Ikviens mākoņu pakalpojumu sniedzējs piedāvā datu glabāšanas pakalpojumus. Tie var būt aukstie un karstie krājumi, Ice-cold utt. Mākonī glabāt informāciju ir pavisam ērti. Bet kā vispār tika glabāti dati pirms 10, 20, 50 gadiem? Cloud4Y tulkoja interesantu rakstu, kas tieši par to stāsta.
Datu bits var tikt glabāts visdažādākajos veidos, jo nemitīgi parādās jauni, moderni un ātrāki datu nesēji. Bits ir digitālās informācijas glabāšanas un apstrādes vienība, kas sastāv no astoņiem biti. Viens bitā var tikt ierakstīts vai nu 0, vai 1.
Perfokartēs bits tiek glabāts kā cauruma klātbūtne/neaizpildīšana kartē noteiktā vietā. Ja atgriežas nedaudz tālāk pagātnē, pie Babbage analītiskās mašīnas, tad reģistri, kas glabāja skaitļus, sastāvēja no zobenu riteņiem. Magnētiskās glabāšanas iekārtās, piemēram, lentēs un diskos, bits tiek attēlots ar magnētiskā auduma noteiktas zonas polaritāti. Mūsdienu dinamiskajā piekļuves atmiņā (DRAM) bits bieži tiek attēlots divu līmeņu elektriskā uzlādē, kas tiek glabāta ierīcē, kas uzkrāj elektrisko enerģiju elektriskajā laukā. Uzlādēta vai izlādēta kapacitāte glabā datu bitu.
1956. gada jūnijā izdomāja vārdu lai apzīmētu grupu bitu, kas tiek izmantoti, lai kodētu vienu simbolu . Apskatīsim nedaudz simbolu kodēšanu. Sāksim ar Amerikas standarta kodu informācijas apmaiņai, vai ASCII (ASCII (angl. American standard code for information interchange). ASCII balstījās uz angļu alfabētu, tādēļ katra burts, cipars un simbols (a-z, A-Z, 0-9, +, -, /, ",! u.c.) tika attēlots kā 7 bitu vesels skaitlis no 32 līdz 127. Tas nebija pavisam „draudzīgs” attiecībā uz citām valodām. Lai atbalstītu citas valodas, Unicode paplašināja ASCII. Unicode katru simbolu attēlo kā koda punktu, vai simbolu, piemēram, mazais burts j — U+006A, kur U apzīmē Unicode, un tad sekoheksadecimālais skaitlis.
UTF-8 ir standarts simbolu attēlošanai astoņbitu formātā, ļaujot katru kodu punktu diapazonā no 0 līdz 127 glabāt vienā baitā. Ja atceramies ASCII, tas ir pilnīgi normāli angļu simboliem, bet citu valodu simboli bieži tiek izteikti divos vai vairākos baitos. UTF-16 ir standarts simbolu attēlošanai 16 bitu formātā, bet UTF-32 — standarts simbolu attēlošanai 32 bitu formātā. ASCII katrs simbols ir baits, bet Unicode, kas bieži vien nav pilnīgi precīzi, simbols var aizņemt 1, 2, 3 vai vairāk baitus. Šajā rakstā tiks izmantoti dažādi bitu grupēšanas izmēri. Bitu skaits baitā var atšķirties atkarībā no nesēja konstrukcijas.
Šajā rakstā mēs dosimies ceļojumā laikā pa dažādiem informācijas nesējiem, lai iedziļinātos datu glabāšanas vēsturē. Mēs nekādā gadījumā neizpētīsim katru atsevišķo informācijas nesēju, kas jebkad ir izgudrots. Jums priekšā ir izklaidējošs informatīvs raksts, kurš nekādā mērā neizliekas par enciklopēdisku.
Sāksim. Pieņemsim, ka mums ir dati par baitu glabāšanu: burts j, vai kā kodēts baits 6a, vai kā binārs 01001010. Ceļojuma laikā mūsu dati tiks izmantoti dažās glabāšanas tehnoloģijās, kas tiks aprakstītas.
1951
Mūsu stāsts sākas 1951. gadā ar lentu glabātāju UNIVAC UNISERVO datoram UNIVAC 1. Tas bija pirmais lentu glabātājs, izveidots komerciālam datoram. Lenta tika ražota no plānas niķelētas bronzas sloksnes, kuras platums ir 12,65 mm (saucama par Vicalloy) un garums gandrīz 366 metri. Mūsu dati varēja tikt glabāti ātrumā 7200 simboli sekundē uz lentes, kas pārvietojās ar ātrumu 2,54 metri sekundē. Šajā vēstures posmā jūs varējāt izmērīt glabāšanas algoritma ātrumu, balstoties uz attālumu, ko pārvietojās lente.
1952
Pārvietosimies gada tālāk, uz 1952. gada 21. maiju, kad IBM paziņoja par sava pirmā magnētiskā lentu bloka, IBM 726, izlaišanu. Tagad mūsu datu baits var tikt pārvietots no metāla lenti UNISERVO uz magnētisko lenti IBM. Šī jaunā mājas vieta izrādījās ļoti ērta mūsu ļoti mazajam datu baitam, jo uz lentes var uzglabāt līdz 2 miljoniem ciparu. Šī magnētiskā 7-lentu lente kustējās ar ātrumu 1,9 metri sekundē un pārsūtīšanas ātrumu 12 500 vai 7500 (tajā laikā sauktām par kopēšanas grupām) sekundē. Salīdzinājumam: vidējā rakstā Habrā ir aptuveni 10 000 simbolu.
Lentē IBM 726 bija septiņas lentes, no kurām sešas kalpoja informācijas uzglabāšanai, bet viena — par paritātes kontroli. Uz vienas spoles varēja būt līdz 400 metriem lentes ar platumu 1,25 cm. Teorētiski datu pārsūtīšanas ātrums sasniedza 12,5 tūkstošus simbolu sekundē; ieraksta blīvums — 40 biti centimetra. Šajā sistēmā tika izmantota "vakumkanāla" metode, kur lentē cirkulēja starp divām punktiem. Tas ļāva lentei uzsākt un apstāties dažu sekunžu daļās. To izdevās sasniegt, izvietojot garas vakuma kolonnas starp lentēm un lasīšanas/ieraksta galvām, lai absorbētu pēkšņus spriedzes pieaugumus lentē, bez kura lente parasti plīsīs. Noņemams plastikāta gredzens aizmugurē lentas spolē nodrošināja aizsardzību pret ierakstīšanu. Uz vienas lentes spoles varēja uzglabāt apmēram 1,1 .
Atcerieties VHS kasetes. Ko vajadzēja darīt, lai noskatītos filmu vēlreiz? Atgriezt lentu! Un cik reizes jūs pagriezāt kaseti ap zīmuļa, lai netērētu enerģiju akumulatoriem un netiktu saplēsta vai savīrusies lente? To pašu var teikt arī par lentēm, ko izmantoja datoriem. Programmas nevarēja vienkārši pārlēkt pāri kādai lentei vai nejauši piekļūt datiem, tās varēja lasīt un ierakstīt datus stingri secīgā kārtībā.
1956
Ja pārvietosimies uz dažiem gadiem tālāk, uz 1956. gadu, tad magnētisko disku uzglabāšanas ēra sākās, kad IBM pabeidza datoru sistēmas RAMAC 305 izstrādi, ko piegādās kompānija Zellerbach Paper. Šajā datorā pirmo reizi tika izmantota cietā diska tehnoloģija ar kustīgu galviņu. Disku glabātājs RAMAC sastāvēja no piecdesmit magnētiskiem metāla diskiem ar diametru 60,96 cm, kas spēja glabāt apmēram piecus miljonus simbolu datu, 7 bitus uz simbolu, un griezties ar ātrumu 1200 apgriezieni minūtē. Uzglabāšanas ietilpība bija apmēram 3,75 megabaiti.
RAMAC ļāva reāllaikā piekļūt lieliem datu apjomiem, atšķirībā no magnētiskajām lentēm vai caurumu kartēm. Uzņēmums IBM reklamēja RAMAC kā ierīci, kas spēj glabāt ekvivalentu 64 000 . Agrāk RAMAC tika ieviesta nepārtraukta darījumu apstrāde to veikšanas laikā, lai datus varētu izņemt nekavējoties, kamēr tie vēl bija svaigi. Tagad piekļuve mūsu datiem RAMAC varēja notikt ar ātrumu 100 000 . Agrāk, izmantojot lentu, mums nācās rakstīt un lasīt secīgus datus, un mēs nevarējām nejauši lēkt uz dažādām lentu daļām. Nejauša piekļuve datiem reāllaikā toreiz bija patiesi revolūcijas mirklis.
1963
Pāriesim uz 1963. gadu, kad tika ieviests DECtape. Nosaukums nāk no uzņēmuma Digital Equipment Corporation, pazīstama kā DEC. DECtape bija lēts un uzticams, tāpēc to izmantoja daudzās DEC datoru paaudzes. Tā bija 19 mm lente, laminēta un iespiesta starp diviem Mylar slāņiem uz četrinch (10,16 cm) spolēm.
Atšķirībā no tās smagajiem, lielajiem priekšteču modeļiem, DECtape lentu varēja pārvietot ar rokām. Tas padarīja to par lielisku izvēli personālajiem datoriem. Atšķirībā no 7 ceļu analogiem, DECtape bija 6 datu ceļi, 2 zīmju ceļi un 2 taktu impulsi. Dati tika ierakstīti ar ātrumu 350 bitu uz collu (138 bitus uz cm). Mūsu datu baits, kas sastāv no 8 bitiem, bet var tikt paplašināts līdz 12, varēja tikt pārsūtīts uz DECtape ar ātrumu 8325 12 bitu vārdiem sekundē pie lentes ātruma 93 (±12) collas . Tas ir par 8% vairāk ciparu sekundē nekā metāla lente UNISERVO 1952. gadā.
1967
Četrus gadus vēlāk, 1967. gadā, neliela IBM komanda sāka strādāt pie IBM diska, kura kodvārds bija . Toreiz komandai tika uzdots izstrādāt uzticamu un lētu veidu, kā ielādēt mikrokodēšanas datus. IBM System/370. Vēlāk projekts tika pārcelts un pārprofilēts, lai ielādētu mikroprogrammatūru kontrolierī, kuru izstrādāja IBM 3330 Tiešās piekļuves datu glabāšanas iekārtai ar kodēto nosaukumu Merlin.
Tagad mūsu baiti varēja glabāt 8 collu elastīgajos diskos ar magnētisku pārklājumu, kas ir pieejami tikai lasīšanai Mylar, kas mūsdienās ir zināmi kā disketes. Izstrādes brīdī produkts saņēma nosaukumu IBM 23FD Floppy Disk Drive System. Diski varēja ietilpt 80 kilobaitu datu. Atšķirībā no cietajiem diskiem, lietotājam bija viegli pārvietot disketi aizsargājošā apvalkā no vienas ierīces uz citu. Vēlāk, 1973. gadā, IBM izlaida disketi rakstīšanai/nolasīšanai, kas kļuva par nozares .
1969
1969. gadā uz kuģa "Apollo-11", kas pārvadāja amerikāņu astronautus uz Mēnesi un atpakaļ, tika palaists AGC (Apollo Guidance Computer) ar "virvju atmiņu" (rope memory). Šī virvju atmiņa tika izgatavota manuāli un varēja ietilpt 72 kilobaitos datu. Virvju atmiņas ražošana bija darbietilpīga, lēna un prasīja prasmes, kas līdzīgas aušanas darbam; programmas ieaustīšana virvju atmiņā varēja aizņemt . Bet tā bija pareizā ierīce tajos laikos, kad bija svarīgi ietilpt maksimāli ierobežotā telpā. Kad stieple tika izvadīta caur vienu no riņķa dzīslām, tā pārstāvēja 1. Stieple, kas apvija dzīslu, pārstāvēja 0. Mūsu dati baits prasīja, lai cilvēks pavadītu daudzas minūtes, ieaustot to virvē.
1977
1977. gadā tika izlaists Commodore PET — pirmais (veiksmīgais) personālais dators. PET izmantoja Commodore 1530 Datasette, kas nozīmē dati plus kasešu. PET pārveidoja datus analogos skaņas signālos, kas tika glabāti . Tas ļāva izveidot ekonomisku un uzticamu risinājumu datu glabāšanai, lai gan tas bija ļoti lēns. Mūsu mazais baits datu varēja tikt pārsūtīts apmēram ar ātrumu 60-70 baitu . Kases varēja ietilpt apmēram 100 kilobaitus uz 30 minūšu pusi, ar divām pusēm uz lentes. Piemēram, vienā pusē kases varēja uzglabāt apmēram divas 55 kB bildes. Datasette tika izmantotas arī Commodore VIC-20 un Commodore 64.
1978
Pēc gada, 1978. gadā, MCA un Philips prezentēja LaserDisc ar nosaukumu „Discovision”. Filma „Žokļi” kļuva par pirmo filmu, kas tika pārdota uz LaserDisc ASV. Tās skaņas un attēla kvalitāte bija krietni labāka nekā konkurentiem, taču lāzera disks izrādījās pārāk dārgs lielākajai daļai patērētāju. Atšķirībā no VHS kasetēm, ko cilvēki izmantoja, lai ierakstītu televizora raidījumus, uz LaserDisc nevarēja ierakstīt. Lāzera diski strādāja ar analogajiem video, analogajām FM stereo skaņām un impulsu kodēto , vai PCM, digitālo audio. Disku diametrs bija 12 collas (30,47 cm) un tie sastāvēja no diviem vienpusējiem alumīnija diskiem, kas pārklāti ar plastmasu. Šodien LaserDisc atceras kā CD un DVD pamatu.
1979
Gadu vēlāk, 1979. gadā, Alans Šūgarts un Finis Koners izveidoja uzņēmumu Seagate Technology ar ideju samazināt cieto disku līdz 5 ¼ collu disketes izmēram, kas tajā laikā bija standarts. Viņu pirmais produkts 1980. gadā bija cietais disks Seagate ST506 — pirmais cietais disks kompaktajiem datoriem. Diskā bija piecu megabaitu datu ietilpība, kas tajā laikā bija piecas reizes lielāka nekā standarta disketes ietilpība. Dibinātājiem izdevās sasniegt savu mērķi — samazināt diska izmēru līdz 5¼ collu disketes izmēram. Jaunais datu glabāšanas ierīce bija cieta metāla plāksne, kas no abām pusēm pārklāta ar plānu magnētiskā materiāla slāni datu glabāšanai. Mūsu dati varēja tikt pārsūtīti uz disku ar ātrumu 625 kilobaiti . Tas ir aptuveni .
1981
Pāriesim dažus gadus uz priekšu, uz 1981. gadu, kad Sony prezentēja pirmās 3,5 collu disketes. Uzņēmums Hewlett-Packard kļuva par pirmo šīs tehnoloģijas sekotāju 1982. gadā ar savu HP-150. Tas popularizēja 3,5 collu diskešu un deva tām plašu izplatību . Disketes bija vienpusējas ar formatēto ietilpību 161,2 kilobaiti un neformatēto ietilpību 218,8 kilobaiti. 1982. gadā tika izlaista divpusēja versija, un Microfloppy Industry Committee (MIC), kas sastāvēja no 23 mediju uzņēmumiem, izveidoja 3,5 collu diskešu specifikāciju, balstoties uz sākotnējo Sony dizainu, nostiprinot formātu vēsturē tādā veidā, kādā mēs to . Tagad mūsu dati var tikt glabāti uz vienas no visizplatītākajām nesējierīcēm: 3,5 collu diskete. Vēlāk divas 3,5 collu disketes ar ir kļuvuši par svarīgāko manas bērnības daļu.
1984
Drīz pēc tam, 1984. gadā, tika paziņots par datu kompaktdiska izdošanu, kas pieejams tikai lasīšanai (angļu: Compact Disc Read-Only Memory, CD-ROM). Tie bija CD-ROM ar 550 megabaitu no uzņēmumiem Sony un Philips. Formāts izauga no kompaktdiskiem ar digitālo audio, vai CD-DA, kas tika izmantoti mūzikas izplatīšanai. CD-DA tika izstrādāts Sony un Philips 1982. gadā, tā ietilpība bija 74 minūtes. Saskaņā ar leģendu, kad Sony un Philips diskutēja par CD-DA standartu, viens no četriem cilvēkiem uzstāja, lai tas varētu visā "Devītajā simfonijā". Pirmais produkts, kas tika izlaists uz kompaktdiska, bija "Grolier elektroniskā enciklopēdija", kas iznāca 1985. gadā. Enciklopēdija saturēja deviņus miljonus vārdu, kas aizņēma tikai 12% no pieejamās diska vietas, proti, 553 . Mums būtu vairāk nekā pietiekami vietas enciklopēdijai un baitu datiem. Drīz pēc tam, 1985. gadā, datoru uzņēmumi sadarbojās, lai izstrādātu standartu diskiem, lai jebkurš dators varētu lasīt no tiem informāciju.
1984
Tāpat 1984. gadā Fujio Masuoka izstrādāja jaunu veidu atmiņas ar peldošo aizvaru, ko sauc par flash atmiņu, kas bija spējīga tikt dzēsta un pārrakstīta vairākkārt.
Apskatīsim nedaudz par flash atmiņu, kas izmanto peldošo aizvaru tranzistoru. Tranzistori ir elektriskie aizvari, kurus var ieslēgt un izslēgt pa vienam. Tā kā katrs tranzistors var atrasties divos dažādos stāvokļos (ieslēgtā un izslēgtā), tas var glabāt divus dažādus skaitļus: 0 un 1. Peldošais aizvars attiecas uz otro aizvaru, kas pievienots vidējam tranzistoram. Šis otrais aizvars ir izolēts ar plānu oksīda slāni. Šie tranzistori izmanto nelielu spriegumu, kas pielietots tranzistora aizvaram, lai norādītu, vai tas ir ieslēgts vai izslēgts, kas savukārt tiek pārvērsts par 0 vai 1.
Ar plūstošajiem slēdžiem, kad cauri oksīda slānim piegādā atbilstošu spriegumu, elektroni iziet cauri un iesprūst slēdžos. Tāpēc pat pie strāvas izslēgšanas elektroni paliek tajos. Kad plūstošajos slēdžos nav elektronus, tie reprezentē 1, bet kad elektroni ir iesprūduši, tie attēlo 0. Atpakaļgaita šajā procesā un atbilstoša sprieguma piemērošana cauri oksīda slānim pretējā virzienā liek elektroniem iziet cauri plūstošajiem slēdzē un atjauno tranzistoru tā sākotnējā stāvoklī. Tāpēc šūnas tiek veidotas programmējamas un . Mūsu baits var tikt programmēts tranzistorā kā 01001010, ar elektroniem, kas iesprūduši plūstošajos slēdžos, lai attēlotu nulles.
Masuokas konstrukcija bija nedaudz pieejamāka, bet mazāk elastīga nekā elektriski dzēšamais PROM (EEPROM), jo tā prasīja vairākas šūnu grupas, kuras bija jāizdzēš kopīgi, taču tas arī tika skaidrots ar tās ātrumu.
Tajā laikā Masuoka strādāja Toshiba. Galu galā viņš devās strādāt Tohoku Universitātē, jo bija neapmierināts ar to, ka uzņēmums viņu neatalgoja par viņa darbu. Masuoka iesniedza tiesāšanās prasību pret Toshiba, pieprasot kompensāciju. 2006. gadā viņam tika izmaksāti 87 miljoni juaņu, kas ir ekvivalents 758 tūkstošiem ASV dolāru. Tas joprojām šķiet nenozīmīgs, ņemot vērā, cik ietekmīga ir bijusi flash atmiņa rūpniecībā.
Runājot par flash atmiņu, ir vērts arī atzīmēt, kāda ir atšķirība starp NOR un NAND flash atmiņu. Kā mēs jau zinām no Masuokas, flash saglabā informāciju atmiņas šūnās, kas sastāv no plūstoša slēdža tranzistoriem. Tehnoloģiju nosaukumi tieši saistīti ar to, kā ir organizētas atmiņas šūnas.
NOR flash atmiņā atsevišķās atmiņas šūnas ir savienotas paralēli, nodrošinot izlases piekļuvi. Šāda arhitektūra samazina lasīšanas laiku, kas nepieciešams izlases piekļuvei mikroprocesora instrukcijām. NOR flash atmiņa ir ideāli piemērota lietojumiem ar zemāku blīvumu, kas galvenokārt paredzēti tikai lasīšanai. Tāpēc lielākā daļa CPU ielādē savu programmatūru, parasti no NOR flash atmiņas. Masuoka un viņa kolēģi prezentēja NOR flash izgudrojumu 1984. gadā un NAND flash .
NAND Flash izstrādātāji atteicās no nejaušas piekļuves iespējas, lai samazinātu atmiņas šūnas izmēru. Tas nodrošina mazāku mikroshēmas izmēru un zemākas izmaksas uz bitu. NAND flash atmiņas arhitektūra sastāv no sērijveidā savienotiem atmiņas tranzistoriem, kas sastāv no astoņām daļām. Tas ļauj sasniegt augstu glabāšanas blīvumu, mazāku atmiņas šūnas izmēru, kā arī ātrāku datu ierakstīšanu un dzēšanu, jo tā var vienlaikus programmēt datu blokus. Tas tiek panākts, pateicoties nepieciešamībai pārrakstīt datus, kad tie netiek ierakstīti secīgi un dati jau pastāv blokā. .
1991
Pāriesim uz 1991. gadu, kad SanDisk, tobrīd zināms kā , izveidoja pirmo prototipu solid-state diska (SSD). Konstrukcija apvienoja flash atmiņas masīvu, enerģijas neatkarīgus atmiņas čipus un intelektuālu kontrolieri, kas automātiski atklāja un laboja defektīgās šūnas. Diska ietilpība bija 20 megabaiti 2,5 collu formātā, un tā cena tika lēsta apmēram 1000 ASV dolāru apmērā. Šo disku izmantoja uzņēmums IBM savā datorā .
1994
Viens no maniem iecienītākajiem datu nesējiem kopš bērnības bija Zip Diski. 1994. gadā uzņēmums Iomega izlaida Zip Disk, 100 megabaitu kasetni 3,5 collu formātā, aptuveni nedaudz biezāku par standarta 3,5 collu disketi. Vēlākās disku versijas spēja glabāt līdz 2 gigabaitiem. Šo disku ērta lietošana bija tā, ka tie bija disketes izmērā, bet varēja uzglabāt lielāku datu apjomu. Mūsu datu baidu varēja ierakstīt uz Zip diska ātrumā līdz 1,4 megabaitiem sekundē. Salīdzinājumam: tajā laikā 1,44 megabaiti 3,5 collu disketēs tika ierakstītas ātrumā apmēram 16 kilobaiti sekundē. Uz Zip diska galviņas kontaktīgi lasīja/ierakstīja datus, it kā lidotu virs virsmas, kas atgādina cieto disku darbību, bet atšķiras no citu disketes darbības principa. Drīz Zip diski kļuva novecojuši ilgstošās uzticamības problēmu un pieejamības dēļ.
1994
Tajā pašā gadā SanDisk paziņoja par CompactFlash, kas plaši tika izmantots digitālajās videokamerās. Tāpat kā kompaktdiskiem, CompactFlash ātrumu nosaka "x" reitingi, piemēram, 8x, 20x, 133x u.c. Maksimālā datu pārsūtīšanas ātrums tiek aprēķināts, balstoties uz oriģinālā audio CD pārsūtīšanas ātrumu, kas ir 150 kilobaiti sekundē. Pārsūtīšanas ātrums izskatās kā R = Kx150 kB/s, kur R ir pārsūtīšanas ātrums, bet K ir nominālais ātrums. Tādējādi, 133x CompactFlash, mūsu datu baits tiks ierakstīts pie 133x150 kB/s vai aptuveni 19 950 kB/s vai 19,95 MB/s. CompactFlash asociācija tika dibināta 1995. gadā ar mērķi izveidot rūpniecisko standartu flash atmiņas kartēm.
1997
Pāris gadu vēlāk, 1997. gadā, tika izlaists kompaktdisks ar pārrakstīšanas funkciju (CD-RW). Šis optiskais disks tika izmantots datu uzglabāšanai, kā arī failu kopēšanai un pārsūtīšanai uz dažādām ierīcēm. Compact disku var pārrakstīt apmēram 1000 reizes, kas tolaik nebija ierobežojošs faktors, jo lietotāji reti pārrakstīja datus.
CD-RW balstās uz virsmas atstarošanas īpašību maiņas tehnoloģiju. CD-RW gadījumā fāžu izmaiņas speciālajā pārklājumā, kas sastāv no sudraba, telūra un indija, izraisa spēju atspoguļot vai neatspoguļot lasīšanas staru, kas nozīmē 0 vai 1. Kad savienojums ir kristāliskā stāvoklī, tas ir puscaurspīdīgs, kas nozīmē 1. Kad savienojums izkausējas amorfā stāvoklī, tas kļūst necaurredzams un neatspoguļojošs, kas 0. Tādējādi mēs varētu ierakstīt mūsu datu baitu kā 01001010.
DVD diski gala rezultātā ieņēma lielāko daļu tirgus ar CD-RW.
1999
Pāriesim uz 1999. gadu, kad IBM paziņoja par pasaulē mazākajiem cietajiem diskiem tajā laikā: IBM mikrodiskus ar ietilpību 170 un 340 MB. Tie bija mazi cietie diski ar diametru 2,54 cm, kas bija paredzēti ievietošanai CompactFlash Type II slotos. Tika plānota ierīce, kas tiktu izmantota kā CompactFlash, bet ar lielāku atmiņas ietilpību. Tomēr drīz vien tie tika aizstāti ar USB zibatmiņām, kā arī lielākām CompactFlash kartēm, kad tās kļuva pieejamas. Tāpat kā citiem cietajiem diskiem, mikrodiskus bija mehāniski un tie saturēja mazus pagriežamus diskus.
2000
Gadu vēlāk, 2000. gadā, tika ieviesti USB zibatmiņas. Zibatmiņas sastāvēja no flash atmiņas, kas ietverta nelielā formfactorā ar USB saskarni. Atkarībā no izmantotās USB saskarnes versijas ātrums varēja atšķirties. USB 1.1 ir ierobežots līdz 1,5 megabitiem sekundē, kamēr USB 2.0 var apstrādāt 35 megabitus sekunžu laikā. , bet USB 3.0 — 625 megabiti sekundē. Pirmie USB 3.1 tipa C zibatmiņas tika paziņoti 2015. gada martā un tiem bija lasīšanas/ieraksta ātrums 530 megabiti sekundē. Atšķirībā no disketēm un optiskajiem diskam, USB ierīces ir grūtāk saskrāpēt, bet tām ir tādas pašas datu glabāšanas iespējas kā arī failu pārsūtīšanai un dublēšanai. Diskdziņi disketēm un kompaktajiem diskiem tika ātri aizvietoti ar USB portiem.
2005
2005. gadā cietā diska (HDD) ražotāji sāka piegādāt produktus, izmantojot perpendikulāro magnetisko ierakstu vai PMR. Ļoti interesanti, ka tas notika tajā pašā laikā, kad IPod Nano paziņoja par flash atmiņas izmantošanu, nevis 1 collu cietajiem diskiem iPod Mini.
Tipisks cietais disks satur vienu vai vairākus cietos diskus, kas pārklāti ar magnētiskai jutīgai plēvei, kas sastāv no sīkiem magnētiskajiem graudiem. Dati tiek ierakstīti, kad magnētiskā ierakstīšanas galviņa pārvietojas nedaudz virs griezošā diska. Tas ir ļoti līdzīgs tradicionālam gramofonam, atšķirība ir tāda, ka gramofonā adata ir fiziskā kontaktā ar plati. Griezes laikā gaiss, kas saskaras ar diskiem, rada vieglu vētru. Līdzīgi kā gaiss uz lidmašīnas spārna rada pacelšanas spēku, gaiss ģenerē pacelšanas spēku uz aerodinamiskās virsmas. . Galviņa ātri maina magnētiskuma virzienu vienā magnētisko graudu apgabalā, tā ka tās magnētiskais pols norāda uz augšu vai uz leju, apzīmējot 1 vai 0.
PMR priekšgājējs bija gareniskā magnētiskā ieraksta tehnoloģija, vai LMR. PMR ieraksta blīvums var pārsniegt LMR ieraksta blīvumu vairāk nekā trīs reizes. Galvenā atšķirība starp PMR un LMR ir tā, ka PMR nesēju glabāto datu graudu struktūra un magnētiskā orientācija ir stabiņa, nevis gareniska. PMR nodrošina labāku termisko stabilitāti un uzlabotu signāla attiecību pret troksni (SNR), pateicoties labākai graudu atdalīšanai un vienmērīguma nodrošināšanai. Tā arī izceļas ar uzlabotu ierakstāmību, pateicoties spēcīgākiem galvu laukiem un labākai nesēju magnētiskajai izlīdzināšanai. Tāpat kā LMR, PMR fundamentālie ierobežojumi ir saistīti ar termisko stabilitāti, ierakstot magnētiskos datu bitus, un nepieciešamību nodrošināt pietiekamu SNR, lai nolasītu ierakstīto informāciju.
2007
2007. gadā tika paziņots par pirmā 1 TB cietā diska iznākšanu no Hitachi Global Storage Technologies. Hitachi Deskstar 7K1000 izmantoja piecus 3,5 collu 200 gigabaitus plākšņu un griezās ar ātrumu apļi/min. Tas ir ievērojams uzlabojums salīdzinājumā ar pirmā pasaulē cietā diska IBM RAMAC 350, kura jauda bija aptuveni 3,75 megabaiti. Ak, kā tālu mēs esam tikuši pēdējo 51 gadu laikā! Bet pagaidiet, ir vēl kaut kas.
2009
2009. gadā sākās tehniskie darbi pie enerģijas neatkarīgās ekspresatmiņas, vai . Enerģijas neatkarīga atmiņa (NVM) ir tāda veida atmiņa, kas var saglabāt datus pastāvīgi, atšķirībā no enerģijas atkarīgās atmiņas, kurai nepieciešama pastāvīga barošana, lai saglabātu datus. NVMe apmierina vajadzību pēc mērogojama hosta kontroliera saskarnes perifērijas komponentiem, kas balstās uz pusvadītāju ierīcēm ar PCIe tehnoloģijas atbalstu, no kā arī nosaukums NVMe. Vairāk nekā 90 uzņēmumu piedalījās darba grupā projekta izstrādei. Viss tas bija balstīts uz darba rezultātiem, lai noteiktu enerģijas neatkarīgās atmiņas hosta kontroliera saskarnes specifikāciju (NVMHCIS). Labākie šodien pieejamie NVMe diski var apstrādāt apmēram 3500 megabaitus sekundē, nolasot, un 3300 megabaitus sekundē, ierakstot. Ierakstīt datus j, ar kuriem mēs sākām, ir ļoti ātri salīdzinājumā ar pāris minūtēm roku darbinātās stieples atmiņas veidošanai Apollo Guidance Computer.
Tagadne un nākotne
Storage Class Memory
Tagad, kad esam veikuši laika ceļojumu (ha!), aplūkosim mūsdienu Storage Class Memory stāvokli. SCM, tāpat kā NVM, ir noturīga, taču SCM piedāvā veiktspēju, kas pārsniedz vai ir salīdzināma ar galveno atmiņu, kā arī . SCM mērķis ir risināt dažas šodienas kešatmiņas problēmas, piemēram, zemo statiskās nejaušās piekļuves atmiņas (SRAM) blīvumu. Izmantojot dinamisko darbības atmiņu (DRAM), mēs varam sasniegt labāku blīvumu, taču tas tiek panākts, samazinot piekļuves ātrumu. DRAM arī cieš no nepieciešamības pastāvīgi nodrošināt jaudu atmiņas atjaunināšanai. Apskatīsim šo jautājumu detalizētāk. Barošana ir nepieciešama, jo elektriskais lādiņš uz kondensatoriem pamazām izplūst, tātad, bez iejaukšanās dati no mikroshēmas drīz tiks zaudēti. Lai novērstu šādu izplūdi, DRAM prasa ārēju atmiņas atjaunināšanas shēmu, kas periodiski pārraksta datus kondensatoros, atjaunojot tos sākotnējā lādiņā.
Fāzē mainīgā atmiņa (Phase-change memory, PCM)
Iepriekš esam apsprieduši, kā mainās fāze CD-RW. PCM ir līdzīgs. Fāzes maiņas materiāls parasti ir Ge-Sb-Te, pazīstams arī kā GST, kas var pastāvēt divās dažādās stāvokļos: amorfā un kristāliskā. Amorfā stāvokļa pretestība ir augstāka, norādot 0, nekā kristāliskā stāvokļa, kas norāda 1. Piešķirot datu vērtības starppretestībām, PCM var izmantot, lai uzglabātu daudzus stāvokļus formā .
Spin-transfer torque random access memory (STT-RAM)
STT-RAM sastāv no diviem feromagnētiskiem, pastāvīgiem magnētiskajiem slāņiem, kas ir atdalīti ar dielektriķi, proti, izolatoru, kas var pārvadīt elektrisko spēku bez vadīšanas. Tā uzglabā datu bitus, pamatojoties uz magnētisko virzienu atšķirībām. Viens magnētiskais slānis, ko sauc par atbalsta slāni, ir ar fiksētu magnētisko virzienu, savukārt otrs magnētiskais slānis, ko sauc par brīvo, ir ar magnētisko virzienu, ko kontrolē pārnesamais strāvas. 1 gadījumā divu slāņu magnētiskā orientācija ir izlīdzināta. 0 gadījumā abi slāņi ir ar pretējām magnētiskām orientācijām.
Rezistīvā atmiņa ar nejaušo piekļuvi (Resistive random access memory, ReRAM)
ReRAM šūna sastāv no divām metāla elektrodu kārtām, kas ir atdalītas ar metāla oksīda slāni. Nedaudz līdzīgi kā Masuoka izstrādātās flash atmiņas dizainā, kur elektroni iekļūst oksīda slānī un iestrēgst peldošajos vārtos vai otrādi. Tomēr, izmantojot ReRAM, šūnas stāvoklis tiek noteikts, pamatojoties uz brīvā skābekļa koncentrāciju metāla oksīda slānī.
Neskatoties uz to, ka šīs tehnoloģijas ir daudzsološas, tām joprojām ir trūkumi. PCM un STT-RAM rakstīšanas laikā ir augsta latentuma. PCM latentums ir desmit reizes augstāks nekā DRAM, savukārt STT-RAM latentums ir desmit reizes augstāks nekā SRAM. PCM un ReRAM ir ierobežojumi rakstīšanas ilgumā līdz nopietnu kļūdu rašanās brīdim, kas nozīmē, ka atmiņas elements iestrēgst pie .
2015. gada augustā uzņēmums Intel paziņoja par Optane izlaišanu, savu produktu, kas balstīts uz 3DXPoint. Optane apgalvo, ka tā veiktspēja ir 1000 reizes augstāka nekā NAND SSD, bet cena četras līdz piecas reizes augstāka nekā flash atmiņai. Optane ir pierādījums tam, ka SCM nav vienkārši eksperimentāla tehnoloģija. Būs interesanti novērot šo tehnoloģiju attīstību.
Cietie diski (HDD)
Helija cietais disks (HHDD)
Helija disks ir liela apjoma cietais disks (HDD), kas ir piepildīts ar heliju un hermētiski noslēgts ražošanas procesā. Tāpat kā citi cietie diski, kā jau iepriekš minēts, tas līdzīgs atskaņotājam ar griezošu disku ar magnētisku pārklājumu. Tipiski cietie diski vienkārši satur gaisu iekšpusē, tomēr šis gaiss rada zināmu pretestību disku griešanai.
Helija baloni lido, jo helijs ir vieglāks par gaisu. Faktiski helijs veido 1/7 no gaisa blīvuma, kas ļauj samazināt pretestību disku griešanai, samazinot nepieciešamo enerģiju disku griešanai. Tomēr šī īpašība ir sekundāra, galvenā helija atšķirība ir tā, ka tas ļauj iepakot 7 diskus tajā pašā formātā, kurā parasti atradās tikai 5. Ja atceramies mūsu lidmašīnas spārna analoģiju, tas ir ideāls piemērs. Tā kā helijs samazina pretestību, turbulencija tiek izslēgta.
Mums arī ir zināms, ka heliuma baloni pēc dažām dienām sāk zust, jo no tiem iznāk helijs. To pašu var teikt arī par diskiem. Pagājuši gadi, līdz ražotāji spēja izstrādāt konteineru, kas novērš helija iznākšanu no formas faktora visas diska kalpošanas laikā. Uzņēmums Backblaze veica eksperimentus un atklāja, ka cietajiem diskiem ar heliju gada kļūdu līmenis bija 1,03%, kamēr standarta cietajiem diskiem - 1,06%. Protams, šī atšķirība ir tik maza, ka no tās ir grūti izdarīt nopietnus secinājumus. .
Helijā piepildīts formas faktors var saturēt cieto disku, kas ir enkapsulēts, izmantojot PMR, par kuru mēs runājām iepriekš, vai mikroviļņu magnētisko ierakstu (MAMR) vai siltuma magnētisko ierakstu (HAMR). Jebkuru magnētisko datu glabāšanas tehnoloģiju var apvienot ar heliju, nevis gaisu. 2014. gadā uzņēmums HGST apvienoja divas progresīvas tehnoloģijas savā 10 TB helijā piepildītajā cietajā diskā, kurā tika izmantota ar hostu vadīta šindeļu magnētiskā ierakstīšana, vai SMR (Shingled magnetic recording). Nedaudz pievērsīsimies SMR, un pēc tam aplūkosim MAMR un HAMR.
Šindeļu magnētiskā ierakstīšana
Iepriekš mēs aplūkojām perpendikulāro magnētisko ierakstīšanu (PMR), kas bija SMR priekšgājēja. Atšķirībā no PMR, SMR ieraksta jaunas līnijas, kas pārklājas ar daļu iepriekš ierakstītās magnētiskās līnijas. Tas, savukārt, padara iepriekšējo līniju šaurāku, nodrošinot augstāku līniju blīvumu. Tehnoloģijas nosaukums saistīts ar to, ka pārklātās līnijas ir ļoti līdzīgas šindeļu klājumiem uz jumta.
SMR rada daudz sarežģītāku rakstīšanas procesu, jo ierakstot uz vienas līnijas, tiek pārrakstīta blakus esošā līnija. Tas neizpaužas, kad diska pamatne ir tukša un dati ir secīgi. Taču, tiklīdz jūs ierakstāt sēriju līniju, kuras jau satur datus, esošie blakus esošie dati tiek izdzēsti. Ja blakus esošā līnija satur datus, tai jābūt pārrakstītai. Tas ir diezgan līdzīgi NAND zibatmiņai, par kuru mēs runājām iepriekš.
SMR ierīces ļauj slēpt šo sarežģītību, izmantojot programmatūras pārvaldību, tādējādi iegūstot saskarni, kas ir līdzīga jebkuram citam cietajam diskam. No otras puses, SMR ierīces, kuras pārvalda host, bez īpašas pielāgošanas lietojumprogrammām un operētājsistēmām neļaus izmantot šos diskus. Hostam ir jāveic ieraksts uz ierīcēm stingri secīgi. Tajā pašā laikā ierīču veiktspēja ir 100% paredzama. Uzņēmums Seagate sāka piegādāt SMR diskus 2013. gadā, apgalvojot, ka to blīvums pārsniedz PMR blīvumu.
Mikrovienību magnētiskā ierakstīšana (MAMR)
Mikrovienību magnētiskā ierakstīšana (MAMR) ir magnētiskās atmiņas tehnoloģija, kas izmanto enerģiju, līdzīgu HAMR (apskatīsim vēlāk). Svarīga MAMR sastāvdaļa ir Spin Torque Oscillator (STO) jeb "spin torque ģenerators". Pats STO atrodas tuvu ieraksta galviņai. Pieliekot strāvu STO, rodas apļveida elektromagnētiskā lauka ģenerācija ar frekvenci 20-40 GHz, kas rodas elektronspinu polarizācijas rezultātā.
Ietekmējot šādu lauku ferromagnētiskajā materiālā, kas tiek izmantots MAMR, notiek rezonanse, kas noved pie magnētisko momentu precesijas šajā laukā. Patiesībā magnētiskais moments novirzās no savas ass, un ieraksta galviņai ir nepieciešama krietni mazāka enerģija, lai mainītu tā virzienu (apgāzītu).
MAMR tehnoloģijas izmantošana ļauj ņemt ferromagnētiskās vielas ar lielāku koercitīvo spēku, tāpēc var samazināt magnētisko domēnu izmēru, nebaidoties izraisīt superparamagnētisko efektu. STO ģenerators palīdz samazināt ieraksta galviņas izmērus, kas ļauj ierakstīt informāciju mazāku magnētisko domēnu iekšienē, tādējādi palielinot ieraksta blīvumu.
Uzņēmums Western Digital, pazīstams arī kā WD, šādu tehnoloģiju prezentēja 2017. gadā. Drīz pēc tam, 2018. gadā, uzņēmums Toshiba atbalstīja šo tehnoloģiju. Kamēr uzņēmumi WD un Toshiba ir aizņemti ar MAMR tehnoloģijas meklējumiem, uzņēmums Seagate veic likmes uz HAMR.
Termomagnētiskā ierakstīšana (HAMR)
Siltuma palīgtehnoloģija magnētiskajā ierakstā (HAMR) ir energoefektīva magnētiskā datu glabāšanas tehnoloģija, kas būtiski palielina datu apjomu, ko var uzglabāt magnētiskajā ierīcē, piemēram, cietajā diskā, izmantojot lāzera radītu siltumu, lai palīdzētu ierakstīt datus uz cietā diska pamatnes virsmas. Mitinot atdzīvinātos bitus tuvāk kopā uz diska pamatnes, siltumprocess palielina datu blīvumu un jaudu.
Šo tehnoloģiju ir diezgan grūti īstenot. 200 mW jaudas lāzers ātri nelielu teritoriju līdz 400 °C pirms ieraksta, neradot traucējumus vai bojājot atlikušos datus diskā. Siltuma uzsildīšanas, datu ierakstīšanas un atdzišanas procesam jābeidzas mazāk nekā vienā nanosekundē. Šo uzdevumu risināšanai bija nepieciešama nanoizmēra virsmas plazmonu izstrāde, ko sauc par virsmas lāzeru, nevis tieša siltumapgāde ar lāzeru, kā arī jaunu veidu stikla plāksnes un termoregulējošu pārklājumu izstrāde, kas spēj izturēt ātrus punktveida sasildījumus bez bojājumiem ieraksta galviņai vai tuvējiem datiem, kā arī dažādas citas tehniskas problēmas, kas bija jāatrisina.
Neskatoties uz daudziem skeptiskiem komentāriem, uzņēmums Seagate pirmo reizi demonstrēja šo tehnoloģiju 2013. gadā. Pirmie diski sāka tikt piegādāti 2018. gadā.
Filmas beigas, velc atpakaļ uz sākumu!
Mēs sākām ar 1951. gadu un noslēdzam rakstu, raugoties nākotnē uz datu glabāšanas tehnoloģijām. Datu glabāšanas metodes laika gaitā ir ievērojami mainījušās: no papīra lentām līdz metāla un magnētiskām lentām, virvju atmiņai, rotējošiem diskiem, optiskajiem diskiem, flash atmiņai un citām. Progresējot, ir parādījušies ātrāki, kompakti un jaudīgāki datu glabāšanas risinājumi.
Salīdzinoši ar NVMe un 1951. gada UNISERVO metāla lenti, NVMe var nolasīt par 486 111% vairāk datu sekundē. Salīdzinoši ar manu bērnības favorit, Zip diskiem, NVMe var nolasīt par 213,623% vairāk datu sekundē.
Vienīgais, kas paliek nemainīgs, ir 0 un 1 izmantošana. Veidi, kā mēs to darām, ļoti atšķiras. Es ceru, ka nākamreiz, kad ierakstīsit CD-RW ar dziesmām draugam vai saglabāsiet mājas video Optiskā diska arhīvā, jūs domāsiet par to, kā neatspoguļojoša virsma pārvērš vērtību par 0, bet atspoguļojoša — par 1. Vai, ja jūs veidojat mikstēipu uz kasetes, atcerieties, ka tas ir ļoti cieši saistīts ar Datasette, kas tika izmantota Commodore PET. Un, protams, neaizmirstiet būt laipni un pārvilināt atpakaļ.
Paldies un par garšīgām sīkdatnēm (es neko nevaru ar sevi izdarīt) visā rakstā!
Ko vēl noderīgu var izlasīt emuārā
→
→
→
→
→
Piesakieties mūsu -kanāls, lai nepalaistu garām nākamo rakstu! Rakstām ne biežāk kā divas reizes nedēļā un tikai būtiskus jautājumus. Un atgādinām, ka Cloud4Y var nodrošināt drošu un uzticamu attālinātu piekļuvi biznesa lietotnēm un informācijai, kas nepieciešama biznesa nepārtrauktības nodrošināšanai. Attālināts darbs ir papildu barjera koronavīrusa izplatībai. Sīkāka informācija — pie mūsu menedžeriem. .
Avots: habr.com
Russian
Italian
German
Polish
Estonian
Albanian
Bulgarian
Croatian
Czech
Danish
Dutch
English
French
Hungarian
Latvian
Norwegian
Portuguese
Romanian
Slovak
Slovenian
Spanish
Swedish