Cualquier proveedor de la nube ofrece servicios de almacenamiento de datos. Pueden ser almacenes fríos y calientes, helados, etc. Almacenar información en la nube es bastante conveniente. Pero, ¿cómo se almacenaban realmente los datos hace 10, 20 o 50 años? Cloud4Y tradujo un artículo interesante que habla precisamente de esto.
Un byte de datos se puede almacenar de diversas formas, ya que todo el tiempo aparecen nuevos medios de almacenamiento, más avanzados y más rápidos. Un byte es una unidad de almacenamiento y procesamiento de información digital, que consta de ocho bits. Un bit puede contener 0 o 1.
En el caso de tarjetas perforadas, el bit se almacena como la presencia/ausencia de un agujero en la tarjeta en un lugar determinado. Si retrocedemos un poco más hasta la máquina analítica de Babbage, los registros que almacenaban números eran engranajes. En los dispositivos de almacenamiento magnético, como cintas y discos, un bit está representado por la polaridad de un área específica de la película magnética. En la memoria dinámica de acceso aleatorio (DRAM) moderna, un bit a menudo se representa como una carga eléctrica de dos niveles almacenada en un dispositivo que almacena energía eléctrica en un campo eléctrico. Un contenedor cargado o descargado almacena un poco de datos.
En junio 1956 del año. inventó la palabra para denotar un grupo de bits utilizados para codificar un solo carácter . Hablemos un poco sobre la codificación de caracteres. Comencemos con el código estándar estadounidense para el intercambio de información, o ASCII. ASCII se basó en el alfabeto inglés, por lo que cada letra, número y símbolo (az, AZ, 0-9, +, -, /, ",!, etc. ) se representaron como un entero de 7 bits de 32 a 127. Esto no era exactamente "amigable" para otros idiomas. Para admitir otros idiomas, Unicode extendió ASCII. En Unicode cada carácter se representa como un punto de código o símbolo, por ejemplo. , la j minúscula es U+006A, donde U significa Unicode y luego un número hexadecimal.
UTF-8 es un estándar para representar caracteres como ocho bits, lo que permite almacenar cada punto de código en el rango 0-127 en un solo byte. Si recordamos ASCII, esto es bastante normal para los caracteres en inglés, pero los caracteres de otros idiomas suelen expresarse en dos o más bytes. UTF-16 es un estándar para representar caracteres de 16 bits y UTF-32 es un estándar para representar caracteres de 32 bits. En ASCII, cada carácter es un byte, pero en Unicode, lo que muchas veces no es del todo cierto, un carácter puede ocupar 1, 2, 3 o más bytes. El artículo utilizará agrupaciones de bits de diferentes tamaños. La cantidad de bits en un byte varía según el diseño del medio.
En este artículo viajaremos en el tiempo a través de diversos soportes de almacenamiento para profundizar en la historia del almacenamiento de datos. En ningún caso comenzaremos a estudiar en profundidad todos los medios de almacenamiento que se hayan inventado. Este es un artículo informativo divertido que de ninguna manera pretende tener importancia enciclopédica.
Empecemos. Digamos que tenemos un byte de datos para almacenar: la letra j, ya sea como un byte codificado 6a o como un binario 01001010. A medida que viajamos en el tiempo, el byte de datos se utilizará en varias tecnologías de almacenamiento que se describirán.
1951
Nuestra historia comienza en 1951 con la unidad de cinta UNIVAC UNISERVO para la computadora UNIVAC 1. Fue la primera unidad de cinta creada para una computadora comercial. La banda estaba hecha de una fina tira de bronce niquelado, de 12,65 mm de ancho (llamada Vicalloy) y casi 366 metros de largo. Nuestros bytes de datos podrían almacenarse a 7 caracteres por segundo en una cinta que se mueve a 200 metros por segundo. En este momento de la historia, se podía medir la velocidad de un algoritmo de almacenamiento por la distancia que viajaba la cinta.
1952
Un año después, el 21 de mayo de 1952, cuando IBM anunció el lanzamiento de su primera unidad de cinta magnética, la IBM 726. Nuestro byte de datos ahora podía trasladarse de la cinta metálica de UNISERVO a la cinta magnética de IBM. Este nuevo hogar resultó ser muy acogedor para nuestro pequeño byte de datos, ya que la cinta puede almacenar hasta 2 millones de dígitos. Esta cinta magnética de 7 pistas se movía a 1,9 metros por segundo con una velocidad de 12 baudios. или 7500 (en ese momento llamados grupos de copia) por segundo. Como referencia: un artículo medio sobre Habré tiene aproximadamente 10 caracteres.
La cinta IBM 726 tenía siete pistas, seis de las cuales se utilizaban para almacenar información y una para el control de paridad. En una bobina cabían hasta 400 metros de cinta de 1,25 cm de ancho y la velocidad de transferencia de datos alcanzaba teóricamente los 12,5 mil caracteres por segundo; La densidad de grabación es de 40 bits por centímetro. Este sistema utilizaba un método de "canal de vacío" en el que un bucle de cinta circulaba entre dos puntos. Esto permitió que la cinta comenzara y se detuviera en una fracción de segundo. Esto se logró colocando largas columnas de vacío entre los carretes de cinta y los cabezales de lectura/escritura para absorber el aumento repentino de tensión en la cinta, sin el cual la cinta normalmente se rompería. Un anillo de plástico extraíble en la parte posterior del carrete de cinta proporcionaba protección contra escritura. Un carrete de cinta puede almacenar aproximadamente 1,1 .
Recuerde las cintas VHS. ¿Qué tuviste que hacer para volver a ver la película? ¡Rebobina la cinta! ¿Cuántas veces has hecho girar un casete para tu reproductor con un lápiz para no desperdiciar pilas y que la cinta se rompa o se atasque? Lo mismo puede decirse de las cintas utilizadas para ordenadores. Los programas no podían simplemente saltar por la cinta o acceder a datos aleatoriamente, podían leer y escribir datos de forma estrictamente secuencial.
1956
Unos años más tarde, en 1956, la era del almacenamiento en disco magnético comenzó cuando IBM completó el sistema informático RAMAC 305, que Zellerbach Paper suministró a . Esta computadora fue la primera en utilizar un disco duro con cabezal móvil. La unidad de disco RAMAC constaba de cincuenta platos metálicos magnetizados con un diámetro de 60,96 cm, capaces de almacenar aproximadamente cinco millones de caracteres de datos, 7 bits por carácter, y girar a 1200 revoluciones por minuto. La capacidad de almacenamiento era de unos 3,75 megabytes.
RAMAC permitía el acceso en tiempo real a grandes cantidades de datos, a diferencia de las cintas magnéticas o las tarjetas perforadas. IBM anunció que el RAMAC era capaz de almacenar el equivalente a 64 . Anteriormente, RAMRAC introdujo el concepto de procesar continuamente las transacciones a medida que ocurren, de modo que los datos pudieran recuperarse inmediatamente mientras aún estaban frescos. Ahora se puede acceder a nuestros datos en RAMAC a velocidades de 100 . Anteriormente, cuando usábamos cintas, teníamos que escribir y leer datos secuenciales y no podíamos saltar accidentalmente a diferentes partes de la cinta. El acceso aleatorio en tiempo real a los datos fue realmente revolucionario en ese momento.
1963
Avancemos hasta 1963 cuando se introdujo DECtape. El nombre proviene de Digital Equipment Corporation, conocida como DEC. DECtape era económico y confiable, por lo que se usó en muchas generaciones de computadoras DEC. Era una cinta de 19 mm, laminada y intercalada entre dos capas de Mylar en un carrete de cuatro pulgadas (10,16 cm).
A diferencia de sus pesados y voluminosos predecesores, DECtape se podía llevar en la mano. Esto lo convirtió en una excelente opción para computadoras personales. A diferencia de sus homólogos de 7 pistas, DECtape tenía 6 pistas de datos, 2 pistas de referencia y 2 de reloj. Los datos se registraron a 350 bits por pulgada (138 bits por cm). Nuestro byte de datos, que tiene 8 bits pero se puede ampliar a 12, podría transferirse a DECtape a 8325 palabras de 12 bits por segundo a una velocidad de cinta de 93 (±12) pulgadas por segundo. . Esto es un 8% más de dígitos por segundo que la cinta metálica UNISERVO en 1952.
1967
Cuatro años más tarde, en 1967, un pequeño equipo de IBM comenzó a trabajar en la unidad de disquete IBM, cuyo nombre en código . Luego, al equipo se le asignó la tarea de desarrollar una forma confiable y económica de cargar microcódigos en Sistema IBM/370. Posteriormente, el proyecto fue reutilizado y reutilizado para cargar microcódigo en un controlador para IBM 3330 Direct Access Storage Facility, con nombre en código Merlin.
Nuestro byte ahora podría almacenarse en disquetes Mylar de sólo lectura de 8 pulgadas con revestimiento magnético, conocidos hoy como disquetes. En el momento del lanzamiento, el producto se llamaba IBM 23FD Floppy Disk Drive System. Los discos podrían contener 80 kilobytes de datos. A diferencia de los discos duros, un usuario podría mover fácilmente un disquete en una carcasa protectora de una unidad a otra. Más tarde, en 1973, IBM lanzó el disquete de lectura/escritura, que luego se convirtió en un producto industrial. .
1969
En 1969, se lanzó el Apollo Guidance Computer (AGC) con memoria de cuerda a bordo de la nave espacial Apollo 11, que llevó a los astronautas estadounidenses a la Luna y de regreso. Esta memoria de cuerda fue hecha a mano y podía contener 72 kilobytes de datos. La producción de memoria de cuerda requería mucha mano de obra, era lenta y requería habilidades similares a las de tejer; podría tomar . Pero era la herramienta adecuada para aquellos momentos en los que era importante encajar el máximo en un espacio estrictamente limitado. Cuando el cable pasó a través de uno de los hilos circulares, representó un 1. El cable que pasó alrededor del hilo representó un 0. Nuestro byte de datos requirió que una persona entrelazara la cuerda durante varios minutos.
1977
En 1977, se lanzó el Commodore PET, el primer ordenador personal (de éxito). El PET utilizó un Commodore 1530 Datasette, que significa datos más casete. PET convirtió los datos en señales de audio analógicas, que luego se almacenaron en . Esto nos permitió crear una solución de almacenamiento rentable y confiable, aunque muy lenta. Nuestro pequeño byte de datos podría transferirse a una velocidad de aproximadamente 60-70 bytes por . Los casetes podían contener unos 100 kilobytes por cara de 30 minutos, con dos caras por cinta. Por ejemplo, un lado de un casete podría contener aproximadamente dos imágenes de 55 KB. Los conjuntos de datos también se utilizaron en el Commodore VIC-20 y el Commodore 64.
1978
Un año más tarde, en 1978, MCA y Philips introdujeron LaserDisc con el nombre de "Discovision". Tiburón fue la primera película vendida en LaserDisc en Estados Unidos. Su calidad de audio y vídeo era mucho mejor que la de sus competidores, pero el disco láser era demasiado caro para la mayoría de los consumidores. El LaserDisc no se podía grabar, a diferencia de las cintas VHS en las que la gente grababa programas de televisión. Los discos láser funcionaban con vídeo analógico, audio estéreo FM analógico y código de pulso. , o PCM, audio digital. Los discos tenían un diámetro de 12 pulgadas (30,47 cm) y estaban formados por dos discos de aluminio de una cara recubiertos con plástico. Hoy en día, LaserDisc es recordado como la base de los CD y DVD.
1979
Un año después, en 1979, Alan Shugart y Finis Conner fundaron Seagate Technology con la idea de escalar el disco duro al tamaño de un disquete de 5 ¼ pulgadas, que era el estándar en ese momento. Su primer producto en 1980 fue el disco duro Seagate ST506, el primer disco duro para computadoras compactas. El disco contenía cinco megabytes de datos, que en ese momento era cinco veces más grande que un disquete estándar. Los fundadores lograron su objetivo de reducir el tamaño del disco al tamaño de un disquete de 5¼ pulgadas. El nuevo dispositivo de almacenamiento de datos era una placa de metal rígida recubierta por ambos lados con una fina capa de material de almacenamiento de datos magnético. Nuestros bytes de datos podrían transferirse al disco a una velocidad de 625 kilobytes por . es aproximadamente .
1981
Avancemos un par de años hasta 1981, cuando Sony presentó los primeros disquetes de 3,5 pulgadas. Hewlett-Packard fue el primero en adoptar esta tecnología en 1982 con su HP-150. Esto hizo famosos los disquetes de 3,5 pulgadas y les dio un uso generalizado en todo el mundo. . Los disquetes eran de una cara y tenían una capacidad formateada de 161.2 kilobytes y una capacidad no formateada de 218.8 kilobytes. En 1982, se lanzó una versión de doble cara y el consorcio del Microfloppy Industry Committee (MIC), formado por 23 empresas de medios, basó la especificación del disquete de 3,5 pulgadas en el diseño original de Sony, consolidando el formato en la historia tal como lo conocemos hoy. . Ahora nuestros bytes de datos se pueden almacenar en una versión anterior de uno de los medios de almacenamiento más comunes: el disquete de 3,5 pulgadas. Más tarde, un par de disquetes de 3,5 pulgadas con se convirtió en la parte más importante de mi infancia.
1984
Poco después, en 1984, se anunció el lanzamiento del disco compacto de memoria de sólo lectura (CD-ROM). Se trataba de CD-ROM de 550 megabytes de Sony y Philips. El formato surgió de los CD con audio digital, o CD-DA, que se utilizaban para distribuir música. CD-DA fue desarrollado por Sony y Philips en 1982 y tenía una capacidad de 74 minutos. Según la leyenda, cuando Sony y Philips estaban negociando el estándar CD-DA, una de las cuatro personas insistió en que podría toda la Novena Sinfonía. El primer producto lanzado en CD fue la Enciclopedia Electrónica de Grolier, publicada en 1985. La enciclopedia contenía nueve millones de palabras, que ocupaban sólo el 12% del espacio disponible en el disco, es decir, 553 . Tendríamos espacio más que suficiente para una enciclopedia y un byte de datos. Poco después, en 1985, las empresas de informática trabajaron juntas para crear un estándar para las unidades de disco de modo que cualquier computadora pudiera leerlas.
1984
También en 1984, Fujio Masuoka desarrolló un nuevo tipo de memoria de puerta flotante llamada memoria flash, que podía borrarse y reescribirse muchas veces.
Tomémonos un momento para observar la memoria flash utilizando un transistor de puerta flotante. Los transistores son puertas eléctricas que se pueden encender y apagar individualmente. Dado que cada transistor puede estar en dos estados diferentes (encendido y apagado), puede almacenar dos números diferentes: 0 y 1. Una puerta flotante se refiere a una segunda puerta agregada al transistor del medio. Esta segunda puerta está aislada con una fina capa de óxido. Estos transistores utilizan un pequeño voltaje aplicado a la puerta del transistor para indicar si está encendido o apagado, lo que a su vez se traduce en 0 o 1.
Con las compuertas flotantes, cuando se aplica el voltaje apropiado a través de la capa de óxido, los electrones fluyen a través de ella y se quedan atrapados en las compuertas. Por lo tanto, incluso cuando se corta la energía, los electrones permanecen en ellos. Cuando no hay electrones en las puertas flotantes, representan un 1, y cuando los electrones están atrapados, representan un 0. Invertir este proceso y aplicar un voltaje adecuado a través de la capa de óxido en la dirección opuesta hace que los electrones fluyan a través de las puertas flotantes. y restaurar el transistor a su estado original. Por lo tanto, las celdas se hacen programables y . Nuestro byte se puede programar en el transistor como 01001010, con electrones, con electrones atrapados en puertas flotantes para representar ceros.
El diseño de Masuoka era ligeramente más asequible pero menos flexible que la PROM borrable eléctricamente (EEPROM), ya que requería múltiples grupos de celdas que debían borrarse juntas, pero esto también explicaba su velocidad.
En ese momento, Masuoka trabajaba para Toshiba. Finalmente dejó de trabajar en la Universidad de Tohoku porque no estaba contento de que la empresa no le recompensara por su trabajo. Masuoka demandó a Toshiba exigiendo una indemnización. En 2006, recibió 87 millones de yuanes, equivalentes a 758 dólares estadounidenses. Esto todavía parece insignificante dado lo influyente que se ha vuelto la memoria flash en la industria.
Mientras hablamos de memoria flash, también vale la pena señalar cuál es la diferencia entre la memoria flash NOR y NAND. Como ya sabemos por Masuoka, la memoria flash almacena información en celdas de memoria que consisten en transistores de puerta flotante. Los nombres de las tecnologías están directamente relacionados con cómo se organizan las células de memoria.
En NOR flash, las celdas de memoria individuales están conectadas en paralelo para proporcionar acceso aleatorio. Esta arquitectura reduce el tiempo de lectura necesario para el acceso aleatorio a las instrucciones del microprocesador. La memoria flash NOR es ideal para aplicaciones de menor densidad que son principalmente de solo lectura. Es por eso que la mayoría de las CPU cargan su firmware, generalmente desde la memoria flash NOR. Masuoka y sus colegas introdujeron la invención del flash NOR en 1984 y del flash NAND en .
Los desarrolladores de NAND Flash abandonaron la función de acceso aleatorio para lograr un tamaño de celda de memoria más pequeño. Esto da como resultado un tamaño de chip más pequeño y un menor costo por bit. La arquitectura de memoria flash NAND consta de transistores de memoria de ocho piezas conectados en serie. Esto logra una alta densidad de almacenamiento, un tamaño de celda de memoria más pequeño y una escritura y borrado de datos más rápido porque puede programar bloques de datos simultáneamente. Esto se logra requiriendo que los datos se reescriban cuando no se escriben secuencialmente y los datos ya existen en .
1991
Pasemos a 1991, cuando SanDisk creó un prototipo de unidad de estado sólido (SSD), entonces conocido como . El diseño combinaba una matriz de memoria flash, chips de memoria no volátiles y un controlador inteligente para detectar y corregir automáticamente las celdas defectuosas. La capacidad del disco era de 20 megabytes con un factor de forma de 2,5 pulgadas y su coste se estimaba en aproximadamente 1000 dólares. Este disco fue utilizado por IBM en una computadora. .
1994
Uno de mis medios de almacenamiento favoritos desde la infancia fueron los Zip Disks. En 1994, Iomega lanzó el Zip Disk, un cartucho de 100 megabytes en un formato de 3,5 pulgadas, aproximadamente un poco más grueso que una unidad estándar de 3,5 pulgadas. Las versiones posteriores de las unidades podían almacenar hasta 2 gigabytes. La conveniencia de estos discos es que eran del tamaño de un disquete, pero tenían la capacidad de almacenar una mayor cantidad de datos. Nuestros bytes de datos podrían escribirse en un disco Zip a 1,4 megabytes por segundo. A modo de comparación, en ese momento se escribieron 1,44 megabytes de un disquete de 3,5 pulgadas a una velocidad de aproximadamente 16 kilobytes por segundo. En un disco Zip, los cabezales leen/escriben datos sin contacto, como si volaran sobre la superficie, lo que es similar al funcionamiento de un disco duro, pero difiere del principio de funcionamiento de otros disquetes. Los discos Zip pronto quedaron obsoletos debido a problemas de confiabilidad y disponibilidad.
1994
Ese mismo año, SanDisk presentó CompactFlash, que se utilizó ampliamente en cámaras de vídeo digitales. Al igual que con los CD, las velocidades de CompactFlash se basan en clasificaciones "x", como 8x, 20x, 133x, etc. La velocidad máxima de transferencia de datos se calcula en función de la velocidad de bits del CD de audio original, 150 kilobytes por segundo. La tasa de transferencia parece R = Kx150 kB/s, donde R es la tasa de transferencia y K es la velocidad nominal. Entonces, para una CompactFlash 133x, nuestro byte de datos se escribirá a 133x150 kB/s o aproximadamente 19 kB/s o 950 MB/s. La Asociación CompactFlash se fundó en 19,95 con el objetivo de crear un estándar industrial para tarjetas de memoria flash.
1997
Unos años más tarde, en 1997, se lanzó el disco compacto regrabable (CD-RW). Este disco óptico se utilizó para almacenar datos y para copiar y transferir archivos a varios dispositivos. Los CD se pueden reescribir unas 1000 veces, lo que no era un factor limitante en ese momento, ya que los usuarios rara vez sobrescribían datos.
Los CD-RW se basan en una tecnología que cambia la reflectividad de una superficie. En el caso del CD-RW, los cambios de fase en un recubrimiento especial compuesto de plata, telurio e indio provocan la capacidad de reflejar o no reflejar el haz leído, lo que significa 0 o 1. Cuando el compuesto está en estado cristalino, es translúcido, que significa 1. Cuando el compuesto se funde en un estado amorfo, se vuelve opaco y no reflectante, lo que 0. Entonces podríamos escribir nuestro byte de datos como 01001010.
Los DVD finalmente arrebataron la mayor parte de la cuota de mercado a los CD-RW.
1999
Pasemos a 1999, cuando IBM presentó los discos duros más pequeños del mundo en ese momento: los microdrives IBM de 170 MB y 340 MB. Se trataba de pequeños discos duros de 2,54 cm diseñados para encajar en ranuras CompactFlash Tipo II. Se planeó crear un dispositivo que se utilizaría como CompactFlash, pero con mayor capacidad de memoria. Sin embargo, pronto fueron reemplazadas por unidades flash USB y luego por tarjetas CompactFlash más grandes a medida que estuvieron disponibles. Al igual que otros discos duros, los microdrives eran mecánicos y contenían pequeños discos giratorios.
2000
Un año después, en 2000, se introdujeron las unidades flash USB. Las unidades consistían en memoria flash contenida en un factor de forma pequeño con una interfaz USB. Dependiendo de la versión de la interfaz USB utilizada, la velocidad puede variar. USB 1.1 está limitado a 1,5 megabits por segundo, mientras que USB 2.0 puede manejar 35 megabits por segundo y USB 3.0 es de 625 megabits por segundo. Las primeras unidades USB 3.1 Tipo C se anunciaron en marzo de 2015 y tenían velocidades de lectura/escritura de 530 megabits por segundo. A diferencia de los disquetes y las unidades ópticas, los dispositivos USB son más difíciles de rayar, pero aún tienen las mismas capacidades para almacenar datos, así como para transferir y realizar copias de seguridad de archivos. Las unidades de disquete y CD fueron rápidamente reemplazadas por puertos USB.
2005
En 2005, los fabricantes de unidades de disco duro (HDD) comenzaron a enviar productos utilizando grabación magnética perpendicular o PMR. Curiosamente, esto ocurrió al mismo tiempo que el iPod Nano anunció el uso de memoria flash en lugar de discos duros de 1 pulgada en el iPod Mini.
Un disco duro típico contiene uno o más discos duros recubiertos con una película magnéticamente sensible formada por pequeños granos magnéticos. Los datos se registran cuando el cabezal de grabación magnético vuela justo por encima del disco giratorio. Esto es muy similar a un tocadiscos de gramófono tradicional, la única diferencia es que en un gramófono el lápiz está en contacto físico con el disco. A medida que los discos giran, el aire en contacto con ellos crea una suave brisa. Así como el aire en el ala de un avión genera sustentación, el aire genera sustentación en la cabeza del perfil aerodinámico. . El cabezal cambia rápidamente la magnetización de una región magnética de los granos para que su polo magnético apunte hacia arriba o hacia abajo, indicando 1 o 0.
El predecesor del PMR fue el registro magnético longitudinal o LMR. La densidad de grabación de PMR puede ser más de tres veces mayor que la de LMR. La principal diferencia entre PMR y LMR es que la estructura del grano y la orientación magnética de los datos almacenados en los medios PMR son columnares en lugar de longitudinales. PMR tiene una mejor estabilidad térmica y una mejor relación señal-ruido (SNR) debido a una mejor separación y uniformidad del grano. También presenta una capacidad de grabación mejorada gracias a campos de cabeza más fuertes y una mejor alineación de los medios magnéticos. Al igual que LMR, las limitaciones fundamentales de PMR se basan en la estabilidad térmica de los bits de datos escritos por el imán y la necesidad de tener suficiente SNR para leer la información escrita.
2007
En 2007, se anunció el primer disco duro de 1 TB de Hitachi Global Storage Technologies. El Hitachi Deskstar 7K1000 usaba cinco platos de 3,5 pulgadas y 200 GB y giraba a rpm Esta es una mejora significativa con respecto al primer disco duro del mundo, el IBM RAMAC 350, que tenía una capacidad de aproximadamente 3,75 megabytes. ¡Oh, qué lejos hemos llegado en 51 años! Pero espera, hay algo más.
2009
En 2009, se inició el trabajo técnico para crear una memoria rápida no volátil, o . La memoria no volátil (NVM) es un tipo de memoria que puede almacenar datos de forma permanente, a diferencia de la memoria volátil, que requiere energía constante para almacenar datos. NVMe aborda la necesidad de una interfaz de controlador de host escalable para componentes periféricos basados en semiconductores habilitados para PCIe, de ahí el nombre NVMe. Más de 90 empresas se incluyeron en el grupo de trabajo para desarrollar el proyecto. Todo esto se basó en el trabajo para definir la Especificación de interfaz del controlador de host de memoria no volátil (NVMHCIS). Las mejores unidades NVMe de la actualidad pueden manejar alrededor de 3500 megabytes por segundo de lectura y 3300 megabytes por segundo de escritura. Escribir el byte de datos j con el que empezamos es muy rápido en comparación con un par de minutos de memoria de cuerda tejida a mano para la Computadora de Orientación Apollo.
Presente y futuro
Memoria de clase de almacenamiento
Ahora que hemos viajado en el tiempo (¡ja!), echemos un vistazo al estado actual de la memoria de clase de almacenamiento. SCM, al igual que NVM, es robusto, pero SCM también proporciona un rendimiento superior o comparable al de la memoria principal, y . El objetivo de SCM es resolver algunos de los problemas de caché actuales, como las bajas densidades de memoria de acceso aleatorio estática (SRAM). Con la memoria dinámica de acceso aleatorio (DRAM), podemos lograr una mejor densidad, pero esto tiene el costo de un acceso más lento. La DRAM también adolece de la necesidad de energía constante para actualizar la memoria. Entendamos esto un poco. Se necesita energía porque la carga eléctrica de los condensadores se va perdiendo poco a poco, lo que significa que, sin intervención, los datos del chip pronto se perderán. Para evitar tales fugas, la DRAM requiere un circuito de actualización de memoria externa que reescribe periódicamente los datos en los condensadores, restableciéndolos a su carga original.
Memoria de cambio de fase (PCM)
Anteriormente, vimos cómo cambia la fase del CD-RW. PCM es similar. El material de cambio de fase suele ser Ge-Sb-Te, también conocido como GST, que puede existir en dos estados diferentes: amorfo y cristalino. El estado amorfo tiene una resistencia mayor, que indica 0, que el estado cristalino, que indica 1. Al asignar valores de datos a resistencias intermedias, el PCM se puede utilizar para almacenar múltiples estados como .
Memoria de acceso aleatorio de par de transferencia de giro (STT-RAM)
STT-RAM consta de dos capas magnéticas permanentes ferromagnéticas separadas por un dieléctrico, un aislante que puede transmitir fuerza eléctrica sin conducir. Almacena bits de datos basados en diferencias en direcciones magnéticas. Una capa magnética, llamada capa de referencia, tiene una dirección magnética fija, mientras que la otra capa magnética, llamada capa libre, tiene una dirección magnética controlada por la corriente que pasa. Para 1, la dirección de magnetización de las dos capas está alineada. Para 0, ambas capas tienen direcciones magnéticas opuestas.
Memoria de acceso aleatorio resistiva (ReRAM)
Una celda ReRAM consta de dos electrodos metálicos separados por una capa de óxido metálico. Un poco como el diseño de memoria flash de Masuoka, donde los electrones penetran la capa de óxido y quedan atrapados en la puerta flotante, o viceversa. Sin embargo, con ReRAM, el estado de la celda se determina en función de la concentración de oxígeno libre en la capa de óxido metálico.
Aunque estas tecnologías son prometedoras, todavía tienen desventajas. PCM y STT-RAM tienen una alta latencia de escritura. Las latencias PCM son diez veces mayores que las de la DRAM, mientras que las latencias de STT-RAM son diez veces mayores que las de la SRAM. PCM y ReRAM tienen un límite en cuanto a cuánto tiempo puede ocurrir una escritura antes de que ocurra un error grave, lo que significa que el elemento de memoria se atasca. .
En agosto de 2015, Intel anunció el lanzamiento de Optane, su producto basado en 3DXPoint. Optane afirma tener 1000 veces el rendimiento de los SSD NAND a un precio de cuatro a cinco veces superior al de la memoria flash. Optane es una prueba de que SCM es más que una simple tecnología experimental. Será interesante observar el desarrollo de estas tecnologías.
Discos duros (HDD)
Disco duro de helio (HHDD)
Un disco de helio es una unidad de disco duro (HDD) de alta capacidad que se llena de helio y se sella herméticamente durante el proceso de fabricación. Al igual que otros discos duros, como dijimos anteriormente, es similar a un tocadiscos con un plato giratorio recubierto magnéticamente. Los discos duros típicos simplemente tienen aire dentro de la cavidad, pero este aire causa cierta resistencia cuando los platos giran.
Los globos de helio flotan porque el helio es más ligero que el aire. De hecho, el helio tiene 1/7 de la densidad del aire, lo que reduce la fuerza de frenado a medida que giran las placas, lo que provoca una reducción en la cantidad de energía necesaria para hacer girar los discos. Sin embargo, esta característica es secundaria, la principal característica distintiva del helio es que permite empacar 7 obleas en el mismo factor de forma que normalmente solo cabrían 5. Si recordamos la analogía del ala de nuestro avión, entonces esta es una analogía perfecta. . Debido a que el helio reduce la resistencia, se elimina la turbulencia.
También sabemos que los globos de helio empiezan a hundirse al cabo de unos días porque el helio se sale de ellos. Lo mismo puede decirse de los dispositivos de almacenamiento. Pasaron años antes de que los fabricantes pudieran crear un contenedor que impidiera que el helio se escapara del factor de forma durante la vida útil de la unidad. Backblaze realizó experimentos y descubrió que los discos duros de helio tenían una tasa de error anual del 1,03%, en comparación con el 1,06% de los discos estándar. Por supuesto, esta diferencia es tan pequeña que de ella se puede sacar una conclusión seria. .
El factor de forma lleno de helio puede contener un disco duro encapsulado usando PMR, que discutimos anteriormente, o grabación magnética por microondas (MAMR) o grabación magnética asistida por calor (HAMR). Cualquier tecnología de almacenamiento magnético se puede combinar con helio en lugar de aire. En 2014, HGST combinó dos tecnologías de vanguardia en su disco duro de helio de 10 TB, que utilizaba grabación magnética en tejas controlada por el host, o SMR (grabación magnética en tejas). Hablemos un poco sobre SMR y luego veamos MAMR y HAMR.
Tecnología de grabación magnética en mosaico
Anteriormente, analizamos la grabación magnética perpendicular (PMR), que fue el predecesor del SMR. A diferencia de PMR, SMR registra nuevas pistas que se superponen con parte de la pista magnética previamente grabada. Esto, a su vez, hace que la vía anterior sea más estrecha, lo que permite una mayor densidad de vías. El nombre de la tecnología proviene del hecho de que los carriles de vuelta son muy similares a los carriles de tejados de tejas.
SMR resulta en un proceso de escritura mucho más complejo, ya que escribir en una pista sobrescribe la pista adyacente. Esto no ocurre cuando el sustrato del disco está vacío y los datos son secuenciales. Pero tan pronto como graba en una serie de pistas que ya contienen datos, los datos adyacentes existentes se borran. Si una pista adyacente contiene datos, se debe reescribir. Esto es bastante similar al flash NAND del que hablamos antes.
Los dispositivos SMR ocultan esta complejidad mediante la gestión del firmware, lo que da como resultado una interfaz similar a la de cualquier otro disco duro. Por otro lado, los dispositivos SMR gestionados por host, sin una adaptación especial de aplicaciones y sistemas operativos, no permitirán el uso de estas unidades. El host debe escribir en los dispositivos de forma estrictamente secuencial. Al mismo tiempo, el rendimiento de los dispositivos es 100% predecible. Seagate comenzó a enviar unidades SMR en 2013, afirmando tener una densidad un 25% mayor Densidad PMR.
Grabación magnética por microondas (MAMR)
La grabación magnética asistida por microondas (MAMR) es una tecnología de memoria magnética que utiliza energía similar a HAMR (que se analiza a continuación). Una parte importante de MAMR es el oscilador de par de giro (STO). El propio STO está situado muy cerca del cabezal de grabación. Cuando se aplica corriente al STO, se genera un campo electromagnético circular con una frecuencia de 20-40 GHz debido a la polarización de los espines de los electrones.
Cuando se expone a dicho campo, se produce resonancia en el ferroimán utilizado para MAMR, lo que conduce a la precesión de los momentos magnéticos de los dominios en este campo. Básicamente, el momento magnético se desvía de su eje y para cambiar su dirección (voltear), el cabezal de grabación necesita mucha menos energía.
El uso de la tecnología MAMR permite tomar sustancias ferromagnéticas con mayor fuerza coercitiva, lo que significa que se puede reducir el tamaño de los dominios magnéticos sin temor a provocar un efecto superparamagnético. El generador STO ayuda a reducir el tamaño del cabezal de grabación, lo que permite registrar información en dominios magnéticos más pequeños y, por tanto, aumenta la densidad de grabación.
Western Digital, también conocida como WD, introdujo esta tecnología en 2017. Poco después, en 2018, Toshiba apoyó esta tecnología. Mientras WD y Toshiba apuestan por la tecnología MAMR, Seagate apuesta por HAMR.
Registro termomagnético (HAMR)
La grabación magnética asistida por calor (HAMR) es una tecnología de almacenamiento de datos magnéticos de bajo consumo que puede aumentar significativamente la cantidad de datos que se pueden almacenar en un dispositivo magnético, como un disco duro, mediante el uso de calor suministrado por un láser para ayudar a escribir. los datos a la superficie de los sustratos del disco duro. El calentamiento hace que los bits de datos se coloquen mucho más juntos en el sustrato del disco, lo que permite una mayor densidad y capacidad de datos.
Esta tecnología es bastante difícil de implementar. Láser rápido de 200 mW una pequeña área de hasta 400 °C antes de grabar, sin interferir ni dañar el resto de los datos del disco. El proceso de calentamiento, registro de datos y enfriamiento debe completarse en menos de un nanosegundo. Abordar estos desafíos requirió el desarrollo de plasmones de superficie a nanoescala, también conocidos como láseres guiados por superficie, en lugar de calentamiento láser directo, así como nuevos tipos de placas de vidrio y recubrimientos de gestión térmica para resistir el rápido calentamiento puntual sin dañar el cabezal de grabación ni ningún elemento cercano. datos y varios otros desafíos técnicos que debían superarse.
A pesar de numerosas declaraciones escépticas, Seagate demostró esta tecnología por primera vez en 2013. Los primeros discos comenzaron a enviarse en 2018.
¡Fin de la película, ve al principio!
Comenzamos en 1951 y terminamos el artículo con una mirada al futuro de la tecnología de almacenamiento. El almacenamiento de datos ha cambiado mucho con el tiempo, desde cintas de papel hasta metal y magnético, memorias de cuerda, discos giratorios, discos ópticos, memorias flash y otros. El progreso ha dado como resultado dispositivos de almacenamiento más rápidos, más pequeños y más potentes.
Si compara NVMe con la cinta metálica UNISERVO de 1951, NVMe puede leer un 486% más de dígitos por segundo. Al comparar NVMe con mis unidades Zip favoritas de la infancia, NVMe puede leer un 111% más de dígitos por segundo.
Lo único que sigue siendo cierto es el uso de 0 y 1. Las formas en que hacemos esto varían mucho. Espero que la próxima vez que grabes un CD-RW de canciones para un amigo o guardes un vídeo casero en el Archivo de Disco Óptico, pienses en cómo una superficie no reflectante se traduce en 0 y una superficie reflectante en 1. O si está grabando un mixtape en un casete, recuerde que está muy relacionado con el Datasette utilizado en el Commodore PET. Por último, no olvides ser amable y rebobinar.
Gracias и ¡Para las cositas (no puedo evitarlo) a lo largo del artículo!
¿Qué más puedes leer en el blog?
→
→
→
→
→
Suscríbase a nuestro -canal para que no te pierdas el próximo artículo! No escribimos más de dos veces por semana y solo por negocios. También le recordamos que Cloud4Y puede proporcionar acceso remoto seguro y confiable a las aplicaciones comerciales y a la información necesaria para garantizar la continuidad del negocio. El trabajo remoto es una barrera adicional a la propagación del coronavirus. Para obtener más detalles, comuníquese con nuestros gerentes en .
Fuente: habr.com