Qualsiasi fornitore di servizi cloud offre servizi di archiviazione dati. Questi possono essere depositi freddi e caldi, ghiacciati, ecc. Archiviare le informazioni nel cloud è abbastanza conveniente. Ma come venivano effettivamente archiviati i dati 10, 20, 50 anni fa? Cloud4Y ha tradotto un interessante articolo che parla proprio di questo.
Un byte di dati può essere archiviato in vari modi, poiché compaiono continuamente nuovi supporti di archiviazione, più avanzati e più veloci. Un byte è un'unità di archiviazione ed elaborazione di informazioni digitali, composta da otto bit. Un bit può contenere 0 o 1.
Nel caso delle schede perforate, la punta viene memorizzata come presenza/assenza di un foro nella scheda in una determinata posizione. Se torniamo un po' più indietro alla macchina analitica di Babbage, i registri che memorizzavano i numeri erano ingranaggi. Nei dispositivi di memorizzazione magnetica come nastri e dischi, un bit è rappresentato dalla polarità di un'area specifica della pellicola magnetica. Nella moderna memoria ad accesso casuale dinamico (DRAM), un bit è spesso rappresentato come una carica elettrica a due livelli immagazzinata in un dispositivo che immagazzina energia elettrica in un campo elettrico. Un contenitore carico o scarico immagazzina un po' di dati.
A giugno 1956 dell'anno ha inventato la parola per denotare un gruppo di bit utilizzati per codificare un singolo carattere . Parliamo un po' della codifica dei caratteri. Cominciamo con il codice standard americano per lo scambio di informazioni, o ASCII. ASCII era basato sull'alfabeto inglese, quindi ogni lettera, numero e simbolo (az, AZ, 0-9, +, - , /, ",!, ecc. ) erano rappresentati come un numero intero a 7 bit compreso tra 32 e 127. Questo non era esattamente "amichevole" per altri linguaggi. Per supportare altri linguaggi, Unicode estendeva ASCII. In Unicode ogni carattere è rappresentato come un punto di codice o simbolo, ad esempio , la j minuscola è U+006A, dove U sta per Unicode e quindi un numero esadecimale.
UTF-8 è uno standard per rappresentare i caratteri come otto bit, consentendo di memorizzare ciascun punto di codice nell'intervallo 0-127 in un singolo byte. Se ricordiamo ASCII, questo è abbastanza normale per i caratteri inglesi, ma i caratteri di altre lingue sono spesso espressi in due o più byte. UTF-16 è uno standard per rappresentare i caratteri a 16 bit e UTF-32 è uno standard per rappresentare i caratteri a 32 bit. In ASCII ogni carattere è un byte, ma in Unicode, cosa spesso non del tutto vera, un carattere può occupare 1, 2, 3 o più byte. L'articolo utilizzerà raggruppamenti di bit di dimensioni diverse. Il numero di bit in un byte varia a seconda della progettazione del supporto.
In questo articolo viaggeremo indietro nel tempo attraverso vari supporti di memorizzazione per approfondire la storia dell'archiviazione dei dati. In nessun caso inizieremo a studiare a fondo ogni singolo mezzo di memorizzazione che sia mai stato inventato. Questo è un divertente articolo informativo che non pretende in alcun modo di avere un significato enciclopedico.
Iniziamo. Diciamo di avere un byte di dati da memorizzare: la lettera j, sia come byte codificato 6a, sia come codice binario 01001010. Mentre viaggiamo nel tempo, il byte di dati verrà utilizzato in diverse tecnologie di archiviazione che verranno descritte.
1951
La nostra storia inizia nel 1951 con l'unità a nastro UNIVAC UNISERVO per il computer UNIVAC 1. È stata la prima unità a nastro creata per un computer commerciale. La fascia era costituita da una sottile striscia di bronzo nichelato, larga 12,65 mm (detta Vicalloy) e lunga quasi 366 metri. I nostri byte di dati potrebbero essere memorizzati a 7 caratteri al secondo su un nastro che si muove a 200 metri al secondo. A questo punto della storia, potresti misurare la velocità di un algoritmo di archiviazione in base alla distanza percorsa dal nastro.
1952
Andiamo avanti di un anno fino al 21 maggio 1952, quando IBM annunciò il rilascio della sua prima unità a nastro magnetico, l'IBM 726. I nostri byte di dati potevano ora essere spostati dal nastro metallico UNISERVO al nastro magnetico IBM. Questa nuova casa si è rivelata molto accogliente per il nostro piccolissimo byte di dati, poiché il nastro può memorizzare fino a 2 milioni di cifre. Questo nastro magnetico a 7 piste si muoveva a 1,9 metri al secondo con una velocità di trasmissione di 12 baud o 7500 (a quel tempo chiamati gruppi di copie) al secondo. Per riferimento: l'articolo medio su Habré ha circa 10 caratteri.
Il nastro IBM 726 aveva sette tracce, sei delle quali venivano utilizzate per memorizzare informazioni e una per il controllo di parità. Una bobina poteva contenere fino a 400 metri di nastro largo 1,25 cm La velocità di trasferimento dei dati raggiungeva teoricamente i 12,5mila caratteri al secondo; la densità di registrazione è di 40 bit per centimetro. Questo sistema utilizzava un metodo del "canale del vuoto" in cui un anello di nastro circolava tra due punti. Ciò ha consentito al nastro di avviarsi e interrompersi in una frazione di secondo. Ciò è stato ottenuto posizionando lunghe colonne a vuoto tra le bobine del nastro e le testine di lettura/scrittura per assorbire l'improvviso aumento di tensione nel nastro, senza il quale il nastro normalmente si romperebbe. Un anello di plastica rimovibile sul retro della bobina del nastro forniva protezione dalla scrittura. Una bobina di nastro può contenere circa 1,1 .
Ricorda i nastri VHS. Cosa hai dovuto fare per rivedere il film? Riavvolgi il nastro! Quante volte hai fatto girare una cassetta per il tuo lettore su una matita, per non sprecare le batterie e ottenere un nastro strappato o inceppato? Lo stesso si può dire dei nastri utilizzati per i computer. I programmi non potevano semplicemente saltare sul nastro o accedere casualmente ai dati, potevano leggere e scrivere i dati in modo rigorosamente sequenziale.
1956
Andiamo avanti di qualche anno fino al 1956, e l'era dell'archiviazione su disco magnetico iniziò con il completamento da parte di IBM del sistema informatico RAMAC 305, che Zellerbach Paper fornì a . Questo computer è stato il primo a utilizzare un disco rigido con testa mobile. L'unità disco RAMAC era costituita da cinquanta piatti metallici magnetizzati con un diametro di 60,96 cm, in grado di memorizzare circa cinque milioni di caratteri di dati, 7 bit per carattere, e girare a 1200 giri al minuto. La capacità di archiviazione era di circa 3,75 megabyte.
RAMAC consentiva l'accesso in tempo reale a grandi quantità di dati, a differenza del nastro magnetico o delle schede perforate. IBM ha pubblicizzato il RAMAC come in grado di memorizzare l'equivalente di 64 . In precedenza, RAMRAC aveva introdotto il concetto di elaborazione continua delle transazioni man mano che si verificano, in modo che i dati potessero essere recuperati immediatamente mentre erano ancora freschi. È ora possibile accedere ai nostri dati in RAMAC a una velocità di 100 . In precedenza, quando si utilizzavano i nastri, dovevamo scrivere e leggere dati sequenziali e non potevamo passare accidentalmente a parti diverse del nastro. L’accesso casuale ai dati in tempo reale era davvero rivoluzionario all’epoca.
1963
Andiamo avanti velocemente fino al 1963, quando fu introdotto DECtape. Il nome deriva dalla Digital Equipment Corporation, conosciuta come DEC. DECtape era economico e affidabile, quindi è stato utilizzato in molte generazioni di computer DEC. Era un nastro da 19 mm, laminato e inserito tra due strati di Mylar su una bobina da quattro pollici (10,16 cm).
A differenza dei suoi predecessori pesanti e ingombranti, DECtape poteva essere trasportato a mano. Ciò lo ha reso un'opzione eccellente per i personal computer. A differenza delle sue controparti a 7 tracce, DECtape aveva 6 tracce dati, 2 tracce cue e 2 per l'orologio. I dati sono stati registrati a 350 bit per pollice (138 bit per cm). Il nostro byte di dati, che è di 8 bit ma può essere espanso a 12, potrebbe essere trasferito su DECtape a 8325 parole da 12 bit al secondo ad una velocità del nastro di 93 (±12) pollici al secondo. . Si tratta dell'8% in più di cifre al secondo rispetto al nastro metallico UNISERVO del 1952.
1967
Quattro anni dopo, nel 1967, un piccolo team IBM iniziò a lavorare sull'unità floppy IBM, nome in codice . Quindi al team è stato assegnato il compito di sviluppare un modo affidabile ed economico per caricare i microcodici Sistema IBM/370. Il progetto è stato successivamente riproposto e riproposto per caricare il microcodice in un controller per l'IBM 3330 Direct Access Storage Facility, nome in codice Merlin.
Il nostro byte potrebbe ora essere memorizzato su floppy disk Mylar da 8 pollici rivestiti magneticamente di sola lettura, conosciuti oggi come floppy disk. Al momento del rilascio, il prodotto si chiamava IBM 23FD Floppy Disk Drive System. I dischi potrebbero contenere 80 kilobyte di dati. A differenza dei dischi rigidi, un utente può facilmente spostare un floppy disk in un guscio protettivo da un'unità all'altra. Più tardi, nel 1973, IBM pubblicò il floppy disk di lettura/scrittura, che poi divenne un prodotto industriale .
1969
Nel 1969, l'Apollo Guidance Computer (AGC) con memoria a corda fu lanciato a bordo della navicella spaziale Apollo 11, che trasportò gli astronauti americani sulla Luna e ritorno. Questa memoria a corda è stata realizzata a mano e poteva contenere 72 kilobyte di dati. La produzione della memoria della corda era laboriosa, lenta e richiedeva abilità simili alla tessitura; potrebbe volerci . Ma era lo strumento giusto per quei tempi in cui era importante racchiudere il massimo in uno spazio strettamente limitato. Quando il filo passava attraverso uno dei trefoli circolari, rappresentava un 1. Il filo che passava attorno al trefolo rappresentava uno 0. Il nostro byte di dati richiedeva che una persona intrecciasse diversi minuti nella corda.
1977
Nel 1977 fu lanciato sul mercato il Commodore PET, il primo personal computer (di successo). Il PET utilizzava un Commodore 1530 Datasette, che significa dati più cassetta. Il PET ha convertito i dati in segnali audio analogici, che sono stati poi memorizzati . Ciò ci ha permesso di creare una soluzione di archiviazione economica e affidabile, anche se molto lenta. Il nostro piccolo byte di dati potrebbe essere trasferito ad una velocità di circa 60-70 byte al minuto . Le cassette potevano contenere circa 100 kilobyte per lato da 30 minuti, con due lati per nastro. Ad esempio, un lato di una cassetta può contenere circa due immagini da 55 KB. I dataset furono usati anche nel Commodore VIC-20 e nel Commodore 64.
1978
Un anno dopo, nel 1978, MCA e Philips introdussero LaserDisc con il nome "Discovision". Jaws è stato il primo film venduto su LaserDisc negli Stati Uniti. La sua qualità audio e video era molto migliore rispetto a quella dei suoi concorrenti, ma il laserdisc era troppo costoso per la maggior parte dei consumatori. Il LaserDisc non poteva essere registrato, a differenza dei nastri VHS su cui le persone registravano i programmi televisivi. I laserdisc funzionavano con video analogico, audio stereo FM analogico e codice a impulsi o PCM, audio digitale. I dischi avevano un diametro di 12 pollici (30,47 cm) e consistevano in due dischi di alluminio a lato singolo rivestiti di plastica. Oggi il LaserDisc è ricordato come la base di CD e DVD.
1979
Un anno dopo, nel 1979, Alan Shugart e Finis Conner fondarono Seagate Technology con l'idea di ridimensionare il disco rigido alla dimensione standard di un floppy disk da 5 ¼ pollici, che all'epoca era standard. Il loro primo prodotto nel 1980 fu il disco rigido Seagate ST506, il primo disco rigido per computer compatti. Il disco conteneva cinque megabyte di dati, che all'epoca erano cinque volte più grandi di un floppy disk standard. I fondatori sono riusciti a raggiungere l'obiettivo di ridurre la dimensione del disco alla dimensione di un floppy disk da 5¼ pollici. Il nuovo dispositivo di memorizzazione dei dati era una piastra metallica rigida rivestita su entrambi i lati con un sottile strato di materiale di memorizzazione dei dati magnetico. I nostri byte di dati potrebbero essere trasferiti su disco ad una velocità di 625 kilobyte per . È approssimativamente .
1981
Andiamo avanti di un paio d'anni fino al 1981, quando Sony introdusse i primi floppy disk da 3,5 pollici. Hewlett-Packard è stata la prima ad adottare questa tecnologia nel 1982 con il suo HP-150. Ciò rese famosi i floppy disk da 3,5 pollici e ne diede un uso diffuso in tutto il mondo. . I dischetti erano a lato singolo con una capacità formattata di 161.2 kilobyte e una capacità non formattata di 218.8 kilobyte. Nel 1982 fu rilasciata una versione fronte-retro e il consorzio Microfloppy Industry Committee (MIC) di 23 società di media basò le specifiche del floppy da 3,5 pollici sul design originale di Sony, cementando il formato nella storia come lo conosciamo oggi. . Ora i nostri byte di dati possono essere memorizzati su una prima versione di uno dei supporti di memorizzazione più comuni: il floppy disk da 3,5 pollici. Successivamente, un paio di floppy disk da 3,5 pollici con è diventata la parte più importante della mia infanzia.
1984
Poco dopo, nel 1984, fu annunciata l'uscita del Compact Disc Read-Only Memory (CD-ROM). Si trattava di CD-ROM da 550 megabyte di Sony e Philips. Il formato è nato dai CD con audio digitale, o CD-DA, utilizzati per distribuire la musica. Il CD-DA è stato sviluppato da Sony e Philips nel 1982 e aveva una capacità di 74 minuti. Secondo la leggenda, quando Sony e Philips stavano negoziando lo standard CD-DA, una delle quattro persone insistette che si potesse tutta la Nona Sinfonia. Il primo prodotto pubblicato su CD è stata l'Enciclopedia Elettronica di Grolier, pubblicata nel 1985. L'enciclopedia conteneva nove milioni di parole, che occupavano solo il 12% dello spazio disponibile su disco, ovvero 553 . Avremmo spazio più che sufficiente per un’enciclopedia e un byte di dati. Poco dopo, nel 1985, le aziende informatiche collaborarono per creare uno standard per le unità disco in modo che qualsiasi computer potesse leggerle.
1984
Sempre nel 1984, Fujio Masuoka sviluppò un nuovo tipo di memoria a gate mobile chiamata memoria flash, che poteva essere cancellata e riscritta molte volte.
Prendiamoci un momento per esaminare la memoria flash utilizzando un transistor a gate flottante. I transistor sono cancelli elettrici che possono essere attivati e disattivati individualmente. Poiché ciascun transistor può trovarsi in due stati diversi (acceso e spento), può memorizzare due numeri diversi: 0 e 1. Un gate flottante si riferisce a un secondo gate aggiunto al transistor centrale. Questa seconda porta è isolata con un sottile strato di ossido. Questi transistor utilizzano una piccola tensione applicata al gate del transistor per indicare se è acceso o spento, che a sua volta si traduce in 0 o 1.
Con i gate flottanti, quando viene applicata la tensione appropriata attraverso lo strato di ossido, gli elettroni lo attraversano e rimangono bloccati sui gate. Pertanto, anche quando l'alimentazione viene interrotta, gli elettroni rimangono su di essi. Quando non ci sono elettroni sulle porte flottanti, rappresentano un 1, mentre quando gli elettroni sono bloccati, rappresentano uno 0. Invertendo questo processo e applicando una tensione adeguata attraverso lo strato di ossido nella direzione opposta si fa sì che gli elettroni fluiscano attraverso le porte flottanti. e ripristinare il transistor al suo stato originale. Pertanto le celle sono rese programmabili e . Il nostro byte può essere programmato nel transistor come 01001010, con elettroni, con elettroni bloccati in porte flottanti per rappresentare gli zeri.
Il design di Masuoka era leggermente più conveniente ma meno flessibile della PROM cancellabile elettricamente (EEPROM), poiché richiedeva più gruppi di celle che dovevano essere cancellate insieme, ma questo spiegava anche la sua velocità.
A quel tempo, Masuoka lavorava per Toshiba. Alla fine lasciò per lavorare all'Università di Tohoku perché era scontento che l'azienda non lo ricompensasse per il suo lavoro. Masuoka fece causa a Toshiba, chiedendo un risarcimento. Nel 2006 gli sono stati pagati 87 milioni di yuan, pari a 758mila dollari americani. Ciò sembra ancora insignificante considerando quanto sia diventata influente la memoria flash nel settore.
Mentre parliamo di memoria flash, vale anche la pena notare qual è la differenza tra la memoria flash NOR e NAND. Come già sappiamo da Masuoka, la flash memorizza le informazioni in celle di memoria costituite da transistor a gate flottante. I nomi delle tecnologie sono direttamente correlati al modo in cui sono organizzate le celle di memoria.
Nella flash NOR, le singole celle di memoria sono collegate in parallelo per fornire l'accesso casuale. Questa architettura riduce il tempo di lettura richiesto per l'accesso casuale alle istruzioni del microprocessore. La memoria flash NOR è ideale per applicazioni a bassa densità che sono principalmente di sola lettura. Questo è il motivo per cui la maggior parte delle CPU carica il firmware, solitamente dalla memoria flash NOR. Masuoka e i suoi colleghi hanno introdotto l'invenzione del flash NOR nel 1984 e del flash NAND .
Gli sviluppatori NAND Flash hanno abbandonato la funzionalità di accesso casuale per ottenere celle di memoria di dimensioni inferiori. Ciò si traduce in una dimensione del chip più piccola e in un costo per bit inferiore. L'architettura della memoria flash NAND è costituita da transistor di memoria a otto pezzi collegati in serie. Ciò consente di ottenere un'elevata densità di archiviazione, dimensioni delle celle di memoria più piccole e una scrittura e cancellazione dei dati più rapida perché può programmare blocchi di dati simultaneamente. Ciò si ottiene richiedendo la riscrittura dei dati quando non vengono scritti in sequenza e i dati esistono già .
1991
Passiamo al 1991, quando SanDisk creò un prototipo di unità a stato solido (SSD), allora conosciuta come . Il progetto combinava un array di memoria flash, chip di memoria non volatile e un controller intelligente per rilevare e correggere automaticamente le celle difettose. La capacità del disco era di 20 megabyte con un fattore di forma da 2,5 pollici e il suo costo era stimato a circa $ 1000. Questo disco è stato utilizzato da IBM in un computer .
1994
Uno dei miei supporti di archiviazione preferiti fin dall'infanzia sono stati i dischi Zip. Nel 1994, Iomega ha rilasciato lo Zip Disk, una cartuccia da 100 megabyte in un formato da 3,5 pollici, leggermente più spessa di un'unità standard da 3,5 pollici. Le versioni successive delle unità potrebbero memorizzare fino a 2 gigabyte. La comodità di questi dischi è che avevano le dimensioni di un floppy disk, ma avevano la capacità di memorizzare una maggiore quantità di dati. I nostri byte di dati potrebbero essere scritti su un disco Zip a 1,4 megabyte al secondo. Per fare un confronto, a quel tempo venivano scritti 1,44 megabyte di un floppy disk da 3,5 pollici ad una velocità di circa 16 kilobyte al secondo. Su un disco Zip, le testine leggono/scrivono i dati senza contatto, come se volassero sopra la superficie, il che è simile al funzionamento di un disco rigido, ma differisce dal principio di funzionamento di altri floppy disk. I dischi zip divennero presto obsoleti a causa di problemi di affidabilità e disponibilità.
1994
Nello stesso anno, SanDisk introdusse CompactFlash, ampiamente utilizzato nelle videocamere digitali. Come per i CD, le velocità CompactFlash si basano su valori "x" come 8x, 20x, 133x, ecc. La velocità massima di trasferimento dati viene calcolata in base al bit rate del CD audio originale, 150 kilobyte al secondo. La velocità di trasferimento è simile a R = Kx150 kB/s, dove R è la velocità di trasferimento e K è la velocità nominale. Quindi per una CompactFlash 133x, il nostro byte di dati verrà scritto a 133x150 kB/s o circa 19 kB/s o 950 MB/s. La CompactFlash Association è stata fondata nel 19,95 con l'obiettivo di creare uno standard industriale per le schede di memoria flash.
1997
Pochi anni dopo, nel 1997, fu rilasciato il Compact Disc Rewritable (CD-RW). Questo disco ottico veniva utilizzato per archiviare dati e per copiare e trasferire file su vari dispositivi. I CD possono essere riscritti circa 1000 volte, il che non era un fattore limitante all'epoca poiché gli utenti raramente sovrascrivevano i dati.
I CD-RW si basano su una tecnologia che modifica la riflettività di una superficie. Nel caso dei CD-RW, gli sfasamenti in uno speciale rivestimento costituito da argento, tellurio e indio causano la capacità di riflettere o meno il raggio di lettura, che significa 0 o 1. Quando il composto è allo stato cristallino, è traslucido, che significa 1. Quando il composto si scioglie in uno stato amorfo, diventa opaco e non riflettente, il che 0. Quindi potremmo scrivere il nostro byte di dati come 01001010.
Alla fine i DVD hanno preso il sopravvento sulla maggior parte della quota di mercato dei CD-RW.
1999
Passiamo al 1999, quando IBM introdusse i dischi rigidi più piccoli al mondo per l'epoca: i microdrive IBM da 170 MB e 340 MB. Si trattava di piccoli dischi rigidi da 2,54 cm progettati per adattarsi agli slot CompactFlash di tipo II. Si prevedeva di creare un dispositivo che venisse utilizzato come CompactFlash, ma con una maggiore capacità di memoria. Tuttavia, furono presto sostituite dalle chiavette USB e poi, non appena diventarono disponibili, da schede CompactFlash più grandi. Come altri dischi rigidi, i microdrive erano meccanici e contenevano piccoli dischi rotanti.
2000
Un anno dopo, nel 2000, furono introdotte le unità flash USB. Le unità erano costituite da memoria flash racchiusa in un fattore di forma ridotto con un'interfaccia USB. A seconda della versione dell'interfaccia USB utilizzata, la velocità può variare. USB 1.1 è limitato a 1,5 megabit al secondo, mentre USB 2.0 può gestire 35 megabit al secondo e USB 3.0 è di 625 megabit al secondo. Le prime unità USB 3.1 Type C sono state annunciate nel marzo 2015 e avevano una velocità di lettura/scrittura di 530 megabit al secondo. A differenza dei floppy disk e delle unità ottiche, i dispositivi USB sono più difficili da graffiare, ma hanno comunque le stesse capacità di archiviazione dei dati, nonché di trasferimento e backup dei file. Le unità floppy e CD sono state rapidamente sostituite dalle porte USB.
2005
Nel 2005, i produttori di unità disco rigido (HDD) hanno iniziato a spedire prodotti utilizzando la registrazione magnetica perpendicolare, o PMR. È interessante notare che ciò è accaduto nello stesso momento in cui l'iPod Nano ha annunciato l'uso della memoria flash invece dei dischi rigidi da 1 pollice nell'iPod Mini.
Un tipico disco rigido contiene uno o più dischi rigidi rivestiti con una pellicola magneticamente sensibile composta da minuscoli granelli magnetici. I dati vengono registrati quando la testina di registrazione magnetica vola appena sopra il disco rotante. Questo è molto simile a un tradizionale giradischi per grammofono, l'unica differenza è che in un grammofono lo stilo è in contatto fisico con il disco. Mentre i dischi ruotano, l'aria a contatto con essi crea una leggera brezza. Proprio come l'aria sull'ala di un aereo genera portanza, l'aria genera portanza sulla testa del profilo alare . La testa cambia rapidamente la magnetizzazione di una regione magnetica dei grani in modo che il suo polo magnetico punti verso l'alto o verso il basso, indicando 1 o 0.
Il predecessore della PMR era la registrazione magnetica longitudinale, o LMR. La densità di registrazione del PMR può essere più di tre volte quella dell'LMR. La differenza principale tra PMR e LMR è che la struttura dei grani e l'orientamento magnetico dei dati memorizzati sui supporti PMR sono colonnari anziché longitudinali. Il PMR ha una migliore stabilità termica e un migliore rapporto segnale-rumore (SNR) grazie alla migliore separazione e uniformità dei grani. Presenta inoltre una migliore registrabilità grazie a campi di testa più forti e un migliore allineamento dei supporti magnetici. Come l'LMR, le limitazioni fondamentali del PMR si basano sulla stabilità termica dei bit di dati scritti dal magnete e sulla necessità di avere un SNR sufficiente per leggere le informazioni scritte.
2007
Nel 2007 è stato annunciato il primo disco rigido da 1 TB di Hitachi Global Storage Technologies. L'Hitachi Deskstar 7K1000 utilizzava cinque piatti da 3,5 pollici da 200 GB e girava a giri/min Si tratta di un miglioramento significativo rispetto al primo disco rigido al mondo, l'IBM RAMAC 350, che aveva una capacità di circa 3,75 megabyte. Oh, quanta strada abbiamo fatto in 51 anni! Ma aspetta, c'è qualcosa di più.
2009
Nel 2009 sono iniziati i lavori tecnici sulla creazione di una memoria espressa non volatile o . La memoria non volatile (NVM) è un tipo di memoria in grado di archiviare i dati in modo permanente, al contrario della memoria volatile, che richiede energia costante per archiviare i dati. NVMe risponde alla necessità di un'interfaccia controller host scalabile per componenti periferici basati su semiconduttori abilitati PCIe, da cui il nome NVMe. Più di 90 aziende sono state incluse nel gruppo di lavoro per sviluppare il progetto. Tutto questo si basava sul lavoro per definire la specifica dell'interfaccia del controller host della memoria non volatile (NVMHCIS). Le migliori unità NVMe di oggi possono gestire circa 3500 megabyte al secondo in lettura e 3300 megabyte al secondo in scrittura. Scrivere il byte di dati j con cui abbiamo iniziato è molto veloce rispetto a un paio di minuti di memoria della corda intrecciata a mano per il computer di guida Apollo.
Presente e futuro
Memoria della classe di archiviazione
Ora che abbiamo viaggiato indietro nel tempo (ah!), diamo un'occhiata allo stato attuale della memoria della classe di archiviazione. SCM, come NVM, è robusto, ma fornisce anche prestazioni superiori o paragonabili alla memoria principale . L'obiettivo di SCM è risolvere alcuni dei problemi odierni della cache, come la bassa densità di memoria ad accesso casuale statico (SRAM). Con la Dynamic Random Access Memory (DRAM), possiamo ottenere una migliore densità, ma ciò comporta un accesso più lento. La DRAM soffre anche della necessità di energia costante per aggiornare la memoria. Capiamolo un po'. L'energia è necessaria perché la carica elettrica dei condensatori si disperde poco a poco e, senza alcun intervento, i dati sul chip andranno presto persi. Per evitare tale perdita, la DRAM richiede un circuito di aggiornamento della memoria esterno che riscrive periodicamente i dati nei condensatori, riportandoli alla carica originale.
Memoria a cambiamento di fase (PCM)
In precedenza, abbiamo esaminato come cambia la fase per i CD-RW. Il PCM è simile. Il materiale a cambiamento di fase è solitamente Ge-Sb-Te, noto anche come GST, che può esistere in due stati diversi: amorfo e cristallino. Lo stato amorfo ha una resistenza maggiore, che indica 0, rispetto allo stato cristallino, che indica 1. Assegnando valori di dati a resistenze intermedie, PCM può essere utilizzato per memorizzare più stati come .
Memoria ad accesso casuale della coppia di trasferimento di rotazione (STT-RAM)
STT-RAM è costituito da due strati magnetici ferromagnetici permanenti separati da un dielettrico, un isolante che può trasmettere forza elettrica senza condurre. Memorizza bit di dati in base alle differenze nelle direzioni magnetiche. Uno strato magnetico, chiamato strato di riferimento, ha una direzione magnetica fissa, mentre l'altro strato magnetico, chiamato strato libero, ha una direzione magnetica controllata dal passaggio della corrente. Per 1, la direzione di magnetizzazione dei due strati è allineata. Per 0, entrambi gli strati hanno direzioni magnetiche opposte.
Memoria ad accesso casuale resistivo (ReRAM)
Una cella ReRAM è costituita da due elettrodi metallici separati da uno strato di ossido metallico. Un po' come il design della memoria flash di Masuoka, dove gli elettroni penetrano nello strato di ossido e rimangono intrappolati nel gate flottante, o viceversa. Tuttavia, con ReRAM, lo stato della cella viene determinato in base alla concentrazione di ossigeno libero nello strato di ossido di metallo.
Sebbene queste tecnologie siano promettenti, presentano ancora degli inconvenienti. PCM e STT-RAM hanno un'elevata latenza di scrittura. Le latenze PCM sono dieci volte superiori a quelle DRAM, mentre le latenze STT-RAM sono dieci volte superiori a quelle SRAM. PCM e ReRAM hanno un limite sulla durata della scrittura prima che si verifichi un errore grave, il che significa che l'elemento di memoria rimane bloccato .
Nell'agosto 2015, Intel ha annunciato il rilascio di Optane, il suo prodotto basato su 3DXPoint. Optane vanta prestazioni 1000 volte superiori a quelle degli SSD NAND a un prezzo da quattro a cinque volte superiore rispetto alla memoria flash. Optane è la prova che la SCM è molto più di una semplice tecnologia sperimentale. Sarà interessante osservare lo sviluppo di queste tecnologie.
Dischi rigidi (HDD)
HDD ad elio (HHDD)
Un disco di elio è un disco rigido (HDD) ad alta capacità che viene riempito di elio e sigillato ermeticamente durante il processo di produzione. Come altri dischi rigidi, come abbiamo detto prima, è simile a un giradischi con un piatto rotante rivestito magneticamente. I tipici dischi rigidi hanno semplicemente aria all'interno della cavità, ma quest'aria provoca una certa resistenza mentre i piatti girano.
I palloncini di elio galleggiano perché l'elio è più leggero dell'aria. Infatti, l'elio ha 1/7 della densità dell'aria, il che riduce la forza frenante durante la rotazione delle piastre, provocando una riduzione della quantità di energia richiesta per far girare i dischi. Tuttavia, questa caratteristica è secondaria, la principale caratteristica distintiva dell'elio è che consente di imballare 7 wafer nello stesso fattore di forma che normalmente ne conterrebbe solo 5. Se ricordiamo l'analogia dell'ala del nostro aereo, allora questo è un analogo perfetto . Poiché l'elio riduce la resistenza, la turbolenza viene eliminata.
Sappiamo anche che i palloncini di elio cominciano ad affondare dopo pochi giorni perché da essi fuoriesce l'elio. Lo stesso si può dire dei dispositivi di archiviazione. Ci sono voluti anni prima che i produttori riuscissero a creare un contenitore che impedisse all'elio di fuoriuscire dal fattore di forma per tutta la vita dell'unità. Backblaze ha condotto esperimenti e ha scoperto che i dischi rigidi all'elio avevano un tasso di errore annuo dell'1,03%, rispetto all'1,06% delle unità standard. Naturalmente, questa differenza è così piccola che se ne può trarre una conclusione seria .
Il fattore di forma riempito di elio può contenere un disco rigido incapsulato utilizzando PMR, di cui abbiamo discusso in precedenza, o la registrazione magnetica a microonde (MAMR) o la registrazione magnetica assistita dal calore (HAMR). Qualsiasi tecnologia di accumulo magnetico può essere combinata con l’elio anziché con l’aria. Nel 2014, HGST ha combinato due tecnologie all'avanguardia nel suo disco rigido all'elio da 10 TB, che utilizzava la registrazione magnetica shingled controllata dall'host, o SMR (registrazione magnetica shingled). Parliamo un po' di SMR e poi diamo un'occhiata a MAMR e HAMR.
Tecnologia di registrazione magnetica per piastrelle
In precedenza, abbiamo esaminato la registrazione magnetica perpendicolare (PMR), che è stata il predecessore dell’SMR. A differenza del PMR, l'SMR registra nuove tracce che si sovrappongono a parte della traccia magnetica precedentemente registrata. Ciò a sua volta rende la traccia precedente più stretta, consentendo una maggiore densità della traccia. Il nome della tecnologia deriva dal fatto che i binari sul giro sono molto simili ai binari sul tetto piastrellato.
SMR comporta un processo di scrittura molto più complesso, poiché la scrittura su una traccia sovrascrive la traccia adiacente. Ciò non si verifica quando il substrato del disco è vuoto e i dati sono sequenziali. Ma non appena si registra su una serie di tracce che contengono già dati, i dati adiacenti esistenti vengono cancellati. Se una traccia adiacente contiene dati, deve essere riscritta. Questo è abbastanza simile al flash NAND di cui abbiamo parlato prima.
I dispositivi SMR nascondono questa complessità gestendo il firmware, risultando in un'interfaccia simile a qualsiasi altro disco rigido. D'altra parte, i dispositivi SMR gestiti dall'host, senza uno speciale adattamento delle applicazioni e dei sistemi operativi, non consentiranno l'utilizzo di queste unità. L'host deve scrivere sui dispositivi in modo rigorosamente sequenziale. Allo stesso tempo, le prestazioni dei dispositivi sono prevedibili al 100%. Seagate ha iniziato a spedire unità SMR nel 2013, dichiarando una densità maggiore del 25%. Densità PMR.
Registrazione magnetica a microonde (MAMR)
La registrazione magnetica assistita da microonde (MAMR) è una tecnologia di memoria magnetica che utilizza energia simile a HAMR (discusso di seguito). Una parte importante di MAMR è l'oscillatore di coppia di spin (STO). La STO stessa si trova in prossimità della testina di registrazione. Quando viene applicata corrente alla STO, viene generato un campo elettromagnetico circolare con una frequenza di 20-40 GHz a causa della polarizzazione degli spin degli elettroni.
Quando esposto a un tale campo, nel ferromagnete utilizzato per MAMR si verifica una risonanza, che porta alla precessione dei momenti magnetici dei domini in questo campo. In sostanza, il momento magnetico devia dal suo asse e per cambiare direzione (capovolgimento), la testina di registrazione necessita di molta meno energia.
L'uso della tecnologia MAMR consente di prelevare sostanze ferromagnetiche con maggiore forza coercitiva, il che significa che la dimensione dei domini magnetici può essere ridotta senza timore di provocare un effetto superparamagnetico. Il generatore STO aiuta a ridurre le dimensioni della testina di registrazione, il che rende possibile registrare informazioni su domini magnetici più piccoli e quindi aumenta la densità di registrazione.
Western Digital, noto anche come WD, ha introdotto questa tecnologia nel 2017. Poco dopo, nel 2018, Toshiba ha supportato questa tecnologia. Mentre WD e Toshiba perseguono la tecnologia MAMR, Seagate scommette su HAMR.
Registrazione termomagnetica (HAMR)
La registrazione magnetica assistita dal calore (HAMR) è una tecnologia di archiviazione dei dati magnetici ad alta efficienza energetica che può aumentare significativamente la quantità di dati che possono essere archiviati su un dispositivo magnetico, come un disco rigido, utilizzando il calore fornito da un laser per aiutare a scrivere i dati sui substrati di superficie del disco rigido. Il riscaldamento fa sì che i bit di dati vengano posizionati molto più vicini tra loro sul substrato del disco, consentendo una maggiore densità e capacità dei dati.
Questa tecnologia è abbastanza difficile da implementare. Laser veloce da 200 mW una piccola area fino a 400 °C prima della registrazione, senza interferire o danneggiare il resto dei dati sul disco. Il processo di riscaldamento, registrazione dei dati e raffreddamento deve essere completato in meno di un nanosecondo. Affrontare queste sfide ha richiesto lo sviluppo di plasmoni di superficie su scala nanometrica, noti anche come laser guidati dalla superficie, invece del riscaldamento laser diretto, nonché nuovi tipi di lastre di vetro e rivestimenti di gestione termica per resistere al rapido riscaldamento spot senza danneggiare la testina di registrazione o qualsiasi altra cosa nelle vicinanze. dati e varie altre sfide tecniche che dovevano essere superate.
Nonostante numerose dichiarazioni scettiche, Seagate ha dimostrato per la prima volta questa tecnologia nel 2013. I primi dischi hanno iniziato la spedizione nel 2018.
Fine del film, vai all'inizio!
Abbiamo iniziato nel 1951 e concludiamo l'articolo con uno sguardo al futuro della tecnologia di storage. L'archiviazione dei dati è cambiata notevolmente nel tempo, dal nastro di carta a quello metallico e magnetico, alla memoria a corda, ai dischi rotanti, ai dischi ottici, alla memoria flash e altri. Il progresso ha portato a dispositivi di archiviazione più veloci, più piccoli e più potenti.
Se si confronta NVMe con il nastro metallico UNISERVO del 1951, NVMe può leggere il 486% di cifre in più al secondo. Confrontando NVMe con le unità Zip preferite della mia infanzia, NVMe può leggere il 111% di cifre in più al secondo.
L'unica cosa che rimane vera è l'uso di 0 e 1. I modi in cui lo facciamo variano notevolmente. Spero che la prossima volta che masterizzerai un CD-RW di brani per un amico o salverai un video domestico nell'archivio dischi ottici, pensi a come una superficie non riflettente si traduce in uno 0 e una superficie riflettente si traduce in un 1. Oppure se stai registrando un mixtape su cassetta, ricorda che è strettamente correlato al Datasette utilizzato nel Commodore PET. Infine, non dimenticare di essere gentile e riavvolgere.
Grazie и per le curiosità (non posso farci niente) in tutto l'articolo!
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Fonte: habr.com