Jeder Cloud-Anbieter bietet Speicherlösungen an. Dazu gehören kalte und warme Speicher, Ice-cold und so weiter. Es ist ziemlich praktisch, Informationen in der Cloud zu speichern. Aber wie wurden Daten vor 10, 20 oder sogar 50 Jahren gespeichert? Cloud4Y hat einen interessanten Artikel übersetzt, der genau darüber berichtet.
Ein Byte kann auf ganz verschiedene Arten gespeichert werden, da ständig neue, leistungsfähigere und schnellere Speichermedien auftauchen. Ein Byte ist eine Einheit zur Speicherung und Verarbeitung digitaler Informationen, die aus acht Bits besteht. In einem Bit kann entweder 0 oder 1 gespeichert werden.
Bei Lochkarten wird ein Bit als Vorhandensein oder Abwesenheit eines Lochs an einer bestimmten Stelle in der Karte gespeichert. Wenn man etwas weiter in die Vergangenheit blickt, hin zur "Analytischen Maschine von Babbage", waren die Register, die Zahlen speicherten, gezahnte Räder. Bei magnetischen Speichermedien wie Bändern und Platten wird ein Bit durch die Polarität eines bestimmten Bereichs der Magnetfolie dargestellt. In modernem dynamischen RAM (DRAM) wird ein Bit oft als zweistufige elektrische Ladung repräsentiert, die in einem Gerät gespeichert wird, das elektrische Energie in einem elektrischen Feld speichert. Ein aufgeladenes oder entladenes Kondensator speichert das Datum.
Im Juni 1956 prägte das Wort um eine Gruppe von Bits zu kennzeichnen, die zur Kodierung eines einzelnen Zeichens . Lassen Sie uns ein wenig über die Zeichenkodierung sprechen. Beginnen wir mit dem American Standard Code for Information Interchange, oder ASCII (ASCII - amerikanischer Standardcode für die Informationsübertragung). ASCII basiert auf dem englischen Alphabet, weshalb jeder Buchstabe, jede Zahl und jedes Zeichen (a-z, A-Z, 0-9, +, -, /, ",! usw.) als 7-Bit-Ganzzahl von 32 bis 127 dargestellt wird. Das war nicht gerade «freundlich» gegenüber anderen Sprachen. Um andere Sprachen zu unterstützen, wurde Unicode entwickelt, das ASCII erweitert. In Unicode wird jedes Zeichen durch einen Codepunkt oder Charakter dargestellt, zum Beispiel der Kleinbuchstabe j — U+006A, wobei U für Unicode steht und dann die hexadezimale Zahl folgt.
UTF-8 ist der Standard zur Darstellung von Zeichen in Form von acht Bit, wodurch jede Code-Point im Bereich von 0-127 in einem Byte gespeichert werden kann. Wenn wir uns ASCII ansehen, ist dies für englische Zeichen durchaus normal, aber Zeichen anderer Sprachen werden oft in zwei oder mehr Bytes ausgedrückt. UTF-16 ist der Standard zur Darstellung von Zeichen in Form von 16 Bit, während UTF-32 der Standard zur Darstellung von Zeichen in Form von 32 Bit ist. In ASCII entspricht jedes Zeichen einem Byte, während im Unicode, was oft nicht ganz zutrifft, ein Zeichen 1, 2, 3 oder mehr Bytes belegen kann. In dem Artikel werden verschiedene bitweise Gruppierungen verwendet. Die Anzahl der Bits in einem Byte variiert je nach Konstruktion des Trägers.
In diesem Artikel unternehmen wir eine Zeitreise durch verschiedene Speichermedien, um in die Geschichte der Datenspeicherung einzutauchen. Wir werden keineswegs jeden einzelnen Speichertyp, der jemals erfunden wurde, eingehend untersuchen. Vor Ihnen steht ein unterhaltsamer Informationsartikel, der in keiner Weise Anspruch auf enzyklopädische Bedeutung erhebt.
Lassen Sie uns beginnen. Angenommen, wir haben ein Byte an Daten zum Speichern: den Buchstaben j, oder als kodiertes Byte 6a, oder in binär 01001010. Auf unserem zeitlichen Reise wird dieses Byte in verschiedenen Speichertechnologien verwendet, die beschrieben werden.
1951
Unsere Geschichte beginnt im Jahr 1951 mit dem Bandlaufwerk UNIVAC UNISERVO für den Computer UNIVAC 1. Es war das erste Bandlaufwerk, das für einen kommerziellen Computer entwickelt wurde. Das Band bestand aus einem dünnen Streifen aus vernickeltem Bronze mit einer Breite von 12,65 mm (genannt Vicalloy) und einer Länge von fast 366 Metern. Unsere Datenbytes konnten mit einer Geschwindigkeit von 7.200 Zeichen pro Sekunde auf dem Band gespeichert werden, das sich mit 2,54 Metern pro Sekunde bewegte. Zu diesem Zeitpunkt der Geschichte konnten Sie die Geschwindigkeit des Speicheralgorithmus anhand der zurückgelegten Strecke des Bandes messen.
1952
Wir springen ein Jahr in die Zukunft, zum 21. Mai 1952, als IBM die Einführung seines ersten Magnetbandblocks, IBM 726, ankündigte. Jetzt kann unser Datenbyte von der UNISERVO-Metallbänder auf das IBM-Magnetband übertragen werden. Dieses neue Zuhause war sehr gemütlich für unser kleines Datenbyte, da auf dem Band bis zu 2 Millionen Ziffern gespeichert werden können. Dieses 7-Spur-Magnetband bewegte sich mit einer Geschwindigkeit von 1,9 Metern pro Sekunde und einer Übertragungsrate von 12.500 oder 7500 (damals als Kopiergruppen bezeichnet) pro Sekunde. Zum Vergleich: Ein durchschnittlicher Artikel auf Habré hat etwa 10.000 Zeichen.
Das IBM 726 Band hatte sieben Spuren, von denen sechs zur Speicherung von Informationen dienten und eine zur Paritätskontrolle. Auf einer Spule fanden bis zu 400 Meter Band mit einer Breite von 1,25 cm Platz. Die Datenübertragungsrate erreichte theoretisch 12.500 Zeichen pro Sekunde; die Aufzeichnungsdichte betrug 40 Bit pro Zentimeter. In diesem System wurde die Methode des "Vakuumkanals" verwendet, bei der die Schlaufe des Bands zwischen zwei Punkten zirkulierte. Dies ermöglichte es dem Band, in Bruchteilen von Sekunden zu starten und zu stoppen. Dies wurde durch die Anordnung langer Vakuumkolonnen zwischen den Bandspulen und den Lese-/Schreibköpfen erreicht, um plötzliche Spannungsspitzen im Band aufzufangen, ohne die das Band in der Regel gerissen wäre. Ein abnehmbarer Plastikring auf der Rückseite der Bandspule sorgte für Schreibschutz. Auf einer Bandspule können etwa 1,1 .
Erinnern Sie sich an VHS-Kassetten? Was mussten Sie tun, um einen Film erneut anzusehen? Das Band zurückspulen! Wie oft haben Sie die Kassette mit einem Bleistift gedreht, um die Batterien zu schonen und ein Reißen oder Verknicken des Bandes zu vermeiden? Ähnliches gilt auch für die Bänder, die in Computern verwendet werden. Programme konnten nicht einfach über einen Abschnitt des Bandes springen oder zufällig auf Daten zugreifen; sie mussten Daten strikt sequenziell lesen und schreiben.
1956
Wenn wir einige Jahre in die Zukunft springen, ins Jahr 1956, begann das Zeitalter der Magnetdatenspeicherung mit dem Abschluss der Entwicklung des Computer-Systems RAMAC 305 durch IBM, das von Zellerbach Paper bereitgestellt wurde, . In diesem Computer wurde erstmals eine Festplatte mit beweglichem Kopf verwendet. Der RAMAC-Datenträger bestand aus fünfzig magnetisierten Metallplatten mit einem Durchmesser von 60,96 cm, die etwa fünf Millionen Zeichen Daten speichern konnten, 7 Bit pro Zeichen, und mit einer Geschwindigkeit von 1200 Umdrehungen pro Minute rotierten. Die Speicherkapazität betrug etwa 3,75 Megabyte.
RAMAC ermöglichte den Echtzeitzugriff auf große Datenmengen, im Gegensatz zu Magnetbändern oder Lochkarten. IBM bewarb RAMAC als ein Gerät, das das Äquivalent von 64.000 speichern konnte. Zuvor wurde im RAMAC das Konzept der kontinuierlichen Transaktionsverarbeitung eingeführt, sodass Daten sofort abgerufen werden konnten, solange sie noch frisch waren. Jetzt konnte auf unsere Daten im RAMAC mit einer Geschwindigkeit von 100.000 . Früher mussten wir beim Einsatz von Bändern sequentielle Daten schreiben und lesen, und wir konnten nicht zufällig verschiedene Stellen des Bands überspringen. Der zufällige Zugriff auf Daten in Echtzeit war zu dieser Zeit wahrhaft revolutionär.
1963
Lassen Sie uns in das Jahr 1963 zurückreisen, als DECtape vorgestellt wurde. Der Name stammt von der Digital Equipment Corporation, bekannt als DEC. DECtape war kostengünstig und zuverlässig, weshalb es in vielen Generationen von DEC-Computern verwendet wurde. Es handelte sich um ein 19-mm-Band, laminiert und zwischen zwei Schichten Mylar auf einer vier Zoll (10,16 cm) Spule eingelegt.
Im Gegensatz zu ihren schweren, großen Vorgängern konnte das DECtape-Band manuell transportiert werden. Dadurch war es eine ausgezeichnete Wahl für Personal Computer. Im Vergleich zu 7-Spur-Alternativen hatte das DECtape 6 Datenspuren, 2 Markierungsspuren und 2 für Taktsignale. Die Daten wurden mit einer Geschwindigkeit von 350 Bit pro Zoll (138 Bit pro cm) aufgezeichnet. Unser Datenbyte, das 8 Bit umfasst, aber auf 12 Bit erweitert werden kann, konnte mit einer Geschwindigkeit von 8325 12-Bit-Worten pro Sekunde auf das DECtape übertragen werden, bei einer Bandgeschwindigkeit von 93 (±12) Zoll in . Das sind 8 % mehr Ziffern pro Sekunde als auf dem Metallband UNISERVO im Jahr 1952.
1967
Vier Jahre später, im Jahr 1967, begann ein kleines Team von IBM mit der Arbeit an einem Laufwerk von IBM mit dem Code-Namen . Zu diesem Zeitpunkt hatte das Team die Aufgabe, eine zuverlässige und kostengünstige Möglichkeit zur Einführung von Mikrocodes in die . Das Projekt wurde später umgewidmet und umgestaltet, um Mikrocodes in den Controller der IBM 3330 Direct Access Storage Facility mit dem Codenamen Merlin zu laden.
Jetzt kann unser Byte auf den nur für Lesebetrieb verfügbaren 8-Zoll Mylar-Disketten mit magnetischer Beschichtung gespeichert werden, die heute als Disketten bekannt sind. Bei der Markteinführung erhielt das Produkt den Namen IBM 23FD Floppy Disk Drive System. Die Disketten konnten 80 Kilobyte Daten speichern. Im Gegensatz zu Festplatten konnte der Benutzer die Diskette in einer schützenden Hülle von einem Laufwerk zum anderen einfach transportieren. Später, im Jahr 1973, brachte IBM eine beschreibbare Diskette heraus, die dann zum Industriestandard wurde. .
1969
Im Jahr 1969 wurde an Bord des Raumfahrzeugs „Apollo 11“, das amerikanische Astronauten zum Mond und zurück brachte, der AGC (Apollo Guidance Computer) mit „Seilgedächtnis“ (rope memory) gestartet. Dieses Seilgedächtnis wurde von Hand gefertigt und konnte 72 Kilobyte Daten speichern. Die Herstellung von Seilgedächtnis war zeitaufwendig, langsam und erforderte Fähigkeiten, die mit dem Weben vergleichbar waren; das Einweben eines Programms in das Seilgedächtnis konnte Monate dauern. . Aber es war das richtige Werkzeug für die Zeit, als es entscheidend war, so viel wie möglich in einen stark begrenzten Raum zu packen. Wenn draht durch einen der runden Stränge ging, stellte es 1 dar. Der Draht, der um den Strang gewickelt war, stellte 0 dar. Unser Datenbyte erforderte von einem Menschen einige Minuten, um es in das Seil zu flechten.
1977
1977 wurde der Commodore PET veröffentlicht – der erste (erfolgreiche) Personal Computer. Im PET wurde das Commodore 1530 Datasette verwendet, was Daten plus Kassette bedeutet. PET wandelte die Daten in analoge Audiosignale um, die dann auf . Das ermöglichte eine kostengünstige und zuverlässige Lösung zur Datenspeicherung, wenn auch sehr langsam. Unser kleines Datenbyte konnte mit einer Geschwindigkeit von etwa 60-70 Bytes übermittelt werden . Kassetten konnten etwa 100 Kilobyte pro 30-minütiger Seite speichern, mit zwei Seiten pro Band. Zum Beispiel konnte man auf einer Seite einer Kassette etwa zwei 55 KB Bilder unterbringen. Datasette wurden auch im Commodore VIC-20 und Commodore 64 verwendet.
1978
Ein Jahr später, 1978, führten MCA und Philips LaserDisc unter dem Namen „Discovision“ ein. Der Film „Der weiße Hai“ war der erste Film, der in den USA auf LaserDisc verkauft wurde. Die Audio- und Videoqualität war weitaus besser als bei den Mitbewerbern, doch die LaserDisc war für die meisten Verbraucher zu teuer. Im Gegensatz zu VHS-Kassetten konnte man auf LaserDiscs nichts aufzeichnen, auf denen die Leute Fernsehsendungen aufnahmen. LaserDiscs arbeiteten mit Analogvideo, analogem FM-Stereo-Sound und Puls-Code-Modulation, oder PCM, digitalem Audio. Die Discs hatten einen Durchmesser von 12 Zoll (30,47 cm) und bestanden aus zwei beidseitigen Aluminiumscheiben, die mit Kunststoff beschichtet waren. Heute erinnert man sich an LaserDisc als Grundlage für CD und DVD. , oder PCM, digitalem Audio.
1979
Ein Jahr später, 1979, gründeten Alan Shugart und Finis Connor das Unternehmen Seagate Technology mit der Idee, die Festplatte auf die Größe einer 5¼-Zoll-Diskette zu skalieren, die zu der Zeit Standard war. Ihr erstes Produkt im Jahr 1980 war die Seagate ST506 - die erste Festplatte für kompakte Computer. Die Festplatte konnte fünf Megabyte Daten speichern, was damals fünfmal mehr war als die Standarddiskette. Die Gründer schafften es, ihr Ziel zu erreichen - die Größe der Festplatte auf die einer 5¼-Zoll-Diskette zu reduzieren. Das neue Speichermedium war eine feste Metallplatte, die auf beiden Seiten mit einer dünnen Schicht magnetischem Material für die Datenspeicherung beschichtet war. Unsere Bytes konnten mit einer Geschwindigkeit von 625 Kilobyte auf die Festplatte übertragen werden. . Das entspricht ungefähr .
1981
Lassen Sie uns ein paar Jahre voranschreiten, zu 1981, als Sony die ersten 3,5-Zoll-Disketten vorstellte. Hewlett-Packard war 1982 der erste Nachfolger dieser Technologie mit seinem HP-150. Dies machte die 3,5-Zoll-Disketten berühmt und führte zu ihrer weit verbreiteten Nutzung in . Disketten waren einseitig mit einer formatierten Kapazität von 161,2 Kilobyte und einer unformatierten Kapazität von 218,8 Kilobyte. Im Jahr 1982 wurde eine doppelseitige Version eingeführt, und das Konsortium Microfloppy Industry Committee (MIC), bestehend aus 23 Medienunternehmen, stellte die Spezifikation für die 3,5-Zoll-Diskette auf dem ursprünglichen Design von Sony auf, wodurch das Format in der Geschichte verankert wurde, wie wir es . Nun können unsere Datenbytes auf einer der am weitesten verbreiteten Speicherformen gespeichert werden: der 3,5-Zoll-Diskette. Später wurde ein Paar 3,5-Zoll-Disketten mit der wichtigste Teil meiner Kindheit.
1984
Kurz darauf, im Jahr 1984, wurde die Veröffentlichung einer nur lesbaren Datenträger-CD (engl. Compact Disc Read-Only Memory, CD-ROM) bekannt gegeben. Dies waren CD-ROMs mit einer Kapazität von 550 Megabyte von den Unternehmen Sony und Philips. Das Format entstand aus den digitalen Audio-CDs oder CD-DA, die zur Verbreitung von Musik verwendet wurden. Die CD-DA wurde 1982 von Sony und Philips entwickelt und hatte eine Kapazität von 74 Minuten. Der Legende nach bestand einer der vier Verhandler bei Sony und Philips darauf, dass sie die gesamte „Neunte Symphonie“. Das erste Produkt, das auf einer CD veröffentlicht wurde, war die „Elektronische Enzyklopädie Grolier“, die 1985 erschien. Die Enzyklopädie enthielt neun Millionen Wörter, die nur 12 % des verfügbaren Speicherplatzes beanspruchten, also 553 . Wir hätten mehr als genug Platz für die Enzyklopädie und ein Byte Daten. Kurz darauf, 1985, arbeiteten Computerunternehmen zusammen an der Entwicklung eines Standards für Discs, damit jeder Computer Informationen von ihnen lesen konnte.
1984
Ebenfalls im Jahr 1984 entwickelte Fujio Masuoka einen neuen Typ von Speicher mit einem Floating-Gate, der als Flash-Speicher bekannt ist und mehrfach gelöscht und neu beschrieben werden kann.
Lassen Sie uns einen Moment über Flash-Speicher sprechen, der einen Transistor mit einem Floating-Gate verwendet. Transistoren sind elektrische Tore, die einzeln ein- und ausgeschaltet werden können. Da jeder Transistor in zwei verschiedenen Zuständen (ein und aus) sein kann, kann er zwei unterschiedliche Zahlen speichern: 0 und 1. Das Floating-Gate bezieht sich auf das zweite Gate, das zum mittleren Transistor hinzugefügt wird. Dieses zweite Gate ist durch eine dünne Oxidschicht isoliert. Diese Transistoren verwenden eine geringe Spannung, die am Gate des Transistors angelegt wird, um anzuzeigen, ob er ein- oder ausgeschaltet ist, was wiederum in 0 oder 1 übersetzt wird.
Bei schwimmenden Transistoren, wenn eine entsprechende Spannung durch die Oxidschicht angelegt wird, gelangen Elektronen durch diese und bleiben an den Transistoren haften. Daher bleiben die Elektronen auch bei abgeschaltetem Strom auf ihnen. Wenn keine Elektronen an den schwimmenden Transistoren sind, repräsentieren sie 1, und wenn Elektronen haften, repräsentieren sie 0. Der umgekehrte Prozess und die Anlegung einer geeigneten Spannung durch die Oxidschicht in umgekehrter Richtung lassen die Elektronen durch die schwimmenden Transistoren fließen und stellen den Transistor in seinen ursprünglichen Zustand zurück. Aus diesem Grund sind die Zellen programmierbar und . Unser Byte kann im Transistor als 01001010 programmiert werden, wobei Elektronen, die in den schwimmenden Transistoren festgehalten werden, Nullen repräsentieren.
Das Masuoka-Design war etwas zugänglicher, aber weniger flexibel als elektrisch löschbare PROMs (EEPROM), da es mehrere Zellgruppen erforderte, die gemeinsam gelöscht werden mussten, was auch durch seine Geschwindigkeit erklärt wurde.
Zu diesem Zeitpunkt arbeitete Masuoka bei Toshiba. Schließlich verließ er das Unternehmen, um an der Tohoku-Universität zu arbeiten, da er unzufrieden war, dass das Unternehmen ihn für seine Arbeit nicht belohnt hatte. Masuoka klagte gegen Toshiba auf Schadensersatz. Im Jahr 2006 erhielt er 87 Millionen Yuan, was etwa 758.000 US-Dollar entspricht. Angesichts des Einflusses, den Flash-Speicher in der Branche hatte, erscheint das immer noch unbedeutend.
Da wir über Flash-Speicher sprechen, sollte auch der Unterschied zwischen NOR- und NAND-Flash-Speicher erwähnt werden. Wie wir von Masuoka wissen, speichert Flash Informationen in Speicherzellen, die aus Transistoren mit Floating-Gate bestehen. Die Namen der Technologien sind direkt damit verbunden, wie die Speicherzellen organisiert sind.
In NOR-Flash-Speicher sind die einzelnen Speicherzellen parallel verbunden, was zufälligen Zugriff ermöglicht. Diese Architektur verringert die Lesezeit, die für den zufälligen Zugriff auf die Mikroprozessoranweisungen erforderlich ist. NOR-Flash-Speicher eignet sich hervorragend für Anwendungen mit niedrigerer Dichte, die hauptsächlich nur für das Lesen gedacht sind. Aus diesem Grund laden die meisten CPUs ihre Firmware normalerweise aus dem NOR-Flash-Speicher. Masuoka und seine Kollegen präsentierten 1984 die Erfindung des NOR-Flash und des NAND-Flash. .
Die Entwickler von NAND-Flash haben auf die Möglichkeit des zufälligen Zugriffs verzichtet, um die Größe der Speicherzelle zu verringern. Dies führt zu einer kleineren Chipgröße und niedrigeren Kosten pro Bit. Die Architektur des NAND-Flash-Speichers besteht aus in Reihe geschalteten Speichertransistoren, die aus acht Teilen bestehen. Dadurch wird eine hohe Speicherdichte erreicht, die Größe der Speicherzelle verringert und das gleichzeitige Programmieren von Datenblöcken gewährleistet, was schnellere Schreib- und Löschvorgänge ermöglicht. Dies wird durch die Notwendigkeit, Daten neu zu schreiben, wenn sie nicht sequenziell geschrieben werden und die Daten bereits in einem .
1991
Wir gehen zurück ins Jahr 1991, als SanDisk einen Prototyp der Solid State Drive (SSD) entwickelte, damals bekannt unter dem Namen . Die Konstruktion kombinierte ein Flash-Speicher-Array, energieunabhängige Chips und einen intelligenten Controller zur automatischen Erkennung und Korrektur defekter Zellen. Die Speicherkapazität betrug 20 Megabyte im 2,5-Zoll-Formfaktor, und die Kosten wurden auf etwa 1000 US-Dollar geschätzt. Diese Festplatte wurde von IBM in einem Computer verwendet. .
1994
Einer meiner Favoriten aus der Kindheit waren die Zip-Disketten. 1994 brachte die Firma Iomega die Zip-Disk heraus, eine 100-Megabyte-Kartusche im 3,5-Zoll-Format, die etwas dicker war als die Standard-3,5-Zoll-Diskette. Neuere Versionen konnten bis zu 2 Gigabyte speichern. Der Vorteil dieser Disketten war, dass sie die Größe einer Diskette hatten, aber einen größeren Datenspeicher ermöglichten. Wir konnten Daten mit einer Geschwindigkeit von 1,4 Megabyte pro Sekunde auf die Zip-Disk schreiben. Zum Vergleich: Eine 1,44-Megabyte-3,5-Zoll-Diskette wurde zu dieser Zeit mit etwa 16 Kilobyte pro Sekunde beschrieben. Auf der Zip-Disk lesen und schreiben die Köpfe kontaktlos Daten, indem sie über die Oberfläche „schweben“, was dem Funktionsprinzip einer Festplatte ähnelt, jedoch von anderen Diskettentypen abweicht. Bald wurden Zip-Disketten aufgrund von Zuverlässigkeitsproblemen und Verfügbarkeit überflüssig.
1994
Im selben Jahr stellte SanDisk CompactFlash vor, das weit verbreitet in Digitalkameras verwendet wurde. Wie bei CDs basiert die Geschwindigkeit von CompactFlash auf „x“-Ratings wie 8x, 20x, 133x und mehr. Die maximale Datenübertragungsrate wird basierend auf der Übertragungsgeschwindigkeit eines originalen Audio-CDs, 150 Kilobyte pro Sekunde, berechnet. Die Übertragungsgeschwindigkeit wird als R = K × 150 kB/s dargestellt, wobei R die Übertragungsgeschwindigkeit und K die Nennrate ist. Somit wird bei 133x CompactFlash unser Datenbyte mit 133 × 150 kB/s oder etwa 19.950 kB/s oder 19,95 MB/s aufgezeichnet. Die CompactFlash Association wurde 1995 gegründet, um einen industriellen Standard für Flashspeicherkarten zu schaffen.
1997
Einige Jahre später, im Jahr 1997, wurde die wiederbeschreibbare CD (CD-RW) eingeführt. Diese optische Disc wurde zur Datenspeicherung sowie zum Kopieren und Übertragen von Dateien auf verschiedene Geräte verwendet. Wiederbeschreibbare CDs können etwa 1000 Mal beschrieben werden, was zu dieser Zeit kein limitierender Faktor war, da Benutzer selten Daten überschrieben.
CD-RWs basieren auf der Technologie der Änderung der Reflexionsfähigkeit der Oberfläche. Bei CD-RWs verursachen Phasenverschiebungen in einer speziellen Beschichtung aus Silber, Tellur und Indium die Fähigkeit, den Lesestrahl zu reflektieren oder nicht zu reflektieren, was 0 oder 1 bedeutet. Wenn die Verbindung im kristallinen Zustand ist, ist sie durchsichtig, was 1 bedeutet. Wenn die Verbindung in einen amorphen Zustand schmilzt, wird sie undurchsichtig und nicht reflektierend, was 0 bedeutet. Somit könnten wir unser Datenbyte als 01001010 aufzeichnen.
DVDs haben letztendlich den Großteil des Marktes von CD-RWs eingenommen.
1999
Lassen Sie uns ins Jahr 1999 zurückblicken, als IBM die kleinsten Festplatten der Welt vorstellte: die IBM-Mikrodisketten mit 170 und 340 MB. Diese kompakten Festplatten maßen lediglich 2,54 cm und waren für die Installation in CompactFlash Type II-Slots vorgesehen. Es war geplant, ein Gerät zu entwickeln, das wie CompactFlash, jedoch mit höherer Speicherkapazität, verwendet wird. Bald wurden sie jedoch durch USB-Sticks und später durch größere CompactFlash-Karten ersetzt, die nach und nach verfügbar wurden. Wie andere Festplatten waren die Mikrodisketten mechanisch und enthielten kleine rotierende Scheiben.
2000
Ein Jahr später, im Jahr 2000, wurden USB-Sticks vorgestellt. Diese Speichermedien bestanden aus Flash-Speicher und waren in einem kompakten Formfaktor mit USB-Schnittstelle untergebracht. Je nach der verwendeten USB-Version konnte die Geschwindigkeit variieren. USB 1.1 ist auf 1,5 Megabit pro Sekunde begrenzt, während USB 2.0 35 Megabit pro Sekunde verarbeiten kann. , und USB 3.0 bietet eine Übertragungsrate von 625 Megabit pro Sekunde. Die ersten USB 3.1 Typ C Speichergeräte wurden im März 2015 angekündigt und hatten eine Lese-/Schreibgeschwindigkeit von 530 Megabit pro Sekunde. Im Gegensatz zu Disketten und optischen Datenträgern sind USB-Geräte schwieriger zu zerkratzen, bieten jedoch die gleichen Möglichkeiten zur Datenspeicherung sowie zum Übertragen und Sichern von Dateien. Disketten- und CD-Laufwerke wurden schnell von USB-Ports verdrängt.
2005
Im Jahr 2005 begannen Festplattenhersteller (HDD) mit der Lieferung von Produkten, die die senkrechte magnetische Aufzeichnung, oder PMR, verwenden. Interessanterweise geschah dies zur gleichen Zeit, als der iPod Nano die Verwendung von Flash-Speicher anstelle der 1-Zoll-Festplatten im iPod Mini bekannt gab.
Eine typische Festplatte enthält eine oder mehrere Festplatten, die mit einer magnetempfindlichen Schicht aus winzigen magnetischen Körnern beschichtet sind. Daten werden aufgezeichnet, wenn der magnetische Schreibkopf über die rotierende Platte hinwegfährt. Dies ähnelt sehr einem traditionellen Plattenspieler, mit dem Unterschied, dass die Nadel beim Plattenspieler physischen Kontakt mit der Platte hat. Während sich die Platten drehen, erzeugt die Luft, die mit ihnen in Kontakt kommt, einen leichten Luftzug. Ähnlich wie die Luft am Flügel eines Flugzeugs Auftrieb erzeugt, erzeugt die Luft Auftrieb auf dem Kopf der aerodynamischen Oberfläche. . Der Kopf ändert schnell die Magnetisierung eines magnetischen Bereichs der Körner, sodass sein magnetischer Pol nach oben oder unten zeigt, was 1 oder 0 bedeutet.
Der Vorgänger der PMR war die longitudinale magnetische Aufzeichnung, oder LMR. Die Schreibdichte der PMR kann die Schreibdichte der LMR um mehr als das Dreifache übertreffen. Der Hauptunterschied zwischen PMR und LMR besteht darin, dass die Struktur der Körner und die magnetische Ausrichtung der gespeicherten Daten auf PMR-Medien säulenartig und nicht longitudinal sind. PMR bietet eine bessere thermische Stabilität und ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) dank einer besseren Körnertrennung und Gleichmäßigkeit. Zudem zeichnet sich PMR durch eine verbesserte Schreibfähigkeit aus, die auf stärkere Feldköpfe und eine bessere magnetische Ausrichtung des Mediums zurückzuführen ist. Wie auch die LMR basieren die grundlegenden Einschränkungen der PMR auf der thermischen Stabilität der von Magneten aufgezeichneten Datenbits und der Notwendigkeit, ein ausreichendes SNR für das Lesen der gespeicherten Informationen zu haben.
2007
Im Jahr 2007 wurde die Einführung der ersten 1-TB-Festplatte von Hitachi Global Storage Technologies angekündigt. Die Hitachi Deskstar 7K1000 verwendete fünf 3,5-Zoll-Platten mit jeweils 200 Gigabyte und drehte sich mit einer Geschwindigkeit von U/min. Dies stellt einen erheblichen Vorteil im Vergleich zur weltweit ersten Festplatte, der IBM RAMAC 350, dar, deren Kapazität etwa 3,75 Megabyte betrug. Oh, wie weit wir in 51 Jahren gekommen sind! Aber warten Sie, da ist noch mehr.
2009
Im Jahr 2009 begannen die technischen Arbeiten zur Schaffung eines energieunabhängigen Schnellrahmens, oder . Nicht-flüchtiger Speicher (NVM) ist eine Art von Speicher, der Daten dauerhaft speichern kann, im Gegensatz zu flüchtigem Speicher, der eine kontinuierliche Stromversorgung benötigt, um Daten zu behalten. NVMe erfüllt das Bedürfnis nach einer skalierbaren Host-Controller-Schnittstelle für Peripheriegeräte, die auf Halbleiterspeichermedien basieren und die PCIe-Technologie unterstützen, was sich im Namen NVMe widerspiegelt. Über 90 Unternehmen sind in die Arbeitsgruppe zur Entwicklung des Projekts eingetreten. Dies basierte auf den Ergebnissen der Arbeiten zur Definition der Schnittstellenspezifikation für nicht-flüchtigen Speicher-Host-Controller (NVMHCIS). Die besten NVMe-Laufwerke können derzeit etwa 3500 Megabyte pro Sekunde beim Lesen und 3300 Megabyte pro Sekunde beim Schreiben verarbeiten. Ein Byte Daten j, mit dem wir begonnen haben, kann sehr schnell aufgezeichnet werden im Vergleich zu ein paar Minuten manuellem Flechten von Seilspeicher für den Apollo Guidance Computer.
Gegenwart und Zukunft
Storage Class Memory
Jetzt, da wir eine Zeitreise gemacht haben (haha!), werfen wir einen Blick auf den aktuellen Stand des Speicher-Systems Storage Class Memory. SCM ist wie NVM beständig, bietet jedoch eine Leistung, die mit der Hauptspeicherleistung gleichwertig oder überlegen ist, und darüber hinaus . Das Ziel von SCM besteht darin, einige der heutigen Cache-Probleme zu lösen, wie die geringe Dichte von statischem Random-Access-Speicher (SRAM). Mit dynamischem RAM (DRAM) können wir eine bessere Dichte erreichen, aber das geschieht auf Kosten eines langsameren Zugriffs. DRAM leidet auch unter dem Bedarf an konstantem Strom, um den Speicher zu aktualisieren. Lassen Sie uns das etwas näher betrachten. Strom ist erforderlich, da die elektrische Ladung in den Kondensatoren allmählich entweicht; ohne Eingreifen gehen die Daten auf dem Chip bald verloren. Um ein solches Entweichen zu verhindern, benötigt DRAM eine externe Speicheraktualisierungsschaltung, die periodisch die Daten in den Kondensatoren neu schreibt, um sie auf die ursprüngliche Ladung zurückzusetzen.
Phasenwechsel-Speicher (Phase-change memory, PCM)
Früher haben wir betrachtet, wie sich die Phase für CD-RW ändert. PCM ist ähnlich. Das Material für die Phasenänderung ist in der Regel Ge-Sb-Te, auch bekannt als GST, das in zwei verschiedenen Zuständen existieren kann: amorph und kristallin. Der amorphe Zustand hat einen höheren Widerstand, der 0 anzeigt, während der kristalline Zustand 1 anzeigt. Indem man den Daten Werte zuweist, die den Zwischensprüngen zwischen den Widerständen entsprechen, kann PCM verwendet werden, um mehrere Zustände in Form von zu speichern. .
Spin-Transfer Torque Random Access Memory (STT-RAM)
STT-RAM besteht aus zwei ferromagnetischen, permanenten Magnetschichten, die durch ein Dielektrikum getrennt sind, das heißt, einem Isolator, der elektrische Energie übertragen kann, ohne zu leiten. Es speichert Bits von Daten, die auf der Differenz der magnetischen Ausrichtungen basieren. Eine der magnetischen Schichten, die als feste Schicht bezeichnet wird, hat eine feste magnetische Ausrichtung, während die andere Schicht, die als freie Schicht bezeichnet wird, eine magnetische Ausrichtung hat, die durch den fließenden Strom gesteuert wird. Für die 1 richten sich die Magnetisierungsrichtungen der beiden Schichten aus. Für die 0 haben beide Schichten entgegengesetzte magnetische Richtungen.
Resistive Random Access Memory (ReRAM)
Eine ReRAM-Zelle besteht aus zwei metallischen Elektroden, die durch eine Oxidschicht voneinander getrennt sind. Ähnlich wie beim Design des Masuoka-Flashspeichers dringen die Elektronen durch die Oxidschicht ein und bleiben in den schwebenden Toren stecken oder umgekehrt. Bei der Verwendung von ReRAM wird der Zustand der Zelle jedoch auf der Grundlage der Konzentration von freiem Sauerstoff in der Oxidschicht des Metalls bestimmt.
Trotz der vielversprechenden Technologien gibt es dennoch Nachteile. PCM und STT-RAM weisen eine hohe Schreibverzögerung auf. Die Verzögerungen bei PCM sind zehnmal höher als bei DRAM, während sie bei STT-RAM zehnmal höher als bei SRAM sind. PCM und ReRAM haben eine Begrenzung für die Dauer des Schreibens, bevor schwerwiegende Fehler auftreten, was bedeutet, dass das Speicherelement bei .
Im August 2015 kündigte Intel die Einführung von Optane an, einem Produkt, das auf 3DXPoint basiert. Optane behauptet, eine Leistung zu bieten, die 1000-mal höher ist als die von NAND-Flash-Laufwerken, während der Preis vier- bis fünfmal höher ist als der von Flash-Speicher. Optane ist der Beweis dafür, dass SCM nicht nur eine experimentelle Technologie ist. Es wird interessant sein, die Entwicklung dieser Technologien zu beobachten.
Festplatten (HDD)
Helium-Festplatte (HHDD)
Eine Helium-Festplatte ist eine große Festplatte (HDD), die mit Helium gefüllt und während der Produktion hermetisch verschlossen wird. Wie andere Festplatten auch, ist sie, wie bereits erwähnt, ähnlich einem Plattenspieler mit rotierender Magnetplatte. Typische Festplatten enthalten einfach Luft in ihrem Innenraum, jedoch verursacht diese Luft einen gewissen Widerstand beim Drehen der Platten.
Heliumballons fliegen, weil Helium leichter als Luft ist. Tatsächlich hat Helium nur 1/7 der Dichte von Luft, was die Bremskraft beim Rotieren der Platten verringert und somit den Energiebedarf für das Drehen der Scheiben reduziert. Diese Eigenschaft ist jedoch sekundär; das Hauptmerkmal von Helium besteht darin, dass es die Möglichkeit bietet, 7 Platten im gleichen Formfaktor zu verpacken, der normalerweise nur 5 aufnehmen konnte. Wenn wir an die Analogie mit dem Flügel unseres Flugzeugs denken, ist dies der ideale Vergleich. Da Helium den Widerstand verringert, wird Turbulenz ausgeschlossen.
Es ist auch bekannt, dass Heliumballons nach einigen Tagen absinken, da das Helium entweicht. Dasselbe gilt für Speicherlaufwerke. Es hat Jahre gedauert, bis die Hersteller einen Behälter entwickeln konnten, der den Heliumaustritt aus dem Formfaktor während der gesamten Lebensdauer des Laufwerks verhindert. Das Unternehmen Backblaze hat Experimente durchgeführt und herausgefunden, dass die jährliche Fehlerrate von Heliumfestplatten 1,03 % betrug, während sie bei Standardlaufwerken 1,06 % betrug. Natürlich ist dieser Unterschied so gering, dass man daraus keine ernsthafte Schlussfolgerung ziehen kann. .
Ein mit Helium gefüllter Formfaktor kann eine Festplatte enthalten, die entweder mit der oben genannten PMR-Technologie oder mit microwave-assisted magnetic recording (MAMR) oder heat-assisted magnetic recording (HAMR) verkapselt ist. Jede magnetische Datenspeichertechnologie kann mit Helium anstelle von Luft kombiniert werden. Im Jahr 2014 kombinierte HGST zwei fortschrittliche Technologien in ihrer 10 TB Heliumfestplatte, die eine host-gesteuerte schindelartige magnetische Aufzeichnung oder Shingled Magnetic Recording (SMR) verwendete. Lassen Sie uns kurz auf SMR eingehen und dann MAMR und HAMR betrachten.
Technologie der schuppigen magnetischen Aufzeichnung
Zuvor haben wir die senkrechte magnetische Aufzeichnung (PMR) betrachtet, die dem SMR vorausging. Im Gegensatz zu PMR schreibt SMR neue Spuren, die einen Teil der zuvor aufgezeichneten magnetischen Spur überdecken. Dadurch wird die vorherige Spur schmaler, was eine höhere Spurendichte ermöglicht. Der Name der Technologie stammt daher, dass die überlappenden Spuren sehr ähnlich wie Dachziegelreihen aussehen.
SMR führt zu einem viel komplizierteren Schreibprozess, da beim Schreiben auf eine Spur die benachbarte Spur überschrieben wird. Dies tritt nicht auf, wenn die Unterlage der Festplatte leer ist und die Daten sequenziell sind. Doch sobald Sie auf eine Reihe von Spuren schreiben, die bereits Daten enthalten, werden die bestehenden benachbarten Daten gelöscht. Wenn eine angrenzende Spur Daten enthält, muss sie neu geschrieben werden. Das ist ziemlich ähnlich wie bei NAND-Flash, über das wir zuvor gesprochen haben.
SMR-Geräte ermöglichen es, diese Komplexität durch die Steuerung der Firmware zu verbergen, wodurch eine Benutzeroberfläche entsteht, die jeder anderen Festplatte ähnelt. Auf der anderen Seite erlauben SMR-Geräte, die vom Host gesteuert werden, ohne spezielle Anpassungen der Anwendungen und Betriebssysteme keine Nutzung dieser Festplatten. Der Host muss die Daten strikt sequenziell auf die Geräte schreiben. Dabei ist die Leistung der Geräte zu 100 % vorhersehbar. Seagate begann 2013 mit der Lieferung von SMR-Festplatten und behauptete, dass deren Dichte um 25 % dichter als PMR ist.
Mikrowellenunterstützte magnetische Aufnahme (MAMR)
Microwave-assisted magnetic recording (MAMR) ist eine Magnetse speichertechnologie, die Energie nutzt, die ähnlich wie bei HAMR (das wir später betrachten werden) ist. Ein wichtiger Bestandteil von MAMR ist der Spin Torque Oscillator (STO) oder "Spin-Drehgenerator". Der STO befindet sich in unmittelbarer Nähe zum Schreibkopf. Bei Anlegen eines Stroms im STO entsteht ein kreisförmiges elektromagnetisches Feld mit einer Frequenz von 20-40 GHz durch die Polarisation der Elektronenspin.
Bei der Einwirkung eines solchen Feldes in einem Ferromagneten, der für MAMR verwendet wird, kommt es zu Resonanzen, die die Präzession der magnetischen Momente der Domänen in diesem Feld verursachen. Im Grunde wird das magnetische Moment von seiner Achse abgelenkt, und um seine Richtung (Umkehrung) zu ändern, benötigt der Lesekopf erheblich weniger Energie.
Der Einsatz der MAMR-Technologie ermöglicht es, ferromagnetische Materialien mit höherer Koerzitivkraft zu verwenden. Dies bedeutet, dass die Größe der magnetischen Domänen verringert werden kann, ohne den superparamagnetischen Effekt zu riskieren. Der STO-Generator hilft dabei, die Größe des Lesekopfes zu reduzieren, was es ermöglicht, Informationen auf kleiner dimensionierte magnetische Domänen zu speichern und somit die Datendichte zu erhöhen.
Das Unternehmen Western Digital, auch bekannt als WD, stellte diese Technologie im Jahr 2017 vor. Bald darauf, im Jahr 2018, unterstützte das Unternehmen Toshiba diese Technologie. Während WD und Toshiba mit der Entwicklung der MAMR-Technologie beschäftigt sind, setzt Seagate auf HAMR.
Thermomagnetische Aufnahme (HAMR)
Die wärmeassistierte magnetische Aufzeichnung (HAMR) ist eine energieeffiziente magnetische Datenspeichertechnologie, die es ermöglicht, die Datenmenge, die auf einem magnetischen Medium, wie beispielsweise einer Festplatte, gespeichert werden kann, erheblich zu erhöhen. Dies geschieht durch den Einsatz von Wärme, die durch einen Laser zugeführt wird, um die Daten auf die Oberfläche des Festplattensubstrats zu schreiben. Durch die Erwärmung können die Datenbits viel enger auf dem Datenträger platziert werden, was die Dichte und Kapazität der Daten erhöht.
Die Implementierung dieser Technologie ist recht komplex. Ein 200 mW Laser erhitzt schnell Ein winziger Bereich von bis zu 400 °C vor dem Schreiben, ohne die anderen Daten auf der Festplatte zu stören oder zu beschädigen. Der Heiz-, Schreib- und Kühlprozess muss in weniger als einer Nanosekunde abgeschlossen sein. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, war die Entwicklung von nanoskaligen Oberflächenplasmons erforderlich, auch bekannt als Oberflächenlaser, anstelle einer direkten Laserheizung, sowie neuer Glasplatten und temperaturregulierender Beschichtungen, die schnelles punktuelles Heizen ohne Beschädigung des Schreibkopfs oder benachbarter Daten ermöglichen, sowie verschiedene andere technische Probleme, die überwunden werden mussten.
Trotz zahlreicher skeptischer Äußerungen demonstrierte Seagate diese Technologie erstmals im Jahr 2013. Die ersten Festplatten wurden 2018 ausgeliefert.
Filmende, spule zum Anfang!
Wir begannen im Jahr 1951 und schließen den Artikel mit einem Blick in die Zukunft der Datenspeichertechnologie ab. Datenspeicher haben sich im Laufe der Zeit stark verändert: von Papierband über metallische und magnetische Speicher, Seil-Speicher, rotierende Platten, optische Disks, Flash-Speicher und andere. Im Zuge des Fortschritts entstanden schnellere, kompaktere und leistungsfähigere Speichermedien.
Wenn man NVMe mit dem metallischen Band UNISERVO aus dem Jahr 1951 vergleicht, kann NVMe 486.111 % mehr Daten pro Sekunde lesen. Im Vergleich zu meinen Kindheitserinnerungen, den Zip-Disks, kann NVMe 213.623 % mehr Daten pro Sekunde lesen.
Das Einzige, was konstant bleibt, ist die Verwendung von 0 und 1. Die Methoden, mit denen wir dies tun, variieren erheblich. Ich hoffe, dass Sie das nächste Mal, wenn Sie eine CD-RW mit Songs für einen Freund brennen oder ein Heimvideo im Optical Disc Archive speichern, daran denken, wie die reflektierende Oberfläche den Wert in 0 übersetzt, während eine nicht reflektierende Oberfläche ihn in 1 verwandelt. Oder wenn Sie ein Mixtape auf eine Kassette aufnehmen, denken Sie daran, dass dies eng mit dem Datasette zusammenhängt, das im Commodore PET verwendet wurde. Vergessen Sie schließlich nicht, freundlich zu sein und zurückzuspulen.
Danke und für die Leckereien (ich kann einfach nicht anders) während des gesamten Artikels!
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Quelle: habr.com
