Svaki pružatelj usluga u oblaku nudi usluge pohrane podataka. To mogu biti hladna i topla skladišta, ledeno-hladna, itd. Pohranjivanje informacija u oblak prilično je zgodno. Ali kako su podaci zapravo bili pohranjeni prije 10, 20, 50 godina? Cloud4Y je preveo zanimljiv članak koji govori upravo o tome.
Bajt podataka može se pohraniti na različite načine, budući da se stalno pojavljuju novi, napredniji i brži mediji za pohranu. Bajt je jedinica za pohranu i obradu digitalnih informacija, koja se sastoji od osam bitova. Jedan bit može sadržavati 0 ili 1.
U slučaju bušenih kartica, bit se pohranjuje kao prisutnost/odsutnost rupe na kartici na određenom mjestu. Ako se vratimo malo dalje na Babbageov analitički stroj, registri koji su pohranjivali brojeve bili su zupčanici. U uređajima za magnetsku pohranu kao što su trake i diskovi, bit je predstavljen polaritetom određenog područja magnetskog filma. U modernoj dinamičkoj memoriji s izravnim pristupom (DRAM), bit se često predstavlja kao dvorazinski električni naboj pohranjen u uređaju koji pohranjuje električnu energiju u električnom polju. Napunjeni ili ispražnjeni spremnik pohranjuje malo podataka.
Lipnja 1956 izmislio riječ za označavanje skupine bitova koji se koriste za kodiranje jednog znaka . Razgovarajmo malo o kodiranju znakova. Počnimo s američkim standardnim kodom za razmjenu informacija ili ASCII. ASCII se temelji na engleskoj abecedi, tako da svako slovo, broj i simbol (az, AZ, 0-9, +, - , /, ",! itd. ) bili su predstavljeni kao 7-bitni cijeli broj od 32 do 127. Ovo nije baš "prijateljski" prema drugim jezicima. Za podršku drugim jezicima, Unicode prošireni ASCII. U Unicodeu svaki je znak predstavljen kao kodna točka ili simbol, na primjer , mala slova j su U+006A, gdje U označava Unicode, a zatim heksadecimalni broj.
UTF-8 je standard za predstavljanje znakova kao osam bitova, dopuštajući da svaka kodna točka u rasponu 0-127 bude pohranjena u jednom bajtu. Ako se sjetimo ASCII-ja, to je sasvim normalno za engleske znakove, ali znakovi drugih jezika često su izraženi u dva ili više bajtova. UTF-16 je standard za predstavljanje znakova kao 16 bita, a UTF-32 je standard za predstavljanje znakova kao 32 bita. U ASCII je svaki znak bajt, ali u Unicodeu, što često nije sasvim točno, znak može zauzimati 1, 2, 3 ili više bajtova. U članku će se koristiti različite skupine bitova po veličini. Broj bitova u bajtu varira ovisno o dizajnu medija.
U ovom ćemo članku otputovati u prošlost kroz razne medije za pohranu podataka kako bismo zaronili u povijest pohrane podataka. Ni u kojem slučaju nećemo početi duboko proučavati svaki pojedini medij za pohranu koji je ikada izumljen. Ovo je zabavan informativni članak koji ni na koji način ne tvrdi da ima enciklopedijski značaj.
Počnimo. Recimo da imamo podatkovni bajt za pohranu: slovo j, bilo kao kodirani bajt 6a, ili kao binarni 01001010. Dok putujemo kroz vrijeme, podatkovni bajt koristit će se u nekoliko tehnologija pohrane koje će biti opisane.
1951
Naša priča počinje 1951. s pogonom trake UNIVAC UNISERVO za računalo UNIVAC 1. Bio je to prvi pogon trake stvoren za komercijalno računalo. Traka je izrađena od tanke trake poniklane bronce, široke 12,65 mm (zvane Vicalloy) i dugačke gotovo 366 metara. Naši bajtovi podataka mogu se pohraniti brzinom od 7 znakova u sekundi na vrpci koja se kreće brzinom od 200 metra u sekundi. U ovom trenutku u povijesti, mogli ste mjeriti brzinu algoritma za pohranu prema udaljenosti koju je vrpca prevalila.
1952
Brzo naprijed godinu dana do 21. svibnja 1952., kada je IBM najavio izlazak svoje prve jedinice magnetske trake, IBM 726. Naš bajt podataka sada se može premjestiti s UNISERVO metalne trake na IBM magnetsku traku. Pokazalo se da je ovaj novi dom vrlo udoban za naš vrlo mali bajt podataka, budući da traka može pohraniti do 2 milijuna znamenki. Ova magnetska traka sa 7 staza kretala se brzinom od 1,9 metara u sekundi s brzinom prijenosa od 12 500 bauda ili 7500 (u to vrijeme zvane grupe kopija) po sekundi. Za referencu: prosječni članak na Habréu ima otprilike 10 000 znakova.
Vrpca IBM 726 imala je sedam staza, od kojih je šest korišteno za pohranu informacija, a jedna za kontrolu pariteta. Jedan kolut mogao je primiti do 400 metara vrpce širine 1,25 cm.Brzina prijenosa podataka teoretski je dosegla 12,5 tisuća znakova u sekundi; gustoća zapisa je 40 bita po centimetru. Ovaj je sustav koristio metodu "vakuumskog kanala" u kojoj je omča trake kružila između dvije točke. To je omogućilo da se vrpca pokrene i zaustavi u djeliću sekunde. To je postignuto postavljanjem dugih vakuumskih stupova između kalema vrpce i glava za čitanje/pisanje kako bi se apsorbirao nagli porast napetosti u vrpci, bez koje bi vrpca obično pukla. Uklonjivi plastični prsten na stražnjoj strani namotaja trake pruža zaštitu od pisanja. Jedan kolut vrpce može pohraniti oko 1,1 .
Sjetite se VHS kaseta. Što ste morali učiniti da ponovno pogledate film? Premotaj traku! Koliko ste puta vrtjeli kasetu za svoj player na olovku, da ne trošite baterije i ne pokidate ili zaglavite kasetu? Isto se može reći i za vrpce koje se koriste za računala. Programi nisu mogli samo skakati po vrpci ili nasumično pristupati podacima, mogli su čitati i pisati podatke strogo sekvencijalno.
1956
Premotajte nekoliko godina naprijed do 1956., a era pohrane na magnetskom disku započela je IBM-ovim dovršetkom računalnog sustava RAMAC 305, koji je Zellerbach Paper isporučio . Ovo računalo je prvo koristilo tvrdi disk s pokretnom glavom. RAMAC diskovni pogon sastojao se od pedeset magnetiziranih metalnih ploča promjera 60,96 cm, sposobnih za pohranjivanje približno pet milijuna znakova podataka, 7 bita po znaku, i vrteći se brzinom od 1200 okretaja u minuti. Kapacitet pohrane bio je oko 3,75 megabajta.
RAMAC je omogućio pristup velikim količinama podataka u stvarnom vremenu, za razliku od magnetske trake ili bušenih kartica. IBM je reklamirao RAMAC kao sposoban za pohranjivanje ekvivalenta od 64 . Ranije je RAMRAC uveo koncept kontinuirane obrade transakcija čim se dogode, tako da se podaci mogu dohvatiti odmah dok su još svježi. Našim podacima u RAMAC-u sada se može pristupiti brzinom od 100 . Ranije, kada smo koristili vrpce, morali smo pisati i čitati sekvencijalne podatke i nismo mogli slučajno skočiti na različite dijelove vrpce. Nasumični pristup podacima u stvarnom vremenu bio je istinski revolucionaran u to vrijeme.
1963
Premotajmo unaprijed u 1963. godinu kada je predstavljen DECtape. Ime dolazi od Digital Equipment Corporation, poznate kao DEC. DECtape je bio jeftin i pouzdan, pa se koristio u mnogim generacijama DEC računala. Bila je to traka od 19 mm, laminirana i umetnuta između dva sloja Mylara na kolutu od četiri inča (10,16 cm).
Za razliku od svojih teških, glomaznih prethodnika, DECtape se mogao nositi u ruci. To ga je učinilo izvrsnom opcijom za osobna računala. Za razliku od svojih kolega sa 7 zapisa, DECtape je imao 6 podatkovnih zapisa, 2 znakova i 2 za sat. Podaci su snimljeni pri 350 bita po inču (138 bita po cm). Naš podatkovni bajt, koji ima 8 bita, ali se može proširiti na 12, mogao bi se prenijeti na DECtape brzinom od 8325 12-bitnih riječi u sekundi pri brzini trake od 93 (±12) inča po . To je 8% više znamenki u sekundi od UNISERVO metalne trake 1952.
1967
Četiri godine kasnije, 1967., mali IBM-ov tim počeo je raditi na IBM-ovom disketnom pogonu kodnog naziva . Zatim je tim dobio zadatak razviti pouzdan i jeftin način za učitavanje mikrokodova IBM sustav/370. Projekt je naknadno prenamijenjen i prenamijenjen za učitavanje mikrokoda u kontroler za IBM 3330 Direct Access Storage Facility, kodnog naziva Merlin.
Naš bajt sada može biti pohranjen na 8-inčnim Mylar disketama s magnetskim premazom samo za čitanje, danas poznatim kao diskete. U vrijeme izdavanja, proizvod se zvao IBM 23FD Floppy Disk Drive System. Diskovi su mogli držati 80 kilobajta podataka. Za razliku od tvrdih diskova, korisnik može jednostavno premjestiti disketu u zaštitnoj ovojnici s jednog pogona na drugi. Kasnije, 1973., IBM je izdao disketu za čitanje/pisanje, koja je potom postala industrijski .
1969
Godine 1969. Apollo Guidance Computer (AGC) s memorijom užeta lansiran je na svemirskoj letjelici Apollo 11, koja je nosila američke astronaute na Mjesec i natrag. Ova memorija od užeta napravljena je ručno i mogla je držati 72 kilobajta podataka. Proizvodnja memorije od užeta bila je radno intenzivna, spora i zahtijevala je vještine slične tkanju; moglo bi potrajati . Ali to je bio pravi alat za ona vremena kada je bilo važno uklopiti maksimum u strogo ograničen prostor. Kad je žica prolazila kroz jednu od kružnih niti, predstavljala je 1. Žica koja je prolazila oko niti predstavljala je 0. Naš podatkovni bajt zahtijevao je od osobe da utka u uže nekoliko minuta.
1977
Godine 1977. objavljeno je Commodore PET, prvo (uspješno) osobno računalo. PET je koristio Commodore 1530 Datasette, što znači podaci plus kazeta. PET je pretvorio podatke u analogne audio signale, koji su zatim pohranjeni na . To nam je omogućilo da stvorimo isplativo i pouzdano rješenje za pohranu, iako vrlo sporo. Naš mali bajt podataka mogao bi se prenijeti brzinom od oko 60-70 bajtova po . Kasete mogu držati oko 100 kilobajta po 30-minutnoj strani, s dvije strane po vrpci. Na primjer, jedna strana kasete može sadržavati oko dvije slike od 55 KB. Skupovi podataka također su korišteni u Commodore VIC-20 i Commodore 64.
1978
Godinu dana kasnije, 1978., MCA i Philips predstavili su LaserDisc pod imenom "Discovision". Ralje su bile prvi film prodan na LaserDisc-u u Sjedinjenim Državama. Njegova audio i video kvaliteta bila je mnogo bolja od njegove konkurencije, ali je laserski disk bio preskup za većinu potrošača. LaserDisc se nije mogao snimati, za razliku od VHS kaseta na koje su ljudi snimali televizijske programe. Laserdiscs je radio s analognim videom, analognim FM stereo zvukom i pulsnim kodom , ili PCM, digitalni audio. Diskovi su imali promjer od 12 inča (30,47 cm) i sastojali su se od dva jednostrana aluminijska diska presvučena plastikom. Danas se LaserDisc pamti kao temelj CD-a i DVD-a.
1979
Godinu dana kasnije, 1979., Alan Shugart i Finis Conner osnovali su Seagate Technology s idejom skaliranja tvrdog diska na veličinu diskete od 5 ¼ inča, što je u to vrijeme bilo standardno. Njihov prvi proizvod 1980. bio je tvrdi disk Seagate ST506, prvi tvrdi disk za kompaktna računala. Disk je držao pet megabajta podataka, što je u to vrijeme bilo pet puta više od standardne diskete. Osnivači su uspjeli postići svoj cilj smanjenja veličine diska na veličinu diskete od 5¼ inča. Novi uređaj za pohranu podataka bila je kruta metalna ploča presvučena s obje strane tankim slojem magnetskog materijala za pohranu podataka. Bajtovi naših podataka mogu se prenijeti na disk brzinom od 625 kilobajta po . Otprilike je .
1981
Brzo naprijed nekoliko godina do 1981. godine, kada je Sony predstavio prve 3,5-inčne diskete. Hewlett-Packard je postao prvi usvojitelj ove tehnologije 1982. sa svojim HP-150. To je proslavilo diskete od 3,5 inča i omogućilo im široku upotrebu diljem svijeta. . Diskete su bile jednostrane s formatiranim kapacitetom od 161.2 kilobajta i neformatiranim kapacitetom od 218.8 kilobajta. Godine 1982. objavljena je dvostrana verzija, a konzorcij Microfloppy Industry Committee (MIC) od 23 medijske tvrtke bazirao je specifikaciju disketa od 3,5 inča na Sonyjevom originalnom dizajnu, učvrstivši format u povijest kakav poznajemo danas. . Sada se naši podatkovni bajtovi mogu pohraniti na ranu verziju jednog od najčešćih medija za pohranu: 3,5-inčnu disketu. Kasnije je par 3,5-inčnih disketa s postao najvažniji dio mog djetinjstva.
1984
Ubrzo nakon toga, 1984. godine, najavljeno je izdavanje CD-ROM-a (Compact Disc Read-Only Memory). To su bili CD-ROM-ovi od 550 megabajta iz Sonya i Philipsa. Format je izrastao iz CD-a s digitalnim zvukom, ili CD-DA, koji su korišteni za distribuciju glazbe. CD-DA su razvili Sony i Philips 1982. godine i imao je kapacitet od 74 minute. Prema legendi, kada su Sony i Philips pregovarali o standardu CD-DA, jedan od četvero ljudi inzistirao je da se može cijelu Devetu simfoniju. Prvi proizvod objavljen na CD-u bila je Grolierova elektronička enciklopedija, objavljena 1985. godine. Enciklopedija je sadržavala devet milijuna riječi, što je zauzimalo samo 12% raspoloživog prostora na disku, što je 553 . Imali bismo više nego dovoljno mjesta za enciklopediju i bajt podataka. Ubrzo nakon toga, 1985. godine, računalne tvrtke radile su zajedno na stvaranju standarda za diskove tako da ih svako računalo može čitati.
1984
Također 1984., Fujio Masuoka razvio je novu vrstu memorije s pokretnim vratima nazvanu flash memorija, koja se mogla brisati i prepisivati mnogo puta.
Uzmimo trenutak da pogledamo flash memoriju koja koristi tranzistor s pokretnim vratima. Tranzistori su električna vrata koja se mogu pojedinačno uključivati i isključivati. Budući da svaki tranzistor može biti u dva različita stanja (uključen i isključen), može pohraniti dva različita broja: 0 i 1. Plutajuća vrata se odnose na druga vrata dodana srednjem tranzistoru. Ova druga vrata su izolirana tankim slojem oksida. Ovi tranzistori koriste mali napon primijenjen na vrata tranzistora kako bi pokazali je li uključen ili isključen, što se pak prevodi u 0 ili 1.
Kod plutajućih vrata, kada se odgovarajući napon primijeni kroz oksidni sloj, elektroni teku kroz njega i zaglave se na vratima. Stoga, čak i kada se struja isključi, elektroni ostaju na njima. Kada nema elektrona na plutajućim vratima, oni predstavljaju 1, a kada su elektroni zaglavljeni, predstavljaju 0. Obrnutim procesom i primjenom odgovarajućeg napona kroz oksidni sloj u suprotnom smjeru uzrokuje protok elektrona kroz plutajuća vrata i vratiti tranzistor u prvobitno stanje. Stoga su ćelije načinjene programabilnim i . Naš bajt se može programirati u tranzistor kao 01001010, s elektronima, s elektronima zaglavljenima u plutajućim vratima da predstavljaju nule.
Masuokin dizajn bio je nešto pristupačniji, ali manje fleksibilan od električno brisivog PROM-a (EEPROM), jer je zahtijevao više grupa ćelija koje su se morale brisati zajedno, ali to je također predstavljalo njegovu brzinu.
U to je vrijeme Masuoka radio za Toshibu. Na kraju je otišao raditi na Sveučilište Tohoku jer je bio nezadovoljan što ga tvrtka nije nagradila za njegov rad. Masuoka je tužio Toshibu tražeći odštetu. Godine 2006. plaćeno mu je 87 milijuna juana, što je ekvivalentno 758 tisuća američkih dolara. Ovo se još uvijek čini beznačajnim s obzirom na to koliko je flash memorija postala utjecajna u industriji.
Dok govorimo o flash memoriji, također je vrijedno napomenuti koja je razlika između NOR i NAND flash memorije. Kao što već znamo od Masuoke, flash pohranjuje informacije u memorijske ćelije koje se sastoje od tranzistora s pokretnim vratima. Nazivi tehnologija izravno su povezani s načinom na koji su memorijske ćelije organizirane.
U NOR flashu, pojedinačne memorijske ćelije povezane su paralelno kako bi se omogućio nasumični pristup. Ova arhitektura smanjuje vrijeme čitanja potrebno za nasumični pristup uputama mikroprocesora. NOR flash memorija idealna je za aplikacije manje gustoće koje su prvenstveno samo za čitanje. To je razlog zašto većina CPU-a učitava svoj firmware, obično iz NOR flash memorije. Masuoka i njegovi kolege predstavili su izum NOR flasha 1984. i NAND flasha .
NAND Flash programeri napustili su značajku nasumičnog pristupa kako bi postigli manju veličinu memorijske ćelije. To rezultira manjom veličinom čipa i nižom cijenom po bitu. Arhitektura NAND flash memorije sastoji se od memorijskih tranzistora od osam dijelova povezanih u seriju. Time se postiže visoka gustoća pohrane, manja veličina memorijske ćelije i brže pisanje i brisanje podataka jer se mogu programirati blokovi podataka istovremeno. To se postiže zahtijevanjem ponovnog pisanja podataka kada nisu zapisani uzastopno i podaci već postoje u .
1991
Prijeđimo na 1991. godinu, kada je SanDisk napravio prototip solid-state diska (SSD), tada poznat kao . Dizajn je kombinirao niz flash memorije, trajne memorijske čipove i inteligentni kontroler za automatsko otkrivanje i ispravljanje neispravnih ćelija. Kapacitet diska bio je 20 megabajta s 2,5-inčnim oblikom, a cijena mu je procijenjena na približno 1000 USD. Ovaj disk koristio je IBM u računalu .
1994
Jedan od mojih najdražih medija za pohranu od djetinjstva bili su Zip diskovi. Godine 1994. Iomega je izdala Zip Disk, spremnik od 100 megabajta u formatu od 3,5 inča, otprilike nešto deblji od standardnog pogona od 3,5 inča. Kasnije verzije pogona mogle su pohraniti do 2 gigabajta. Pogodnost ovih disketa je što su bili veličine diskete, ali su imali mogućnost pohranjivanja veće količine podataka. Bajtovi naših podataka mogu se pisati na Zip disk brzinom od 1,4 megabajta u sekundi. Usporedbe radi, tada se na disketu od 1,44 inča zapisivalo 3,5 megabajta brzinom od oko 16 kilobajta u sekundi. Na Zip disku glave čitaju/upisuju podatke bez kontakta, kao da lete iznad površine, što je slično radu tvrdog diska, ali se razlikuje od principa rada ostalih disketa. Zip diskovi ubrzo su postali zastarjeli zbog problema s pouzdanošću i dostupnošću.
1994
Iste godine, SanDisk je predstavio CompactFlash, koji je bio naširoko korišten u digitalnim video kamerama. Kao i kod CD-a, brzine CompactFlash-a temelje se na "x" ocjenama kao što su 8x, 20x, 133x itd. Maksimalna brzina prijenosa podataka izračunava se na temelju brzine prijenosa podataka izvornog audio CD-a, 150 kilobajta u sekundi. Brzina prijenosa izgleda kao R = Kx150 kB/s, gdje je R brzina prijenosa, a K nominalna brzina. Dakle, za 133x CompactFlash, naš podatkovni bajt bit će zapisan pri 133x150 kB/s ili oko 19 kB/s ili 950 MB/s. Udruga CompactFlash osnovana je 19,95. s ciljem stvaranja industrijskog standarda za flash memorijske kartice.
1997
Nekoliko godina kasnije, 1997., izdan je CD-RW (Compact Disc Rewritable). Ovaj optički disk služio je za pohranu podataka te za kopiranje i prijenos datoteka na razne uređaje. CD-ovi se mogu prepisivati oko 1000 puta, što u to vrijeme nije bio ograničavajući faktor jer su korisnici rijetko prepisivali podatke.
CD-RW se temelje na tehnologiji koja mijenja refleksiju površine. U slučaju CD-RW, fazni pomaci u posebnom premazu koji se sastoji od srebra, telura i indija uzrokuju sposobnost reflektiranja ili nereflektiranja očitane zrake, što znači 0 ili 1. Kada je spoj u kristalnom stanju, on je proziran, što znači 1. Kada se spoj rastali u amorfno stanje, postaje neproziran i nereflektira, što 0. Dakle, mogli bismo napisati naš podatkovni bajt kao 01001010.
DVD-ovi su s vremenom preuzeli većinu tržišnog udjela od CD-RW-a.
1999
Prijeđimo na 1999. godinu, kada je IBM predstavio tada najmanje tvrde diskove na svijetu: IBM microdrive od 170 MB i 340 MB. To su bili mali tvrdi diskovi od 2,54 cm dizajnirani da stanu u utore CompactFlash Type II. Planirano je napraviti uređaj koji bi se koristio kao CompactFlash, ali s većim kapacitetom memorije. Međutim, ubrzo su ih zamijenili USB flash pogoni, a potom i veće CompactFlash kartice kako su postale dostupne. Kao i drugi tvrdi diskovi, mikropogoni su bili mehanički i sadržavali su male rotirajuće diskove.
2000
Godinu dana kasnije, 2000., predstavljeni su USB flash pogoni. Pogoni su se sastojali od flash memorije zatvorene u malom formatu s USB sučeljem. Ovisno o verziji korištenog USB sučelja, brzina može varirati. USB 1.1 ograničen je na 1,5 megabita u sekundi, dok USB 2.0 može podnijeti 35 megabita u sekundi , a USB 3.0 je 625 megabita u sekundi. Prvi USB 3.1 Type C pogoni najavljeni su u ožujku 2015. i imali su brzine čitanja/pisanja od 530 megabita u sekundi. Za razliku od disketa i optičkih pogona, USB uređaje teže je ogrebati, ali i dalje imaju iste mogućnosti pohrane podataka, kao i prijenosa i sigurnosnog kopiranja datoteka. Floppy i CD pogoni brzo su zamijenjeni USB priključcima.
2005
Godine 2005. proizvođači tvrdih diskova (HDD) počeli su isporučivati proizvode koji koriste okomito magnetsko snimanje ili PMR. Zanimljivo, to se dogodilo u isto vrijeme kada je iPod Nano najavio korištenje flash memorije umjesto 1-inčnih tvrdih diskova u iPod Mini.
Tipični tvrdi disk sadrži jedan ili više tvrdih diskova presvučenih magnetski osjetljivim filmom koji se sastoji od sitnih magnetskih zrnaca. Podaci se snimaju kada magnetska glava za snimanje leti točno iznad diska koji se okreće. Ovo je vrlo slično tradicionalnom sviraču gramofonske ploče, jedina razlika je u tome što je kod gramofona igla u fizičkom kontaktu s pločom. Dok se diskovi okreću, zrak u dodiru s njima stvara blagi povjetarac. Baš kao što zrak na krilu aviona stvara uzgon, zrak stvara uzgon na glavi aeroprofila . Glava brzo mijenja magnetizaciju jednog magnetskog područja zrna tako da njegov magnetski pol pokazuje gore ili dolje, označavajući 1 ili 0.
Prethodnik PMR-a bilo je longitudinalno magnetsko snimanje ili LMR. Gustoća snimanja PMR-a može biti više od tri puta veća od LMR-a. Glavna razlika između PMR-a i LMR-a je u tome što je zrnata struktura i magnetska orijentacija pohranjenih podataka PMR medija stupčasta, a ne uzdužna. PMR ima bolju toplinsku stabilnost i poboljšan omjer signala i šuma (SNR) zbog boljeg odvajanja zrna i ujednačenosti. Također ima poboljšanu mogućnost snimanja zahvaljujući jačim poljima glave i boljem poravnanju magnetskog medija. Poput LMR-a, temeljna ograničenja PMR-a temelje se na toplinskoj stabilnosti podatkovnih bitova koje upisuje magnet i potrebi da se ima dovoljan SNR za čitanje zapisanih informacija.
2007
Godine 2007. najavljen je prvi tvrdi disk od 1 TB tvrtke Hitachi Global Storage Technologies. Hitachi Deskstar 7K1000 koristio je pet ploča od 3,5 inča od 200 GB i vrtio se na broj okretaja u minuti Ovo je značajan napredak u odnosu na prvi tvrdi disk na svijetu, IBM RAMAC 350, koji je imao kapacitet od približno 3,75 megabajta. Oh, koliko smo daleko stigli u 51 godinu! Ali čekaj, ima još nešto.
2009
2009. godine započeli su tehnički radovi na stvaranju trajne ekspresne memorije, odn . Trajna memorija (NVM) je vrsta memorije koja može trajno pohranjivati podatke, za razliku od hlapljive memorije, koja zahtijeva stalnu snagu za pohranu podataka. NVMe se bavi potrebom za skalabilnim sučeljem host kontrolera za PCIe-omogućene poluvodičke periferne komponente, otuda i naziv NVMe. Više od 90 tvrtki bilo je uključeno u radnu skupinu za izradu projekta. Sve se to temeljilo na radu na definiranju specifikacije sučelja glavnog upravljača postojane memorije (NVMHCIS). Današnji najbolji NVMe diskovi mogu podnijeti oko 3500 megabajta u sekundi čitanja i 3300 megabajta u sekundi pisanja. Zapisivanje j podatkovnog bajta s kojim smo započeli vrlo je brzo u usporedbi s nekoliko minuta ručnog tkanja užeta za računalo za navođenje Apolla.
Sadašnjost i budućnost
Memorija klase pohrane
Sada kada smo otputovali u prošlost (ha!), pogledajmo trenutno stanje memorije klase pohrane. SCM je, kao i NVM, robustan, ali SCM također pruža performanse superiornije ili usporedive s glavnom memorijom, i . Cilj SCM-a je riješiti neke od današnjih problema predmemorije, poput niske gustoće statičke memorije s izravnim pristupom (SRAM). S dinamičkom memorijom s izravnim pristupom (DRAM) možemo postići bolju gustoću, ali to dolazi po cijenu sporijeg pristupa. DRAM također pati od potrebe za stalnim napajanjem za osvježavanje memorije. Razumijmo ovo malo. Napajanje je potrebno jer električni naboj na kondenzatorima malo po malo curi, što znači da će se bez intervencije podaci na čipu ubrzo izgubiti. Kako bi se spriječilo takvo curenje, DRAM-u je potreban krug za osvježavanje vanjske memorije koji povremeno prepisuje podatke u kondenzatore, vraćajući im izvorni naboj.
Memorija s promjenom faze (PCM)
Prethodno smo pogledali kako se faza mijenja za CD-RW. PCM je sličan. Materijal za faznu promjenu obično je Ge-Sb-Te, također poznat kao GST, koji može postojati u dva različita stanja: amorfnom i kristalnom. Amorfno stanje ima veću otpornost, što označava 0, od kristalnog stanja, što označava 1. Dodjeljivanjem vrijednosti podataka srednjim otporima, PCM se može koristiti za pohranjivanje višestrukih stanja kao .
Memorija s izravnim pristupom zakretnog momenta (STT-RAM)
STT-RAM se sastoji od dva feromagnetska, trajna magnetska sloja odvojena dielektrikom, izolatorom koji može prenositi električnu silu bez vodljivosti. Pohranjuje bitove podataka na temelju razlika u magnetskim smjerovima. Jedan magnetski sloj, koji se naziva referentni sloj, ima fiksni magnetski smjer, dok drugi magnetski sloj, koji se naziva slobodni sloj, ima magnetski smjer kojim upravlja struja koja prolazi. Za 1, smjer magnetizacije dvaju slojeva je poravnat. Za 0, oba sloja imaju suprotne magnetske smjerove.
Otporna memorija s izravnim pristupom (ReRAM)
ReRAM ćelija sastoji se od dvije metalne elektrode odvojene slojem metalnog oksida. Pomalo poput Masuokinog dizajna flash memorije, gdje elektroni prodiru kroz oksidni sloj i zaglave u plutajućim vratima, ili obrnuto. Međutim, kod ReRAM-a stanje stanice se određuje na temelju koncentracije slobodnog kisika u sloju metalnog oksida.
Iako ove tehnologije obećavaju, još uvijek imaju nedostatke. PCM i STT-RAM imaju veliku latenciju pisanja. PCM kašnjenja su deset puta veća od DRAM-a, dok su STT-RAM kašnjenja deset puta veća od SRAM-a. PCM i ReRAM imaju ograničenje koliko dugo može doći do pisanja prije nego što dođe do ozbiljne pogreške, što znači da se memorijski element zaglavi na .
U kolovozu 2015. Intel je najavio izdavanje Optanea, svog proizvoda temeljenog na 3DXPointu. Optane tvrdi da ima 1000 puta veću izvedbu od NAND SSD diskova po cijeni četiri do pet puta većoj od flash memorije. Optane je dokaz da je SCM više od eksperimentalne tehnologije. Bit će zanimljivo pratiti razvoj ovih tehnologija.
Tvrdi diskovi (HDD)
Helium HDD (HHDD)
Helijski disk je tvrdi disk (HDD) velikog kapaciteta koji je napunjen helijem i hermetički zatvoren tijekom procesa proizvodnje. Kao i drugi tvrdi diskovi, kao što smo ranije rekli, sličan je gramofonu s magnetski obloženom rotirajućom pločom. Tipični tvrdi diskovi jednostavno imaju zrak unutar šupljine, ali taj zrak uzrokuje određeni otpor dok se ploče okreću.
Baloni s helijem lebde jer je helij lakši od zraka. Zapravo, helij je 1/7 gustoće zraka, što smanjuje silu kočenja dok se ploče okreću, uzrokujući smanjenje količine energije potrebne za okretanje diskova. Međutim, ova značajka je sekundarna, glavna karakteristika helija bila je da vam omogućuje pakiranje 7 pločica u istom faktoru oblika koji bi inače držao samo 5. Ako se sjetimo analogije s krilom našeg aviona, onda je ovo savršena analogija . Budući da helij smanjuje otpor, turbulencija je eliminirana.
Također znamo da baloni s helijem nakon nekoliko dana počnu tonuti jer helij izlazi iz njih. Isto se može reći i za uređaje za pohranu. Trebale su godine prije nego što su proizvođači uspjeli stvoriti spremnik koji je spriječio ispuštanje helija iz faktora oblika tijekom cijelog životnog vijeka pogona. Backblaze je proveo eksperimente i otkrio da tvrdi diskovi s helijem imaju godišnju stopu pogreške od 1,03%, u usporedbi s 1,06% za standardne diskove. Naravno, ta je razlika toliko mala da se iz nje može izvući ozbiljan zaključak .
Faktor oblika ispunjen helijem može sadržavati tvrdi disk inkapsuliran korištenjem PMR-a, o čemu smo gore govorili, ili mikrovalnog magnetskog snimanja (MAMR) ili magnetskog snimanja potpomognutog toplinom (HAMR). Bilo koja tehnologija magnetskog skladištenja može se kombinirati s helijem umjesto sa zrakom. Godine 2014. HGST je spojio dvije vrhunske tehnologije u svom helijskom tvrdom disku od 10 TB, koji je koristio šindirano magnetsko snimanje kontrolirano od strane hosta ili SMR (Shingled magnetic recording). Razgovarajmo malo o SMR-u, a zatim pogledajmo MAMR i HAMR.
Tile Tehnologija magnetskog snimanja
Prethodno smo promatrali okomito magnetsko snimanje (PMR), koje je bilo prethodnik SMR-u. Za razliku od PMR-a, SMR snima nove tragove koji se preklapaju s dijelom prethodno snimljenog magnetskog traga. Ovo zauzvrat čini prethodnu stazu užom, što omogućuje veću gustoću staze. Naziv tehnologije dolazi od činjenice da su staze za krilo vrlo slične stazama s popločanim krovom.
SMR rezultira mnogo složenijim procesom pisanja, budući da se pisanjem na jednu stazu prepisuje preko susjedne staze. To se ne događa kada je supstrat diska prazan, a podaci su sekvencijalni. Ali čim snimate na niz zapisa koji već sadrže podatke, postojeći susjedni podaci se brišu. Ako susjedna staza sadrži podatke, mora se ponovno upisati. Ovo je prilično slično NAND flashu o kojem smo ranije govorili.
SMR uređaji skrivaju ovu složenost upravljanjem firmverom, što rezultira sučeljem sličnim bilo kojem drugom tvrdom disku. S druge strane, host-managed SMR uređaji, bez posebne prilagodbe aplikacija i operativnih sustava, neće dopustiti korištenje ovih pogona. Domaćin mora pisati na uređaje strogo sekvencijalno. Istodobno, performanse uređaja su 100% predvidljive. Seagate je počeo isporučivati SMR pogone 2013., tvrdeći da imaju 25% veću gustoću PMR gustoća.
Mikrovalno magnetsko snimanje (MAMR)
Magnetsko snimanje potpomognuto mikrovalovima (MAMR) tehnologija je magnetske memorije koja koristi energiju sličnu HAMR-u (o kojem će biti riječi u nastavku). Važan dio MAMR-a je oscilator momenta vrtnje (STO). Sam STO nalazi se u neposrednoj blizini glave za snimanje. Kada se struja primijeni na STO, generira se kružno elektromagnetsko polje s frekvencijom od 20-40 GHz zbog polarizacije spinova elektrona.
Kada je izložen takvom polju, dolazi do rezonancije u feromagnetu koji se koristi za MAMR, što dovodi do precesije magnetskih momenata domena u ovom polju. U suštini, magnetski moment odstupa od svoje osi i za promjenu smjera (okretanje) glavi za snimanje treba znatno manje energije.
Korištenje MAMR tehnologije omogućuje uzimanje feromagnetskih tvari s većom koercitivnom silom, što znači da se veličina magnetskih domena može smanjiti bez straha od izazivanja superparamagnetskog učinka. Generator STO pomaže smanjiti veličinu glave za snimanje, što omogućuje snimanje informacija na manjim magnetskim domenama, a samim time povećava i gustoću snimanja.
Western Digital, poznat i kao WD, predstavio je ovu tehnologiju 2017. godine. Ubrzo nakon toga, 2018., Toshiba je podržala ovu tehnologiju. Dok WD i Toshiba slijede MAMR tehnologiju, Seagate se kladi na HAMR.
Termomagnetsko snimanje (HAMR)
Magnetno snimanje potpomognuto toplinom (HAMR) energetski je učinkovita tehnologija magnetske pohrane podataka koja može značajno povećati količinu podataka koji se mogu pohraniti na magnetski uređaj, kao što je tvrdi disk, korištenjem topline koju dovodi laser za pomoć pri pisanju podatke na površinske podloge tvrdog diska. Zagrijavanje uzrokuje da se bitovi podataka postavljaju mnogo bliže jedan drugome na podlogu diska, što omogućuje povećanu gustoću podataka i kapacitet.
Ovu tehnologiju je prilično teško implementirati. Brzi laser od 200 mW malo područje do 400 °C prije snimanja, bez ometanja ili oštećenja ostalih podataka na disku. Proces grijanja, snimanja podataka i hlađenja mora biti dovršen za manje od jedne nanosekunde. Rješavanje ovih izazova zahtijevalo je razvoj površinskih plazmona u nanorazmjerima, također poznatih kao površinski vođeni laseri, umjesto izravnog laserskog zagrijavanja, kao i nove vrste staklenih ploča i premaza za upravljanje toplinom kako bi izdržali brzo zagrijavanje na mjestima bez oštećenja glave za snimanje ili bilo čega u blizini podatke i razne druge tehničke izazove koje je trebalo prevladati.
Unatoč brojnim skeptičnim izjavama, Seagate je prvi put demonstrirao ovu tehnologiju 2013. godine. Prvi diskovi počeli su se isporučivati 2018.
Kraj filma, idi na početak!
Počeli smo 1951. i završili članak pogledom u budućnost tehnologije pohrane. Pohranjivanje podataka uvelike se promijenilo tijekom vremena, od papirnate trake do metalne i magnetske, memorije užeta, rotirajućih diskova, optičkih diskova, flash memorija i drugih. Napredak je rezultirao bržim, manjim i snažnijim uređajima za pohranu podataka.
Ako usporedite NVMe s UNISERVO metalnom trakom iz 1951., NVMe može pročitati 486% više znamenki u sekundi. Kada uspoređujem NVMe s mojim omiljenim Zip diskovima iz djetinjstva, NVMe može pročitati 111% više znamenki u sekundi.
Jedina stvar koja ostaje istinita je korištenje 0 i 1. Načini na koje to činimo uvelike se razlikuju. Nadam se da ćete sljedeći put kad snimite CD-RW pjesama za prijatelja ili spremite kućni video u arhivu optičkog diska, razmisliti o tome kako se nereflektirajuća površina prevodi kao 0, a reflektirajuća površina kao 1. Ili ako snimate mixtape na kasetu, zapamtite da je vrlo blisko povezan s Datasetom koji se koristi u Commodore PET-u. Na kraju, ne zaboravite biti ljubazni i premotati.
Hvala и za sitnice (ne mogu si pomoći) u cijelom članku!
Što još možete pročitati na blogu?
→
→
→
→
→
Pretplatite se na naš -kanal kako ne biste propustili sljedeći članak! Pišemo ne više od dva puta tjedno i samo poslovno. Također vas podsjećamo da Cloud4Y može pružiti siguran i pouzdan daljinski pristup poslovnim aplikacijama i informacijama potrebnim za osiguranje kontinuiteta poslovanja. Rad na daljinu dodatna je prepreka širenju koronavirusa. Za detalje kontaktirajte naše menadžere na .
Izvor: www.habr.com