Enhver cloud-udbyder tilbyder datalagringstjenester. Det kan være kolde og varme opbevaringssteder, iskolde mv. Lagring af information i skyen er ret praktisk. Men hvordan blev data faktisk lagret for 10, 20, 50 år siden? Cloud4Y oversatte en interessant artikel, der taler om netop dette.
En byte af data kan lagres på en række forskellige måder, da nye, mere avancerede og hurtigere lagermedier dukker op hele tiden. En byte er en enhed for lagring og behandling af digital information, som består af otte bit. En bit kan indeholde enten 0 eller 1.
I tilfælde af hulkort gemmes bittet som tilstedeværelsen/fraværet af et hul i kortet på et bestemt sted. Hvis vi går lidt længere tilbage til Babbage's Analytical Engine, var registrene, der gemte numre, gear. I magnetiske lagerenheder såsom bånd og diske er en bit repræsenteret af polariteten af et specifikt område af den magnetiske film. I moderne dynamic random access memory (DRAM) er en bit ofte repræsenteret som en to-niveau elektrisk ladning lagret i en enhed, der lagrer elektrisk energi i et elektrisk felt. En opladet eller afladet beholder gemmer en smule data.
I juni 1956 opfandt ordet for at betegne en gruppe bits, der bruges til at kode et enkelt tegn . Lad os tale lidt om tegnkodning. Lad os starte med den amerikanske standardkode for informationsudveksling eller ASCII. ASCII var baseret på det engelske alfabet, så hvert bogstav, tal og symbol (az, AZ, 0-9, +, - , /, ",! osv.). ) blev repræsenteret som et 7-bit heltal fra 32 til 127. Dette var ikke ligefrem "venligt" over for andre sprog. For at understøtte andre sprog udvidede Unicode ASCII. I Unicode er hvert tegn repræsenteret som et kodepunkt eller symbol, f.eks. , lille j er U+006A, hvor U står for Unicode og derefter et hexadecimalt tal.
UTF-8 er en standard til at repræsentere tegn som otte bit, hvilket gør det muligt for hvert kodepunkt i området 0-127 at blive lagret i en enkelt byte. Hvis vi husker ASCII, er dette helt normalt for engelske tegn, men andre sprogtegn udtrykkes ofte i to eller flere bytes. UTF-16 er en standard til at repræsentere tegn som 16 bit, og UTF-32 er en standard til at repræsentere tegn som 32 bit. I ASCII er hvert tegn en byte, men i Unicode, som ofte ikke er helt sandt, kan et tegn optage 1, 2, 3 eller flere bytes. Artiklen vil bruge forskellige størrelsesgrupperinger af bits. Antallet af bits i en byte varierer afhængigt af mediets design.
I denne artikel vil vi rejse tilbage i tiden gennem forskellige lagringsmedier for at dykke ned i historien om datalagring. I intet tilfælde vil vi begynde at dybt studere hvert enkelt lagringsmedium, der nogensinde er blevet opfundet. Dette er en sjov informativ artikel, der på ingen måde hævder at være af encyklopædisk betydning.
Lad os begynde. Lad os sige, at vi har en databyte at gemme: bogstavet j, enten som en kodet byte 6a eller som en binær 01001010. Når vi rejser gennem tiden, vil databyten blive brugt i flere lagringsteknologier, som vil blive beskrevet.
1951
Vores historie begynder i 1951 med UNIVAC UNISERVO bånddrevet til UNIVAC 1 computeren. Det var det første bånddrev skabt til en kommerciel computer. Båndet var lavet af en tynd strimmel af forniklet bronze, 12,65 mm bred (kaldet Vicalloy) og næsten 366 meter lang. Vores databytes kunne lagres med 7 tegn i sekundet på et bånd, der bevæger sig med 200 meter i sekundet. På dette tidspunkt i historien kunne du måle hastigheden af en lagringsalgoritme ved den afstand, båndet tilbagelagde.
1952
Spol et år frem til den 21. maj 1952, hvor IBM annoncerede udgivelsen af sin første magnetbåndsenhed, IBM 726. Vores byte af data kunne nu flyttes fra UNISERVO metaltape til IBM magnetbånd. Dette nye hjem viste sig at være meget hyggeligt for vores meget lille byte af data, da båndet kan gemme op til 2 millioner cifre. Dette 7-spors magnetbånd bevægede sig med 1,9 meter i sekundet med en baudrate på 12 eller 7500 (dengang kaldet kopigrupper) pr. Til reference: den gennemsnitlige artikel om Habré har cirka 10 tegn.
IBM 726-båndet havde syv spor, hvoraf seks blev brugt til lagring af information og et til paritetskontrol. En rulle kunne rumme op til 400 meter bånd med en bredde på 1,25 cm. Dataoverførselshastigheden nåede teoretisk op på 12,5 tusinde tegn pr. optagetætheden er 40 bits pr. centimeter. Dette system brugte en "vakuumkanal"-metode, hvor en løkke af tape cirkulerede mellem to punkter. Dette gjorde det muligt for båndet at starte og stoppe på en brøkdel af et sekund. Dette blev opnået ved at placere lange vakuumsøjler mellem båndspolerne og læse/skrivehovederne for at absorbere den pludselige stigning i spændingen i båndet, uden hvilken båndet typisk ville knække. En aftagelig plastring på bagsiden af taperullen gav skrivebeskyttelse. En rulle tape kan opbevare omkring 1,1 .
Husk VHS-bånd. Hvad skulle du gøre for at se filmen igen? Spol båndet tilbage! Hvor mange gange har du spundet en kassette til din afspiller på en blyant, for ikke at spilde batterier og få et revet eller fastklemt bånd? Det samme kan siges om bånd, der bruges til computere. Programmer kunne ikke bare hoppe rundt på båndet eller tilfældigt få adgang til data, de kunne læse og skrive data strengt sekventielt.
1956
Spol frem et par år til 1956, og æraen med magnetisk disklagring begyndte med IBM's færdiggørelse af RAMAC 305 computersystemet, som Zellerbach Paper leverede til . Denne computer var den første til at bruge en harddisk med et bevægeligt hoved. RAMAC-diskdrevet bestod af halvtreds magnetiserede metalplader med en diameter på 60,96 cm, der var i stand til at lagre cirka fem millioner tegn data, 7 bits pr. tegn, og dreje med 1200 omdrejninger i minuttet. Lagerkapaciteten var omkring 3,75 megabyte.
RAMAC tillod realtidsadgang til store mængder data, i modsætning til magnetbånd eller hulkort. IBM annoncerede RAMAC'en som værende i stand til at opbevare hvad der svarer til 64 . Tidligere introducerede RAMRAC konceptet med løbende at behandle transaktioner, efterhånden som de opstår, så data kunne hentes med det samme, mens de stadig var friske. Vores data i RAMAC kunne nu tilgås med hastigheder på 100 . Tidligere, når vi brugte bånd, skulle vi skrive og læse sekventielle data, og vi kunne ikke ved et uheld hoppe til forskellige dele af båndet. Tilfældig adgang i realtid til data var virkelig revolutionerende på det tidspunkt.
1963
Lad os spole frem til 1963, hvor DECTape blev introduceret. Navnet kommer fra Digital Equipment Corporation, kendt som DEC. DECtape var billigt og pålideligt, så det blev brugt i mange generationer af DEC-computere. Det var 19 mm tape, lamineret og klemt mellem to lag Mylar på en fire-tommer (10,16 cm) rulle.
I modsætning til sine tunge, omfangsrige forgængere kunne DECTape bæres i hånden. Dette gjorde det til en fremragende mulighed for personlige computere. I modsætning til sine 7-spors modstykker havde DECTape 6 dataspor, 2 cue-spor og 2 til ur. Data blev registreret ved 350 bit pr. tomme (138 bit pr. cm). Vores databyte, som er 8 bit, men kan udvides til 12, kunne overføre til DECTape med 8325 12-bit ord i sekundet ved en båndhastighed på 93 (±12) tommer pr. . Dette er 8 % flere cifre i sekundet end UNISERVO metaltape i 1952.
1967
Fire år senere, i 1967, begyndte et lille IBM-team at arbejde på IBM-diskettedrevet med kodenavnet . Derefter fik holdet til opgave at udvikle en pålidelig og billig måde at indlæse mikrokoder på IBM System/370. Projektet blev efterfølgende genbrugt og genbrugt til at indlæse mikrokode i en controller til IBM 3330 Direct Access Storage Facility, kodenavnet Merlin.
Vores byte kunne nu gemmes på skrivebeskyttede 8-tommer magnetisk coatede Mylar-disketter, i dag kendt som floppydiske. På udgivelsestidspunktet hed produktet IBM 23FD Floppy Disk Drive System. Diskene kunne rumme 80 kilobyte data. I modsætning til harddiske kan en bruger nemt flytte en diskette i en beskyttende skal fra et drev til et andet. Senere, i 1973, udgav IBM læse/skrive-disketten, som derefter blev en industriel .
1969
I 1969 blev Apollo Guidance Computer (AGC) med rebhukommelse opsendt ombord på rumfartøjet Apollo 11, som transporterede amerikanske astronauter til Månen og tilbage. Denne reb-hukommelse blev lavet i hånden og kunne rumme 72 kilobyte data. Produktionen af rebhukommelse var arbejdskrævende, langsom og krævede færdigheder svarende til vævning; det kunne tage . Men det var det rigtige værktøj til de tidspunkter, hvor det var vigtigt at passe maksimalt ind i en strengt begrænset plads. Når tråden passerede gennem en af de cirkulære tråde, repræsenterede den et 1. Tråden, der passerede rundt om tråden, repræsenterede et 0. Vores databyte krævede, at en person vævede flere minutter ind i rebet.
1977
I 1977 blev Commodore PET, den første (succesfulde) personlige computer, udgivet. PET'en brugte en Commodore 1530 Datasette, hvilket betyder data plus kassette. PET konverterede dataene til analoge lydsignaler, som derefter blev gemt på . Dette gjorde det muligt for os at skabe en omkostningseffektiv og pålidelig opbevaringsløsning, omend meget langsom. Vores lille byte af data kunne overføres med en hastighed på omkring 60-70 bytes pr . Kassetter kunne rumme omkring 100 kilobyte pr. 30-minutters side, med to sider pr. bånd. For eksempel kan den ene side af en kassette indeholde omkring to 55 KB billeder. Datasæt blev også brugt i Commodore VIC-20 og Commodore 64.
1978
Et år senere, i 1978, introducerede MCA og Philips LaserDisc under navnet "Discovision". Jaws var den første film, der blev solgt på LaserDisc i USA. Dens lyd- og videokvalitet var meget bedre end sine konkurrenter, men laserdisken var for dyr for de fleste forbrugere. LaserDisc'en kunne ikke optages, i modsætning til de VHS-bånd, som folk optog tv-programmer på. Laserdiscs arbejdede med analog video, analog FM stereolyd og pulskode , eller PCM, digital lyd. Skiverne havde en diameter på 12 tommer (30,47 cm) og bestod af to enkeltsidede aluminiumsskiver belagt med plast. I dag huskes LaserDisc som grundlaget for cd'er og dvd'er.
1979
Et år senere, i 1979, grundlagde Alan Shugart og Finis Conner Seagate Technology med ideen om at skalere harddisken til størrelsen af en 5 ¼-tommers diskette, som var standard på det tidspunkt. Deres første produkt i 1980 var Seagate ST506-harddisken, den første harddisk til kompakte computere. Disken rummede fem megabyte data, som på det tidspunkt var fem gange større end en almindelig diskette. Grundlæggerne var i stand til at nå deres mål om at reducere diskstørrelsen til størrelsen af en 5¼-tommers diskette. Den nye datalagringsenhed var en stiv metalplade belagt på begge sider med et tyndt lag magnetisk datalagringsmateriale. Vores databytes kunne overføres til disk med en hastighed på 625 kilobytes pr . Det er ca .
1981
Spol et par år frem til 1981, hvor Sony introducerede de første 3,5-tommers disketter. Hewlett-Packard blev den første bruger af denne teknologi i 1982 med sin HP-150. Dette gjorde 3,5-tommers disketter berømte og gav dem udbredt brug over hele verden. . Disketterne var enkeltsidede med en formateret kapacitet på 161.2 kilobyte og en uformateret kapacitet på 218.8 kilobyte. I 1982 blev en dobbeltsidet version udgivet, og Microfloppy Industry Committee (MIC) konsortiet af 23 medievirksomheder baserede 3,5-tommer floppy-specifikationen på Sonys originale design, og cementerede formatet ind i historien, som vi kender det i dag. . Nu kan vores databytes lagres på en tidlig version af et af de mest almindelige lagermedier: 3,5-tommers disketten. Senere et par 3,5-tommer disketter med blev den vigtigste del af min barndom.
1984
Kort efter, i 1984, blev udgivelsen af Compact Disc Read-Only Memory (CD-ROM) annonceret. Det var 550 megabyte cd-rom'er fra Sony og Philips. Formatet voksede ud af cd'er med digital lyd, eller CD-DA, som blev brugt til at distribuere musik. CD-DA blev udviklet af Sony og Philips i 1982 og havde en kapacitet på 74 minutter. Ifølge legenden, da Sony og Philips forhandlede CD-DA-standarden, insisterede en af de fire personer på, at de kunne hele den niende symfoni. Det første produkt udgivet på CD var Groliers Electronic Encyclopedia, udgivet i 1985. Encyklopædien indeholdt ni millioner ord, som kun optog 12 % af den tilgængelige diskplads, hvilket er 553 . Vi ville have mere end nok plads til en encyklopædi og en byte af data. Kort efter, i 1985, arbejdede computervirksomheder sammen om at skabe en standard for diskdrev, så enhver computer kunne læse dem.
1984
Også i 1984 udviklede Fujio Masuoka en ny type flydende porthukommelse kaldet flashhukommelse, som var i stand til at blive slettet og omskrevet mange gange.
Lad os tage et øjeblik på at se på flash-hukommelse ved hjælp af en flydende gate-transistor. Transistorer er elektriske porte, der kan tændes og slukkes individuelt. Da hver transistor kan være i to forskellige tilstande (til og fra), kan den lagre to forskellige tal: 0 og 1. En flydende gate refererer til en anden gate tilføjet til den midterste transistor. Denne anden port er isoleret med et tyndt oxidlag. Disse transistorer bruger en lille spænding på transistorens gate for at angive, om den er tændt eller slukket, hvilket igen oversættes til 0 eller 1.
Med flydende porte, når den passende spænding påføres gennem oxidlaget, strømmer elektroner gennem det og sætter sig fast på portene. Derfor, selv når strømmen er slukket, forbliver elektronerne på dem. Når der ikke er elektroner på de flydende porte, repræsenterer de et 1, og når elektroner sidder fast, repræsenterer de et 0. At vende denne proces og påføre en passende spænding gennem oxidlaget i den modsatte retning får elektroner til at strømme gennem de flydende porte og gendanne transistoren tilbage til dens oprindelige tilstand. Derfor er cellerne gjort programmerbare og . Vores byte kan programmeres ind i transistoren som 01001010, med elektroner, med elektroner fast i flydende porte for at repræsentere nuller.
Masuokas design var lidt mere overkommeligt, men mindre fleksibelt end elektrisk sletbare PROM (EEPROM), da det krævede flere grupper af celler, der skulle slettes sammen, men det var også årsagen til dens hastighed.
På det tidspunkt arbejdede Masuoka for Toshiba. Han forlod til sidst for at arbejde på Tohoku University, fordi han var utilfreds med, at virksomheden ikke belønnede ham for hans arbejde. Masuoka sagsøgte Toshiba og krævede erstatning. I 2006 blev han betalt 87 millioner yuan, svarende til 758 tusind amerikanske dollars. Dette virker stadig ubetydeligt i betragtning af, hvor indflydelsesrig flash-hukommelse er blevet i branchen.
Mens 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 information i hukommelsesceller bestående af flydende gate-transistorer. Navnene på teknologierne er direkte relateret til, hvordan hukommelsesceller er organiseret.
I NOR flash er individuelle hukommelsesceller forbundet parallelt for at give tilfældig adgang. Denne arkitektur reducerer den læsetid, der kræves for tilfældig adgang til mikroprocessorinstruktioner. NOR flash-hukommelse er ideel til applikationer med lavere tæthed, der primært er skrivebeskyttet. Dette er grunden til, at de fleste CPU'er indlæser deres firmware, normalt fra NOR-flashhukommelse. Masuoka og hans kolleger introducerede opfindelsen af NOR flash i 1984 og NAND flash i .
NAND Flash-udviklere opgav funktionen tilfældig adgang for at opnå en mindre hukommelsescellestørrelse. Dette resulterer i en mindre chipstørrelse og lavere pris pr. bit. NAND-flashhukommelsesarkitekturen består af ottedelte hukommelsestransistorer forbundet i serie. Dette opnår høj lagertæthed, mindre hukommelsescellestørrelse og hurtigere dataskrivning og sletning, fordi det kan programmere datablokke samtidigt. Dette opnås ved at kræve, at data skal omskrives, når de ikke er skrevet sekventielt, og dataene allerede findes i .
1991
Lad os gå videre til 1991, hvor en prototype solid-state drive (SSD) blev skabt af SanDisk, dengang kendt som . Designet kombinerede et flashhukommelsesarray, ikke-flygtige hukommelseschips og en intelligent controller til automatisk at opdage og korrigere defekte celler. Diskkapaciteten var 20 megabyte med en 2,5-tommer formfaktor, og dens pris blev anslået til cirka 1000 $. Denne disk blev brugt af IBM i en computer .
1994
Et af mine personlige foretrukne lagringsmedier siden barndommen var Zip Disks. I 1994 udgav Iomega Zip Disk, en 100-megabyte patron i en 3,5-tommer formfaktor, omkring lidt tykkere end et standard 3,5-tommers drev. Senere versioner af drevene kunne lagre op til 2 gigabyte. Bekvemmeligheden ved disse diske er, at de var på størrelse med en diskette, men havde evnen til at gemme en større mængde data. Vores databytes kunne skrives til en Zip-disk med 1,4 megabyte i sekundet. Til sammenligning blev der på det tidspunkt skrevet 1,44 megabyte af en 3,5-tommer diskette med en hastighed på omkring 16 kilobyte i sekundet. På en Zip-disk læser/skriver hovederne data uden kontakt, som om de flyver over overfladen, hvilket svarer til driften af en harddisk, men adskiller sig fra princippet om drift af andre disketter. Zip-diske blev hurtigt forældede på grund af problemer med pålidelighed og tilgængelighed.
1994
Samme år introducerede SanDisk CompactFlash, som blev meget brugt i digitale videokameraer. Som med cd'er er CompactFlash-hastigheder baseret på "x"-klassificeringer såsom 8x, 20x, 133x osv. Den maksimale dataoverførselshastighed beregnes baseret på bithastigheden på den originale lyd-cd, 150 kilobyte pr. sekund. Overførselshastigheden ser ud som R = Kx150 kB/s, hvor R er overførselshastigheden og K er den nominelle hastighed. Så for en 133x CompactFlash vil vores databyte blive skrevet med 133x150 kB/s eller omkring 19 kB/s eller 950 MB/s. CompactFlash Association blev grundlagt i 19,95 med det mål at skabe en industristandard for flash-hukommelseskort.
1997
Et par år senere, i 1997, blev Compact Disc Rewritable (CD-RW) udgivet. Denne optiske disk blev brugt til at gemme data og til at kopiere og overføre filer til forskellige enheder. Cd'er kan omskrives omkring 1000 gange, hvilket ikke var en begrænsende faktor på det tidspunkt, da brugere sjældent overskrev data.
CD-RW'er er baseret på teknologi, der ændrer reflektionsevnen af en overflade. I tilfældet med CD-RW bevirker faseforskydninger i en speciel belægning bestående af sølv, tellur og indium evnen til at reflektere eller ikke reflektere den aflæste stråle, hvilket betyder 0 eller 1. Når forbindelsen er i krystallinsk tilstand, er den translucent, hvilket betyder 1. Når forbindelsen smelter til en amorf tilstand, bliver den uigennemsigtig og ikke-reflekterende, hvilket 0. Så vi kunne skrive vores databyte som 01001010.
DVD'er overtog til sidst størstedelen af markedsandelen fra CD-RW'er.
1999
Lad os gå videre til 1999, hvor IBM introducerede verdens mindste harddiske på det tidspunkt: IBM 170MB og 340MB mikrodrev. Disse var små 2,54 cm harddiske designet til at passe ind i CompactFlash Type II slots. Det var planlagt at skabe en enhed, der ville blive brugt som CompactFlash, men med større hukommelseskapacitet. De blev dog hurtigt erstattet af USB-flashdrev og derefter af større CompactFlash-kort, efterhånden som de blev tilgængelige. Som andre harddiske var mikrodrev mekaniske og indeholdt små roterende diske.
2000
Et år senere, i 2000, blev USB-flashdrev introduceret. Drevene bestod af flashhukommelse indesluttet i en lille formfaktor med et USB-interface. Afhængigt af versionen af det anvendte USB-interface kan hastigheden variere. USB 1.1 er begrænset til 1,5 megabit per sekund, mens USB 2.0 kan håndtere 35 megabit per sekund , og USB 3.0 er 625 megabit per sekund. De første USB 3.1 Type C-drev blev annonceret i marts 2015 og havde læse-/skrivehastigheder på 530 megabit per sekund. I modsætning til disketter og optiske drev er USB-enheder sværere at ridse, men de har stadig de samme muligheder for lagring af data samt overførsel og sikkerhedskopiering af filer. Diskette- og cd-drev blev hurtigt erstattet af USB-porte.
2005
I 2005 begyndte producenter af harddiskdrev (HDD) at sende produkter ved hjælp af vinkelret magnetisk optagelse eller PMR. Interessant nok skete dette samtidig med, at iPod Nano annoncerede brugen af flash-hukommelse i stedet for 1-tommers harddiske i iPod Mini.
En typisk harddisk indeholder en eller flere harddiske belagt med en magnetisk følsom film, der består af små magnetiske korn. Data optages, når det magnetiske optagehoved flyver lige over den roterende skive. Dette minder meget om en traditionel grammofonpladespiller, den eneste forskel er, at i en grammofon er pennen i fysisk kontakt med pladen. Når skiverne roterer, skaber luften i kontakt med dem en blid brise. Ligesom luft på en flyvinge genererer løft, genererer luft løft på aerofoliehovedet . Hovedet ændrer hurtigt magnetiseringen af et magnetisk område af kornene, så dets magnetiske pol peger op eller ned, hvilket indikerer 1 eller 0.
Forgængeren til PMR var langsgående magnetisk optagelse eller LMR. Registreringstætheden af PMR kan være mere end tre gange større end LMR. Den største forskel mellem PMR og LMR er, at kornstrukturen og den magnetiske orientering af de lagrede data fra PMR-medier er søjleformet snarere end langsgående. PMR har bedre termisk stabilitet og forbedret signal-til-støj-forhold (SNR) på grund af bedre kornadskillelse og ensartethed. Den har også forbedret optagelighed takket være stærkere hovedfelter og bedre magnetisk mediejustering. Ligesom LMR er de grundlæggende begrænsninger af PMR baseret på den termiske stabilitet af de databits, der skrives af magneten, og behovet for at have tilstrækkelig SNR til at læse den skrevne information.
2007
I 2007 blev den første 1 TB harddisk fra Hitachi Global Storage Technologies annonceret. Hitachi Deskstar 7K1000 brugte fem 3,5-tommer 200 GB-plader og drejede kl. rpm Dette er en markant forbedring i forhold til verdens første harddisk, IBM RAMAC 350, som havde en kapacitet på cirka 3,75 megabyte. Åh, hvor er vi nået langt på 51 år! Men vent, der er noget mere.
2009
I 2009 begyndte det tekniske arbejde med at skabe ikke-flygtig ekspreshukommelse, eller . Ikke-flygtig hukommelse (NVM) er en type hukommelse, der kan lagre data permanent, i modsætning til flygtig hukommelse, som kræver konstant strøm til at lagre data. NVMe adresserer behovet for en skalerbar værtscontroller-grænseflade til PCIe-aktiverede halvlederbaserede perifere komponenter, deraf navnet NVMe. Mere end 90 virksomheder var med i arbejdsgruppen for at udvikle projektet. Alt dette var baseret på arbejdet med at definere Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification (NVMHCIS). Nutidens bedste NVMe-drev kan håndtere omkring 3500 megabyte pr. sekund af læsning og 3300 megabyte pr. sekund af skrivning. At skrive den j-databyte, vi startede med, er meget hurtig sammenlignet med et par minutters håndvævning af rebhukommelse til Apollo Guidance Computer.
Nutid og fremtid
Lagerklasse hukommelse
Nu hvor vi har rejst tilbage i tiden (ha!), lad os tage et kig på den aktuelle tilstand af Storage Class Memory. SCM er ligesom NVM robust, men SCM giver også ydeevne, der er bedre end eller sammenlignelig med hovedhukommelsen, og . Målet med SCM er at løse nogle af nutidens cache-problemer, såsom lav static random access memory (SRAM) tæthed. Med Dynamic Random Access Memory (DRAM) kan vi opnå bedre tæthed, men det kommer på bekostning af langsommere adgang. DRAM lider også af behovet for konstant strøm til at genopfriske hukommelsen. Lad os forstå det her lidt. Der er brug for strøm, fordi den elektriske ladning på kondensatorerne siver ud lidt efter lidt, hvilket betyder, at uden indgriben vil dataene på chippen snart gå tabt. For at forhindre en sådan lækage kræver DRAM et eksternt hukommelsesopdateringskredsløb, der med jævne mellemrum omskriver dataene i kondensatorerne og genopretter dem til deres oprindelige ladning.
Phase-change memory (PCM)
Tidligere har vi set på, hvordan fasen ændrer sig for CD-RW. PCM ligner. Faseændringsmaterialet er normalt Ge-Sb-Te, også kendt som GST, som kan eksistere i to forskellige tilstande: amorf og krystallinsk. Den amorfe tilstand har en højere modstand, der angiver 0, end den krystallinske tilstand, der angiver 1. Ved at tildele dataværdier til mellemmodstande kan PCM bruges til at lagre flere tilstande som .
Spin-overførselsmoment random access memory (STT-RAM)
STT-RAM består af to ferromagnetiske, permanente magnetiske lag adskilt af et dielektrikum, en isolator, der kan overføre elektrisk kraft uden at lede. Den gemmer bits af data baseret på forskelle i magnetiske retninger. Det ene magnetiske lag, kaldet referencelaget, har en fast magnetisk retning, mens det andet magnetiske lag, kaldet det frie lag, har en magnetisk retning, der styres af strømmen, der passerer. For 1 er magnetiseringsretningen af de to lag justeret. For 0 har begge lag modsatte magnetiske retninger.
Resistiv tilfældig adgangshukommelse (ReRAM)
En ReRAM-celle består af to metalelektroder adskilt af et metaloxidlag. Lidt ligesom Masuokas flashhukommelsesdesign, hvor elektroner trænger ind i oxidlaget og sætter sig fast i den flydende port, eller omvendt. Men med ReRAM bestemmes celletilstanden ud fra koncentrationen af frit oxygen i metaloxidlaget.
Selvom disse teknologier er lovende, har de stadig ulemper. PCM og STT-RAM har høj skrivelatens. PCM-latenstider er ti gange højere end DRAM, mens STT-RAM-latenstider er ti gange højere end SRAM. PCM og ReRAM har en grænse for, hvor længe en skrivning kan forekomme, før der opstår en alvorlig fejl, hvilket betyder, at hukommelseselementet sætter sig fast på .
I august 2015 annoncerede Intel frigivelsen af Optane, deres 3DXPoint-baserede produkt. Optane hævder 1000 gange ydeevnen af NAND SSD'er til en pris, der er fire til fem gange højere end flashhukommelse. Optane er et bevis på, at SCM er mere end blot en eksperimentel teknologi. Det bliver interessant at se udviklingen af disse teknologier.
Harddiske (HDD)
Helium HDD (HHDD)
En heliumdisk er en harddisk med høj kapacitet (HDD), der er fyldt med helium og hermetisk forseglet under fremstillingsprocessen. Ligesom andre harddiske, som vi sagde tidligere, ligner den en pladespiller med en magnetisk belagt spindeplade. Typiske harddiske har simpelthen luft inde i hulrummet, men denne luft forårsager en vis modstand, når pladerne snurrer.
Heliumballoner flyder, fordi helium er lettere end luft. Faktisk er helium 1/7 af luftens tæthed, hvilket reducerer bremsekraften, når pladerne roterer, hvilket medfører en reduktion i mængden af energi, der kræves for at dreje skiverne. Denne funktion er dog sekundær, det vigtigste kendetegn ved helium var, at det giver dig mulighed for at pakke 7 wafers i den samme formfaktor, som normalt kun ville indeholde 5. Hvis vi husker analogien af vores flyvinge, så er dette en perfekt analog. . Fordi helium reducerer modstand, er turbulens elimineret.
Vi ved også, at heliumballoner begynder at synke efter et par dage, fordi helium kommer ud af dem. Det samme kan siges om lagerenheder. Det tog år, før producenterne var i stand til at skabe en beholder, der forhindrede helium i at flygte fra formfaktoren i hele drevets levetid. Backblaze udførte eksperimenter og fandt ud af, at helium-harddiske havde en årlig fejlrate på 1,03 % sammenlignet med 1,06 % for standarddrev. Selvfølgelig er denne forskel så lille, at man kan drage en seriøs konklusion af den .
Den heliumfyldte formfaktor kan indeholde en harddisk indkapslet ved hjælp af PMR, som vi diskuterede ovenfor, eller mikrobølgemagnetisk optagelse (MAMR) eller varmeassisteret magnetisk optagelse (HAMR). Enhver magnetisk lagringsteknologi kan kombineres med helium i stedet for luft. I 2014 kombinerede HGST to banebrydende teknologier i sin 10TB helium-harddisk, som brugte værtsstyret shingled magnetic recording eller SMR (Shingled magnetic recording). Lad os tale lidt om SMR og så se på MAMR og HAMR.
Tile Magnetic Recording Technology
Tidligere så vi på vinkelret magnetisk optagelse (PMR), som var forløberen til SMR. I modsætning til PMR optager SMR nye spor, der overlapper en del af det tidligere optagne magnetiske spor. Dette gør igen det forrige spor smallere, hvilket giver mulighed for højere sportæthed. Navnet på teknologien kommer af, at lapbaner minder meget om tegltagsbaner.
SMR resulterer i en meget mere kompleks skriveproces, da skrivning til ét spor overskriver det tilstødende spor. Dette sker ikke, når disksubstratet er tomt, og dataene er sekventielle. Men så snart du optager til en række spor, der allerede indeholder data, slettes de eksisterende tilstødende data. Hvis et tilstødende spor indeholder data, skal det omskrives. Dette er ret lig den NAND-flash, vi talte om tidligere.
SMR-enheder skjuler denne kompleksitet ved at administrere firmware, hvilket resulterer i en grænseflade, der ligner enhver anden harddisk. På den anden side vil værtsstyrede SMR-enheder, uden særlig tilpasning af applikationer og operativsystemer, ikke tillade brugen af disse drev. Værten skal skrive til enheder strengt sekventielt. Samtidig er enhedernes ydeevne 100 % forudsigelig. Seagate begyndte at sende SMR-drev i 2013 og hævdede 25 % højere tæthed PMR-densitet.
Mikrobølgemagnetisk optagelse (MAMR)
Mikrobølgeassisteret magnetisk optagelse (MAMR) er en magnetisk hukommelsesteknologi, der bruger energi svarende til HAMR (omtales herefter).En vigtig del af MAMR er Spin Torque Oscillator (STO). Selve STO'en er placeret i umiddelbar nærhed af optagehovedet. Når der påføres strøm til STO'en, genereres et cirkulært elektromagnetisk felt med en frekvens på 20-40 GHz på grund af polariseringen af elektronspin.
Når de udsættes for et sådant felt, opstår der resonans i ferromagneten, der bruges til MAMR, hvilket fører til præcession af de magnetiske momenter af domænerne i dette felt. I det væsentlige afviger det magnetiske moment fra sin akse, og for at ændre dets retning (flip), behøver optagehovedet betydeligt mindre energi.
Brugen af MAMR teknologi gør det muligt at tage ferromagnetiske stoffer med større tvangskraft, hvilket betyder, at størrelsen af magnetiske domæner kan reduceres uden frygt for at forårsage en superparamagnetisk effekt. STO-generatoren hjælper med at reducere størrelsen af optagehovedet, hvilket gør det muligt at optage information på mindre magnetiske domæner, og derfor øger optagetætheden.
Western Digital, også kendt som WD, introducerede denne teknologi i 2017. Kort efter, i 2018, understøttede Toshiba denne teknologi. Mens WD og Toshiba forfølger MAMR-teknologi, satser Seagate på HAMR.
Termomagnetisk optagelse (HAMR)
Heat-assisted magnetic recording (HAMR) er en energieffektiv magnetisk datalagringsteknologi, der markant kan øge mængden af data, der kan lagres på en magnetisk enhed, såsom en harddisk, ved at bruge varme leveret af en laser til at hjælpe med at skrive dataene til overfladens harddisksubstrater. Opvarmning får databits til at blive placeret meget tættere på hinanden på disksubstratet, hvilket giver mulighed for øget datatæthed og kapacitet.
Denne teknologi er ret vanskelig at implementere. 200 mW laser hurtig et lille område på op til 400 °C før optagelse, uden at forstyrre eller beskadige resten af dataene på disken. Opvarmning, dataregistrering og afkølingsprocessen skal afsluttes på mindre end et nanosekund. At tackle disse udfordringer krævede udvikling af overfladeplasmoner i nanoskala, også kendt som overfladestyrede lasere, i stedet for direkte laseropvarmning, såvel som nye typer glasplader og termiske styringsbelægninger til at modstå hurtig punktopvarmning uden at beskadige optagehovedet eller noget nærliggende. data og forskellige andre tekniske udfordringer, der skulle overvindes.
På trods af adskillige skeptiske udtalelser demonstrerede Seagate først denne teknologi i 2013. De første diske begyndte at blive sendt i 2018.
Slut på filmen, gå til begyndelsen!
Vi startede i 1951 og slutter artiklen med et kig ind i fremtidens lagerteknologi. Datalagring har ændret sig meget over tid, fra papirbånd til metal og magnetisk, rebhukommelse, roterende diske, optiske diske, flashhukommelse og andre. Fremskridt har resulteret i hurtigere, mindre og mere kraftfulde lagerenheder.
Hvis du sammenligner NVMe med UNISERVO metaltape fra 1951, kan NVMe læse 486 % flere cifre i sekundet. Når man sammenligner NVMe med min barndomsfavorit, Zip-drev, kan NVMe læse 111 % flere cifre i sekundet.
Det eneste, der forbliver sandt, er brugen af 0 og 1. Måden, vi gør dette på, varierer meget. Jeg håber, at næste gang du brænder en CD-RW med sange for en ven eller gemmer en hjemmevideo i Optical Disc Archive, tænker du på, hvordan en ikke-reflekterende overflade oversættes til et 0, og en reflekterende overflade oversættes til et 1. Eller hvis du optager et mixtape på kassette, så husk, at det er meget nært beslægtet med den datasett, der bruges i Commodore PET. Glem endelig ikke at være venlig og spole tilbage.
Tak и for godbidderne (jeg kan ikke lade være) i hele artiklen!
Hvad kan du ellers læse på bloggen?
→
→
→
→
→
Abonner på vores -kanal, så du ikke går glip af den næste artikel! Vi skriver ikke mere end to gange om ugen og kun på forretningsrejse. Vi minder dig også om, at Cloud4Y kan give sikker og pålidelig fjernadgang til forretningsapplikationer og information, der er nødvendig for at sikre forretningskontinuitet. Fjernarbejde er en yderligere barriere for spredning af coronavirus. For detaljer, kontakt vores ledere på .
Kilde: www.habr.com