Животот на бајт на податоци

Секој давател на облак нуди услуги за складирање податоци. Тоа може да бидат ладни и топли складишта, мраз-ладно, итн. Чувањето информации во облакот е доста погодно. Но, како всушност биле складирани податоците пред 10, 20, 50 години? Cloud4Y преведе интересна статија која зборува токму за ова.

Бајт податоци може да се складира на различни начини, бидејќи постојано се појавуваат нови, понапредни и побрзи медиуми за складирање. Бајт е единица за складирање и обработка на дигитални информации, која се состои од осум бита. Еден бит може да содржи или 0 или 1.

Во случај на пробиени картички, битот се чува како присуство/отсуство на дупка во картичката на одредена локација. Ако се вратиме малку подалеку до Babbage's Analytical Engine, регистрите што ги складираа броевите беа запчаници. Во уредите за магнетно складирање, како што се ленти и дискови, малку е претставено со поларитетот на одредена област на магнетниот филм. Во модерната меморија со динамичен случаен пристап (DRAM), битот често се претставува како електрично полнење на две нивоа складирано во уред кој складира електрична енергија во електрично поле. Наполнет или испразнет контејнер складира малку податоци.

Јуни 1956 година Вернер Бухолц го измислил зборот бајт за означување на група битови што се користат за кодирање на еден знак текст. Ајде да зборуваме малку за кодирање на знаци. Да почнеме со американскиот стандарден код за размена на информации или ASCII. ASCII се базираше на англиската азбука, така што секоја буква, број и симбол (az, AZ, 0-9, +, - , /, ",!, итн. ) беа претставени како 7-битен цел број од 32 до 127. Ова не беше баш „пријателски“ за другите јазици. За поддршка на други јазици, Unicode го прошири ASCII. Во Unicode секој знак е претставен како точка на код или симбол, на пример , малото j е U+006A, каде што U е кратенка за Уникод, а потоа хексадецимален број.

UTF-8 е стандард за претставување на знаци како осум бита, овозможувајќи секоја точка на код во опсегот 0-127 да се зачува во еден бајт. Ако се сеќаваме на ASCII, ова е сосема нормално за англиските знаци, но други јазични знаци често се изразуваат во два или повеќе бајти. UTF-16 е стандард за претставување на знаци како 16 бита, а UTF-32 е стандард за претставување на знаци како 32 бита. Во ASCII, секој знак е бајт, но во Unicode, што често не е целосно точно, знакот може да зафаќа 1, 2, 3 или повеќе бајти. Статијата ќе користи групирања на битови со различна големина. Бројот на битови во бајт варира во зависност од дизајнот на медиумот.

Во оваа статија, ќе патуваме низ времето низ различни медиуми за складирање за да истражуваме во историјата на складирање податоци. Во никој случај нема да започнеме длабоко да го проучуваме секој поединечен медиум за складирање што некогаш бил измислен. Ова е забавна информативна статија која во никој случај не тврди дека е од енциклопедиско значење.

Да почнеме. Да речеме дека имаме податочен бајт за складирање: буквата j, или како кодиран бајт 6а или како бинарен 01001010. Како што патуваме низ времето, бајтот на податоци ќе се користи во неколку технологии за складирање што ќе бидат опишани.

1951

Нашата приказна започнува во 1951 година со погонот за лента UNIVAC UNISERVO за компјутерот UNIVAC 1. Тоа беше првиот погон на лента создаден за комерцијален компјутер. Лентата беше направена од тенка лента од никелирана бронза, широка 12,65 mm (наречена Vicalloy) и долга скоро 366 метри. Нашите бајти на податоци може да се складираат со 7 знаци во секунда на лента што се движи со 200 метри во секунда. Во овој момент од историјата, можете да ја измерите брзината на алгоритам за складирање со растојанието што го поминала лентата.

1952

Брзо напред една година до 21 мај 1952 година, кога IBM го објави објавувањето на својата прва единица магнетна лента, IBM 726. Нашите бајти податоци сега може да се преместат од металната лента UNISERVO на магнетната лента на IBM. Овој нов дом се покажа како многу пријатен за нашиот многу мал бајт податоци, бидејќи лентата може да складира до 2 милиони цифри. Оваа магнетна лента со 7 патеки се движеше со 1,9 метри во секунда со брзина на звук од 12 цифри или 7500 ликови (во тоа време наречени групи за копирање) во секунда. За повикување: просечната статија на Хабре има приближно 10 знаци.

Лентата IBM 726 имаше седум траки, од кои шест се користеа за складирање информации, а една за контрола на паритет. Една ролна можеше да собере до 400 метри лента со ширина од 1,25 cm Брзината на пренос на податоци теоретски достигна 12,5 илјади карактери во секунда; густината на снимање е 40 бита по сантиметар. Овој систем користел метод на „вакуумски канал“ во кој јамка од лента циркулирала помеѓу две точки. Ова овозможи лентата да започне и да застане за дел од секундата. Ова беше постигнато со поставување на долги вакуумски колони помеѓу калетите на лентата и главите за читање/запишување за да се апсорбира ненадејното зголемување на напнатоста на лентата, без кое лентата обично ќе се скрши. Отстранлив пластичен прстен на задниот дел од макарата на лентата обезбеди заштита за пишување. Една ролна лента може да складира околу 1,1 мегабајт.

Запомнете ги VHS лентите. Што требаше да направите за повторно да го погледнете филмот? Премотајте ја лентата назад! Колку пати сте вртеле касета за вашиот плеер на молив, за да не ги трошите батериите и да не добиете скината или заглавена лента? Истото може да се каже и за лентите што се користат за компјутери. Програмите не можеа само да скокаат околу лентата или случаен пристап до податоците, тие можеа да читаат и пишуваат податоци строго последователно.

1956

Набрзо напред неколку години до 1956 година, а ерата на складирање на магнетни дискови започна со комплетирањето на компјутерскиот систем RAMAC 305 од страна на IBM, кој Zeellerbach Paper го доставува до Сан Франциско. Овој компјутер беше првиот што користеше хард диск со подвижна глава. Дискот RAMAC се состоеше од педесет магнетизирани метални плочи со дијаметар од 60,96 cm, способни да складираат приближно пет милиони знаци на податоци, 7 бита по знак и да се вртат со 1200 вртежи во минута. Капацитетот за складирање беше околу 3,75 мегабајти.

RAMAC дозволи пристап во реално време до големи количини на податоци, за разлика од магнетната лента или удираните картички. IBM го рекламира RAMAC како способен да складира еквивалент на 64 удирани карти. Претходно, RAMRAC го воведе концептот на континуирана обработка на трансакциите како што се случуваат, така што податоците може веднаш да се вратат додека се уште се свежи. До нашите податоци во RAMAC сега може да се пристапи со брзина од 100 битови во секунда. Претходно, кога користевме касети, моравме да пишуваме и читаме секвенцијални податоци и не можевме случајно да скокнеме на различни делови од лентата. Случајниот пристап до податоци во реално време беше навистина револуционерен во тоа време.

1963

Ајде брзо напред кон 1963 година кога беше претставен DECtape. Името доаѓа од Digital Equipment Corporation, позната како DEC. DECtape беше евтин и сигурен, па затоа се користеше во многу генерации на DEC компјутери. Тоа беше лента од 19 мм, ламинирана и ставена во сендвич помеѓу два слоја Mylar на калем од четири инчи (10,16 см).

За разлика од неговите тешки, обемни претходници, DECtape може да се носи со рака. Ова го направи одлична опција за персонални компјутери. За разлика од неговите колеги со 7 песни, DECtape имаше 6 записи за податоци, 2 траки за знаци и 2 за такт пулсирања. Податоците беа снимени со 350 бита по инч (138 бита на cm). Нашиот податочен бајт, кој е 8 бита, но може да се прошири на 12, може да се пренесе на DECtape со 8325 12-битни зборови во секунда со брзина на лента од 93 (±12) инчи во дај ми сек. Ова е 8% повеќе цифри во секунда од металната лента UNISERVO во 1952 година.
 

1967

Четири години подоцна, во 1967 година, мал тим на IBM започна да работи на IBM флопи-уредот, со кодно име Миноу. Тогаш тимот имаше задача да развие сигурен и ефтин начин за вчитување на микрокодови во мејнфрејмови IBM System/370. Проектот потоа беше пренаменет и пренаменет за да се вчита микрокодот во контролер за IBM 3330 Direct Access Storage Facility, со кодно име Мерлин.

Нашиот бајт сега може да се складира на 8-инчни магнетно обложени Mylar флопи дискови само за читање, денес познати како флопи дискови. Во моментот на објавување, производот беше наречен IBM 23FD флопи диск систем. Дисковите можеа да содржат 80 килобајти податоци. За разлика од хард дисковите, корисникот може лесно да премести флопи диск во заштитна обвивка од еден уред на друг. Подоцна, во 1973 година, IBM ја објави флопи дискот за читање/запишување, кој потоа стана индустриски стандарден.
 

1969

 Во 1969 година, компјутерот за водење на Аполо (AGC) со меморија на јаже беше лансиран на вселенското летало Аполо 11, кое носеше американски астронаути до Месечината и назад. Оваа меморија од јаже била направена рачно и можела да собере 72 килобајти податоци. Производството на меморија од јаже беше трудоинтензивно, бавно и бараше вештини слични на ткаењето; може да потрае месеци. Но, тоа беше вистинската алатка за оние времиња кога беше важно да се вклопи максимумот во строго ограничен простор. Кога жицата поминувала низ една од кружните прамени, таа претставувала 1. Жицата што минувала околу праменот претставувала 0. Нашиот бајт на податоци бара од лицето да се вткае неколку минути во јажето.

1977

Во 1977 година беше објавен Commodore PET, првиот (успешен) персонален компјутер. ПЕТ користеше Commodore 1530 Datasette, што значи податоци плус касета. PET ги конвертира податоците во аналогни аудио сигнали, кои потоа беа складирани на касети. Ова ни овозможи да создадеме економично и сигурно решение за складирање, иако многу бавно. Нашиот мал бајт на податоци може да се пренесе со брзина од околу 60-70 бајти по дај ми сек. Касетите можеа да држат околу 100 килобајти на 30-минутна страна, со две страни по лента. На пример, едната страна од касетата може да собере околу две слики од 55 KB. Податоците се користеа и во Commodore VIC-20 и Commodore 64.

1978

Една година подоцна, во 1978 година, MCA и Philips го воведоа LaserDisc под името „Discovision“. Jaws беше првиот филм продаден на LaserDisc во САД. Неговиот аудио и видео квалитет беше многу подобар од неговите конкуренти, но ласерскиот диск беше прескап за повеќето потрошувачи. Ласерскиот диск не можеше да се снима, за разлика од VHS лентите на кои луѓето снимаа телевизиски програми. Ласерските дискови работеа со аналогно видео, аналоген FM стерео аудио и пулсен код модулација, или PCM, дигитален звук. Дисковите имале дијаметар од 12 инчи (30,47 см) и се состоеле од два еднострани алуминиумски дискови обложени со пластика. Денес LaserDisc е запаметен како основа на ЦД-а и ДВД-а.

1979

Една година подоцна, во 1979 година, Алан Шугарт и Финис Конер ја основаа Seagate Technology со идеја да го зголемат хард дискот со големина на флопи диск од 5 ¼ инчи, што беше стандардно во тоа време. Нивниот прв производ во 1980 година беше хард дискот Seagate ST506, првиот хард диск за компактни компјутери. На дискот имало пет мегабајти податоци, кои во тоа време биле пет пати поголеми од стандардната флопи диск. Основачите можеа да ја постигнат својата цел да ја намалат големината на дискот до големина на флопи диск од 5¼ инчи. Новиот уред за складирање податоци беше цврста метална плоча обложена од двете страни со тенок слој од магнетен материјал за складирање податоци. Нашите бајти на податоци може да се пренесат на диск со брзина од 625 килобајти на ден дај ми сек. Тоа е приближно таков GIF.

1981

Набргу напред неколку години до 1981 година, кога Sony ги претстави првите 3,5-инчни флопи дискови. Hewlett-Packard стана првиот усвоен на оваа технологија во 1982 година со својот HP-150. Ова ги направи познати 3,5-инчните флопи дискови и им даде широка употреба низ целиот свет. индустријата. Флопи дисковите беа еднострани со форматиран капацитет од 161.2 килобајти и неформатиран капацитет од 218.8 килобајти. Во 1982 година, беше објавена двострана верзија, а конзорциумот на Microfloppy Industry Committee (MIC) од 23 медиумски компании ја засноваше спецификацијата за флопи од 3,5 инчи на оригиналниот дизајн на Sony, зацврстувајќи го форматот во историјата каква што ја знаеме денес. знаеме. Сега нашите бајти на податоци може да се складираат на раната верзија на еден од најчестите медиуми за складирање: флопи дискот од 3,5 инчи. Подоцна, пар флопи од 3,5 инчи со Орегон патека стана најважниот дел од моето детство.

1984

Набргу потоа, во 1984 година, беше објавено објавувањето на меморијата само за читање на компактен диск (CD-ROM). Тоа беа CD-ROM-ови од 550 мегабајти од Sony и Philips. Форматот произлезе од ЦД-а со дигитално аудио, или CD-DA, кои се користеа за дистрибуција на музика. CD-DA беше развиен од Sony и Philips во 1982 година и имаше капацитет од 74 минути. Според легендата, кога Sony и Philips преговарале за стандардот CD-DA, еден од четирите луѓе инсистирал дека може содржат целата Деветта симфонија. Првиот производ објавен на ЦД беше Електронската енциклопедија на Гролиер, објавена во 1985 година. Енциклопедијата содржела девет милиони зборови, кои зафаќале само 12% од достапниот простор на дискот, што е 553 мебибајт. Би имале повеќе од доволно простор за енциклопедија и бајт податоци. Набргу потоа, во 1985 година, компјутерските компании работеа заедно за да создадат стандард за диск драјвови, така што секој компјутер може да ги чита.

1984

Исто така во 1984 година, Фуџио Масуока разви нов тип на флеш-меморија наречена флеш меморија, која можеше да се брише и препишува многу пати.

Ајде да погледнеме малку во флеш меморијата користејќи транзистор со лебдечка порта. Транзисторите се електрични порти кои можат да се вклучуваат и исклучуваат поединечно. Бидејќи секој транзистор може да биде во две различни состојби (вклучен и исклучен), може да складира два различни броја: 0 и 1. Лебдечката порта се однесува на втора порта додадена на средниот транзистор. Оваа втора порта е изолирана со тенок оксиден слој. Овие транзистори користат мал напон кој се применува на портата на транзисторот за да покаже дали е вклучен или исклучен, што пак се преведува на 0 или 1.
 
Кај пловечките порти, кога ќе се примени соодветниот напон низ оксидниот слој, електроните течат низ него и се заглавуваат на портите. Затоа, дури и кога напојувањето е исклучено, електроните остануваат на нив. Кога нема електрони на лебдечките порти, тие претставуваат 1, а кога електроните се заглавени, тие претставуваат 0. Свртувањето на овој процес и примената на соодветен напон низ оксидниот слој во спротивна насока предизвикува електроните да течат низ лебдечките порти и вратете го транзисторот во првобитната состојба. Затоа ќелиите се прават програмабилни и неиспарливи. Нашиот бајт може да се програмира во транзистор како 01001010, со електрони, со електрони заглавени во лебдечки порти за да претставуваат нули.

Дизајнот на Масуока беше малку попристапен, но помалку флексибилен од електрично бришењето PROM (EEPROM), бидејќи бараше повеќе групи на ќелии кои требаше да се избришат заедно, но тоа исто така ја должи и неговата брзина.

Во тоа време, Масуока работеше за Тошиба. На крајот замина да работи на Универзитетот Тохоку бидејќи не беше задоволен што компанијата не го награди за неговата работа. Масуока ја тужеше Тошиба, барајќи компензација. Во 2006 година му биле исплатени 87 милиони јуани, што е еднакво на 758 илјади американски долари. Ова сè уште изгледа незначително со оглед на тоа колку влијателна стана флеш меморијата во индустријата.

Додека зборуваме за флеш меморија, исто така вреди да се забележи каква е разликата помеѓу NOR и NAND флеш меморијата. Како што веќе знаеме од Масуока, блицот складира информации во мемориски ќелии кои се состојат од транзистори со лебдечки порти. Имињата на технологиите се директно поврзани со тоа како се организирани мемориските ќелии.

Во NOR блицот, одделните мемориски ќелии се поврзани паралелно за да обезбедат случаен пристап. Оваа архитектура го намалува времето за читање потребно за случаен пристап до инструкциите на микропроцесорот. НИТУ флеш меморијата е идеална за апликации со помала густина кои првенствено се само за читање. Ова е причината зошто повеќето процесори го вчитуваат нивниот фирмвер, обично од НИТИ флеш меморија. Масуока и неговите колеги го претставија изумот NOR flash во 1984 година и NAND flash in 1987.

Програмерите на NAND Flash ја напуштија функцијата за случаен пристап за да постигнат помала големина на мемориските ќелии. Ова резултира со помала големина на чипот и пониска цена по бит. Архитектурата на флеш меморија NAND се состои од мемориски транзистори од осум парчиња поврзани во серија. Со ова се постигнува висока густина на складирање, помала големина на мемориските ќелии и побрзо запишување и бришење на податоците бидејќи може истовремено да програмира блокови од податоци. Ова се постигнува со барање податоците да се препишат кога не се напишани последователно и податоците веќе постојат во блок.

1991

Да продолжиме со 1991 година, кога прототипот со цврста состојба на диск (SSD) беше создаден од SanDisk, тогаш познат како SunDisk. Дизајнот комбинираше низа флеш меморија, неиспарливи мемориски чипови и интелигентен контролер за автоматско откривање и корекција на неисправните ќелии. Капацитетот на дискот беше 20 мегабајти со образец од 2,5 инчи, а неговата цена беше проценета на приближно 1000 долари. Овој диск беше користен од IBM на компјутер ThinkPad.

1994

Еден од моите лични омилени медиуми за складирање уште од детството беа Zip Disks. Во 1994 година, Iomega го објави Zip Disk, кертриџ од 100 мегабајти во формат од 3,5 инчи, околу малку подебел од стандардниот погон од 3,5 инчи. Подоцнежните верзии на дисковите може да складираат до 2 гигабајти. Погодноста на овие дискови е тоа што тие беа со големина на флопи диск, но имаа можност да складираат поголема количина на податоци. Нашите бајти на податоци може да се запишат на Zip диск со брзина од 1,4 мегабајти во секунда. За споредба, во тоа време беа напишани 1,44 мегабајти флопи диск од 3,5 инчи со брзина од околу 16 килобајти во секунда. На Zip диск, главите читаат/пишуваат податоци без контакт, како да летаат над површината, што е слично на работата на хард дискот, но се разликува од принципот на работа на другите флопи дискови. Zip-дисковите наскоро станаа застарени поради проблеми со сигурноста и достапноста.

1994

Истата година, SanDisk го претстави CompactFlash, кој беше широко користен во дигиталните видео камери. Како и кај ЦД-ата, брзините на CompactFlash се засноваат на оценки „x“, како што се 8x, 20x, 133x итн. Максималната брзина на пренос на податоци се пресметува врз основа на брзината на бит на оригиналното аудио ЦД, 150 килобајти во секунда. Стапката на пренос изгледа како R = Kx150 kB/s, каде што R е брзината на пренос, а K е номиналната брзина. Значи, за 133x CompactFlash, нашиот податочен бајт ќе биде запишан со 133x150 kB/s или околу 19 kB/s или 950 MB/s. Здружението CompactFlash е основано во 19,95 година со цел да создаде индустриски стандард за флеш мемориски картички.

1997

Неколку години подоцна, во 1997 година, беше објавен Compact Disc Rewritable (CD-RW). Овој оптички диск се користеше за складирање податоци и за копирање и пренесување датотеки на различни уреди. ЦД-ата може да се препишат околу 1000 пати, што не беше ограничувачки фактор во тоа време бидејќи корисниците ретко препишуваат податоци.

CD-RW се базираат на технологија која ја менува рефлексивноста на површината. Во случај на CD-RW, фазните поместувања во специјалната обвивка која се состои од сребро, телуриум и индиум предизвикуваат способност да се рефлектира или да не се рефлектира прочитаниот зрак, што значи 0 или 1. Кога соединението е во кристална состојба, тоа е проѕирен, што значи 1. Кога соединението се топи во аморфна состојба, станува непроѕирно и нерефлективно, што значи 0. Така би можеле да го напишеме нашиот податочен бајт како 01001010.

ДВД-а на крајот го презедоа најголемиот дел од уделот на пазарот од CD-RW.

1999

Да продолжиме со 1999 година, кога IBM ги претстави најмалите хард дискови во светот во тоа време: IBM микродисковите од 170 MB и 340 MB. Тоа беа мали хард дискови од 2,54 cm дизајнирани да се вклопат во слотови CompactFlash Type II. Беше планирано да се создаде уред кој ќе се користи како CompactFlash, но со поголем капацитет на меморија. Сепак, тие наскоро беа заменети со USB флеш драјвови, а потоа со поголеми CompactFlash картички кога станаа достапни. Како и другите хард дискови, микродисковите беа механички и содржеа мали дискови за вртење.

2000

Една година подоцна, во 2000 година, беа претставени USB флеш драјвови. Погоните се состоеја од флеш меморија затворена во мал фактор со USB интерфејс. Во зависност од верзијата на користениот USB-интерфејс, брзината може да варира. USB 1.1 е ограничен на 1,5 мегабити во секунда, додека USB 2.0 може да се справи со 35 мегабити во секунда дај ми сек, а USB 3.0 е 625 мегабити во секунда. Првите USB 3.1 тип C дискови беа објавени во март 2015 година и имаа брзина на читање/запишување од 530 мегабити во секунда. За разлика од флопи дисковите и оптичките драјвови, УСБ-уредите потешко се гребат, но сепак ги имаат истите можности за складирање податоци, како и пренос и правење резервни копии на датотеки. Флопи и ЦД-дискови брзо беа заменети со USB-порти.

2005

Во 2005 година, производителите на хард диск (HDD) почнаа да испраќаат производи користејќи нормално магнетно снимање или PMR. Интересно е што ова се случи во исто време кога iPod Nano најави употреба на флеш меморија наместо 1-инчни хард дискови во iPod Mini.

Типичен хард диск содржи еден или повеќе хард дискови обложени со магнетно чувствителен филм составен од ситни магнетни зрна. Податоците се снимаат кога магнетната глава за снимање лета веднаш над дискот што се врти. Ова е многу слично на традиционалниот грамофонски плеер, единствената разлика е во тоа што во грамофонот иглата е во физички контакт со плочата. Како што се вртат дисковите, воздухот во контакт со нив создава благ ветер. Исто како што воздухот на крилото на авионот создава подигање, воздухот генерира подигање на главата на воздушната фолија глави на дискот. Главата брзо ја менува магнетизацијата на една магнетна област на зрната, така што нејзиниот магнетен пол е насочен нагоре или надолу, што покажува 1 или 0.
 
Претходникот на PMR беше надолжното магнетно снимање или LMR. Густината на снимање на PMR може да биде повеќе од три пати поголема од LMR. Главната разлика помеѓу PMR и LMR е тоа што структурата на зрната и магнетната ориентација на зачуваните податоци на PMR медиумот е колонообразен наместо надолжен. PMR има подобра термичка стабилност и подобрен однос сигнал-шум (SNR) поради подобро одвојување и униформност на зрната. Исто така, има подобрена способност за снимање благодарение на посилните полиња на главата и подоброто усогласување на магнетните медиуми. Како и LMR, фундаменталните ограничувања на PMR се засноваат на топлинската стабилност на битовите на податоци што ги пишува магнетот и потребата да се има доволно SNR за читање на напишаните информации.

2007

Во 2007 година беше најавен првиот хард диск од 1 TB од Hitachi Global Storage Technologies. Hitachi Desktar 7K1000 користеше пет послужавници од 3,5 инчи од 200 GB и се вртеше на 7200 вртежи во минута Ова е значително подобрување во однос на првиот хард диск во светот, IBM RAMAC 350, кој имаше капацитет од приближно 3,75 мегабајти. О, колку далеку стигнавме за 51 година! Но, чекајте, има уште нешто.

2009

Во 2009 година започна техничката работа на создавање на неиспарлива експресна меморија, или NVMe. Неиспарлива меморија (NVM) е тип на меморија која може трајно да складира податоци, за разлика од испарливата меморија, која бара постојана моќност за складирање податоци. NVMe се однесува на потребата за скалабилен интерфејс на контролер на домаќинот за периферни компоненти базирани на полупроводници овозможени со PCIe, па оттука и името NVMe. Повеќе од 90 компании беа вклучени во работната група за развој на проектот. Сето ова беше засновано на работата за дефинирање на спецификацијата за интерфејс на контролорот на домаќинот за неиспарлива меморија (NVMHCIS). Најдобрите NVMe дискови на денешницата можат да се справат со околу 3500 мегабајти во секунда за читање и 3300 мегабајти во секунда за пишување. Пишувањето на бајтот на податоци j со кој започнавме е многу брзо во споредба со неколку минути рачно ткаење на јажето за компјутерот за водење Apollo.

Сегашност и иднина

Меморија на класа за складирање

Сега, кога патувавме назад во времето (ха!), ајде да ја погледнеме моменталната состојба на меморијата од класата за складирање. SCM, како NVM, е робустен, но SCM исто така обезбедува перформанси подобри или споредливи со главната меморија, и бајт адресибилност. Целта на SCM е да реши некои од денешните проблеми со кешот, како што се ниските густини на статичка меморија со случаен пристап (SRAM). Со динамичка меморија за случаен пристап (DRAM), можеме да постигнеме подобра густина, но тоа доаѓа по цена на побавен пристап. DRAM исто така страда од потребата за постојано напојување за освежување на меморијата. Ајде да го разбереме ова малку. Потребна е струја бидејќи електричното полнење на кондензаторите истекува малку по малку, што значи дека без интервенција, податоците на чипот наскоро ќе бидат изгубени. За да се спречи такво истекување, DRAM бара надворешно коло за освежување на меморијата што периодично ги препишува податоците во кондензаторите, враќајќи ги на првобитното полнење.

Меморија за промена на фаза (PCM)

Претходно, разгледавме како се менува фазата за CD-RW. PCM е сличен. Материјалот за промена на фазата е обично Ge-Sb-Te, познат и како GST, кој може да постои во две различни состојби: аморфен и кристален. Аморфната состојба има поголем отпор, означува 0, од ​​кристалната состојба, означува 1. Со доделување вредности на податоци на средни отпори, PCM може да се користи за складирање на повеќе состојби како MLC.

Меморија за случаен пристап на вртежен момент за вртење-пренос (STT-RAM)

STT-RAM се состои од два феромагнетни, постојани магнетни слоја одделени со диелектрик, изолатор кој може да пренесе електрична сила без да спроведува. Складира делови од податоци врз основа на разлики во магнетните насоки. Едниот магнетен слој, наречен референтен слој, има фиксна магнетна насока, додека другиот магнетен слој, наречен слободен слој, има магнетна насока што е контролирана од струјата што поминува. За 1, насоката на магнетизација на двата слоја е усогласена. За 0, двата слоја имаат спротивни магнетни насоки.

Отпорна меморија за случаен пристап (ReRAM)
Ќелијата ReRAM се состои од две метални електроди одделени со слој од метал оксид. Малку како дизајнот на флеш меморијата на Масуока, каде што електроните продираат во оксидниот слој и се заглавуваат во пловечката порта, или обратно. Меѓутоа, со ReRAM, состојбата на клетката се одредува врз основа на концентрацијата на слободниот кислород во слојот од металниот оксид.

Иако овие технологии се ветувачки, тие сепак имаат недостатоци. PCM и STT-RAM имаат висока латентност за пишување. Доцнењата на PCM се десет пати повисоки од DRAM, додека STT-RAM латенциите се десет пати повисоки од SRAM. PCM и ReRAM имаат ограничување за тоа колку долго може да се случи запишување пред да се случи сериозна грешка, што значи дека меморискиот елемент се заглавува одредена вредност.

Во август 2015 година, Интел го објави објавувањето на Optane, неговиот производ базиран на 3DXPoint. Optane тврди 1000 пати поголеми перформанси од NAND SSD-дискови по цена од четири до пет пати повисока од флеш меморијата. Optane е доказ дека SCM е повеќе од само експериментална технологија. Ќе биде интересно да се следи развојот на овие технологии.

Хард дискови (HDD)

Хелиумски HDD (HHDD)

Хелиумскиот диск е хард диск со висок капацитет (HDD) кој е исполнет со хелиум и херметички затворен во текот на производниот процес. Како и другите хард дискови, како што рековме претходно, тој е сличен на грамофон со магнетно обложена плоча за вртење. Вообичаените хард дискови едноставно имаат воздух во внатрешноста на шуплината, но овој воздух предизвикува одреден отпор додека се вртат плочите.

Балоните со хелиум лебдат бидејќи хелиумот е полесен од воздухот. Всушност, хелиумот е 1/7 од густината на воздухот, што ја намалува силата на сопирање додека се ротираат плочите, предизвикувајќи намалување на количината на енергија потребна за вртење на дисковите. Сепак, оваа карактеристика е секундарна, главната карактеристична карактеристика на хелиумот беше тоа што ви овозможува да спакувате 7 наполитанки во ист образец кој вообичаено би држел само 5. Ако се потсетиме на аналогијата на нашето авионско крило, тогаш ова е совршен аналог . Бидејќи хелиумот го намалува отпорот, турбуленцијата се елиминира.

Знаеме и дека балоните со хелиум почнуваат да тонат по неколку дена бидејќи хелиумот излегува од нив. Истото може да се каже и за уредите за складирање. Беа потребни години пред производителите да успеат да создадат контејнер што го спречуваше хелиумот да избега од формалниот фактор во текот на целиот животен век на погонот. Backblaze спроведе експерименти и откри дека хелиумските хард дискови имаат годишна стапка на грешка од 1,03%, во споредба со 1,06% за стандардните дискови. Се разбира, оваа разлика е толку мала што од неа може да се извлече сериозен заклучок прилично тешко.

Форма факторот исполнет со хелиум може да содржи хард диск инкапсулиран со PMR, што го дискутиравме погоре, или магнетно снимање со микробранова (MAMR) или магнетно снимање со помош на топлина (HAMR). Секоја технологија за магнетно складирање може да се комбинира со хелиум наместо воздух. Во 2014 година, HGST комбинираше две најсовремени технологии во својот хелиумски хард диск од 10 TB, кој користеше магнетно снимање со ќерамиди контролирано од домаќинот или SMR (Shingled magnetic recording). Ајде да зборуваме малку за SMR и потоа да ги разгледаме MAMR и HAMR.

Технологија за магнетно снимање на плочки

Претходно, го разгледавме нормалното магнетно снимање (PMR), кое беше претходник на SMR. За разлика од PMR, SMR снима нови траки кои се преклопуваат со дел од претходно снимената магнетна патека. Ова за возврат ја прави претходната патека потесна, овозможувајќи поголема густина на патеката. Името на технологијата доаѓа од фактот дека патеките за круг се многу слични на патеките на покривот со плочки.

SMR резултира со многу покомплексен процес на пишување, бидејќи пишувањето на една песна ја препишува соседната песна. Ова не се случува кога подлогата на дискот е празна, а податоците се последователни. Но, штом снимате на серија песни кои веќе содржат податоци, постоечките соседни податоци се бришат. Ако соседната песна содржи податоци, таа мора да се препише. Ова е сосема слично на NAND блицот за кој зборувавме претходно.

Уредите SMR ја кријат оваа сложеност со управување со фирмверот, што резултира со интерфејс сличен на кој било друг хард диск. Од друга страна, уредите SMR управувани од домаќинот, без посебно прилагодување на апликациите и оперативните системи, нема да дозволат користење на овие дискови. Домаќинот мора да пишува на уреди строго последователно. Во исто време, перформансите на уредите се 100% предвидливи. Seagate започна да испорачува SMR дискови во 2013 година, тврдејќи дека има 25% поголема густина надминува PMR густина.

Магнетно снимање во микробранова печка (MAMR)

Магнетното снимање со помош на микробранови (MAMR) е технологија за магнетна меморија која користи енергија слична на HAMR (дискутирано следно).Важен дел од MAMR е осцилаторот на вртежен момент (STO). Самиот STO се наоѓа во непосредна близина на главата за снимање. Кога се применува струја на STO, се генерира кружно електромагнетно поле со фреквенција од 20-40 GHz поради поларизацијата на вртењата на електроните.

Кога се изложени на такво поле, се јавува резонанца во феромагнетот што се користи за MAMR, што доведува до прецесија на магнетните моменти на домените во ова поле. Во суштина, магнетниот момент отстапува од својата оска и за да ја промени својата насока (превртување), на главата за снимање и треба значително помалку енергија.

Употребата на MAMR технологијата овозможува преземање на феромагнетни супстанции со поголема принудна сила, што значи дека големината на магнетните домени може да се намали без страв дека ќе предизвика суперпарамагнетен ефект. STO генераторот помага да се намали големината на главата за снимање, што овозможува снимање на информации на помали магнетни домени и затоа ја зголемува густината на снимање.

Western Digital, исто така познат како WD, ја претстави оваа технологија во 2017 година. Набргу потоа, во 2018 година, Toshiba ја поддржа оваа технологија. Додека WD и Toshiba ја следат технологијата MAMR, Seagate се обложува на HAMR.

Термомагнетно снимање (HAMR)

Магнетното снимање со помош на топлина (HAMR) е енергетски ефикасна магнетна технологија за складирање податоци која може значително да го зголеми количеството податоци што може да се складираат на магнетен уред, како што е хард диск, со користење на топлина обезбедена од ласер за да помогне во пишувањето податоците на површинските подлоги на хард дискот. Греењето предизвикува податочните битови да се постават многу поблиску еден до друг на подлогата на дискот, што овозможува зголемена густина и капацитет на податоците.

Оваа технологија е доста тешко да се имплементира. Брзо ласерски 200 mW се загрева мала површина до 400 °C пред снимање, без мешање или оштетување на останатите податоци на дискот. Процесот на загревање, снимање на податоци и ладење мора да се заврши за помалку од една наносекунда. Решавањето на овие предизвици бараше развој на површински плазмони со нано размери, исто така познати како ласери со површински водени, наместо директно ласерско загревање, како и нови типови стаклени плочи и термички премази за да издржат брзо загревање на место без да се оштети главата за снимање или која било блиска податоци и разни други технички предизвици кои требаше да се надминат.

И покрај бројните скептични изјави, Seagate првпат ја демонстрираше оваа технологија во 2013 година. Првите дискови почнаа да се испраќаат во 2018 година.

Крај на филмот, оди на почеток!

Започнавме во 1951 година и ја завршивме статијата со поглед во иднината на технологијата за складирање. Складирањето податоци во голема мера се промени со текот на времето, од хартиена лента до метална и магнетна, меморија на јаже, дискови за вртење, оптички дискови, флеш меморија и други. Напредокот резултираше со побрзи, помали и помоќни уреди за складирање.

Ако ја споредите NVMe со металната лента UNISERVO од 1951 година, NVMe може да чита 486% повеќе цифри во секунда. Кога го споредувам NVMe со мојот омилен од детството, Zip-дискови, NVMe може да чита 111% повеќе цифри во секунда.

Единственото нешто што останува точно е употребата на 0 и 1. Начините на кои го правиме тоа се разликуваат многу. Се надевам дека следниот пат кога ќе запишете CD-RW со песни за пријател или ќе зачувате домашно видео во Архивата на оптичкиот диск, ќе размислите како нерефлектирачката површина се преведува на 0, а рефлектирачката површина се преведува на 1. Или ако снимате микс на касета, запомнете дека таа е многу тесно поврзана со Datasette што се користи во Commodore PET. Конечно, не заборавајте да бидете љубезни и да премотувате назад.

Благодарение Роберт Мустаки и Рик Алтера за пикантериите (не можам да се воздржам) низ статијата!

Што друго можете да прочитате на блогот? Cloud4y

→ Велигденски јајца на топографски карти на Швајцарија
→ Компјутерски брендови од 90-тите, дел 1
→ Како мајка на хакер влегла во затвор и го заразила компјутерот на газдата
→ Дијагностика на мрежни врски на виртуелниот рутер EDGE
→ Како пропадна банката?

Претплатете се на нашата Телеграма-канал за да не ја пропуштите следната статија! Ние пишуваме не повеќе од двапати неделно и само на деловен план. Исто така, ве потсетуваме дека Cloud4Y може да обезбеди безбеден и сигурен далечински пристап до деловните апликации и информациите неопходни за да се обезбеди континуитет на бизнисот. Работата од далечина е дополнителна бариера за ширење на коронавирусот. За детали, контактирајте со нашите менаџери на Онлајн.

Извор: www.habr.com