Cualquier proveedor de nube ofrece servicios de almacenamiento de datos. Estos pueden ser almacenamiento frío y caliente, Ice-cold, etc. Almacenar información en la nube es bastante conveniente. Pero, ¿cómo se almacenaban los datos hace 10, 20 o 50 años? Cloud4Y ha traducido un artículo interesante que habla precisamente de esto.
Un byte de datos puede almacenarse de diversas maneras, ya que constantemente aparecen nuevos soportes de información más avanzados y rápidos. Un byte es una unidad de almacenamiento y procesamiento de información digital que consta de ocho bits. En un bit se puede registrar un 0 o un 1.
En el caso de las tarjetas perforadas, el bit se almacena como la presencia o ausencia de un agujero en la tarjeta en un lugar específico. Si retrocedemos un poco más en el tiempo a la "máquina analítica de Babbage", los registros que almacenaban números eran ruedas dentadas. En los dispositivos de almacenamiento magnético, como cintas y discos, el bit está representado por la polaridad de una área de cinta magnética. En la memoria dinámica de acceso aleatorio (DRAM) moderna, el bit a menudo se representa como una carga eléctrica de dos niveles almacenada en un dispositivo que acumula energía eléctrica en un campo eléctrico. La capacidad cargada o descargada almacena el bit de datos.
En junio de 1956 inventó la palabra para designar un grupo de bits utilizados para codificar un solo símbolo . Hablemos un poco sobre la codificación de caracteres. Comencemos con el código estándar americano para el intercambio de información, o ASCII (ASCII (en inglés, American Standard Code for Information Interchange). ASCII se basa en el alfabeto inglés, por lo que cada letra, número y símbolo (a-z, A-Z, 0-9, +, -, \, ", !, etc.) se representó como un número entero de 7 bits del 32 al 127. Esto no era muy "amigable" para otros idiomas. Para apoyar otros idiomas, Unicode amplió ASCII. En Unicode, cada símbolo se representa como un punto de código o carácter, por ejemplo, la letra minúscula j — U+006A, donde U significa Unicode, seguido de un número hexadecimal.
UTF-8 es un estándar para la representación de caracteres en forma de ocho bits, permitiendo almacenar cada punto de código en el rango de 0-127 en un solo byte. Si recordamos ASCII, esto es bastante normal para los caracteres en inglés, pero los caracteres de otros idiomas a menudo se expresan en dos o más bytes. UTF-16 es el estándar para la representación de caracteres en 16 bits, mientras que UTF-32 es el estándar para la representación de caracteres en 32 bits. En ASCII, cada carácter es un byte, mientras que en Unicode, lo cual no siempre es cierto, un carácter puede ocupar 1, 2, 3 o más bytes. En el artículo se utilizarán diversas agrupaciones de bits. La cantidad de bits en un byte varía según la construcción del medio.
En este artículo haremos un viaje en el tiempo a través de diversos medios de información con el objetivo de sumergirnos en la historia del almacenamiento de datos. De ninguna manera profundizaremos en cada medio de información que alguna vez fue inventado. Frente a ustedes hay un artículo informativo divertido, que de ninguna manera pretende tener significado enciclopédico.
Comencemos. Supongamos que tenemos un byte de datos para almacenar: la letra j, ya sea en forma de byte codificado 6a, o en forma binaria 01001010. A lo largo de nuestro viaje en el tiempo, este byte de datos se utilizará en algunas tecnologías de almacenamiento que serán descritas.
1951
Nuestra historia comienza en 1951 con la unidad de cinta UNIVAC UNISERVO para la computadora UNIVAC 1. Esta fue la primera unidad de cinta creada para una computadora comercial. La cinta estaba hecha de una fina franja de bronce niquelado de 12,65 mm de ancho (llamada Vicalloy) y tenía casi 366 metros de longitud. Nuestros bytes de datos podían almacenarse a una velocidad de 7,200 caracteres por segundo en una cinta que se movía a 2.54 metros por segundo. En este punto de la historia, se podía medir la velocidad de un algoritmo de almacenamiento por la distancia recorrida por la cinta.
1952
Avancemos un año hacia adelante, al 21 de mayo de 1952, cuando IBM anunció el lanzamiento de su primer bloque de cinta magnética, el IBM 726. Ahora nuestro byte de datos puede ser transferido de la cinta metálica UNISERVO a la cinta magnética 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 una velocidad de 1.9 metros por segundo con una tasa de transferencia de 12,500 o 7500 (llamados grupos de copia en ese momento) por segundo. Para referencia: en un artículo promedio en Habr hay aproximadamente 10,000 caracteres.
La cinta IBM 726 tenía siete pistas, seis de las cuales se usaban para almacenar información y una para el control de paridad. En un carrete se podían almacenar hasta 400 metros de cinta de 1.25 cm de ancho. La velocidad de transferencia de datos alcanzaba teóricamente hasta 12,500 caracteres por segundo; la densidad de grabación era de 40 bits por centímetro. En este sistema se utilizaba un método de 'canal de vacío', donde el bucle de la cinta circulaba entre dos puntos. Esto permitía que la cinta comenzara y se detuviera en fracciones de segundo. Esto se logró gracias a la colocación de largas columnas de vacío entre los carretes de cinta y las cabezas de lectura/escritura para absorber aumentos repentinos de tensión en la cinta, sin los cuales la cinta generalmente se rompería. Un anillo de plástico extraíble en la parte posterior del carrete de cinta proporcionó protección contra la escritura. En un carrete de cinta se podían almacenar alrededor de 1.1 .
Recuerde las cintas VHS. ¿Qué había que hacer para volver a ver una película? ¡Rebobinar la cinta! ¿Y cuántas veces giró la cinta en un lápiz para no gastar baterías innecesariamente y evitar que la cinta se rompiera o se atascara? Lo mismo se puede decir sobre las cintas utilizadas para computadoras. Los programas no podían simplemente saltar a una sección de la cinta o acceder accidentalmente a los datos, tenían que leer y grabar datos estrictamente en secuencia.
1956
Si avanzamos unos años hacia adelante, hasta 1956, la era del almacenamiento en discos magnéticos comenzó con la finalización por parte de IBM del desarrollo del sistema informático RAMAC 305, que la empresa Zellerbach Paper suministrará en . En este ordenador se utilizó por primera vez un disco duro con cabezal móvil. El almacenamiento RAMAC constaba de cincuenta placas metálicas magnetizadas de 60,96 cm de diámetro, capaces de almacenar alrededor de cinco millones de caracteres de datos, 7 bits por carácter, y girar a una velocidad de 1200 revoluciones por minuto. La capacidad de almacenamiento era de aproximadamente 3,75 megabytes.
RAMAC permitía acceder en tiempo real a grandes volúmenes de datos, a diferencia de las cintas magnéticas o las tarjetas perforadas. IBM publicitaba RAMAC como un dispositivo capaz de almacenar el equivalente a 64,000 . Anteriormente, RAMAC introdujo el concepto de procesamiento continuo de transacciones a medida que se realizaban, para que los datos pudieran extraerse de inmediato, mientras aún estaban frescos. Ahora el acceso a nuestros datos en RAMAC podría lograrse a una velocidad de 100,000 . Antes, al usar cintas, teníamos que escribir y leer datos secuenciales, y no podíamos saltar al azar a diferentes partes de la cinta. El acceso aleatorio a los datos en tiempo real fue realmente revolucionario en ese momento.
1963
Retrocedamos al año 1963, cuando se presentó DECtape. El nombre proviene de la corporación Digital Equipment Corporation, conocida como DEC. DECtape era económica y confiable, por lo que se utilizó en muchas generaciones de ordenadores DEC. Era una cinta de 19 mm, laminada y atrapada entre dos capas de mylar en un carrete de cuatro pulgadas (10,16 cm).
A diferencia de sus pesados y grandes predecesores, la cinta DECtape podía ser transportada a mano. Esto la convertía en una excelente opción para ordenadores personales. A diferencia de los análogos de 7 pistas, DECtape tenía 6 pistas de datos, 2 pistas de etiquetas y 2 para pulsos de reloj. Los datos se grababan a una velocidad de 350 bits por pulgada (138 bits por cm). Nuestro byte de datos, que consiste en 8 bits, pero puede ampliarse a 12, podía transmitirse a DECtape a una velocidad de 8325 palabras de 12 bits por segundo a una velocidad de cinta de 93 (±12) pulgadas por . Esto es un 8% más de cifras por segundo que la cinta metálica UNISERVO en 1952.
1967
Cuatro años después, en 1967, un pequeño equipo de IBM comenzó a trabajar en un disco IBM con el nombre en clave . En ese momento, se le encomendó al equipo la tarea de desarrollar una forma confiable y económica de cargar microcódigos en IBM System/370. Posteriormente, el proyecto fue reprogramado y adaptado para cargar microcódigo en el controlador para el IBM 3330 Direct Access Storage Facility bajo el nombre en clave Merlin.
Ahora nuestro byte podía almacenarse en disquetes Mylar de 8 pulgadas, de solo lectura y con recubrimiento magnético, conocidos hoy como diskettes. Al momento de su lanzamiento, el producto se llamó IBM 23FD Floppy Disk Drive System. Los discos podían contener 80 kilobytes de datos. A diferencia de los discos duros, el usuario podía trasladar fácilmente el disquete en su cubierta protectora de un sistema a otro. Más tarde, en 1973, IBM lanzó un disquete de lectura/escritura que se convirtió en un estándar de la industria. .
1969
En 1969, a bordo de la nave espacial Apollo 11, que llevó a los astronautas estadounidenses a la Luna y de vuelta, se activó la computadora a bordo AGC (Apollo Guidance Computer) con "memoria de cuerda" (rope memory). Esta memoria de cuerda fue fabricada a mano y podía almacenar 72 kilobytes de datos. La producción de memoria de cuerda era laboriosa, lenta y requería habilidades similares a las del tejido; entrelazar el programa en la memoria de cuerda podía llevar . Pero era la herramienta adecuada para aquellos tiempos, cuando era importante acomodar lo máximo posible en un espacio rígidamente limitado. Cuando el cable pasaba a través de uno de los hilos circulares, representaba un 1. El cable que rodeaba el hilo representaba un 0. Nuestro byte de datos requería que una persona dedicara varios minutos entrelazando la cuerda.
1977
En 1977, se lanzó el Commodore PET: el primer (exitoso) ordenador personal. En el PET se utilizó el Commodore 1530 Datasette, lo que significa datos más casete. El PET convertía los datos en señales de sonido analógicas que luego se almacenaban en . Esto permitió crear una solución económica y confiable para el almacenamiento de datos, aunque muy lenta. Nuestro pequeño byte de datos podía transmitirse a una velocidad de aproximadamente 60-70 bytes en . Las cassettes podían almacenar alrededor de 100 kilobytes por lado en 30 minutos, con dos lados por cinta. Por ejemplo, en un lado de la cassette se podrían almacenar alrededor de dos imágenes de 55 KB. Los Datasette también se usaron en el Commodore VIC-20 y en el Commodore 64.
1978
Un año después, en 1978, MCA y Philips presentaron el LaserDisc llamado «Discovision». La película «Jaws» se convirtió en la primera película vendida en LaserDisc en EE. UU. La calidad de sonido y video era mucho mejor que la de sus competidores, pero el disco láser resultó ser demasiado caro para la mayoría de los consumidores. No se podía grabar en LaserDisc, a diferencia de las cintas VHS, en las que la gente grababa programas de televisión. Los discos láser funcionaban con video analógico, sonido estéreo FM analógico y modulación por código de pulso , o PCM, audio digital. Los discos tenían un diámetro de 12 pulgadas (30,47 cm) y constaban de dos discos de aluminio de un solo lado recubiertos de plástico. Hoy en día, se recuerda el LaserDisc como la base del 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 en ese momento era el estándar. Su primer producto en 1980 fue el disco duro Seagate ST506, el primer disco duro para computadoras compactas. El disco podía contener cinco megabytes de datos, lo que en ese momento era cinco veces más que un disquete estándar. Los fundadores lograron alcanzar su objetivo: reducir el tamaño del disco al tamaño de un disquete de 5¼ pulgadas. El nuevo dispositivo de almacenamiento consistía en una placa metálica rígida recubierta por ambos lados con una delgada capa de material magnético para almacenar datos. Nuestros bytes de datos podían ser transferidos al disco a una velocidad de 625 kilobytes por . Esto es aproximadamente .
1981
Avancemos un par de años hacia 1981, cuando Sony presentó los primeros disquetes de 3,5 pulgadas. La empresa Hewlett-Packard se convirtió en la primera en adoptar esta tecnología en 1982 con su HP-150. Esto popularizó los disquetes de 3,5 pulgadas y les dio amplia difusión en . Los disquetes eran de un solo lado con 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 Microfloppy Industry Committee (MIC), compuesto por 23 empresas de medios, estableció la especificación del disquete de 3,5 pulgadas basada en el diseño original de Sony, consolidando el formato en la historia tal como lo conocemos. . Ahora nuestros bytes de datos pueden almacenarse en una de las versiones tempranas de los soportes más comunes: el disquete de 3,5 pulgadas. Más tarde, un par de disquetes de 3,5 pulgadas con se convirtieron en la parte más importante de mi infancia.
1984
Poco después, en 1984, se anunció el lanzamiento del disco compacto con datos de solo lectura (en inglés, Compact Disc Read-Only Memory, CD-ROM). Fueron CD-ROM de 550 megabytes de las empresas Sony y Philips. El formato surgió de los discos compactos de audio digital, o CD-DA, que se utilizaron para la distribución de música. El CD-DA fue desarrollado por Sony y Philips en 1982, con 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 pudiera la «Novena Sinfonía». El primer producto lanzado en un disco compacto fue la «Enciclopedia Electrónica Grolier», que salió en 1985. La enciclopedia contenía nueve millones de palabras, ocupando solo el 12% del espacio disponible en el disco, es decir, 553 Tendríamos más que suficiente espacio para la enciclopedia y un byte de datos. Poco después, en 1985, las empresas informáticas trabajaron juntas para crear un estándar para los discos, para que cualquier computadora pudiera leer la información de ellos.
1984
También en 1984, Fujio Masuoka desarrolló un nuevo tipo de memoria con puerta flotante, llamada memoria flash, que podía borrarse y reescribirse múltiples veces.
Detengámonos un momento en la memoria flash, que utiliza un transistor con puerta flotante. Los transistores son compuertas eléctricas que se pueden activar y desactivar individualmente. Dado que cada transistor puede estar en dos estados diferentes (encendido y apagado), puede almacenar dos números diferentes: 0 y 1. La puerta flotante se refiere a la segunda puerta añadida al transistor medio. Esta segunda puerta está aislada por una fina capa de óxido. Estos transistores utilizan un voltaje bajo 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 compuertas flotantes, cuando se aplica el voltaje adecuado a través de la capa de óxido, los electrones pasan a través de ella y quedan atrapados en las compuertas. Por lo tanto, incluso cuando se corta la energía, los electrones permanecen en ellas. Cuando no hay electrones en las compuertas flotantes, representan un 1, y cuando los electrones están atrapados, representan un 0. La reversibilidad de este proceso y la aplicación de un voltaje adecuado a través de la capa de óxido en dirección inversa permiten que los electrones pasen a través de las compuertas flotantes y restauren el transistor a su estado original. Por lo tanto, las celdas son programables y . Nuestro byte puede ser programado en el transistor como 01001010, con electrones, con electrones atrapados en las compuertas flotantes, para representar ceros.
La construcción de Masuoka era un poco más accesible, pero menos flexible que el PROM (memoria de solo lectura programable y borrable eléctricamente), ya que requería varios grupos de celdas que debían ser borradas juntas, pero eso también se explicaba por su velocidad.
En ese momento, Masuoka trabajaba para Toshiba. Eventualmente, dejó de trabajar en la empresa y se trasladó a la Universidad de Tohoku, insatisfecho con la falta de recompensas por su trabajo. Masuoka demandó a Toshiba por compensación. En 2006, le pagaron 87 millones de yenes, equivalentes a 758 mil dólares estadounidenses. Esto sigue pareciendo poco considerando cuán influyente resultó ser la memoria flash en la industria.
Dado que estamos hablando de memoria flash, también vale la pena señalar la diferencia entre la memoria flash NOR y NAND. Como ya sabemos por Masuoka, la flash almacena información en celdas de memoria que consisten en transistores con compuertas flotantes. Los nombres de las tecnologías están directamente relacionados con cómo están organizadas las celdas de memoria.
En la memoria flash NOR, las celdas de memoria individuales están conectadas en paralelo, proporcionando 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 solo para lectura. Por eso, la mayoría de las CPU cargan su firmware, generalmente desde la memoria flash NOR. Masuoka y sus colegas presentaron la invención de la flash NOR en 1984 y la flash NAND en .
Los desarrolladores de NAND Flash renunciaron a la capacidad de acceso aleatorio para lograr un tamaño de celda de memoria más pequeño. Esto proporciona un tamaño de chip más reducido y un costo más bajo por bit. La arquitectura de la memoria flash NAND consiste en transistores de memoria conectados en serie, compuestos por ocho partes. Gracias a esto se logra una alta densidad de almacenamiento, un tamaño de celda de memoria menor y una escritura y borrado de datos más rápidos, ya que puede programar bloques de datos simultáneamente. Esto se logra debido a la necesidad de reescribir datos cuando no se escriben de manera secuencial y los datos ya existen en .
1991
Pasemos a 1991, cuando se creó el prototipo del disco de estado sólido (SSD) por la empresa SanDisk, que en ese momento era conocida como . La construcción combinaba un arreglo de memoria flash, chips de memoria no volátil y un controlador inteligente para la detección y corrección automática de celdas defectuosas. La capacidad del disco era de 20 megabytes con un factor de forma de 2,5 pulgadas, y su costo se estimaba en aproximadamente 1000 dólares estadounidenses. Este disco fue utilizado por IBM en la computadora .
1994
Uno de mis dispositivos de almacenamiento favoritos desde la infancia fueron los Zip Disks. En 1994, la empresa Iomega lanzó el Zip Disk, un cartucho de 100 megabytes en un factor de forma de 3,5 pulgadas, aproximadamente un poco más grueso que un disco estándar de 3,5 pulgadas. Las versiones posteriores de los discos podían almacenar hasta 2 gigabytes. La conveniencia de estos discos radicaba en que eran del tamaño de un disquete, pero tenían la capacidad de almacenar un mayor volumen de datos. Nuestros bytes de datos podían ser grabados en un Zip-disco a una velocidad de 1,4 megabytes por segundo. Para comparar: en ese momento, un disquete de 3,5 pulgadas de 1,44 megabytes se grababa a una velocidad de aproximadamente 16 kilobytes por segundo. En el Zip-disco, las cabezas leen/escriben datos sin contacto, como si flotaran sobre la superficie, lo cual es similar al funcionamiento de un disco duro, pero se diferencia del principio de operación de otros disquetes. Pronto, los Zip Disks quedaron obsoletos debido a problemas de fiabilidad y disponibilidad.
1994
Ese mismo año, SanDisk presentó CompactFlash, que se utilizó ampliamente en cámaras de video digitales. Al igual que con los CD, la velocidad de CompactFlash se basa en las clasificaciones «x», como 8x, 20x, 133x, entre otras. La velocidad máxima de transferencia de datos se calcula en función de la velocidad de transferencia del audio original de un CD, que es de 150 kilobytes por segundo. La fórmula de velocidad se expresa como R = Kx150 kB/s, donde R es la velocidad de transferencia y K es la velocidad nominal. Así, para un CompactFlash de 133x, nuestro byte de datos se grabaría a 133x150 kB/s, lo que equivale a aproximadamente 19,950 kB/s o 19.95 MB/s. La Asociación de CompactFlash fue fundada en 1995 con el objetivo de crear un estándar industrial para tarjetas de memoria basadas en memoria flash.
1997
Varios años después, en 1997, se lanzó el CD regrabable (CD-RW). Este disco óptico se utilizó para almacenar datos, así como para copiar y transferir archivos a varios dispositivos. Los CDs se pueden regrabar unas 1000 veces, lo que en ese momento no representaba una limitación, ya que los usuarios rara vez volvían a grabar datos.
Los CD-RW se basan en la tecnología que modifica la reflectividad de la superficie. En el caso de los CD-RW, los cambios de fase en un recubrimiento especial compuesto de plata, teluro e indio crean la capacidad de reflejar o no el rayo lector, lo que representa 0 o 1. Cuando la conexión está en estado cristalino, es semitransparente, lo que representa 1. Cuando la conexión funde en estado amorfo, se vuelve opaca y no reflectante, lo que representa 0. Por lo tanto, podríamos representar nuestro byte de datos como 01001010.
Los discos DVD eventualmente conquistaron gran parte del mercado de los CD-RW.
1999
Avancemos al año 1999, cuando IBM presentó los discos duros más pequeños del mundo en ese momento: los microdiscos IBM de 170 y 340 MB. Eran pequeños discos duros de 2,54 cm destinados a instalarse en las ranuras de CompactFlash Type II. Se planeaba crear un dispositivo que funcionara como CompactFlash, pero con mayor capacidad de memoria. Sin embargo, pronto fueron reemplazados por unidades flash USB y luego por tarjetas CompactFlash más grandes cuando estuvieron disponibles. Al igual que otros discos duros, los microdiscos eran mecánicos y contenían pequeños discos giratorios.
2000
Un año después, en 2000, se presentaron las unidades flash USB. Estas unidades consistían en memoria flash encerrada en un pequeño formato con interfaz USB. Dependiendo de la versión de la interfaz USB utilizada, la velocidad podía 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 — 625 megabits por segundo. Las primeras unidades USB 3.1 tipo C fueron anunciadas en marzo de 2015 y tenían una velocidad de lectura/escritura de 530 megabits por segundo. A diferencia de los disquetes y discos ópticos, los dispositivos USB son más difíciles de rayar, pero tienen las mismas capacidades de almacenamiento de datos, así como para la transferencia y respaldo de archivos. Las unidades de disquete y los lectores de CD fueron rápidamente desplazados por puertos USB.
2005
En 2005, los fabricantes de discos duros (HDD) comenzaron a suministrar productos utilizando grabación magnética perpendicular, o PMR. Resulta interesante que 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 varios platos cubiertos por una película magnética sensible, compuesta de diminutos granos magnéticos. Los datos se graban cuando la cabeza de grabación magnética pasa ligeramente por encima del plato giratorio. Esto es muy similar a un tocadiscos tradicional, la única diferencia es que en el tocadiscos la aguja está en contacto físico con el disco. A medida que los platos giran, el aire que los rodea crea una leve corriente de aire. De manera similar a cómo el aire sobre el ala de un avión genera sustentación, el aire genera sustentación en la cabeza del disco. La cabeza cambia rápidamente la magnetización de un área magnética del grano de tal manera que su polo magnético apunta hacia arriba o hacia abajo, indicando 1 o 0.
El predecesor de PMR fue el registro magnético longitudinal, o LMR. La densidad de grabación de PMR puede superar la densidad de grabación de LMR en más de tres veces. La principal diferencia entre PMR y LMR es que la estructura del grano y la orientación magnética de los datos almacenados en los soportes PMR son columnar, en lugar de longitudinal. PMR tiene una mejor estabilidad térmica y una relación mejorada señal-ruido (SNR) gracias a una mejor separación de grano y uniformidad. También se distingue por una mejor capacidad de escritura gracias a campos de cabezal más fuertes y una mejor alineación magnética del soporte. Al igual que LMR, las limitaciones fundamentales de PMR se basan en la estabilidad térmica de los bits de datos grabados magnéticamente y en la necesidad de tener suficiente SNR para leer la información grabada.
2007
En 2007 se anunció el lanzamiento del primer disco duro de 1 TB de Hitachi Global Storage Technologies. El Hitachi Deskstar 7K1000 utilizaba cinco platos de 3,5 pulgadas de 200 gigabytes y giraba a una velocidad de rpm. Este es un avance significativo en comparación con el primer disco duro del mundo, el IBM RAMAC 350, cuya capacidad era de aproximadamente 3,75 megabytes. ¡Oh, cuánto hemos avanzado en 51 años! Pero espera, hay algo más.
2009
En 2009 comenzaron los trabajos técnicos para crear memoria no volátil de acceso rápido, 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 mantener los datos. NVMe satisface la necesidad de una interfaz de controlador de host escalable para componentes periféricos basados en unidades de estado sólido que soportan la tecnología PCIe, de ahí su nombre NVMe. Más de 90 empresas se unieron al grupo de trabajo para el desarrollo del proyecto. Todo esto se basó en los resultados del trabajo para definir la especificación de interfaz de controlador de host para memoria no volátil (NVMHCIS). Los mejores discos NVMe disponibles hoy en día pueden procesar alrededor de 3500 megabytes por segundo en lectura y 3300 megabytes por segundo en escritura. Grabar un byte de datos j, desde el que empezamos, se puede hacer muy rápidamente en comparación con un par de minutos de tejido manual de memoria de cuerda para el Apollo Guidance Computer.
El presente y el futuro
Memoria de Clase de Almacenamiento
Ahora que hemos realizado un viaje en el tiempo (¡ja!), echemos un vistazo al estado actual de la memoria Storage Class Memory. SCM, al igual que NVM, es persistente, pero SCM también proporciona un rendimiento que supera o se compara con la memoria principal, así como . El objetivo de SCM es solucionar algunos de los problemas actuales de caché, como la baja densidad de la memoria estática de acceso aleatorio (SRAM). Con la memoria dinámica de acceso aleatorio (DRAM), podemos obtener una mejor densidad, pero esto se logra a costa de un acceso más lento. La DRAM también sufre de la necesidad de energía constante para actualizar la memoria. Vamos a desglosar esto un poco. La alimentación es necesaria, ya que la carga eléctrica en los condensadores se fuga poco a poco, es decir, sin intervención, los datos en el chip pronto se perderán. Para prevenir tal fuga, la DRAM requiere un circuito externo de actualización de memoria, que reescribe periódicamente los datos en los condensadores, restaurándolos a su carga original.
Memoria de cambio de fase (Phase-change memory, PCM)
Anteriormente, consideramos cómo cambia la fase para CD-RW. PCM es similar. El material para el 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 más alta, representando 0, mientras que el estado cristalino representa 1. Al asignar valores de datos a resistencias intermedias, la PCM puede usarse para almacenar múltiples estados en forma de .
Memoria de acceso aleatorio por par de transferencia de momento (STT-RAM)
La STT-RAM consiste en dos capas ferromagnéticas permanentes, separadas por un dieléctrico, es decir, un aislante que puede transmitir fuerza eléctrica sin conducción. Almacena bits de datos basados en la diferencia de 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 que se controla mediante la corriente que pasa. Para 1, la dirección de magnetización de las dos capas se alinea. Para 0, ambas capas tienen direcciones magnéticas opuestas.
Memoria resistiva de acceso aleatorio (Resistive random access memory, ReRAM)
Una celda de ReRAM consta de dos electrodos metálicos separados por una capa de óxido metálico. Es un diseño algo similar al de la memoria flash de Masuoka, donde los electrones atraviesan la capa de óxido y quedan atrapados en compuertas flotantes o viceversa. Sin embargo, en el caso de ReRAM, el estado de la celda se define en función de la concentración de oxígeno libre en la capa de óxido metálico.
A pesar de que estas tecnologías son prometedoras, aún tienen desventajas. PCM y STT-RAM tienen alta latencia al escribir. Las latencias de PCM son diez veces mayores que las de DRAM, mientras que para STT-RAM son diez veces mayores que las de SRAM. PCM y ReRAM tienen un límite en la duración de escritura antes de que surja un error grave, lo que significa que el elemento de memoria se queda atascado en .
En agosto de 2015, Intel anunció el lanzamiento de Optane, su producto basado en 3DXPoint. Optane afirma tener un rendimiento 1000 veces mayor que los discos de estado sólido NAND, aunque su precio es cuatro a cinco veces superior al de la memoria flash. Optane es una prueba de que SCM no es solo una tecnología experimental. Será interesante observar el desarrollo de estas tecnologías.
Discos duros (HDD)
Disco duro de helio (HHDD)
Un disco de helio es un disco duro de alta capacidad (HDD) llenado de helio y sellado herméticamente durante su fabricación. Al igual que otros discos duros, como mencionamos anteriormente, se asemeja a un reproductor con un disco giratorio recubierto magnéticamente. Los discos duros típicos simplemente tienen aire en su interior, sin embargo, este aire causa algo de resistencia al girar los platos.
Las burbujas de helio flotan porque el helio es más ligero que el aire. De hecho, el helio constituye 1/7 de la densidad del aire, lo que reduce la fuerza de frenado al girar los platos, disminuyendo 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 empaquetar 7 platos en el mismo factor de forma que normalmente solo contenía 5. Si recordamos la analogía con el ala de nuestro avión, este es un perfecto símil. Como el helio reduce la resistencia, se elimina la turbulencia.
También sabemos que los globos de helio comienzan a descender después de unos días porque el helio se escapa de ellos. Lo mismo se puede decir sobre los discos duros. Pasaron años antes de que los fabricantes pudieran crear un contenedor que evitara la fuga de helio del factor de forma durante toda la vida útil de la unidad. La empresa Backblaze realizó experimentos y descubrió que los discos duros con helio tenían una tasa de error anual del 1,03%, mientras que los estándar tenían un 1,06%. Claro, esta diferencia es tan pequeña que no se pueden sacar conclusiones serias. .
El factor de forma lleno de helio puede contener un disco duro encapsulado utilizando PMR, del que hablamos anteriormente, o grabación magnética de microondas (MAMR) o grabación magnética por calentamiento (HAMR). Cualquier tecnología de almacenamiento magnético se puede combinar con helio en lugar de aire. En 2014, HGST combinó dos tecnologías avanzadas en su disco duro de helio de 10 TB, que utilizaba grabación magnética en tejas controlada por el host, o SMR (Shingled magnetic recording). Hablemos un poco sobre SMR y luego pasemos a MAMR y HAMR.
Tecnología de grabación magnética en tejas
Antes, revisamos la grabación magnética perpendicular (PMR), que fue predecesora de SMR. A diferencia de PMR, SMR escribe nuevas pistas que se superponen a parte de las pistas magnéticas previamente grabadas. Esto, a su vez, hace que la pista anterior sea más estrecha, proporcionando una mayor densidad de pistas. El nombre de la tecnología está relacionado con el hecho de que las pistas superpuestas se parecen mucho a tejas en un techo.
SMR conduce a un proceso de escritura mucho más complicado, ya que al escribir en una pista se sobrescribe la pista adyacente. Esto no se manifiesta cuando la base del disco está vacía y los datos son secuenciales. Pero tan pronto como escribes en una serie de pistas que ya contienen datos, los datos existentes en las pistas adyacentes se borran. Si la pista adyacente contiene datos, debe ser reescrita. Es bastante similar a la memoria NAND flash de la que hablamos anteriormente.
Los dispositivos SMR permiten ocultar esta complejidad mediante el control del firmware, resultando en una interfaz similar a la de cualquier otro disco duro. Por otro lado, los dispositivos SMR gestionados por el host, sin una adaptación especial de aplicaciones y sistemas operativos, no permitirán el uso de estos discos. El host debe realizar escritura en los dispositivos de manera estrictamente secuencial. De este modo, el rendimiento de los dispositivos es 100% predecible. La empresa Seagate comenzó a suministrar discos SMR en 2013, afirmando que su densidad es un 25% mayor que la densidad PMR.
Grabación magnética asistida por microondas (MAMR)
La grabación magnética asistida por microondas (MAMR) es una tecnología de almacenamiento magnético que utiliza energía similar a la HAMR (que veremos a continuación). Una parte importante de MAMR es el Oscilador de Torque de Spin (STO) o 'generador basado en el giro de espines'. El STO se coloca muy cerca de la cabeza 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.
La exposición a este campo en el ferromagneto utilizado para MAMR provoca resonancia, lo que lleva a la precesión de los momentos magnéticos de los dominios en este campo. Esencialmente, el momento magnético se desvía de su eje y para cambiar su dirección (inversión), la cabeza de grabación requiere significativamente menos energía.
El uso de la tecnología MAMR permite emplear materiales ferromagnéticos con mayor coercitividad, lo que significa que se puede reducir el tamaño de los dominios magnéticos sin temor a provocar el efecto superparamagnético. El generador STO ayuda a reducir el tamaño de la cabeza de grabación, lo que permite grabar información en dominios magnéticos más pequeños, aumentando así la densidad de grabación.
La empresa Western Digital, también conocida como WD, presentó esta tecnología en 2017. Poco después, en 2018, Toshiba respaldó esta tecnología. Mientras que las empresas WD y Toshiba están ocupadas en la búsqueda de la tecnología MAMR, Seagate apuesta por HAMR.
Grabación termomagnética (HAMR)
La grabación magnética asistida por calor (HAMR) es una tecnología de almacenamiento magnético que ahorra energía y permite aumentar significativamente la cantidad de datos que se pueden almacenar en un dispositivo magnético, como un disco duro, al utilizar calor proporcionado por un láser para ayudar a grabar datos en la superficie del soporte del disco duro. Gracias al calentamiento, los bits de datos se colocan mucho más cerca unos de otros en el soporte del disco, lo que permite aumentar la densidad y capacidad de datos.
Implementar esta tecnología es bastante complicado. Un láser de 200 mW calienta rápidamente A pesar de numerosas declaraciones escépticas, la empresa Seagate demostró por primera vez esta tecnología en 2013. Los primeros discos comenzaron a enviarse en 2018.
¡Fin de la película, rebobina al principio!
Comenzamos en 1951 y terminamos el artículo mirando hacia el futuro de la tecnología de almacenamiento. El almacenamiento de datos ha cambiado significativamente a lo largo del tiempo: desde cintas de papel hasta almacenamiento magnético y de metal, memoria de cinta, discos giratorios, discos ópticos, memoria flash, y más. A medida que avanzamos, han surgido dispositivos de almacenamiento más rápidos, compactos y potentes.
Si comparamos NVMe con la cinta de metal UNISERVO de 1951, NVMe puede leer un 486,111% más de cifras por segundo. Si comparamos NVMe con mis queridos disquetes de la infancia, NVMe puede leer un 213,623% más de cifras por segundo.
La grabación magnética asistida por calor (HAMR) es una tecnología de almacenamiento magnético que ahorra energía y permite aumentar significativamente la cantidad de datos que se pueden almacenar en un dispositivo magnético, como un disco duro, al utilizar calor proporcionado por un láser para ayudar a grabar datos en la superficie del soporte del disco duro. Gracias al calentamiento, los bits de datos se colocan mucho más cerca unos de otros en el soporte del disco, lo que permite aumentar la densidad y capacidad de datos.
Lo único que permanece constante es el uso de 0 y 1. Las maneras en que lo hacemos varían bastante. Espero que la próxima vez que grabes un CD-RW con canciones para un amigo o guardes un video casero en un Archivo de Disco Óptico, pienses en cómo la superficie no reflectante traduce el valor a 0, mientras que la reflectante lo traduce a 1. O si estás haciendo un mixtape en cassette, recuerda que esto está muy relacionado con el Datasette que se usaba en el Commodore PET. Finalmente, no olvides ser amable y rebobinar.
Gracias y por los deliciosos fragmentos (no puedo evitarlo) a lo largo del artículo.
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Fuente: habr.com
