Qualsiasi fornitore di cloud offre il servizio di archiviazione dei dati. Possono essere archivi freddi e caldi, Ice-cold, ecc. È molto comodo memorizzare informazioni nel cloud. Ma come si archiviavano i dati 10, 20, 50 anni fa? Cloud4Y ha tradotto un interessante articolo che parla proprio di questo.
Un byte di dati può essere memorizzato in vari modi, poiché di continuo emergono nuovi supporti di informazione più avanzati e veloci. Un byte è un'unità di archiviazione e elaborazione delle informazioni digitali, composta da otto bit. In un bit può essere memorizzato o 0 o 1.
Nel caso delle schede perforate, il bit viene memorizzato come presenza/assenza di un foro nella scheda in un determinato punto. Se torniamo un po' più indietro nel tempo alla 'Macchina Analitica di Babbage', i registri che memorizzavano numeri erano costituiti da ruote dentate. Nei dispositivi di archiviazione magnetica, come nastri e dischi, il bit è rappresentato dalla polarità di un'area di pellicola magnetica. Nella moderna memoria dinamica ad accesso casuale (DRAM), il bit è spesso rappresentato come una carica elettrica a due livelli, conservata in un dispositivo che accumula energia elettrica in un campo elettrico. Una capacità carica o scarica memorizza il bit di dati.
Nel giugno del 1956 ha coniato la parola per indicare un gruppo di bit utilizzati per codificare un singolo carattere . Parliamo un po' della codifica dei caratteri. Iniziamo con il codice standard americano per lo scambio di informazioni, o ASCII (ASCII (eng. American standard code for information interchange). ASCII era basato sull'alfabeto inglese, quindi ogni lettera, numero e simbolo (a-z, A-Z, 0-9, +, -, \, ",! ecc.) era rappresentato come un numero intero a 7 bit da 32 a 127. Non era proprio 'amichevole' nei confronti di altre lingue. Per supportare altre lingue, Unicode ha ampliato ASCII. In Unicode, ogni carattere è rappresentato come un punto di codice, o simbolo, per esempio, la j minuscola — U+006A, dove U indica Unicode e poi il numero esadecimale.
UTF-8 è uno standard per la rappresentazione dei caratteri come sequenze di otto bit, consentendo di memorizzare ogni punto di codice nell'intervallo 0-127 in un byte. Se pensiamo all'ASCII, questo è abbastanza normale per i caratteri inglesi, ma i caratteri di altre lingue sono spesso rappresentati in due o più byte. L'UTF-16 è uno standard per la rappresentazione dei caratteri in 16 bit, mentre l'UTF-32 è uno standard per la rappresentazione dei caratteri in 32 bit. In ASCII ogni carattere è un byte, mentre in Unicode, il che non è sempre del tutto corretto, un carattere può occupare 1, 2, 3 o più byte. Nell'articolo verranno utilizzati vari raggruppamenti di bit. Il numero di bit in un byte varia a seconda della struttura del supporto.
In questo articolo intraprenderemo un viaggio nel tempo attraverso diversi supporti di informazioni con l'intento di immergerci nella storia della conservazione dei dati. Non ci proponiamo in alcun modo di approfondire ogni singolo supporto di informazioni mai inventato. Davanti a voi c'è un divertente articolo informativo, che non pretende affatto di avere una rilevanza enciclopedica.
Cominciamo. Supponiamo di avere un byte di dati da memorizzare: la lettera j, o come byte codificato 6a, o come binario 01001010. Durante il nostro viaggio nel tempo, il byte di dati verrà utilizzato in alcune tecnologie di archiviazione che verranno descritte.
1951
La nostra storia inizia nel 1951 con il dispositivo di memorizzazione a nastro UNIVAC UNISERVO per il computer UNIVAC 1. Questo è stato il primo dispositivo a nastro realizzato per computer commerciali. Il nastro era fatto di una sottile striscia di ottone nichelato larga 12,65 mm (chiamato Vicalloy) e lungo quasi 366 metri. I nostri byte di dati potevano essere memorizzati a una velocità di 7.200 caratteri al secondo su un nastro che si muoveva a una velocità di 2,54 metri al secondo. In questo punto della storia, potevate misurare la velocità dell'algoritmo di memorizzazione in base alla distanza percorsa dal nastro.
1952
Spostiamoci avanti di un anno, al 21 maggio 1952, quando IBM annunciò il rilascio del suo primo blocco a nastro magnetico, l'IBM 726. Ora il nostro byte di dati può essere trasferito da un nastro metallico UNISERVO a un nastro magnetico IBM. Questa nuova casa si è rivelata molto accogliente per il nostro piccolo byte di dati, poiché sul nastro possono essere memorizzati fino a 2 milioni di cifre. Questo nastro magnetico a 7 tracce si muoveva a una velocità di 1,9 metri al secondo con una velocità di trasferimento di 12.500 o 7500 (all'epoca chiamati gruppi di copia) al secondo. Per riferimento: in un articolo medio su Habr, ci sono circa 10.000 caratteri.
Il nastro IBM 726 aveva sette tracce, sei delle quali erano utilizzate per memorizzare informazioni, mentre una era per il controllo di parità. Su un'unica bobina si potevano contenere fino a 400 metri di nastro largo 1,25 cm. La velocità di trasferimento dati raggiungeva teoricamente 12.500 caratteri al secondo; la densità di registrazione era di 40 bit per centimetro. In questo sistema veniva utilizzato il metodo del 'canale a vuoto', in cui il nastro circolava tra due punti. Questo permetteva al nastro di avviarsi e fermarsi in frazioni di secondo. Ciò è stato possibile grazie all'installazione di lunghe colonne a vuoto tra le bobine del nastro e le teste di lettura/scrittura, per assorbire improvvisi aumenti della tensione nel nastro, senza i quali il nastro tenderebbe generalmente a rompersi. Un anello di plastica rimovibile sul retro della bobina del nastro forniva protezione contro la scrittura. Su una bobina di nastro si potevano memorizzare circa 1,1 .
Ricordate le cassette VHS. Cosa bisognava fare per rivedere un film? Riavvolgere il nastro! E quante volte avete girato la cassetta attorno a una matita per il lettore, per non sprecare le batterie e per non avere un nastro strappato o ingarbugliato? Lo stesso vale per i nastri utilizzati nei computer. I programmi non potevano semplicemente saltare una sezione del nastro o accedere casualmente ai dati, dovevano leggere e scrivere i dati in modo strettamente sequenziale.
1956
Se ci spostiamo qualche anno avanti, nel 1956, l'era dell'archiviazione su dischi magnetici iniziò con la conclusione da parte di IBM dello sviluppo del sistema informatico RAMAC 305, che sarà fornito dalla Zellerbach Paper. . In questo computer è stato utilizzato per la prima volta un disco rigido con testina mobile. L'unità disco RAMAC era composta da cinquanta dischi metallici magnetizzati di 60,96 cm di diametro, capaci di memorizzare circa cinque milioni di simboli di dati, 7 bit per simbolo, e ruotare a una velocità di 1200 giri al minuto. La capacità di archiviazione era di circa 3,75 megabyte.
RAMAC consentiva l'accesso in tempo reale a grandi volumi di dati, a differenza delle nastri magnetici o delle schede perforate. IBM pubblicizzava il RAMAC come un dispositivo capace di memorizzare l'equivalente di 64.000 . In precedenza, nella RAMRAC era stata introdotta la concettualizzazione dell'elaborazione continua delle transazioni man mano che si verificavano, affinché i dati potessero essere estratti immediatamente, mentre erano ancora freschi. Ora l'accesso ai nostri dati nel RAMAC poteva avvenire alla velocità di 100.000 . In precedenza, con l'uso delle nastri, eravamo costretti a registrare e leggere dati sequenziali, e non potevamo saltare casualmente su diverse parti del nastro. L'accesso casuale ai dati in tempo reale era davvero rivoluzionario per quell'epoca.
1963
Trasferiamoci al 1963, quando è stata presentata la DECtape. Il nome deriva dalla Digital Equipment Corporation, conosciuta come DEC. La DECtape era economica e affidabile, quindi veniva utilizzata in molte generazioni di computer DEC. Si trattava di un nastro da 19 mm, laminato e schiacciato tra due strati di Mylar su un bobina da quattro pollici (10,16 cm).
A differenza dei suoi pesanti e ingombranti predecessori, il nastro DECtape poteva essere trasportato a mano. Questo lo rendeva un'ottima opzione per i computer personali. A differenza degli equivalenti a 7 tracce, la DECtape aveva 6 tracce dati, 2 tracce di etichettatura e 2 per impulsi di clock. I dati venivano registrati a una velocità di 350 bit per pollice (138 bit per cm). Il nostro byte di dati, che è composto da 8 bit, ma può essere esteso a 12, poteva essere trasferito su DECtape alla velocità di 8325 parole a 12 bit al secondo con una velocità del nastro di 93 (±12) pollici al . Questo è l'8% in più di numeri al secondo rispetto al nastro metallico UNISERVO del 1952.
1967
Quattro anni dopo, nel 1967, un piccolo team IBM iniziò a lavorare su un'unità disco IBM con il nome in codice . Allora il team aveva il compito di sviluppare un modo affidabile ed economico per caricare microcodici in IBM System/370. In seguito, il progetto fu riprogettato e riconvertito per caricare microcodici nel controller per l'IBM 3330 Direct Access Storage Facility con il nome in codice Merlin.
Ora il nostro byte può essere memorizzato su floppy disk Mylar magnetici a 8 pollici, accessibili solo in lettura, conosciuti oggi come dischetti. Al momento del lancio, il prodotto era noto come IBM 23FD Floppy Disk Drive System. I dischi potevano contenere 80 kilobyte di dati. A differenza dei dischi rigidi, l'utente poteva facilmente trasportare il dischetto in una custodia protettiva da un'unità all'altra. In seguito, nel 1973, IBM rilasciò un dischetto di lettura/scrittura, che divenne poi uno standard industriale. .
1969
Nel 1969, a bordo della navicella spaziale "Apollo 11", che portava astronauti americani sulla Luna e ritorno, fu avviato il computer di bordo AGC (Apollo Guidance Computer) con "memoria a corda" (rope memory). Questa memoria a corda era realizzata a mano e poteva contenere 72 kilobyte di dati. La produzione della memoria a corda era laboriosa, lenta e richiedeva abilità simili a quelle del tessitore; l'intreccio del programma nella memoria a corda poteva richiedere . Ma era lo strumento giusto per quei tempi, quando era importante contenere il massimo in uno spazio rigidamente limitato. Quando un filo passava attraverso una delle fibre circolari, rappresentava un 1. Il filo che passava attorno alla fibra rappresentava uno 0. Il nostro byte di dati richiedeva a una persona diversi minuti di intreccio nella corda.
1977
Nel 1977 fu lanciato il Commodore PET - il primo (e riuscito) computer personale. Nel PET fu utilizzato il Commodore 1530 Datasette, che significa dati più cassetta. Il PET convertiva i dati in segnali audio analogici, che venivano poi memorizzati su . Questo ha permesso di creare una soluzione economica e affidabile per la memorizzazione dei dati, sebbene molto lenta. Il nostro piccolo byte di dati poteva essere trasferito a una velocità di circa 60-70 byte al . Le cassette potevano contenere circa 100 kilobyte per lato da 30 minuti, con due lati sulla pellicola. Ad esempio, su un lato della cassetta si potevano posizionare circa due immagini da 55 KB. I Datasette venivano utilizzati anche nel Commodore VIC-20 e Commodore 64.
1978
Un anno dopo, nel 1978, MCA e Philips presentarono il LaserDisc con il nome di «Discovision». Il film «Lo squalo» divenne il primo film venduto su LaserDisc negli Stati Uniti. La qualità audio e video era notevolmente superiore rispetto a quella dei concorrenti, ma il disco laser si rivelò troppo costoso per la maggior parte dei consumatori. Non era possibile registrare su LaserDisc, a differenza delle cassette VHS, su cui le persone registravano i programmi televisivi. I dischi laser funzionavano con video analogico, audio stereo FM analogico e modulazione di impulsi codificati Un anno dopo, nel 1979, Alan Shugart e Finis Connor fondarono la Seagate Technology con l'idea di ridurre le dimensioni dell'hard disk a quelle di un floppy disk da 5 ¼ pollici, che era lo standard dell'epoca. 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 a quel tempo erano cinque volte la capacità di un floppy disk standard. I fondatori riuscirono a raggiungere il loro obiettivo: ridurre le dimensioni del disco a quelle di un floppy disk da 5¼ pollici. Il nuovo dispositivo di storage era una piastra metallica rigida, rivestita su entrambi i lati da uno strato sottile di materiale magnetico per la memorizzazione dei dati. I nostri byte di dati potevano essere trasmessi al disco a una velocità di 625 kilobyte al
1979
. Circa questa gif .
1981
industria conosciamo il sentiero dell'Oregon sono diventati la parte più importante della mia infanzia.
1984
Poco dopo, nel 1984, è stata annunciata l'uscita del CD contenente dati accessibili solo in lettura (inglese: Compact Disc Read-Only Memory, CD-ROM). Questi erano CD-ROM da 550 megabyte delle aziende Sony e Philips. Il formato è nato dai CD con audio digitale, o CD-DA, che venivano utilizzati per la distribuzione di musica. Il CD-DA è stato sviluppato da Sony e Philips nel 1982, con una capacità di 74 minuti. Secondo la leggenda, quando Sony e Philips negoziavano lo standard CD-DA, uno dei quattro partecipanti insisteva affinché potesse l'intera "Nona Sinfonia". Il primo prodotto rilasciato su compact disc è stata l'"Enciclopedia elettronica Grolier", pubblicata nel 1985. L'enciclopedia conteneva nove milioni di parole, occupando solo il 12% dello spazio disponibile sul disco, cioè 553 . Avremmo avuto più di abbastanza spazio per l'enciclopedia e un byte di dati. Poco dopo, nel 1985, le aziende informatiche hanno collaborato alla creazione di uno standard per i dischi, in modo che qualsiasi computer potesse leggere le informazioni da essi.
1984
Sempre nel 1984, Fujio Masuoka ha sviluppato un nuovo tipo di memoria a gate flottante, chiamata memoria flash, che era in grado di essere cancellata e riscritta più volte.
Fermiamoci un attimo sulla memoria flash, che utilizza un transistor a gate flottante. I transistor sono porte elettriche che possono essere accese e spente singolarmente. Poiché ogni transistor può trovarsi in due stati diversi (acceso e spento), può memorizzare due numeri diversi: 0 e 1. Il gate flottante si riferisce a un secondo gate aggiunto al transistor centrale. Questo secondo gate è isolato da un sottile strato di ossido. Questi transistor utilizzano una bassa tensione applicata al gate del transistor per indicare se sono accesi o spenti, il che si traduce quindi in 0 o 1.
Con i gate flottanti, quando viene applicata una tensione corrispondente attraverso lo strato di ossido, gli elettroni passano attraverso di esso e si bloccano nei gate. Pertanto, anche quando l'alimentazione viene disattivata, gli elettroni rimangono bloccati. Quando non ci sono elettroni nei gate flottanti, questi rappresentano 1, mentre quando gli elettroni sono bloccati, rappresentano 0. L'inversione di questo processo e l'applicazione di una tensione appropriata attraverso lo strato di ossido nella direzione opposta fanno passare gli elettroni attraverso i gate flottanti e riportano il transistor al suo stato originale. Pertanto, le celle sono programmabili e . Il nostro byte può essere programmato nel transistor come 01001010, con gli elettroni bloccati nei gate flottanti che rappresentano degli zeri.
La struttura di Masuoka era leggermente più accessibile, ma meno flessibile rispetto a un PROM (EEPROM) elettricamente cancellabile, poiché richiedeva diversi gruppi di celle che dovevano essere cancellate insieme, ma ciò era anche spiegato dalla sua velocità.
All'epoca Masuoka lavorava per Toshiba. Alla fine, si trasferì all'Università di Tohoku, poiché era insoddisfatto del fatto che la compagnia non lo avesse ricompensato per il suo lavoro. Masuoka fece causa a Toshiba, chiedendo un risarcimento. Nel 2006 gli furono concessi 87 milioni di yuan, equivalenti a 758.000 dollari USA. Questo sembra ancora trascurabile, considerando quanto sia stata influente la memoria flash nell'industria.
Dal momento che stiamo parlando di memoria flash, è opportuno notare anche la differenza tra memoria flash NOR e NAND. Come abbiamo già appreso da Masuoka, la flash memorizza informazioni in celle di memoria composte da transistor con gate flottante. I nomi delle tecnologie sono direttamente correlati al modo in cui sono organizzate le celle di memoria.
Nella memoria flash NOR, le singole celle di memoria sono collegate in parallelo, fornendo accesso casuale. Questa architettura consente di ridurre il tempo di lettura necessario per l'accesso casuale alle istruzioni del microprocessore. La memoria flash NOR è particolarmente adatta per applicazioni a bassa densità, destinate principalmente solo alla lettura. È per questo che la maggior parte delle CPU carica il proprio firmware generalmente dalla memoria flash NOR. Masuoka e i suoi colleghi presentarono l'invenzione della flash NOR nel 1984 e la flash NAND nel .
Gli sviluppatori della NAND Flash hanno rinunciato alla possibilità di accesso casuale per ottenere dimensioni inferiori delle celle di memoria. Questo consente una dimensione ridotta del chip e un costo più basso per bit. L'architettura della memoria flash NAND è composta da transistor di memoria collegati in serie, formati da otto parti. Questo porta a un'elevata densità di archiviazione, dimensioni minori delle celle di memoria e una scrittura e cancellazione dei dati più rapide, poiché può programmare blocchi di dati contemporaneamente. Questo è ottenuto attraverso la necessità di riscrivere i dati quando non vengono registrati in modo sequenziale e i dati esistono già in .
1991
Passiamo al 1991, quando è stato creato il prototipo di disco a stato solido (SSD) dall'azienda SanDisk, allora conosciuta come . La struttura combinava un array di memoria flash, chip di memoria non volatili e un controller intelligente per la rilevazione automatica e la correzione delle celle difettose. La capacità del disco era di 20 megabyte con un formato di 2,5 pollici, e il suo costo era stimato intorno ai 1000 dollari USA. Questo disco è stato utilizzato da IBM nel computer .
1994
Uno dei dispositivi di memorizzazione che ho amato di più sin da bambino erano i Zip Disk. Nel 1994, Iomega ha lanciato il Zip Disk, un caricatore da 100 megabyte in formato 3,5 pollici, leggermente più spesso di un normale floppy disk da 3,5 pollici. Le versioni successive del disco potevano memorizzare fino a 2 gigabyte. Il vantaggio di questi dischi era che avevano le dimensioni di un floppy disk, ma offrivano la capacità di memorizzare una maggiore quantità di dati. I nostri byte di dati potevano essere scritti su un Zip disk a una velocità di 1,4 megabyte al secondo. A titolo di confronto, all'epoca un floppy disk da 1,44 megabyte veniva registrato a una velocità di circa 16 kilobyte al secondo. Sul Zip disk le testine leggono/scrivono i dati senza contatto, volando sopra la superficie, simile al funzionamento di un disco rigido, ma diverso dal principio di funzionamento di altri floppy disk. Presto i Zip disk divennero obsoleti a causa di problemi di affidabilità e disponibilità.
1994
Nello stesso anno, SanDisk ha presentato il CompactFlash, ampiamente utilizzato nelle videocamere digitali. Come nel caso dei CD, la velocità del CompactFlash si basa sulle valutazioni “x”, come 8x, 20x, 133x, ecc. La massima velocità di trasferimento dati è calcolata sulla base della velocità di trasferimento dell'audio originale su CD, pari a 150 kilobyte al secondo. La velocità di trasferimento è espressa come R = Kx150 kB/s, dove R è la velocità di trasmissione e K è la velocità nominale. Pertanto, per un CompactFlash 133x, il nostro byte di dati sarà registrato a 133x150 kB/s, ovvero circa 19.950 kB/s o 19,95 MB/s. L'Associazione CompactFlash è stata fondata nel 1995 con lo scopo di creare uno standard industriale per le schede di memoria basate sulla memoria flash.
1997
Qualche anno dopo, nel 1997, è stato rilasciato il CD riscrivibile (CD-RW). Questo disco ottico veniva utilizzato per archiviare dati, nonché per copiare e trasferire file su vari dispositivi. I CD riscrivibili possono essere riscritti circa 1000 volte, il che all'epoca non rappresentava un fattore limitante, poiché gli utenti riscrivevano raramente i dati.
I CD-RW si basano su una tecnologia che modifica la capacità riflettente della superficie. Nel caso dei CD-RW, i cambiamenti di fase in un rivestimento speciale composto da argento, tellururo e indio causano la capacità di riflettere o meno il raggio di lettura, portando a 0 o 1. Quando la connessione è in uno stato cristallino, essa è semi-trasparente, il che significa 1. Quando la connessione si scioglie in uno stato amorfo, diventa opaca e non riflettente, il che significa 0. Pertanto, potremmo registrare il nostro byte di dati come 01001010.
I dischi DVD hanno infine conquistato gran parte del mercato dei CD-RW.
1999
Passiamo al 1999, quando IBM ha presentato i più piccoli dischi rigidi al mondo: i microdischi IBM da 170 e 340 MB. Questi erano piccoli dischi rigidi da 2,54 cm, progettati per essere installati negli slot CompactFlash Type II. Era previsto di creare un dispositivo da utilizzare come CompactFlash, ma con una maggiore capacità di memoria. Tuttavia, presto furono soppiantati da pen drive USB e successivamente da schede CompactFlash più grandi, quando divennero disponibili. Come altri dischi rigidi, i microdischi erano meccanici e contenevano piccoli dischi rotanti.
2000
Un anno dopo, nel 2000, furono presentate le chiavette USB. Questi dispositivi erano costituiti da memoria flash racchiusa in un fattore di forma compatto con interfaccia USB. A seconda della versione dell'interfaccia USB utilizzata, la velocità poteva 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 — 625 megabit al secondo. Le prime chiavette USB 3.1 di tipo C sono state annunciate nel marzo 2015 e avevano una velocità di lettura/scrittura di 530 megabit al secondo. A differenza dei dischetti e dei dischi ottici, i dispositivi USB sono più difficili da graffiare, ma offrono le stesse capacità di archiviazione dei dati e di trasferimento e backup dei file. I lettori di dischetti e compact disc furono rapidamente superati dalle porte USB.
2005
Nel 2005, i produttori di dischi rigidi (HDD) iniziarono a fornire prodotti con registrazione magnetica perpendicolare, o PMR. È abbastanza interessante che ciò sia avvenuto nello stesso periodo in cui l'iPod Nano annunciava l'uso della memoria flash al posto dei dischi rigidi da 1 pollice nell'iPod Mini.
Un disco rigido tipico contiene uno o più dischi rigidi rivestiti da un film sensibile al magnetismo, composto da minuscole particelle magnetiche. I dati vengono registrati quando la testina di registrazione magnetica passa appena sopra il disco rotante. Questo è molto simile a un tradizionale giradischi, l'unica differenza è che nel giradischi la puntina è in contatto fisico con il disco. Man mano che i dischi ruotano, l'aria che li circonda crea una leggera corrente d'aria. Proprio come l'aria sulla superficie dell'ala di un aereo genera forza di sollevamento, l'aria genera forza di sollevamento sulla testina aerodinamica . La testina cambia rapidamente la magnetizzazione di un'area magnetica in modo che il suo polo magnetico indichi verso l'alto o verso il basso, rappresentando 1 o 0.
Il predecessore della PMR era la registrazione magnetica longitudinale, o LMR. La densità di registrazione della PMR può superare quella della LMR di oltre tre volte. La principale differenza tra PMR e LMR è che la struttura dei granuli e l'orientamento magnetico dei dati memorizzati nei supporti PMR sono colonnari, e non longitudinali. La PMR ha una migliore stabilità termica e un rapporto segnale-rumore (SNR) migliorato grazie a una migliore separazione dei granuli e uniformità. Si distingue anche per una scrivibilità migliorata grazie a campi più forti della testina e a un migliore allineamento magnetico del supporto. Come la LMR, le limitazioni fondamentali della PMR si basano sulla stabilità termica dei bit di dati registrati dal magnete e sulla necessità di avere una quantità sufficiente di SNR per leggere le informazioni registrate.
2007
Nel 2007 è stata annunciata l'uscita del primo disco rigido da 1 TB da Hitachi Global Storage Technologies. Hitachi Deskstar 7K1000 utilizzava cinque piatti da 3,5 pollici da 200 gigabyte e girava a una velocità di giri/min. Questo è un notevole vantaggio rispetto al primo disco rigido al mondo, l'IBM RAMAC 350, la cui capacità era di circa 3,75 megabyte. Oh, quanto lontano siamo giunti in 51 anni! Ma aspettate, c'è ancora di più.
2009
Nel 2009 sono iniziati i lavori tecnici per la creazione di memoria espressa non volatile, o . La memoria non volatile (NVM) è un tipo di memoria che può memorizzare dati in modo permanente, a differenza della memoria volatile che necessita di alimentazione continua per mantenere i dati. NVMe soddisfa la necessità di un'interfaccia scalabile per il controllore host per i componenti periferici basati su unità a stato solido compatibili con la tecnologia PCIe, da cui il nome NVMe. Oltre 90 aziende hanno aderito al gruppo di lavoro per lo sviluppo del progetto. Tutto ciò si basava sui risultati della definizione della specifica dell'interfaccia del controllore host della memoria non volatile (NVMHCIS). I migliori dischi NVMe attualmente disponibili possono elaborare circa 3500 megabyte al secondo in lettura e 3300 megabyte al secondo in scrittura. Scrivere un byte di dati j, da cui siamo partiti, può essere fatto molto rapidamente rispetto a un paio di minuti di incastono manuale della memoria a corda per l'Apollo Guidance Computer.
Presente e futuro
Memoria di classe storage
Ora che abbiamo fatto un viaggio nel tempo (ah!), diamo un'occhiata allo stato attuale della memoria Storage Class Memory. SCM, proprio come NVM, è persistente, ma SCM offre anche prestazioni superiori o comparabili alla memoria principale, oltre a . L'obiettivo di SCM è risolvere alcuni dei problemi attuali della cache, come la bassa densità della memoria statica ad accesso casuale (SRAM). Con la memoria DRAM possiamo ottenere una densità migliore, ma questo viene fatto a scapito di un accesso più lento. La DRAM soffre anche della necessità di potenza continua per aggiornare la memoria. Approfondiamo un po' questo aspetto. È necessaria un'alimentazione, poiché la carica elettrica nei condensatori si dissipa progressivamente, quindi senza interventi i dati sul chip andranno presto persi. Per prevenire tale dispersione, la DRAM richiede un circuito esterno di aggiornamento della memoria, che riscrive periodicamente i dati nei condensatori, ripristinando il loro carico originale.
Memoria a cambiamento di fase (Phase-change memory, PCM)
In precedenza abbiamo esaminato come cambia la fase per i CD-RW. La PCM funziona in modo simile. Il materiale per il 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 più alta che rappresenta 0, mentre lo stato cristallino rappresenta 1. Assegnando valori ai dati a resistenze intermedie, la PCM può essere utilizzata per memorizzare stati multipli sotto forma di .
Memoria ad accesso casuale con coppia di trasferimento di spin (STT-RAM)
La STT-RAM è composta da due strati ferromagnetici permanenti separati da un dielettrico, cioè un isolante che può trasferire forza elettrica senza condurre. Memorizza bit di dati basati sulla differenza delle orientazioni magnetiche. Uno strato magnetico, chiamato strato di riferimento, ha un'orientazione magnetica fissa, mentre l'altro strato magnetico, chiamato strato libero, ha un'orientazione magnetica controllata dalla corrente che lo attraversa. Per 1, le direzioni di magnetizzazione dei due strati si allineano. Per 0, entrambi gli strati hanno orientamenti magnetici opposti.
Memoria resistiva con accesso casuale (Resistive random access memory, ReRAM)
Una cella ReRAM è composta da due elettrodi metallici separati da uno strato di ossido metallico. È un po' simile al design della memoria flash di Masuoka, dove gli elettroni penetrano attraverso lo strato di ossido e rimangono intrappolati nelle porte flottanti o viceversa. Tuttavia, nel caso della ReRAM, lo stato della cella è determinato in base alla concentrazione di ossigeno libero nello strato di ossido metallico.
Nonostante queste tecnologie siano promettenti, presentano ancora degli svantaggi. PCM e STT-RAM hanno un'elevata latenza nella scrittura. Le latenze della PCM sono dieci volte superiori a quelle della DRAM, mentre quelle della STT-RAM sono dieci volte superiori a quelle della SRAM. PCM e ReRAM hanno un limite alla durata della scrittura prima di presentare un errore grave, il che significa che l'elemento di memoria rimane bloccato su .
Nel mese di agosto 2015, Intel ha annunciato il lancio di Optane, il suo prodotto basato su 3DXPoint. Optane sostiene di avere prestazioni 1000 volte superiori rispetto agli SSD NAND, mentre il costo è quattro-cinque volte superiore a quello della memoria flash. Optane è la prova che SCM non è solo una tecnologia sperimentale. Sarà interessante osservare lo sviluppo di queste tecnologie.
Dischi rigidi (HDD)
Disco rigido a elio (HHDD)
Un disco a elio è un disco rigido ad alta capacità (HDD) riempito di elio e sigillato ermeticamente durante la produzione. Come altri dischi rigidi, come già detto in precedenza, è simile a un giradischi con un disco rotante rivestito di materiale magnetico. I normali dischi rigidi contengono semplicemente aria all'interno della cavità, mentre quest'aria crea una certa resistenza durante la rotazione dei dischi.
Le palline di elio volano perché l'elio è più leggero dell'aria. Infatti, l'elio ha 1/7 della densità dell'aria, il che riduce la forza di attrito durante la rotazione dei dischi, causando una diminuzione della quantità di energia necessaria per far ruotare i dischi. Tuttavia, questa caratteristica è secondaria; la principale caratteristica distintiva dell'elio è che consente di impacchettare 7 dischi nello stesso formato che normalmente ne accoglie solo 5. Se ricordiamo l'analogia con l'ala del nostro aereo, è un'analogia perfetta. Poiché l'elio riduce la resistenza, la turbolenza viene esclusa.
È noto anche che i palloncini di elio iniziano a scendere dopo alcuni giorni, poiché l'elio esce da essi. Lo stesso si può dire per i dischi rigidi. Sono passati anni prima che i produttori riuscissero a creare un contenitore che impedisse la fuoriuscita di elio dal fattore di forma per l'intera durata del disco. La società Backblaze ha condotto esperimenti e ha scoperto che i dischi rigidi riempiti di elio avevano un tasso di guasto annuale dell'1,03%, mentre quelli standard erano dell'1,06%. Certamente, questa differenza è così piccola che trarne una conclusione seria è piuttosto difficile. .
Il fattore di forma riempito di elio può contenere un disco rigido incapsulato utilizzando PMR, di cui abbiamo parlato sopra, oppure registrazione magnetica a microonde (MAMR) o registrazione magnetica riscaldata (HAMR). Qualsiasi tecnologia magnetica di archiviazione dati può essere combinata con l'elio invece dell'aria. Nel 2014, l'azienda HGST ha combinato due tecnologie all'avanguardia nel suo disco rigido con elio da 10 TB, utilizzando la registrazione magnetica a strati gestita dal host, o SMR (Shingled magnetic recording). Fermiamoci brevemente su SMR e poi esaminiamo MAMR e HAMR.
Tecnologia di registrazione magnetica a strati
In precedenza, abbiamo esaminato la registrazione magnetica perpendicolare (PMR), che era la precorritrice della SMR. Diversamente dalla PMR, la SMR registra nuove tracce che sovrappongono parte di una traccia magnetica precedentemente registrata. Questo, a sua volta, rende la traccia precedente più stretta, consentendo una densità di tracce superiore. Il nome della tecnologia deriva dal fatto che le tracce sovrapposte sono molto simili alle tegole su un tetto.
La SMR porta a un processo di scrittura molto più complesso, poiché quando si scrive su una traccia, viene riscritta la traccia adiacente. Questo non si manifesta quando il substrato del disco è vuoto e i dati sono sequenziali. Ma non appena si scrive su una serie di tracce che contengono già dati, i dati esistenti nelle tracce adiacenti vengono cancellati. Se una traccia adiacente contiene dati, deve essere riscritta. Questo è piuttosto simile alla memoria flash NAND di cui abbiamo parlato in precedenza.
I dispositivi SMR consentono di nascondere questa complessità grazie alla gestione del firmware, risultando in un'interfaccia simile a quella di qualsiasi altro disco rigido. D'altra parte, i dispositivi SMR controllati dall'host, senza un'adattamento speciale delle applicazioni e dei sistemi operativi, non permetteranno di utilizzare questi dischi. L'host deve eseguire la scrittura sui dispositivi in modo strettamente sequenziale. In questo modo, la prestazione dei dispositivi è prevedibile al 100%. La Seagate ha iniziato a fornire dischi SMR nel 2013, affermando che la loro densità supera del 25% la densità PMR.
Registrazione magnetica assistita a microonde (MAMR)
La registrazione magnetica assistita a microonde (MAMR) è una tecnologia di memoria magnetica che utilizza energia simile a quella dell'HAMR (che discuteremo più avanti). Una parte importante della MAMR è l'Oscillatore a coppia di spin (STO) o "generatore basato su spin". Il STO si trova molto vicino alla testina di scrittura. Quando viene applicata corrente al STO, si genera un campo elettromagnetico circolare a frequenza di 20-40 GHz grazie alla polarizzazione degli spin degli elettroni.
Quando un tale campo agisce su un ferromagnetico utilizzato per MAMR, si verifica risonanza, il che porta alla precessione dei momenti magnetici dei domini in questo campo. In sostanza, il momento magnetico si discosta dal proprio asse e per cambiare la sua direzione (capovolgimento) la testina di scrittura necessita di molto meno energia.
L'uso della tecnologia MAMR consente di adottare materiali ferromagnetici con una maggiore forza coercitiva, il che significa che si può ridurre la dimensione dei domini magnetici senza timore di causare effetti superparamagnetici. Il generatore STO aiuta a ridurre le dimensioni della testina di scrittura, permettendo così di registrare informazioni su domini magnetici di dimensioni minori, aumentando così la densità di registrazione.
La Western Digital, nota anche come WD, ha presentato questa tecnologia nel 2017. Poco dopo, nel 2018, la Toshiba ha supportato questa tecnologia. Mentre le aziende WD e Toshiba sono impegnate nella ricerca della tecnologia MAMR, la Seagate punta sull'HAMR.
Registrazione termomagnetica (HAMR)
La registrazione magnetica assistita dal calore (HAMR) è una tecnologia di archiviazione dei dati a risparmio energetico che consente di aumentare significativamente la quantità di dati che possono essere memorizzati su un dispositivo magnetico, come un hard disk, mediante l'uso del calore fornito da un laser per aiutare a scrivere i dati sulla superficie del supporto del disco rigido. Grazie al riscaldamento, i bit di dati sono posizionati sulla superficie del disco molto più vicini tra loro, consentendo di aumentare la densità e la capacità dei dati.
Questa tecnologia è piuttosto difficile da realizzare. Un laser di 200 mW riscalda rapidamente Nonostante numerose dichiarazioni scettiche, la Seagate ha dimostrato per la prima volta questa tecnologia nel 2013. I primi dischi hanno iniziato a essere forniti nel 2018.
Fine del film, torna all'inizio!
Siamo partiti dal 1951 e concludiamo l'articolo guardando al futuro della tecnologia di archiviazione. Gli archivi di dati si sono evoluti notevolmente nel tempo: dalle bande di carta a quella metallica e magnetica, alla memoria a corda, ai dischi rotanti, ai dischi ottici, alla memoria flash e oltre. Con il progresso sono emersi dispositivi di archiviazione più veloci, compatti e performanti.
Se confrontiamo l'NVMe con la nastro metallico UNISERVO del 1951, l'NVMe può leggere il 486.111% di cifre in più al secondo. Se confrontiamo l'NVMe con il mio piccolo preferito dell'infanzia, i dischi Zip, l'NVMe può leggere il 213,623% di cifre in più al secondo.
Se confrontiamo NVMe con il nastro metallico UNISERVO del 1951, NVMe può leggere il 486.111% in più di cifre al secondo. Se mettiamo a confronto NVMe con il mio amato Zip disk dell'infanzia, NVMe può leggere il 213,623% in più di cifre 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 scrivi un CD-RW con canzoni per un amico o salvi un video domestico in un Optical Disc Archive, tu pensi a come una superficie non riflettente traduca il valore in 0, mentre una riflettente lo traduca in 1. Oppure, se stai registrando un mixtape su cassetta, ricorda che è strettamente legato al Datasette usato nel Commodore PET. Infine, non dimenticare di essere gentile e riavvolgere.
Grazie e per le delizie (non posso farci niente) per tutto l'articolo!
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Fonte: habr.com
