Qualsiasi fornitore di cloud offre un servizio di archiviazione dati. Possono essere archiviazioni fredde e calde, Ice-cold, e così via. È piuttosto comodo memorizzare informazioni nel cloud. Ma come venivano conservati i dati 10, 20 o 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 emergono continuamente supporti di memorizzazione più avanzati e veloci. Un byte è un'unità di archiviazione e elaborazione di informazioni digitali, composta da otto bit. In un bit può essere registrato o 0 o 1.
Nel caso delle schede perforate, il bit è memorizzato come presenza o assenza di un foro nella scheda in un determinato punto. Se torniamo un po' indietro nel tempo alla 'Macchina analitica di Babbage', i registri che memorizzavano i numeri erano ruote dentate. Negli dispositivi di memorizzazione magnetica, come nastri e dischi, il bit è rappresentato dalla polarità di un'area specifica del nastro magnetico. Nella moderna memoria dinamica ad accesso casuale (DRAM), il bit è spesso rappresentato come una carica elettrica a due livelli, immagazzinata in un dispositivo che accumula energia elettrica in un campo elettrico. Un condensatore carico o scarico 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' di codifica dei caratteri. Iniziamo con il codice standard americano per il trasferimento di informazioni, o ASCII (ASCII - American Standard Code for Information Interchange). L'ASCII si basa sull'alfabeto inglese, quindi ogni lettera, numero e simbolo (a-z, A-Z, 0-9, +, -, /, ", !, ecc.) è rappresentato come un numero intero a 7 bit che va da 32 a 127. Questo non era molto «amichevole» nei confronti di altre lingue. Per supportare altre lingue, Unicode ha esteso l'ASCII. In Unicode, ogni carattere è rappresentato come un punto di codice, o carattere, ad esempio, la lettera minuscola j è U+006A, dove U sta per Unicode e poi il numero esadecimale.
UTF-8 è uno standard per la rappresentazione dei caratteri in otto bit, permettendo di memorizzare ogni punto di codice nell'intervallo 0-127 in un byte. Se pensiamo all'ASCII, questo è del tutto soddisfacente per i caratteri inglesi, ma i simboli di altre lingue sono spesso espressi in due o più byte. UTF-16 è lo standard per la rappresentazione dei caratteri in 16 bit, mentre UTF-32 è lo standard per i caratteri in 32 bit. In ASCII, ogni carattere è un byte, ma in Unicode, il che non è sempre corretto, un carattere può occupare 1, 2, 3 o più byte. In questo articolo verranno utilizzati vari raggruppamenti di bit. Il numero di bit in un byte varia a seconda della progettazione del supporto.
In questo articolo faremo un viaggio nel tempo attraverso diversi supporti informativi per immergerci nella storia della conservazione dei dati. Non ci addentreremo in uno studio approfondito di ogni singolo supporto informativo mai inventato. Davanti a voi c'è un articolo informativo divertente, che non pretende in alcun modo di essere enciclopedico.
Iniziamo. Supponiamo di avere un byte di dati da memorizzare: la lettera j, o come byte codificato 6a, o in forma binaria 01001010. Durante il nostro viaggio nel tempo, questo byte di dati sarà utilizzato in alcune tecnologie di archiviazione che descriveremo.
1951
La nostra storia inizia nel 1951 con il registratore a nastro UNIVAC UNISERVO per il computer UNIVAC 1. È stato il primo registratore a nastro realizzato per un computer commerciale. Il nastro era fatto di una sottile striscia di bronzo nichelato larga 12,65 mm (chiamata Vicalloy) e lunga 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 questa fase della storia, era possibile misurare la velocità dell'algoritmo di archiviazione in base alla distanza percorsa dal nastro.
1952
Spostiamoci un anno in avanti, al 21 maggio 1952, quando IBM annunciò il rilascio del suo primo modulo di 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 1,9 metri al secondo con una velocità di trasmissione di 12.500 o 7500 (all'epoca chiamati gruppi di copia) al secondo. Per riferimento: un articolo medio su Habra ha circa 10.000 simboli.
La banda IBM 726 aveva sette tracce, sei delle quali servivano per la memorizzazione delle informazioni e una per il controllo della parità. Su una bobina potevano essere avvolti fino a 400 metri di nastro largo 1,25 cm. La velocità di trasmissione dei dati raggiungeva teoricamente i 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 alla collocazione di lunghe colonne a vuoto tra le bobine del nastro e le testine di lettura/scrittura per assorbire l'improvviso aumento della tensione nel nastro, senza il quale il nastro si sarebbe generalmente strappato. Un anello di plastica removibile nella parte posteriore della bobina del nastro garantiva la protezione dalla scrittura. Su una bobina di nastro si possono memorizzare circa 1,1 .
Ricordate le cassette VHS. Cosa bisognava fare per rivedere un film? Riavvolgere il nastro! Quante volte avete fatto ruotare la cassetta su una matita per risparmiare batteria e evitare che si rompesse o si inceppasse? Lo stesso si può dire anche dei nastri utilizzati nei computer. I programmi non potevano semplicemente saltare una parte del nastro o accedere casualmente ai dati; potevano leggere e scrivere i dati in modo rigorosamente sequenziale.
1956
Se facciamo un salto in avanti di qualche anno, arriviamo al 1956, quando l'era della memorizzazione su disco magnetico iniziò con il completamento da parte di IBM del sistema informatico RAMAC 305, che sarà fornito dalla Zellerbach Paper a . In questo computer venne utilizzato per la prima volta un disco rigido a testina mobile. L'unità disco RAMAC era composta da cinquanta piastre metalliche magnetizzate di 60,96 cm di diametro, in grado di memorizzare circa cinque milioni di caratteri di dati, 7 bit per carattere, e girare 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 quantità di dati, a differenza delle cassette magnetiche o delle schede perforate. IBM pubblicizzava RAMAC come un dispositivo capace di memorizzare l'equivalente di 64.000 . In passato, RAMRAC introduceva il concetto di elaborazione continua delle transazioni mentre venivano effettuate, in modo che i dati potessero essere estratti immediatamente mentre erano ancora freschi. Ora l'accesso ai nostri dati in RAMAC poteva avvenire a una velocità di 100.000 . In precedenza, utilizzando nastri, dovevamo registrare e leggere dati sequenziali, e non potevamo salire accidentalmente su diverse posizioni del nastro. L'accesso casuale ai dati in tempo reale era davvero rivoluzionario per l'epoca.
1963
Torniamo al 1963, anno in cui fu presentato il DECtape. Il nome deriva dalla Digital Equipment Corporation, conosciuta come DEC. Il DECtape era economico e affidabile, quindi fu utilizzato nelle varie generazioni di computer DEC. Era un nastro da 19 mm, laminato e compresso tra due strati di Mylar su un rocchetto di quattro pollici (10,16 cm).
A differenza dei suoi pesanti e ingombranti predecessori, il nastro DECtape era portatile. Questo lo rendeva un'opzione ideale per i computer personali. A differenza dei modelli a 7 tracce, il DECtape aveva 6 tracce dati, 2 tracce di etichettatura e 2 per i segnali di clock. I dati venivano registrati a una velocità di 350 bit per pollice (138 bit per cm). Il nostro byte di dati, che consiste in 8 bit ma può essere esteso a 12, poteva essere trasmesso su DECtape con una 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 nome in codice . Allora, il team aveva il compito di sviluppare un metodo affidabile ed economico per caricare microcodici nel IBM System/370. Successivamente, il progetto fu riassegnato e riprofilato per caricare microcodici nel controller per l'IBM 3330 Direct Access Storage Facility con nome in codice Merlin.
Ora il nostro byte può essere memorizzato su dischetti Mylar a 8 pollici, disponibili solo in lettura e rivestiti di materiale magnetico, conosciuti oggi come floppy disk. Al momento del lancio, il prodotto era denominato IBM 23FD Floppy Disk Drive System. I dischetti potevano contenere 80 kilobyte di dati. A differenza dei dischi rigidi, l'utente poteva facilmente trasferire il dischetto in una custodia protettiva da un'unità all'altra. Successivamente, nel 1973, IBM ha rilasciato un dischetto per lettura/scrittura, che è diventato uno standard industriale. .
1969
Nel 1969, a bordo dell'astronave Apollo 11, che portava gli astronauti americani sulla Luna e ritorno, è stato attivato il computer di bordo AGC (Apollo Guidance Computer) dotato di "memoria a corda" (rope memory). Questa memoria a corda era realizzata a mano e poteva contenere 72 kilobyte di dati. La produzione di memoria a corda era laboriosa, lenta e richiedeva abilità simili a quelle della tessitura; l'intreccio del programma nella memoria a corda poteva richiedere . Ma questo era lo strumento giusto per i tempi in cui era importante massimizzare lo spazio in un'area rigidamente limitata. Quando il filo passava attraverso uno dei cavi circolari, rappresentava 1. Il filo che avvolgeva il cavo rappresentava 0. Il nostro byte di dati richiedeva a una persona alcuni minuti per intrecciare la corda.
1977
Nel 1977 fu lanciato il Commodore PET, il primo computer personale (di successo). Il PET utilizzava 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 consentito di creare una soluzione economica e affidabile per l'archiviazione dei dati, anche se molto lenta. Il nostro piccolo byte di dati poteva essere trasferito a una velocità di circa 60-70 byte in . Le cassette potevano contenere circa 100 kilobyte per lato di 30 minuti, con due lati per nastro. Ad esempio, su un lato della cassetta si potrebbero posizionare circa due immagini da 55 KB. Le Datasette erano utilizzate anche nel Commodore VIC-20 e nel Commodore 64.
1978
Un anno dopo, nel 1978, MCA e Philips presentarono il LaserDisc chiamato «Discovision». Il film «Lo Squalo» fu il primo film venduto su LaserDisc negli Stati Uniti. La qualità audio e video era notevolmente superiore a quella dei concorrenti, ma il disco laser si rivelò troppo costoso per la maggior parte dei consumatori. A differenza delle cassette VHS, su LaserDisc non era possibile registrare programmi televisivi. I dischi laser funzionavano con video analogico, audio stereo FM analogico e modulazione di impulsi codificati , o PCM, audio digitale. I dischi avevano un diametro di 12 pollici (30,47 cm) e consistevano in due dischi di alluminio a faccia singola rivestiti di plastica. Oggi il LaserDisc è ricordato come il precursore di CD e DVD.
1979
Un anno dopo, nel 1979, Alan Shugart e Finis Connor fondarono la Seagate Technology con l'idea di scalare il disco rigido alle dimensioni di un floppy disk da 5¼ pollici, che all'epoca era lo 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, cioè cinque volte di più rispetto al floppy standard. I fondatori riuscirono a raggiungere il loro obiettivo: ridurre la dimensione del disco a quella di un floppy disk da 5¼ pollici. Il nuovo dispositivo di memorizzazione era una piastra metallica rigida, rivestita su entrambi i lati con uno strato sottile di materiale magnetico per la memorizzazione dei dati. I nostri byte di dati potevano essere trasferiti sul disco a una velocità di 625 kilobyte al . Questo è circa .
1981
Spostiamoci di qualche anno in avanti, al 1981, quando Sony presentò i primi floppy disk da 3,5 pollici. Hewlett-Packard fu il primo a seguire questa tecnologia nel 1982 con il suo HP-150. Questo rese celebri i floppy disk da 3,5 pollici e li fece diffondere ampiamente nell' . I dischetti erano monouso, con una capacità formattata di 161,2 kilobyte e una capacità non formattata di 218,8 kilobyte. Nel 1982 è stata rilasciata una versione a doppio lato e il consorzio Microfloppy Industry Committee (MIC), composto da 23 aziende del settore media, ha stabilito la specifica per il dischetto da 3,5 pollici basandosi sul design originale di Sony, fissando il formato nella storia così come lo conosciamo. . Adesso i nostri byte di dati possono essere archiviati su una delle prime versioni di uno dei supporti più diffusi: il dischetto da 3,5 pollici. Più tardi, un paio di dischetti da 3,5 pollici con diventarono una parte fondamentale della mia infanzia.
1984
Poco dopo, nel 1984, fu annunciato il lancio del compact disc con dati accessibili solo in lettura (in inglese Compact Disc Read-Only Memory, CD-ROM). Questi erano CD-ROM da 550 megabyte da parte di Sony e Philips. Il formato si sviluppò dai compact disc con audio digitale, o CD-DA, che venivano utilizzati per distribuire musica. Il CD-DA fu sviluppato da Sony e Philips nel 1982 e la sua capacità era di 74 minuti. Secondo la leggenda, quando Sony e Philips stavano negoziando il standard CD-DA, uno dei quattro partecipanti insisteva affinché potesse l'intera «Nona Sinfonia». Il primo prodotto rilasciato su CD è stato «Enciclopedia Elettronica Grolier», pubblicata nel 1985. L'enciclopedia conteneva nove milioni di parole, occupando solo il 12% dello spazio disponibile, ovvero 553 . Avevamo più di spazio sufficiente per l'enciclopedia e un byte di dati. Poco dopo, nel 1985, le aziende informatiche lavoravano insieme per creare 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 con gate flottante, chiamata memoria flash, che poteva essere cancellata e riscritta più volte.
Fermiamoci un attimo sulla memoria flash, che utilizza un transistor a porta flottante. I transistor sono interruttori elettrici che possono essere accesi e spenti singolarmente. Poiché ogni transistor può trovarsi in due stati diversi (acceso e spento), può memorizzare due numeri diversi: 0 e 1. La porta flottante si riferisce al secondo gate, aggiunto al transistor centrale. Questo secondo gate è isolato da uno strato sottile di ossido. Questi transistor utilizzano una bassa tensione applicata al gate del transistor per indicare se è acceso o spento, il che viene poi tradotto in 0 o 1.
Con i gate flottanti, quando una tensione adeguata viene applicata attraverso lo strato ossidico, gli elettroni riescono a passare attraverso di esso e si bloccano nei gate. Pertanto, anche quando l'alimentazione è spenta, gli elettroni rimangono bloccati. Quando nei gate flottanti non ci sono elettroni, rappresentano un 1, mentre se gli elettroni sono bloccati, rappresentano un 0. Il processo inverso e l'applicazione di una tensione adeguata attraverso lo strato ossidico in direzione opposta permettono agli elettroni di passare attraverso i gate flottanti e ripristinare il transistor al suo stato originale. Perciò, le celle sono programmabili e . Il nostro byte può essere programmato nel transistor come 01001010, con gli elettroni bloccati nei gate flottanti, per rappresentare degli zeri.
La progettazione di Masuoka era leggermente più accessibile, ma meno flessibile rispetto a un PROM cancellabile elettricamente (EEPROM), poiché richiedeva gruppi di celle che dovevano essere cancellate insieme, ma questo era anche spiegato dalla sua velocità.
All'epoca Masuoka lavorava per Toshiba. Alla fine, lasciò per lavorare all'Università di Tohoku, insoddisfatto del fatto che l'azienda non lo avesse ricompensato per il suo lavoro. Masuoka citò in giudizio Toshiba, chiedendo un risarcimento. Nel 2006 ricevette 87 milioni di yuan, equivalenti a 758.000 dollari americani. Questo continua a sembrare insignificante, considerando quanto sia stata influente la memoria flash nel settore.
Poiché stiamo parlando di memoria flash, è opportuno notare anche la differenza tra la memoria flash NOR e NAND. Come già sappiamo da Masuoka, la flash memorizza le informazioni in celle di memoria composte da transistor con gate flottante. I nomi delle tecnologie sono direttamente collegati a come sono organizzate le celle di memoria.
Nella memoria flash NOR, le singole celle di memoria sono collegate in parallelo, consentendo un accesso casuale. Questa architettura riduce il tempo di lettura necessario per l'accesso casuale alle istruzioni del microprocessore. La memoria flash NOR è ideale per applicazioni a bassa densità destinate principalmente alla sola lettura. È per questo che la maggior parte delle CPU carica il proprio firmware, generalmente, dalla memoria flash NOR. Masuoka e i suoi colleghi hanno presentato l'invenzione della flash NOR nel 1984 e della flash NAND in .
Gli sviluppatori di NAND Flash hanno rinunciato all'accesso random per ottenere una dimensione inferiore delle celle di memoria. Questo consente di ridurre le dimensioni del chip e abbattere i costi per bit. L'architettura della memoria flash NAND è costituita da transistor di memoria collegati in serie, formati da otto parti. Grazie a ciò si ottiene un'alta densità di archiviazione, dimensioni delle celle di memoria più ridotte e una scrittura e cancellazione dei dati più veloce, poiché può programmare blocchi di dati simultaneamente. Questo si realizza grazie alla necessità di riscrivere i dati quando non vengono registrati in modo sequenziale e i dati esistono già nel .
1991
Torniamo al 1991, quando è stato creato il prototipo di un'unità a stato solido (SSD) dalla SanDisk, allora nota come . La costruzione combinava un'ampia memoria flash, chip di memoria non volatile e un controller intelligente per la rilevazione e la correzione automatica delle celle difettose. La capacità del disco era di 20 megabyte con un fattore di forma di 2,5 pollici, e il suo costo era stimato intorno a 1000 dollari americani. Questo disco è stato utilizzato da IBM in un computer .
1994
Uno dei miei supporti di memorizzazione preferiti fin dall'infanzia erano i Zip Disk. Nel 1994, l'azienda Iomega ha presentato il Zip Disk, un cartuccia da 100 megabyte in un formato da 3,5 pollici, leggermente più spessa di un normale disco da 3,5 pollici. Le versioni successive dei dischi potevano memorizzare fino a 2 gigabyte. Il vantaggio di questi dischi era che avevano le dimensioni di un floppy disk, ma con la capacità di immagazzinare una quantità superiore 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, come se fluttuassero sopra la superficie, il che è simile al funzionamento di un disco rigido, ma diverso dal principio di funzionamento degli altri floppy disk. Poco dopo, i Zip disk sono diventati obsoleti a causa di problemi di affidabilità e disponibilità.
1994
Nello stesso anno, SanDisk ha presentato CompactFlash, ampiamente utilizzato nelle videocamere digitali. Come nel caso dei CD, la velocità di CompactFlash si basa su valutazioni "x", come 8x, 20x, 133x, e così via. La massima velocità di trasferimento dati è calcolata sulla base della velocità di trasferimento di un CD audio originale, che è di 150 kilobyte al secondo. La formula della velocità di trasferimento è R = Kx150 kB/s, dove R è la velocità di trasferimento e K è la velocità nominale. Pertanto, per un CompactFlash 133x, il nostro byte di dati sarà scritto a 133x150 kB/s, ovvero circa 19.950 kB/s o 19,95 MB/s. L'Associazione CompactFlash è stata fondata nel 1995 con l'obiettivo di creare uno standard industriale per le schede di memoria basate su flash.
1997
Qualche anno dopo, nel 1997, è stato rilasciato il CD riscrivibile (CD-RW). Questo disco ottico veniva utilizzato per memorizzare dati, nonché per copiare e trasferire file su diversi dispositivi. I CD riscrivibili possono essere riscritti circa 1000 volte, il che all'epoca non rappresentava un fattore limitante, poiché gli utenti raramente riscrivevano i dati.
I CD-RW si basano su una tecnologia che modifica la capacità riflettente della superficie. Nei CD-RW, gli spostamenti di fase in un rivestimento speciale composto da argento, tellurio e indio influenzano la capacità di riflettere o non riflettere il fascio di lettura, il che corrisponde a 0 o 1. Quando il collegamento è in uno stato cristallino, è semitrasparente, il che significa 1. Quando il collegamento si fonde in uno stato amorfo, diventa opaco e non riflettente, il che 0. In questo modo, potremmo registrare il nostro byte di dati come 01001010.
I DVD hanno progressivamente preso il sopravvento sul mercato rispetto ai CD-RW.
1999
Torniamo al 1999, quando IBM ha presentato i più piccoli hard disk del mondo: i microdischi IBM da 170 e 340 MB. Si trattava di dischi rigidi compatti con un diametro di 2,54 cm, progettati per essere inseriti in slot CompactFlash Type II. L'idea era di creare un dispositivo utilizzabile come CompactFlash, ma con una capacità di memoria maggiore. Tuttavia, presto furono sostituiti da chiavette USB, e successivamente da schede CompactFlash più grandi, quando diventarono disponibili. Come altri hard disk, i microdischi erano meccanici e contenevano piccoli dischi rotanti.
2000
Un anno dopo, nel 2000, vennero presentate le chiavette USB. Questi dispositivi erano composti da memoria flash racchiusa in un formato 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. , e USB 3.0 raggiunge i 625 megabit al secondo. I primi dispositivi USB 3.1 di tipo C sono stati annunciati a 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, nonché per il trasferimento e il backup dei file. I lettori di dischetti e i lettori di compact disc sono stati rapidamente soppiantati dalle porte USB.
2005
Nel 2005, i produttori di dischi rigidi (HDD) hanno iniziato a fornire prodotti utilizzando la registrazione magnetica perpendicolare, o PMR. È piuttosto interessante che ciò sia avvenuto nello stesso periodo in cui l'iPod Nano ha annunciato l'uso della memoria flash invece dei dischi rigidi da 1 pollice nell'iPod Mini.
Un disco rigido tipico contiene uno o più dischi rigidi rivestiti da uno strato sensibile al magnetismo, composto da piccole particelle magnetiche. I dati vengono registrati quando la testina di registrazione magnetica passa appena sopra il disco rotante. Questo è molto simile a un giradischi tradizionale, con la differenza che nella giradischi la puntina è in contatto fisico con il disco. Man mano che i dischi ruotano, l'aria che li incontra crea una leggera corrente. Proprio come l'aria sulle ali di un aereo genera portanza, l'aria produce portanza sulla testina della superficie aerodinamica. . La testina cambia rapidamente la magnetizzazione di un'area magnetica delle particelle in modo tale 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 della PMR può superare quella della LMR di oltre tre volte. La principale differenza tra PMR e LMR è che la struttura dei grani e l'orientamento magnetico dei dati memorizzati nei supporti PMR sono colonnari, e non longitudinali. La PMR offre una migliore stabilità termica e un rapporto segnale-rumore (SNR) migliorato grazie a una migliore separazione dei grani e uniformità. Presenta anche una scrittura migliorata grazie a campi di testa più potenti e un migliore allineamento magnetico del supporto. Come la LMR, i limiti fondamentali della PMR si basano sulla stabilità termica dei bit di dati registrati dal magnete e sulla necessità di avere un SNR sufficiente 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 ruotava alla velocità di g/min. Questo è un notevole vantaggio rispetto al primo disco rigido al mondo, l'IBM RAMAC 350, che aveva una capacità di circa 3,75 megabyte. Quanto siamo progrediti in 51 anni! Ma aspetta, c'è dell'altro.
2009
Nel 2009, sono iniziati i lavori tecnici per creare una memoria flash non volatile, o . La memoria non volatile (NVM) è un tipo di memoria che può conservare i dati in modo permanente, a differenza della memoria volatile che richiede un'alimentazione costante per mantenere i dati. NVMe soddisfa la necessità di un'interfaccia scalabile per host controller per i componenti periferici basati su SSD con supporto per la tecnologia PCIe, da cui il nome NVMe. Oltre 90 aziende hanno partecipato al gruppo di lavoro per lo sviluppo del progetto. Tutto ciò si basa sui risultati ottenuti nella definizione della specifica dell'interfaccia di memoria non volatile per l'host controller (NVMHCIS). I migliori dischi NVMe oggi disponibili possono gestire 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 lavorazione 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, come NVM, è resistente, ma SCM offre anche prestazioni superiori o comparabili a quelle della memoria principale, oltre a . L'obiettivo di SCM è risolvere alcune delle attuali problematiche della cache, come la bassa densità della memoria statica ad accesso casuale (SRAM). Con la memoria dinamica (DRAM) possiamo ottenere una densità migliore, ma ciò avviene a scapito di un accesso più lento. Inoltre, la DRAM soffre della necessità di alimentazione costante per aggiornare la memoria. Approfondiamo un po' la questione. L'alimentazione è necessaria poiché la carica elettrica nei condensatori si esaurisce gradualmente, il che significa che senza intervento i dati sul chip andranno presto persi. Per prevenire questa dispersione, la DRAM richiede un circuito esterno di aggiornamento della memoria che riscrive periodicamente i dati nei condensatori, ripristinando la carica originale.
Memoria a cambiamento di fase (Phase-change memory, PCM)
In precedenza abbiamo esaminato come cambia la fase per CD-RW. Il PCM è simile. Il materiale per il cambiamento di fase è generalmente il 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, rispetto allo stato cristallino, che rappresenta 1. Assegnando valori ai dati a resistenze intermedie, il PCM può essere utilizzato per memorizzare molteplici stati sotto forma di .
Memoria ad accesso casuale a coppia di spin (STT-RAM)
La STT-RAM è composta da due strati ferromagnetici permanenti, separati da un dielettrico, ovvero un isolante che può trasmettere forza elettrica senza condurre. Essa memorizza bit di dati basati sulla differenza delle 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 dalla corrente che lo attraversa. Per 1, la direzione di magnetizzazione dei due strati è allineata. Per 0, entrambi gli strati hanno direzioni magnetiche opposte.
Memoria resistiva a accesso casuale (Resistive random access memory, ReRAM)
Una cella ReRAM è composta da due elettrodi metallici separati da uno strato ossidico di metallo. È simile al design della memoria flash di Masuoka, dove gli elettroni attraversano lo strato ossidico e rimangono intrappolati nelle porte fluttuanti o viceversa. Tuttavia, utilizzando ReRAM, lo stato della cella è determinato sulla base della concentrazione di ossigeno libero nello strato ossidico di metallo.
Sebbene queste tecnologie siano promettenti, presentano comunque degli svantaggi. PCM e STT-RAM hanno latenze di scrittura elevate. Le latenze PCM sono dieci volte superiori rispetto a quelle della DRAM, mentre quelle dello STT-RAM sono dieci volte superiori rispetto a quelle della SRAM. PCM e ReRAM hanno una limitazione sulla durata della scrittura prima che si verifichi un errore serio, il che significa che l'elemento di memoria rimane bloccato su .
Nell'agosto 2015, Intel ha annunciato il lancio di Optane, il suo prodotto basato su 3DXPoint. Optane afferma di avere prestazioni mille volte superiori a quelle degli SSD NAND, sebbene il prezzo sia quattro o cinque volte superiore alla memoria flash. Optane è la prova che lo SCM non è solo una tecnologia sperimentale. Sarà interessante osservare l'evoluzione di queste tecnologie.
Dischi rigidi (HDD)
Disco rigido elio (HHDD)
Un disco elio è un disco rigido ad alta capacità (HDD) riempito di elio e sigillato ermeticamente durante il processo di produzione. Come altri dischi rigidi, come già accennato, è simile a un giradischi con un disco rotante rivestito di materiale magnetico. I dischi rigidi tradizionali contengono semplicemente aria all'interno della cavità, ma questa aria crea una certa resistenza durante la rotazione delle piastre.
I palloncini di elio volano perché l'elio è più leggero dell'aria. Infatti, l'elio ha una densità pari a 1/7 rispetto a quella dell'aria, il che riduce la forza di attrito durante la rotazione delle pale, diminuendo la quantità di energia necessaria per far girare i dischi. Tuttavia, questa caratteristica è secondaria; la principale peculiarità dell'elio è che permette di impacchettare 7 pale nello stesso formato che di solito accoglieva solo 5. Se riportiamo l'analogia con l'ala del nostro aereo, è un parallelo perfetto. Poiché l'elio riduce la resistenza, si esclude la turbolenza.
È noto che i palloncini con elio iniziano a sgonfiarsi dopo alcuni giorni a causa della fuoriuscita dell'elio. Lo stesso vale per i dischi rigidi. Sono passati anni prima che i produttori riuscissero a creare un contenitore in grado di prevenire la fuoriuscita di elio dal form factor per tutta la durata del disco. Backblaze ha condotto esperimenti e ha scoperto che i dischi rigidi con elio avevano un tasso di errori annuale dell'1,03%, rispetto all'1,06% di quelli standard. Naturalmente, questa differenza è così piccola che trarre conclusioni significative risulta difficile. .
Il form factor riempito di elio può contenere un disco rigido incapsulato utilizzando PMR, di cui abbiamo parlato in precedenza, oppure registrazione magnetica a microonde (MAMR) o registrazione magnetica riscaldata (HAMR). Qualunque tecnologia di memorizzazione magnetica può essere combinata con l'elio invece che con l'aria. Nel 2014, HGST ha combinato due tecnologie avanzate nel suo disco rigido con elio da 10 TB, che utilizzava la registrazione magnetica a sovrapposizione controllata dal host, ovvero SMR (Shingled Magnetic Recording). Ci fermeremo un attimo su SMR, per poi esaminare MAMR e HAMR.
Tecnologia della registrazione magnetica a piastrelle
In precedenza abbiamo esaminato la registrazione magnetica perpendicolare (PMR), che era la precorritrice della SMR. A differenza della 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, garantendo una maggiore densità delle tracce. Il nome della tecnologia deriva dal fatto che le tracce sovrapposte assomigliano molto a delle scaglie di tegole su un tetto.
La SMR porta a un processo di scrittura molto più complesso, poiché durante la registrazione su una traccia viene riscritta la traccia adiacente. Questo non si manifesta quando il supporto del disco è vuoto e i dati sono sequenziali. Ma non appena si inizia a registrare su una serie di tracce che contengono già dati, i dati esistenti adiacenti vengono cancellati. Se la traccia adiacente contiene dati, è necessario riscriverla. Questo è piuttosto simile alla memoria flash NAND di cui abbiamo parlato in precedenza.
I dispositivi SMR consentono di nascondere questa complessità attraverso la gestione del firmware, risultando in un'interfaccia simile a qualsiasi altro disco rigido. D'altro canto, i dispositivi SMR gestiti dal host, senza una specifica adattamento di applicazioni e sistemi operativi, non permetteranno di utilizzare questi dischi. L'host deve eseguire la scrittura sui dispositivi in modo strettamente sequenziale. In tal modo, le prestazioni dei dispositivi sono al 100% prevedibili. Seagate ha iniziato la distribuzione dei dischi SMR nel 2013, dichiarando che la loro densità è superiore del 25% rispetto alla densità PMR.
Registrazione magnetica assistita da microonde (MAMR)
La registrazione magnetica assistita da microonde (MAMR) è una tecnologia di memorizzazione magnetica che utilizza un'energia simile a quella di HAMR (discuteremo in seguito). Una parte importante della MAMR è l'oscillatore a coppia di spin (STO) o "generatore basato sulla rotazione degli spin". L'STO stesso si trova molto vicino alla testina di scrittura. Quando viene applicata una corrente all'STO, si genera un campo elettromagnetico circolare con una frequenza di 20-40 GHz grazie alla polarizzazione degli spin degli elettroni.
Quando un campo di questo tipo agisce su un ferromagnetico utilizzato per MAMR, si verifica una risonanza che porta alla precessione dei momenti magnetici dei domini in quel campo. Fondamentalmente, il momento magnetico si devia dal suo asse e per cambiare direzione (rovesciamento) della testina di scrittura è necessaria notevolmente meno energia.
L'uso della tecnologia MAMR consente di utilizzare materiali ferromagnetici con una maggiore forza coercitiva, permettendo così di ridurre le dimensioni dei domini magnetici senza il rischio di causare effetti superparamagnetici. Il generatore STO aiuta a ridurre le dimensioni della testina di scrittura, consentendo di memorizzare informazioni su domini magnetici di dimensioni inferiori, aumentando quindi la densità di registrazione.
La società Western Digital, conosciuta anche come WD, ha presentato questa tecnologia nel 2017. Poco dopo, nel 2018, anche Toshiba ha supportato questa tecnologia. Mentre le aziende WD e Toshiba sono impegnate nella ricerca della tecnologia MAMR, Seagate sta puntando su 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 disco rigido, utilizzando il calore fornito da un laser per aiutare a scrivere i dati sulla superficie del disco rigido. Grazie al riscaldamento, i bit di dati possono essere posizionati molto più vicini l'uno all'altro sulla superficie del disco, aumentando così la densità e la capacità dei dati.
Questa tecnologia è abbastanza difficile da implementare. Un laser di 200 mW riscalda rapidamente un'area microscopica fino a 400 °C prima della registrazione, senza interferire o danneggiare i dati rimanenti sul disco. Il processo di riscaldamento, registrazione dei dati e raffreddamento deve completarsi in meno di un nanosecondo. Per affrontare queste sfide, è stata necessaria lo sviluppo di plasmoni superficiali nanoscalari, noti anche come laser a guida superficiale, anziché un riscaldamento diretto con laser, oltre a nuovi tipi di lastre di vetro e rivestimenti termoregolatori, in grado di resistere a un riscaldamento localizzato rapido senza danneggiare la testina di registrazione o i dati circostanti, e vari altri problemi tecnici che devono essere superati.
Nonostante numerosi scetticismi, la Seagate ha dimostrato per la prima volta questa tecnologia nel 2013. I primi dischi sono stati consegnati nel 2018.
Fine del nastro, rewind!
Abbiamo iniziato nel 1951 e concludiamo l'articolo guardando al futuro della tecnologia di archiviazione. I sistemi di storage sono cambiati drasticamente nel tempo: dalla carta all'acciaio e ai supporti magnetici, dalla memoria a corda ai dischi rotanti, dai dischi ottici alla memoria flash e oltre. Con il progresso sono emersi dispositivi di archiviazione più veloci, compatti e performanti.
Se confrontiamo NVMe con il nastro metallico UNISERVO del 1951, NVMe può leggere il 486.111% in più di dati al secondo. Paragonando NVMe con il mio amato Zip disk d'infanzia, NVMe può leggere il 213,623% in più di dati al secondo.
L'unica cosa che rimane la stessa è l'uso di 0 e 1. I modi in cui lo facciamo variano notevolmente. Spero che la prossima volta che registri un CD-RW con canzoni per un amico o salvi un video domestico in un Optical Disc Archive, penserai a come una superficie non riflettente traduce il valore in 0, mentre una superficie riflettente lo trasforma in 1. Oppure, se stai creando un mix tape su una cassetta, ricorda che è molto strettamente legato al Datasette usato nel Commodore PET. Infine, non dimenticare di essere gentile e riavvolgere.
Grazie e per le prelibatezze (non posso farci nulla) per tutto l'articolo!
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Fonte: habr.com
