze تجارب ووجدت أن محركات الأقراص الصلبة الهيليوم بها معدل خطأ سنوي يبلغ 1,03%، مقارنة بـ 1,06% لمحركات الأقراص القياسية. بالطبع، هذا الاختلاف صغير جدًا بحيث يمكن استخلاص نتيجة جدية منه .
يمكن أن يحتوي عامل الشكل المملوء بالهيليوم على محرك أقراص ثابتة مغلف باستخدام PMR، الذي ناقشناه أعلاه، أو التسجيل المغناطيسي بالموجات الدقيقة (MAMR) أو التسجيل المغناطيسي بمساعدة الحرارة (HAMR). يمكن دمج أي تقنية تخزين مغناطيسية مع الهيليوم بدلاً من الهواء. في عام 2014، قامت شركة HGST بدمج تقنيتين متطورتين في محرك الأقراص الثابتة الخاص بها الذي يحتوي على الهيليوم بسعة 10 تيرابايت، والذي يستخدم التسجيل المغناطيسي المغطى الذي يتحكم فيه المضيف، أو SMR (التسجيل المغناطيسي المقسم). دعونا نتحدث قليلاً عن SMR ثم ننظر إلى MAMR وHAMR.
تقنية التسجيل المغناطيسي للبلاط
في السابق، نظرنا إلى التسجيل المغناطيسي المتعامد (PMR)، والذي كان سلف SMR. على عكس PMR، يسجل SMR مسارات جديدة تتداخل مع جزء من المسار المغناطيسي المسجل مسبقًا. وهذا بدوره يجعل المسار السابق أضيق، مما يسمح بكثافة أعلى للمسار. يأتي اسم التقنية من حقيقة أن مسارات اللفة تشبه إلى حد كبير مسارات السقف المبلطة.
ينتج عن SMR عملية كتابة أكثر تعقيدًا، حيث أن الكتابة إلى مسار واحد تؤدي إلى الكتابة فوق المسار المجاور. لا يحدث هذا عندما تكون ركيزة القرص فارغة وتكون البيانات متسلسلة. ولكن بمجرد التسجيل على سلسلة من المسارات التي تحتوي بالفعل على بيانات، يتم مسح البيانات المجاورة الموجودة. إذا كان المسار المجاور يحتوي على بيانات، فيجب إعادة كتابته. وهذا مشابه تمامًا لفلاش NAND الذي تحدثنا عنه سابقًا.
تخفي أجهزة SMR هذا التعقيد من خلال إدارة البرامج الثابتة، مما ينتج عنه واجهة مشابهة لأي محرك أقراص ثابت آخر. ومن ناحية أخرى، فإن أجهزة SMR التي يديرها المضيف، دون تكييف خاص للتطبيقات وأنظمة التشغيل، لن تسمح باستخدام محركات الأقراص هذه. يجب على المضيف الكتابة إلى الأجهزة بشكل تسلسلي صارم. وفي الوقت نفسه، يمكن التنبؤ بأداء الأجهزة بنسبة 100%. بدأت Seagate في شحن محركات أقراص SMR في عام 2013، مدعيةً كثافة أعلى بنسبة 25% كثافة PMR.
التسجيل المغناطيسي بالميكروويف (MAMR)
التسجيل المغناطيسي بمساعدة الموجات الدقيقة (MAMR) عبارة عن تقنية ذاكرة مغناطيسية تستخدم طاقة مشابهة لـ HAMR (سنناقشها لاحقًا). جزء مهم من MAMR هو مذبذب عزم الدوران (STO). يقع STO نفسه على مقربة من رأس التسجيل. عندما يتم تطبيق التيار على STO، يتم إنشاء مجال كهرومغناطيسي دائري بتردد 20-40 جيجا هرتز بسبب استقطاب دوران الإلكترون.
عند التعرض لمثل هذا المجال، يحدث الرنين في المغناطيس الحديدي المستخدم في MAMR، مما يؤدي إلى تقدم العزوم المغناطيسية للنطاقات في هذا المجال. بشكل أساسي، ينحرف العزم المغناطيسي عن محوره ولتغيير اتجاهه (القلب)، يحتاج رأس التسجيل إلى طاقة أقل بكثير.
إن استخدام تقنية MAMR يجعل من الممكن تناول المواد المغناطيسية بقوة قسرية أكبر، مما يعني أنه يمكن تقليل حجم المجالات المغناطيسية دون خوف من التسبب في تأثير مغناطيسي فائق. يساعد مولد STO على تقليل حجم رأس التسجيل، مما يجعل من الممكن تسجيل المعلومات على مجالات مغناطيسية أصغر، وبالتالي يزيد من كثافة التسجيل.
قدمت شركة Western Digital، المعروفة أيضًا باسم WD، هذه التقنية في عام 2017. وبعد فترة وجيزة، في عام 2018، دعمت توشيبا هذه التكنولوجيا. بينما تسعى WD وToshiba إلى متابعة تقنية MAMR، تراهن Seagate على HAMR.
التسجيل الحراري المغناطيسي (HAMR)
التسجيل المغناطيسي المدعوم بالحرارة (HAMR) عبارة عن تقنية تخزين بيانات مغناطيسية موفرة للطاقة يمكنها زيادة كمية البيانات التي يمكن تخزينها على جهاز مغناطيسي، مثل القرص الصلب، بشكل كبير، وذلك باستخدام الحرارة التي يوفرها الليزر للمساعدة في الكتابة البيانات إلى ركائز القرص الصلب السطحي. يؤدي التسخين إلى وضع بتات البيانات بالقرب من بعضها البعض على ركيزة القرص، مما يسمح بزيادة كثافة البيانات وسعتها.
هذه التكنولوجيا صعبة التنفيذ للغاية. 200 ميغاواط ليزر سريع مساحة صغيرة تصل إلى 400 درجة مئوية قبل التسجيل، دون التدخل أو الإضرار ببقية البيانات الموجودة على القرص. يجب أن تتم عملية التسخين وتسجيل البيانات والتبريد في أقل من نانو ثانية. تتطلب مواجهة هذه التحديات تطوير البلازمونات السطحية النانوية، والمعروفة أيضًا باسم الليزر الموجه السطحي، بدلاً من التسخين المباشر بالليزر، بالإضافة إلى أنواع جديدة من الألواح الزجاجية وطلاءات الإدارة الحرارية لتحمل التسخين الموضعي السريع دون الإضرار برأس التسجيل أو أي مكان قريب. البيانات، ومختلف التحديات التقنية الأخرى التي يتعين التغلب عليها.
على الرغم من التصريحات المتشككة العديدة، عرضت Seagate هذه التقنية لأول مرة في عام 2013. بدأ شحن الأقراص الأولى في عام 2018.
نهاية الفيلم، انتقل إلى البداية!
لقد بدأنا في عام 1951 وننهي المقال بإلقاء نظرة على مستقبل تكنولوجيا التخزين. لقد تغير تخزين البيانات بشكل كبير مع مرور الوقت، من الأشرطة الورقية إلى المعدنية والمغناطيسية، وذاكرة الحبال، والأقراص الدوارة، والأقراص الضوئية، وذاكرة الفلاش وغيرها. أدى التقدم إلى ظهور أجهزة تخزين أسرع وأصغر حجمًا وأكثر قوة.
إذا قارنت NVMe بشريط UNISERVO المعدني من عام 1951، فيمكن لـ NVMe قراءة أرقام أكثر بنسبة 486% في الثانية. عند مقارنة NVMe بمحركات Zip المفضلة لدي في طفولتي، يمكن لـ NVMe قراءة أرقام أكثر بنسبة 111% في الثانية.
الشيء الوحيد الذي يظل صحيحًا هو استخدام 0 و1. وتختلف الطرق التي نقوم بها بذلك بشكل كبير. آمل أنه في المرة القادمة التي تقوم فيها بنسخ قرص CD-RW من الأغاني لصديق أو حفظ مقطع فيديو منزلي في أرشيف الأقراص الضوئية، أن تفكر في كيفية ترجمة السطح غير العاكس إلى 0 وترجمة السطح العاكس إلى 1. أو إذا قمت بتسجيل شريط مختلط على شريط كاسيت، فتذكر أنه يرتبط ارتباطًا وثيقًا بمجموعة البيانات المستخدمة في Commodore PET. أخيرًا، لا تنس أن تكون لطيفًا وترجع إلى الوراء.
شكرا и للحكايات (لا أستطيع مساعدتها) طوال المقال!
ماذا يمكنك أن تقرأ في المدونة؟
→
→
→
→
→
اشترك في موقعنا -channel حتى لا تفوت المقالة التالية! نحن لا نكتب أكثر من مرتين في الأسبوع وفي العمل فقط. نذكرك أيضًا أن Cloud4Y يمكنها توفير وصول آمن وموثوق عن بعد لتطبيقات الأعمال والمعلومات الضرورية لضمان استمرارية الأعمال. يعد العمل عن بعد عائقًا إضافيًا أمام انتشار فيروس كورونا. لمزيد من التفاصيل، اتصل بمديرينا على .
المصدر: www.habr.com