Andmete byte'i elu

Iga pilveteenuse pakkuja pakub andmete salvestamise teenust. Need võivad olla jahedad ja kuumad salvestuslahendused, Ice-cold jne. Teabe hoidmine pilves on üsna mugav. Aga kuidas salvestati andmeid 10, 20, 50 aastat tagasi? Cloud4Y tõlkis huvitava artikli, mis räägibki sellest.

Andme byte'i saab salvestada mitmel erineval viisil, kuna pidevalt tekivad uusi, arenenumaid ja kiiremaid infokandjaid. Byte on digitaalinfo salvestamise ja töötlemise ühik, mis koosneb kaheksast bitist. Ühes bitis saab salvestada kas 0 või 1.

Pereferokaartide puhul salvestatakse bitt kui auk olemasolu/puudumine kaardil teatud kohas. Kui vaadata tagasi «Babbage'i analüütilisele masinale», siis numbreid salvestavad register olid hambad kettad. Magnetiliste salvestusseadmete, nagu lindid ja kettad, puhul esindab bitt teatud magnetlinti ala polaarsust. Kaasaegses dünaamilises juhusliku juurdepääsu mälus (DRAM) esindatakse bitti sageli kaheastmelise elektrilise laenguna, mis hoitakse seadmes, mis kogub elektrienergiat elektriväljas. Laetud või tühjendatud maht salvestab andme bitti.

Juuni 1956 Werner Buchholz leiutas sõna byte kasutamiseks bitti gruppi, mis on vajalik ühe sümboli kodeerimiseks teksti. Räägime veidi sümbolite kodeerimisest. Alustame Ameerika standardkoodist informatsiooni vahetamiseks, või ASCII (ASCII (ingl. American standard code for information interchange). ASCII põhines ingliskeelses tähestikus, seega oli iga täht, number ja sümbol (a-z, A-Z, 0-9, +, -, /, ", ! jne) esindatud 7-bitise täisarvuna vahemikus 32 kuni 127. See polnud just „sõbralik” teiste keelte suhtes. Muude keelte toetamiseks laiendas Unicode ASCII-d. Unicode'is on iga sümbol esindatud koodipunktina, või sümbolina, näiteks väike täht j — U+006A, kus U tähistab Unicode'i ja seejärel kuuekohalist arvu.

UTF-8 on standard on sümbolite esitlemine kaheksa bitti kaudu, võimaldades iga koodipunkti salvestamist vahemikus 0-127 ühe baitina. Kui me meenutame ASCII’t, siis see on täiesti normaalne ingliskeelsete sümbolite jaoks, kuid teiste keelte sümbolid on sageli väljendatud kahes või enamas baitis. UTF-16 on standaard sümbolite esitlemiseks 16 bitti kaudu, ja UTF-32 on standaard sümbolite esitlemiseks 32 bitti kaudu. ASCII-s on iga symbol bait, kuid Unicode’is võib sümbol sageli võtta 1, 2, 3 või rohkem bitti. Artiklis kasutatakse erinevaid bittide suuruse gruppide kombinatsioone. Bittide arv baiidis varieerub sõltuvalt meedia konstruktsioonist.

Selles artiklis teeme ajarännakut erinevate teabe salvestamise vahendite kaudu, et sukelduda andmete salvestamise ajalukku. Me ei kavatse süveneda sügavale igasse eraldi salvestusvahendisse, mis on kunagi leiutatud. Teie ees on toredaid informatiivseid artikleid, mis ei pretendeeri sugugi enquotikaeliku olulisusele.

Alustame. Oletame, et meil on andmepäev, milleks on täht j, või kodeeritud baiti 6a, või kahendandmetes 01001010. Aja jooksul kasutatakse seda andmepäeva mitmesugustes salvestustehnoloogiates, millest räägitakse.

1951

Meie lugu algab 1951. aastal UNIVAC 1 arvuti UNIVAC UNISERVO lintmäluseadmest. See oli esimene lintmäluseade, mis oli loodud kaubanduslikule arvutile. Lint oli valmistatud õhukesest nikkelbronksest ribast, mille laius oli 12,65 mm (nimetatakse Vicalloy'ks) ja pikkus peaaegu 366 meetrit. Meie andmepäevad suudsid salvestada kiirusel 7200 tähemärki sekundis, liikudes kiirusel 2,54 meetrit sekundis. Selle ajaloosammu jooksul võisite salvestusalgoritmi kiirusest mõõta lintide liikumise kaugust.

1952

Liigume aastasse 1952, 21. mail, kui IBM kuulutas välja oma esimese magnetlintploki, IBM 726. Nüüd saab meie andmepäevik liikuda metalllintilt UNISERVO IBM-i magnetlintile. See uus kodu osutus meie väga väikesele andmepäevikule väga mugavaks, kuna lint saab hoida kuni 2 miljonit numbrit. See 7-rajaline magnetlint liikus kiirusel 1,9 meetrit sekundis edastuskiirusel 12 500 numbrit või 7500 sümbolit (tol ajal tuntud kui kopeerimisrühmad) sekundis. Viitena: keskmises artiklis Habras on umbes 10 000 sümbolit.

IBM 726 lint oli varustatud seitsme rajaga, millest kuus olid andmete salvestamiseks ja üks pariteedi kontrollimiseks. Ühel keral oli kuni 400 meetrit 1,25 cm laiust lint. Teoreetiline andmeedastuskiirus ulatus 12,5 tuhande sümbolini sekundis; salvestustiheduseks oli 40 bitti sentimeetri kohta. Selle süsteemi puhul kasutati 'tühimikute' meetodit, kus lindi silmus tsirkuleeris kahe punkti vahel. See võimaldas lindil käivituda ja peatuda hetkega. Seda saavutati tänu pikkade tühimikute kolonnide paigaldamisele lintide ja lugemise/kirjutamise peade vahele, et neelata äkilisi pingetõuse, ilma milleta lint tavaliselt rebeneks. Eemaldatav plastikring lindi keratuppes pakkus kaitset salvestamise eest. Ühel lindi keral saab hoida umbes 1,1 megabaiti.

Mäletate VHS-kassetti? Mida oli vaja teha, et filmi uuesti vaadata? Kassetti tagasi kerida! Ja kui mitu korda keerlesite pliiatsiga kassetti, et mitte akusid raisata ja mitte saada rebenenud või ummistunud linti? Sama võib öelda ka arvutite kasutatavate linditükkide kohta. Programmid ei saanud lihtsalt mõnes kohas lindi ümber hüppata ega andmetele juhuslikult juurde pääseda, nad said andmeid lugeda ja salvestada rangelt järjestikku.

1956

Kui liikuda mitmeid aastaid edasi, aastasse 1956, siis algas magnetketaste salvestamise ajastu, kui IBM lõpetas arvutisüsteemi RAMAC 305 arendamise, mille tarnib Zellerbach Paper San Franciscosse. Selles arvutis kasutati esmakordselt kõvakettat liikuvate peaotsikutega. RAMAC-i ketas koosnes viiest viiskümmend magnetiseeritud metallplaati, mille läbimõõt oli 60,96 cm, suudades salvestada umbes viis miljonit andmesümbolit, 7 bitti sümboli kohta, ja pöörata kiirusel 1200 pööret minutis. Salvestusmaht oli umbes 3,75 megabaidi.

RAMAC võimaldas reaalajas juurdepääsu suurtele andmehulkadele, erinevalt magnetlintidest või perforeeritud kaartidest. IBM reklaamis RAMACi seadmena, mis suudab salvestada ekvivalendi 64 000 augustatud kaartidest. Varem oli RAMACis tutvustatud pideva tehingu töötlemise kontseptsioon, et andmed oleks võimalik kohe välja tõmmata, kui need on veel värsked. Nüüd sai meie andmetele RAMACis juurdepääsu 100 000 bitti sekundis. Varem lindiga töötades pidime me järjestikku andmeid kirjutama ja lugema, ning me ei saanud juhuslikult hüpata erinevatesse lintide osadesse. Reaalajas juhuslik juurdepääs andmetele oli toona tõeliselt revolutsiooniline.

1963

Liigume ajas tagasi 1963. aastasse, mil esitles DECtape'i. Nimi pärineb Digital Equipment Corporationist, tuntud kui DEC. DECtape oli odav ja usaldusväärne, mistõttu kasutas seda palju DEC-i arvutite põlvkondi. See oli 19 mm lint, kaetud ja pressitud kahe Mylar-kihi vahele nelja tollise (10,16 cm) rullikese peale.

Erinevalt oma suurtest ja raskest eelkäijatest oli DECtape kergesti käsitsi kantav. See tegi sellest suurepärase valiku isiklike arvutite jaoks. Erinevalt 7-ribalistest vastetist oli DECtapil 6 andmeriba, 2 märgiriba ja 2 taktimärgi riba. Andmeid salvestati kiirusel 350 bitti tolli kohta (138 bitti sentimeetri kohta). Meie andme byte, mis koosneb 8 bitist, kuid võib ulatuda 12 bitini, saadeti DECtapile kiirusel 8325 12-bitist sõna sekundis lintkiirusel 93 (±12) tolli. sekundis. See on 8% rohkem numbreid sekundis kui metalllint UNISERVO 1952. aastal.
 

1967

Neli aastat hiljem, 1967. aastal, alustas väike IBM-i meeskond tööd IBM-i kettaajami kallal, koodnimega Minnow. Sel ajal pandi meeskonna ülesandeks välja töötada usaldusväärne ja taskukohane meetod mikroprogrammide laadimiseks IBM System/370 peamise arvutisse. Hiljem määrati projekt ümber ja kohandati mikroprogrammi laadimiseks IBM 3330 otsese juurdepääsu salvestusvõimalusesse, koodnimega Merlin. IBM System/370. Hiljem projekti uuendati ja suunati kohandama mikrokoodi laadimist juhtimisse IBM 3330 Direct Access Storage Facility, mille koodnimi on Merlin.

Nüüd saab meie bite salvestada ainult lugemiseks mõeldud 8-tolliste Mylar magnetkattega paindlikele diskidele, mida tuntakse täna flopidena. Toote väljalaskmisel sai see nimeks IBM 23FD Floppy Disk Drive System. Diskid suutsid mahutada 80 kilobaiti andmeid. Erinevalt kõvaketastest sai kasutaja diskette kaitseümbrikus ühest seadmest teise hõlpsasti transportida. Hiljem, 1973. aastal, viis IBM läbi lugemis-/kirjutamisdisketi, mis sai tööstusstandardiks. standardi.
 

1969

 Aastal 1969, Apollo 11 kosmoselaeva pardal, mis viis Ameerika astronautide Kuule ja tagasi, käivitati AGC (Apollo Guidance Computer) pardaarvuti, millel oli „köied mälu” (rope memory). See köidete mälu valmistati käsitööna ning selle mahutavus oli 72 kilobaiti. Köidete mälu tootmine oli aeganõudev, aeglane ning nõudis oskusi, mis olid sarnased kudujate tööle; programmi kudumine köidete mällu võttis aega kuid. Kuid see oli õige tööriist tolleaegade jaoks, kui oli oluline mahutada maksimum rangelt piiratud ruumi. Kui juhe läks läbi ühe ringikujulise kihi, esindas see 1. Juhe, mis keerles kihi ümber, esindas 0. Meie andmebaidivaat nõudis inimeselt paar minutit, et neid nöörisse punuda.

1977

1977. aastal tuli turule Commodore PET — esimene (edu saavutanud) isiklik arvuti. PET-is kasutati Commodore 1530 Datasette'i, mis tähendab andmeid pluss kassett. PET muundas andmed analoogseteks helisignaalideks, mis salvestati kassetti. See võimaldas luua ökonoomse ja usaldusväärse lahenduse andmete talletamiseks, kuigi väga aeglane. Meie väike andmebaidivaat võis edastada kiirusel umbes 60–70 bitti sekundis. Kassetid suutsid mahutada umbes 100 kilobaiti 30-minutilise poole kohta, kahe poole kassetil. Näiteks võiks ühe poole kassetist mahutada umbes kaks 55 KB pilti. Datasette kasutati ka Commodore VIC-20 ja Commodore 64.

1978

Aasta pärast, 1978. aastal, esitleti MCA ja Philips LaserDisci nimega «Discovision». Film «Jaws» sai esimeseks filmiks, mis müüdi Ameerika Ühendriikides LaserDiscil. Selle heli- ja videosisu kvaliteet oli palju parem kui konkurentidel, kuid laserplaat osutus enamikkudele tarbijatele liiga kalliks. Erinevalt VHS-kassetidest, millele inimestel oli võimalik salvestada telesaateid, ei saanud LaserDiscil salvestada. Laserplaadid töötasid analoogvideoga, analoogse FM stereoheli ja impulsi kodeerimise modulatsiooniga, või PCM, digitaalse heliga. Plaatide läbimõõt oli 12 tolli (30,47 cm) ja need koosnesid kahest ühesuunalisest alumiiniumsest plaadist, kaetud plastikkihiga. Tänapäeval mäletatakse LaserDiscid CD ja DVD baasil.

1979

Aasta hiljem, 1979. aastal, asutasid Alan Shugart ja Finis Connor Seagate Technology ettevõtte, mille idee oli suurendada kõvaketta mõõtmeid 5 ¼-tollise ketta suuruseks, mis oli toona standard. Nende esimene toode 1980. aastal oli Seagate ST506, esimene kõvaketas kompaktsetele arvutitele. Ketas mahutas viis megabaiti andmeid, mis oli sel ajal viis korda suurem kui tavaline ketas. Asutajad saavutasid oma eesmärgi — vähendada ketta suurust 5¼-tollise ketta suuruseks. Uus andmesalvestusseade koosnes tugevast metallplaadist, mis oli kaetud mõlemalt poolt õhukese kihiga magnetmaterjali, et andmeid salvestada. Meie andmebaidid suudsid andmeid kettale edastada kiirusel 625 kilobaiti sekundis. See on umbes selline gif.

1981

Liigume paar aastat edasi, 1981. aastasse, kui Sony esitles esimesi 3,5-tolliseid kettaid. Hewlett-Packardist sai 1982. aastal esimene selle tehnoloogia järgija oma HP-150-ga. See populariseeris 3,5-tolliseid kettaid ja andis neile laialdase askeldamise tööstuses.. Disketid olid ühepoolse mahuga 161,2 kilobaiti ja vormindamata mahuga 218,8 kilobaiti. 1982. aastal tuli välja kahepoolses versioonis ja Microfloppy Industry Committee (MIC), mis koosneb 23 meediaettevõttest, kehtestas 3,5-tollise disketi spetsifikatsiooni, mis põhines Sony algsel disainil, kindlustades formaadi ajaloos just sellisena, nagu me seda teame. Nüüd saavad meie andmebaitid salvestuda ühel populaarseimal meediumil: 3,5-tollises disketis. Hiljem said paar 3,5-tolliset disketti Oregoni rajast minu lapsepõlve kõige olulisemaks osaks.

1984

Varsti pärast seda, 1984. aastal, kuulutati välja andmeid sisaldav kompaktplaat, mis oli ainult lugemiseks (Compact Disc Read-Only Memory, CD-ROM). Need olid 550 megabaidi suurused CD-ROM id Sony ja Philipsi poolt. Formaadi alus pärines digitaalse muusika levitamiseks kasutatavast kompaktplaadist, ehk CD-DA'st, mis loodi Sony ja Philipsi poolt 1982. aastal ning mille kestus oli 74 minutit. Legendi kohaselt, kui Sony ja Philips läbirääkimisi peavad, nõudis üks neljast inimesest, et see saaks mahtu kogu 'Üheksas sümpoony'. Esimene toode, mis ilmus kompaktdiskil, oli 'Grolier Electronic Encyclopedia', mis ilmus 1985. aastal. Entsüklopeedia sisaldas üheksa miljonit sõna, mis võttis vaid 12% olemasolevast kettaruumist, see tähendab 553 mebibaiti. Meil oleks olnud rohkem kui piisavalt ruumi entsüklopeedia ja ühe andmeühiku jaoks. Varsti pärast seda, 1985. aastal, töötasid arvutifirmad koos välja standardi diskide jaoks, et iga arvuti saaks neist teavet lugeda.

1984

Samuti 1984. aastal töötas Fujio Masuoka välja uue tüübi mälust, millel oli ujuv lüliti, mida nimetatakse välkmäluks, mis suutis mitmekordselt kustutada ja uuesti kirjutada.

Vaatame lähemalt lehte, mis kasutab ujuva uksega transistorit. Transistorid on elektrilised uksekesed, mida saab eraldi sisse ja välja lülitada. Kuna iga transistor võib olla kahel erineval olekul (sisse ja välja), suudab see salvestada kahte erinevat numbrit: 0 ja 1. Ujuv uks viitab teisele uksele, mis on lisatud keskmisele transistorile. See teine uks on isoleeritud õhukese oksüdikihiga. Need transistorid kasutavad väikest pinget, mis rakendatakse transistori uksest, et näidata, kas see on sisse või välja lülitatud, mis omakorda translateerib 0 või 1.
 
Kui ujuvad lülitid saavad vastavat pinget läbi oksiidikihi, läbivad elektronid selle ja jäävad lülititele kinni. Seetõttu jäävad elektronid nendele ka pärast toite väljalülitamist. Kui ujudes lülititel pole elektrone, esindavad nad 1, ja kui elektronid on kinni, esindavad nad 0. Selle protsessi tagasikäik ja sobiva pinge rakendamine oksiidikihi kaudu vastupidises suunas võimaldavad elektronidel läbida ujuvatest lülititest ja taastada transistor algsesse olekusse. Seega tehakse mälurakud programmeeritavateks ja energiast sõltumatuteks. Meie bitti saab programmeerida transistoris nagu 01001010, kus elektronid, mis on kinni ujuvates lülitites, esindavad nullideks.

Masuoka konstruktsioon oli veidi kergemini juurdepääsetav, kuid vähem paindlik kui elektriliselt kustutatav PROM (EEPROM), kuna see nõudis mitmeid mälurakkude gruppe, mis pidid koos kustutama, kuid seda seletati ka selle kiirusest.

Sel ajal töötas Masuoka Toshiba juures. Lõpuks lahkus ta Tohoku Ülikooli, kuna ta oli pettunud, et ettevõte ei tasustanud teda tema töö eest. Masuoka kaebas Toshiba kohtusse, nõudes hüvitist. 2006. aastal maksti talle 87 miljonit jüaani, mis on võrdne 758 000 USA dollariga. See tundub endiselt tühine, arvestades, kui mõjukaks on osutunud flash-mä memória tööstuses.

Kuna me räägime flash-mälust, tasub samuti märkida NOR ja NAND flash-mälu vahe. Nagu me juba teame Masuokalt, salvestab flash teavet mälurakkudesse, mis koosnevad ujuva päästiku transistoridest. Tehnoloogiate nimed on otseselt seotud sellega, kuidas mälurakud on korraldatud.

NOR välkmälus säilitab eraldi mälurakke, mis on omavahel paralleelselt ühendatud, võimaldades juhuslikku juurdepääsu. Selline arhitektuur vähendab lugemiseks vajalikku aega, mis on vajalik mikroskeemide juhiste juhuslikuks juurdepääsuks. NOR välkmälu sobib ideaalselt madalama tihedusega rakendustele, mis on peamiselt mõeldud ainult lugemiseks. Seetõttu laadivad enamik CPU-sid oma püsivara enamasti NOR välkmälu kaudu. Masuoka ja tema kolleegid tutvustasid NOR välkmälu leiutist 1984. aastal ja NAND välkmälu. 1987.

NAND Flashi arendajad loobusid juhuslikust juurdepääsust, et saavutada väiksem mäluraku suurus. See tagab väiksema kiibi suuruse ja madalama hinna bit'i kohta. NAND flash-mälu arhitektuur koosneb järjestikku ühendatud mälutransistore, mis koosnevad kaheksast osast. See võimaldab saavutada kõrge tiheduse, väiksema mäluraku suuruse ning kiirem andmete kirjutamine ja kustutamine, kuna see suudab andmebloke programmeerida samaaegselt. Seda saavutatakse tänu andmete ümberkirjutamise vajadusele, kui need ei ole järjestikku salvestatud ja andmed juba eksisteerivad blokk.

1991

Liigume aastasse 1991, kui ettevõte SanDisk, tol ajal tuntud kui SunDisk. Konstruktsioon kombineeris mälusi, energiat sõltumatud mäluküsimused ja intelligentse kontrolli defekti tuvastamiseks ja parandamiseks. Ketta maht oli 20 megabaiti 2,5-tollises vormifaktoris, hinnaga umbes 1000 Ameerika dollarit. Seda ketast kasutas IBM arvutis. ThinkPad.

1994

Üks minu lapsepõlve lemmikkandjate seas olid Zip-diskid. 1994. aastal tõi Iomega turule Zip-diski, 100-megabaitise kasseti 3,5-tollises vormifaktoris, mis oli pisut paksem kui tavapärane 3,5-tolline kettaleht. Hilisemad versioonid suutsid mahutada kuni 2 gigabaiti. Nende diskide eeliseks oli see, et need olid ketta suurused, kuid pakkusid suuremat andmete mahtu. Meie andmed saadi Zip-diskile salvestada kiirusel 1,4 megabaiti sekundis. Võrdluseks: sel ajal kirjutati 1,44 megabaiti 3,5-tollisest ketta lehelt umbes 16 kilobaiti sekundis. Zip-diskil loevad pead andmeid kontakti vältides, just nagu kõvakettad, kuid erinevalt teiste ketaste tööpõhimõttest. Varsti pärast seda muutusid Zip-diskid vananenuks usaldusprobleemide ja kergesti kättesaadavuse tõttu.

1994

Samas aastal tõi SanDisk turule CompactFlash, mida kasutati laialdaselt digikaamerates. Nagu kompaktdiskide puhul, põhinevad CompactFlash'i kiirus „x”-hindetel, nagu 8x, 20x, 133x jne. Maksimaalne edastuskiirus arvutatakse originaalse CD audio edastuskiirusest, mis on 150 kilobaiti sekundis. Edastuskiirus tundub nagu R = Kx150 kB/s, kus R on edastuskiirus ja K on nimekirja kiirus. Seega 133x CompactFlash'i puhul kirjutatakse meie andmibait 133x150 kB/s või umbes 19 950 kB/s või 19,95 MB/s. CompactFlash'i assotsiatsioon loodi 1995. aastal eesmärgiga luua tööstuslik standard mälukaartide jaoks, mis põhinevad flash-mälul.

1997

Mõni aasta hiljem, 1997. aastal, toodi turule uuesti kirjutatav kompaktne CD (CD-RW). Seda optilise plaadi kasutati andmete salvestamiseks ning failide kopeerimiseks ja edastamiseks erinevatele seadmetele. Kompaktseid plaate saab uuesti kirjutada umbes 1000 korda, mis ei olnud siis piirav tegur, kuna kasutajad harva andmeid uuesti kirjutasid.

CD-RW-diskid põhinevad pinna refleksiivsuse muutumise tehnoloogial. CD-RW puhul põhjustavad faasilised nihked hõbedast, telluurist ja indiast koosnevates erikattes reflekteerimise või mitte-reflekteerimise suutlikkust lugemise kiirrada, mis tähendab 0 või 1. Kui ühendus on kristallilises olekus, on see poolläbipaistev, mis tähendab 1. Kui ühendus sulatatakse amorfsetesse olekutesse, muutub see läbipaistmatuks ja mitte-reflektiivseks, mis tähendab 0. Seetõttu võiksime meie andmebaidi salvestada kui 01001010.

DVD-diskid hõivasid lõpuks suure osa turust CD-RW-de osas.

1999

Liigume 1999. aastasse, mil IBM esitles maailma kõige väiksemaid kõvakettaid: IBM-i mikrodiskid mahuga 170 ja 340 MB. Need olid väikesed, 2,54 cm läbimõõduga kõvakettad, mis olid mõeldud paigaldamiseks CompactFlash Type II pesadesse. Plaan oli luua seade, mida saaks kasutada nagu CompactFlash, kuid suurema mälu mahutavusega. Siiski asendasid need peagi USB mälupulgad ja hiljem suuremad CompactFlash kaardid, kui need turule ilmusid. Nagu teisedki kõvakettad, olid mikrodiskid mehaanilised ja sisaldasid väikeseid pöörlevaid plaate.

2000

Aasta hiljem, 2000. aastal, tutvustati USB mälupulki. Need sisaldasid välkmälu, mis oli asetatud väikese vormifaktori USB-liidese sisse. Sõltuvalt kasutatava USB-liidese versioonist võis andmeedastuskiirus varieeruda. USB 1.1 on piiratud 1,5 megabiti sekundis, samas kui USB 2.0 suudab töödelda 35 megabitti sekundis. sekundis, ja USB 3.0 - 625 megabitti sekundis. Esimesed USB 3.1 tüüpi C kandikud kuulutati välja 2015. aasta märtsis ning nende lugemise/kirjutamise kiirus oli 530 megabitti sekundis. Erinevalt disketidest ja optilistest plaatidest on USB-seadmed raskemini kriimustatavad, kuid neil on samad andmete salvestamise ning failide edastamise ja varundamise võimalused. Diskettide ja CD-mängijad on kiiresti asendunud USB-portidega.

2005

2005. aastal hakkasid kõvaketta (HDD) tootjad tarnima tooteid, mis kasutavad peenikest magnetkirjutust ehk PMR. Huvitav on see, et see toimus samal ajal, kui iPod Nano kuulutas välja, et kasutab flash-mälu asemel 1-tolliseid kõvakettaid iPod Mini-s.

Tüüpiline kõvaketas sisaldab ühte või mitut ketast, mis on kaetud magnetitundliku kihiga, mis koosneb pisikestest magnetilistest teradest. Andmeid salvestatakse, kui magnetiline salvestuspea lendab veidi kõrgemal pöörlevast kettast. See sarnaneb väga traditsioonilise gramofoniga, erinevus seisneb vaid selles, et gramofonis on nõel füüsilises kontaktis plaadiga. Kettad pöörlemise ajal tekitavad õhu, mis nendega kokku puutub, kerge tuule. Nagu õhk lennuki tiiva peal tekitab tõstekrafta, genereerib õhk tõstekrafta aerodünaamilise pinna peal. kettapea. Pea muudab kiiresti ühe magnetilise ala terade magnetilisust nii, et selle magnetiline pool osutab üles või alla, tähistades 1 või 0.
 
PMR eelkäija oli pikisuunaline magnetiline salvestamine ehk LMR. PMR salvestustihedus võib ületada LMR salvestustihedust rohkem kui kolm korda. PMR ja LMR peamine erinevus seisneb selles, et PMR kandjate terade struktuur ja salvestatud andmete magnetiline orientatsioon on veergude kujul, mitte pikisuunaline. PMR-l on parem termiline stabiilsus ja paranenud signaal-kohinam suhe (SNR), tänu terade paremusele ja ühtlusele. See erineb ka parema kirjutatavuse poolest tugevamate pea väljade ja parema magnetilise joondamise tõttu. Nagu LMR, põhinevad PMR fundamentaalsed piirangud termilisel stabiilsusel, kirjutatud andmete magnetiliste bitite ning piisava SNR saavutamise vajadusel salvestatud informatsiooni lugemiseks.

2007

2007. aastal kuulutati välja esimene 1 TB kõvaketas Hitachi Global Storage Technologiesilt. Hitachi Deskstar 7K1000 kasutas viis 3,5-tollist 200-gigabaidist plaati ja pöördus kiirusel 7200 об/мин. See on tõsine edumaa võrreldes maailma esimese kõvakettaga IBM RAMAC 350, mille mahutavus oli umbes 3,75 megabaiti. Oh, kui kaugele me oleme 51 aastaga jõudnud! Aga oota, on veel midagi.

2009

Tehnilised tööd energiat mitte tarbiva ekspressmälu loomise kallal algasid 2009. aastal, või NVMe. Energonõhiline mälu (NVM) on mälutüüp, mis suudab andmeid pidevalt salvestada, erinevalt energiasõltuvast mmapid, mis vajavad pidevat toidet andmete säilitamiseks. NVMe vastab vajadusele skaleeritava hosti kontrolleri liidese järele pooljuhtide komponentide jaoks, mis toetavad PCIe tehnoloogiat, seetõttu tuleb ka nimi NVMe. Üle 90 ettevõtte on saanud osa projekti arendamise töörühmast. Kõik see põhines töö tulemustel, et määratleda energiat mittevajava mälu hosti kontrolleri liidese (NVMHCIS) spetsifikatsioon. Parimad tänapäeval olevad NVMe kõvakettad suudavad lugemise puhul töödelda umbes 3500 megabaiti sekundis ja kirjutamise puhul 3300 megabaiti sekundis. Andmebaidi j, millega meie alustasime, saab salvestada väga kiiresti võrreldes paariga minutit, et käsitsi teha köiemälu Apollo Guidance Computer'i jaoks.

Tänane ja tulevik

Salvestusklassimälu

Nüüd, kui oleme teinud ajarännakut (ha!), vaatame kaasaegset Storage Class Memory (SCM) mälu seisu. SCM, nagu ka NVM, on püsiv, kuid SCM pakub ka jõudlust, mis ületab või on võrreldav põhimälu jõudlusega, samuti baiti aadressitavus. SCM-i eesmärk on lahendada tänapäeva vahemälu probleeme, nagu madal staatiliste juhuslikult ligipääsetava mälumahu tihedus (SRAM). Dünaamilise juhuslikult ligipääsetava mäluga (DRAM) saame parema tiheduse, kuid see saavutatakse aeglasema ligipääsu arvelt. DRAM kannatab ka pideva energiavajaduse all mälude värskendamiseks. Vaatame seda natuke lähemalt. Toide on vajalik, kuna elektrilaeng kondensaatorites lekib järk-järgult, mis tähendab, et ilma sekkumiseta kaotatakse andmed peagi kiibil.

Faasi muutmise mälu (Phase-change memory, PCM)

Oleme varem arutanud, kuidas faas CD-RW puhul muutub. PCM on sarnane. Faasi muutmise materjaliks on tavaliselt Ge-Sb-Te, tuntud ka kui GST, mis võib eksisteerida kahes erinevas olekus: amorfne ja kristalliline. Amorfne olek on suurema takistusega, tähistades 0, samas kui kristalliline olek tähistab 1. Andmete väärtuste määramine vahepealsetele takistustele võimaldab PCM-il salvestada mitmeid olekuid. MLC.

Spinniülekande moment random access memory (STT-RAM)

STT-RAM koosneb kahest ferromagnetilisest, pidevast magnetkihist, mis on eraldatud dielektrikuga, st isolaatoriga, mis võib edastada elektrilist voolu ilma juhitamiseta. See salvestab andmebitid, mis põhinevad magnetiliste suundade erinevustel. Üks magnetkiht, mida nimetatakse tugikiht, omab fikseeritud magnetilist suunda, samas kui teine magnetkiht, mida nimetatakse vabaks kihiks, omab magnetilist suunda, mida kontrollitakse laskuva voolu kaudu. 1 korral on kahe kihi magnetiseerimise suunad joondatud. 0 puhul on mõlemal kihil vastupidised magnetilised suunad.

Resistiivne juhitav mälu (Resistive random access memory, ReRAM)
ReRAMi element koosneb kahest metallelektroodist, mille vahel on metalloksiidi kiht. See on pisut sarnane Masuoka flash-mälu kujundusele, kus elektronid tungivad läbi oksiidkihist ja jäävad hõljuvatesse väravatesse või vastupidi. Kuid ReRAMi kasutamisel määratakse elemendi olek vaba hapniku kontsentratsiooni alusel metalloksiidi kihis.

Kuigi need tehnoloogiad on paljutõotavad, on neil siiski puudusi. PCM ja STT-RAM-i kirjutamise viivitus on kõrge. PCM-i viivitus on kümme korda kõrgem kui DRAM-il, samas kui STT-RAM-i viivitus on kümme korda kõrgem kui SRAM-il. PCM-il ja ReRAM-il on piirang kirjutamise kestvuse osas enne tõsise vea ilmnemist, mis tähendab, et mäluelement jääb kindlasse väärtusse.

Augusti 2015. aastal kuulutas Intel välja Optane'i, oma toote, mis baseerub 3DXPoint tehnoloogial. Optane väidab, et selle töötluskiirus on 1000 korda suurem kui NAND-SSD-del, ja hind on neli kuni viis korda kõrgem kui mälupulkadel. Optane tõestab, et SCM ei ole lihtsalt katsetamisjärgus tehnoloogia. Huvi pakub nende tehnoloogiate areng.

K kõvakettad (HDD)

Heleiumiga kõvaketas (HHDD)

Heleiumiga ketas on suurmahtuline kõvaketas (HDD), mis on täidetud heleiumiga ja suletud tootmisprotsessi käigus hermeetiliselt. Nagu teised kõvakettad, on see sarnane mängijale, millel on magnetkattega pöörlev plaat. Tüüpilistes kõvaketastes on lihtsalt õhk sees, kuid see õhk tekitab kettade pöörlemisel teatavat takistust.

Heeliumipallid lendavad, kuna heelium on kergem kui õhk. Tegelikult moodustab heelium 1/7 õhu tihedusest, mis muudab plaatide pöörlemise ajal vastupanujõu väiksemaks, vähendades energiat, mis on vajalik ketaste pöörlemiseks. Siiski on see omadus teisejärguline; heeliumi peamine eristav omadus on see, et see võimaldab pakkida 7 plaati samasse vormi, kuhu tavaliselt mahuks vaid 5. Kui meenutada analoogiat meie lennuki tiivaga, on see ideaalne võrdlus. Kuna heelium vähendab takistust, kaob turbulents.

Meile on teada, et heeliumiga täidetud õhupallid hakkavad paari päeva pärast allapoole vajuma, kuna heelium neist välja pääseb. Sama võib öelda ka ketaste kohta. Aastaid läks, enne kui tootjad suutsid luua anuma, mis takistab heeliumi väljavoolu formaadi kaudu kogu seadme eluiga. Ettevõte Backblaze viis läbi katseid ja avastas, et heeliumiga kõvaketaste aastane rallimargeering oli 1,03%, samas kui tavakettadel 1,06%. Loomulikult on see erinevus nii väike, et sellest ei saa tõsiseid järeldusi teha. üksteise peale.

Heeliumiga täidetud vormifaktor võib sisaldada kõvaketast, mis on kapseldatud ülal mainitud PMR (Perpendicular Magnetic Recording) meetodiga, või mikrooonilise magnetilise salvestamise (MAMR) või magnetilise salvestamise kuumutamise (HAMR) meetodiga. Igasugune magnetiline andmesalvestustehnoloogia saab ühendada heeliumi ja mitte õhuga. Aastal 2014 liitis ettevõte HGST kaks tipptehnoloogiat oma 10 TB heeliumiga kõvakettas, mis kasutas hostipõhist šingeldatud magnetit salvestamist ehk SMR (Shingled Magnetic Recording). Kuid räägime veidi rohkem SMR-ist, seejärel vaatame MAMR-i ja HAMR-i.

Keraamilise magnetkirjutustehnoloogia

Varem oleme arutanud risti magnetkirjutust (PMR), mis oli SMR-i eelkäija. Erinevalt PMR-ist kirjutab SMR uusi radu, mis katab osa eelnevalt kirjutatud magnetrajast. See omakorda muudab eelneva rajaga kitsamaks, tagades suurema rajade tiheduse. Tehnoloogia nimi tuleneb sellest, et kattuvad rajad meenutavad väga keraamilisi katuseid.

SMR toob kaasa palju keerukama kirjutamisprotsessi, kuna ühe raja kirjutamisel kirjutatakse ümber naaberraja. See ei avaldu, kui ketta aluspind on tühi ja andmed on järjestikused. Kuid niipea, kui hakkate kirjutama andmeid mitmele rajale, mis juba sisaldavad andmeid, kustutatakse olemasolevad naaberandmed. Kui naaberrajal on andmed, tuleb need ümber kirjutada. See sarnaneb üsna palju NAND flash'iga, millest me varem rääkisime.

SMR-seadmed võimaldavad selle keerukuse varjamist sisseehitatud tarkvara juhtimise kaudu, mille tulemusena saadakse liides, mis sarnaneb mistahes teise kõvakettaga. Teiselt poolt ei võimalda hostitud SMR-seadmed, ilma spetsiaalse rakenduste ja operatsioonisüsteemide kohandamiseta, nende ketaste kasutamist. Host peab kirjutama seadmetele rangelt järjestikku. Sellega on seadmete jõudlus 100% ettearvatav. Seagate alustas SMR-kettadekinnitamist 2013. aastal, väites, et nende tihedus on 25% suurem. ületab PMR tihedus.

Mikrolaine magnetiline salvestamine (MAMR)

Mikrolainega abistatud magnetiline salvestamine (MAMR) on magnetmälu tehnoloogia, mis kasutab energiat, mis on sarnane HAMR-iga (millele vaatame hiljem). MAMR-i oluline komponent on Spin Torque Oscillator (STO) või "spintoorilt põhinev generaator". Isegi STO paikneb salvestuspea läheduses. Kui STO-le rakendatakse voolu, tekib ringikujulise elektromagnetvälja genereerimine sagedusega 20-40 GHz elektronide spinni polariseerimise kaudu.

Kui selline väli mõjub ferromagneetilisel materjalil, mida kasutatakse MAMR-is, tekib resonants, mis põhjustab domeenide magnetmomentide pretsessiooni selles väljas. Sisuliselt kalduvad magnetmomendid oma teljest, ja salvestuspead vajavad selle suuna (keeramise) muutmiseks oluliselt vähem energiat.

MAMR-tehnoloogia kasutamine võimaldab suurema koertsitiivsusjõuga ferromagneetiliste ainete kasutamist, mis tähendab, et magnetdomeenide suurust saab vähendada, kartmata superparamagneetilise efekti teket. STO generaator aitab vähendada salvestuspeade suurust, mis võimaldab teavet salvestada väiksematesse magnetdomeenidesse, suurendades seeläbi salvestustihedust.

Ettevõte Western Digital, tuntud ka kui WD, esit Beari seda tehnoloogiat 2017. aastal. Peagi pärast seda, 2018. aastal, toetas seda tehnoloogiat ettevõte Toshiba. Samal ajal, kui ettevõtted WD ja Toshiba on hõivatud MAMR-tehnoloogia arendamisega, paneb Seagate panuseid HAMR-ile.

Termomagneetiline salvestus (HAMR)

Soojusabi magnetrecordimine (HAMR) on energia säästva magnetilise andmesalvestustehnoloogia, mis võimaldab oluliselt suurendada andmete mahtu, mida saab magnetseadmestikus, näiteks kõvakettal, salvestada. See saavutatakse laseriga genereeritava sooja abil, mis aitab andmeid kõvaketta aluspinnale kirjutada. Ahnema läheduse tõttu saavad andmebitid asuda ketta aluspinna lähedal, mis omakorda võimaldab suurendada andmete tihedust ja mahtu.

Seda tehnoloogiat on üsna keeruline rakendada. 200 mW laser kuumutab kuiva ala kuni 400 °C enne salvestamist, samal ajal segamata ega kahjustamata muid andmeid kettal. Soojendamise, andmete salvestamise ja jahutamise protsess peab olema lõpetatud vähem kui nanosündmuses. Nende ülesannete lahendamiseks oli vajalik arendada välja nano-suurusega pinna plasmonid, tuntud ka kui pindemise laser, selle asemel, et kasutada otse laseriga kuumutamist, samuti uusi klaaspaneelide ja termoregulatsioonikatte tüüpe, mis taluvad kiiret punktkuumutamist ilma salvestuspea või mis tahes lähedal olevate andmete kahjustamiseta, ning erinevaid muid tehnilisi probleeme, mis pidi lahendama.

Malju arvukaid skeptilisi märkusi esitles Seagate selle tehnoloogia esmakordselt 2013. aastal. Esimesed kettad hakkasid müüki tulema 2018. aastal.

Filmi lõpp, kerige algusse!

Alustasime 1951. aastal ja lõpetame artikli, vaadates tulevikku salvestustehnoloogias. Andmesalvestus on aja jooksul tohutult muutunud: paberiribadest ja metallist magnetlintidest, nöörimälust, pöörlevatest kettadest, optilistest diskidest, mälupulkadest ja teistest seadmetest. Edusammud on toonud kaasa kiiremad, kompaktsemad ja tõhusamad andmesalvestusseadmed.

Kui võrrelda NVMe-d 1951. aasta metalllintidega UNISERVO, siis suudab NVMe lugeda 486 111% rohkem numbreid sekundis. Kui võrrelda NVMe-d minu lemmikuga lapsest saadik, Zip-kettaga, suudab NVMe lugeda 213,623% rohkem numbreid sekundis.

Ainus, mis jääb muutumatuks, on 0 ja 1 kasutamine. Viisid, kuidas me seda teeme, varieeruvad väga erinevalt. Loodan, et järgmine kord, kui kirjutate CD-RW-le laule sõbrale või salvestate koduvideo Optilise Diski Arhiivi, mõtlete sellele, kuidas mittepeegelduv pind tõlgib 0-ks ja peegelduv 1-ks. Või kui salvestate miksteibi kassettidele, pidage meeles, et see on tihedalt seotud Commodore PET-is kasutatava Datasette'iga. Lõpuks, ärge unustage olla lahked ja tagasi kerida.

Aitäh Robert Mustak ja Rick Alter maitsvate palade (ma ei saa endaga midagi teha) kogu artikli vältel!

Mida veel huvitavat blogis lugeda Cloud4Y

→ Munaotsingud Šveitsi topograafilistel kaartidel
→ 90ndate arvutibrändid, osa 1
→ Kuidas häkkeri ema vanglasse sisenes ja juhataja arvuti nakatas
→ Võrgusidemete diagnostika virtuaalses EDGE marsruuteris
→ Kuidas pank 'katkestati'

Liituge meiega Telegram-kanal, et mitte jääda ilma järgmisest artiklist! Kirjeldame mitte tihemini kui kaks korda nädalas ja ainult asjalikult. Ja tuletame meelde, et Cloud4Y võib pakkuda turvalist ja usaldusväärset kaugjuurdepääsu äppidele ja teabele, mis on vajalik äritegevuse katkematuse tagamiseks. Kaugelt töötamine on täiendav takistus koroonaviiruse leviku teel. Üksikasju saate meie juhtidelt veebilehel.

Allikas: habr.com