Svaki provajder u oblaku nudi usluge skladištenja podataka. To mogu biti hladna i topla skladišta, ledena, itd. Čuvanje informacija u oblaku je prilično zgodno. Ali kako su podaci zapravo pohranjeni prije 10, 20, 50 godina? Cloud4Y je preveo zanimljiv članak koji govori upravo o tome.
Bajt podataka može se pohraniti na različite načine, budući da se novi, napredniji i brži mediji za pohranu stalno pojavljuju. Bajt je jedinica za skladištenje i obradu digitalnih informacija, koja se sastoji od osam bitova. Jedan bit može sadržavati 0 ili 1.
U slučaju bušenih kartica, bit se pohranjuje kao prisustvo/odsustvo rupe na kartici na određenoj lokaciji. Ako se vratimo malo dalje na Babbageovu analitičku mašinu, registri koji su pohranjivali brojeve bili su zupčanici. U magnetnim uređajima za pohranu kao što su trake i diskovi, bit je predstavljen polaritetom određene površine magnetnog filma. U modernoj dinamičkoj memoriji sa slučajnim pristupom (DRAM), bit se često predstavlja kao dvostepeni električni naboj pohranjen u uređaju koji pohranjuje električnu energiju u električnom polju. Napunjen ili ispražnjen kontejner pohranjuje malo podataka.
Juna 1956 izmislio reč za označavanje grupe bitova koji se koriste za kodiranje jednog znaka . Popričajmo malo o kodiranju znakova. Počnimo sa američkim standardnim kodom za razmjenu informacija, ili ASCII. ASCII je baziran na engleskoj abecedi, tako da svako slovo, broj i simbol (az, AZ, 0-9, +, - , /, ",!, itd. ) bili su predstavljeni kao 7-bitni cijeli broj od 32 do 127. Ovo nije bilo baš "prijateljsko" prema drugim jezicima. Da bi podržao druge jezike, Unicode je proširio ASCII. U Unicodeu je svaki znak predstavljen kao kodna točka ili simbol, na primjer , malo slovo j je U+006A, gdje U označava Unicode, a zatim heksadecimalni broj.
UTF-8 je standard za predstavljanje znakova kao osam bitova, omogućavajući da se svaka kodna tačka u opsegu 0-127 pohrani u jednom bajtu. Ako se sjetimo ASCII-a, to je sasvim normalno za engleske znakove, ali znakovi drugih jezika se često izražavaju u dva ili više bajtova. UTF-16 je standard za predstavljanje znakova kao 16 bita, a UTF-32 je standard za predstavljanje znakova kao 32 bita. U ASCII-u, svaki znak je bajt, ali u Unicode-u, što često nije sasvim tačno, znak može zauzeti 1, 2, 3 ili više bajtova. U članku će se koristiti različite grupe bitova. Broj bitova u bajtu varira ovisno o dizajnu medija.
U ovom ćemo članku putovati u prošlost kroz različite medije za pohranu podataka kako bismo ušli u povijest skladištenja podataka. Ni u kom slučaju nećemo početi duboko proučavati svaki medij za pohranu koji je ikada izmišljen. Ovo je zabavan informativni članak koji ni na koji način ne tvrdi da ima enciklopedijski značaj.
Počnimo. Recimo da imamo bajt podataka za pohranu: slovo j, bilo kao kodirani bajt 6a, ili kao binarni 01001010. Kako putujemo kroz vrijeme, bajt podataka će se koristiti u nekoliko tehnologija skladištenja koje će biti opisane.
1951
Naša priča počinje 1951. godine sa trakom UNIVAC UNISERVO za računar UNIVAC 1. Bio je to prvi kasetofon kreiran za komercijalni računar. Traka je napravljena od tanke trake niklovane bronze, široke 12,65 mm (nazvane Vicalloy) i dugačke skoro 366 metara. Naši bajtovi podataka mogu se pohraniti brzinom od 7 znakova u sekundi na traci koja se kreće brzinom od 200 metra u sekundi. U ovom trenutku u istoriji, brzinu algoritma za skladištenje možete izmjeriti putem udaljenosti koju je traka prešla.
1952
Premotamo godinu dana unapred do 21. maja 1952. godine, kada je IBM najavio izdavanje svoje prve jedinice magnetne trake, IBM 726. Naš bajt podataka je sada mogao da se premesti sa UNISERVO metalne trake na IBM magnetnu traku. Ovaj novi dom se pokazao vrlo udobnim za naš vrlo mali bajt podataka, budući da traka može pohraniti do 2 miliona cifara. Ova magnetna traka sa 7 traka kretala se brzinom od 1,9 metara u sekundi sa brzinom prijenosa od 12 ili 7500 (u to vrijeme zvane grupe za kopiranje) u sekundi. Za referencu: prosječan članak na Habréu ima otprilike 10 znakova.
Traka IBM 726 imala je sedam staza, od kojih je šest korišteno za pohranjivanje informacija, a jedna za kontrolu pariteta. Jedan kolut je mogao da primi do 400 metara trake širine 1,25 cm.Brzina prenosa podataka teoretski je dostizala 12,5 hiljada karaktera u sekundi; gustina snimanja je 40 bita po centimetru. Ovaj sistem je koristio metodu "vakuumskog kanala" u kojoj je petlja trake kružila između dvije tačke. To je omogućilo da se traka pokrene i zaustavi u djeliću sekunde. Ovo je postignuto postavljanjem dugih vakuumskih stubova između kalema trake i glava za čitanje/pisanje kako bi se apsorbovao nagli porast napetosti u vrpci, bez kojeg bi traka obično pukla. Plastični prsten koji se može ukloniti na poleđini trake pruža zaštitu od pisanja. Jedan kolut trake može pohraniti oko 1,1 .
Zapamtite VHS kasete. Šta ste morali da uradite da ponovo pogledate film? Premotaj traku! Koliko ste puta zavrtili kasetu za vaš plejer na olovci, da ne biste potrošili baterije i dobili pocepanu ili zaglavljenu traku? Isto se može reći i za trake koje se koriste za kompjutere. Programi nisu mogli samo skakati po traci ili nasumično pristupati podacima, mogli su čitati i zapisivati podatke striktno sekvencijalno.
1956
Premotavamo nekoliko godina unapred do 1956. godine, a era skladištenja na magnetnom disku počela je IBM-ovim dovršenjem računarskog sistema RAMAC 305, koji je Zellerbach Paper isporučio . Ovaj računar je bio prvi koji je koristio čvrsti disk sa pokretnom glavom. RAMAC disk se sastojao od pedeset magnetiziranih metalnih ploča prečnika 60,96 cm, sposobnih za pohranu približno pet miliona znakova podataka, 7 bita po karakteru, i okretanje pri 1200 okretaja u minuti. Kapacitet skladištenja je bio oko 3,75 megabajta.
RAMAC je omogućio pristup u realnom vremenu velikim količinama podataka, za razliku od magnetne trake ili bušenih kartica. IBM je reklamirao RAMAC kao sposoban da pohrani ekvivalent od 64 . Ranije je RAMRAC uveo koncept kontinuirane obrade transakcija kako se dešavaju, tako da se podaci mogu preuzeti odmah dok su još svježi. Našim podacima u RAMAC-u sada se može pristupiti brzinom od 100 . Ranije, kada smo koristili trake, morali smo pisati i čitati sekvencijalne podatke i nismo mogli slučajno skočiti na različite dijelove trake. Nasumični pristup podacima u realnom vremenu bio je zaista revolucionaran u to vrijeme.
1963
Pređimo naprijed do 1963. godine kada je predstavljen DECtape. Ime dolazi od Digital Equipment Corporation, poznate kao DEC. DECtape je bio jeftin i pouzdan, tako da se koristio u mnogim generacijama DEC računara. Bila je to traka od 19 mm, laminirana i u sendviču između dva sloja Mylar na kolutu od četiri inča (10,16 cm).
Za razliku od svojih teških, glomaznih prethodnika, DECtape se mogao nositi ručno. To ga je učinilo odličnom opcijom za personalne računare. Za razliku od svojih kolega sa 7 staza, DECtape je imao 6 podatkovnih staza, 2 cue staze i 2 za takt. Podaci su snimljeni pri 350 bita po inču (138 bita po cm). Naš bajt podataka, koji je 8 bita, ali se može proširiti na 12, mogao bi se prenijeti na DECtape brzinom od 8325 12-bitnih riječi u sekundi pri brzini trake od 93 (±12) inča po . Ovo je 8% više cifara u sekundi od metalne trake UNISERVO 1952.
1967
Četiri godine kasnije, 1967., mali IBM tim je počeo da radi na IBM flopi drajvu, kodnog naziva . Tada je tim dobio zadatak da razvije pouzdan i jeftin način za učitavanje mikrokodova IBM System/370. Projekt je naknadno prenamijenjen i prenamijenjen za učitavanje mikrokoda u kontroler za IBM 3330 Direct Access Storage Facility, kodnog imena Merlin.
Naš bajt bi se sada mogao pohraniti na 8-inčne magnetno obložene Mylar diskete, danas poznate kao flopi diskovi. U vrijeme izdavanja, proizvod se zvao IBM 23FD Floppy Disk Drive System. Diskovi su mogli držati 80 kilobajta podataka. Za razliku od tvrdih diskova, korisnik može lako premjestiti disketu u zaštitnoj ljusci s jednog pogona na drugi. Kasnije, 1973. godine, IBM je izdao disketu za čitanje/pisanje, koja je tada postala industrijska .
1969
Godine 1969. lansiran je kompjuter za navođenje Apollo (AGC) s memorijom užeta na brodu Apollo 11, koji je nosio američke astronaute do Mjeseca i nazad. Ova memorija od užeta napravljena je ručno i mogla je držati 72 kilobajta podataka. Proizvodnja memorije užeta bila je radno intenzivna, spora i zahtijevala je vještine slične tkanju; moglo bi potrajati . Ali to je bio pravi alat za ona vremena kada je bilo važno uklopiti maksimum u strogo ograničen prostor. Kada je žica prošla kroz jednu od kružnih niti, predstavljala je 1. Žica koja je prolazila oko žice predstavljala je 0. Naš bajt podataka zahtijevao je od osobe da uplete nekoliko minuta u uže.
1977
Godine 1977. izašao je Commodore PET, prvi (uspješan) personalni računar. PET je koristio Commodore 1530 Datasette, što znači podaci plus kaseta. PET je konvertovao podatke u analogne audio signale, koji su potom pohranjeni . To nam je omogućilo da stvorimo isplativo i pouzdano rješenje za skladištenje, iako vrlo sporo. Naš mali bajt podataka mogao bi se prenijeti brzinom od oko 60-70 bajtova po . Kasete su mogle držati oko 100 kilobajta po strani od 30 minuta, sa dvije strane po traci. Na primjer, jedna strana kasete može sadržavati oko dvije slike od 55 KB. Setovi podataka su također korišteni u Commodore VIC-20 i Commodore 64.
1978
Godinu dana kasnije, 1978., MCA i Philips predstavili su LaserDisc pod imenom "Discovision". Jaws je bio prvi film prodat na LaserDisc-u u Sjedinjenim Državama. Njegov audio i video kvalitet bio je mnogo bolji od konkurencije, ali laserski disk je bio preskup za većinu potrošača. LaserDisc nije mogao biti snimljen, za razliku od VHS kaseta na kojima su ljudi snimali televizijske programe. Laserski diskovi su radili sa analognim videom, analognim FM stereo audio i pulsnim kodom , ili PCM, digitalni audio. Diskovi su imali prečnik 12 inča (30,47 cm) i sastojali su se od dva jednostrana aluminijumska diska presvučena plastikom. Danas se LaserDisc pamti kao osnova za CD i DVD.
1979
Godinu dana kasnije, 1979., Alan Shugart i Finis Conner su osnovali Seagate Technology sa idejom da skaliraju hard disk na veličinu diskete od 5 ¼ inča, što je u to vrijeme bilo standardno. Njihov prvi proizvod 1980. bio je Seagate ST506 čvrsti disk, prvi čvrsti disk za kompaktne računare. Disk je sadržavao pet megabajta podataka, što je u to vrijeme bilo pet puta veće od standardne diskete. Osnivači su uspjeli postići svoj cilj smanjenja veličine diska na veličinu diskete od 5¼ inča. Novi uređaj za skladištenje podataka bio je čvrsta metalna ploča presvučena sa obe strane tankim slojem magnetnog materijala za skladištenje podataka. Naši bajtovi podataka mogli bi se prenijeti na disk brzinom od 625 kilobajta po . To je otprilike .
1981
Premotamo nekoliko godina naprijed do 1981., kada je Sony predstavio prve 3,5-inčne diskete. Hewlett-Packard je postao prvi koji je usvojio ovu tehnologiju 1982. godine sa svojim HP-150. To je 3,5-inčne diskete učinilo poznatim i omogućilo im široku upotrebu širom svijeta. . Diskete su bile jednostrane sa formatiranim kapacitetom od 161.2 kilobajta i neformatiranim kapacitetom od 218.8 kilobajta. Godine 1982. objavljena je dvostrana verzija, a konzorcij Microfloppy Industry Committee (MIC) od 23 medijske kompanije zasnovao je specifikaciju 3,5-inčne diskete na originalnom Sonyjevom dizajnu, učvrstivši format u historiju kakav danas poznajemo. . Sada se naši bajtovi podataka mogu pohraniti na ranu verziju jednog od najčešćih medija za pohranu: 3,5-inčnu disketu. Kasnije, par 3,5-inčnih disketa sa postao najvažniji dio mog djetinjstva.
1984
Ubrzo nakon toga, 1984. godine, objavljeno je izdanje Compact Disc Read-Only Memory (CD-ROM). To su bili CD-ROM-ovi od 550 megabajta od Sony i Philips. Format je nastao iz CD-a sa digitalnim zvukom, ili CD-DA, koji su se koristili za distribuciju muzike. CD-DA su razvili Sony i Philips 1982. godine i imao je kapacitet od 74 minute. Prema legendi, kada su Sony i Philips pregovarali o standardu CD-DA, jedna od četvorice ljudi je insistirala da bi cijelu Devetu simfoniju. Prvi proizvod objavljen na CD-u bila je Grolierova elektronska enciklopedija, objavljena 1985. godine. Enciklopedija je sadržavala devet miliona riječi, koje su zauzimale samo 12% dostupnog prostora na disku, odnosno 553 . Imali bismo više nego dovoljno prostora za enciklopediju i bajt podataka. Ubrzo nakon toga, 1985. godine, kompjuterske kompanije su radile zajedno na stvaranju standarda za disk drajvove kako bi svaki računar mogao da ih čita.
1984
Takođe 1984. godine, Fujio Masuoka je razvio novu vrstu memorije sa plutajućim vratima nazvanu fleš memorija, koja je mogla da se briše i prepisuje mnogo puta.
Odvojimo trenutak da pogledamo fleš memoriju koristeći tranzistor sa plutajućim vratima. Tranzistori su električne kapije koje se mogu uključiti i isključiti pojedinačno. Budući da svaki tranzistor može biti u dva različita stanja (uključen i isključen), može pohraniti dva različita broja: 0 i 1. Plutajuća kapija se odnosi na drugu kapiju dodanu srednjem tranzistoru. Ova druga kapija je izolirana tankim slojem oksida. Ovi tranzistori koriste mali napon primijenjen na gejt tranzistora da naznače da li je uključen ili isključen, što se zauzvrat prevodi u 0 ili 1.
Kod plutajućih kapija, kada se odgovarajući napon dovede kroz oksidni sloj, elektroni prolaze kroz njega i zaglave se na vratima. Stoga, čak i kada je napajanje isključeno, elektroni ostaju na njima. Kada nema elektrona na plivajućim vratima, oni predstavljaju 1, a kada su elektroni zaglavljeni, oni predstavljaju 0. Obrnutim ovim procesom i primjenom odgovarajućeg napona kroz oksidni sloj u suprotnom smjeru, elektroni teku kroz plutajuće kapije i vratiti tranzistor u prvobitno stanje. Stoga se ćelije mogu programirati i . Naš bajt se može programirati u tranzistor kao 01001010, sa elektronima, sa elektronima zaglavljenim u plutajućim vratima da predstavljaju nule.
Masuokin dizajn je bio malo pristupačniji, ali manje fleksibilan od PROM-a koji se može izbrisati električnom energijom (EEPROM), jer je zahtijevao više grupa ćelija koje su morale biti izbrisane zajedno, ali to je također objasnilo njegovu brzinu.
U to vrijeme, Masuoka je radio za Toshibu. Na kraju je otišao da radi na Univerzitetu Tohoku jer je bio nezadovoljan što ga kompanija nije nagradila za njegov rad. Masuoka je tužio Toshibu, tražeći odštetu. Godine 2006. plaćen mu je 87 miliona juana, što je ekvivalentno 758 hiljada američkih dolara. Ovo se i dalje čini beznačajnim s obzirom na to koliko je fleš memorija postala uticajna u industriji.
Dok govorimo o fleš memoriji, takođe je vredno napomenuti koja je razlika između NOR i NAND fleš memorije. Kao što već znamo od Masuoke, flash pohranjuje informacije u memorijske ćelije koje se sastoje od tranzistora s plutajućim vratima. Nazivi tehnologija su direktno povezani sa načinom na koji su memorijske ćelije organizovane.
U NOR flashu, pojedinačne memorijske ćelije su povezane paralelno kako bi se omogućio slučajni pristup. Ova arhitektura smanjuje vrijeme čitanja potrebno za slučajni pristup mikroprocesorskim instrukcijama. NOR fleš memorija je idealna za aplikacije niže gustine koje su prvenstveno samo za čitanje. Zbog toga većina CPU-a učitava svoj firmver, obično iz NOR fleš memorije. Masuoka i njegove kolege predstavili su izum NOR flash 1984. i NAND flash XNUMX. godine. .
NAND Flash programeri su napustili funkciju slučajnog pristupa kako bi postigli manju veličinu memorijske ćelije. Ovo rezultira manjom veličinom čipa i nižom cijenom po bitu. Arhitektura NAND flash memorije sastoji se od osmodijelnih memorijskih tranzistora povezanih u seriju. Time se postiže visoka gustina skladištenja, manja veličina memorijske ćelije i brže pisanje i brisanje podataka jer može istovremeno programirati blokove podataka. Ovo se postiže tako što se zahtijeva da se podaci prepisuju kada se ne pišu sekvencijalno i kada podaci već postoje u .
1991
Pređimo na 1991., kada je SanDisk kreirao prototip SSD uređaja, tada poznat kao . Dizajn je kombinovao niz fleš memorije, neisparljive memorijske čipove i inteligentni kontroler za automatsko otkrivanje i ispravljanje defektnih ćelija. Kapacitet diska bio je 20 megabajta sa 2,5-inčnim oblikom, a njegova cijena procijenjena je na otprilike 1000 dolara. Ovaj disk je koristio IBM u računaru .
1994
Jedan od mojih omiljenih medija za skladištenje od detinjstva bili su Zip diskovi. Godine 1994. Iomega je izdala Zip Disk, kertridž od 100 megabajta u faktoru oblika od 3,5 inča, otprilike nešto deblji od standardnog diska od 3,5 inča. Kasnije verzije diskova mogle su pohraniti do 2 gigabajta. Pogodnost ovih diskova je u tome što su bili veličine diskete, ali su imali mogućnost pohranjivanja veće količine podataka. Naši bajtovi podataka mogu se zapisati na Zip disk brzinom od 1,4 megabajta u sekundi. Poređenja radi, tada je 1,44 megabajta diskete od 3,5 inča upisano brzinom od oko 16 kilobajta u sekundi. Na Zip disku, glave čitaju/zapisuju podatke bez kontakta, kao da lete iznad površine, što je slično radu tvrdog diska, ali se razlikuje od principa rada drugih disketa. Zip diskovi su ubrzo postali zastarjeli zbog problema s pouzdanošću i dostupnošću.
1994
Iste godine, SanDisk je predstavio CompactFlash, koji se široko koristio u digitalnim video kamerama. Kao i kod CD-ova, CompactFlash brzine su zasnovane na "x" ocjenama kao što su 8x, 20x, 133x, itd. Maksimalna brzina prijenosa podataka se izračunava na osnovu bit rate originalnog audio CD-a, 150 kilobajta u sekundi. Brzina prijenosa izgleda kao R = Kx150 kB/s, gdje je R brzina prijenosa, a K nominalna brzina. Dakle, za 133x CompactFlash, naš bajt podataka će biti zapisan brzinom 133x150 kB/s ili oko 19 kB/s ili 950 MB/s. Udruženje CompactFlash osnovano je 19,95. godine s ciljem stvaranja industrijskog standarda za flash memorijske kartice.
1997
Nekoliko godina kasnije, 1997. godine, objavljen je Compact Disc Rewritable (CD-RW). Ovaj optički disk je korišten za pohranjivanje podataka i za kopiranje i prijenos datoteka na različite uređaje. CD-ovi se mogu prepisati oko 1000 puta, što u to vrijeme nije bio ograničavajući faktor jer su korisnici rijetko prepisivali podatke.
CD-RW-ovi su zasnovani na tehnologiji koja mijenja refleksivnost površine. U slučaju CD-RW, fazni pomaci u posebnoj prevlaci koja se sastoji od srebra, telura i indija uzrokuju sposobnost da reflektuju ili ne reflektuju očitani snop, što znači 0 ili 1. Kada je jedinjenje u kristalnom stanju, ono je proziran, što znači 1. Kada se spoj topi u amorfno stanje, postaje neproziran i nereflektirajući, što 0. Tako bismo mogli zapisati naš bajt podataka kao 01001010.
DVD-ovi su na kraju preuzeli većinu tržišnog udjela od CD-RW-a.
1999
Pređimo na 1999. godinu, kada je IBM predstavio najmanje hard diskove na svijetu u to vrijeme: IBM 170MB i 340MB mikrodrive. To su bili mali tvrdi diskovi od 2,54 cm dizajnirani da stanu u CompactFlash Type II slotove. Planirano je da se napravi uređaj koji bi se koristio kao CompactFlash, ali sa većim memorijskim kapacitetom. Međutim, ubrzo su ih zamijenili USB fleš diskovi, a potom i veće CompactFlash kartice kako su postale dostupne. Kao i drugi čvrsti diskovi, mikrodrijevi su bili mehanički i sadržavali su male diskove koji se okreću.
2000
Godinu dana kasnije, 2000. godine, predstavljeni su USB fleš diskovi. Disk jedinice su se sastojale od fleš memorije zatvorene u malom obliku sa USB interfejsom. U zavisnosti od verzije korišćenog USB interfejsa, brzina može varirati. USB 1.1 je ograničen na 1,5 megabita u sekundi, dok USB 2.0 može podnijeti 35 megabita u sekundi , a USB 3.0 je 625 megabita u sekundi. Prvi USB 3.1 Type C uređaji najavljeni su u martu 2015. i imali su brzinu čitanja/pisanja od 530 megabita u sekundi. Za razliku od disketa i optičkih uređaja, USB uređaje je teže ogrebati, ali i dalje imaju iste mogućnosti za pohranjivanje podataka, kao i za prijenos i pravljenje rezervnih kopija datoteka. Diskete i CD uređaji su brzo zamijenjeni USB portovima.
2005
Godine 2005. proizvođači hard diskova (HDD) počeli su isporučivati proizvode koji koriste okomito magnetno snimanje ili PMR. Zanimljivo je da se to dogodilo u isto vrijeme kada je iPod Nano najavio korištenje fleš memorije umjesto 1-inčnih tvrdih diskova u iPod Mini-u.
Tipičan čvrsti disk sadrži jedan ili više tvrdih diskova obloženih magnetski osjetljivim filmom sastavljenim od sićušnih magnetnih zrnaca. Podaci se snimaju kada magnetna glava za snimanje leti tik iznad diska koji se okreće. Ovo je vrlo slično tradicionalnom gramofonskom gramofonskom gramofonu, jedina razlika je što je kod gramofona olovka u fizičkom kontaktu sa pločom. Kako se diskovi rotiraju, zrak u kontaktu s njima stvara blagi povjetarac. Baš kao što vazduh na krilu aviona stvara uzgon, vazduh stvara uzgon na glavi aeroprofila . Glava brzo mijenja magnetizaciju jednog magnetskog područja zrna tako da njen magnetni pol bude usmjeren gore ili dolje, pokazujući 1 ili 0.
Prethodnik PMR-a bilo je longitudinalno magnetsko snimanje ili LMR. Gustina snimanja PMR-a može biti više od tri puta veća od LMR-a. Glavna razlika između PMR i LMR je u tome što je struktura zrna i magnetska orijentacija pohranjenih podataka PMR medija stupna, a ne uzdužna. PMR ima bolju termičku stabilnost i poboljšani odnos signal-šum (SNR) zbog boljeg odvajanja zrna i ujednačenosti. Takođe ima poboljšanu mogućnost snimanja zahvaljujući jačim poljima glave i boljem poravnanju magnetnih medija. Kao i LMR, osnovna ograničenja PMR-a su zasnovana na termalnoj stabilnosti bitova podataka koje upisuje magnet i potrebi da se ima dovoljan SNR za čitanje zapisanih informacija.
2007
Godine 2007. najavljen je prvi hard disk od 1 TB kompanije Hitachi Global Storage Technologies. Hitachi Deskstar 7K1000 koristio je pet ploča od 3,5 inča od 200 GB i vrtio se na rpm Ovo je značajno poboljšanje u odnosu na prvi hard disk na svetu, IBM RAMAC 350, koji je imao kapacitet od približno 3,75 megabajta. Oh, koliko smo daleko stigli za 51 godinu! Ali čekajte, ima još nešto.
2009
2009. godine započeli su tehnički radovi na kreiranju nepromjenjive ekspresne memorije, tj . Nepostojana memorija (NVM) je vrsta memorije koja može trajno pohraniti podatke, za razliku od nestabilne memorije, koja zahtijeva konstantnu snagu za pohranjivanje podataka. NVMe se bavi potrebom za skalabilnim interfejsom host kontrolera za periferne komponente bazirane na PCIe poluprovodnicima, otuda i naziv NVMe. Više od 90 kompanija bilo je uključeno u radnu grupu za razvoj projekta. Sve je to bilo zasnovano na radu na definiranju specifikacije interfejsa kontrolera hosta za nepromjenjivu memoriju (NVMHCIS). Današnji najbolji NVMe diskovi mogu podnijeti oko 3500 megabajta u sekundi čitanja i 3300 megabajta u sekundi upisivanja. Pisanje j bajta podataka sa kojim smo započeli je veoma brzo u poređenju sa nekoliko minuta memorije ručnog tkanja užeta za Apollo navigacioni kompjuter.
Sadašnjost i budućnost
Memorija klase skladišta
Sada kada smo putovali u prošlost (ha!), hajde da pogledamo trenutno stanje memorije klase skladištenja. SCM je, kao i NVM, robustan, ali SCM također pruža performanse superiornije ili uporedive s glavnom memorijom, i . Cilj SCM-a je da reši neke od današnjih problema sa kešom, kao što je niska gustina statičke memorije sa slučajnim pristupom (SRAM). S Dynamic Random Access Memory (DRAM) možemo postići bolju gustinu, ali to dolazi po cijenu sporijeg pristupa. DRAM takođe pati od potrebe za stalnim napajanjem za osvježavanje memorije. Hajde da ovo malo razumemo. Snaga je potrebna jer električni naboj na kondenzatorima malo po malo curi, što znači da će bez intervencije podaci na čipu uskoro biti izgubljeni. Da bi se spriječilo takvo curenje, DRAM zahtijeva eksterno kolo za osvježavanje memorije koje periodično prepisuje podatke u kondenzatorima, vraćajući ih na izvorno napunjenost.
Memorija za promjenu faze (PCM)
Prethodno smo pogledali kako se faza mijenja za CD-RW. PCM je sličan. Materijal za promenu faze je obično Ge-Sb-Te, takođe poznat kao GST, koji može postojati u dva različita stanja: amorfnom i kristalnom. Amorfno stanje ima veći otpor, označavajući 0, od kristalnog stanja koje označava 1. Dodeljivanjem vrednosti podataka srednjim otporima, PCM se može koristiti za skladištenje više stanja kao .
Memorija sa slučajnim pristupom (STT-RAM)
STT-RAM se sastoji od dva feromagnetna, trajna magnetna sloja odvojena dielektrikom, izolatorom koji može prenositi električnu silu bez provodljivosti. Pohranjuje bitove podataka na osnovu razlika u magnetskim smjerovima. Jedan magnetni sloj, koji se naziva referentni sloj, ima fiksni magnetni smjer, dok drugi magnetni sloj, nazvan slobodni sloj, ima magnetni smjer koji je kontroliran propuštenom strujom. Za 1, smjer magnetizacije dva sloja je poravnat. Za 0, oba sloja imaju suprotne magnetne smjerove.
Otporna memorija sa slučajnim pristupom (ReRAM)
ReRAM ćelija se sastoji od dvije metalne elektrode razdvojene slojem metalnog oksida. Pomalo kao Masuokin dizajn fleš memorije, gdje elektroni prodiru u oksidni sloj i zaglave se u plutajućoj kapiji, ili obrnuto. Međutim, sa ReRAM-om, stanje ćelije se određuje na osnovu koncentracije slobodnog kiseonika u sloju metalnog oksida.
Iako su ove tehnologije obećavajuće, one i dalje imaju nedostatke. PCM i STT-RAM imaju veliku latenciju pisanja. PCM latencije su deset puta veće od DRAM-a, dok su STT-RAM latencije deset puta veće od SRAM-a. PCM i ReRAM imaju ograničenje koliko dugo može doći do upisivanja prije nego što dođe do ozbiljne greške, što znači da se memorijski element zaglavi .
U avgustu 2015. Intel je najavio izdavanje Optane, svog proizvoda zasnovanog na 3DXPointu. Optane tvrdi da su performanse 1000 puta veće od NAND SSD-ova po cijeni četiri do pet puta većoj od flash memorije. Optane je dokaz da je SCM više od eksperimentalne tehnologije. Bit će zanimljivo pratiti razvoj ovih tehnologija.
Tvrdi diskovi (HDD)
Helijum HDD (HHDD)
Helijumski disk je hard disk velikog kapaciteta (HDD) koji je napunjen helijumom i hermetički zatvoren tokom procesa proizvodnje. Kao i drugi čvrsti diskovi, kao što smo ranije rekli, sličan je gramofonu sa magnetski obloženom rotirajućom pločom. Tipični čvrsti diskovi jednostavno imaju zrak unutar šupljine, ali ovaj zrak uzrokuje određeni otpor dok se ploče okreću.
Baloni s helijem plutaju jer je helijum lakši od zraka. U stvari, helijum je 1/7 gustine vazduha, što smanjuje silu kočenja kako se ploče rotiraju, što dovodi do smanjenja količine energije potrebne za okretanje diskova. Međutim, ova karakteristika je sekundarna, glavna karakteristika helijuma je ta što vam omogućava da upakujete 7 wafera u istom faktoru oblika koji bi inače držao samo 5. Ako se prisjetimo analogije našeg avionskog krila, onda je ovo savršen analog . Pošto helijum smanjuje otpor, turbulencija je eliminisana.
Takođe znamo da baloni sa helijumom počinju da tonu nakon nekoliko dana jer helijum izlazi iz njih. Isto se može reći i za uređaje za pohranu podataka. Prošle su godine prije nego što su proizvođači uspjeli stvoriti spremnik koji je spriječio bijeg helijuma iz faktora forme tokom cijelog vijeka trajanja pogona. Backblaze je sproveo eksperimente i otkrio da čvrsti diskovi sa helijumom imaju godišnju stopu greške od 1,03%, u poređenju sa 1,06% za standardne diskove. Naravno, ova razlika je toliko mala da se iz nje može izvući ozbiljan zaključak .
Forma punjena helijumom može sadržavati čvrsti disk inkapsuliran pomoću PMR-a, o čemu smo gore govorili, ili mikrovalnog magnetnog snimanja (MAMR) ili magnetskog snimanja uz pomoć topline (HAMR). Bilo koja tehnologija magnetnog skladištenja može se kombinovati sa helijumom umesto sa vazduhom. U 2014. godini, HGST je kombinovao dvije najsavremenije tehnologije u svom tvrdom disku od 10TB od helijuma, koji je koristio magnetsko snimanje koje kontroliše domaćin ili SMR (Singled magnetno snimanje). Hajde da pričamo malo o SMR-u, a zatim pogledajmo MAMR i HAMR.
Tehnologija magnetnog snimanja pločica
Ranije smo posmatrali okomito magnetno snimanje (PMR), koje je bilo prethodnik SMR-u. Za razliku od PMR-a, SMR snima nove staze koje se preklapaju sa dijelom prethodno snimljene magnetske staze. Ovo zauzvrat čini prethodnu stazu užim, omogućavajući veću gustinu kolosijeka. Naziv tehnologije dolazi od činjenice da su lap tracks vrlo slične tragovima popločanih krovom.
SMR rezultira mnogo složenijim procesom pisanja, pošto pisanje na jednu stazu zamenjuje susednu stazu. Ovo se ne dešava kada je podloga diska prazna i podaci su sekvencijalni. Ali čim snimite na niz pjesama koje već sadrže podatke, postojeći susjedni podaci se brišu. Ako susjedna staza sadrži podatke, mora se ponovno napisati. Ovo je prilično slično NAND flashu o kojem smo ranije govorili.
SMR uređaji skrivaju ovu složenost upravljanjem firmverom, što rezultira sučeljem sličnim bilo kojem drugom tvrdom disku. S druge strane, SMR uređaji kojima upravlja host, bez posebne adaptacije aplikacija i operativnih sistema, neće dozvoliti upotrebu ovih drajvova. Domaćin mora pisati na uređaje striktno sekvencijalno. Istovremeno, performanse uređaja su 100% predvidive. Seagate je počeo da isporučuje SMR diskove 2013. godine, tvrdeći da imaju 25% veću gustinu PMR gustina.
Mikrotalasno magnetno snimanje (MAMR)
Magnetsko snimanje uz pomoć mikrotalasne pećnice (MAMR) je tehnologija magnetne memorije koja koristi energiju sličnu HAMR-u (o čemu se dalje govori). Važan dio MAMR-a je oscilator obrtnog momenta (STO). Sam STO se nalazi u neposrednoj blizini glave za snimanje. Kada se struja primjenjuje na STO, stvara se kružno elektromagnetno polje frekvencije 20-40 GHz zbog polarizacije spinova elektrona.
Kada je izložen takvom polju, dolazi do rezonancije u feromagnetu koji se koristi za MAMR, što dovodi do precesije magnetnih momenata domena u ovom polju. U suštini, magnetni moment odstupa od svoje ose i za promjenu smjera (okretanje), glavi za snimanje je potrebno znatno manje energije.
Upotreba MAMR tehnologije omogućava uzimanje feromagnetnih supstanci sa većom koercitivnom silom, što znači da se veličina magnetnih domena može smanjiti bez straha od izazivanja superparamagnetnog efekta. STO generator pomaže u smanjenju veličine glave za snimanje, što omogućava snimanje informacija na manjim magnetnim domenima, a samim tim povećava gustinu snimanja.
Western Digital, poznat i kao WD, predstavio je ovu tehnologiju 2017. godine. Ubrzo nakon toga, 2018. godine, Toshiba je podržala ovu tehnologiju. Dok WD i Toshiba slijede MAMR tehnologiju, Seagate se kladi na HAMR.
Termomagnetno snimanje (HAMR)
Magnetsko snimanje uz pomoć topline (HAMR) je energetski efikasna tehnologija magnetskog skladištenja podataka koja može značajno povećati količinu podataka koji se mogu pohraniti na magnetni uređaj, kao što je tvrdi disk, korištenjem topline koju dovodi laser za pomoć pri pisanju podatke na površinske podloge tvrdog diska. Zagrijavanje uzrokuje da se bitovi podataka postavljaju mnogo bliže jedan drugome na podlogu diska, što omogućava povećanu gustinu i kapacitet podataka.
Ovu tehnologiju je prilično teško implementirati. 200 mW laser brz malo područje do 400 °C prije snimanja, bez ometanja ili oštećenja ostatka podataka na disku. Proces grijanja, snimanja podataka i hlađenja mora biti završen za manje od nanosekunde. Rješavanje ovih izazova zahtijevalo je razvoj nanorazmjernih površinskih plazmona, također poznatih kao površinski vođeni laseri, umjesto direktnog laserskog grijanja, kao i nove vrste staklenih ploča i premaza za upravljanje toplinom kako bi izdržali brzo zagrijavanje bez oštećenja glave za snimanje ili bilo kojeg obližnjeg podataka i raznih drugih tehničkih izazova koje je trebalo savladati.
Uprkos brojnim skeptičnim izjavama, Seagate je prvi put demonstrirao ovu tehnologiju 2013. godine. Prvi diskovi počeli su da se isporučuju 2018.
Kraj filma, idite na početak!
Počeli smo 1951. godine i završavamo članak s pogledom u budućnost tehnologije skladištenja. Skladištenje podataka se tokom vremena uvelike promijenilo, od papirne trake do metalne i magnetne, memorije na užetu, vrtljivih diskova, optičkih diskova, fleš memorije i drugih. Napredak je rezultirao bržim, manjim i moćnijim uređajima za pohranu podataka.
Ako uporedite NVMe sa metalnom trakom UNISERVO iz 1951. godine, NVMe može pročitati 486% više cifara u sekundi. Kada uporedim NVMe sa mojim omiljenim iz detinjstva, Zip diskovima, NVMe može da pročita 111% više cifara u sekundi.
Jedina stvar koja ostaje istinita je upotreba 0 i 1. Načini na koje to činimo se jako razlikuju. Nadam se da ćete sljedeći put kada snimite CD-RW pjesama za prijatelja ili sačuvate kućni video u Arhivu optičkih diskova, razmisliti o tome kako se nereflektirajuća površina prevodi u 0, a reflektirajuća u 1. Ili ako snimate mixtape na kasetu, zapamtite da je vrlo blisko povezan sa Datasette-om koji se koristi u Commodore PET-u. Konačno, ne zaboravite biti ljubazni i premotati.
Spasibo и za sitnice (ne mogu si pomoći) kroz cijeli članak!
Šta još možete pročitati na blogu?
→
→
→
→
→
Pretplatite se na naše -kanal da ne propustite sljedeći članak! Pišemo ne više od dva puta sedmično i samo poslovno. Također vas podsjećamo da Cloud4Y može pružiti siguran i pouzdan daljinski pristup poslovnim aplikacijama i informacijama potrebnim za osiguranje kontinuiteta poslovanja. Rad na daljinu je dodatna prepreka širenju korona virusa. Za detalje kontaktirajte naše menadžere na .
izvor: www.habr.com