Andmebaidi elu

Iga pilvteenuse pakkujat pakub andmete salvestamise teenust. Need võivad olla külmad ja kuumad salvestuskohad, Ice-cold jne. Pilves andmete hoidmine on üsna mugav. Kuid kuidas hoiti andmeid 10, 20 või isegi 50 aastat tagasi? Cloud4Y tõlkis huvitava artikli, mis räägib sellest.

Baiti andmeid saab salvestada erinevatel viisidel, kuna pidevalt ilmuvad uusi, täiustatud ja kiiremaid andmekandjate tehnoloogiaid. Bait on digitaalsete andmete salvestamise ja töötlemise ühik, mis koosneb kaheksast bitist. Ühes bitis võib olla kas 0 või 1.

Perfokaartide puhul salvestatakse bitt kui aukude olemasolu/puudumine kaardil teatud kohas. Kui minna veidi kaugemale tagasi ajalukku, siis Babbage’i analüütiline masin salvestas numbreid hammasrataste kaudu. Magnetiliste salvestusseadmete, nagu lindid ja kettad, puhul on bitt esindatud teatud ala magnetilise kile polaarsuse kaudu. Aajalistis mälus (DRAM) esindatakse bitti sageli kaheastmelise elektrilise laenguna, mis on salvestatud seadmesse, mis kogub elektrienergiat elektriväljas. Laetud või laadimata kapatsiteet hoiab bitti.

Juuni 1956. Werner Buchholz sõi sõna byte ühe sümboli kodeerimiseks kasutatavate bittide rühma tähistamiseks teksti. Räägime natuke sümbolite kodeerimisest. Alustame Ameerika standardkoodist teabevahetuseks ehk ASCII-st (American Standard Code for Information Interchange). ASCII põhines inglise tähestikul, seetõttu esindati iga tähte, numbrit ja sümbolit (a-z, A-Z, 0-9, +, -, /, ", ! jne) 7-bitise täisarvuna vahemikus 32 kuni 127. See polnud eriti

UTF-8 on standard on sümbolite esitlemiseks kaheksa biti kujul, võimaldades salvestada iga koodipunkt vahemikus 0-127 ühe baitina. Kui me meenutame ASCII-d, siis see on ingliskeelsete sümbolite jaoks täiesti normaalne, kuid teiste keelte sümboleid väljendatakse sageli kahe või enama baitiga. UTF-16 on standard, mis esitleb sümboleid 16 biti kujul, ja UTF-32 on standard, mis esitleb sümboleid 32 biti kujul. ASCII-s on iga sümbol bait, samas kui Unicode'is võib sümbol sageli võtta 1, 2, 3 või rohkem bait. Artiklis kasutatakse erinevaid bitigruppide suurusi. Bittide arv baitis varieerub vastavalt kandmisstruktuurile.

Selles artiklis teeme ajas rännaku läbi erinevate teabe kandjate, et süveneda andmete salvestamise ajalukku. Me ei kavatse sugugi süvitsi minna iga eraldi teabe kandja uurimisse, mis kunagi on leiutatud. Teie ees on lõbus teavet andev artikkel, mis ei pretendeeri mingil juhul entsüklopeedilisele olulisusele.

Alustame. Oletame, et meil on andmebait salvestamiseks: täht j, või kodeeritud baitina 6a, või binaarselt 01001010. Aja jooksul kasutame andmebaite mõnedes salvestustehnoloogiates, mis on kirjeldatud.

1951

Meie lugu algab 1951. aastal UNIVAC UNISERVO lintkandja saabumisega UNIVAC 1 arvuti jaoks. See oli esimene lintkandja, mis loodi kommertsarvutite jaoks. Lint oli valmistatud õhukesest nikeldatud pronksist ribast, mille laius oli 12,65 mm (nimetatakse Vicalloy'ks) ja pikkus peaaegu 366 meetrit. Meie andmebaite saadi salvestada kiirusel 7200 sümbolit sekundis lint, mis liikus kiirusel 2,54 meetrit sekundis. Selle ajaloos sai salvestusalgoritmi kiiruset hinnata lintiga läbitud vahemaa järgi.

1952

Liigume edasi aastasse 1952, 21. maini, kui IBM kuulutas välja oma esimese magnetlintseadmestiku, IBM 726. Nüüd saab meie andmepükk liikuda metalliselt UNISERVO lindilt IBM magnetlindile. See uus kodu osutus meie väga väikese andmepüki jaoks ülimugavaks, kuna lindil suudab hoida kuni 2 miljonit numbrit. See magnetlint, millel on 7 rada, liikus kiirusel 1,9 meetrit sekundis andmeedastuskiirusel 12 500 numbrit või 7500 sümbolit (sel ajal nimetatud kopeerimisteguriteks) sekundis. Viiteks: keskmises artiklis Habré on umbes 10 000 sümbolit.

IBM 726 lindil oli seitse rada, millest kuus olid andmete salvestamiseks ja üks paritset soonde kontrollimiseks. Ühel rullil mahtus kuni 400 meetrit 1,25 cm laiust linti. Andmeedastuskiirus saavutas teoreetiliselt 12,5 tuhat sümbolit sekundis; salvestustiheduse oli 40 bitti sentimeetri kohta. Selles süsteemis kasutati "tühjendustoru meetodit", kus lint liikus kahes punkti vahel. See võimaldas lindil alustada ja peatuda murdosa sekundiga. Seda saavutati pika tühjendustoru paigaldamise kaudu lindirullide ja lugemis-/kirjutamispeade vahele, et neelata ootamatud pingetõusud lindil, ilma milleta lint oleks tavaliselt purunenud. Eemaldatav plastikring lindirulli taga tagas kirjutamiskaitse. Ühel lindirullil saab hoida umbes 1,1 megabaiti.

Mäletage VHS-kassetid. Mida tuli teha, et filmi uuesti vaadata? Lindile kerida! Ja kui palju kordi te pöörasite pliiatsiga kassetti, et vältida akude liiga kiiret tühjenemist ja saada purunenud või sassi läinud linti? Sama võib öelda ka arvutite jaoks kasutatavate lintide kohta. Programmid ei saanud lihtsalt hüpata mingi lõigu üle või juhuslikult andmetele juurde pääseda, nad said andmeid lugeda ja salvestada rangelt järjestikuses järjekorras.

1956

Kui liikuda veel mõned aastad edasi, aastasse 1956, algas magnetdiskide salvestamise ajastu IBMi RAMAC 305 arvutisüsteemi valmimisega, mille tarnib Zellerbach Paper San FranciscosseSelles arvutis kasutati esmakordselt liikuvpeaga kõvaketast. RAMAC andmekandja koosnes viiest viiekümne magnetiseeritud metallplaadist, mille diameeter oli 60,96 cm, suutes salvestada umbes viis miljonit sümbolit, 7 bitti sümboli kohta, ning pöörduda kiirusel 1200 pöördet/min. Salvestusmaht oli umbes 3,75 megabaiti.

RAMAC võimaldas reaalajas suurtel andmemahtudel juurdepääsu, erinevalt magnetlintidest või perforatsioonikaartidest. IBM reklaamis RAMAC-i seadmena, mis suutis salvestada ekvivalenti 64 000 perforatsioonikaarti. A varem oli RAMAC-s kasutusele võetud pideva tehingu töötlemise kontseptsioon, et andmeid saaks hankida kohe, kui need on värsked. Nüüd sai meie andmetele RAMAC-is juurdepääsu kiirusel 100 000 bitti sekundis. Varasemal lindiga töötamisel pidime salvestama ja lugema järjestikuseid andmeid, ning me ei saanud juhuslikult lindi erinevatesse osadesse hüpata. Otsene juurdepääs andmetele reaalajas oli tol ajal tõeliselt revolutsiooniline.

1963

Liigume 1963. aastasse, mil tutvustati DECtape'i. Nimi tuli Digital Equipment Corporationist, tuntud kui DEC. DECtape oli odav ja usaldusväärne, seetõttu kasutati seda paljude DEC-i arvutite põlvkondade jooksul. See oli 19 mm laiuselt lamineeritud lint, peidetud kahe Mylari kihi vahele nelja tollise (10,16 cm) rullikuuri peale.

Erinevalt oma raskete ja suurte eelkäijate, oli DECtape'i lint käsitsi transportimiseks mugav. See tegi sellest suurepärase valiku personaalarvutitele. Erinevalt 7-ribalistest analoogidest, oli DECtape'il 6 andmeri ja 2 märgistusrajal ning 2 taktipulsi jaoks. Andmeid kirjutati kiirusel 350 bitti tolli kohta (138 bitti cm kohta). Meie andmebaidid, mis koosnevad 8 bitist, kuid võivad laieneda 12 bitini, saadi DECtape-l edastada kiirusel 8325 12-bitist sõna sekundis lintide kiirusel 93 (±12) tolli sekundis. See on 8% rohkem numbreid sekundis kui 1952. aasta metalllint UNISERVO-l.
 

1967

Neli aastat hiljem, 1967. aastal, hakkas väike IBM-i meeskond töötama IBM-i kettaaja pealkirja kodeeritud Minnow. Siis pandi meeskonna ülesanne välja töötada usaldusväärne ja odav viis mikrokoodide laadimiseks peamise serveri IBM System/370. Hiljem määrati projekt ümber ja suunati mikrokoodi laadimiseks kontrollerisse IBM 3330 Direct Access Storage Facility koodnimega Merlin.

Nüüd saab meie bait salvestuda ainult lugemiseks ettenähtud 8-tolliste Mylar magnetkattega paindlikele ketastele, mida tuntakse tänapäeval kui diskette. Toote väljaandmise hetkel sai see nime IBM 23FD Floppy Disk Drive System. Kettad said mahutada 80 kilobaiti andmeid. Erinevalt kõvaketastest võis kasutaja hõlpsasti kanda disketti kaitsekestas ühest seadmest teise. Hiljem, 1973. aastal, tõi IBM välja kirjutatav/lugemiseks mõeldud disketi, mis sai siis tööstuslikuks standardiks..
 

1969

 1969. aastal oli Apollo 11 kosmoses ja seal käivitati AGC (Apollo Guidance Computer) pardakompuuter, millel oli „köis mälu“ (rope memory). See köis mälu oli käsitsi valmistatud ja võis mahutada 72 kilobaiti andmeid. Köie mälutootmine oli aeganõudev, aeglane ja nõudis oskusi, mis olid sarnased kudumisega; programmi kudumine köie mällu võis võtta kuusid.. Kuid see oli õige tööriist selle aja jaoks, kui oli oluline mahutada maksimaalne minimaalsetesse piiratud ruumidesse. Kui traadiga läbiti üks ringikujulisi kiude, tähendas see 1. Traat, mis läbis kiudu, tähendas 0. Meie andmebait nõudis inimeselt köie kudumisel mitu minutit.

1977

1977. aastal käidi välja Commodore PET — esimene (edukas) isiklik arvuti. PET-is kasutati Commodore 1530 Datasette, mis tähendas andmeid pluss kassett. PET teisendas andmed analooghelisignaalideks, mis seejärel salvestati kassettidele.See võimaldas luua ökonoomse ja usaldusväärse lahenduse andmete salvestamiseks, kuigi see oli äärmiselt aeglane. Meie väike andmebait sai edastada kiirusel umbes 60-70 bitti. sekundis. Kassettidel oli mahutavus umbes 100 kilobaiti 30-minutilise külje kohta, kahe külje korral lindil. Näiteks ühelt kasseti küljelt võis paigutada umbes kaks 55 KB pilti. Datasette kasutati ka Commodore VIC-20 ja Commodore 64.

1978

Aasta pärast, 1978. aastal, tutvustasid MCA ja Philips LaserDisci nimega «Discovision». Film «Suu» sai esimese filmiks, mis müüdi LaserDiscil Ameerika Ühendriikides. Selle kvaliteet häälest ja videost oli palju parem kui konkurentide oma, kuid laserplaat osutus enamikule tarbijatest liiga kalliks. LaserDiscil ei saanud salvestada, erinevalt VHS-kassetidest, millele inimesed salvestasid televisiooniprogramme. Laserplaadid töötasid analoogvideo, analoog FM stereheli ja impulss-koodiga modulatsiooniga, ehk PCM, digitaalne heli. Plaadid olid 12 tolli (30,47 cm) läbimõõduga ja koosnesid kahest ühekülgsest alumiiniumplaadist, mis olid kaetud plastikuga. Täna mälestatakse LaserDisci CD ja DVD aluseks.

1979

Aasta hiljem, 1979. aastal, asutasid Alan Shugart ja Finis Connor Seagate Technology ettevõtte ideega skaleerida kõvakettal suurusena 5 ¼-tollise ketta, mis tol ajal oli standard. Nende esimene toode 1980. aastal oli Seagate ST506 kõvaketas – esimene kõvaketas kompaktsetele arvutitele. Plaat mahutas viis megabaiti andmeid, mis tol ajal oli viis korda rohkem kui tavaline kettake. Asutajad suutsid oma eesmärki saavutada – vähendada plaadi suurust 5¼-tollise ketta suuruseni. Uus andmesalvestusseade oli jäik metallplaat, mille mõlemad pooled olid kaetud õhukese magnetmaterjaliga andmete salvestamiseks. Meie andmebytid said plaadile edastatuks kiirusel 625 kilobaiti sekundis. See on umbes selline gif.

1981

Liigume paar aastat edasi, 1981. aastasse, kui Sony tutvustas esimesi 3,5-tolliseid kettaid. Hewlett-Packard sai ise esimeseks selle tehnoloogia järgijaks 1982. aastal oma HP-150-ga. See tõi 3,5-tollised kettad tuntuks ja andis neile laia leviku tööstuses.. Kettad olid ühekülgsed, formateeritud mahutavusega 161,2 kilobaiti ja formaadita mahutavusega 218,8 kilobaiti. 1982. aastal ilmus välja kahekülgne versioon ja Microfloppy Industry Committee (MIC) konsortsium, kuhu kuulus 23 meediaettevõtet, töötas välja 3,5-tollise ketta spetsifikatsiooni Sony algse disaini põhjal, kindlustades formaadi ajalukku just sellisel kujul, nagu me seda teame.. Nüüd saavad meie andmebytid salvestuda varasesse versiooni ühest kõige levinumast kandjast: 3,5-tollisesse ketta. Hiljem paar 3,5-tollist ketast koos Oregoni rajaga. olidest on saanud minu lapsepõlve kõige olulisem osa.

1984

Varsti pärast seda, 1984. aastal, kuulutati välja kompaktketta andmeversioon, mis on ainult lugemiseks (inglise keeles Compact Disc Read-Only Memory, CD-ROM). Need olid 550 megabaidi CD-ROMid, mille valmistasid ettevõtted Sony ja Philips. Formaat kasvas välja digitaalset audiosalvestustest, ehk CD-DA-st, mida kasutati muusika levitamiseks. CD-DA loodi Sony ja Philipsi poolt 1982. aastal ning selle mahutavus oli 74 minutit. Legend räägib, et kui Sony ja Philips läbirääkimisi viisid, nõudis üks neljast inimesest, et see võiks mahutada kogu «Üheksandat sümfooniat». Esimene toode, mis välja anti kompaktketastel, oli „Grolier Electronic Encyclopedia“, mis ilmus 1985. aastal. Entsüklopeedia sisaldas üheksat miljonit sõna, mis hõivas vaid 12% olemasolevast kettaruumi, see tähendab 553 mebibaiti.Meil oleks rohkem kui piisavalt ruumi entsüklopeedia ja ühe andmebaidi jaoks. Varsti pärast seda, 1985. aastal, töötasid arvutitootjad koos välja standardi, mille abil saaks iga arvuti kettalt teavet lugeda.

1984

Samuti 1984. aastal, kujundas Fujio Masuoka uue tüüpi mälumooduli, mida nimetatakse mälupulgaks, mis suudab mitmekordselt kustutada ja uuesti salvestada.

Vaatame nüüd lähemalt mälupulka, mis kasutab hõljuvat transistorilüli. Transistorid on elektrilised lülitid, mida saab eraldi sisse ja välja lülitada. Kuna iga transistor võib olla kahes erinevas olekus (sisse lülitatud ja välja lülitatud), suudab see salvestada kahte erinevat numbrit: 0 ja 1. Hõljuv lülitus viitab teisele lülile, mis on lisatud keskmisele transistorile. See teine lüliti on isoleeritud õhukese oksidi kihiga. Need transistorid kasutavad väikest pinget, mida rakendatakse transistori lülitile, et tähistada, kas see on sisse või välja lülitatud, mis omakorda muundub 0-ks või 1-ks.
 
Kuidas ujuvad lülitid töötavad: kui oksüüdikihile rakendatakse vastavat pinget, saavad elektronid läbi selle ja jäävad lülititesse kinni. Seetõttu jäävad elektronid neisse ka pärast toite väljalülitamist. Kui ujuvates lülitites ei ole elektrone, esindavad need 1, ja kui elektronid on kinni, siis 0. Selle protsessi tagasiviimine ja sobiva pinge rakendamine oksüüdikihile vastupidises suunas viib elektronide liikumiseni ujuvatesse lülititesse, taastades transistorile tema algse oleku. Seetõttu on mälurakud programmeeritavad ja energiavabad. Meie bait saab olla programmeeritud transistori sees, näiteks 01001010, kus elektronid, mis on kinni ujuvates lülitites, esindavad nullide kohalolekut.

Masuoka konstruktsioon oli natuke kergemini kättesaadav, kuid vähem paindlik kui elektriliselt kustutatav PROM (EEPROM), kuna see nõudis, et mitu rakkude gruppi kustutataks korraga, kuid see oli ka seotud tema kiirusest.

Sel ajal töötas Masuoka Toshibas. Lõpuks lahkus ta Tohoku Ülikooli tööle, kuna jäi rahule, et ettevõte ei tasustanud tema tööd. Masuoka kaebas Toshiba kohtusse, nõudes hüvitamist. 2006. aastal maksti talle 87 miljonit jüaani, mis on võrdne 758 tuhande USA dollariga. See tundub endiselt ebaoluline, arvestades, kui mõjukaks on muutunud mälukaart tööstuses.

Kuna räägime mälukaardist, tasub samuti mainida, mis vahe on NOR ja NAND mälukaartide vahel. Nagu Masuoka juba teab, salvestab flash teavet mälurakkudesse, mis koosnevad ujuvatest transistoritest. Tehnoloogiate nimetused on otseselt seotud selle arusaamaga, kuidas mälurakud on korraldatud.

NOR mälukaardis on eraldi mälurakud ühendatud paralleelselt, võimaldades juhuslikku ligipääsu. Selline arhitektuur vähendab lugemisaega, mis on vajalik juhuslikuks juurdepääsuks mikroprotsessori käskudele. NOR flash on ideaalne madalama tihedusega rakenduste jaoks, mis on peamiselt ainult lugemiseks. Seetõttu laadivad enamik CPU'sid oma püsivara tavaliselt NOR mälukaardilt. Masuoka ja tema kolleegid esitlesid NOR flashi 1984. aastal ja NAND flashi 1987.

NAND Flash arendajad loobusid juhusliku juurdepääsu võimalusest, et saavutada väiksem mäluraku suurus. See annab väiksema kiibi suuruse ja madalama hinna bitihinnas. NAND-flash-mälu arhitektuur koosneb järjestikku ühendatud mälutransistoridest, mis koosnevad kahest osast. Tänu sellele saavutatakse kõrge salvestustiheduse, väiksema mäluraku suuruse, samuti kiirem andmete kirjutamine ja kustutamine, kuna see võib samal ajal programmeerida andmabloke. See saavutatakse andmete ümberkirjutamise vajaduse tõttu, kui need ei kirjutata järjestikku ja andmed juba eksisteerivad plokis.

1991

Liigume 1991. aastasse, mil SanDiski ettevõte, tuntud toona nime all SunDisk, valmistas esimese tahkisketta (SSD) prototüübi. Konstruktsioon sisaldas flash-mälumassi, energiat mittekasutavaid mälukiipe ja nutikat kontrollerit defektsed rakud automaatselt tuvastamiseks ja parandamiseks. Ketta maht oli 20 megabaiti 2,5-tolline formaadis ja selle hind oli umbes 1000 USA dollarit. Selle ketta kasutas IBM arvutis ThinkPad.

1994

Üks mu lemmik andmekandjaid alates lapsest saadik on olnud Zip-diskid. 1994. aastal tõi Iomega turule Zip Disk, 100-megabaitine kassett 3,5-tollises formaadis, natuke paksem kui tavaline 3,5-tolline ketas. Hilisemad versioonid suudavad salvestada kuni 2 gigabaiti. Nende diskide mugavuseks oli see, et need olid sama suurusega nagu diskett, kuid said salvestada suuremat andmemahtu. Andmed said Zip-kettale kirjutada kiirusel 1,4 megabaiti sekundis. Võrdluseks: sel ajal 1,44 megabaiti 3,5-tollise disketti kirjutamiskiirus oli umbes 16 kilobaiti sekundis. Zip-kettal loetakse/andrahnud andmeid kontaktivabalt, nagu lendamine pinna kohal, mis on sarnane kõvaketta tööle, kuid erineb teiste diskettide printsiibist. Peagi muutusid Zip-diskid vananenuks usaldusprobleemide ja kättesaadavuse tõttu.

1994

Samal aastal tutvustas SanDisk CompactFlash'i, mida kasutati laialdaselt digitaalsetes kaamerates. Nagu kompaktplaatide puhul, põhinevad CompactFlash'i kiirus «x» reitingutel, nagu 8x, 20x, 133x jne. Maksimaalne andmeedastuskiirus arvutatakse, tuginedes algse CD-audio edastuskiirusel, 150 kilobaidi sekundis. Edastuskiirus on R = Kx150 kB/s, kus R on edastuskiirus ja K on määratud kiirus. Seega, 133x CompactFlash jaoks, salvestatakse meie andmebaid 133x150 kB/s või umbes 19 950 kB/s ehk 19,95 MB/s. CompactFlash'i assotsiatsioon loodi 1995. aastal, et luua industriaalne standard flash-mälukaartide jaoks.

1997

Mõni aasta hiljem, 1997. aastal, ilmus ümberkirjutatav kompaktplaat (CD-RW). See optiline plaat kasutati andmete salvestamiseks, samuti erinevatele seadmetele failide kopeerimiseks ja edastamiseks. Compact plaate sai ümber kirjutada umbes 1000 korda, mis ei olnud siis piirav tegur, kuna kasutajad harva andmeid ümber kirjutasid.

CD-RW-d põhinevad peegeldusvõimekuse muutmise tehnoloogial. CD-RW puhul põhjustavad faaside nihked spetsiaalses kattekihis, mis koosneb hõbedast, teluuriumist ja indiumist, võimet peegeldada või mitte peegeldada lugemiskiirt, mis tähistab 0 või 1. Kui ühendus on kristallilises olekus, on see poolläbipaistev, mis tähendab 1. Kui ühendus sulatatakse amorfsesse olekusse, muutub see opaque'iks ning mittepeegelduvaks, mis tähendab 0. Nii saaksime salvestada meie andmebaidi kui 01001010.

DVD-diskid hõivasid lõpuks suure osa turust CD-RW-dest.

1999

Lähme 1999. aastasse, mil IBM tutvustas toona maailma väikseimaid kõvakettaid: IBM-i mikrodiskid mahutavusega 170 ja 340 MB. Need olid väikesed kõvakettad, mille suurus oli 2,54 cm, mõeldud paigaldamiseks CompactFlash Type II pesadesse. Plaaniti luua seade, mida saaks kasutada nagu CompactFlash, kuid suurema mälumahtuga. Siiski asendati need varsti USB mälupulkadega ning hiljem suuremate CompactFlash kaartidega, kui need said kergesti kättesaadavaks. Nagu muud kõvakettad, olid mikrodiskid mehhaanilised ja sisaldasid väikseid pöörlevaid kettaid.

2000

Aasta hiljem, 2000. aastal, tutvustati USB mälupulkasid. Need mäluseadmed koosnesid välkmälust, mis oli paigutatud kompaktsetesse USB-liidesesse. Olenevalt kasutatava USB-liidese versioonist võis kiirus varieeruda. USB 1.1 on piiratud 1,5 megabiti sekundis, samas kui USB 2.0 suudab töödelda 35 megabitti. sekundis, ja USB 3.0 – 625 megabitti sekundis. Esimesed USB 3.1 Type C mälupulgad kuulutati välja märtsis 2015 ning nende lugemis-/kirjutamiskiirus oli 530 megabitti sekundis. Erinevalt floppy diskidest ja optilistest ketastest on USB seadmed vähem kahjustatavad, kuid neil on samasugused andmete salvestamise, edastamise ja varundamise võimalused. Floppy ja CD-draivid asendati kiiresti USB-portidega.

2005

2005. aastal hakkasid kõvaketta (HDD) tootjad tarnima tooteid, millel oli risti magnetiline salvestus ehk PMR. See on huvitav, et see juhtus just samal ajal, kui iPod Nano kuulutas välja, et kasutab välkmälu 1-tolliste kõvaketaste asemel iPod Mini-s.

Tüüpiline kõvaketas sisaldab ühte või mitut plaati, mis on kaetud magnetitundliku kihiga, mis koosneb pisikestest magnetilistest teradest. Andmed salvestatakse, kui magnetiline kirjutuspähe libiseb veidi kõrgemal pöörlevast plaadist. See sarnaneb traditsioonilise grammofoniga, erinevus on vaid selles, et grammofonis on nõel füüsiliselt kontaktis plaadiga. Plaatide pöörlemise ajal tekitab õhk, mis nendega kokku puutub, kergelt tuule. Nagu õhk lennuki tiival tekitab tõusujõu, tekitab õhk tõusujõu aerodünaamilise pinna. ketta pea. Pea muudab kiiresti ühe magnetilise ala terade magnetiseerimist nii, et selle magnetpoolus osutab üles või alla, tähistades 1 või 0.
 
PMR-i eelkäija oli pikisuunaline magnetiline salvestus, ehk LMR. PMR-i salvestustihedus võib ületada LMR-i salvestustihedust rohkem kui kolm korda. PMR-i ja LMR-i peamine erinevus seisneb selles, et PMR-i kantavate andmete terade struktuur ja magnetiline orientatsioon on sambakujulised, mitte pikisuunalised. PMR-il on parem termiline stabiilsus ja paranenud signaal-kohina suhe (SNR) tänu paremale terade eraldatusele ja ühtlusele. Samuti on sel paremad kirjutamisomadused tänu tugevatele pea väljadele ja paremale magnetilisele joondumisele. Nagu LMR-il, põhinevad PMR-i fundamentaalsed piirangud termiliselt stabiilsuse salvestatavate magnetiliste bitide andmete ja piisava SNR-i vajadusel salvestatud teabe lugemiseks.

2007

2007. aastal kuulutati välja esimese 1 TB kõvaketta turuletoomine Hitachi Global Storage Technologies'ilt. Hitachi Deskstar 7K1000 kasutas viit 3,5-tollist 200 GB plaati ja pöörles kiirusel 7200 p/int. See on märkimisväärne edusamm võrreldes maailma esimese kõvakettaga IBM RAMAC 350, mille maht oli umbes 3,75 megabaiti. Oh, kui kaugele me oleme 51 aastaga jõudnud! Kuid oota, on veel midagi.

2009

2009. aastal algasid tehnilised tööd energia sõltumatute kiirete mälulahenduste loomise osas, või NVMe. Energiasõltumatu mälu (NVM) on selline mälutüüp, mis suudab andmeid püsivalt säilitada, erinevalt energiasõltuvast mälust, mis vajab andmete säilitamiseks pidevat toidet. NVMe vastab vajadusele skaleeritava host-kontrolleri liidese järele pooljuhtide baasil põhinevate lisaseadmete jaoks, mis toetavad PCIe tehnoloogiat, mistõttu ongi nimi NVMe. Üle 90 ettevõtte liitus projektigruppidega. Kõik see põhines energiasõltumatu mälu host-kontrolleri liidese (NVMHCIS) spetsifikatsiooni määratlemise töö tulemustel. Tänapäeva parimad NVMe kettad suudavad lugeda umbes 3500 megabaiti sekundis ja kirjutada 3300 megabaiti sekundis. Andmebaidi j, millega me alustasime, saab väga kiiresti kirjutada võrreldes paariminutilise käsitsi punumistööga Apollo Guidance Computer'i jaoks.

Praegune ja tulevik

Storage Class Memory

Nüüd, kui me oleme ajas rännanud (ha!), vaatame kaasaegset situatsiooni Storage Class Memory mälu osas. SCM, nagu ka NVM, on püsiv, vaid SCM pakub ka jõudlust, mis ületab või on samaväärne peamälu jõudlusega, samuti biti adresseerimine. SCM-i eesmärk on lahendada mõned tänapäeva vahemälu probleemid, nagu näiteks staatilise juhusliku juurdepääsu mälu (SRAM) madal tihedus. Dünaamilise sülemälu (DRAM) abil saame paremat tihedust, kuid see saavutatakse aeglasema juurdepääsu arvelt. DRAM-i puhul on samuti pidev toitevajadus mälu värskendamiseks. Vaatame seda natuke lähemalt. Toide on vajalik, kuna kondensaatorite elektrilaeng järk-järgult lekib, st ilma sekkumiseta kaovad andmed chipil pea kohe. Selle lekke vältimiseks vajab DRAM välist mälu värskendusskeemi, mis perioodiliselt kirjutab andmed kondensaatoritesse uuesti, taastades need esialgsesse laengusse.

Faasi muutmise mälu (Phase-change memory, PCM)

Varem oleme uurinud, kuidas faas muutub CD-RW puhul. PCM on sarnane. Faasi muutmise materjal on tavaliselt Ge-Sb-Te, tuntud ka kui GST, mis võib eksisteerida kahes erinevas olekus: amorfne ja kristalne. Amorfne olek on kõrgema takistusega, tähistades 0, samas kui kristalne olek tähistab 1. Andmete määramine vahepealsete takistustega võimaldab PCM-i kasutada mitme oleku salvestamiseks kujul MLC.

Spin-transfer torque juhuslik juurdepääs mälu (STT-RAM)

STT-RAM koosneb kahest ferromagnetilisest, püsivast magnetkihist, mille vahel on dielektrik, st isolaat, mis suudab edastada elektrilist energiat ilma juhtimiseta. See salvestab andmebite, tuginedes magnetiliste suundade erinevusele. Üks magnetkiht, mida nimetatakse toetavaks, omab fikseeritud magnetilist suunda, samas kui teine magnetkiht, mida nimetatakse vabaks, omab magnetilist suunda, mida kontrollib edastatav vool. Suunda 1 puhul on kahe kihi magnetised suunad joondatud. Suuna 0 korral on mõlemal kihil vastandid magnetilised suunad.

Reaktiivne juhitav mälu (Resistive random access memory, ReRAM)
ReRAM-i rakendus koosneb kahest metall-elektroodist, mille vahel on metallioksiidikiht. See on veidi sarnane Masuoka flash-mälu kujundusele, kus elektronid läbivad oksiidikihti ja jäävad hõljuvatesse väravatesse või vastupidi. Kuid ReRAM kasutamisel määratakse rakku seisund põhjal metallioksiidikihi vaba hapniku kontsentratsioonist.

Kuigi need tehnoloogiad on lootustandvad, on neil siiski puudusi. PCM ja STT-RAM omavad kirjutamisel kõrget latentsust. PCM-i latentsus on kümme korda suurem kui DRAM-i oma, samas kui STT-RAM-i latentsus on kümme korda suurem kui SRAM-i oma. PCM ja ReRAM on kirjutamise kestvusega piiratud, kuni tõsiste vigade tekkimiseni, mis tähendab, et mäluelement jääb kindlasse väärtusesse.

Augustis 2015 kuulutas Intel välja Optane'i, oma toote, mis põhineb 3DXPoint-tehnoloogial. Optane väidab, et selle jõudlus on 1000 korda suurem kui NAND-pooljuhtide, samas kui hind on neli kuni viis korda kõrgem kui flash-mälul. Optane on tõend, et SCM ei ole pelgalt eksperimentaalne tehnoloogia. Huvitav on jälgida nende tehnoloogiate arengut.

Kõvakettad (HDD)

Heleiumi kõvakettad (HHDD)

Heleiumi ketas on suur mahutavusega kõvaketas (HDD), mis on täidetud heeliumiga ja suletud tootmisprotsessi käigus. Nagu teised kõvakettad, nagu me juba mainisime, on see sarnane mängijale keerleva plaadiga, millel on magnetkate. Tüüpilistel kõvakettadel on lihtsalt õhk sees, kuid see õhk tekitab pöörlevate plaatide pöörlemisel teatavat takistust.

Heleiumi pallid lendavad, kuna heelium on kergem kui õhk. Tegelikult on heeliumi tihedus 1/7 õhu tiheduse kohta, mis vähendab tasakaalu jõudu plaatide pöörlemisel, vähendades seega plaatide pöörlemiseks vajaliku energia hulka. Siiski on see omadus teisene; heleiumi peamine eristav omadus on, et see võimaldab pakendada 7 plaati samasse vormingusse, mis tavaliselt mahutab vaid 5. Kui me tuletame meelde meie lennuki tiiva analoogiat, siis see on ideaalne analoog. Kuna heelium vähendab takistust, välistatakse turbulents.

Meie on samuti teadlikud, et heeliumiga õhupallid hakkavad mõne päeva pärast langema, kuna heelium neist väljub. Sama võib öelda ka salvestusseadmete kohta. Aastasid läks, enne kui tootjad suutsid luua konteineri, mis takistab heeliumi leket vormifaktorist kogu seadme eluaja jooksul. Ettevõte Backblaze viis läbi eksperimente ja leidis, et heeliumiga kõvaketastel oli aastane viga 1,03%, samas kui tavalistel 1,06%. Muidugi on see erinevus nii väike, et tõsiseid järeldusi teha ei saa. päris keeruline.

Heeliumiga täidetud vormifaktor võib sisaldada kõvaketast, mis on kapseldatud kasutades PMR-i, millest me varem rääkisime, või mikrovahelduva magnetilise salvestuse (MAMR) või kuumutamismagnetilise salvestuse (HAMR). Igasugust magnetilist andmesalvestustehnoloogiat saab kombineerida heeliumiga, selle asemel et kasutada õhku. 2014. aastal ühendas ettevõte HGST kaks tipptasemel tehnoloogiat oma heeliumiga kõvakettas, mille maht oli 10 TB, ning see kasutas hostiga hallatavat katkevöödise magnetilisi salvestusi, tuntud ka kui SMR (Shingled Magnetic Recording). Peatume veidi SMR-i peal ja seejärel vaatame MAMR-i ja HAMR-i.

Katkevöödise magnetilise salvestuse tehnoloogia

Varem käsitlesime risti magnetilist salvestust (PMR), mis oli SMR-i eelkäija. Erinevalt PMR-ist salvestab SMR uusi radu, mis katab osaliselt varem salvestatud magnetilisi radu. See muudab varasema raja kitsamaks, tagades suurema raja tiheduse. Tehnoloogia nimi tuleneb sellest, et kattuv radade muster meenutab väga katusel olevate kildude mustrit.

SMR toob kaasa palju keerulisema kirjutamisprotsessi, kuna ühe raja kirjutamisel kirjutatakse üle külgnev rada. See ei avaldu, kui ketta alus on tühi ja andmed järjestikku. Kuid niipea kui hakkate kirjutama seeriale radadele, mis juba sisaldavad andmeid, hävitatakse olemasolevad külgnevad andmed. Kui naaberjadal on andmeid, tuleb see uuesti kirjutada. See on üsna sarnane varem mainitud NAND flash'iga.

SMR-seadmed võimaldavad selle keerukuse varjata tänu sisseehitatud tarkvara juhtimisele, luues liidese, mis on sarnane mis tahes muule kõvakettale. Teisest küljest ei võimalda hostiga hallatavad SMR-seadmed nende ketaste kasutamist ilma spetsiaalse rakenduste ja operatsioonisüsteemide kohandamiseta. Host peab kirjutama seadmetesse rangelt järjestikku. Samuti on seadmete jõudlus 100% ennustatav. Ettevõte Seagate alustas SMR-kettaste tarnimist 2013. aastal, väites, et nende tihedus on 25% ületab tihedusest PMR.

Mikrolaine magnetiline salvestamine (MAMR)

Mikrolaine-assisted magnetiline salvestamine (MAMR) on magnetmälu tehnoloogia, mis kasutab energiat, mis on sarnane HAMR-iga (vaadake edasi). Oluline osa MAMR-ist on Spin Torque Oscillator (STO) või "spin-otsimise generaator". STO asub salvestuspead lähedal. Kui STO-le rakendatakse voolu, genereeritakse ümmargune elektromagnetvälja 20-40 GHz sagedusega tänu elektronide spinni polariseerimisele.

Sellelaadse välja mõjul, mis mõjub ferromagnetilisele materjalile, mida kasutatakse MAMR-is, toimub resonants, mis viib magnetmomendi domeenide pretsessioonini selle välja sees. Sisuliselt kaldub magnetmoment oma teljest kõrvale ja salvestuspeale suuna muutmiseks (pööramiseks) on vaja oluliselt vähem energiat.

MAMR-tehnoloogia kasutamine võimaldab kasutada ferromagnetilisi aineid, millel on suurem koercitiivne jõud, mis tähendab, et magnetiliste domeenide suurust saab vähendada kartmata superparamagneetilise efekti tekkimist. STO generaator aitab vähendada salvestuspea suurust, mis võimaldab teabe salvestamist väiksematesse magnetilistesse domeenidesse, ning seega suurendab salvestustiheduse.

Ettevõte Western Digital, tuntud ka kui WD, esitles seda tehnoloogiat 2017. aastal. Varsti pärast seda, 2018. aastal, toetas tehnoloogiat ka Toshiba. Samal ajal, kui WD ja Toshiba otsivad MAMR-tehnoloogiat, panustab Seagate HAMR-i.

Termomagnetiline salvestamine (HAMR)

Kuumabiliseeriv magnetkirjutamine (HAMR) on energiasäästlik magnettehnoloogia andmete salvestamiseks, mis võimaldab märkimisväärselt suurendada andmete kogust, mida saab salvestada magnetseadmest, näiteks kõvakettast. See saavutatakse kuumuse abil, mida laseri kaudu juurde antakse, et aidata andmeid ketta aluspinna pinnale salvestada. Tänu kuumutamisele asetuvad andmebitid ketta aluspinna lähedale, mis suurendab andmete tihedust ja mahtu.

Seda tehnoloogiat on üsna keeruline rakendada. 200 mW laseri kuumutab väga väikest ala kuni 400 °C enne salvestamist, samas mitte segades ega kahjustades kettal olevaid teisi andmeid. Kuumutamise, andmete salvestamise ja jahutamise protsess peab olema lõpetatud vähem kui nanosekundi jooksul. Nende ülesannete täitmiseks oli vajalik arendada nano-suurusega pinnal paiknevaid plasmoone, mida tuntakse ka kui pinnalihitusega laserid, selle asemel, et laseri abil otse kuumutada, samuti uusi tüüpe klaasplaate ja termoregulatsiooni katteid, mis suudavad taluda kiiret punktkuumutamist ilma salvestuspea või ümbritsevate andmete kahjustamiseta, ja mitmeid teisi tehnilisi probleeme, mis tuli ületada.

Hoolimata mitmetest skeptilistest arvamustest näitas ettevõte Seagate esmakordselt seda tehnoloogiat 2013. aastal. Esimesed kettad hakkasid turule tulema 2018. aastal.

Filmi lõpp, kerime algusesse!

Alustasime 1951. aastast ning lõpetame artikli, heites pilgu andmesalvestustehnoloogia tulevikku. Andmesalvestus on aja jooksul palju muutunud: paberlintidest metalliliste ja magnetiliste, nöörimäluni, pöörlevate ketaste, optiliste ketaste, mälupulkade jne. Tööstuse areng on toonud kaasa kiiremaid, kompaktsemaid ja tõhusamaid andmesalvestusseadmeid.

Kui võrrelda NVMe-d 1951. aasta metallurilmiga UNISERVO-ga, siis NVMe suudab lugeda 486 111% rohkem numbreid sekundis. Kui võrrelda NVMe-d minu lapsepõlve lemmiku, Zip-kettaga, suudab NVMe lugeda 213,623% rohkem numbreid sekundis.

Ainus, mis jääb tõeks, on 0 ja 1 kasutamine. Viisid, kuidas me seda teeme, varieeruvad väga palju. Loodan, et järgmine kord, kui salvestate CD-RW-le laule sõbrale või salvestate koduvideo optilisse kettasse, mõtleme sellele, kuidas mittepeegelduv pind tõlgib tähenduse 0-ks ja peegelduv 1-ks. Või kui salvestate mixtape'i kassettidele, pidage meeles, et see on tihedalt seotud Datasette'iga, mida kasutati Commodore PET-is. Ja lõpuks, ärge unustage olla lahke ja kerida tagasi.

Aitäh Robert Mustak ja Rick Alterra maitsvate ampvikestega (ma ei saa endale aidata) kogu artikli vältel!

Millest veel huvitavat lugeda blogis Cloud4Y

→ Mängud Šveitsi topograafilistel kaartidel
→ 90ndate arvutibrändid, osa 1
→ Kuidas häkkeri ema vanglasse põgenes ja nakkas ülemuse arvutit
→ Virtuaalse EDGE suunanäidiku võrguühenduste diagnostika
→ Kuidas pank "ära kukkus"

Telli meie Telegram-kanal, et mitte järgmise artikli vahele jätta! Me kirjutame mitte rohkem kui kaks korda nädalas ja ainult asjakohase sisuga. Samuti tuletame meelde, et Cloud4Y võib pakkuda turvalist ja usaldusväärset kaugjuurdepääsu äritarkvarale ja teabele, mis on vajalik äritegevuse jätkusuutlikkuse tagamiseks. Kaug töö on lisabarjäär koroonaviiruse leviku eest. Üksikasjad – meie juhtidel, veebisaidil.

Allikas: habr.com