Всеки облачен доставчик предлага услуги за съхранение на данни. Това могат да бъдат студени и топли складове, ледено студени и др. Съхраняването на информация в облака е доста удобно. Но как всъщност са били съхранявани данните преди 10, 20, 50 години? Cloud4Y преведе интересна статия, която говори точно за това.
Един байт данни може да се съхранява по различни начини, тъй като през цялото време се появяват нови, по-модерни и по-бързи носители за съхранение. Байтът е единица за съхранение и обработка на цифрова информация, която се състои от осем бита. Един бит може да съдържа 0 или 1.
В случай на перфокарти битът се съхранява като наличие/отсъствие на дупка в картата на определено място. Ако се върнем малко по-назад към аналитичната машина на Бабидж, регистрите, които съхраняват числа, са зъбни колела. В магнитни устройства за съхранение като ленти и дискове, битът е представен от полярността на определена област на магнитния филм. В съвременната динамична памет с произволен достъп (DRAM) битът често се представя като двустепенен електрически заряд, съхраняван в устройство, което съхранява електрическа енергия в електрическо поле. Зареден или разреден контейнер съхранява малко данни.
През юни 1956г изобретил думата за обозначаване на група от битове, използвани за кодиране на един символ . Нека поговорим малко за кодирането на знаци. Нека започнем с американския стандартен код за обмен на информация или ASCII. ASCII се основава на английската азбука, така че всяка буква, цифра и символ (az, AZ, 0-9, +, - , /, ",! и т.н. ) бяха представени като 7-битово цяло число от 32 до 127. Това не беше точно "приятелски" към други езици. За да поддържа други езици, Unicode разширен ASCII. В Unicode всеки знак е представен като кодова точка или символ, напр. , малка буква j е U+006A, където U означава Unicode и след това шестнадесетично число.
UTF-8 е стандарт за представяне на знаци като осем бита, което позволява всяка кодова точка в диапазона 0-127 да се съхранява в един байт. Ако си спомним ASCII, това е съвсем нормално за английски знаци, но знаците на други езици често се изразяват в два или повече байта. UTF-16 е стандарт за представяне на знаци като 16 бита, а UTF-32 е стандарт за представяне на знаци като 32 бита. В ASCII всеки символ е байт, но в Unicode, което често не е напълно вярно, един знак може да заема 1, 2, 3 или повече байта. Статията ще използва различни групировки по размер на битове. Броят на битовете в един байт варира в зависимост от дизайна на носителя.
В тази статия ще пътуваме назад във времето през различни носители за съхранение, за да надникнем в историята на съхранението на данни. В никакъв случай няма да започнем да изучаваме задълбочено всеки един носител за съхранение, който някога е бил изобретен. Това е забавна информационна статия, която по никакъв начин не претендира за енциклопедично значение.
Да започваме. Да кажем, че имаме байт данни за съхранение: буквата j, или като кодиран байт 6a, или като двоичен 01001010. Докато пътуваме във времето, байтът данни ще се използва в няколко технологии за съхранение, които ще бъдат описани.
1951
Нашата история започва през 1951 г. с лентовото устройство UNIVAC UNISERVO за компютъра UNIVAC 1. Това беше първото лентово устройство, създадено за търговски компютър. Лентата е направена от тънка лента от никелиран бронз, широка 12,65 mm (наречена Vicalloy) и дълга почти 366 метра. Нашите байтове данни могат да се съхраняват със 7 знака в секунда върху лента, движеща се с 200 метра в секунда. В този момент от историята можете да измерите скоростта на алгоритъм за съхранение чрез разстоянието, изминато от лентата.
1952
Бързо напред една година до 21 май 1952 г., когато IBM обяви пускането на първата си магнитна лента, IBM 726. Нашият байт данни вече може да бъде преместен от метална лента UNISERVO на магнитна лента на IBM. Този нов дом се оказа много уютен за нашия много малък байт данни, тъй като лентата може да съхранява до 2 милиона цифри. Тази 7-пистова магнитна лента се движеше с 1,9 метра в секунда със скорост на предаване от 12 500 бода или 7500 (по това време наричани групи за копиране) за секунда. За справка: средната статия на Хабре има приблизително 10 000 знака.
Лентата IBM 726 имаше седем писти, шест от които бяха използвани за съхраняване на информация и една за контрол на четността. Една макара може да побере до 400 метра лента с ширина 1,25 см. Скоростта на пренос на данни теоретично достига 12,5 хиляди знака в секунда; плътността на запис е 40 бита на сантиметър. Тази система използва метод на "вакуумен канал", при който лента от лента циркулира между две точки. Това позволи на лентата да започне и да спре за части от секундата. Това беше постигнато чрез поставяне на дълги вакуумни колони между макарите на лентата и главите за четене/запис, за да се абсорбира внезапното увеличаване на напрежението в лентата, без което лентата обикновено би се скъсала. Подвижен пластмасов пръстен в задната част на ролката с лента осигурява защита срещу запис. Една макара лента може да съхранява около 1,1 .
Спомнете си VHS касети. Какво трябваше да направите, за да гледате филма отново? Превъртете лентата назад! Колко пъти ви се е случвало да въртите касета за вашия плеър на молив, за да не хабите батерии и да получите скъсана или задръстена лента? Същото може да се каже и за лентите, използвани за компютри. Програмите не можеха просто да прескачат лентата или да имат произволен достъп до данни, те можеха да четат и записват данни строго последователно.
1956
Бързо напред няколко години до 1956 г. и ерата на съхранението на магнитни дискове започва със завършването на компютърната система RAMAC 305 от IBM, която Zellerbach Paper доставя на . Този компютър беше първият, който използва твърд диск с движеща се глава. Дисковото устройство RAMAC се състоеше от петдесет магнетизирани метални плочи с диаметър 60,96 cm, способни да съхраняват приблизително пет милиона знака данни, 7 бита на знак, и да се въртят с 1200 оборота в минута. Капацитетът за съхранение беше около 3,75 мегабайта.
RAMAC позволява достъп в реално време до големи количества данни, за разлика от магнитната лента или перфокартите. IBM рекламира RAMAC като способен да съхранява еквивалента на 64 000 . Преди това RAMRAC въведе концепцията за непрекъсната обработка на транзакциите, докато се случват, така че данните да могат да бъдат извлечени незабавно, докато са все още свежи. Нашите данни в RAMAC вече могат да бъдат достъпни със скорости от 100 000 . Преди, когато използвахме ленти, трябваше да пишем и четем последователни данни и не можехме случайно да прескачаме към различни части на лентата. Произволният достъп до данни в реално време беше наистина революционен за времето си.
1963
Нека се върнем бързо напред към 1963 г., когато DECtape е представен. Името идва от Digital Equipment Corporation, известна като DEC. DECtape беше евтин и надежден, така че се използваше в много поколения DEC компютри. Това беше 19-милиметрова лента, ламинирана и поставена между два слоя Mylar върху четири-инчова (10,16 cm) макара.
За разлика от своите тежки, обемисти предшественици, DECtape може да се носи на ръка. Това го прави отличен вариант за персонални компютри. За разлика от колегите си със 7 песни, DECtape имаше 6 писти с данни, 2 меки писти и 2 за часовник. Данните бяха записани при 350 бита на инч (138 бита на см). Нашият байт данни, който е 8 бита, но може да бъде разширен до 12, може да прехвърля към DECtape с 8325 12-битови думи в секунда при скорост на лентата от 93 (±12) инча на . Това е с 8% повече цифри в секунда от металната лента UNISERVO през 1952 г.
1967
Четири години по-късно, през 1967 г., малък екип на IBM започва да работи върху флопи устройството на IBM с кодово име . Тогава екипът получи задачата да разработи надежден и евтин начин за зареждане на микрокодове IBM System/370. Впоследствие проектът беше преназначен и преназначен за зареждане на микрокод в контролер за IBM 3330 Direct Access Storage Facility, с кодово име Merlin.
Нашият байт вече може да се съхранява на само за четене 8-инчови Mylar дискети с магнитно покритие, известни днес като флопи дискове. По време на пускането на пазара продуктът се нарича IBM 23FD Floppy Disk Drive System. Дисковете могат да поберат 80 килобайта данни. За разлика от твърдите дискове, потребителят може лесно да премести дискета в защитна обвивка от едно устройство на друго. По-късно, през 1973 г., IBM пусна дискета за четене/запис, която след това стана индустриална .
1969
През 1969 г. Apollo Guidance Computer (AGC) с въжена памет е изстрелян на борда на космическия кораб Apollo 11, който превозва американски астронавти до Луната и обратно. Тази въжена памет е направена на ръка и може да побере 72 килобайта данни. Производството на въжена памет беше трудоемко, бавно и изискваше умения, подобни на тъкачеството; може да отнеме . Но това беше правилният инструмент за онези времена, когато беше важно да се побере максимумът в строго ограничено пространство. Когато жицата минаваше през една от кръглите нишки, тя представляваше 1. Жицата, минаваща около нишката, представляваше 0. Нашият байт данни изискваше човек да вплете няколко минути във въжето.
1977
През 1977 г. излиза Commodore PET, първият (успешен) персонален компютър. PET използва Commodore 1530 Datasette, което означава данни плюс касета. PET преобразува данните в аналогови аудио сигнали, които след това се съхраняват . Това ни позволи да създадем рентабилно и надеждно решение за съхранение, макар и много бавно. Нашият малък байт данни може да бъде прехвърлен със скорост от около 60-70 байта на . Касетите могат да поберат около 100 килобайта на 30-минутна страна, с две страни на лента. Например, едната страна на касета може да побере около две изображения от 55 KB. Наборите от данни също са използвани в Commodore VIC-20 и Commodore 64.
1978
Година по-късно, през 1978 г., MCA и Philips представят LaserDisc под името "Discovision". „Челюсти“ беше първият филм, продаден на LaserDisc в Съединените щати. Неговото аудио и видео качество беше много по-добро от конкурентите му, но лазерният диск беше твърде скъп за повечето потребители. LaserDisc не можеше да бъде записан, за разлика от VHS касетите, на които хората записваха телевизионни програми. Лазерните дискове работеха с аналогово видео, аналогово FM стерео аудио и импулсен код , или PCM, цифрово аудио. Дисковете са с диаметър 12 инча (30,47 см) и се състоят от два едностранни алуминиеви диска, покрити с пластмаса. Днес LaserDisc се помни като основа на CD и DVD.
1979
Година по-късно, през 1979 г., Алън Шугарт и Финис Конър основават Seagate Technology с идеята да мащабират твърдия диск до размера на 5 ¼-инчов флопи диск, което е стандарт по това време. Първият им продукт през 1980 г. е твърдият диск Seagate ST506, първият твърд диск за компактни компютри. Дискът съдържаше пет мегабайта данни, което по онова време беше пет пъти повече от стандартна флопидиска. Основателите успяха да постигнат целта си да намалят размера на диска до размера на 5¼-инчов флопи диск. Новото устройство за съхранение на данни беше твърда метална плоча, покрита от двете страни с тънък слой магнитен материал за съхранение на данни. Нашите байтове данни могат да бъдат прехвърлени на диск със скорост от 625 килобайта на . Това е приблизително .
1981
Бързо напред няколко години до 1981 г., когато Sony представи първите 3,5-инчови флопи дискове. Hewlett-Packard стана първият, който използва тази технология през 1982 г. със своя HP-150. Това прави 3,5-инчовите флопи дискове известни и им дава широко приложение в целия свят. . Дискетите са били едностранни с форматиран капацитет от 161.2 килобайта и неформатиран капацитет от 218.8 килобайта. През 1982 г. е пусната двустранна версия и консорциумът на Microfloppy Industry Committee (MIC) от 23 медийни компании базира спецификацията на 3,5-инчовата флопи на оригиналния дизайн на Sony, затвърждавайки формата в историята, какъвто го познаваме днес. . Сега нашите байтове данни могат да се съхраняват на ранна версия на един от най-разпространените носители за съхранение: 3,5-инчовият флопи диск. По-късно чифт 3,5-инчови дискети с стана най-важната част от детството ми.
1984
Малко след това, през 1984 г., беше обявено пускането на Compact Disc Read-Only Memory (CD-ROM). Това бяха 550 мегабайта CD-ROM от Sony и Philips. Форматът произлиза от компактдискове с цифрово аудио или CD-DA, които се използват за разпространение на музика. CD-DA е разработен от Sony и Philips през 1982 г. и има капацитет от 74 минути. Според легендата, когато Sony и Philips преговаряха за стандарта CD-DA, един от четиримата настоя, че може цялата Девета симфония. Първият продукт, издаден на компактдиск, е електронната енциклопедия на Grolier, публикувана през 1985 г. Енциклопедията съдържа девет милиона думи, които заемат само 12% от наличното дисково пространство, което е 553 . Ще имаме повече от достатъчно място за енциклопедия и байт данни. Скоро след това, през 1985 г., компютърните компании работят заедно, за да създадат стандарт за дискови устройства, така че всеки компютър да може да ги чете.
1984
Също през 1984 г. Fujio Masuoka разработи нов тип памет с плаваща врата, наречена флаш памет, която можеше да бъде изтривана и презаписвана много пъти.
Нека отделим малко време, за да разгледаме флаш паметта, използвайки транзистор с плаващ затвор. Транзисторите са електрически порти, 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. Плаващ гейт се отнася до втори гейт, добавен към средния транзистор. Тази втора врата е изолирана с тънък оксиден слой. Тези транзистори използват малко напрежение, приложено към гейта на транзистора, за да покажат дали е включен или изключен, което от своя страна се превежда като 0 или 1.
При плаващи порти, когато подходящото напрежение се приложи през оксидния слой, електроните преминават през него и се забиват на портите. Следователно, дори когато захранването е изключено, електроните остават върху тях. Когато няма електрони на плаващите порти, те представляват 1, а когато електроните са заседнали, те представляват 0. Обръщането на този процес и прилагането на подходящо напрежение през оксидния слой в обратната посока кара електроните да протичат през плаващите порти и възстановете транзистора обратно в първоначалното му състояние. Следователно клетките са направени програмируеми и . Нашият байт може да бъде програмиран в транзистора като 01001010, с електрони, с електрони, заседнали в плаващи порти, за да представляват нули.
Дизайнът на Masuoka беше малко по-достъпен, но по-малко гъвкав от електрически изтриваемата PROM (EEPROM), тъй като изискваше множество групи от клетки, които трябваше да бъдат изтрити заедно, но това също отчиташе неговата скорост.
По това време Масуока работеше за Toshiba. В крайна сметка той напусна да работи в университета Тохоку, защото беше недоволен, че компанията не го възнагради за работата му. Масуока съди Toshiba с искане за обезщетение. През 2006 г. му бяха платени 87 милиона юана, което се равнява на 758 хиляди щатски долара. Това все още изглежда незначително, като се има предвид колко влиятелна стана флаш паметта в индустрията.
Докато говорим за флаш памет, струва си да се отбележи и каква е разликата между NOR и NAND флаш памет. Както вече знаем от Масуока, флашът съхранява информация в клетки на паметта, състоящи се от транзистори с плаващ затвор. Имената на технологиите са пряко свързани с това как са организирани клетките на паметта.
При NOR флаш отделните клетки на паметта са свързани паралелно, за да осигурят произволен достъп. Тази архитектура намалява времето за четене, необходимо за произволен достъп до инструкциите на микропроцесора. Флаш паметта NOR е идеална за приложения с по-ниска плътност, които са предимно само за четене. Ето защо повечето процесори зареждат своя фърмуер, обикновено от NOR флаш памет. Масуока и неговите колеги представиха изобретението на NOR флаш през 1984 г. и NAND флаш в .
Разработчиците на NAND Flash изоставиха функцията за произволен достъп, за да постигнат по-малък размер на клетката на паметта. Това води до по-малък размер на чипа и по-ниска цена на бит. Архитектурата на флаш паметта NAND се състои от транзистори с памет от осем части, свързани последователно. Това постига висока плътност на съхранение, по-малък размер на клетката на паметта и по-бързо записване и изтриване на данни, тъй като може да програмира блокове от данни едновременно. Това се постига чрез изискване данните да бъдат презаписани, когато не са записани последователно и данните вече съществуват в .
1991
Нека преминем към 1991 г., когато прототип на твърдотелно устройство (SSD) е създадено от SanDisk, тогава известно като . Дизайнът комбинира масив с флаш памет, енергонезависими чипове с памет и интелигентен контролер за автоматично откриване и коригиране на дефектни клетки. Капацитетът на диска беше 20 мегабайта с 2,5-инчов форм-фактор, а цената му беше оценена на около 1000 долара. Този диск е използван от IBM в компютър .
1994
Един от любимите ми носители за съхранение от детството ми беше Zip Disks. През 1994 г. Iomega пусна Zip Disk, 100-мегабайтова касета в 3,5-инчов форм-фактор, малко по-дебел от стандартно 3,5-инчово устройство. По-късните версии на устройствата могат да съхраняват до 2 гигабайта. Удобството на тези дискове е, че те бяха с размерите на дискета, но имаха възможност да съхраняват по-голямо количество данни. Нашите байтове данни могат да бъдат записани на Zip диск със скорост 1,4 мегабайта в секунда. За сравнение, по това време 1,44 мегабайта на 3,5-инчов флопи диск бяха записани със скорост от около 16 килобайта в секунда. На Zip диск главите четат/записват данни без контакт, сякаш летят над повърхността, което е подобно на работата на твърдия диск, но се различава от принципа на работа на другите флопи дискове. Zip дисковете скоро станаха остарели поради проблеми с надеждността и достъпността.
1994
През същата година SanDisk представи CompactFlash, който беше широко използван в цифровите видеокамери. Както при компактдисковете, скоростите на CompactFlash се основават на рейтинги "x", като 8x, 20x, 133x и т.н. Максималната скорост на трансфер на данни се изчислява въз основа на скоростта на предаване на оригиналния аудио компактдиск, 150 килобайта в секунда. Скоростта на трансфер изглежда като R = Kx150 kB/s, където R е скоростта на трансфер, а K е номиналната скорост. Така че за 133x CompactFlash нашият байт данни ще бъде записан при 133x150 kB/s или около 19 950 kB/s или 19,95 MB/s. CompactFlash Association е основана през 1995 г. с цел създаване на индустриален стандарт за флаш карти с памет.
1997
Няколко години по-късно, през 1997 г., беше пуснат презаписваемият компакт диск (CD-RW). Този оптичен диск се използва за съхраняване на данни и за копиране и прехвърляне на файлове към различни устройства. Компактдисковете могат да се презаписват около 1000 пъти, което не беше ограничаващ фактор по това време, тъй като потребителите рядко презаписваха данни.
CD-RW са базирани на технология, която променя отразяващата способност на повърхността. В случай на CD-RW, фазовите измествания в специално покритие, състоящо се от сребро, телур и индий, причиняват способността да отразява или не отразява четения лъч, което означава 0 или 1. Когато съединението е в кристално състояние, то е полупрозрачен, което означава 1. Когато съединението се стопи в аморфно състояние, то става непрозрачно и неотразяващо, което 0. Така че можем да запишем нашия байт данни като 01001010.
DVD-та в крайна сметка поеха по-голямата част от пазарния дял от CD-RW.
1999
Да преминем към 1999 г., когато IBM представи най-малките твърди дискове в света по онова време: IBM 170MB и 340MB microdrive. Това бяха малки 2,54 cm твърди дискове, предназначени да се поберат в слотовете CompactFlash Type II. Планирано е да се създаде устройство, което да се използва като CompactFlash, но с по-голям капацитет на паметта. Въпреки това, те скоро бяха заменени от USB флаш устройства и след това от по-големи CompactFlash карти, когато станаха достъпни. Подобно на други твърди дискове, микродрайвовете бяха механични и съдържаха малки въртящи се дискове.
2000
Година по-късно, през 2000 г., бяха представени USB флаш памети. Устройствата се състоят от флаш памет, затворена 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 се справи с 35 мегабита в секунда , а USB 3.0 е 625 мегабита в секунда. Първите USB 3.1 Type C устройства бяха обявени през март 2015 г. и имаха скорост на четене/запис от 530 мегабита в секунда. За разлика от флопи дисковете и оптичните устройства, USB устройствата са по-трудни за надраскване, но все пак имат същите възможности за съхранение на данни, както и за прехвърляне и архивиране на файлове. Флопи и CD устройствата бързо бяха заменени от USB портове.
2005
През 2005 г. производителите на твърди дискове (HDD) започнаха да доставят продукти, използващи перпендикулярен магнитен запис или PMR. Интересното е, че това се случи по същото време, когато iPod Nano обяви използването на флаш памет вместо 1-инчови твърди дискове в iPod Mini.
Типичният твърд диск съдържа един или повече твърди дискове, покрити с магнитно чувствителен филм, съставен от малки магнитни зърна. Данните се записват, когато магнитната записваща глава лети точно над въртящия се диск. Това е много подобно на традиционния грамофонен плейър, като единствената разлика е, че при грамофона стилусът е във физически контакт с плочата. Докато дисковете се въртят, въздухът в контакт с тях създава лек бриз. Точно както въздухът на крилото на самолет генерира повдигане, въздухът генерира повдигане на главата на аеродинамичния профил . Главата бързо променя магнетизацията на една магнитна област на зърната, така че нейният магнитен полюс да сочи нагоре или надолу, което показва 1 или 0.
Предшественикът на PMR беше надлъжно магнитно записване или LMR. Плътността на запис на PMR може да бъде повече от три пъти по-голяма от LMR. Основната разлика между PMR и LMR е, че структурата на зърната и магнитната ориентация на съхранените данни на PMR медиите са колонни, а не надлъжни. PMR има по-добра термична стабилност и подобрено съотношение сигнал/шум (SNR) поради по-добро разделяне на зърната и еднородност. Той също така разполага с подобрена възможност за запис благодарение на по-силни полета на главата и по-добро подравняване на магнитния носител. Подобно на LMR, основните ограничения на PMR се основават на термичната стабилност на битовете данни, които се записват от магнита, и необходимостта да има достатъчно SNR за четене на записаната информация.
2007
През 2007 г. беше обявен първият твърд диск от 1 TB от Hitachi Global Storage Technologies. Hitachi Deskstar 7K1000 използва пет 3,5-инчови 200GB плочи и се върти на об/мин Това е значително подобрение спрямо първия в света твърд диск, IBM RAMAC 350, който имаше капацитет от приблизително 3,75 мегабайта. О, докъде стигнахме за 51 години! Но чакайте, има още нещо.
2009
През 2009 г. започна техническа работа по създаването на енергонезависима експресна памет или . Енергонезависимата памет (NVM) е вид памет, която може да съхранява данни постоянно, за разлика от енергонезависимата памет, която изисква постоянно захранване за съхраняване на данни. NVMe отговаря на необходимостта от мащабируем интерфейс на хост контролер за периферни компоненти, базирани на полупроводници с активиран PCIe, оттук и името NVMe. В работната група за разработване на проекта бяха включени над 90 компании. Всичко това се основава на работата по дефиниране на спецификацията на интерфейса на контролера на енергонезависимата памет (NVMHCIS). Най-добрите днешни NVMe устройства могат да се справят с около 3500 мегабайта в секунда четене и 3300 мегабайта в секунда запис. Записването на j байт данни, с който започнахме, е много бързо в сравнение с няколко минути памет за ръчно тъкане на въже за компютъра за насочване на Apollo.
Настояще и бъдеще
Клас памет за съхранение
Сега, след като пътувахме назад във времето (ха!), нека да разгледаме текущото състояние на паметта на класа за съхранение. SCM, подобно на NVM, е стабилен, но SCM също така осигурява производителност, превъзхождаща или сравнима с основната памет, и . Целта на SCM е да реши някои от днешните проблеми с кеша, като ниска плътност на статичната памет с произволен достъп (SRAM). С динамична памет с произволен достъп (DRAM) можем да постигнем по-добра плътност, но това идва с цената на по-бавен достъп. DRAM също страда от необходимостта от постоянно захранване за опресняване на паметта. Нека разберем това малко. Захранването е необходимо, защото електрическият заряд на кондензаторите изтича малко по малко, което означава, че без намеса данните в чипа скоро ще бъдат загубени. За да предотврати такова изтичане, DRAM изисква външна верига за опресняване на паметта, която периодично пренаписва данните в кондензаторите, възстановявайки ги до първоначалния им заряд.
Памет за промяна на фазата (PCM)
Преди това разгледахме как се променя фазата за CD-RW. PCM е подобен. Материалът за промяна на фазата обикновено е Ge-Sb-Te, известен също като GST, който може да съществува в две различни състояния: аморфно и кристално. Аморфното състояние има по-високо съпротивление, обозначаващо 0, отколкото кристалното състояние, обозначаващо 1. Чрез присвояване на стойности на данни към междинни съпротивления, PCM може да се използва за съхраняване на множество състояния като .
Памет с произволен достъп на въртящ момент (STT-RAM)
STT-RAM се състои от два феромагнитни, постоянни магнитни слоя, разделени от диелектрик, изолатор, който може да предава електрическа сила без проводимост. Той съхранява битове данни въз основа на разликите в магнитните посоки. Единият магнитен слой, наречен референтен слой, има фиксирана магнитна посока, докато другият магнитен слой, наречен свободен слой, има магнитна посока, която се контролира от преминаващия ток. За 1 посоката на намагнитване на двата слоя е подравнена. За 0 и двата слоя имат противоположни магнитни посоки.
Резистивна памет с произволен достъп (ReRAM)
Клетката ReRAM се състои от два метални електрода, разделени от слой метален оксид. Малко като дизайна на флаш паметта на Masuoka, където електроните проникват през оксидния слой и се забиват в плаващия порт, или обратното. Въпреки това, с ReRAM, състоянието на клетката се определя въз основа на концентрацията на свободен кислород в слоя метален оксид.
Въпреки че тези технологии са обещаващи, те все още имат недостатъци. PCM и STT-RAM имат висока латентност при запис. Закъсненията на PCM са десет пъти по-високи от DRAM, докато латентностите на STT-RAM са десет пъти по-високи от SRAM. PCM и ReRAM имат ограничение за това колко дълго може да се извърши запис, преди да възникне сериозна грешка, което означава, че елементът на паметта се забива .
През август 2015 г. Intel обяви пускането на Optane, своя продукт, базиран на 3DXPoint. Optane претендира за 1000 пъти по-висока производителност от NAND SSD на цена четири до пет пъти по-висока от флаш паметта. Optane е доказателство, че SCM е повече от просто експериментална технология. Ще бъде интересно да наблюдаваме развитието на тези технологии.
Твърди дискове (HDD)
Хелиев твърд диск (HHDD)
Хелиевият диск е твърд диск с голям капацитет (HDD), който е пълен с хелий и херметически затворен по време на производствения процес. Подобно на други твърди дискове, както казахме по-рано, той е подобен на грамофон с магнитно покрита въртяща се плоча. Типичните твърди дискове просто имат въздух вътре в кухината, но този въздух причинява известно съпротивление при въртенето на плочите.
Балоните с хелий плават, защото хелият е по-лек от въздуха. Всъщност хелият е 1/7 от плътността на въздуха, което намалява спирачната сила, докато плочите се въртят, което води до намаляване на количеството енергия, необходимо за въртене на дисковете. Тази характеристика обаче е второстепенна, основната отличителна характеристика на хелия беше, че ви позволява да опаковате 7 пластини в същия форм-фактор, който обикновено би побрал само 5. Ако си спомним аналогията с крилото на нашия самолет, тогава това е перфектен аналог . Тъй като хелият намалява съпротивлението, турбуленцията се елиминира.
Знаем също, че балоните с хелий започват да потъват след няколко дни, защото хелият излиза от тях. Същото може да се каже и за устройствата за съхранение. Минаха години, преди производителите да успеят да създадат контейнер, който предотвратява излизането на хелий от форм-фактора през целия живот на устройството. Backblaze проведе експерименти и установи, че хелиевите твърди дискове имат годишен процент грешки от 1,03%, в сравнение с 1,06% за стандартните дискове. Разбира се, тази разлика е толкова малка, че може да се направи сериозно заключение от нея .
Напълненият с хелий форм фактор може да съдържа твърд диск, капсулиран с помощта на PMR, който обсъдихме по-горе, или микровълнов магнитен запис (MAMR) или магнитен запис с помощта на топлина (HAMR). Всяка технология за магнитно съхранение може да се комбинира с хелий вместо въздух. През 2014 г. HGST комбинира две авангардни технологии в своя 10TB хелиев твърд диск, който използва контролирано от хоста магнитно записване с плочки или SMR (магнитно записване с плочки). Нека поговорим малко за SMR и след това да разгледаме MAMR и HAMR.
Технология за магнитен запис на плочки
Преди това разглеждахме перпендикулярния магнитен запис (PMR), който беше предшественик на SMR. За разлика от PMR, SMR записва нови следи, които припокриват част от записаната преди това магнитна следа. Това от своя страна прави предишната писта по-тясна, което позволява по-голяма плътност на песента. Името на технологията идва от факта, че пистите за обиколка са много подобни на пистите на покрива с керемиди.
SMR води до много по-сложен процес на запис, тъй като записът на една песен презаписва съседната песен. Това не се случва, когато дисковият субстрат е празен и данните са последователни. Но веднага щом запишете в серия от песни, които вече съдържат данни, съществуващите съседни данни се изтриват. Ако съседна песен съдържа данни, тя трябва да бъде презаписана. Това е доста подобно на NAND флаш паметта, за която говорихме по-рано.
SMR устройствата скриват тази сложност чрез управление на фърмуера, което води до интерфейс, подобен на всеки друг твърд диск. От друга страна, SMR устройствата, управлявани от хоста, без специална адаптация на приложения и операционни системи, няма да позволят използването на тези устройства. Хостът трябва да пише на устройствата строго последователно. В същото време производителността на устройствата е 100% предвидима. Seagate започна да доставя SMR дискове през 2013 г., заявявайки 25% по-висока плътност PMR плътност.
Микровълнов магнитен запис (MAMR)
Магнитният запис с помощта на микровълни (MAMR) е технология за магнитна памет, която използва енергия, подобна на HAMR (обсъдена по-нататък). Важна част от MAMR е Spin Torque Oscillator (STO). Самият STO се намира в непосредствена близост до записващата глава. Когато се подаде ток към STO, се генерира кръгово електромагнитно поле с честота 20-40 GHz поради поляризацията на електронните завъртания.
Когато е изложен на такова поле, възниква резонанс във феромагнетика, използван за MAMR, което води до прецесия на магнитните моменти на домейните в това поле. По същество магнитният момент се отклонява от своята ос и за да промени посоката си (обръщане), записващата глава се нуждае от значително по-малко енергия.
Използването на технологията MAMR позволява да се вземат феромагнитни вещества с по-голяма коерцитивна сила, което означава, че размерът на магнитните домейни може да бъде намален без страх от причиняване на суперпарамагнитен ефект. Генераторът STO помага за намаляване на размера на записващата глава, което прави възможно записването на информация върху по-малки магнитни домейни и следователно увеличава плътността на записа.
Western Digital, известна още като WD, представи тази технология през 2017 г. Скоро след това, през 2018 г., Toshiba подкрепи тази технология. Докато WD и Toshiba преследват технологията MAMR, Seagate залага на HAMR.
Термомагнитен запис (HAMR)
Магнитно записване с помощта на топлина (HAMR) е енергийно ефективна технология за съхранение на магнитни данни, която може значително да увеличи количеството данни, които могат да бъдат съхранени на магнитно устройство, като например твърд диск, като използва топлина, доставяна от лазер, за да подпомогне записа данните към повърхностните субстрати на твърдия диск. Нагряването кара битовете данни да бъдат поставени много по-близо един до друг върху дисковия субстрат, което позволява увеличаване на плътността и капацитета на данните.
Тази технология е доста трудна за изпълнение. 200 mW бърз лазер малка зона до 400 °C преди запис, без да се намесва или поврежда останалите данни на диска. Процесът на нагряване, запис на данни и охлаждане трябва да бъде завършен за по-малко от наносекунда. Справянето с тези предизвикателства изисква разработването на наноразмерни повърхностни плазмони, известни също като лазери с повърхностно насочване, вместо директно лазерно нагряване, както и нови видове стъклени плочи и покрития за термично управление, които да издържат на бързо точково нагряване, без да повредят записващата глава или други близки данни и различни други технически предизвикателства, които трябваше да бъдат преодолени.
Въпреки многобройните скептични изявления, Seagate за първи път демонстрира тази технология през 2013 г. Първите дискове започнаха да се доставят през 2018 г.
Край на филма, отидете в началото!
Започнахме през 1951 г. и завършваме статията с поглед към бъдещето на технологията за съхранение. Съхранението на данни се е променило значително с течение на времето, от хартиени ленти до метални и магнитни, въжена памет, въртящи се дискове, оптични дискове, флаш памет и други. Напредъкът доведе до по-бързи, по-малки и по-мощни устройства за съхранение.
Ако сравните NVMe с метална лента UNISERVO от 1951 г., NVMe може да чете 486 111% повече цифри в секунда. Когато сравнявам NVMe с любимите ми Zip устройства от детството, NVMe може да чете 213,623% повече цифри в секунда.
Единственото нещо, което остава вярно, е използването на 0 и 1. Начините, по които правим това, се различават значително. Надявам се, че следващия път, когато запишете CD-RW с песни за приятел или запазите домашно видео в архива на оптичния диск, ще се замислите как неотразяващата повърхност се превръща в 0, а отразяващата повърхност се превежда в 1. Или ако записвате микстейп на касета, не забравяйте, че той е много тясно свързан с Datasette, използван в Commodore PET. И накрая, не забравяйте да сте любезни и да превъртите назад.
Благодаря и за лакомствата (не мога да се сдържа) в цялата статия!
Какво друго можете да прочетете в блога?
→
→
→
→
→
Абонирайте се за нашите -канал, за да не пропуснете следващата статия! Пишем не повече от два пъти седмично и само по работа. Напомняме ви също, че Cloud4Y може да осигури сигурен и надежден отдалечен достъп до бизнес приложения и информация, необходими за осигуряване на непрекъснатост на бизнеса. Дистанционната работа е допълнителна бариера пред разпространението на коронавируса. За подробности се свържете с нашите мениджъри на .
Източник: www.habr.com