Всеки облачен доставчик предлага услуга за съхранение на данни. Те могат да бъдат студени и горещи хранилища, Ice-cold и т.н. В облака съхраняването на информация е доста удобно. Но как изобщо са съхранявали данни преди 10, 20, 50 години? Cloud4Y преведе интересна статия, която точно разказва за това.
Байт данни може да се съхранява по най-различни начини, тъй като постоянно се появяват нови, по-съвършени и бързи носители на информация. Байтът е единица за съхранение и обработка на цифрова информация, която се състои от осем бита. В един бит може да бъде записан или 0, или 1.
В случая с перфокартите битът се съхранява като наличие/отсъствие на дупка в картата на определено място. Ако се върнем малко по-назад в миналото към „Аналитичната машина на Бабидж“, регистрите, които съхраняват числа, представлявали зъбни колела. При магнитните устройства за съхранение, като ленти и дискове, битът се представя от полярността на определена област на магнитната лента. В съвременната динамична памет с произволен достъп (DRAM) битът често е представен под формата на двустепенен електрически заряд, който се съхранява в устройство, което акумулира електрическа енергия в електрическо поле. Заредената или разредената капацитет съхранява бит данни.
През юни 1956 година измисли термина за обозначаване на група битове, използвани за кодиране на един символ . Нека да поговорим малко за кодиране на символи. Да започнем с американския стандартен код за информационен обмен, или ASCII (ASCII (англ. American standard code for information interchange). ASCII е основан на английската азбука, така че всяка буква, цифра и символ (a-z, A-Z, 0-9, +, -, /, ",! и т.н.) бяха представени под формата на 7-битов цяло число от 32 до 127. Това не беше съвсем „приятелско“ към другите езици. За да поддържа други езици, Юникод разшири ASCII. В Юникод всеки символ е представен под формата на кодова точка, или символ, например, малката буква j — U+006A, където U обозначава Юникод, а след това шестнадесетичното число.
UTF-8 е стандарт за представяне на символи под формата на осем битa, позволяващ да се съхранява всяка кодова точка в диапазона 0-127 в един байт. Ако си припомним ASCII, това е напълно нормално за английските символи, но символите от другите езици често са представени с два или повече байта. UTF-16 е стандарт за представяне на символи под формата на 16 бита, а UTF-32 — стандарт за представяне на символи под формата на 32 бита. В ASCII всеки символ е един байт, докато в Юникод, което често не е съвсем точно, един символ може да заема 1, 2, 3 или повече байта. В статията ще бъдат използвани различни размерни групировки на битовете. Броят на битовете в байта варира в зависимост от конструкцията на носителя.
В тази статия ще предприемем пътуване назад във времето, за да разгледаме различни носители на информация с цел да се потопим в историята на съхранението на данни. Няма да разглеждаме задълбочено всеки отделен носител на информация, който някога е бил изобретен. Пред вас е интересна информационна статия, която не претендира за енциклопедична значимост.
Нека започнем. Да предположим, че имаме байт данни за съхранение: буквата j или в кодирания байт 6a, или в двоичен вид 01001010. По време на нашето пътуване назад в историята байтът данни ще бъде използван в някои технологии за съхранение, които ще бъдат описани.
1951
Нашата история започва през 1951 година с магнитен лентов носител UNIVAC UNISERVO за компютъра UNIVAC 1. Това беше първият магнитен лентов носител, създаден за търговския компютър. Лентата беше изработена от тънка лента никелиран бронз с ширина 12,65 мм (наречена Vicalloy) и дължина почти 366 метра. Нашите байтове данни можеха да се съхраняват с скорост 7 200 символа в секунда на лентата, движеща се със скорост 2,54 метра в секунда. На този етап от историята можете да измерите скоростта на алгоритъма за съхранение по разстоянието, покрито от лентата.
1952
Да преминем напред с една година, до 21 май 1952 г., когато IBM обяви пускането на своя първи магнитен лентов блок, IBM 726. Сега нашият байт данни може да бъде прехвърлен от металната лента UNISERVO на магнитната лента IBM. Тази нова къща се оказа много уютна за нашия много малък байт данни, тъй като на лентата могат да се съхраняват до 2 милиона цифри. Тази магнитна лента с 7 писти се движеше със скорост 1,9 метра в секунда със скорост на предаване 12 500 или 7500 (в онези времена наричани копирни групи) в секунда. За справка: в средната статия в Хабра има около 10 000 символа.
Лентата IBM 726 разполагаше със седем писти, от които шест бяха предназначени за съхранение на информация, а една — за контрол на четността. На една бобина се побираха до 400 метра лента с ширина 1,25 см. Скоростта на предаване на данни теоретично достига 12,5 хиляди символа в секунда; плътността на записване — 40 бита на сантиметър. В тази система се използваше методът на 'вакуумния канал', при който цикълът на лентата циркулираше между две точки. Това позволяваше на лентата да стартира и спира за части от секунди. Това беше постигнато благодарение на разположението на дълги вакуумни колони между бобините на лентата и главите за четене/запис, за да се поема внезапното увеличаване на напрежението в лентата, без което тя обикновено ще се разкъса. Сваляемото пластмасово пръстенче в задната част на бобината на лентата осигуряваше защита от запис. На една бобина на лентата може да се съхранява около 1,1 .
Спомнете си за VHS касетите. Какво трябваше да направите, за да гледате филма отново? Да превъртите лентата! А колко пъти завъртяхте касетата на молив, за да не харчите излишно батерии и да не получите скъсана или заплутана лента? Същото важи и за лентите, използвани за компютри. Програмите не можеха просто да прескачат до някаква част от лентата или случайно да получават достъп до данни, те можеха да четат и записват данни строго последователно.
1956
Ако се прехвърлим напред с няколко години, до 1956 г., ерата на съхранение на магнитни дискове започна с завършването от IBM на разработката на компютърната система RAMAC 305, която компанията Zellerbach Paper ще достави в . В този компютър за първи път е използван твърд диск с подвижна глава. Дисковият носител RAMAC се състоеше от петдесет намагнитени метални пластини с диаметър 60,96 см, способни да съхраняват около пет милиона символа данни, 7 бита на символ, и да се въртят със скорост 1200 оборота в минута. Капацитетът на хранилището беше около 3,75 мегабайта.
RAMAC позволяваше в реално време достъп до големи обеми данни, за разлика от магнитната лента или перфокартите. Компанията IBM рекламираше RAMAC като устройство, способно да съхранява еквивалента на 64 000 . По-рано в RAMAC беше въведена концепцията за непрекъсната обработка на транзакции, докато те се изпълняват, за да може данните да се извлекат веднага, докато са още свежи. Сега достъпът до нашите данни в RAMAC можеше да се осъществява със скорост 100 000 . Преди при използването на ленти трябваше да записваме и четем последователни данни и не можехме случайно да прескачаме на различни участъци от лентата. Произволният достъп до данни в реално време беше наистина революционен по онова време.
1963
Нека да се пренесем в 1963 година, когато бе представен DECtape. Името произлиза от корпорацията Digital Equipment Corporation, известна като DEC. DECtape беше евтина и надеждна, затова се използваше в много поколения компютри DEC. Това беше 19-мм лента, заламинирана и притисната между два слоя майлар на четиридюймова (10,16 см) рулон.
В контекста на тежките и големи предшественици, лентата DECtape можеше да се пренася на ръка. Това я правеше отлично решение за персонални компютри. В отличие от 7-каналните аналози, DECtape имаше 6 канала данни, 2 канала за етикети и 2 за тактови импулси. Данните се записваха със скорост 350 бита на инч (138 бита на см). Нашият байт данни, който се състои от 8 бита, но може да бъде разширен до 12, можеше да се предава на DECtape със скорост 8325 12-битови думи в секунда при скорост на лентата 93 (±12) инча в . Това е с 8% повече цифри в секунда, отколкото на металната лента UNISERVO през 1952 година.
1967
Четири години по-късно, през 1967 година, малък екип от IBM започна работа върху дисковод IBM с кодово име . Тогава пред екипа беше поставена задача да разработи надежден и икономичен начин за зареждане на микрокодове в IBM System/370. По-късно проектът беше пренасочен и преоформен за зареждане на микрокод в контролера на IBM 3330 Direct Access Storage Facility, кодово име Merlin.
Сега нашият байт може да се съхранява на достъпни само за четене 8-инчови гъвкави дискове Mylar с магнитно покритие, известни днес като флопи дискове. При пускането продуктът получил името IBM 23FD Floppy Disk Drive System. Дисковете можеха да съхраняват 80 килобайта данни. За разлика от твърдите дискове, потребителят лесно можеше да пренася флопи в защитна обвивка от един диск на друг. По-късно, през 1973 г., IBM пусна флопи за четене/запис, която по-късно стана индустриален .
1969
През 1969 г. на борда на космическия кораб „Аполон-11“, който транспортира американски астронавти до Луната и обратно, беше стартиран бордови компютър AGC (Apollo Guidance Computer) с „въжева памет“ (rope memory). Тази въжева памет беше направена на ръка и можеше да съхранява 72 килобайта данни. Производството на въжева памет беше трудоемко, бавно и изискваше умения, подобни на тъкачество; за вплитането на програма в въжева памет можеха да отнемат . Но това беше правилният инструмент за времето, когато беше важно да се вмести максимум в строго ограничено пространство. Когато проводникът минаваше през една от кръглите жилки, той представляваше 1. Проводникът, който минаваше около жилката, представляваше 0. Нашият байт данни изискваше от човека няколко минути вплитания в въжето.
1977
През 1977 г. беше пуснат Commodore PET — първият (успешен) персонален компютър. В PET беше използван Commodore 1530 Datasette, което означава данни плюс касета. PET преобразуваше данните в аналогови звукови сигнали, които след това се съхраняваха на . Това позволи да се създаде икономично и надеждно решение за съхранение на данни, въпреки че беше много бавно. Нашият малък байт данни можеше да се предава със скорост около 60-70 байта в . Касетите можеха да съхраняват около 100 килобайта на 30-минутна страна, с две страни на лента. Например, на една страна на касетата можеше да се побере около две 55 КБ изображения. Datasette също се използваха в Commodore VIC-20 и Commodore 64.
1978
След година, през 1978 г., MCA и Philips представиха LaserDisc под името «Discovision». Филмът «Челюсти» стана първият филм, продаден на LaserDisc в САЩ. Качеството на звука и видеото на него бе значително по-добро от това на конкурентите, но лазерният диск се оказа твърде скъп за повечето потребители. На LaserDisc не можеше да се записва, за разлика от VHS касетите, на които хората записваха телевизионни програми. Лазерните дискове работиха с аналогово видео, аналогов FM стереозвук и импулсно-кодова модулация, или PCM, цифрово аудио. Дискът имаше диаметър от 12 инча (30,47 см) и се състоеше от два едностранни алуминиеви диска, покрити с пластмаса. Днес LaserDisc се помни като основа за CD и DVD. , или PCM, цифрово аудио. Дискът имаше диаметър от 12 инча (30,47 см) и се състоеше от два едностранни алуминиеви диска, покрити с пластмаса. Днес LaserDisc се помни като основа за CD и DVD.
1979
Година по-късно, през 1979 г., Алан Шуарт и Финис Конър основават компанията Seagate Technology с идеята за скалиране на твърдия диск до размер, равен на 5 ¼-инчовата флопи дискета, която по това време беше стандартна. Първият им продукт през 1980 г. беше твърдият диск Seagate ST506 — първият твърд диск за компакти компютри. Дискът можеше да побере пет мегабайта данни, което по това време е пет пъти повече от стандартната дискета. Основателите успяха да постигнат целта си — да намалят размера на диска до размера на 5 ¼-инчовата дискета. Новото устройство за съхранение на данни представляваше твърда метална плоча, покрита от двете страни с тънък слой магнитен материал за съхранение на данни. Нашите байтове данни можеха да се предават на диска със скорост 625 килобайта в . Това е приблизително .
1981
Да се пренесем с няколко години напред, до 1981 г., когато Sony представи първите 3,5-инчови дискети. Компанията Hewlett-Packard стана първият последовател на тази технология през 1982 г. със своя HP-150. Това утвърди 3,5-инчовите дискети и им даде широко разпространение в Дискетите бяха едностранни с форматирана капацитет от 161.2 килобайта и неформатирана капацитет от 218.8 килобайта. През 1982 г. беше издадена двустранна версия и консорциумът Microfloppy Industry Committee (MIC), състоящ се от 23 медийни компании, основа спецификацията на 3,5-инчовата дискета на оригиналния дизайн на Sony, закотвяйки формата в историята такъв, какъвто го Сега нашите байтове данни могат да се съхраняват на ранна версия на едно от най-разпространените носители: 3,5-инчовата дискета. По-късно комплект от 3,5-инчови дискети с станаха най-важната част от детството ми.
1984
Скоро след това, през 1984 година, беше обявено пускането на компактдиск с данни, достъпни само за четене (англ. Compact Disc Read-Only Memory, CD-ROM). Това бяха CD-ROM с капацитет от 550 мегабайта, произведени от компаниите Sony и Philips. Форматът произлиза от компактдисковете с дигитално аудио, или CD-DA, които се използваха за разпространение на музика. CD-DA е разработен от Sony и Philips през 1982 година и е имал капацитет от 74 минути. Според легендата, когато Sony и Philips водят преговори относно стандарта CD-DA, един от четиримата настоявал той да всичката "Девета симфония". Първият продукт, пуснат на компактдиск, бе "Електронната енциклопедия Гроле", излязла през 1985 година. Енциклопедията съдържаше девет милиона думи, което зае само 12% от наличното дисково пространство, или 553 . Имаше ни повече от достатъчно място за енциклопедията и байта данни. Скоро след това, през 1985 година, компютърни компании работеха заедно върху създаването на стандарт за дискове, за да може всеки компютър да чете информация от тях.
1984
Също през 1984 година Фудзио Маусока (Fujio Masuoka) разработи нов тип памет с плаващ затвор, наречен флаш памет, който можеше да бъде изтриван и записван многократно.
Нека направим кратка пауза, за да разгледаме флаш паметта, използваща транзистор с плаващ затвор. Транзисторите са електрически затвори, които могат да се включват и изключват поотделно. Тъй като всеки транзистор може да бъде в две различни състояния (включен и изключен), той може да съхранява две различни числа: 0 и 1. Плаващият затвор се отнася до втория затвор, добавен към средния транзистор. Този втори затвор е изолиран с тънък оксиден слой. Тези транзистори използват малко напрежение, приложено към затвора на транзистора, за да покаже дали е включен или изключен, което от своя страна се интерпретира като 0 или 1.
При плавающие транзистори, когато съответното напрежение се подава през оксидния слой, електроните преминават през него и остават в транзисторите. Следователно, дори при изключване на захранването, електроните остават там. Когато в плаващите транзистори няма електрони, те представляват 1, а когато електроните са заседнали — 0. Обратният процес и прилагането на подходящо напрежение през оксидния слой в обратна посока принуждава електроните да преминат през плаващите транзистори и да възстановят транзистора в първоначалното му състояние. Затова клетките са направени програмируеми и . Нашият байт може да бъде програмиран в транзистора, например 01001010, с електрони, заседнали в плаващите транзистори, за представяне на нулите.
Конструкцията на Масуока беше малко по-достъпна, но по-малко гъвкава от електрически изтриваемия PROM (EEPROM), тъй като изискваше няколко групи клетки, които трябваше да бъдат изтрити заедно, но това също обясняваше скоростта му.
В този период Масуока работеше в Toshiba. В крайна сметка, той напусна и започна работа в Тохокския университет, тъй като не беше доволен от факта, че компанията не го възнагради за работата му. Масуока заведе дело срещу Toshiba, искайки обезщетение. През 2006 година получи 87 милиона юана, което е еквивалентно на 758 хиляди долара. Все още изглежда незначителна сума, предвид влиянието на флаш паметта в индустрията.
Като говорим за флаш памет, е важно да се отбележи разликата между NOR и NAND флаш памет. Както вече знаем от Масуока, флаш паметта съхранява информация в клетки, съставени от транзистори с плаващ затвор. Имената на технологиите са пряко свързани с начина, по който са организирани клетките за памет.
В флаш паметта NOR, отделните клетки за памет са свързани паралелно, осигурявайки произволен достъп. Тази архитектура позволява да се намали времето за четене, необходимо за произволен достъп до инструкциите на микропроцесора. Флаш паметта NOR е идеална за приложения с по-ниска плътност, които главно са само за четене. По този повод повечето CPU зареждат фърмуера си, обикновено от флаш памет NOR. Масуока и неговите колеги представиха изобретението NOR flash през 1984 г. и NAND flash в .
Разработчиците на NAND Flash се отказаха от възможността за произволен достъп, за да постигнат по-малък размер на паметната клетка. Това дава по-малък размер на чипа и по-ниска цена на бит. Архитектурата на флеш паметта NAND се състои от последователно свързани паметни транзистори, съставени от осем части. Благодарение на това се постига висока плътност на съхранение, по-малък размер на паметната клетка, както и по-бързо записване и изтриване на данни, тъй като тя може да програмира блокове данни едновременно. Това се постига благодарение на необходимостта от презапис на данни, когато те не се записват последователно и данните вече съществуват в .
1991
Да преминем към 1991 година, когато е създаден прототипът на твърдотелния диск (SSD) от компанията SanDisk, известна по онова време с името . Конструкцията съчетава масив от флеш памет, енергонезависими паметни чипове и интелигентен контролер за автоматично откриване и коригиране на дефектни клетки. Обемът на диска беше 20 мегабайта с форм-фактор 2,5 инча, а цената му се оценяваше на около 1000 долара САЩ. Този диск беше използван от компания IBM в компютъра .
1994
Един от любимите ми носители на информация от детството ми бяха Zip дисковете. През 1994 г. компанията Iomega пусна Zip Disk, 100-мегабайтов картридж с форм-фактор 3,5 инча, малко по-дебел от стандартния 3,5-инчов диск. По-късните версии на дисковете можеха да съхраняват до 2 гигабайта. Удобството на тези дискове беше, че бяха с размера на флопи диск, но предлагаха възможност за съхранение на по-голямо количество данни. Нашите данни можеха да се записват на Zip диск със скорост 1,4 мегабайта в секунда. За сравнение: по това време 1,44 мегабайта на 3,5-инчова флопи диск се записваха със скорост около 16 килобайта в секунда. На Zip диска главите безконтактно четат/запазват данни, сякаш летят над повърхността, което наподобява работата на твърдия диск, но се различава от принципа на работа на другите флопи дискове. Скоро Zip дисковете остаряват поради проблеми с надеждността и наличността.
1994
Същата година SanDisk представи CompactFlash, който бе широко използван в цифровите видеокамери. Както при компактдисковете, скоростта на CompactFlash се основава на 'x' рейтингите, като 8x, 20x, 133x и други. Максималната скорост на предаване на данни се изчислява на базата на скоростта на предаване на оригиналния аудио CD, 150 килобайта в секунда. Скоростта на предаване изглежда като R = Kx150 кБ/с, където R е скоростта на предаване, а K е номиналната скорост. Така, за 133x CompactFlash, нашият байт данни ще бъде записан на 133x150 кБ/с или около 19 950 кБ/с или 19,95 Мб/с. Асоциацията CompactFlash беше основана през 1995 г. с цел създаване на индустриален стандарт за флаш памет.
1997
Няколко години по-късно, през 1997 г., беше пуснат компактдиск с възможност за перезапис (CD-RW). Този оптичен диск се използваше за съхранение на данни, а също и за копиране и прехвърляне на файлове на различни устройства. Перезаписването на компактдисковете е възможно около 1000 пъти, което всъщност не бе ограничаващ фактор по онова време, тъй като потребителите рядко перезаписваха данни.
CD-RW се основават на технология за изменение на отразителната способност на повърхността. В случая с CD-RW, фазовите промени в специално покритие, състоящо се от сребро, телур и индий, предизвикват способността да отразяват или не отразяват четящия лъч, което означава 0 или 1. Когато съединението е в кристално състояние, то е полупрозрачно, което означава 1. Когато съединението се топи в аморфно състояние, то става непроницаемо и неотразяващо, което означава 0. Така можем да запишем нашия байт данни като 01001010.
DVD дискът в крайна сметка завладя по-голямата част от пазара с CD-RW.
1999
Нека да преминем на 1999 година, когато IBM представи най-малките на тогавашния пазар твърди дискове в света: микродискове IBM с капацитет 170 и 340 МБ. Те бяха малки твърди дискове с размер 2,54 см, предназначени за инсталиране в слотове CompactFlash Type II. Планирано беше да се създаде устройство, което ще се използва като CompactFlash, но с по-голям капацитет. Въпреки това, скоро те бяха заменени от USB флаш памети, а след това и по-големи карти CompactFlash, когато станаха налични. Както и другите твърди дискове, микродиските бяха механични и съдържаха малки въртящи се дискове.
2000
Година по-късно, през 2000 година, бяха представени USB флаш паметите. Те се състоят от флаш памет, заключена в малък форм-фактор с USB интерфейс. В зависимост от версията на използвания USB интерфейс, скоростта може да варира. USB 1.1 е ограничен до 1,5 мегабита в секунда, докато USB 2.0 може да обработва 35 мегабита в секунда. Първите USB 3.1 Type C флаш памети бяха анонсирани през март 2015 година и имаха скорост на четене/писане от 530 мегабита в секунда. За разлика от флопи дискове и оптични дискове, USB устройствата са трудни за надраскване, но предлагат същите възможности за съхранение на данни, както и за предаване и резервно копиране на файлове. Дисковете за флопи и компакт-дискове бяха бързо заменени от USB портове.
2005
През 2005 година производителите на твърди дискове (HDD) започнаха да предлагат продукция с използване на перпендикулярна магнитна запис, или PMR. Интересно е, че това се случи в същото време, когато iPod Nano обяви, че ще използва флаш памет вместо 1-инчови твърди дискове в iPod Mini.
Типичният твърд диск съдържа един или повече твърди дискове, покрити с магниточувствителен слой, състоящ се от малки магнитни зърна. Данните се записват, когато магнитната записваща глава преминава малко над въртящия се диск. Това е много подобно на традиционен грамофон, с разликата, че при грамофона иглата е в физически контакт с плочката. Докато дисковете се въртят, въздухът, който ги докосва, създава лек поток. Подобно на начина, по който въздухът на крилото на самолет създава подемна сила, въздухът генерира подемна сила на главата на аеродинамичната повърхност . Главата бързо променя намагнитеността на една магнитна зона от зърната така, че нейният магнитен полюс сочи нагоре или надолу, обозначавайки 1 или 0.
Предшественик на PMR беше надлъжната магнитна запис, или LMR. Плътността на записа PMR може да превишава плътността на записа LMR повече от три пъти. Основната разлика между PMR и LMR е, че структурата на зърната и магнитната ориентация на съхраняваните данни на носителите PMR е стълбовидна, а не надлъжна. PMR има по-добра термична стабилност и подобрено съотношение сигнал-шум (SNR) благодарение на по-доброто разделение на зърната и равномерността. Тя също така се отличава с подобрена записваемост благодарение на по-силните полета на главата и по-доброто магнитно изравняване на носителя. Подобно на LMR, основните ограничения на PMR са основани на термичната стабилност на записваемите магнитни битове данни и необходимостта от достатъчно количество SNR за прочитане на запазената информация.
2007
През 2007 година беше обявено пускането на първия твърд диск с капацитет 1 ТБ от Hitachi Global Storage Technologies. Hitachi Deskstar 7K1000 използва пет 3.5-инчови 200-гигабайтови пластини и се въртеше със скорост об/мин. Това е значително предимство в сравнение с първия в света твърд диск IBM RAMAC 350, чийто капацитет беше приблизително 3.75 мегабайта. О, как далече сме стигнали за 51 години! Но изчакайте, има и нещо още.
2009
През 2009 година започнаха техническите работи по разработване на енергонезависима експрес-памет, или . Енергонезависимата памет (NVM) е тип памет, който може да съхранява данни постоянно, за разлика от енергозависимата памет, която изисква постоянна захрана, за да запази данните. NVMe отговаря на нуждата от мащабируем интерфейс на хост контролера за периферни компоненти на базата на полупроводникови носители с поддръжка на технологията PCIe, откъдето идва и името NVMe. Над 90 компании се присъединиха към работната група за разработка на проекта. Всичко това беше основано на резултатите от работата по определяне на спецификацията на интерфейса за енергонезависима памет на хост контролера (NVMHCIS). Най-добрите дискове NVMe в момента могат да обработват около 3500 мегабайта в секунда при четене и 3300 мегабайта в секунда при запис. Записването на байт данни j, с който започнахме, може да бъде много бързо в сравнение с няколко минути ръчно тъкане на паметта на компютъра за навигация на Apollo.
Настояще и бъдеще
Памет с клас на съхранение
Сега, когато сме направили пътуването във времето (ха!), нека погледнем на съвременното състояние на паметта Storage Class Memory. SCM, подобно на NVM, е устойчива, но SCM също така предлага производителност, която е по-добра или сравнима с основната памет, както и . Целта на SCM е да реши някои от съвременните проблеми с кеша, като ниската плътност на статичната памет с произволен достъп (SRAM). С динамичната оперативна памет (DRAM) можем да постигнем по-добра плътност, но това става за сметка на по-бавен достъп. DRAM също така страда от необходимостта от постоянна мощност за обновяване на паметта. Нека разгледаме това. Питанието е необходимо, тъй като електрическият заряд на кондензаторите бавно изтича, т.е. без намеса данните на чипа скоро ще бъдат загубени. С цел предотвратяване на подобно изтичане DRAM изисква външна схема за обновяване на паметта, която периодично презаписва данните в кондензаторите, възстановявайки ги до първоначалния заряд.
Памет на база фазови промени (Phase-change memory, PCM)
По-рано разгледахме как се променя фазата за CD-RW. PCM е подобно. Материалът за промяна на фазата обикновено е Ge-Sb-Te, известен също като GST, който може да съществува в две различни състояния: аморфно и кристалично. Аморфното състояние има по-високо съпротивление, обозначаващо 0, докато кристалното състояние, обозначаващо 1. Присвоявайки стойности на данните на междинните съпротивления, PCM може да се използва за съхранение на множество състояния под формата на .
Spin-transfer torque random access memory (STT-RAM)
STT-RAM се състои от два ферромагнитни, постоянни магнитни слоя, разделени от диелектрик, т.е. изолатор, който може да предава електрическа сила без проводимост. Тя съхранява битове данни, основани на разликата в магнитните направления. Едният магнитен слой, наречен референционен, има фиксирано магнитно направление, докато другият магнитен слой, наречен свободен, има магнитно направление, което се контролира от преминаващия ток. За 1 направлението на намагнитване на двата слоя е подредено. За 0 и двата слоя имат противоположни магнитни направления.
Резистивна памет с произволен достъп (Resistive random access memory, ReRAM)
Ячейката ReRAM се състои от два метални електрода, разделени от метален оксиден слой. Нещо подобно на дизайна на флаш паметта Masuoka, при който електроните преминават през оксидния слой и се задържат в плаващите врати или обратно. Въпреки това, при използването на ReRAM, състоянието на ячейката се определя на базата на концентрацията на свободен кислород в оксидния слой на метала.
Въпреки че тези технологии звучат обещаващо, те все пак имат недостатъци. PCM и STT-RAM имат висока латентност при писане. Латентността на PCM е десет пъти по-висока от тази на DRAM, докато при STT-RAM е десет пъти по-висока от тази на SRAM. PCM и ReRAM имат ограничение за продължителността на запис, след което възниква сериозна грешка, която означава, че елементът на паметта остава на .
През август 2015 г. компания Intel обяви за пускането на Optane, своя продукт, базиран на 3DXPoint. Optane твърди, че производителността е 1000 пъти по-висока от тази на NAND флаш дисковете, а цената е четири-пет пъти по-висока от флаш паметта. Optane е доказателство, че SCM не е само експериментална технология. Интересно ще бъде да наблюдаваме развитието на тези технологии.
Твърди дискове (HDD)
Хелиев твърд диск (HHDD)
Хелиевият диск е твърд диск с голям капацитет (HDD), запълнен с хелий и херметически затворен по време на производството. Както и при другите твърди дискове, той наподобява плейър с въртяща се плоча с магнитно покритие. Типичните твърди дискове имат просто въздух вътре в кухината, но този въздух причинява известно съпротивление при въртене на плочите.
Хелиумните топчета летят, защото хелият е по-лек от въздуха. Всъщност хелият представлява 1/7 от плътността на въздуха, което позволява намаляване на силата на спиране при въртене на плочите, водейки до намаляване на количеството енергия, необходимо за въртене на дисковете. Въпреки това, тази характеристика е второстепенна; основната отличителна черта на хелия е, че той позволява опаковането на 7 плочи в същия форм-фактор, който обикновено съдържаше само 5. Ако си припомним аналогията с крилото на нашия самолет, това е идеален аналог. Понеже хелият намалява съпротивлението, турбуленцията се изключва.
Също така знаем, че хелиевите балони след няколко дни започват да падат, тъй като хелият изтича от тях. Същото може да се каже и за накопителите. Изминаха години, преди производителите да успеят да създадат контейнер, който предотвратява изтичането на хелий от форм-фактора през целия срок на експлоатация на устройството. Компанията Backblaze проведе експерименти и откри, че годишната грешка при твърдите дискове с хелий е била 1,03%, докато при стандартните е 1,06%. Разбира се, тази разлика е толкова малка, че е трудно да се направят сериозни изводи. .
Форм-фактор, пълен с хелий, може да съдържа твърд диск, инкапсулиран с използване на PMR, за който говорихме по-горе, или микровълнова магнитна запис (MAMR) или магнитна запис с нагряване (HAMR). Всяка магнитна технология за съхранение на данни може да бъде комбинирана с хелий вместо въздух. През 2014 година компанията HGST съчета две авангардни технологии в своя хелиев твърд диск с капацитет 10 TB, в който се използва управляван от хоста черепичен магнитен запис, или SMR (Shingled magnetic recording). Нека спрем малко на SMR, а след това да разгледаме MAMR и HAMR.
Технология на черепичния магнитен запис
По-рано разгледахме перпендикулярния магнитен запис (PMR), който е предшественик на SMR. За разлика от PMR, SMR записва нови писти, които покриват част от вече записаната магнитна писта. Това от своя страна прави предишната писта по-тясна, осигурявайки по-висока плътност на пистите. Името на технологията идва от факта, че пистите в нахлест много напомнят на черепиците на покрива.
SMR води до много по-сложен процес на запис, тъй като при записване на една писта се презаписва съседната писта. Това не се проявява, когато основата на диска е празна, а данните са последователни. Но веднага щом запишете на серия писти, които вече съдържат данни, съществуващите съседни данни се изтриват. Ако съседната писта съдържа данни, тя трябва да бъде презаписана. Това е доста подобно на NAND флаш, за която говорихме по-рано.
Устройствата SMR позволяват да се скрие тази сложност чрез управление на вграденото софтуерно осигуряване, в резултат на което се получава интерфейс, подобен на всеки друг твърд диск. От друга страна, устройствата SMR, управлявани от хост, без специална адаптация на приложенията и операционните системи, няма да позволят използването на тези дискове. Хостът трябва да записва на устройствата строго последователно. При това производителността на устройствата е 100% предсказуема. Компанията Seagate започна доставките на дискове SMR през 2013 г., твърдейки, че тяхната плътност е с 25% от плътността на PMR.
Микровълнова магнитна запис (MAMR)
Microwave-assisted magnetic recording (MAMR) е технология за магнитна памет, използваща енергия, подобна на HAMR (която ще разгледаме по-късно). Важна част от MAMR е Spin Torque Oscillator (STO) или „генератор на основата на въртене на спинове“. Самият STO се разполага в непосредствена близост до главата за запис. При подаване на ток, в STO се генерира кръгово електромагнитно поле с честота 20-40 GHz, благодарение на поляризацията на спиновете на електроните.
При въздействие на такова поле в ферромагнетика, използван за MAMR, настъпва резонанс, който води до прецесия на магнитните моменти на домените в това поле. Всъщност, магнитният момент се отклонява от своята ос и за изменение на посоката му (обрат) на главата за запис е необходима значително по-малка енергия.
Използването на технологията MAMR позволява да се вземат ферромагнитни вещества с по-висока коерцитивна сила, а това означава, че размерът на магнитните домени може да бъде намален без страх от причиняване на суперпарамагнитен ефект. Генераторът STO помага за намаляване на размерите на главата за запис, което дава възможност за записване на информация на магнитни домени с по-малък размер, а това увеличава плътността на записа.
Компанията Western Digital, известна още като WD, представи тази технология през 2017 година. Скоро след това, през 2018 година, компанията Toshiba подкрепи тази технология. Докато компаниите WD и Toshiba търсят технологията MAMR, компанията Seagate залага на HAMR.
Термомагнитен запис (HAMR)
Записването на магнитен носител с помощта на топлина (HAMR) е енергийно ефективна магнитна технология за съхранение на данни, която позволява значително увеличаване на обема данни, които могат да бъдат съхранявани на магнитно устройство, например на твърд диск, чрез използването на топлина, осигурявана от лазер, за да се помогне за записването на данни на повърхността на дискa. Благодарение на нагряването, битовете данни са разположени на дисковата подложка много по-близо един до друг, което позволява увеличаване на плътността и капацитета на данните.
Тази технология е доста трудна за реализиране. Лазер с мощност 200 мВт бързо малка област до 400 °C преди записването, като в същото време не пречи и не поврежда останалите данни на диска. Процесът на нагряване, записване на данни и охлаждане трябва да бъде завършен за по-малко от наносекунда. За решаването на тези задачи е необходимо разработването на наноразмерни повърхностни плазмони, известни още като лазер с повърхностно наведене, вместо директно нагряване с лазер, а също и нови видове стъклени плочи и терморегулиращи покрития, които да устоят на бързо точково нагряване без повреждане на записващата глава или каквито и да било близки данни, а също и различни други технически проблеми, които трябваше да бъдат преодолени.
Въпреки многобройните скептични изказвания, компанията Seagate за първи път демонстрира тази технология през 2013 година. Първите дискове бяха пуснати на пазара през 2018 година.
Край на пленката, запознайте се с началото!
Започнахме през 1951 година и завършваме статията, заглеждайки се в бъдещето на технологията за съхранение. Съхранението на данни се е променило значително през времето: от хартиени ленти до метални и магнитни, въжен памяти, въртящи дискове, оптични дискове, флаш памет и други. С напредъка се появиха по-бързи, компактни и производителни устройства за съхранение на данни.
При сравнение на NVMe с металната лента UNISERVO от 1951 година, NVMe може да прочете с 486 111% повече цифри в секунда. При сравнение на NVMe с моя любимец от детството, Zip-диските, NVMe може да прочете с 213,623% повече цифри в секунда.
Единственото, което остава вярно, е използването на 0 и 1. Начините, по които го правим, варират значително. Надявам се, че следващия път, когато запишете CD-RW с песни за приятел или запазите домашно видео в Optical Disc Archive, ще се замислите как неотразяващата повърхност преобразува стойността в 0, а отразяващата — в 1. Или ако записвате микстейп на касета, помнете, че това е много свързано с Datasette, използвана в Commodore PET. Накрая, не забравяйте да бъдете любезни и да превъртите.
Благодаря и за сладките хапки (не мога да се сдържа) през цялата статия!
Какво още полезно може да прочетете в блога
→
→
→
→
→
Абонирайте се за нашия -канал, за да не изпуснете следващата статия! Публикуваме не по-често от два пъти седмично и само по същество. И също така напомняме, че Cloud4Y може да осигури безопасен и надежден отдалечен достъп до бизнес приложения и информация, необходима за поддържане на непрекъснатостта на бизнеса. Отдалечената работа е допълнителна бариера в разпространението на коронавируса. Подробности — при нашите мениджъри на .
Източник: habr.com
