عمر یک بایت داده

هر ارائه دهنده ابری خدمات ذخیره سازی داده را ارائه می دهد. اینها می توانند انبارهای سرد و گرم، یخ سرد و غیره باشند. ذخیره سازی اطلاعات در فضای ابری بسیار راحت است. اما داده ها در 10، 20، 50 سال پیش چگونه ذخیره می شدند؟ Cloud4Y مقاله جالبی را ترجمه کرد که در مورد این صحبت می کند.

یک بایت از داده ها را می توان به روش های مختلفی ذخیره کرد، زیرا رسانه های ذخیره سازی جدید، پیشرفته تر و سریعتر همیشه ظاهر می شوند. بایت واحد ذخیره سازی و پردازش اطلاعات دیجیتال است که از هشت بیت تشکیل شده است. یک بیت می تواند شامل 0 یا 1 باشد.

در مورد کارت های پانچ شده، بیت به صورت وجود یا عدم وجود سوراخ در کارت در یک مکان خاص ذخیره می شود. اگر کمی به عقب تر به موتور تحلیلی بابیج برگردیم، رجیسترهایی که اعداد را ذخیره می کردند چرخ دنده بودند. در دستگاه‌های ذخیره‌سازی مغناطیسی مانند نوارها و دیسک‌ها، یک بیت با قطبیت ناحیه خاصی از فیلم مغناطیسی نشان داده می‌شود. در حافظه با دسترسی تصادفی پویا مدرن (DRAM)، یک بیت اغلب به عنوان یک بار الکتریکی دو سطحی ذخیره شده در دستگاهی که انرژی الکتریکی را در یک میدان الکتریکی ذخیره می کند، نشان داده می شود. یک کانتینر شارژ شده یا تخلیه شده مقداری داده را ذخیره می کند.

در ژوئن 1956 ورنر بوخهولتز کلمه را اختراع کرد بایت برای نشان دادن گروهی از بیت ها که برای رمزگذاری یک کاراکتر استفاده می شوند متن. بیایید کمی در مورد رمزگذاری کاراکتر صحبت کنیم. بیایید با کد استاندارد آمریکایی برای تبادل اطلاعات یا ASCII شروع کنیم. ASCII بر اساس الفبای انگلیسی بود، بنابراین هر حرف، عدد و نماد (az، AZ، ​​0-9، +، -، /، "،!، و غیره" بود. ) به عنوان یک عدد صحیح 7 بیتی از 32 تا 127 نشان داده شد. این دقیقاً برای زبان های دیگر "دوستانه" نبود. برای پشتیبانی از زبان های دیگر، یونیکد ASCII را گسترش داد. برای مثال در یونیکد هر کاراکتر به عنوان یک نقطه کد یا نماد نشان داده می شود. ، j کوچک U+006A است که در آن U مخفف Unicode و سپس یک عدد هگزا دسیمال است.

UTF-8 استانداردی برای نمایش کاراکترها به صورت هشت بیت است که به هر نقطه کد در محدوده 0-127 اجازه می دهد در یک بایت ذخیره شود. اگر ASCII را به خاطر بسپاریم، این برای کاراکترهای انگلیسی کاملاً عادی است، اما سایر کاراکترهای زبان اغلب در دو یا چند بایت بیان می شوند. UTF-16 استانداردی برای نمایش کاراکترها به صورت 16 بیتی و UTF-32 استانداردی برای نمایش کاراکترها به صورت 32 بیتی است. در ASCII، هر کاراکتر یک بایت است، اما در یونیکد، که اغلب کاملاً درست نیست، یک کاراکتر می تواند 1، 2، 3 یا بیشتر بایت را اشغال کند. این مقاله از گروه بندی های اندازه های مختلف بیت ها استفاده می کند. تعداد بیت ها در یک بایت بسته به طراحی رسانه متفاوت است.

در این مقاله، از طریق رسانه های ذخیره سازی مختلف به گذشته سفر می کنیم تا تاریخچه ذخیره سازی داده ها را بررسی کنیم. به هیچ وجه ما شروع به مطالعه عمیق هر وسیله ذخیره سازی که تا به حال اختراع شده است نخواهیم کرد. این یک مقاله اطلاعاتی سرگرم کننده است که به هیچ وجه ادعا نمی کند که دارای اهمیت دایره المعارفی است.

بیا شروع کنیم. فرض کنید یک بایت داده برای ذخیره داریم: حرف j، یا به عنوان یک بایت کدگذاری شده 6a، یا به صورت دودویی 01001010. همانطور که در زمان سفر می کنیم، بایت داده در چندین فناوری ذخیره سازی استفاده می شود که توضیح داده خواهد شد.

1951

داستان ما در سال 1951 با نوار درایو UNIVAC UNISERVO برای کامپیوتر UNIVAC 1 آغاز شد. این اولین نوار درایو بود که برای یک کامپیوتر تجاری ساخته شد. این نوار از نوار نازکی از برنز با روکش نیکل به عرض 12,65 میلی متر (به نام ویکالوی) و تقریباً 366 متر طول ساخته شده است. بایت های داده ما را می توان با 7 کاراکتر در ثانیه روی نواری که با سرعت 200 متر در ثانیه حرکت می کرد ذخیره کرد. در این مرحله از تاریخ، می‌توانید سرعت یک الگوریتم ذخیره‌سازی را با مسافتی که نوار طی کرده است اندازه‌گیری کنید.

1952

یک سال به جلو تا 21 مه 1952، زمانی که IBM انتشار اولین واحد نوار مغناطیسی خود، IBM 726 را اعلام کرد. بایت داده ما اکنون می تواند از نوار فلزی UNISERVO به نوار مغناطیسی IBM منتقل شود. این خانه جدید برای بایت بسیار کوچک داده ما بسیار دنج بود، زیرا نوار می تواند تا 2 میلیون رقم را ذخیره کند. این نوار مغناطیسی 7 مسیری با سرعت 1,9 متر در ثانیه با نرخ باد 12 حرکت می کرد. ارقام یا 7500 символов (در آن زمان گروه های کپی نامیده می شد) در ثانیه. برای مرجع: میانگین مقاله هابره تقریباً 10 کاراکتر دارد.

نوار IBM 726 دارای هفت تراک بود که شش تای آنها برای ذخیره اطلاعات و یکی برای کنترل برابری استفاده می شد. یک حلقه می تواند تا 400 متر نوار با عرض 1,25 سانتی متر را در خود جای دهد. سرعت انتقال داده از نظر تئوری به 12,5 هزار کاراکتر در ثانیه رسید. تراکم ضبط 40 بیت در سانتی متر است. این سیستم از روش "کانال خلاء" استفاده می کرد که در آن یک حلقه نوار بین دو نقطه به گردش در می آمد. این باعث شد نوار در کسری از ثانیه شروع و متوقف شود. این امر با قرار دادن ستون‌های خلاء طولانی بین قرقره‌های نوار و سرهای خواندن/نوشتن برای جذب افزایش ناگهانی کشش در نوار حاصل شد، بدون آن نوار معمولاً می‌شکند. یک حلقه پلاستیکی قابل جابجایی در پشت قرقره نوار، محافظت از نوشتن را فراهم می کند. یک حلقه نوار می تواند حدود 1,1 را ذخیره کند مگابایت.

نوارهای VHS را به خاطر بسپارید. برای تماشای دوباره فیلم چه باید کرد؟ نوار را به عقب برگردانید! چند بار تا به حال یک نوار کاست برای پخش خود روی یک مداد چرخانده اید تا باتری ها را هدر ندهید و نوار پاره یا گیر نکرده باشید؟ همین امر را می توان در مورد نوارهای مورد استفاده برای رایانه نیز گفت. برنامه‌ها نمی‌توانستند فقط نوار را بچرخانند یا به‌طور تصادفی به داده‌ها دسترسی پیدا کنند، بلکه می‌توانستند داده‌ها را کاملاً متوالی بخوانند و بنویسند.

1956

چند سال به جلو به سال 1956 رسید و عصر ذخیره سازی دیسک های مغناطیسی با تکمیل سیستم کامپیوتری RAMAC 305 توسط آی بی ام آغاز شد که کاغذ زلرباخ آن را به آنها عرضه کرد. سان فرانسیسکو. این کامپیوتر اولین کامپیوتری بود که از هارد دیسک با هد متحرک استفاده کرد. درایو دیسک RAMAC شامل پنجاه بشقاب فلزی مغناطیسی شده با قطر 60,96 سانتی متر بود که می توانست تقریباً پنج میلیون کاراکتر داده، 7 بیت در هر کاراکتر را ذخیره کند و با سرعت 1200 دور در دقیقه بچرخد. ظرفیت ذخیره سازی حدود 3,75 مگابایت بود.

RAMAC بر خلاف نوار مغناطیسی یا کارت های پانچ، امکان دسترسی بیدرنگ به مقادیر زیادی از داده ها را فراهم می کند. IBM RAMAC را به عنوان قابلیت ذخیره سازی معادل 64 تبلیغ کرد. کارت های پانچ شده. پیش از این، RAMRAC مفهوم پردازش پیوسته تراکنش‌ها را در صورت وقوع، معرفی کرد، به طوری که داده‌ها می‌توانند بلافاصله در زمانی که هنوز تازه هستند بازیابی شوند. اکنون می توان به داده های ما در RAMAC با سرعت 100 دسترسی داشت بیت در ثانیه. قبلاً هنگام استفاده از نوارها باید داده های متوالی را می نوشتیم و می خواندیم و نمی توانستیم تصادفی به قسمت های مختلف نوار بپریم. دسترسی تصادفی بلادرنگ به داده ها در آن زمان واقعاً انقلابی بود.

1963

بیایید به سال 1963 که DECtape معرفی شد برویم. نام از Digital Equipment Corporation، معروف به DEC گرفته شده است. DECtape ارزان و قابل اعتماد بود، بنابراین در بسیاری از نسل های کامپیوترهای DEC استفاده می شد. این نوار 19 میلی‌متری، چند لایه و بین دو لایه Mylar روی یک قرقره چهار اینچی (10,16 سانتی‌متر) قرار گرفته بود.

برخلاف پیشینیان سنگین و حجیم خود، DECtape را می‌توان با دست حمل کرد. این آن را به گزینه ای عالی برای رایانه های شخصی تبدیل کرد. برخلاف همتایان 7 آهنگ خود، DECtape دارای 6 مسیر داده، 2 مسیر نشانه و 2 برای ساعت بود. داده ها با سرعت 350 بیت در اینچ (138 بیت در سانتی متر) ثبت شد. بایت داده ما، که 8 بیت است اما می تواند تا 12 افزایش یابد، می تواند با سرعت 8325 کلمه 12 بیتی در ثانیه به DECtape با سرعت نوار 93 (12±) اینچ در هر ثانیه منتقل شود. یک ثانیه به من بدهید. این رقم در هر ثانیه 8 درصد بیشتر از نوار فلزی UNISERVO در سال 1952 است.
 

1967

چهار سال بعد، در سال 1967، یک تیم کوچک IBM شروع به کار بر روی فلاپی درایو IBM با نام رمز کردند. مینو. سپس تیم موظف شد راهی مطمئن و ارزان برای بارگذاری میکروکدها در آن ایجاد کند مین فریم ها IBM System/370. این پروژه متعاقباً تغییر کاربری داد و برای بارگذاری میکروکد در یک کنترل‌کننده برای تأسیسات ذخیره‌سازی دسترسی مستقیم IBM 3330، با نام رمز مرلین، تغییر کاربری داد.

بایت ما اکنون می تواند روی فلاپی دیسک های 8 اینچی با پوشش مغناطیسی Mylar که امروزه به عنوان فلاپی دیسک شناخته می شوند، ذخیره شود. در زمان عرضه، این محصول سیستم درایو فلاپی دیسک IBM 23FD نام داشت. دیسک ها می توانستند 80 کیلوبایت داده را در خود جای دهند. برخلاف هارد دیسک ها، کاربر می تواند به راحتی یک فلاپی دیسک را در یک پوسته محافظ از یک درایو به درایو دیگر منتقل کند. بعداً، در سال 1973، IBM فلاپی دیسک خواندن/نوشتن را منتشر کرد که پس از آن به یک صنعت تبدیل شد. استاندارد.
 

1969

 در سال 1969، رایانه هدایت آپولو (AGC) با حافظه طناب از روی فضاپیمای آپولو 11 به فضا پرتاب شد که فضانوردان آمریکایی را به ماه و برگرداند. این حافظه طناب با دست ساخته شده بود و می توانست 72 کیلوبایت داده را در خود جای دهد. تولید حافظه طناب کار فشرده، آهسته و نیازمند مهارت هایی مشابه بافندگی بود. می تواند طول بکشد ماه ها. اما این ابزار مناسب برای آن مواقعی بود که قرار دادن حداکثر در یک فضای کاملا محدود مهم بود. وقتی سیم از یکی از رشته‌های دایره‌ای عبور کرد، نشان‌دهنده 1 بود. سیمی که از اطراف رشته عبور می‌کرد نشان‌دهنده 0 بود.

1977

در سال 1977، Commodore PET، اولین کامپیوتر شخصی (موفق) عرضه شد. PET از Commodore 1530 Datasette استفاده کرد که به معنی داده به اضافه کاست است. PET داده‌ها را به سیگنال‌های صوتی آنالوگ تبدیل می‌کرد که سپس روی آن‌ها ذخیره می‌شد کاست ها. این به ما اجازه داد تا یک راه حل ذخیره سازی مقرون به صرفه و قابل اعتماد ایجاد کنیم، هرچند بسیار کند. بایت کوچک ما می تواند با سرعتی در حدود 60-70 بایت در هر بایت منتقل شود یک ثانیه به من بدهید. کاست ها می توانند حدود 100 کیلوبایت در هر صفحه 30 دقیقه ای را با دو طرف در هر نوار نگه دارند. برای مثال، یک طرف کاست می تواند حدود دو تصویر 55 کیلوبایتی را در خود جای دهد. دیتاست ها در Commodore VIC-20 و Commodore 64 نیز استفاده شد.

1978

یک سال بعد، در سال 1978، MCA و فیلیپس LaserDisc را با نام «Discovision» معرفی کردند. Jaws اولین فیلمی بود که در LaserDisc در ایالات متحده فروخته شد. کیفیت صدا و تصویر آن بسیار بهتر از رقبای خود بود، اما دیسک لیزر برای اکثر مصرف کنندگان بسیار گران بود. بر خلاف نوارهای VHS که مردم برنامه های تلویزیونی را روی آن ضبط می کردند، دیسک لیزری قابل ضبط نبود. دیسک‌های لیزری با ویدیوی آنالوگ، صدای استریو FM آنالوگ و کد پالس کار می‌کردند مدولاسیون، یا PCM، صدای دیجیتال. این دیسک ها دارای قطر 12 اینچ (30,47 سانتی متر) بودند و از دو دیسک آلومینیومی یک طرفه با پوشش پلاستیکی تشکیل شده بودند. امروزه از LaserDisc به عنوان پایه سی دی و دی وی دی یاد می شود.

1979

یک سال بعد، در سال 1979، آلن شوگارت و فینیس کانر شرکت Seagate Technology را با ایده اندازه گیری هارد دیسک به اندازه یک فلاپی دیسک 5 ¼ اینچی، که در آن زمان استاندارد بود، تأسیس کردند. اولین محصول آنها در سال 1980 هارد دیسک Seagate ST506 بود که اولین هارد دیسک برای کامپیوترهای فشرده بود. این دیسک دارای پنج مگابایت داده بود که در آن زمان پنج برابر بزرگتر از یک فلاپی دیسک استاندارد بود. بنیانگذاران توانستند به هدف خود برای کاهش اندازه دیسک به اندازه یک فلاپی دیسک 5/625 اینچی دست یابند. دستگاه جدید ذخیره سازی داده ها یک صفحه فلزی سفت و سخت بود که در دو طرف آن با یک لایه نازک از مواد ذخیره سازی مغناطیسی پوشیده شده بود. بایت های داده ما می توانند با سرعت XNUMX کیلوبایت در هر دیسک به دیسک منتقل شوند یک ثانیه به من بدهید. تقریبا می باشد چنین GIF.

1981

چند سال به جلو رفت تا سال 1981، زمانی که سونی اولین فلاپی دیسک 3,5 اینچی را معرفی کرد. هیولت پاکارد در سال 1982 با HP-150 اولین پذیرنده این فناوری شد. این امر باعث شهرت فلاپی دیسک های 3,5 اینچی شد و باعث استفاده گسترده از آنها در سراسر جهان شد. صنعت. فلاپی دیسک ها یک طرفه با ظرفیت فرمت شده 161.2 کیلوبایت و ظرفیت فرمت نشده 218.8 کیلوبایت بودند. در سال 1982، یک نسخه دو طرفه منتشر شد و کنسرسیوم کمیته صنعت میکروفلاپی (MIC) متشکل از 23 شرکت رسانه ای مشخصات فلاپی 3,5 اینچی را بر اساس طرح اصلی سونی قرار داد، و این فرمت را در تاریخ به شکلی که امروز می شناسیم تثبیت کرد. ما میدانیم. اکنون بایت های داده ما را می توان در نسخه اولیه یکی از رایج ترین رسانه های ذخیره سازی ذخیره کرد: فلاپی دیسک 3,5 اینچی. بعداً یک جفت فلاپی 3,5 اینچی با مسیر اورگان مهمترین بخش کودکی من شد

1984

اندکی پس از آن، در سال 1984، انتشار CD-ROM فقط خواندنی دیسک منتشر شد. اینها CD-ROMهای 550 مگابایتی از سونی و فیلیپس بودند. این فرمت از سی‌دی‌هایی با صدای دیجیتال یا CD-DA که برای پخش موسیقی استفاده می‌شد، ایجاد شد. CD-DA توسط سونی و فیلیپس در سال 1982 ساخته شد و ظرفیت آن 74 دقیقه بود. طبق افسانه، زمانی که سونی و فیلیپس در حال مذاکره بر سر استاندارد CD-DA بودند، یکی از چهار نفر اصرار داشت که می تواند حاوی کل سمفونی نهم اولین محصولی که بر روی سی دی منتشر شد، دایره المعارف الکترونیکی گرولیر بود که در سال 1985 منتشر شد. این دایره المعارف شامل نه میلیون کلمه بود که تنها 12 درصد از فضای موجود دیسک را اشغال می کرد که 553 است. مبی بایت. فضای کافی برای یک دایره المعارف و یک بایت داده داریم. اندکی پس از آن، در سال 1985، شرکت های کامپیوتری با یکدیگر همکاری کردند تا استانداردی برای درایوهای دیسک ایجاد کنند تا هر کامپیوتری بتواند آنها را بخواند.

1984

همچنین در سال 1984، فوجیو ماسوکا نوع جدیدی از حافظه‌های شناور به نام حافظه فلش را توسعه داد که می‌توانست بارها پاک و بازنویسی شود.

بیایید لحظه ای به حافظه فلش با استفاده از ترانزیستور دروازه شناور نگاه کنیم. ترانزیستورها گیت های الکتریکی هستند که می توانند به صورت جداگانه روشن و خاموش شوند. از آنجایی که هر ترانزیستور می تواند در دو حالت مختلف (روشن و خاموش) باشد، می تواند دو عدد مختلف را ذخیره کند: 0 و 1. دروازه شناور به گیت دوم اضافه شده به ترانزیستور میانی اشاره دارد. این دروازه دوم با یک لایه نازک اکسید عایق بندی شده است. این ترانزیستورها از ولتاژ کمی که به گیت ترانزیستور اعمال می شود برای نشان دادن روشن یا خاموش بودن آن استفاده می کنند که به نوبه خود به 0 یا 1 تبدیل می شود.
 
در گیت های شناور، وقتی ولتاژ مناسب از لایه اکسید اعمال می شود، الکترون ها از آن عبور می کنند و روی گیت ها گیر می کنند. بنابراین، حتی زمانی که برق قطع می شود، الکترون ها روی آنها باقی می مانند. هنگامی که هیچ الکترونی روی دروازه‌های شناور وجود نداشته باشد، نشان‌دهنده 1 و هنگامی که الکترون‌ها گیر می‌کنند، نشان‌دهنده 0 هستند. معکوس کردن این فرآیند و اعمال ولتاژ مناسب در لایه اکسید در جهت مخالف، باعث می‌شود که الکترون‌ها از دروازه‌های شناور عبور کنند. و ترانزیستور را به حالت اولیه برگردانید. بنابراین سلول ها قابل برنامه ریزی و غیر فرار. بایت ما می تواند در ترانزیستور به عنوان 01001010 برنامه ریزی شود، با الکترون ها، با الکترون هایی که در دروازه های شناور گیر کرده اند تا صفرها را نشان دهند.

طراحی ماسوکا کمی مقرون به صرفه‌تر، اما انعطاف‌پذیرتر از PROM پاک‌شونده الکتریکی (EEPROM) بود، زیرا به گروه‌های متعددی از سلول‌ها نیاز داشت که باید با هم پاک می‌شدند، اما این نیز سرعت آن را به حساب می‌آورد.

در آن زمان ماسوکا برای توشیبا کار می کرد. او در نهایت برای کار در دانشگاه توهوکو رفت زیرا از اینکه شرکت برای کارش به او جایزه نداده بود ناراضی بود. ماسوئوکا از توشیبا شکایت کرد و خواستار غرامت شد. در سال 2006 مبلغ 87 میلیون یوان معادل 758 هزار دلار آمریکا به وی پرداخت شد. با توجه به تاثیرگذاری فلش مموری در صنعت، این هنوز هم ناچیز به نظر می رسد.

در حالی که ما در مورد فلش مموری صحبت می کنیم، همچنین شایان ذکر است که تفاوت بین حافظه فلش NOR و NAND چیست. همانطور که قبلاً از Masuoka می دانیم، فلش اطلاعات را در سلول های حافظه متشکل از ترانزیستورهای دروازه شناور ذخیره می کند. نام فناوری ها مستقیماً با نحوه سازماندهی سلول های حافظه مرتبط است.

در فلش NOR، سلول های حافظه جداگانه به صورت موازی به هم متصل می شوند تا دسترسی تصادفی را فراهم کنند. این معماری زمان خواندن مورد نیاز برای دسترسی تصادفی به دستورالعمل های ریزپردازنده را کاهش می دهد. حافظه فلش NOR برای برنامه های با چگالی کمتر که عمدتا فقط خواندنی هستند ایده آل است. به همین دلیل است که اکثر CPU ها سیستم عامل خود را معمولاً از حافظه فلش NOR بارگیری می کنند. ماسوکا و همکارانش اختراع NOR flash را در سال 1984 و NAND flash in را معرفی کردند 1987.

توسعه دهندگان NAND Flash ویژگی دسترسی تصادفی را برای دستیابی به اندازه سلول حافظه کوچکتر کنار گذاشتند. این منجر به اندازه تراشه کوچکتر و هزینه کمتر برای هر بیت می شود. معماری حافظه فلش NAND شامل ترانزیستورهای حافظه هشت تکه ای است که به صورت سری به هم متصل شده اند. این به چگالی ذخیره سازی بالا، اندازه سلول حافظه کوچکتر و نوشتن و پاک کردن سریعتر داده ها دست می یابد زیرا می تواند بلوک های داده را به طور همزمان برنامه ریزی کند. این امر با نیاز به بازنویسی داده ها در زمانی که به صورت متوالی نوشته نشده اند و داده ها از قبل در توده.

1991

بیایید به سال 1991 برویم، زمانی که یک نمونه اولیه درایو حالت جامد (SSD) توسط SanDisk ایجاد شد، که در آن زمان به نام شناخته می شد. SunDisk. این طرح ترکیبی از یک آرایه حافظه فلش، تراشه های حافظه غیر فرار و یک کنترلر هوشمند برای شناسایی و تصحیح خودکار سلول های معیوب بود. ظرفیت دیسک 20 مگابایت با فرم فاکتور 2,5 اینچی بود و هزینه آن تقریباً 1000 دلار تخمین زده شد. این دیسک توسط IBM در رایانه استفاده می شد لپ تاپ ThinkPad.

1994

یکی از رسانه های ذخیره سازی مورد علاقه شخصی من از دوران کودکی، دیسک های فشرده بود. در سال 1994، آیومگا دیسک فشرده را منتشر کرد، یک کارتریج 100 مگابایتی در فرم فاکتور 3,5 اینچی، تقریباً کمی ضخیم تر از یک درایو استاندارد 3,5 اینچی. نسخه های بعدی درایوها می توانند تا 2 گیگابایت را ذخیره کنند. راحتی این دیسک ها این است که به اندازه یک فلاپی دیسک بودند، اما توانایی ذخیره حجم بیشتری از داده ها را داشتند. بایت های داده ما را می توان با سرعت 1,4 مگابایت در ثانیه روی یک دیسک Zip نوشت. برای مقایسه، در آن زمان 1,44 مگابایت فلاپی دیسک 3,5 اینچی با سرعتی در حدود 16 کیلوبایت بر ثانیه نوشته می شد. در یک دیسک Zip، هدها بدون تماس، داده ها را می خوانند/نوشتن می کنند، گویی که در بالای سطح پرواز می کنند، که شبیه به عملکرد یک هارد دیسک است، اما با اصل عملکرد سایر فلاپی دیسک ها متفاوت است. دیسک های فشرده به دلیل مشکلات قابل اطمینان و در دسترس بودن خیلی زود منسوخ شدند.

1994

در همان سال، SanDisk CompactFlash را معرفی کرد که به طور گسترده در دوربین های فیلمبرداری دیجیتال استفاده می شد. همانند سی دی ها، سرعت CompactFlash بر اساس رتبه بندی "x" مانند 8x، 20x، 133x و غیره است. حداکثر نرخ انتقال داده بر اساس نرخ بیت سی دی صوتی اصلی، 150 کیلوبایت در ثانیه محاسبه می شود. نرخ انتقال شبیه R = Kx150 کیلوبایت بر ثانیه است که در آن R نرخ انتقال و K سرعت اسمی است. بنابراین برای یک CompactFlash 133x، بایت داده ما با سرعت 133x150 کیلوبایت بر ثانیه یا حدود 19 کیلوبایت بر ثانیه یا 950 مگابایت بر ثانیه نوشته می شود. انجمن CompactFlash در سال 19,95 با هدف ایجاد استاندارد صنعتی برای کارت های حافظه فلش تاسیس شد.

1997

چند سال بعد، در سال 1997، Compact Disc Rewritable (CD-RW) منتشر شد. این دیسک نوری برای ذخیره داده ها و برای کپی و انتقال فایل ها به دستگاه های مختلف استفاده می شد. سی دی ها را می توان حدود 1000 بار بازنویسی کرد، که در آن زمان عامل محدود کننده ای نبود زیرا کاربران به ندرت داده ها را بازنویسی می کردند.

CD-RW ها مبتنی بر فناوری هستند که بازتاب سطح را تغییر می دهد. در مورد CD-RW، جابجایی فاز در یک پوشش ویژه متشکل از نقره، تلوریم و ایندیم باعث توانایی بازتاب یا عدم انعکاس پرتو خوانده شده می شود که به معنی 0 یا 1 است. هنگامی که ترکیب در حالت کریستالی باشد، نیمه شفاف، به معنی 1. هنگامی که ترکیب به حالت آمورف ذوب می شود، مات و غیر انعکاسی می شود، که به معنی 0. بنابراین می توانیم بایت داده خود را به صورت 01001010 بنویسیم.

دی‌وی‌دی‌ها در نهایت بیشتر سهم بازار را از CD-RW گرفتند.

1999

بیایید به سال 1999 برویم، زمانی که IBM کوچکترین هارد دیسک های دنیا را در آن زمان معرفی کرد: میکرودرایوهای 170 مگابایتی و 340 مگابایتی. این هارد دیسک های کوچک 2,54 سانتی متری بودند که برای قرار گرفتن در اسلات های CompactFlash Type II طراحی شده بودند. قرار بود دستگاهی بسازد که مانند CompactFlash مورد استفاده قرار گیرد، اما با ظرفیت حافظه بیشتر. با این حال، به زودی با درایوهای فلش USB و سپس کارت های بزرگتر CompactFlash که در دسترس قرار گرفتند، جایگزین شدند. مانند سایر هارد دیسک ها، میکرودرایوها مکانیکی بودند و حاوی دیسک های چرخان کوچکی بودند.

2000

یک سال بعد، در سال 2000، درایوهای فلش USB معرفی شدند. درایوها شامل فلش مموری بودند که به شکل کوچکی با رابط USB محصور شده بودند. بسته به نسخه رابط USB مورد استفاده، سرعت ممکن است متفاوت باشد. USB 1.1 به 1,5 مگابیت در ثانیه محدود شده است، در حالی که USB 2.0 می تواند 35 مگابیت در ثانیه را مدیریت کند. یک ثانیه به من بدهیدو USB 3.0 625 مگابیت بر ثانیه است. اولین درایوهای USB 3.1 نوع C در مارس 2015 معرفی شدند و دارای سرعت خواندن/نوشتن 530 مگابیت بر ثانیه بودند. برخلاف فلاپی دیسک ها و درایوهای نوری، خراش دادن دستگاه های USB دشوارتر است، اما همچنان قابلیت های یکسانی برای ذخیره داده ها و همچنین انتقال و تهیه نسخه پشتیبان از فایل ها دارند. فلاپی و درایوهای سی دی به سرعت با پورت های USB جایگزین شدند.

2005

در سال 2005، تولیدکنندگان هارد دیسک (HDD) شروع به ارسال محصولات با استفاده از ضبط مغناطیسی عمود بر یا PMR کردند. جالب اینجاست که این اتفاق در همان زمانی رخ داد که iPod Nano استفاده از حافظه فلش را به جای هارد دیسک های 1 اینچی در iPod Mini اعلام کرد.

یک هارد دیسک معمولی حاوی یک یا چند هارد دیسک است که با یک فیلم حساس مغناطیسی ساخته شده از دانه های ریز مغناطیسی پوشیده شده است. هنگامی که سر ضبط مغناطیسی درست بالای دیسک چرخان پرواز می کند، داده ها ثبت می شود. این بسیار شبیه به یک دستگاه ضبط گرامافون سنتی است، تنها تفاوت این است که در یک گرامافون، قلم در تماس فیزیکی با صفحه است. با چرخش دیسک ها، هوا در تماس با آنها نسیم ملایمی ایجاد می کند. همانطور که هوا در بال هواپیما باعث بالابر می شود، هوا نیز بر روی سر ایرفویل بالا می رود سر دیسک. سر به سرعت مغناطیس شدن یک ناحیه مغناطیسی از دانه ها را تغییر می دهد به طوری که قطب مغناطیسی آن به سمت بالا یا پایین قرار می گیرد که نشان دهنده 1 یا 0 است.
 
سلف PMR ضبط مغناطیسی طولی یا LMR بود. چگالی ضبط PMR می تواند بیش از سه برابر LMR باشد. تفاوت اصلی بین PMR و LMR این است که ساختار دانه و جهت مغناطیسی داده های ذخیره شده رسانه PMR به جای طولی ستونی است. PMR دارای پایداری حرارتی بهتر و نسبت سیگنال به نویز (SNR) بهبود یافته به دلیل جداسازی دانه ها و یکنواختی بهتر است. همچنین به لطف میدان های سر قوی تر و هم ترازی رسانه های مغناطیسی بهتر، قابلیت ضبط بهبود یافته را دارد. مانند LMR، محدودیت های اساسی PMR مبتنی بر پایداری حرارتی بیت های داده ای است که توسط آهنربا نوشته می شود و نیاز به داشتن SNR کافی برای خواندن اطلاعات نوشته شده است.

2007

در سال 2007، اولین هارد دیسک 1 ترابایتی از Hitachi Global Storage Technologies معرفی شد. هیتاچی دسکستار 7K1000 از پنج بشقاب 3,5 اینچی 200 گیگابایتی استفاده کرد و در آن چرخید 7200 دور در دقیقه این یک پیشرفت قابل توجه نسبت به اولین هارد دیسک جهان، IBM RAMAC 350 است که تقریباً 3,75 مگابایت ظرفیت داشت. آه، چقدر در این 51 سال پیش رفتیم! اما صبر کنید، چیز دیگری وجود دارد.

2009

در سال 2009، کار فنی برای ایجاد حافظه اکسپرس غیر فرار یا NVMe. حافظه غیر فرار (NVM) نوعی حافظه است که می تواند داده ها را به طور دائم ذخیره کند، برخلاف حافظه فرار که برای ذخیره داده ها نیاز به برق ثابت دارد. NVMe نیاز به یک رابط کنترل‌کننده میزبان مقیاس‌پذیر برای اجزای جانبی مبتنی بر نیمه‌رسانا با PCIe را برطرف می‌کند، از این رو NVMe نامیده می‌شود. بیش از 90 شرکت در کارگروه توسعه این پروژه حضور داشتند. همه اینها بر اساس کار برای تعریف مشخصات رابط کنترل کننده میزبان حافظه غیر فرار (NVMHCIS) بود. بهترین درایوهای NVMe امروزی می توانند حدود 3500 مگابایت در ثانیه خواندن و 3300 مگابایت در ثانیه نوشتن را مدیریت کنند. نوشتن بایت داده j که با آن شروع کردیم، در مقایسه با چند دقیقه حافظه طناب دستباف برای رایانه هدایت آپولو، بسیار سریع است.

حال و آینده

حافظه کلاس ذخیره سازی

اکنون که به گذشته سفر کرده ایم (ها!)، بیایید نگاهی به وضعیت فعلی حافظه کلاس ذخیره سازی بیاندازیم. SCM، مانند NVM، قوی است، اما SCM همچنین عملکردی بهتر یا قابل مقایسه با حافظه اصلی ارائه می دهد، و آدرس پذیری بایت. هدف SCM حل برخی از مشکلات کش امروزی مانند چگالی کم حافظه با دسترسی تصادفی استاتیک (SRAM) است. با استفاده از حافظه با دسترسی تصادفی پویا (DRAM)، می‌توانیم به چگالی بهتری دست یابیم، اما این به قیمت دسترسی آهسته‌تر است. DRAM همچنین از نیاز به برق ثابت برای تازه کردن حافظه رنج می برد. این را کمی درک کنیم. برق مورد نیاز است زیرا بار الکتریکی خازن ها کم کم به بیرون نشت می کند، به این معنی که بدون دخالت، اطلاعات روی تراشه به زودی از بین می رود. برای جلوگیری از چنین نشتی، DRAM به یک مدار تازه سازی حافظه خارجی نیاز دارد که به طور دوره ای داده های خازن ها را بازنویسی می کند و آنها را به شارژ اولیه خود باز می گرداند.

حافظه تغییر فاز (PCM)

قبلاً به چگونگی تغییر فاز برای CD-RW نگاه کردیم. PCM مشابه است. ماده تغییر فاز معمولاً Ge-Sb-Te است که با نام GST نیز شناخته می شود که می تواند در دو حالت مختلف وجود داشته باشد: آمورف و کریستالی. حالت آمورف دارای مقاومت بالاتری است که نشان دهنده 0 است از حالت کریستالی که نشان دهنده 1 است. با اختصاص مقادیر داده به مقاومت های میانی، PCM می تواند برای ذخیره چندین حالت به عنوان استفاده شود. MLC.

حافظه دسترسی تصادفی گشتاور انتقال چرخش (STT-RAM)

STT-RAM شامل دو لایه مغناطیسی دائمی و فرومغناطیسی است که توسط یک دی الکتریک، یک عایق که می تواند نیروی الکتریکی را بدون رسانایی منتقل کند، از هم جدا شده اند. بیت هایی از داده ها را بر اساس تفاوت در جهت های مغناطیسی ذخیره می کند. یک لایه مغناطیسی به نام لایه مرجع، دارای جهت مغناطیسی ثابت است، در حالی که لایه مغناطیسی دیگر که لایه آزاد نام دارد، دارای جهت مغناطیسی است که توسط جریان عبوری کنترل می شود. برای 1، جهت مغناطیسی دو لایه تراز است. برای 0، هر دو لایه جهت مغناطیسی مخالف دارند.

حافظه دسترسی تصادفی مقاومتی (ReRAM)
یک سلول ReRAM از دو الکترود فلزی تشکیل شده است که توسط یک لایه اکسید فلزی از هم جدا شده اند. کمی شبیه طراحی حافظه فلش ماسوکا، که در آن الکترون ها به لایه اکسید نفوذ می کنند و در دروازه شناور گیر می کنند یا برعکس. با این حال، با ReRAM، وضعیت سلول بر اساس غلظت اکسیژن آزاد در لایه اکسید فلزی تعیین می شود.

اگرچه این فناوری‌ها امیدوارکننده هستند، اما همچنان دارای معایبی هستند. PCM و STT-RAM تأخیر نوشتن بالایی دارند. تأخیر PCM ده برابر بیشتر از DRAM است، در حالی که تأخیر STT-RAM ده برابر بیشتر از SRAM است. PCM و ReRAM محدودیتی برای مدت زمان نوشتن قبل از وقوع یک خطای جدی دارند، به این معنی که عنصر حافظه روی آن گیر می کند. یک مقدار مشخص.

در آگوست 2015، اینتل از انتشار Optane، محصول مبتنی بر 3DXPoint خود خبر داد. Optane ادعا می کند 1000 برابر عملکرد NAND SSD با قیمتی XNUMX تا XNUMX برابر بالاتر از حافظه فلش است. Optane گواه این است که SCM چیزی بیش از یک فناوری آزمایشی است. تماشای توسعه این فناوری ها جالب خواهد بود.

هارد دیسک ها (HDD)

هلیوم هارد (HHDD)

دیسک هلیوم یک هارد دیسک درایو (HDD) با ظرفیت بالا است که با هلیوم پر شده و در طول فرآیند ساخت به صورت هرمتیک مهر و موم شده است. مانند سایر هارد دیسک ها، همانطور که قبلاً گفتیم، شبیه به یک صفحه گردان با یک صفحه چرخان با پوشش مغناطیسی است. هارد دیسک های معمولی به سادگی دارای هوا در داخل حفره هستند، اما این هوا با چرخش صفحات باعث ایجاد مقداری مقاومت می شود.

بادکنک های هلیوم شناور هستند زیرا هلیوم سبک تر از هوا است. در واقع هلیوم 1/7 چگالی هوا است که با چرخش صفحات باعث کاهش نیروی ترمز می شود و باعث کاهش انرژی لازم برای چرخش دیسک ها می شود. با این حال، این ویژگی ثانویه است، مشخصه اصلی متمایز هلیوم این بود که به شما امکان می دهد 7 ویفر را با همان فرم فاکتور بسته بندی کنید که معمولاً فقط 5 عدد را نگه می دارد. . از آنجا که هلیوم کشش را کاهش می دهد، تلاطم از بین می رود.

همچنین می دانیم که بادکنک های هلیوم پس از چند روز شروع به غرق شدن می کنند زیرا هلیوم از آنها خارج می شود. همین را می توان در مورد دستگاه های ذخیره سازی نیز گفت. سال‌ها طول کشید تا سازندگان بتوانند ظرفی بسازند که مانع از خروج هلیوم از فرم فاکتور در طول عمر درایو شود. Backblaze آزمایش‌هایی انجام داد و متوجه شد که هارد دیسک‌های هلیوم دارای نرخ خطای سالانه 1,03 درصد هستند، در مقایسه با 1,06 درصد برای درایوهای استاندارد. البته این تفاوت آنقدر کم است که می توان از آن نتیجه جدی گرفت خیلی سخت.

فرم فاکتور پر از هلیوم می تواند شامل یک هارد دیسک محصور شده با استفاده از PMR باشد که در بالا به آن پرداختیم، یا ضبط مغناطیسی مایکروویو (MAMR) یا ضبط مغناطیسی به کمک گرما (HAMR). هر فناوری ذخیره سازی مغناطیسی را می توان به جای هوا با هلیوم ترکیب کرد. در سال 2014، HGST دو فناوری پیشرفته را در هارد دیسک هلیوم 10 ترابایتی خود ترکیب کرد که از ضبط مغناطیسی شینگل کنترل شده توسط میزبان یا SMR (ضبط مغناطیسی شینگلد) استفاده می کرد. بیایید کمی در مورد SMR صحبت کنیم و سپس به MAMR و HAMR نگاه کنیم.

فناوری ضبط مغناطیسی کاشی

پیش از این، ما به ضبط مغناطیسی عمود بر (PMR) نگاه کردیم که سلف SMR بود. برخلاف PMR، SMR آهنگ‌های جدیدی را ضبط می‌کند که بخشی از مسیر مغناطیسی ثبت‌شده قبلی را همپوشانی دارند. این به نوبه خود مسیر قبلی را باریک تر می کند و تراکم مسیر بالاتر را امکان پذیر می کند. نام این فناوری از این واقعیت ناشی می شود که مسیرهای لپ شباهت زیادی به مسیرهای سقف کاشی دارند.

SMR منجر به فرآیند نوشتن بسیار پیچیده‌تر می‌شود، زیرا نوشتن در یک آهنگ، مسیر مجاور را بازنویسی می‌کند. هنگامی که بستر دیسک خالی است و داده ها متوالی هستند این اتفاق نمی افتد. اما به محض اینکه روی یک سری از آهنگ‌هایی که قبلاً حاوی داده‌ها هستند ضبط می‌کنید، داده‌های مجاور موجود پاک می‌شوند. اگر آهنگ مجاور حاوی داده باشد، باید بازنویسی شود. این کاملاً شبیه فلش NAND است که قبلاً در مورد آن صحبت کردیم.

دستگاه‌های SMR این پیچیدگی را با مدیریت سیستم‌افزار پنهان می‌کنند و در نتیجه رابطی شبیه به هر دیسک سخت دیگری ایجاد می‌کنند. از سوی دیگر، دستگاه های SMR تحت مدیریت میزبان، بدون تطبیق ویژه برنامه ها و سیستم عامل ها، اجازه استفاده از این درایوها را نخواهند داد. میزبان باید به طور کاملاً متوالی در دستگاه ها بنویسد. در عین حال عملکرد دستگاه ها 100 درصد قابل پیش بینی است. سیگیت ارسال درایوهای SMR را در سال 2013 آغاز کرد و ادعا کرد که تراکم 25 درصد بیشتر است. فراتر می رود چگالی PMR.

ضبط مغناطیسی مایکروویو (MAMR)

ضبط مغناطیسی به کمک مایکروویو (MAMR) یک فناوری حافظه مغناطیسی است که از انرژی مشابه HAMR استفاده می کند (در ادامه بحث می شود). بخش مهمی از MAMR نوسانگر گشتاور چرخشی (STO) است. خود STO در مجاورت سر ضبط قرار دارد. هنگامی که جریان به STO اعمال می شود، یک میدان الکترومغناطیسی دایره ای با فرکانس 20-40 گیگاهرتز به دلیل قطبش اسپین های الکترون ایجاد می شود.

هنگامی که در معرض چنین میدانی قرار می‌گیرید، تشدید در فرومغناطیس مورد استفاده برای MAMR رخ می‌دهد که منجر به تعدیل گشتاورهای مغناطیسی حوزه‌های این میدان می‌شود. اساساً ممان مغناطیسی از محور خود منحرف می شود و برای تغییر جهت آن (تلنگر)، سر ضبط به طور قابل توجهی به انرژی کمتری نیاز دارد.

استفاده از فناوری MAMR امکان گرفتن مواد فرومغناطیسی با نیروی اجباری بیشتر را فراهم می کند، به این معنی که اندازه حوزه های مغناطیسی را می توان بدون ترس از ایجاد یک اثر سوپرپارامغناطیس کاهش داد. ژنراتور STO به کاهش اندازه هد ضبط کمک می کند که امکان ثبت اطلاعات در حوزه های مغناطیسی کوچکتر را فراهم می کند و در نتیجه تراکم ضبط را افزایش می دهد.

وسترن دیجیتال که با نام WD نیز شناخته می شود، این فناوری را در سال 2017 معرفی کرد. اندکی بعد، در سال 2018، توشیبا از این فناوری پشتیبانی کرد. در حالی که WD و توشیبا به دنبال فناوری MAMR هستند، سیگیت روی HAMR شرط بندی کرده است.

ضبط حرارتی (HAMR)

ضبط مغناطیسی به کمک گرما (HAMR) یک فناوری ذخیره‌سازی اطلاعات مغناطیسی با انرژی کارآمد است که می‌تواند با استفاده از گرمای تامین‌شده توسط لیزر برای کمک به نوشتن، مقدار داده‌هایی را که می‌توان روی یک دستگاه مغناطیسی مانند هارد دیسک ذخیره کرد، به میزان قابل توجهی افزایش داد. داده ها به سطح زیرلایه هارد دیسک. گرمایش باعث می‌شود که بیت‌های داده بسیار نزدیک‌تر به هم روی بستر دیسک قرار گیرند و این امکان را برای افزایش تراکم و ظرفیت داده فراهم می‌کند.

اجرای این فناوری بسیار دشوار است. 200 مگاوات لیزر سریع گرم می شود یک منطقه کوچک تا 400 درجه سانتیگراد قبل از ضبط، بدون تداخل یا آسیب رساندن به بقیه داده های روی دیسک. فرآیند گرمایش، ثبت داده ها و سرمایش باید در کمتر از یک نانوثانیه کامل شود. پرداختن به این چالش‌ها مستلزم توسعه پلاسمون‌های سطحی در مقیاس نانو، که به‌عنوان لیزرهای هدایت‌شونده سطحی نیز شناخته می‌شوند، به جای گرمایش مستقیم لیزری، و همچنین انواع جدیدی از صفحات شیشه‌ای و پوشش‌های مدیریت حرارتی برای مقاومت در برابر گرمایش سریع نقطه‌ای بدون آسیب رساندن به سر ضبط یا اطراف آن نیاز داشت. داده ها و چالش های فنی مختلف دیگری که باید بر آنها غلبه کرد.

علیرغم اظهارات مشکوک متعدد، سیگیت برای اولین بار این فناوری را در سال 2013 به نمایش گذاشت. اولین دیسک ها در سال 2018 ارسال شدند.

پایان فیلم، برو به اول!

ما در سال 1951 شروع کردیم و مقاله را با نگاهی به آینده فناوری ذخیره سازی به پایان رساندیم. ذخیره سازی داده ها در طول زمان بسیار تغییر کرده است، از نوار کاغذی گرفته تا فلزی و مغناطیسی، حافظه طناب، دیسک های چرخان، دیسک های نوری، حافظه های فلش و موارد دیگر. پیشرفت منجر به دستگاه‌های ذخیره‌سازی سریع‌تر، کوچک‌تر و قدرتمندتر شده است.

اگر NVMe را با نوار فلزی UNISERVO از سال 1951 مقایسه کنید، NVMe می تواند 486٪ ارقام بیشتری را در هر ثانیه بخواند. هنگام مقایسه NVMe با درایوهای Zip مورد علاقه دوران کودکی من، NVMe می تواند 111٪ ارقام بیشتری را در ثانیه بخواند.

تنها چیزی که درست باقی می ماند استفاده از 0 و 1 است. روش های انجام این کار بسیار متفاوت است. امیدوارم دفعه بعد که یک CD-RW از آهنگ ها را برای دوستی رایت می کنید یا یک ویدیوی خانگی را در آرشیو دیسک نوری ذخیره می کنید، به این فکر کنید که چگونه یک سطح غیر بازتابنده به 0 و یک سطح بازتابنده به 1 ترجمه می شود. یا اگر میکسی را روی نوار کاست ضبط می‌کنید، به یاد داشته باشید که ارتباط بسیار نزدیکی با Dataset مورد استفاده در Commodore PET دارد. در نهایت، مهربانی و عقب نشینی را فراموش نکنید.

سپاس ها رابرت موستاکی и ریک آلترا برای چیزهای کوچک (من نمی توانم کمکی به آن کنم) در سراسر مقاله!

چه چیز دیگری می توانید در وبلاگ بخوانید؟ Cloud4Y

→ تخم مرغ های عید پاک در نقشه های توپوگرافی سوئیس
→ برندهای کامپیوتر دهه 90، قسمت 1
→ چگونه مادر یک هکر وارد زندان شد و کامپیوتر رئیس را آلوده کرد
→ تشخیص اتصالات شبکه در روتر مجازی EDGE
→ چگونه بانک شکست خورد؟

مشترک ما شوید تلگرام-کانال تا مقاله بعدی را از دست ندهید! ما بیش از دو بار در هفته نمی نویسیم و فقط به صورت تجاری. همچنین به شما یادآوری می کنیم که Cloud4Y می تواند دسترسی از راه دور ایمن و قابل اعتماد به برنامه های کاربردی تجاری و اطلاعات لازم برای اطمینان از تداوم کسب و کار را فراهم کند. کار از راه دور مانع دیگری برای گسترش ویروس کرونا است. برای جزئیات، با مدیران ما تماس بگیرید کاربران آنلاین حاضر در سایت ".

منبع: www.habr.com