Služby úložiště dat nabízí jakýkoli poskytovatel cloudu. Mohou to být studené a horké sklady, ledově studené atd. Ukládání informací do cloudu je docela pohodlné. Jak se ale data ve skutečnosti ukládala před 10, 20, 50 lety? Cloud4Y přeložil zajímavý článek, který mluví právě o tomto.
Bajt dat lze uložit různými způsoby, protože se neustále objevují nová, pokročilejší a rychlejší paměťová média. Bajt je jednotka ukládání a zpracování digitální informace, která se skládá z osmi bitů. Jeden bit může obsahovat 0 nebo 1.
V případě děrných štítků je bit uložen jako přítomnost/nepřítomnost otvoru v štítku na určitém místě. Pokud se vrátíme trochu dále k Babbageovu analytickému motoru, registry, v nichž byla uložena čísla, byla ozubená kola. V magnetických úložných zařízeních, jako jsou pásky a disky, je bit reprezentován polaritou určité oblasti magnetického filmu. V moderní dynamické paměti s náhodným přístupem (DRAM) je bit často představován jako dvouúrovňový elektrický náboj uložený v zařízení, které ukládá elektrickou energii v elektrickém poli. Nabitá nebo vybitá nádoba uchovává část dat.
V červnu 1956 vynalezl slovo k označení skupiny bitů používaných ke kódování jednoho znaku . Promluvme si trochu o kódování znaků. Začněme americkým standardním kódem pro výměnu informací neboli ASCII. ASCII vycházel z anglické abecedy, takže každé písmeno, číslo a symbol (az, AZ, 0-9, +, - , /, ",! atd. ) byly reprezentovány jako 7bitové celé číslo od 32 do 127. To nebylo zrovna „přátelské“ k jiným jazykům. Kvůli podpoře jiných jazyků rozšířil Unicode ASCII. V Unicode je každý znak reprezentován jako bod kódu nebo například symbol , malé písmeno j je U+006A, kde U znamená Unicode a potom hexadecimální číslo.
UTF-8 je standard pro reprezentaci znaků jako osmi bitů, což umožňuje uložit každý kódový bod v rozsahu 0-127 do jednoho bajtu. Pokud si pamatujeme ASCII, je to u anglických znaků zcela normální, ale znaky jiných jazyků jsou často vyjádřeny ve dvou nebo více bajtech. UTF-16 je standard pro reprezentaci znaků jako 16 bitů a UTF-32 je standard pro reprezentaci znaků jako 32 bitů. V ASCII je každý znak bajt, ale v Unicode, což často není úplně pravda, může znak zabírat 1, 2, 3 nebo více bajtů. Článek bude používat různé velikosti seskupení bitů. Počet bitů v bajtu se liší v závislosti na designu média.
V tomto článku se vrátíme v čase přes různá paměťová média, abychom se ponořili do historie ukládání dat. V žádném případě nezačneme do hloubky studovat každé jednotlivé paměťové médium, které kdy bylo vynalezeno. Toto je zábavný informační článek, který si v žádném případě netvrdí, že má encyklopedický význam.
Začněme. Řekněme, že máme datový bajt k uložení: písmeno j, buď jako zakódovaný bajt 6a, nebo jako binární 01001010. Jak budeme cestovat časem, bude datový bajt použit v několika technologiích úložiště, které budou popsány.
1951
Náš příběh začíná v roce 1951 páskovou jednotkou UNIVAC UNISERVO pro počítač UNIVAC 1. Byla to první pásková jednotka vytvořená pro komerční počítač. Pásek byl vyroben z tenkého pruhu poniklovaného bronzu, 12,65 mm široký (nazývaný Vicalloy) a téměř 366 metrů dlouhý. Naše datové bajty mohly být uloženy rychlostí 7 200 znaků za sekundu na pásku pohybující se rychlostí 2,54 metru za sekundu. V tomto okamžiku historie můžete měřit rychlost algoritmu úložiště podle vzdálenosti, kterou páska urazila.
1952
Rychle vpřed o rok do 21. května 1952, kdy IBM oznámilo uvedení své první magnetické páskové jednotky, IBM 726. Náš bajt dat lze nyní přesunout z kovové pásky UNISERVO na magnetickou pásku IBM. Tento nový domov se ukázal být velmi útulný pro náš velmi malý bajt dat, protože páska může uložit až 2 miliony číslic. Tato 7stopá magnetická páska se pohybovala rychlostí 1,9 metru za sekundu s přenosovou rychlostí 12 500 nebo 7500 (v té době nazývané kopírovací skupiny) za sekundu. Pro informaci: průměrný článek o Habrém má přibližně 10 000 znaků.
Páska IBM 726 měla sedm stop, z nichž šest bylo použito pro ukládání informací a jedna pro kontrolu parity. Na jednu cívku se vešlo až 400 metrů pásky o šířce 1,25 cm Rychlost přenosu dat teoreticky dosahovala 12,5 tisíce znaků za sekundu; hustota záznamu je 40 bitů na centimetr. Tento systém používal metodu „vakuového kanálu“, ve které smyčka pásky cirkulovala mezi dvěma body. To umožnilo, aby se páska začala a zastavila ve zlomku sekundy. Toho bylo dosaženo umístěním dlouhých vakuových sloupců mezi cívky pásky a čtecí/zapisovací hlavy, aby absorbovaly náhlé zvýšení napětí v pásce, bez kterého by se páska obvykle přetrhla. Odnímatelný plastový kroužek na zadní straně cívky s páskou poskytoval ochranu proti zápisu. Na jednu cívku pásky se vejde asi 1,1 .
Pamatujte na VHS kazety. Co jste museli udělat, abyste se na film mohli znovu podívat? Přetočte pásku! Kolikrát jste hráli na kazetovém přehrávači na tužce, abyste neplýtvali bateriemi a neměli roztrženou nebo zaseknutou kazetu? Totéž lze říci o páskách používaných pro počítače. Programy nemohly jen přeskakovat po pásce nebo náhodně přistupovat k datům, mohly číst a zapisovat data přísně sekvenčně.
1956
Rychle vpřed o několik let do roku 1956 a éra magnetického diskového úložiště začala dokončením počítačového systému RAMAC 305, který společnost Zellerbach Paper dodala společnosti IBM. . Tento počítač jako první používal pevný disk s pohyblivou hlavou. Disková mechanika RAMAC se skládala z padesáti magnetizovaných kovových ploten o průměru 60,96 cm, schopných uložit přibližně pět milionů znaků dat, 7 bitů na znak a otáčet se rychlostí 1200 otáček za minutu. Kapacita úložiště byla asi 3,75 megabajtů.
RAMAC umožňoval v reálném čase přístup k velkému množství dat, na rozdíl od magnetické pásky nebo děrných štítků. IBM inzerovalo RAMAC jako schopné uložit ekvivalent 64 000 . Dříve RAMRAC zavedl koncept nepřetržitého zpracování transakcí, jakmile k nim dojde, takže data mohla být načtena okamžitě, dokud byla ještě čerstvá. K našim datům v RAMAC lze nyní přistupovat rychlostí 100 000 . Dříve jsme při používání pásek museli zapisovat a číst sekvenční data a nemohli jsme náhodně přeskakovat na různé části pásky. Náhodný přístup k datům v reálném čase byl ve své době skutečně revoluční.
1963
Pojďme rychle vpřed do roku 1963, kdy byl představen DECtape. Název pochází od společnosti Digital Equipment Corporation, známé jako DEC. DECtape byl levný a spolehlivý, takže se používal v mnoha generacích počítačů DEC. Byla to 19mm páska, laminovaná a vložená mezi dvě vrstvy Mylaru na čtyřpalcové (10,16 cm) cívce.
Na rozdíl od svých těžkých a objemných předchůdců bylo možné DECtape přenášet ručně. Díky tomu se stal vynikající volbou pro osobní počítače. Na rozdíl od svých 7stopých protějšků měl DECtape 6 datových stop, 2 cue stopy a 2 pro hodiny. Data byla zaznamenána při 350 bitech na palec (138 bitů na cm). Náš datový bajt, který má 8 bitů, ale lze jej rozšířit na 12, by se mohl přenést do DECtape rychlostí 8325 12bitových slov za sekundu při rychlosti pásky 93 (±12) palců za sekundu. . To je o 8 % více číslic za sekundu než kovová páska UNISERVO v roce 1952.
1967
O čtyři roky později, v roce 1967, začal malý tým IBM pracovat na disketové jednotce IBM s kódovým označením . Poté byl tým pověřen vývojem spolehlivého a levného způsobu načítání mikrokódů IBM System/370. Projekt byl následně přepracován a přepracován tak, aby nahrál mikrokód do řadiče pro IBM 3330 Direct Access Storage Facility s kódovým označením Merlin.
Náš byte mohl být nyní uložen na 8palcových magneticky potažených Mylar disketách pouze pro čtení, dnes známých jako diskety. V době vydání se produkt jmenoval IBM 23FD Floppy Disk Drive System. Na disky se vešlo 80 kilobajtů dat. Na rozdíl od pevných disků mohl uživatel snadno přesunout disketu v ochranném obalu z jedné jednotky na druhou. Později, v roce 1973, IBM vydala disketu pro čtení/zápis, která se poté stala průmyslovou .
1969
V roce 1969 byl na palubě kosmické lodi Apollo 11 vypuštěn počítač Apollo Guidance Computer (AGC) s pamětí lana, který dopravil americké astronauty na Měsíc a zpět. Tato lanová paměť byla vyrobena ručně a mohla pojmout 72 kilobajtů dat. Výroba paměti provazů byla pracná, pomalá a vyžadovala dovednosti podobné tkaní; mohlo by to trvat . Ale byl to ten správný nástroj pro doby, kdy bylo důležité vměstnat maximum do přísně omezeného prostoru. Když drát procházel jedním z kruhových pramenů, představoval 1. Drát procházející kolem pramene představoval 0. Náš datový bajt vyžadoval, aby člověk do lana vpletl několik minut.
1977
V roce 1977 byl vydán Commodore PET, první (úspěšný) osobní počítač. PET používal Commodore 1530 Datasette, což znamená data plus kazeta. PET převedl data na analogové audio signály, které byly následně uloženy . To nám umožnilo vytvořit nákladově efektivní a spolehlivé řešení úložiště, i když velmi pomalé. Náš malý bajt dat mohl být přenášen rychlostí asi 60-70 bajtů za . Kazety mohly pojmout asi 100 kilobajtů na 30minutovou stranu, se dvěma stranami na pásku. Například jedna strana kazety by mohla obsahovat asi dva obrázky o velikosti 55 kB. Datové sady byly také použity v Commodore VIC-20 a Commodore 64.
1978
O rok později, v roce 1978, MCA a Philips představily LaserDisc pod názvem „Discovision“. Čelisti byl první film prodaný na LaserDisc ve Spojených státech. Jeho kvalita zvuku a obrazu byla mnohem lepší než u jeho konkurentů, ale laserový disk byl pro většinu spotřebitelů příliš drahý. LaserDisc nebylo možné nahrát, na rozdíl od VHS kazet, na které lidé nahrávali televizní programy. Laserdiscs pracoval s analogovým videem, analogovým FM stereo zvukem a pulzním kódem nebo PCM, digitální zvuk. Disky měly průměr 12 palců (30,47 cm) a skládaly se ze dvou jednostranných hliníkových disků potažených plastem. Dnes je LaserDisc připomínán jako základ CD a DVD.
1979
O rok později, v roce 1979, Alan Shugart a Finis Conner založili společnost Seagate Technology s myšlenkou škálování pevného disku na velikost 5¼palcové diskety, což bylo v té době standardem. Jejich prvním produktem v roce 1980 byl pevný disk Seagate ST506, první pevný disk pro kompaktní počítače. Disk pojal pět megabajtů dat, což bylo v té době pětkrát větší než běžná disketa. Zakladatelé byli schopni dosáhnout svého cíle zmenšit velikost disku na velikost 5¼-palcové diskety. Nové zařízení pro ukládání dat byla pevná kovová deska potažená na obou stranách tenkou vrstvou magnetického materiálu pro ukládání dat. Naše datové bajty bylo možné přenést na disk rychlostí 625 kilobajtů za . Je to přibližně .
1981
Rychle vpřed o pár let do roku 1981, kdy Sony představilo první 3,5palcové diskety. Společnost Hewlett-Packard se stala prvním uživatelem této technologie v roce 1982 se svým HP-150. Tím se proslavily 3,5palcové diskety a rozšířily se po celém světě. . Diskety byly jednostranné s formátovanou kapacitou 161.2 kB a nezformátovanou kapacitou 218.8 kB. V roce 1982 byla vydána oboustranná verze a konsorcium 23 mediálních společností Microfloppy Industry Committee (MIC) založilo specifikaci 3,5palcové diskety na původním návrhu Sony, čímž se formát zapsal do historie, jak jej známe dnes. . Nyní lze naše datové bajty uložit na ranou verzi jednoho z nejběžnějších paměťových médií: 3,5palcovou disketu. Později pár 3,5palcových disket s stala nejdůležitější součástí mého dětství.
1984
Krátce poté, v roce 1984, bylo oznámeno vydání kompaktní paměti pouze pro čtení (CD-ROM). Jednalo se o 550 megabajtové CD-ROMy od Sony a Philips. Formát vyrostl z CD s digitálním zvukem nebo CD-DA, které se používaly k distribuci hudby. CD-DA byl vyvinut společnostmi Sony a Philips v roce 1982 a měl kapacitu 74 minut. Podle legendy, když Sony a Philips vyjednávaly standard CD-DA, jeden ze čtyř lidí trval na tom, že celou devátou symfonii. Prvním produktem vydaným na CD byla Grolier's Electronic Encyclopedia, publikovaná v roce 1985. Encyklopedie obsahovala devět milionů slov, která zabírala pouze 12 % dostupného místa na disku, což je 553 . Měli bychom více než dost místa na encyklopedii a bajt dat. Brzy poté, v roce 1985, počítačové společnosti spolupracovaly na vytvoření standardu pro diskové jednotky, aby je mohl číst jakýkoli počítač.
1984
V roce 1984 také Fujio Masuoka vyvinul nový typ paměti s plovoucí bránou nazvanou flash paměť, kterou bylo možné mnohokrát vymazat a přepsat.
Pojďme se na chvíli podívat na flash paměť pomocí tranzistoru s plovoucím hradlem. Tranzistory jsou elektrická hradla, která lze jednotlivě zapínat a vypínat. Protože každý tranzistor může být ve dvou různých stavech (zapnuto a vypnuto), může ukládat dvě různá čísla: 0 a 1. Plovoucí hradlo označuje druhé hradlo přidané ke střednímu tranzistoru. Tato druhá brána je izolována tenkou vrstvou oxidu. Tyto tranzistory používají malé napětí aplikované na hradlo tranzistoru k označení, zda je zapnuto nebo vypnuto, což se zase převádí na 0 nebo 1.
U plovoucích hradel, když je přes vrstvu oxidu přivedeno příslušné napětí, protékají jí elektrony a uvíznou na hradlech. Proto, i když je napájení vypnuto, elektrony na nich zůstávají. Když na plovoucích hradlech nejsou žádné elektrony, představují 1, a když jsou elektrony zaseknuté, představují 0. Obrácení tohoto procesu a přivedení vhodného napětí přes vrstvu oxidu v opačném směru způsobí, že elektrony protékají plovoucími hradly. a vrátit tranzistor zpět do původního stavu. Proto jsou buňky programovatelné a . Náš byte může být naprogramován do tranzistoru jako 01001010, s elektrony, s elektrony zaseknutými v plovoucích hradlech, které představují nuly.
Masuokaův design byl o něco dostupnější, ale méně flexibilní než elektricky mazatelný PROM (EEPROM), protože vyžadoval více skupin buněk, které bylo nutné vymazat společně, ale to také odpovídalo jeho rychlosti.
V té době Masuoka pracoval pro Toshibu. Nakonec odešel pracovat na univerzitu Tohoku, protože byl nešťastný, že ho společnost za jeho práci neodměnila. Masuoka zažaloval Toshibu a požadoval odškodnění. V roce 2006 mu bylo vyplaceno 87 milionů juanů, což odpovídá 758 tisícům amerických dolarů. To se stále zdá bezvýznamné vzhledem k tomu, jak vlivnou se flash paměti v tomto odvětví staly.
Když už jsme u flash pamětí, také stojí za zmínku, jaký je rozdíl mezi NOR a NAND flash pamětí. Jak již víme z Masuoky, flash ukládá informace do paměťových buněk sestávajících z tranzistorů s plovoucím hradlem. Názvy technologií přímo souvisejí s tím, jak jsou organizovány paměťové buňky.
V NOR flash jsou jednotlivé paměťové buňky zapojeny paralelně, aby byl zajištěn náhodný přístup. Tato architektura snižuje dobu čtení potřebnou pro náhodný přístup k instrukcím mikroprocesoru. Flash paměti NOR jsou ideální pro aplikace s nižší hustotou, které jsou primárně pouze pro čtení. To je důvod, proč většina CPU načítá svůj firmware, obvykle z NOR flash paměti. Masuoka a jeho kolegové představili vynález NOR flash v roce 1984 a NAND flash in .
Vývojáři NAND Flash opustili funkci náhodného přístupu, aby dosáhli menší velikosti paměťové buňky. To má za následek menší velikost čipu a nižší náklady na bit. Architektura NAND flash paměti se skládá z osmidílných paměťových tranzistorů zapojených do série. Tím je dosaženo vysoké hustoty úložiště, menší velikosti paměťové buňky a rychlejšího zápisu a mazání dat, protože lze programovat bloky dat současně. Toho je dosaženo tím, že se vyžaduje přepsání dat, pokud nejsou zapisována sekvenčně a data již existují v .
1991
Přenesme se do roku 1991, kdy prototyp SSD (solid-state drive) vytvořila společnost SanDisk, tehdy známá jako . Návrh kombinoval pole flash paměti, energeticky nezávislé paměťové čipy a inteligentní řadič pro automatickou detekci a opravu vadných článků. Kapacita disku byla 20 megabajtů s 2,5palcovým tvarovým faktorem a jeho cena byla odhadnuta na přibližně 1000 XNUMX $. Tento disk používala IBM v počítači .
1994
Jedním z mých osobních oblíbených úložných médií od dětství byly Zip Disky. V roce 1994 vydala Iomega Zip Disk, 100megabajtovou kazetu v 3,5palcovém provedení, o něco málo tlustší než standardní 3,5palcový disk. Pozdější verze disků mohly uložit až 2 gigabajty. Výhodou těchto disků je, že měly velikost diskety, ale měly schopnost uložit větší množství dat. Naše datové bajty lze zapisovat na disk Zip rychlostí 1,4 megabajtů za sekundu. Pro srovnání, v té době se na 1,44palcovou disketu zapisovalo 3,5 megabajtů rychlostí asi 16 kilobajtů za vteřinu. Na Zip disku hlavy čtou/zapisují data bezdotykově, jako by létaly nad povrchem, což je podobné fungování pevného disku, ale liší se od principu fungování jiných disket. Zip disky se brzy staly zastaralými kvůli problémům se spolehlivostí a dostupností.
1994
Ve stejném roce SanDisk představil CompactFlash, který byl široce používán v digitálních videokamerách. Stejně jako u disků CD jsou rychlosti CompactFlash založeny na hodnocení "x", jako je 8x, 20x, 133x atd. Maximální rychlost přenosu dat se vypočítá na základě bitové rychlosti původního zvukového CD, 150 kilobajtů za sekundu. Přenosová rychlost vypadá takto R = Kx150 kB/s, kde R je přenosová rychlost a K je jmenovitá rychlost. Takže pro 133x CompactFlash bude náš datový bajt zapsán rychlostí 133x150 kB/s nebo asi 19 950 kB/s nebo 19,95 MB/s. Sdružení CompactFlash bylo založeno v roce 1995 s cílem vytvořit průmyslový standard pro paměťové karty flash.
1997
O několik let později, v roce 1997, byl vydán kompaktní disk Rewritable (CD-RW). Tento optický disk sloužil pro ukládání dat a pro kopírování a přenos souborů do různých zařízení. CD lze přepsat asi 1000krát, což v té době nebylo omezujícím faktorem, protože uživatelé data přepisovali jen zřídka.
Disky CD-RW jsou založeny na technologii, která mění odrazivost povrchu. V případě CD-RW fázové posuny ve speciálním povlaku sestávajícím ze stříbra, telluru a india způsobují schopnost odrážet nebo neodrážet čtený paprsek, což znamená 0 nebo 1. Když je sloučenina v krystalickém stavu, je průsvitný, což znamená 1. Když se sloučenina roztaví do amorfního stavu, stane se neprůhlednou a nereflexní, což 0. Takže bychom mohli zapsat náš datový bajt jako 01001010.
DVD nakonec převzala většinu tržního podílu od CD-RW.
1999
Přenesme se do roku 1999, kdy IBM představilo v té době nejmenší pevné disky na světě: mikrodisky IBM 170 MB a 340 MB. Jednalo se o malé 2,54 cm pevné disky navržené tak, aby se vešly do slotů CompactFlash Type II. Plánovalo se vytvořit zařízení, které by se používalo jako CompactFlash, ale s větší kapacitou paměti. Brzy však byly nahrazeny USB flash disky a poté většími CompactFlash kartami, jakmile byly dostupné. Stejně jako ostatní pevné disky byly mikrodisky mechanické a obsahovaly malé rotující disky.
2000
O rok později, v roce 2000, byly představeny USB flash disky. Disky se skládaly z flash paměti uzavřené v malém provedení s rozhraním USB. Rychlost se může lišit v závislosti na verzi použitého rozhraní USB. USB 1.1 je omezeno na 1,5 megabitů za sekundu, zatímco USB 2.0 zvládne 35 megabitů za sekundu a USB 3.0 je 625 megabitů za sekundu. První jednotky USB 3.1 typu C byly oznámeny v březnu 2015 a měly rychlost čtení/zápisu 530 megabitů za sekundu. Na rozdíl od disket a optických jednotek se USB zařízení obtížněji poškrábou, ale stále mají stejné možnosti pro ukládání dat a také pro přenos a zálohování souborů. Disketové a CD mechaniky byly rychle nahrazeny USB porty.
2005
V roce 2005 začali výrobci pevných disků (HDD) dodávat produkty využívající kolmý magnetický záznam neboli PMR. Je zajímavé, že se to stalo ve stejnou dobu, kdy iPod Nano oznámil použití flash paměti místo 1palcových pevných disků v iPodu Mini.
Typický pevný disk obsahuje jeden nebo více pevných disků potažených magneticky citlivým filmem tvořeným drobnými magnetickými zrny. Data se zaznamenávají, když magnetická záznamová hlava letí těsně nad rotujícím diskem. To je velmi podobné tradičnímu přehrávači gramofonových desek, pouze s tím rozdílem, že v gramofonu je stylus ve fyzickém kontaktu s deskou. Jak se kotouče otáčejí, vzduch v kontaktu s nimi vytváří jemný vánek. Stejně jako vzduch na křídle letadla generuje vztlak, vzduch generuje vztlak na hlavě profilu . Hlava rychle změní magnetizaci jedné magnetické oblasti zrn tak, že její magnetický pól směřuje nahoru nebo dolů, což znamená 1 nebo 0.
Předchůdcem PMR byl podélný magnetický záznam, neboli LMR. Hustota záznamu PMR může být více než trojnásobná oproti LMR. Hlavní rozdíl mezi PMR a LMR spočívá v tom, že struktura zrna a magnetická orientace uložených dat média PMR je spíše sloupcová než podélná. PMR má lepší tepelnou stabilitu a zlepšený poměr signálu k šumu (SNR) díky lepší separaci zrn a rovnoměrnosti. Vyznačuje se také zlepšenou zapisovatelností díky silnějším hlavovým polím a lepšímu vyrovnání magnetických médií. Stejně jako LMR jsou základní omezení PMR založena na tepelné stabilitě datových bitů zapisovaných magnetem a potřebě mít dostatečné SNR pro čtení zapsané informace.
2007
V roce 2007 byl oznámen první 1TB pevný disk od Hitachi Global Storage Technologies. Hitachi Deskstar 7K1000 používal pět 3,5palcových 200GB ploten a točil ot./min Jde o výrazné zlepšení oproti prvnímu pevnému disku na světě, IBM RAMAC 350, který měl kapacitu přibližně 3,75 megabajtů. Ach, jak daleko jsme se za 51 let dostali! Ale počkat, je tu ještě něco.
2009
V roce 2009 byly zahájeny technické práce na vytvoření energeticky nezávislé expresní paměti, popř . Energeticky nezávislá paměť (NVM) je typ paměti, do které lze ukládat data trvale, na rozdíl od energeticky závislé paměti, která k ukládání dat vyžaduje konstantní napájení. NVMe řeší potřebu škálovatelného rozhraní hostitelského řadiče pro polovodičové periferní komponenty s podporou PCIe, odtud název NVMe. Do pracovní skupiny pro vypracování projektu bylo zahrnuto více než 90 společností. To vše bylo založeno na práci na definici Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification (NVMHCIS). Dnešní nejlepší NVMe disky zvládnou asi 3500 3300 megabajtů za sekundu čtení a XNUMX XNUMX megabajtů za sekundu zápisu. Zápis datového bajtu j, se kterým jsme začali, je velmi rychlý ve srovnání s několika minutami ručního tkaní paměti lana pro počítač Apollo Guidance Computer.
Přítomnost a budoucnost
Paměť třídy úložiště
Nyní, když jsme se vrátili v čase (ha!), pojďme se podívat na současný stav paměti Storage Class Memory. SCM, stejně jako NVM, je robustní, ale SCM také poskytuje výkon vyšší nebo srovnatelný s hlavní pamětí a . Cílem SCM je vyřešit některé dnešní problémy s cache, jako je nízká hustota statické paměti s náhodným přístupem (SRAM). S dynamickou pamětí s náhodným přístupem (DRAM) můžeme dosáhnout lepší hustoty, ale je to za cenu pomalejšího přístupu. DRAM také trpí potřebou neustálého napájení pro osvěžení paměti. Pojďme tomu trochu rozumět. Napájení je potřeba, protože elektrický náboj na kondenzátorech postupně uniká, což znamená, že bez zásahu budou data na čipu brzy ztracena. Aby se zabránilo takovému úniku, DRAM vyžaduje externí obnovovací obvod paměti, který periodicky přepisuje data v kondenzátorech a obnovuje je na jejich původní nabití.
Paměť se změnou fáze (PCM)
Dříve jsme se podívali na to, jak se fáze mění u CD-RW. PCM je na tom podobně. Materiálem pro změnu fáze je obvykle Ge-Sb-Te, také známý jako GST, který může existovat ve dvou různých stavech: amorfní a krystalický. Amorfní stav má vyšší odpor, označující 0, než krystalický stav označující 1. Přiřazením datových hodnot středním odporům lze PCM použít k uložení více stavů jako .
Paměť s náhodným přístupem pro přenos točivého momentu (STT-RAM)
STT-RAM se skládá ze dvou feromagnetických, permanentních magnetických vrstev oddělených dielektrikem, izolantem, který může přenášet elektrickou sílu bez vedení. Ukládá bity dat na základě rozdílů v magnetických směrech. Jedna magnetická vrstva, nazývaná referenční vrstva, má pevný magnetický směr, zatímco druhá magnetická vrstva, nazývaná volná vrstva, má magnetický směr, který je řízen procházejícím proudem. Pro 1 je směr magnetizace dvou vrstev vyrovnán. Pro 0 mají obě vrstvy opačné magnetické směry.
Odporová paměť s náhodným přístupem (ReRAM)
Článek ReRAM se skládá ze dvou kovových elektrod oddělených vrstvou oxidu kovu. Trochu jako design flash pamětí Masuoka, kde elektrony pronikají vrstvou oxidu a uvíznou v plovoucí bráně, nebo naopak. U ReRAM je však stav buňky určen na základě koncentrace volného kyslíku ve vrstvě oxidu kovu.
Přestože jsou tyto technologie slibné, stále mají své nevýhody. PCM a STT-RAM mají vysokou latenci zápisu. Latence PCM jsou desetkrát vyšší než u DRAM, zatímco latence STT-RAM jsou desetkrát vyšší než u SRAM. PCM a ReRAM mají limit, jak dlouho může dojít k zápisu, než dojde k závažné chybě, což znamená, že se paměťový prvek zasekne. .
V srpnu 2015 Intel oznámil vydání Optane, svého produktu založeného na 3DXPoint. Optane tvrdí 1000krát vyšší výkon než NAND SSD za cenu čtyřikrát až pětkrát vyšší než flash paměti. Optane je důkazem, že SCM je více než jen experimentální technologie. Bude zajímavé sledovat vývoj těchto technologií.
Pevné disky (HDD)
Helium HDD (HHDD)
Héliový disk je vysokokapacitní pevný disk (HDD), který je během výrobního procesu naplněn héliem a hermeticky uzavřen. Stejně jako ostatní pevné disky, jak jsme si řekli dříve, je podobný gramofonu s magneticky potaženým rotujícím talířem. Typické pevné disky mají jednoduše vzduch uvnitř dutiny, ale tento vzduch způsobuje určitý odpor, když se plotny točí.
Héliové balónky se vznášejí, protože hélium je lehčí než vzduch. Ve skutečnosti má helium 1/7 hustoty vzduchu, což snižuje brzdnou sílu při otáčení kotoučů, což způsobuje snížení množství energie potřebné k roztočení kotoučů. Tato vlastnost je však vedlejší, hlavní rozlišovací charakteristikou helia bylo to, že vám umožňuje zabalit 7 plátků ve stejném tvarovém faktoru, který by normálně pojal pouze 5. Pokud si vzpomeneme na analogii křídla našeho letadla, pak je to perfektní analog . Protože helium snižuje odpor vzduchu, eliminuje se turbulence.
Víme také, že heliové balónky se začnou po několika dnech potápět, protože z nich hélium vychází. Totéž lze říci o úložných zařízeních. Trvalo roky, než byli výrobci schopni vytvořit nádobu, která zabránila úniku helia z tvarového faktoru po celou dobu životnosti disku. Backblaze provedl experimenty a zjistil, že héliové pevné disky mají roční chybovost 1,03 % ve srovnání s 1,06 % u standardních disků. Tento rozdíl je samozřejmě tak malý, že z něj lze vyvodit vážný závěr .
Héliem plněný tvarový faktor může obsahovat pevný disk zapouzdřený pomocí PMR, o kterém jsme hovořili výše, nebo mikrovlnného magnetického záznamu (MAMR) nebo tepelně asistovaného magnetického záznamu (HAMR). Jakákoli technologie magnetického ukládání může být kombinována s heliem místo vzduchu. V roce 2014 HGST zkombinovala dvě špičkové technologie ve svém 10TB heliovém pevném disku, který využíval hostitelem řízený šindelový magnetický záznam, neboli SMR (Shingled magnetický záznam). Promluvme si trochu o SMR a pak se podívejme na MAMR a HAMR.
Technologie magnetického záznamu dlaždic
Dříve jsme se zabývali kolmým magnetickým záznamem (PMR), který byl předchůdcem SMR. Na rozdíl od PMR zaznamenává SMR nové stopy, které překrývají část dříve zaznamenané magnetické stopy. To zase zužuje předchozí stopu, což umožňuje vyšší hustotu stopy. Název technologie pochází ze skutečnosti, že lapové dráhy jsou velmi podobné tratím s taškovou střechou.
SMR má za následek mnohem složitější proces zápisu, protože zápis do jedné stopy přepíše sousední stopu. K tomu nedochází, když je diskový substrát prázdný a data jsou sekvenční. Jakmile však nahrajete do série stop, které již obsahují data, stávající sousední data se vymažou. Pokud sousední stopa obsahuje data, musí být přepsána. To je docela podobné NAND flash, o kterém jsme hovořili dříve.
Zařízení SMR tuto složitost skrývají správou firmwaru, což vede k rozhraní podobnému jakémukoli jinému pevnému disku. Na druhou stranu zařízení SMR spravovaná hostitelem bez speciálního přizpůsobení aplikací a operačních systémů použití těchto disků neumožní. Hostitel musí zapisovat do zařízení přísně sekvenčně. Výkon zařízení je přitom 100% předvídatelný. Společnost Seagate začala dodávat disky SMR v roce 2013 a tvrdila, že mají o 25 % vyšší hustotu Hustota PMR.
Mikrovlnný magnetický záznam (MAMR)
Mikrovlnný magnetický záznam (MAMR) je magnetická paměťová technologie, která využívá energii podobnou HAMR (probráno dále) Důležitou součástí MAMR je Spin Torque Oscillator (STO). Samotný STO je umístěn v těsné blízkosti záznamové hlavy. Když je do STO přiveden proud, vzniká v důsledku polarizace spinů elektronů kruhové elektromagnetické pole o frekvenci 20-40 GHz.
Při vystavení takovému poli dochází ve feromagnetiku používaném pro MAMR k rezonanci, která vede k precesi magnetických momentů domén v tomto poli. V podstatě se magnetický moment odchýlí od své osy a ke změně směru (překlopení) potřebuje záznamová hlava podstatně méně energie.
Použití technologie MAMR umožňuje odebírat feromagnetické látky s větší koercitivní silou, což znamená, že velikost magnetických domén lze zmenšit bez obav ze způsobení superparamagnetického efektu. Generátor STO pomáhá zmenšit velikost záznamové hlavy, což umožňuje zaznamenávat informace na menších magnetických doménách, a proto zvyšuje hustotu záznamu.
Western Digital, také známý jako WD, představil tuto technologii v roce 2017. Brzy poté, v roce 2018, společnost Toshiba tuto technologii podpořila. Zatímco WD a Toshiba sledují technologii MAMR, Seagate sází na HAMR.
Termomagnetický záznam (HAMR)
Tepelně asistovaný magnetický záznam (HAMR) je energeticky účinná technologie magnetického ukládání dat, která může výrazně zvýšit množství dat, která lze uložit na magnetické zařízení, jako je pevný disk, pomocí tepla dodávaného laserem pro usnadnění zápisu. data na povrchové substráty pevného disku. Zahřívání způsobuje, že datové bity jsou umístěny mnohem blíže k sobě na substrátu disku, což umožňuje zvýšenou hustotu dat a kapacitu.
Tato technologie je poměrně náročná na implementaci. 200 mW rychlý laser malá oblast s teplotou až 400 °C před záznamem, aniž by došlo k narušení nebo poškození zbytku dat na disku. Proces ohřevu, záznamu dat a chlazení musí být dokončen za méně než nanosekundu. Řešení těchto problémů vyžadovalo vývoj povrchových plazmonů v nanoměřítku, známých také jako povrchově řízené lasery, namísto přímého laserového ohřevu, stejně jako nové typy skleněných desek a povlaků pro řízení teploty, aby vydržely rychlé bodové zahřívání bez poškození záznamové hlavy nebo jakékoli blízké data a různé další technické problémy, které bylo potřeba překonat.
Navzdory četným skeptickým prohlášením společnost Seagate tuto technologii poprvé předvedla v roce 2013. První disky se začaly dodávat v roce 2018.
Konec filmu, jděte na začátek!
Začali jsme v roce 1951 a končíme článek pohledem do budoucnosti úložných technologií. Ukládání dat se v průběhu času velmi měnilo, od papírových pásek po kovové a magnetické, lanové paměti, rotující disky, optické disky, flash paměti a další. Pokrok vedl k rychlejším, menším a výkonnějším úložným zařízením.
Pokud porovnáte NVMe s kovovou páskou UNISERVO z roku 1951, NVMe dokáže přečíst o 486 111 % více číslic za sekundu. Když porovnám NVMe s mým oblíbeným diskem Zip, dokáže NVMe přečíst o 213,623 % více číslic za sekundu.
Jediné, co zůstává pravdivé, je použití 0 a 1. Způsoby, kterými to děláme, se velmi liší. Doufám, že až budete příště vypalovat CD-RW skladeb pro kamaráda nebo uložit domácí video do Archivu optických disků, budete přemýšlet o tom, jak se nereflexní povrch překládá na 0 a odrazný povrch na 1. Nebo pokud nahráváte mixtape na kazetu, pamatujte, že velmi úzce souvisí s Datasette používanou v Commodore PET. Nakonec nezapomeňte být laskaví a přetočit.
Díky и za ty hlášky (nemohu si pomoct) v celém článku!
Co dalšího si můžete přečíst na blogu?
→
→
→
→
→
Přihlaste se k odběru -kanál, aby vám neunikl další článek! Píšeme maximálně dvakrát týdně a pouze služebně. Připomínáme také, že Cloud4Y může poskytnout bezpečný a spolehlivý vzdálený přístup k podnikovým aplikacím a informacím nezbytným pro zajištění kontinuity podnikání. Práce na dálku je další překážkou šíření koronaviru. Pro podrobnosti kontaktujte naše manažery na .
Zdroj: www.habr.com