Enhver cloududbyder tilbyder en datalagringstjeneste. Dette kan være kolde og varme lagre, Ice-cold osv. Det er forholdsvis bekvemt at opbevare information i skyen. Men hvordan opbevarede man data for 10, 20, 50 år siden? Cloud4Y har oversat en interessant artikel, som netop handler om dette.
En databyte kan opbevares på mange forskellige måder, da der hele tiden dukker op nye, mere avancerede og hurtigere lagermedier. En byte er en enhed til opbevaring og behandling af digital information, der består af otte bits. I en bit kan der være registreret enten 0 eller 1.
I tilfælde af perforerede kort opbevares bit som tilstedeværelse/fravær af et hul i kortet på et bestemt sted. Hvis vi ser lidt længere tilbage til „Babbages analytiske maskine“, var registrene, der opbevarede tal, tandhjul. I magnetiske lagermedier, såsom bånd og diske, illustreres bit af polariteten af et bestemt område af magnetbåndet. I moderne dynamisk hukommelse med vilkårlig adgang (DRAM) repræsenteres bit ofte som en to-niveau elektrisk ladning, der opbevares i en enhed, som lagrer elektrisk energi i et elektrisk felt. Den ladede eller afladede kapacitet opbevarer databit.
I juni 1956 opfandt ordet til at betegne en gruppe bits, der bruges til at kode ét tegn . Lad os tale lidt om tegnkodning. Vi starter med den amerikanske standardkode for informationsudveksling, eller ASCII (ASCII (engelsk: American standard code for information interchange). ASCII er baseret på det engelske alfabet, så hver bogstav, nummer og symbol (a-z, A-Z, 0-9, +, -, \, ",! osv.) blev repræsenteret som et 7-bit heltal fra 32 til 127. Det var ikke helt „venligt“ overfor andre sprog. For at understøtte andre sprog udvidede Unicode ASCII. I Unicode er hvert tegn repræsenteret som en kodepunkt, eller symbol, for eksempel, lille bogstav j — U+006A, hvor U står for Unicode, efterfulgt af et hex-tal.
UTF-8 er en standard for repræsentation af tegn i form af otte bits, hvilket gør det muligt at lagre hvert tegn i intervallet 0-127 i én byte. Hvis vi tænker på ASCII, er det ganske passende for engelske tegn, men tegn fra andre sprog er ofte repræsenteret med to eller flere bytes. UTF-16 er standarden for at repræsentere tegn i form af 16 bits, mens UTF-32 er standarden for at repræsentere tegn i form af 32 bits. I ASCII er hvert tegn en byte, mens i Unicode, hvilket ofte ikke er helt korrekt, kan ét tegn tage 1, 2, 3 eller flere bytes. I artiklen vil forskellige bitstørrelser blive anvendt. Antallet af bits i en byte varierer afhængigt af mediets konstruktion.
I denne artikel vil vi tage en tidsrejse gennem forskellige informationslagringsmedier for at dykke ned i historien om datalagring. Vi vil på ingen måde dykke dybt ned i hvert enkelt informationsmedium, der nogensinde er blevet opfundet. Dette er en underholdende informationsartikel, der på ingen måde gør krav på at være encyklopædisk.
Lad os begynde. Antag, at vi har en byte data at lagre: bogstavet j, eller i form af den kodede byte 6a, eller i den binære form 01001010. I løbet af vores tidsrejse vil denne byte data blive anvendt i nogle lagringsteknologier, som vil blive beskrevet.
1951
Vores historie begynder i 1951 med båndlageret UNIVAC UNISERVO til computeren UNIVAC 1. Det var det første båndlager, der blev skabt til en kommerciel computer. Båndet var fremstillet af en tynd stribe nikkeleret bronze med en bredde på 12,65 mm (kaldet Vicalloy) og næsten 366 meter langt. Vores data-byer kunne lagres med en hastighed på 7.200 tegn pr. sekund på båndet, der bevægede sig med en hastighed på 2,54 meter pr. sekund. På dette stadie i historien kunne du måle hastigheden af lagringsalgoritmen efter den distance, båndet tilbagelagde.
1952
Lad os tage et skridt et år frem til den 21. maj 1952, da IBM annoncerede lanceringen af sin første magnetskivelæser, IBM 726. Nu kan vores byte data flyttes fra UNISERVO metalbåndet til IBM magnetskiven. Dette nye hjem viste sig at være meget komfortabelt for vores meget lille byte, da der kan gemmes op til 2 millioner cifre på skiven. Denne 7-spor magnetbånd kørte med en hastighed på 1,9 meter per sekund med en overførselshastighed på 12.500 eller 7500 (dengang kaldet kopi-grupper) per sekund. Til reference: en gennemsnitlig artikel på Habr har cirka 10.000 tegn.
IBM 726-båndet havde syv spor, seks af dem blev brugt til at gemme information, mens et blev brugt til at kontrollere paritet. På en rulle kunne der være op til 400 meter bånd med en bredde på 1,25 cm. Den teoretiske overførselshastighed nåede 12.500 tegn per sekund; optagedensitet var 40 bit per centimeter. I dette system blev en metode kaldet "vakuumkanal" brugt, hvor båndsløjfen cirkulerede mellem to punkter. Dette gjorde det muligt for båndet at starte og stoppe på sekunder. Dette blev opnået ved at placere lange vakuumkolonner mellem båndrullerne og læse/skrive hovederne for at absorbere pludselige spændingsændringer i båndet, uden hvilke båndet typisk ville gå i stykker. Det aftagelige plastikring bag på båndrullen gav beskyttelse mod skrivning. På en rulle kunne der gemmes cirka 1,1 .
Husk VHS-bånd. Hvad skulle der til for at se en film igen? Spole båndet tilbage! Og hvor mange gange har du ikke snoet båndet rundt om en blyant for at spare på batteriet og undgå at få revet eller sammenbidt bånd? Det samme kan siges om de bånd, der bruges til computere. Programmerne kunne ikke bare springe over et segment af båndet eller tilfældigt få adgang til data, de kunne læse og skrive data strengt sekventielt.
1956
Hvis vi flytter frem til 1956, så begyndte æraen for magnetiske skiver med IBM's afslutning af udviklingen af computersystemet RAMAC 305, som Zellerbach Paper vil levere til Denne computer var den første, der anvendte en harddisk med bevægelig hoved. Disklagringsenheden RAMAC bestod af femti magnetiserede metalplader med en diameter på 60,96 cm, i stand til at gemme omkring fem millioner tegn af data, 7 bit pr. tegn, og rotere med en hastighed på 1200 omdrejninger pr. minut. Lagringskapaciteten var omkring 3,75 megabyte.
RAMAC gjorde det muligt at få adgang til store datamængder i realtid, i modsætning til magnetbånd eller perforerede kort. IBM annoncerede RAMAC som en enhed, der kunne gemme ækvivalenten af 64.000 Tidligere blev konceptet med kontinuerlig behandling af transaktioner indført i RAMAC, så data kunne hentes med det samme, mens de stadig var friske. Nu kunne vi få adgang til vores data i RAMAC med en hastighed på 100.000 Førhen, når vi brugte bånd, var vi nødt til at skrive og læse sekventielle data, og vi kunne ikke springe over til forskellige dele af båndet. Adgang til data i realtid var virkelig revolutionerende på det tidspunkt.
1963
Lad os bevæge os til 1963, da DECtape blev præsenteret. Navnet stammer fra Digital Equipment Corporation, kendt som DEC. DECtape var billig og pålidelig, så den blev brugt i mange generationer af DEC-computere. Det var et 19 mm bånd, lamineret og indkapslet mellem to lag Mylar på en fire tommer (10,16 cm) spole.
I modsætning til dens tunge, store forgængere kunne DECtape transporteres manuelt. Dette gjorde den til et fremragende valg til personlige computere. I modsætning til 7-sporede analoger havde DECtape 6 databaner, 2 etikettbaner og 2 til taktsignaler. Data blev skrevet med en hastighed på 350 bits pr. tomme (138 bits pr. cm). Vores databyte, som består af 8 bits, men kan udvides til 12, kunne overføres til DECtape med en hastighed på 8325 12-bit ord pr. sekund ved en båndhastighed på 93 (±12) tommer pr. Dette er 8% flere tal pr. sekund end på det metalbånd, der blev brugt af UNISERVO i 1952.
1967
Fire år senere, i 1967, begyndte et lille team fra IBM at arbejde på en ibm-diskdrev under kode navnet . Så blev der stillet et krav til teamet om at udvikle en pålidelig og billig metode til at indlæse mikrokoder i IBM System/370. Senere blev projektet ombestemt og omprofileret til at indlæse mikrokoder i controlleren til IBM 3330 Direct Access Storage Facility under kodenavnet Merlin.
Nu kunne vores byte gemmes på skrivebeskyttede 8-tommer Mylar-floppy-diske med magnetbelægning, der i dag er kendt som disketter. Ved lanceringen fik produktet navnet IBM 23FD Floppy Disk Drive System. Diskene kunne indeholde 80 kilobyte data. I modsætning til hårde diske kunne brugeren nemt transportere disketten i et beskyttende etui fra en disk til en anden. Senere, i 1973, lancerede IBM en skrive-læse-diskette, som senere blev en industriel .
1969
I 1969 blev der om bord på rumfartøjet "Apollo 11", der transporterede amerikanske astronauter til månen og tilbage, lanceret en ombordcomputer AGC (Apollo Guidance Computer) med "snorhukommelse" (rope memory). Denne snorhukommelse blev lavet i hånden og kunne rumme 72 kilobyte data. Produktion af snorhukommelse var arbejdskrævende, langsom og krævede færdigheder, der mindede om vævning; indsætning af programmet i snorhukommelsen kunne tage . Men det var det rigtige værktøj til den tid, hvor det var vigtigt at maksimere pladsen i et strengt begrænset rum. Når tråden gik gennem en af de cirkulære ledninger, repræsenterede den 1. Tråden, der gik rundt om lederen, repræsenterede 0. Vores byte data krævede flere minutters håndværk for at væve ind i snoren.
1977
I 1977 blev Commodore PET lanceret - den første (succesfulde) personlige computer. PET brugte Commodore 1530 Datasette, hvilket betyder data plus kassette. PET konverterede data til analoge lydsignaler, som derefter blev gemt på . Dette gjorde det muligt at skabe en økonomisk og pålidelig løsning til datalagring, selvom den var meget langsom. Vores lille byte data kunne overføres med en hastighed på omkring 60-70 bytes i . Kassetter kunne rumme omkring 100 kilobyte på 30 minutters side, med to sider pr. bånd. For eksempel kunne der på den ene side af en kassette være plads til cirka to billeder på 55 KB. Datasette blev også brugt i Commodore VIC-20 og Commodore 64.
1978
Et år senere, i 1978, introducerede MCA og Philips LaserDisc under navnet «Discovision». Filmen «Jaws» blev den første film, der blev solgt på LaserDisc i USA. Kvaliteten af lyd og video var langt bedre end konkurrenternes, men laserdiskene viste sig at være for dyre for de fleste forbrugere. Der kunne ikke optages på LaserDisc, i modsætning til VHS-bånd, hvor folk optog tv-programmer. Laserdiske fungerede med analog video, analog FM stereolyd og impuls-kodet , eller PCM, digital audio. Diskene havde en diameter på 12 tommer (30,47 cm) og bestod af to ensidede aluminiumskiver dækket med plastik. I dag bliver LaserDisc husket som grundlaget for CD og DVD.
1979
Et år senere, i 1979, grundlagde Alan Shugart og Finis Conner Seagate Technology med idéen om at skalere harddisken ned til størrelsen af en 5 ¼-tommer diskette, som dengang var standard. Deres første produkt i 1980 var Seagate ST506, den første harddisk til kompakte computere. Disken kunne rumme fem megabyte data, hvilket dengang var fem gange mere end en standard diskette. Grundlæggerne lykkedes med at nå deres mål - at reducere størrelsen på disken til størrelsen af en 5¼-tommer diskette. Den nye datalagringsenhed bestod af en hård metalplade dækket på begge sider med et tyndt lag magnetisk materiale til datalagring. Vore databyte kunne overføres til disken med en hastighed på 625 kilobyte pr. . Det svarer til cirka .
1981
Lad os springe et par år frem til 1981, da Sony præsenterede de første 3,5-tommer disketter. Hewlett-Packard blev den første tilhænger af denne teknologi i 1982 med deres HP-150. Dette gjorde 3,5-tommer disketter berømte og gav dem en bred udbredelse i . Disketterne var ensidede med en formateret kapacitet på 161,2 kilobyte og en uformateret kapacitet på 218,8 kilobyte. I 1982 blev der udgivet en tosidet version, og konsortiet Microfloppy Industry Committee (MIC), bestående af 23 medieselskaber, etablerede specifikationen for 3,5-tommer disketter baseret på Sonys originale design, hvilket fastslog formatet i historien, som vi kender det. Oregon Trail blev den vigtigste del af min barndom.
1984
Kort efter, i 1984, blev det annonceret, at der ville komme en cd med data, der kun kunne læses (engelsk: Compact Disc Read-Only Memory, CD-ROM). Det var CD-ROM'er på 550 megabyte fra virksomhederne Sony og Philips. Formatet voksede ud af cd'er med digital audio, eller CD-DA, som blev brugt til distribution af musik. CD-DA blev udviklet af Sony og Philips i 1982, med en kapacitet på 74 minutter. Ifølge legenden, da Sony og Philips forhandlede om standarden for CD-DA, var en af de fire personer insisterende på, at den skulle hele "Den niende symfoni". Det første produkt, der blev udsendt på cd, var "Grolier Electronic Encyclopedia", der blev udgivet i 1985. Encyclopædien indeholdt ni millioner ord, hvilket kun optog 12% af den tilgængelige diskplads, altså 553 Vi ville have mere end rigeligt plads til encyklopædien og en byte data. Kort efter, i 1985, arbejdede computerfirmaer sammen om at skabe en standard for diske, så enhver computer kunne læse information fra dem.
1984
Også i 1984 udviklede Fujio Masuoka en ny type hukommelse med flydende gate, kaldet flash-hukommelse, som kunne slettes og omskrives mange gange.
Lad os tale lidt om flash-hukommelse, der bruger en transistor med flydende gate. Transistorer er elektriske porte, som kan tændes og slukkes enkeltvis. Da hver transistor kan være i to forskellige tilstande (tændt og slukket), kan den gemme to forskellige tal: 0 og 1. Den flydende gate refererer til den anden gate, der er tilføjet til den midterste transistor. Denne anden gate er isoleret med et tyndt oxidlag. Disse transistorer bruger en lille spænding anvendt på transistorens gate for at indikere, om den er tændt eller slukket, hvilket igen oversættes til 0 eller 1.
Med flydende låse, når der påføres den rette spænding gennem oxidlaget, passerer elektronerne igennem det og sidder fast på låsene. Derfor forbliver elektronerne på dem, selv når strømmen er af. Når der ikke er elektroner på de flydende låse, repræsenterer de 1, og når elektronerne sidder fast, er det 0. Den modsatte proces og anvendelse af den passende spænding gennem oxidlaget i modsat retning får elektronerne til at passere gennem de flydende låse og genoprette transistoren til dens oprindelige tilstand. Derfor er cellerne lavet programmerbare og . Vores byte kan programmeres i transistoren som 01001010, med elektroner, der sidder fast i de flydende låse for at repræsentere nuller.
Masuoka's design var lidt mere tilgængeligt, men mindre fleksibelt end elektrisk slettelig PROM (EEPROM), da det krævede flere grupper af celler, der skulle slettes sammen, men dette skyldtes også dets hastighed.
På det tidspunkt arbejdede Masuoka hos Toshiba. Til sidst forlod han for at arbejde på Tohoku Universitet, da han var utilfreds med, at virksomheden ikke belønnede ham for sit arbejde. Masuoka sagde Toshiba i retten for erstatning. I 2006 fik han udbetalt 87 millioner yuan, hvilket svarer til 758.000 amerikanske dollar. Dette virker stadig ubetydeligt i betragtning af, hvor indflydelsesrig flash-hukommelsen har været i branchen.
Da vi taler om flash-hukommelse, er det også værd at bemærke, hvad forskellen er mellem NOR og NAND flash-hukommelse. Som vi allerede ved fra Masuoka, gemmer flash-hukommelse oplysninger i hukommelsesceller, der består af transistorer med flydende lås. Navnene på teknologierne er direkte relateret til, hvordan hukommelsescellerne er organiseret.
I NOR flash-hukommelse er de enkelte hukommelsesceller forbundet parallelt, hvilket muliggør tilfældig adgang. Denne arkitektur reducerer læsetiden, der er nødvendig for at få adgang til instruktioner i mikroprocessoren. NOR flash-hukommelse er ideel til applikationer med lavere tæthed, der hovedsageligt er kun til læsning. Det er derfor, de fleste CPU'er indlæser deres firmware, typisk fra NOR flash-hukommelse. Masuoka og hans kolleger præsenterede NOR flash-opfindelsen i 1984 og NAND flash i .
NAND Flash-udviklere har opgivet muligheden for vilkårlig adgang for at opnå en mindre hukommelsescelle. Dette giver en mindre chipstørrelse og lavere omkostninger per bit. Arkitekturen for NAND-flashhukommelse består af serielt tilsluttede hukommelsestransistorer, der består af otte dele. Dette opnår høj lagertæthed, mindre hukommelsescelle samt hurtigere skrivning og sletning af data, da den kan programmere datablokke samtidigt. Dette opnås ved behovet for at omskrive data, når de ikke skrives sekventielt, og data allerede findes i .
1991
Lad os gå til 1991, da SanDisk, dengang kendt som , skabte prototypen af en solid state-disk (SSD). Designet kombinerede et flashhukommelsessystem, non-volatile hukommelseschips og en intelligent controller til automatisk opdagelse og reparation af defekte celler. Diskens kapacitet var 20 megabyte med et formfaktor på 2,5 tommer, og prisen blev vurderet til omkring 1000 USD. Denne disk blev brugt af IBM i computeren .
1994
En af mine personlige favoritlagringsløsninger fra barndommen var Zip Disks. I 1994 lancerede Iomega Zip Disk, en 100-megabyte patron med 3,5-tommers formfaktor, omtrent lidt tykkere end en standard 3,5-tommer disk. Senere versioner kunne lagre op til 2 gigabyte. Fordelen ved disse diske var, at de havde samme størrelse som en diskette, men kunne opbevare en større mængde data. Vores data var muligt at skrive til en Zip-disk med en hastighed på 1,4 megabyte per sekund. Til sammenligning blev 1,44 megabyte 3,5-tommer disketter skrevet med en hastighed på omkring 16 kilobyte per sekund. På Zip-disken læser/skriver hovederne kontaktløst data, som om de svævede over overfladen, hvilket ligner harddiskens funktion, men adskiller sig fra prinsippet for andre disketter. Snart blev Zip-diske forældede på grund af problemer med pålidelighed og tilgængelighed.
1994
I samme år præsenterede SanDisk CompactFlash, der blev bredt brugt i digitale videokameraer. Som med CD'er er hastigheden på CompactFlash baseret på 'x'-vurderinger såsom 8x, 20x, 133x osv. Den maksimale dataoverførselshastighed beregnes på baggrund af overførselshastigheden af den originale audio CD, 150 kilobyte per sekund. Overførselshastigheden ser ud som R = Kx150 kB/s, hvor R er overførselshastigheden, og K er den nominelle hastighed. For 133x CompactFlash vil vores datapunkt derfor blive registreret ved 133x150 kB/s eller omtrent 19.950 kB/s eller 19,95 MB/s. CompactFlash-associeringen blev oprettet i 1995 med det formål at skabe en industristandard for hukommelseskort baseret på flash-hukommelse.
1997
Flere år senere, i 1997, blev den genopskrivelige CD (CD-RW) introduceret. Denne optiske skive blev brugt til at gemme data samt til at kopiere og overføre filer til forskellige enheder. CD'er kunne genskrives cirka 1000 gange, hvilket på det tidspunkt ikke var en begrænsning, da brugerne sjældent genregistrerede data.
CD-RW'er er baseret på teknologien til at ændre refleksionsevnen på overfladen. I tilfælde af CD-RW forårsager faseændringer i en speciel belægning bestående af sølv, tellur og indium, evnen til at reflektere eller ikke reflektere laserskiven, hvilket betyder 0 eller 1. Når forbindelsen er i krystallinsk tilstand, er den halvtransparent, hvilket betyder 1. Når forbindelsen smelter i en amorf tilstand, bliver den uigennemsigtig og ikke-reflekterende, hvilket 0. Således kunne vi skrive vores datapunkt som 01001010.
DVD-skiver tog i sidste ende de fleste af markedet fra CD-RW.
1999
Lad os gå videre til 1999, da IBM præsenterede de mindste harddiske i verden på det tidspunkt: IBM-mikrodiskene med kapaciteter på 170 og 340 MB. Disse var små harddiske på 2,54 cm designet til at blive installeret i CompactFlash Type II slots. Det var planlagt at skabe en enhed, der skulle bruges som CompactFlash, men med større hukommelseskapacitet. Dog blev de snart erstattet af USB-flashdrev og derefter større CompactFlash-kort, når disse blev tilgængelige. Som andre harddiske var mikrodiskene mekaniske og indeholdt små roterende skiver.
2000
Et år senere, i 2000, blev USB-flashdrev præsenteret. Drevne bestod af flashhukommelse indkapslet i et lille formfaktor med USB-grænseflade. Afhængigt af hvilken version af USB-grænsefladen der blev brugt, kunne hastigheden variere. USB 1.1 er begrænset til 1,5 megabit per sekund, mens USB 2.0 kan håndtere 35 megabit i , og USB 3.0 — 625 megabit per sekund. De første USB 3.1 Type C-drev blev annonceret i marts 2015 og havde en læse-/skrivehastighed på 530 megabit per sekund. I modsætning til disketter og optiske disks er USB-enheder sværere at ridse, men de har de samme kapaciteter for datalagring såvel som filoverførsel og backup. Diskdrev til disketter og cd'er blev hurtigt erstattet af USB-porte.
2005
I 2005 begyndte producenter af harddiske (HDD) at levere produkter ved hjælp af perpendikulær magnetisk optagelse, eller PMR. Det er ret interessant, at dette skete samtidig med, at iPod Nano annoncerede brugen af flashhukommelse i stedet for 1-tommer harddiske i iPod Mini.
En typisk harddisk indeholder en eller flere plader dækket af magnetfølsom film, bestående af små magnetiske korn. Data skrives, når den magnetiske skrivehoved flyver lige over den roterende plade. Dette minder meget om en traditionel pladespiller, med den eneste forskel, at nålen i pladespilleren er i fysisk kontakt med pladen. Når pladerne roterer, skaber luften, der berører dem, et let pust. På samme måde som luften på en flyvningsvinge skaber løft, genererer luften løft på hovedet af den aerodynamiske overflade . Hovedet ændrer hurtigt magnetiseringen af et magnetisk område af kornene, så dens magnetiske pol peger opad eller nedad, hvilket repræsenterer 1 eller 0.
Forløberen til PMR var longitudinal magnetisk optagelse, eller LMR. Optagelsestætheden for PMR kan overstige LMR's optagelsestæthed med mere end tre gange. Den primære forskel mellem PMR og LMR er, at strukturen af kornene og den magnetiske orientering af de gemte data på PMR-medier er søjleformet i stedet for longitudinal. PMR har bedre termisk stabilitet og et forbedret signal-til-støj-forhold (SNR) takket være bedre separation af kornene og ensartethed. Den tilbyder også forbedret skrivbarhed takket være stærkere hoveder og bedre magnetisk udjævning af mediet. Ligesom LMR er de fundamentale begrænsninger for PMR baseret på den termiske stabilitet for de magnetiserede data bits og behovet for at have en tilstrækkelig SNR for at læse den gemte information.
2007
I 2007 blev den første harddisk med en kapacitet på 1 TB lanceret af Hitachi Global Storage Technologies. Hitachi Deskstar 7K1000 brugte fem 3,5 tommer 200-gigabyte plader og drejede med en hastighed på omg. Dette er en betydelig forbedring sammenlignet med den første harddisk i verden, IBM RAMAC 350, der havde en kapacitet på cirka 3,75 megabyte. Åh, hvor langt vi er kommet på 51 år! Men vent, der er mere.
2009
I 2009 begyndte det tekniske arbejde på at udvikle energi-uafhængig ekspresshukommelse, eller . Energi-uafhængig hukommelse (NVM) er en type hukommelse, som kan gemme data permanent, i modsætning til energi-afhængig hukommelse, som kræver konstant strøm for at bevare dataene. NVMe opfylder behovet for en skalerbar grænseflade til vært-controller til perifere enheder baseret på halvlederlagringsenheder med PCIe-understøttelse, deraf navnet NVMe. Mere end 90 virksomheder deltager i arbejdsgruppen til udvikling af projektet. Alt dette var baseret på resultaterne fra arbejdet med at definere specifikationen for værts-controlleren til energie-uafhængig hukommelsesinterfacet (NVMHCIS). De bedste NVMe-diske i dag kan håndtere cirka 3500 megabyte pr. sekund ved læsning og 3300 megabyte pr. sekund ved skrivning. At skrive et data-byte j, som vi startede med, kan gøres meget hurtigt sammenlignet med et par minutters manuelt fletning af rebhukommelse til Apollo Guidance Computer.
Nutiden og fremtiden
Storage Class Memory
Nu, når vi har foretaget en tidsrejse (ha!), lad os se på den nuværende tilstand af Storage Class Memory. SCM, ligesom NVM, er vedholdende, men SCM tilbyder også ydeevne, der overgår eller er sammenlignelig med primær hukommelse, samt . Formålet med SCM er at løse nogle af de nuværende cacheproblemer, såsom lav densitet af statisk tilfældig adgangshukommelse (SRAM). Med dynamisk RAM (DRAM) kan vi opnå bedre densitet, men det opnås på bekostning af langsommere adgang. DRAM lider også under behovet for konstant strøm til at opdatere hukommelsen. Lad os dykke lidt ned i dette. Strøm er nødvendig, da den elektriske ladning i kondensatorerne langsomt forsvinder, hvilket betyder, at uden indgreb vil dataene på chippen snart gå tabt. For at forhindre en sådan lækage kræver DRAM et eksternt kredsløb til at opdatere hukommelsen, som periodisk overskriver dataene i kondensatorerne og gendanner dem til den oprindelige ladning.
Faseændrende hukommelse (Phase-change memory, PCM)
Tidligere har vi set på, hvordan fasen ændres for CD-RW. PCM er lignende. Materialet til faseændringen er typisk Ge-Sb-Te, også kendt som GST, som kan findes i to forskellige tilstande: amorf og krystallinsk. Den amorfe tilstand har en højere modstand, der repræsenterer 0, end den krystallinske tilstand, der repræsenterer 1. Ved at tildele data værdier i mellemmodstande kan PCM bruges til at gemme flere tilstande i form af .
Spin-transfer moment tilfældig adgangshukommelse (STT-RAM)
STT-RAM består af to ferromagnetiske, permanente magnetlag adskilt af et dielektrisk, det vil sige en isolator, der kan overføre elektrisk kraft uden ledning. Det lagrer bits af data baseret på forskellen i magnetiske retninger. Ét magnetlag, kaldet det reference lag, har en fast magnetisk retning, mens det andet magnetlag, kaldet det frie lag, har en magnetisk retning, der styres af den strøm, der passerer igennem. For 1 justeres magnetiseringen af de to lag. For 0 har begge lag modsat magnetiske retninger.
Resistiv hukommelse med vilkårlig adgang (Resistive random access memory, ReRAM)
En ReRAM-celle består af to metal elektroder adskilt af et metaloxidlag. Det ligner lidt designet af Masuoka-flashhukommelse, hvor elektroner trænger gennem oxidlaget og sidder fast i flydende porte, eller omvendt. Men med ReRAM bestemmes cellens tilstand på baggrund af koncentrationen af frit ilt i metaloxidlaget.
Selvom disse teknologier er lovende, har de stadig ulemper. PCM og STT-RAM har en høj skrivningsforsinkelse. PCM-forsinkelser er ti gange højere end DRAM, mens STT-RAM er ti gange højere end SRAM. PCM og ReRAM har en grænse for skrivernes varighed, før der opstår alvorlige fejl, hvilket betyder, at hukommelseselementet sidder fast på .
I august 2015 annoncerede Intel udgivelsen af Optane, deres produkt baseret på 3DXPoint. Optane påstår at have en ydeevne, der er 1000 gange højere end NAND flash-drev, og prisen er fire til fem gange højere end flash-hukommelse. Optane er et bevis på, at SCM ikke bare er en eksperimentel teknologi. Det bliver spændende at følge udviklingen af disse teknologier.
Hårde drev (HDD)
Helium hårdt drev (HHDD)
Et heliumdrev er et højkapacitets hårdt drev (HDD), der er fyldt med helium og hermetisk lukket under produktionen. Ligesom andre hårde drev, som vi tidligere har nævnt, ligner det en afspiller med en roterende plade med magnetisk belægning. Typiske harddiske har blot luft indeni hulrummet, men denne luft skaber modstand, når pladerne roterer.
Heliumballoner flyder, fordi helium er lettere end luft. Faktisk har helium 1/7 af luftens tæthed, hvilket mindsker bremsestyrken ved rotation af pladerne, hvilket reducerer mængden af energi, der kræves for at dreje platene. Ikke desto mindre er denne funktion sekundær; den primære karakteristika ved helium var, at det tillader at pakke 7 plader i den samme formfaktor, som normalt kun indeholdt 5. Hvis vi husker analogien med vingerne på vores fly, er dette en perfekt sammenligning. Da helium reducerer modstanden, elimineres turbulensen.
Det er også kendt, at heliumballoner begynder at synke efter et par dage, fordi heliumundslipper. Det samme kan siges om lagerenheder. Det tog år, før producenterne kunne skabe en beholder, der forhindrer helium i at slippe ud af formfaktoren i løbet af drevets levetid. Virksomheden Backblaze udførte eksperimenter og fandt ud af, at hårde diske med helium havde en årlig fejlrate på 1,03%, mens standarden havde 1,06%. Selvfølgelig er denne forskel så lille, at det er svært at drage nogen alvorlige konklusioner. .
En heliumfyldt formfaktor kan indeholde en harddisk, der er indkapslet ved hjælp af PMR, som nævnt tidligere, eller Microwave Assisted Magnetic Recording (MAMR) eller Heat Assisted Magnetic Recording (HAMR). Enhver magnetisk datalagringsteknologi kan kombineres med helium i stedet for luft. I 2014 kombinerede HGST to avancerede teknologier i sin heliumfyldte harddisk med en kapacitet på 10 TB, der anvendte host-styret Shingled Magnetic Recording (SMR). Lad os kort se på SMR, før vi går videre til MAMR og HAMR.
Shingled Magnetic Recording teknologi
Tidligere har vi set på Perpendicular Magnetic Recording (PMR), som var forgængeren til SMR. I modsætning til PMR skriver SMR nye spor, der overlapper dele af tidligere skrevne magnetiske spor. Dette gør det tidligere spor smallere, hvilket giver en højere tæthed af spor. Teknologiens navn skyldes, at sporene overlapper hinanden, hvilket ligner tagbelægning med tagsten.
SMR medfører en væsentligt mere kompleks skrivningsproces, da når der skrives på et spor, overskrives det tilstødende spor. Dette viser sig ikke, når pladen er tom, og dataene er sekventielle. Men så snart du skriver på en række spor, der allerede indeholder data, slettes eksisterende tilstødende data. Hvis det tilstødende spor indeholder data, skal det omskrives. Dette er ret ligesom NAND-flash, som vi tidligere har diskuteret.
SMR-enheder tillader at skjule denne kompleksitet ved hjælp af firmware, hvilket resulterer i et interface, der ligner ethvert andet harddisk. På den anden side vil host-systemstyrede SMR-enheder uden specialtilpasning af applikationer og operativsystemer ikke tillade brug af disse diske. Værten skal udføre skrivning til enhederne strengt sekventielt. Ydelsen af enhederne er helt forudsigelig. Seagate begyndte at levere SMR-diske i 2013 og hævdede, at deres tæthed overstiger med 25% tætheden af PMR.
Mikrobølge-assisted magnetisk optagelse (MAMR)
Mikrobølge-assisted magnetisk optagelse (MAMR) er en teknologi for magnetisk hukommelse, der bruger energi, der svarer til HAMR (som vi vil se senere). En vigtig del af MAMR er Spin Torque Oscillator (STO) eller "generator baseret på spinmoment". Selve STO er placeret tæt på skrivehovedet. Når der påføres strøm i STO, genereres der et cirkulært elektromagnetisk felt med frekvensen 20-40 GHz ved hjælp af polarisationen af elektronenes spins.
Når et sådant felt påvirker ferromagnetiske materialer, der bruges til MAMR, opstår der resonans, hvilket fører til præcession af de magnetiske momenter i domænerne i dette felt. I bund og grund afviger det magnetiske moment fra sin akse, og for at ændre dets retning (vendning) kræver skrivehovedet betydeligt mindre energi.
Brugen af MAMR-teknologi tillader anvendelse af ferromagnetiske stoffer med højere koercitive styrke, hvilket betyder, at størrelsen af de magnetiske domæner kan reduceres uden risiko for at forårsage superparamagnetisk effekt. STO-generatoren hjælper med at reducere størrelsen af skrivehovedet, hvilket muliggør lagring af information på mindre magnetiske domæner og dermed øger lagringstæthed.
Western Digital, også kendt som WD, præsenterede denne teknologi i 2017. Kort efter, i 2018, støttede Toshiba også denne teknologi. Mens WD og Toshiba arbejder på at finde MAMR-teknologi, satser Seagate på HAMR.
Termomagnetisk optagelse (HAMR)
Heat-assisted magnetic recording (HAMR) er en energibesparende magnetisk datalagringsteknologi, der gør det muligt at øge mængden af data, der kan lagres på et magnetisk device, såsom en harddisk, ved at bruge varme fra en laser til at hjælpe med at skrive data på overfladen af harddiskens substrat. Takket være opvarmningen kan dataene placeres meget tættere på hinanden på disken, hvilket øger datatæthed og kapacitet.
Denne teknologi er ret svær at implementere. En laser med en effekt på 200 mW opvarmer hurtigt På trods af mange skeptiske udtalelser demonstrerede Seagate for første gang denne teknologi i 2013. De første diske begyndte at blive sendt i 2018.
Filmens ende, lad os komme tilbage til starten!
Vi startede i 1951, og vi afslutter artiklen ved at kigge ind i fremtiden for datalagring. Databaser har ændret sig meget over tid: fra papirbånd til metal- og magnetiske, snor- og roterende diske, optiske diske, flashhukommelse og mere. I takt med fremgangen er der opstået hurtigere, mere kompakte og mere effektive datalagringsenheder.
Sammenlignes NVMe med metalbåndet UNISERVO fra 1951, kan NVMe læse 486.111% flere cifre pr. sekund. Hvis man sammenligner NVMe med min barndoms favorit, Zip-diskene, kan NVMe læse 213.623% flere cifre pr. sekund.
Hvis man sammenligner NVMe med metalbåndet UNISERVO fra 1951, kan NVMe læse 486.111% flere cifre pr. sekund. Hvis man sammenligner NVMe med min barndoms favorit, Zip-diskene, kan NVMe læse 213,623% flere cifre pr. sekund.
Det eneste, der forbliver sandt, er brugen af 0 og 1. Måde, hvorpå vi gør det, varierer meget. Jeg håber, at næste gang du brænder en CD-RW med sange til en ven, eller gemmer et hjemmelavet video i Optical Disc Archive, vil du tænke på, hvordan ikke-reflekterende overflader oversætter værdien til 0, mens reflekterende gør det til 1. Eller hvis du laver et mixtape på kassette, så husk, at det er meget relateret til Datasette, der bruges i Commodore PET. Og glem ikke at være venlig og spole tilbage.
Tak og for de lækre bidder (jeg kan ikke hjælpe mig selv) gennem hele artiklen!
Hvad mere nyttigt kan man læse i bloggen
→
→
→
→
→
Tilmeld dig vores -kanal for ikke at gå glip af den næste artikel! Vi skriver højst to gange om ugen og kun når det er nødvendigt. Og vi minder om, at Cloud4Y kan give sikker og pålidelig fjernadgang til forretningsapplikationer og information, der er nødvendig for at sikre forretningskontinuitet. Fjernarbejde er en ekstra barriere mod spredningen af coronavirus. Flere oplysninger fås hos vores managers på .
Kilde: habr.com
