חייו של בייט נתונים

כל ספק ענן מציע שירותי אחסון נתונים. אלה יכולים להיות אחסון קר וחם, קר קרח וכו'. אחסון מידע בענן הוא די נוח. אבל איך הנתונים למעשה אוחסנו לפני 10, 20, 50 שנים? Cloud4Y תרגם מאמר מעניין שמדבר בדיוק על זה.

ניתן לאחסן בייט של נתונים במגוון דרכים, שכן מדיי אחסון חדשים, מתקדמים ומהירים יותר מופיעים כל הזמן. בייט הוא יחידת אחסון ועיבוד של מידע דיגיטלי, המורכבת משמונה ביטים. סיביות אחת יכולה להכיל 0 או 1.

במקרה של כרטיסים מנוקבים, הביט נשמר כנוכחות/היעדר חור בכרטיס במיקום מסוים. אם נחזור קצת יותר אל המנוע האנליטי של באבאג', הרישומים שאוחסנו מספרים היו גלגלי שיניים. בהתקני אחסון מגנטיים כגון קלטות ודיסקים, מעט מיוצג על ידי הקוטביות של אזור מסוים של הסרט המגנטי. בזיכרון גישה אקראית דינמית מודרנית (DRAM), מעט מיוצג לעתים קרובות כמטען חשמלי דו-מפלסי המאוחסן במכשיר המאחסן אנרגיה חשמלית בשדה חשמלי. מיכל טעון או משוחרר מאחסן מעט נתונים.

ביוני 1956 השנה ורנר בוכהולץ המציא את המילה בייט לציון קבוצת ביטים המשמשים לקידוד תו בודד טקסט. בואו נדבר קצת על קידוד תווים. נתחיל עם קוד התקן האמריקאי לחילופי מידע, או ASCII. ASCII התבסס על האלפבית האנגלי, כך שכל אות, מספר וסמל (a-z, A-Z, 0-9, +, - , /, ",! וכו'. ) יוצגו כמספר שלם של 7 סיביות מ-32 עד 127. זה לא היה בדיוק "ידידותי" לשפות אחרות. כדי לתמוך בשפות אחרות, Unicode הרחיב את ASCII. ב-Unicode כל תו מיוצג כנקודת קוד, או סמל, למשל , אות j הוא U+006A, כאשר U מייצג Unicode ולאחר מכן מספר הקסדצימלי.

UTF-8 הוא תקן לייצוג תווים כשמונה ביטים, המאפשר לאחסן כל נקודת קוד בטווח 0-127 בבייט בודד. אם אנו זוכרים את ASCII, זה די נורמלי עבור תווים באנגלית, אך תווי שפה אחרים מתבטאים לרוב בשני בייטים או יותר. UTF-16 הוא תקן לייצוג תווים כ-16 סיביות, ו-UTF-32 הוא תקן לייצוג תווים כ-32 סיביות. ב-ASCII, כל תו הוא בית, אבל ב-Unicode, שלעיתים קרובות לא לגמרי נכון, תו יכול לתפוס 1, 2, 3 או יותר בתים. המאמר ישתמש בקבוצות גודל שונות של ביטים. מספר הביטים בבייט משתנה בהתאם לעיצוב המדיה.

במאמר זה, ניסע אחורה בזמן דרך מדיות אחסון שונות כדי להתעמק בהיסטוריה של אחסון נתונים. בשום מקרה לא נתחיל לחקור לעומק כל אמצעי אחסון שאי פעם הומצא. זהו מאמר אינפורמטיבי מהנה שבשום אופן אינו מתיימר להיות בעל משמעות אנציקלופדית.

בואו נתחיל. נניח שיש לנו בייט נתונים לאחסון: האות j, או כבית מקודד 6a, או בתור בינארי 01001010. ככל שאנו מטיילים בזמן, בייט הנתונים ישמש במספר טכנולוגיות אחסון שיתוארו.

1951

הסיפור שלנו מתחיל בשנת 1951 עם כונן הטייפ UNIVAC UNISERVO למחשב UNIVAC 1. זה היה כונן הטייפ הראשון שנוצר עבור מחשב מסחרי. הרצועה הייתה עשויה מרצועה דקה של ברונזה מצופה ניקל, ברוחב 12,65 מ"מ (המכונה ויקלוי) ואורכה כמעט 366 מטרים. ניתן לאחסן בתים של הנתונים שלנו בקצב של 7 תווים לשנייה בקלטת הנעה במהירות של 200 מטר לשנייה. בשלב זה בהיסטוריה, אתה יכול למדוד את המהירות של אלגוריתם אחסון לפי המרחק שהקלטת עברה.

1952

מהר קדימה שנה ל-21 במאי 1952, כאשר IBM הכריזה על שחרור יחידת הסרט המגנטי הראשון שלה, IBM 726. כעת ניתן היה להעביר את בייט הנתונים שלנו מקלטת מתכת UNISERVO לסרט מגנטי של IBM. הבית החדש הזה התברר כנעים מאוד עבור בייט הנתונים הקטן מאוד שלנו, מכיוון שהקלטת יכולה לאחסן עד 2 מיליון ספרות. סרט מגנטי זה בן 7 מסלולים נע במהירות של 1,9 מטר לשנייה עם קצב בונד של 12 מספרים או 7500 символов (באותו זמן נקרא קבוצות העתקה) לשנייה. לעיון: מאמר ממוצע על Habré מכיל כ-10 תווים.

לקלטת IBM 726 היו שבעה רצועות, שש מהן שימשו לאחסון מידע ואחת לבקרת זוגיות. סליל אחד יכול להכיל עד 400 מטר של סרט ברוחב של 1,25 ס"מ. מהירות העברת הנתונים הגיעה תיאורטית ל-12,5 אלף תווים בשנייה; צפיפות ההקלטה היא 40 סיביות לסנטימטר. מערכת זו השתמשה בשיטת "ערוץ ואקום" שבה לולאה של סרט הסתובבה בין שתי נקודות. זה אפשר לקלטת להתחיל ולהפסיק בשבריר שנייה. זה הושג על ידי הצבת עמודי ואקום ארוכים בין סלילי הקלטת וראשי הקריאה/כתיבה כדי לספוג את העלייה הפתאומית במתח בסרט, שבלעדיו הטייפ בדרך כלל נשבר. טבעת פלסטיק ניתנת להסרה בחלק האחורי של סליל הקלטת סיפקה הגנת כתיבה. סליל אחד של סרט יכול לאחסן בערך 1,1 מגה בייט.

זכור קלטות VHS. מה היית צריך לעשות כדי לראות שוב את הסרט? החזר את הקלטת לאחור! כמה פעמים סובבתם קסטה לנגן שלכם על עיפרון, כדי לא לבזבז סוללות ולקבל קלטת קרועה או נתקעת? אותו הדבר ניתן לומר על קלטות המשמשות למחשבים. תוכניות לא יכלו פשוט לקפוץ סביב הקלטת או לגשת באופן אקראי לנתונים, הן יכלו לקרוא ולכתוב נתונים ברצף.

1956

מהר קדימה כמה שנים עד 1956, ועידן אחסון הדיסק המגנטי החל עם השלמת מערכת המחשב RAMAC 305 של יבמ, ש-Zlerbach Paper סיפקה ל- סן פרנסיסקו. מחשב זה היה הראשון שהשתמש בכונן קשיח עם ראש נע. כונן הדיסקים של RAMAC כלל חמישים לוחות מתכת ממוגנטים בקוטר של 60,96 ס"מ, המסוגלים לאחסן כחמישה מיליון תווים של נתונים, 7 ביטים לתו, ולהסתובב במהירות של 1200 סיבובים לדקה. נפח האחסון היה כ-3,75 מגה בייט.

RAMAC אפשרה גישה בזמן אמת לכמויות גדולות של נתונים, בניגוד לסרט מגנטי או לכרטיסים מחוררים. יבמ פרסמה את ה-RAMAC כמסוגל לאחסן שווה ערך ל-64 כרטיס ניקוב. בעבר, RAMRAC הציגה את הרעיון של עיבוד מתמשך של עסקאות כשהן מתרחשות, כך שניתן היה לאחזר נתונים באופן מיידי כשהם עדיין טריים. כעת ניתן היה לגשת לנתונים שלנו ב-RAMAC במהירויות של 100 ביטים לשנייה. בעבר, בעת שימוש בקלטות, היינו צריכים לכתוב ולקרוא נתונים רציפים, ולא יכולנו לקפוץ בטעות לחלקים שונים של הקלטת. גישה אקראית בזמן אמת לנתונים הייתה מהפכנית באמת באותה תקופה.

1963

בוא נצוץ קדימה לשנת 1963 כאשר DECTtape הוצג. השם מגיע מתאגיד הציוד הדיגיטלי, המכונה DEC. DECtape היה זול ואמין, ולכן נעשה בו שימוש בדורות רבים של מחשבי DEC. זה היה סרט 19 מ"מ, למינציה וצמוד בין שתי שכבות של מיילר על סליל של ארבעה אינץ' (10,16 ס"מ).

שלא כמו קודמיו הכבדים והמגושמים, ניתן היה לשאת את DECTtape ביד. זה הפך אותו לאופציה מצוינת עבור מחשבים אישיים. שלא כמו מקביליו עם 7 רצועות, ל-DECTape היו 6 רצועות נתונים, 2 רצועות רמז ו-2 לשעון. הנתונים תועדו ב-350 סיביות לאינץ' (138 סיביות לס"מ). בייט הנתונים שלנו, שהוא 8 סיביות אך ניתן להרחבה ל-12, יכול להעביר ל-DECTape בקצב של 8325 מילים של 12 סיביות לשנייה במהירות קלטת של 93 (±12) אינץ' לשנייה. תן לי שנייה. זה 8% יותר ספרות לשנייה מאשר קלטת מתכת UNISERVO ב-1952.
 

1967

ארבע שנים מאוחר יותר, ב-1967, צוות קטן של יבמ החל לעבוד על כונן התקליטון של יבמ, בשם הקוד מינאו. לאחר מכן הוטל על הצוות לפתח דרך אמינה וזולה לטעינת מיקרוקודים מיינפריים IBM System/370. לאחר מכן, הפרויקט בוצע מחדש ונועד מחדש כדי לטעון מיקרוקוד לתוך בקר עבור מתקן האחסון של IBM 3330 Direct Access, בשם הקוד מרלין.

כעת ניתן היה לאחסן את ה-byte שלנו על תקליטוני Mylar מצופים מגנטית לקריאה בלבד בגודל 8 אינץ', הידועים היום כתקליטונים. בזמן השחרור, המוצר נקרא IBM 23FD Floppy Disk Drive System. הדיסקים יכולים להכיל 80 קילובייט של נתונים. שלא כמו כוננים קשיחים, משתמש יכול בקלות להעביר תקליטון במעטפת מגן מכונן אחד למשנהו. מאוחר יותר, ב-1973, IBM הוציאה את תקליטון הקריאה/כתיבה, שהפך אז לתעשייתי סטנדרטית.
 

1969

 ב-1969 שוגר מחשב ההדרכה של אפולו (AGC) עם זיכרון חבל על סיפון החללית אפולו 11, שהובילה אסטרונאוטים אמריקאים לירח ובחזרה. זיכרון החבל הזה נוצר בעבודת יד ויכול להכיל 72 קילובייט של נתונים. ייצור זיכרון החבל היה עתיר עבודה, איטי ודרש מיומנויות בדומה לאריגה; זה יכול לקחת חודשים. אבל זה היה הכלי המתאים לאותם זמנים שבהם היה חשוב להתאים את המקסימום לחלל מוגבל בהחלט. כאשר החוט עבר דרך אחד הגדילים המעגליים, הוא ייצג 1. החוט שעובר סביב הגדיל ייצג 0. בית הנתונים שלנו דרש מאדם לקלוע מספר דקות לתוך החבל.

1977

ב-1977 יצא ה-Commodore PET, המחשב האישי הראשון (המוצלח). ה-PET השתמש ב-Commodore 1530 Datasette, כלומר נתונים פלוס קלטת. PET המירה את הנתונים לאותות אודיו אנלוגיים, שאוחסנו לאחר מכן קלטות. זה איפשר לנו ליצור פתרון אחסון חסכוני ואמין, אם כי איטי מאוד. בייט הנתונים הקטן שלנו יכול להיות מועבר במהירות של כ-60-70 בייטים לכל תן לי שנייה. קלטות יכולות להכיל כ-100 קילובייט לכל צד של 30 דקות, עם שני צדדים לקלטת. לדוגמה, צד אחד של קלטת יכול להכיל בערך שתי תמונות בגודל 55 KB. ערכות נתונים שימשו גם ב- Commodore VIC-20 ו- Commodore 64.

1978

שנה לאחר מכן, ב-1978, MCA ו-Philips הציגו את LaserDisc תחת השם "Discovision". Jaws היה הסרט הראשון שנמכר ב- LaserDisc בארצות הברית. איכות השמע והווידאו שלו הייתה הרבה יותר טובה מהמתחרים שלו, אבל הדיסק הלייזר היה יקר מדי עבור רוב הצרכנים. לא ניתן היה להקליט את ה-LaserDisc, בניגוד לקלטות VHS שאנשים הקליטו בהן תוכניות טלוויזיה. דיסקים לייזר עבדו עם וידאו אנלוגי, אודיו אנלוגי FM סטריאו וקוד דופק וויסות, או PCM, אודיו דיגיטלי. הדיסקים היו בקוטר של 12 אינץ' (30,47 ס"מ) והורכבו משתי דיסקות אלומיניום חד-צדדיות מצופים בפלסטיק. כיום LaserDisc זכור כבסיס של תקליטורים ו-DVD.

1979

שנה לאחר מכן, ב-1979, אלן שוגרט ופיניס קונר הקימו את Seagate Technology עם הרעיון להגדיל את הכונן הקשיח לגודל של תקליטון בגודל 5 ¼ אינץ', שהיה סטנדרטי באותה תקופה. המוצר הראשון שלהם ב-1980 היה הכונן הקשיח של Seagate ST506, הכונן הקשיח הראשון למחשבים קומפקטיים. הדיסק הכיל חמישה מגה-בייט של נתונים, שהיה אז גדול פי חמישה מתקליטון רגיל. המייסדים הצליחו להשיג את מטרתם להקטין את גודל הדיסק לגודל של תקליטון בגודל 5¼ אינץ'. התקן אחסון הנתונים החדש היה לוחית מתכת קשיחה מצופה משני הצדדים בשכבה דקה של חומר אחסון נתונים מגנטי. ניתן היה להעביר את בייט הנתונים שלנו לדיסק במהירות של 625 קילובייט לכל תן לי שנייה. זה בערך GIF כזה.

1981

מהר קדימה כמה שנים לשנת 1981, כאשר סוני הציגה את התקליטון הראשונים בגודל 3,5 אינץ'. Hewlett-Packard הפכה לאמץ הראשון של טכנולוגיה זו בשנת 1982 עם HP-150 שלה. זה הפך את התקליטונים בגודל 3,5 אינץ' למפורסמים ונתן להם שימוש נרחב ברחבי העולם. ענף. התקליטונים היו חד צדדיים בקיבולת פורמט של 161.2 קילובייט וקיבולת לא מעוצבנת של 218.8 קילובייט. בשנת 1982, שוחררה גרסה דו-צדדית, וקונסורציום Microfloppy Industry Committee (MIC) של 23 חברות מדיה ביסס את מפרט התקליטונים בגודל 3,5 אינץ' על העיצוב המקורי של סוני, מה שחיבר את הפורמט להיסטוריה כפי שאנו מכירים אותו היום. אנחנו יודעים. כעת ניתן לאחסן את בייט הנתונים שלנו בגרסה מוקדמת של אחת מדיות האחסון הנפוצות ביותר: התקליטון בגודל 3,5 אינץ'. מאוחר יותר, זוג תקליטונים בגודל 3,5 אינץ' עם שביל האורגון הפך לחלק החשוב ביותר בילדותי.

1984

זמן קצר לאחר מכן, בשנת 1984, הוכרז על יציאתו של ה-Compact Disc Read-Only Memory (CD-ROM). אלה היו תקליטורי CD-ROM של 550 מגה-בייט של סוני ופיליפס. הפורמט צמח מתקליטורים עם אודיו דיגיטלי, או CD-DA, ששימשו להפצת מוזיקה. CD-DA פותח על ידי סוני ופיליפס בשנת 1982 והיה בעל קיבולת של 74 דקות. לפי האגדה, כשסוני ופיליפס ניהלו משא ומתן על תקן CD-DA, אחד מארבעת האנשים התעקש שהוא יכול לְהַכִיל הסימפוניה התשיעית כולה. המוצר הראשון שיצא בתקליטור היה האנציקלופדיה האלקטרונית של גרולייר, שפורסמה ב-1985. האנציקלופדיה הכילה תשעה מיליון מילים, שתפסו רק 12% משטח הדיסק הזמין, שהוא 553 mebibyte. יהיה לנו די והותר מקום לאנציקלופדיה ובייט של נתונים. זמן קצר לאחר מכן, ב-1985, חברות מחשבים עבדו יחד כדי ליצור תקן לכונני דיסקים כך שכל מחשב יוכל לקרוא אותם.

1984

כמו כן, בשנת 1984, Fujio Masuoka פיתח סוג חדש של זיכרון שער צף בשם זיכרון פלאש, שהיה מסוגל להימחק ולשכתב פעמים רבות.

בואו ניקח רגע כדי להסתכל על זיכרון הבזק באמצעות טרנזיסטור שער צף. טרנזיסטורים הם שערים חשמליים שניתן להפעיל ולכבות בנפרד. מכיוון שכל טרנזיסטור יכול להיות בשני מצבים שונים (מופעל וכיבוי), הוא יכול לאחסן שני מספרים שונים: 0 ו-1. שער צף מתייחס לשער שני שנוסף לטרנזיסטור האמצעי. שער שני זה מבודד בשכבת תחמוצת דקה. טרנזיסטורים אלה משתמשים במתח קטן המופעל על השער של הטרנזיסטור כדי לציין אם הוא מופעל או כבוי, אשר בתורו מתורגם ל-0 או 1.
 
עם שערים צפים, כאשר המתח המתאים מופעל דרך שכבת התחמוצת, אלקטרונים זורמים דרכה ונתקעים על השערים. לכן, גם כשהחשמל כבוי, האלקטרונים נשארים עליהם. כאשר אין אלקטרונים על השערים הצפים, הם מייצגים 1, וכאשר אלקטרונים תקועים, הם מייצגים 0. היפוך תהליך זה והפעלת מתח מתאים דרך שכבת התחמוצת בכיוון ההפוך גורם לאלקטרונים לזרום דרך השערים הצפים ולהחזיר את הטרנזיסטור למצבו המקורי. לכן התאים נעשים ניתנים לתכנות ו לא נדיף. ניתן לתכנת את הביט שלנו לתוך הטרנזיסטור כ-01001010, עם אלקטרונים, עם אלקטרונים תקועים בשערים צפים כדי לייצג אפסים.

העיצוב של Masuoka היה מעט יותר זול אך פחות גמיש מ-PROM הניתן למחיקה חשמלית (EEPROM), שכן הוא דרש מספר קבוצות של תאים שהיו צריכים להימחק יחד, אבל זה גם הסביר את המהירות שלו.

באותו זמן, Masuoka עבד עבור Toshiba. בסופו של דבר הוא עזב לעבוד באוניברסיטת טוהוקו כי הוא לא היה מרוצה מכך שהחברה לא תגמלה אותו על עבודתו. מאסווקה תבע את טושיבה בדרישה לפיצוי. ב-2006 שילמו לו 87 מיליון יואן, שווה ערך ל-758 אלף דולר אמריקאי. זה עדיין נראה חסר משמעות בהתחשב במידת ההשפעה של זיכרון הפלאש בתעשייה.

בזמן שאנחנו מדברים על זיכרון פלאש, כדאי גם לשים לב מה ההבדל בין זיכרון פלאש NOR ו-NAND. כפי שאנו כבר יודעים מ-Masuoka, פלאש אוגר מידע בתאי זיכרון המורכבים מטרנזיסטורי שער צף. שמות הטכנולוגיות קשורים ישירות לאופן שבו מאורגנים תאי זיכרון.

ב- NOR flash, תאי זיכרון בודדים מחוברים במקביל כדי לספק גישה אקראית. ארכיטקטורה זו מפחיתה את זמן הקריאה הדרוש לגישה אקראית להוראות המיקרו-מעבד. זיכרון פלאש NOR אידיאלי עבור יישומים בצפיפות נמוכה יותר שהם בעיקר לקריאה בלבד. זו הסיבה שרוב המעבדים טוענים את הקושחה שלהם, בדרך כלל מזיכרון פלאש NOR. Masuoka ועמיתיו הציגו את המצאת NOR flash ב-1984 ו-NAND flash ב- 1987.

מפתחי NAND Flash נטשו את תכונת הגישה האקראית כדי להשיג גודל תא זיכרון קטן יותר. זה מביא לגודל שבב קטן יותר ולעלות נמוכה יותר לסיביות. ארכיטקטורת זיכרון הפלאש NAND מורכבת מטרנזיסטורי זיכרון של שמונה חלקים המחוברים בסדרה. זה משיג צפיפות אחסון גבוהה, גודל תאי זיכרון קטן יותר וכתיבה ומחיקה מהירה יותר של נתונים מכיוון שהוא יכול לתכנת בלוקים של נתונים בו-זמנית. זה מושג על ידי דרישת כתיבה מחדש של נתונים כאשר הם לא נכתבים ברצף והנתונים כבר קיימים ב גוּשׁ.

1991

בואו נעבור לשנת 1991, כאשר אב טיפוס של כונן מוצק (SSD) נוצר על ידי SanDisk, שנקרא אז SunDisk. העיצוב שילב מערך זיכרון פלאש, שבבי זיכרון לא נדיפים ובקר חכם לזיהוי ותיקון אוטומטי של תאים פגומים. קיבולת הדיסק הייתה 20 מגה-בייט עם מקדם צורה של 2,5 אינץ', ועלותו נאמדה בכ-1000 דולר. דיסק זה שימש את IBM במחשב ThinkPad.

1994

אחת מדיות האחסון האישיות האהובות עלי מאז הילדות הייתה Zip Disks. בשנת 1994, Iomega הוציאה את ה-Zip Disk, מחסנית של 100 מגה-בייט בפורמט של 3,5 אינץ', בערך מעט יותר עבה מכונן רגיל של 3,5 אינץ'. גרסאות מאוחרות יותר של הכוננים יכולות לאחסן עד 2 גיגה-בייט. הנוחות של הדיסקים האלה היא שהם היו בגודל של תקליטון, אבל היה להם יכולת לאחסן כמות גדולה יותר של נתונים. הנתונים שלנו יכולים להיכתב לדיסק Zip במהירות של 1,4 מגה-בייט לשנייה. לשם השוואה, באותה תקופה נכתבו 1,44 מגה-בייט של תקליטון בגודל 3,5 אינץ' במהירות של כ-16 קילובייט לשנייה. בדיסק Zip, הראשים קוראים/כותבים נתונים ללא מגע, כאילו עפים מעל פני השטח, דבר הדומה לפעולה של כונן קשיח, אך שונה מעיקרון הפעולה של תקליטונים אחרים. דיסקי Zip התיישנו במהרה בגלל בעיות אמינות וזמינות.

1994

באותה שנה, SanDisk הציגה את CompactFlash, שהיה בשימוש נרחב במצלמות וידאו דיגיטליות. כמו בתקליטורים, מהירויות CompactFlash מבוססות על דירוגי "x" כגון 8x, 20x, 133x וכו'. קצב העברת הנתונים המרבי מחושב על סמך קצב הסיביות של תקליטור השמע המקורי, 150 קילובייט לשנייה. קצב ההעברה נראה כמו R = Kx150 kB/s, כאשר R הוא קצב ההעברה ו-K היא המהירות הנומינלית. אז עבור CompactFlash 133x, בייט הנתונים שלנו ייכתב ב-133x150 kB/s או בערך 19 kB/s או 950 MB/s. עמותת CompactFlash נוסדה בשנת 19,95 במטרה ליצור תקן תעשייתי עבור כרטיסי זיכרון פלאש.

1997

כמה שנים לאחר מכן, ב-1997, יצא ה-Compact Disc Rewritable (CD-RW). דיסק אופטי זה שימש לאחסון נתונים ולהעתקה והעברת קבצים למכשירים שונים. ניתן לשכתב תקליטורים בערך 1000 פעמים, מה שלא היה גורם מגביל באותה תקופה, מכיוון שמשתמשים כמעט ולא החליפו נתונים.

CD-RWs מבוססים על טכנולוגיה המשנה את יכולת ההחזרה של משטח. במקרה של CD-RW, שינויי פאזה בציפוי מיוחד המורכב מכסף, טלוריום ואינדיום גורמים ליכולת לשקף או לא לשקף את קרן הקריאה, כלומר 0 או 1. כאשר התרכובת במצב גבישי, היא שקוף, כלומר 1. כאשר התרכובת נמסה למצב אמורפי, היא הופכת אטומה ולא רפלקטיבית, מה אמצעים 0. אז נוכל לכתוב את בייט הנתונים שלנו בתור 01001010.

תקליטורי DVD השתלטו בסופו של דבר על רוב נתח השוק מתקליטורי CD-RW.

1999

בואו נעבור לשנת 1999, אז הציגה יבמ את הכוננים הקשיחים הקטנים בעולם באותה תקופה: המיקרו-כוננים של יבמ 170MB ו-340MB. אלה היו כוננים קשיחים קטנים בגודל 2,54 ס"מ שנועדו להתאים לחריצי CompactFlash Type II. תוכנן ליצור מכשיר שישמש כמו CompactFlash, אך עם קיבולת זיכרון גדולה יותר. עם זאת, הם הוחלפו במהרה בכונני הבזק מסוג USB ולאחר מכן בכרטיסי CompactFlash גדולים יותר כאשר הם הפכו לזמינים. כמו כוננים קשיחים אחרים, כונני מיקרו היו מכניים והכילו דיסקים מסתובבים קטנים.

2000

שנה לאחר מכן, בשנת 2000, הוצגו כונני הבזק מסוג USB. הכוננים היו מורכבים מזיכרון פלאש סגור בפורמט קטן עם ממשק USB. בהתאם לגרסה של ממשק ה-USB בשימוש, המהירות עשויה להשתנות. USB 1.1 מוגבל ל-1,5 מגה-ביט לשנייה, בעוד ש-USB 2.0 יכול להתמודד עם 35 מגה-ביט לשנייה תן לי שנייה, ו-USB 3.0 הוא 625 מגה-ביט לשנייה. כונני ה-USB 3.1 Type C הראשונים הוכרזו במרץ 2015 והיו בעלי מהירויות קריאה/כתיבה של 530 מגה-ביט לשנייה. שלא כמו תקליטונים וכוננים אופטיים, התקני USB קשים יותר לשריטה, אך עדיין יש להם את אותן יכולות לאחסון נתונים, כמו גם העברה וגיבוי של קבצים. כונני תקליטונים ותקליטורים הוחלפו במהירות ביציאות USB.

2005

בשנת 2005, יצרני כונני דיסק קשיח (HDD) החלו לשלוח מוצרים באמצעות הקלטה מגנטית אנכית, או PMR. באופן מעניין למדי, זה קרה באותו זמן שה-iPod Nano הכריז על שימוש בזיכרון פלאש במקום כוננים קשיחים בגודל 1 אינץ' באייפוד מיני.

כונן קשיח טיפוסי מכיל כונן קשיח אחד או יותר המצופה בסרט רגיש מגנטית המורכב מגרגרים מגנטיים זעירים. הנתונים נרשמים כאשר ראש ההקלטה המגנטי עף ממש מעל הדיסק המסתובב. זה דומה מאוד לנגן תקליטים גרמופון מסורתי, ההבדל היחיד הוא שבגרמופון החרט נמצא במגע פיזי עם התקליט. כשהדיסקים מסתובבים, האוויר במגע איתם יוצר משב רוח עדין. בדיוק כפי שאוויר על כנף של מטוס יוצר עילוי, אוויר יוצר עילוי על ראש ציר האוויר ראשי דיסקים. הראש משנה במהירות את המגנטיזציה של אזור מגנטי אחד של הגרגרים כך שהקוטב המגנטי שלו מצביע למעלה או למטה, מציין 1 או 0.
 
קודמו של PMR היה הקלטה מגנטית אורכית, או LMR. צפיפות ההקלטה של ​​PMR יכולה להיות יותר משלושה מזו של LMR. ההבדל העיקרי בין PMR ל- LMR הוא שמבנה הגרגירים והכיוון המגנטי של הנתונים המאוחסנים של מדיית PMR הם עמודים ולא אורכיים. ל-PMR יציבות תרמית טובה יותר ויחס אות לרעש משופר (SNR) עקב הפרדת גרגרים ואחידות טובים יותר. הוא גם כולל יכולת הקלטה משופרת הודות לשדות ראש חזקים יותר ויישור מדיה מגנטי טוב יותר. כמו LMR, המגבלות הבסיסיות של PMR מבוססות על היציבות התרמית של סיביות הנתונים הנכתבות על ידי המגנט והצורך שיהיה מספיק SNR כדי לקרוא את המידע הכתוב.

2007

בשנת 2007, הוכרז הכונן הקשיח הראשון בנפח 1 TB מבית Hitachi Global Storage Technologies. ה-Hitachi Deskstar 7K1000 השתמש בחמישה פלטות בגודל 3,5 אינץ' בנפח 200GB והסתובב בשעה 7200 סל"ד מדובר בשיפור משמעותי לעומת הכונן הקשיח הראשון בעולם, IBM RAMAC 350, שהיה בעל קיבולת של כ-3,75 מגה בייט. הו, כמה רחוק הגענו ב-51 שנים! אבל רגע, יש עוד משהו.

2009

בשנת 2009 החלה עבודה טכנית על יצירת זיכרון אקספרס לא נדיף, או NVMe. זיכרון לא נדיף (NVM) הוא סוג של זיכרון שיכול לאחסן נתונים לצמיתות, בניגוד לזיכרון נדיף, הדורש כוח קבוע כדי לאחסן נתונים. NVMe נותן מענה לצורך בממשק בקר מארח ניתן להרחבה עבור רכיבים היקפיים מבוססי מוליכים למחצה התומכים ב-PCIe, ומכאן השם NVMe. יותר מ-90 חברות נכללו בקבוצת העבודה לפיתוח הפרויקט. כל זה התבסס על עבודה להגדרת מפרט ממשק בקר המארח של זיכרון לא נדיף (NVMHCIS). כונני ה-NVMe הטובים ביותר של היום יכולים להתמודד עם כ-3500 מגה-בייט לשנייה של קריאה ו-3300 מגה-בייט לשנייה של כתיבה. כתיבת בייט הנתונים j שהתחלנו איתו מהירה מאוד בהשוואה לכמה דקות של זיכרון חבל אריגת יד עבור מחשב ההדרכה של אפולו.

הווה ועתיד

זיכרון כיתת אחסון

כעת, לאחר שטיילנו אחורה בזמן (הא!), בואו נסתכל על המצב הנוכחי של Storage Class Memory. SCM, כמו NVM, הוא חזק, אבל SCM מספק גם ביצועים עדיפים או דומים לזיכרון הראשי, ו יכולת כתובת בתים. המטרה של SCM היא לפתור חלק מבעיות המטמון של ימינו, כמו צפיפות נמוכה של זיכרון גישה אקראית סטטית (SRAM). עם זיכרון גישה אקראית דינמית (DRAM), אנחנו יכולים להשיג צפיפות טובה יותר, אבל זה בא במחיר של גישה איטית יותר. DRAM גם סובל מהצורך בכוח תמידי לרענון הזיכרון. בואו נבין את זה קצת. יש צורך בכוח מכיוון שהמטען החשמלי על הקבלים דולף החוצה לאט לאט, כלומר ללא התערבות, הנתונים על השבב יאבדו בקרוב. כדי למנוע דליפה כזו, DRAM דורש מעגל רענון זיכרון חיצוני המשכתב מדי פעם מחדש את הנתונים בקבלים, ומשחזר אותם למטען המקורי שלהם.

זיכרון לשינוי שלב (PCM)

בעבר, בדקנו כיצד הפאזה משתנה עבור CD-RW. PCM דומה. חומר שינוי הפאזה הוא בדרך כלל Ge-Sb-Te, הידוע גם בשם GST, שיכול להתקיים בשני מצבים שונים: אמורפי וקריסטלי. למצב האמורפי יש התנגדות גבוהה יותר, המציינת 0, מאשר המצב הגבישי, המציין 1. על ידי הקצאת ערכי נתונים להתנגדויות ביניים, ניתן להשתמש ב-PCM לאחסון מצבים מרובים בתור MLC.

זיכרון גישה אקראית להעברת ספין (STT-RAM)

STT-RAM מורכב משתי שכבות פרומגנטיות, מגנטיות קבועות המופרדות על ידי דיאלקטרי, מבודד שיכול להעביר כוח חשמלי מבלי להוביל. הוא מאחסן פיסות נתונים המבוססות על הבדלים בכיוונים מגנטיים. לשכבה מגנטית אחת, הנקראת שכבת הייחוס, יש כיוון מגנטי קבוע, ואילו לשכבה המגנטית השנייה, הנקראת השכבה החופשית, יש כיוון מגנטי שנשלט על ידי הזרם העובר. עבור 1, כיוון המגנטיזציה של שתי השכבות מיושר. עבור 0, לשתי השכבות יש כיוונים מגנטיים מנוגדים.

זיכרון גישה אקראית התנגדות (ReRAM)
תא ReRAM מורכב משתי אלקטרודות מתכת המופרדות על ידי שכבת תחמוצת מתכת. קצת כמו עיצוב זיכרון הפלאש של Masuoka, שבו אלקטרונים חודרים את שכבת התחמוצת ונתקעים בשער הצף, או להיפך. עם זאת, עם ReRAM, מצב התא נקבע על סמך ריכוז החמצן החופשי בשכבת תחמוצת המתכת.

למרות שהטכנולוגיות הללו מבטיחות, עדיין יש להן חסרונות. ל-PCM ול-STT-RAM יש אחזור כתיבה גבוה. זמן השהייה של PCM גבוה פי עשרה מ-DRAM, בעוד שהשהייה של STT-RAM גבוהה פי עשרה מ-SRAM. ל-PCM ול-ReRAM יש מגבלה על כמה זמן כתיבה יכולה להתרחש לפני שמתרחשת שגיאה רצינית, כלומר רכיב הזיכרון נתקע על ערך מסוים.

באוגוסט 2015, אינטל הודיעה על שחרורו של Optane, המוצר המבוסס על 3DXPoint שלה. Optane טוען פי 1000 מהביצועים של NAND SSDs במחיר גבוה פי ארבעה עד חמישה מזיכרון פלאש. Optane היא ההוכחה לכך ש-SCM הוא יותר מסתם טכנולוגיה ניסיונית. מעניין יהיה לצפות בהתפתחות הטכנולוגיות הללו.

כוננים קשיחים (HDD)

HDD הליום (HHDD)

דיסק הליום הוא כונן דיסק קשיח בעל קיבולת גבוהה (HDD) אשר מלא בהליום ונסגר הרמטית במהלך תהליך הייצור. כמו כוננים קשיחים אחרים, כפי שאמרנו קודם, הוא דומה לפטיפון עם מגש מסתובב מצופה מגנטית. כוננים קשיחים טיפוסיים פשוט מכילים אוויר בתוך החלל, אבל האוויר הזה גורם להתנגדות מסוימת כשהמגשים מסתובבים.

בלוני הליום צפים כי הליום קל יותר מאוויר. למעשה, הליום הוא 1/7 מצפיפות האוויר, מה שמפחית את כוח הבלימה בזמן סיבוב הלוחות, מה שגורם להפחתה בכמות האנרגיה הדרושה לסחרור הדיסקים. עם זאת, תכונה זו היא משנית, המאפיין העיקרי של הליום היה שהוא מאפשר לארוז 7 פרוסות באותו גורם צורה שבדרך כלל יכיל רק 5. אם נזכור את האנלוגיה של כנף המטוס שלנו, אז זה אנלוגי מושלם . מכיוון שהליום מפחית גרר, מערבולות מתבטלת.

אנחנו גם יודעים שבלוני הליום מתחילים לשקוע לאחר מספר ימים כי ההליום יוצא מהם. אותו הדבר ניתן לומר על התקני אחסון. עברו שנים עד שהיצרנים הצליחו ליצור מיכל שמנע מהליום לברוח מגורם הצורה לאורך כל חיי הכונן. Backblaze ערך ניסויים ומצא שלכוננים קשיחים הליום יש שיעור שגיאות שנתי של 1,03%, בהשוואה ל-1,06% עבור כוננים סטנדרטיים. כמובן שההבדל הזה כל כך קטן שאפשר להסיק ממנו מסקנה רצינית די קשה.

גורם הצורה המלא בהליום יכול להכיל כונן קשיח המוקף באמצעות PMR, שעליו דיברנו לעיל, או הקלטה מגנטית במיקרוגל (MAMR) או הקלטה מגנטית בעזרת חום (HAMR). ניתן לשלב כל טכנולוגיית אחסון מגנטית עם הליום במקום אוויר. בשנת 2014, HGST שילבה שתי טכנולוגיות מתקדמות בכונן הקשיח שלה הליום בנפח 10TB, שהשתמש בהקלטה מגנטית נשלטת על ידי מארח, או SMR (Shingled magnetic recording). בואו נדבר קצת על שמ"ר ואז נסתכל על מ"ר ועל המ"ר.

טכנולוגיית הקלטה מגנטית של אריחים

בעבר, הסתכלנו על הקלטה מגנטית בניצב (PMR), שהיה קודמו ל-SMR. שלא כמו PMR, SMR מקליט רצועות חדשות החופפות חלק מהמסלול המגנטי שהוקלט קודם לכן. זה בתורו הופך את המסלול הקודם לצר יותר, מה שמאפשר צפיפות מסלול גבוהה יותר. שם הטכנולוגיה מגיע מהעובדה שמסלולי הקפה דומים מאוד למסלולי גג רעפים.

SMR מביא לתהליך כתיבה מורכב הרבה יותר, שכן כתיבה למסלול אחד מחליפה את המסלול הסמוך. זה לא קורה כאשר מצע הדיסק ריק והנתונים הם רציפים. אבל ברגע שאתה מקליט לסדרה של רצועות שכבר מכילות נתונים, הנתונים הקיימים הסמוכים נמחקים. אם רצועה סמוכה מכילה נתונים, יש לשכתב אותו. זה די דומה לפלאש NAND שדיברנו עליו קודם לכן.

התקני SMR מסתירים את המורכבות הזו על ידי ניהול קושחה, וכתוצאה מכך ממשק דומה לכל כונן קשיח אחר. מנגד, התקני SMR המנוהלים על ידי מארח, ללא התאמה מיוחדת של אפליקציות ומערכות הפעלה, לא יאפשרו שימוש בכוננים אלו. המארח חייב לכתוב למכשירים ברצף. יחד עם זאת, ביצועי המכשירים צפויים ב-100%. Seagate החלה לשלוח כונני SMR ב-2013, בטענה לצפיפות גבוהה ב-25%. עולה על צפיפות PMR.

הקלטה מגנטית במיקרוגל (MAMR)

הקלטה מגנטית בעזרת מיקרוגל (MAMR) היא טכנולוגיית זיכרון מגנטי המשתמשת באנרגיה דומה ל-HAMR (נדון בהמשך). חלק חשוב ב-MAMR הוא מתנד ה-Spin Torque Oscillator (STO). ה-STO עצמו ממוקם בסמיכות לראש ההקלטה. כאשר מופעל זרם על ה-STO, נוצר שדה אלקטרומגנטי עגול בתדר של 20-40 GHz עקב הקיטוב של ספינים אלקטרונים.

כאשר נחשפים לשדה כזה, מתרחשת תהודה בפרומגנט המשמש ל-MAMR, מה שמוביל לקדנציה של המומנטים המגנטיים של התחומים בשדה זה. בעיקרו של דבר, המומנט המגנטי סוטה מהציר שלו וכדי לשנות את הכיוון שלו (היפוך), ראש ההקלטה צריך פחות אנרגיה משמעותית.

השימוש בטכנולוגיית MAMR מאפשר לקחת חומרים פרומגנטיים עם כוח כפייה גדול יותר, מה שאומר שניתן להקטין את גודלם של תחומים מגנטיים ללא חשש מגרימת אפקט סופר-פארמגנטי. מחולל STO מסייע להקטין את גודל ראש ההקלטה, מה שמאפשר להקליט מידע על תחומים מגנטיים קטנים יותר, ולכן מגדיל את צפיפות ההקלטה.

Western Digital, הידועה גם בשם WD, הציגה טכנולוגיה זו ב-2017. זמן קצר לאחר מכן, בשנת 2018, טושיבה תמכה בטכנולוגיה זו. בעוד ש-WD ו-Toshiba רודפות אחרי טכנולוגיית MAMR, Seagate מהמרת על HAMR.

הקלטה תרמומגנטית (HAMR)

הקלטה מגנטית בעזרת חום (HAMR) היא טכנולוגיית אחסון נתונים מגנטיים חסכונית באנרגיה שיכולה להגדיל באופן משמעותי את כמות הנתונים שניתן לאחסן במכשיר מגנטי, כגון כונן קשיח, על ידי שימוש בחום המסופק על ידי לייזר כדי לעזור בכתיבה הנתונים למצעי הכונן הקשיח על פני השטח. חימום גורם לסיביות נתונים להיות קרובים הרבה יותר זה לזה על מצע הדיסק, מה שמאפשר צפיפות וקיבולת נתונים מוגברת.

טכנולוגיה זו די קשה ליישום. 200 mW לייזר מהיר מתחמם שטח זעיר של עד 400 מעלות צלזיוס לפני ההקלטה, מבלי להפריע או לפגוע בשאר הנתונים בדיסק. יש להשלים את תהליך החימום, רישום הנתונים והקירור תוך פחות מננו-שנייה. התמודדות עם אתגרים אלה דרשה פיתוח של פלסמונים פני השטח ננומטריים, הידועים גם כלייזרים מונחי שטח, במקום חימום ישיר בלייזר, כמו גם סוגים חדשים של לוחות זכוכית וציפוי ניהול תרמי כדי לעמוד בחימום נקודתי מהיר מבלי לפגוע בראש ההקלטה או בכל סביבה קרובה. נתונים, ועוד אתגרים טכניים שונים שצריך להתגבר עליהם.

למרות הצהרות ספקניות רבות, Seagate הדגימה לראשונה את הטכנולוגיה הזו ב-2013. הדיסקים הראשונים החלו לשלוח ב-2018.

סוף הסרט, לך להתחלה!

התחלנו ב-1951 ומסיימים את המאמר במבט אל העתיד של טכנולוגיית האחסון. אחסון נתונים השתנה מאוד עם הזמן, מקלטת נייר למתכת ומגנטית, זיכרון חבל, דיסקים מסתובבים, דיסקים אופטיים, זיכרון פלאש ואחרים. ההתקדמות הביאה להתקני אחסון מהירים, קטנים וחזקים יותר.

אם אתה משווה NVMe לקלטת מתכת UNISERVO משנת 1951, NVMe יכול לקרוא 486% יותר ספרות בשנייה. כאשר משווים את NVMe לאהוב עליי בילדות, כונני Zip, NVMe יכול לקרוא 111% יותר ספרות בשנייה.

הדבר היחיד שנשאר נכון הוא השימוש ב-0 ו-1. הדרכים שבהן אנו עושים זאת משתנות מאוד. אני מקווה שבפעם הבאה שאתה צורבת CD-RW של שירים עבור חבר או שומרת סרטון ביתי בארכיון הדיסק האופטי, תחשוב על איך משטח לא רפלקטיבי מתורגם ל-0 ומשטח רפלקטיבי מתורגם ל-1. או אם אתה מקליט מיקסטייפ על קלטת, זכור שזה קשור מאוד ל-Datasette המשמש ב-Commodore PET. לבסוף, אל תשכח להיות אדיב ולהריץ אחורה.

תודה רוברט מוסטאצ'י и ריק אלטרה על הדקויות (אני לא יכול להתאפק) לאורך המאמר!

מה עוד אפשר לקרוא בבלוג? Cloud4Y

→ ביצי פסחא על מפות טופוגרפיות של שוויץ
→ מותגי מחשבים של שנות ה-90, חלק 1
→ איך אמו של האקר נכנסה לכלא והדביקה את המחשב של הבוס
→ אבחון חיבורי רשת בנתב הוירטואלי EDGE
→ איך הבנק נכשל?

הירשם למנוי שלנו מברק-ערוץ כדי לא לפספס את המאמר הבא! אנו כותבים לא יותר מפעמיים בשבוע ורק לעסקים. אנו גם מזכירים לך ש-Cloud4Y יכולה לספק גישה מרחוק מאובטחת ואמינה ליישומים עסקיים ולמידע הנחוץ כדי להבטיח המשכיות עסקית. עבודה מרחוק מהווה חסם נוסף להתפשטות נגיף הקורונה. לפרטים, צור קשר עם המנהלים שלנו בכתובת מקוון.

מקור: www.habr.com