Elke cloudprovider biedt een opslagdienst aan. Dit kunnen koude en warme opslag zijn, Ice-cold, enzovoort. Het is behoorlijk handig om informatie in de cloud op te slaan. Maar hoe werden gegevens 10, 20, 50 jaar geleden opgeslagen? Cloud4Y heeft een interessant artikel vertaald dat hier precies over gaat.
Een byte gegevens kan op verschillende manieren worden opgeslagen, aangezien er voortdurend nieuwe, geavanceerdere en snellere informatieopslagmedia verschijnen. Een byte is de eenheid voor opslag en verwerking van digitale informatie, bestaande uit acht bits. In Ć©Ć©n bit kan ofwel 0 ofwel 1 worden opgeslagen.
Bij perforatiekaarten wordt een bit opgeslagen als het al dan niet aanwezig zijn van een gat in de kaart op een bepaalde plaats. Als we iets verder teruggaan in de tijd naar de 'Analytische machine van Babbage', bestonden de registers die nummers opsloegen uit tandwielen. Bij magnetische opslagsystemen, zoals tapes en schijven, wordt een bit weergegeven door de polariteit van een bepaald gebied van de magnetische film. In moderne dynamische random access memory (DRAM) wordt een bit vaak weergegeven in de vorm van een tweelaags elektrische lading, opgeslagen in een apparaat dat elektrische energie in een elektrisch veld opslaat. Een geladen of ontladen capaciteit slaat de bit gegevens op.
In juni 1956 verzin de term om een groep bits aan te duiden die wordt gebruikt om Ć©Ć©n teken van . Laten we eens kort praten over tekenencoding. Laten we beginnen met de American Standard Code for Information Interchange, of ASCII (ASCII (Engels: American standard code for information interchange). ASCII was gebaseerd op het Engelse alfabet, waardoor elke letter, cijfer en symbool (a-z, A-Z, 0-9, +, -, \, ", ! enzovoort) werd weergegeven als een 7-bits geheel getal van 32 tot 127. Dit was niet helemaal 'vriendelijk' voor andere talen. Om andere talen te ondersteunen, heeft Unicode ASCII uitgebreid. In Unicode wordt elk teken weergegeven als een codepunt of teken, bijvoorbeeld de kleine letter j ā U+006A, waarbij U staat voor Unicode, gevolgd door een hexadecimaal getal.
UTF-8 is the standard for representing characters as eight bits, allowing each code point in the range of 0-127 to be stored in one byte. If we recall ASCII, this is quite normal for English characters, but characters from other languages are often expressed in two or more bytes. UTF-16 is the standard for representing characters as 16 bits, while UTF-32 is the standard for representing characters as 32 bits. In ASCII, each character is a byte, while in Unicode, which is often not entirely accurate, a character can occupy 1, 2, 3, or more bytes. Various bit size groupings will be used in the article. The number of bits in a byte varies depending on the media design.
In this article, we will take a journey through time across various storage media to dive into the history of data storage. We will not deeply explore every single piece of information storage ever invented. Before you is a fun informational article that does not in any way claim to be encyclopedic in significance.
Let's get started. Suppose we have a byte of data to store: the letter j, or encoded as byte 6a, or in binary as 01001010. Throughout our time travel, this byte of data will be used in various storage technologies that will be described.
1951
Our story begins in 1951 with the UNIVAC UNISERVO tape drive for the UNIVAC 1 computer. This was the first tape drive created for a commercial computer. The tape was made from a thin strip of nickel-plated bronze, 12.65 mm wide (known as Vicalloy) and nearly 366 meters long. Our data bytes could be stored at a speed of 7,200 characters per second on the tape, moving at a speed of 2.54 meters per second. At this point in history, you could measure the speed of the storage algorithm by the distance traveled by the tape.
1952
Laten we een jaar vooruit springen, naar 21 mei 1952, toen IBM de lancering van zijn eerste magnetische bandstation, IBM 726, aankondigde. Nu kan onze databite worden verplaatst van de UNISERVO metalen band naar de IBM magnetische band. Dit nieuwe huis bleek erg comfortabel voor onze zeer kleine databite, aangezien de band tot 2 miljoen cijfers kan opslaan. Deze magnetische 7-sporenband bewoog zich met een snelheid van 1,9 meter per seconde met een overdrachtssnelheid van 12.500 of 7500 (toen kopieergroepen genoemd) per seconde. Ter referentie: een gemiddeld artikel op Habr bevat ongeveer 10.000 tekens.
De IBM 726-band had zeven sporen, waarvan er zes dienden voor gegevensopslag en Ć©Ć©n voor pariteitscontrole. Op een spoel kon tot 400 meter band van 1,25 cm breed worden geplaatst. De theoretische gegevensoverdrachtsnelheid bereikte 12.500 symbolen per seconde; de opschrijf dichtheid was 40 bits per centimeter. In dit systeem werd de 'vacuumkanaal'-methode gebruikt, waarbij de lus van de band tussen twee punten circuleerde. Dit stelde de band in staat om in een fractie van een seconde te starten en te stoppen. Dit werd bereikt door lange vacuĆ¼mpijpen tussen de bandspoelen en de lees-/schrijfkoppen te plaatsen om plotselinge spanningsveranderingen in de band op te vangen, zonder welke de band doorgaans zou breken. Een afneembare plastic ring aan de achterkant van de bandspoel zorgde voor bescherming tegen schrijven. Op Ć©Ć©n bandspoel kon ongeveer 1,1 .
Herinner je je de VHS-cassettes? Wat moest je doen om een film opnieuw te bekijken? De band terugspoelen! Hoe vaak draaide je de cassette met een potlood om onnodige batterijverspilling te voorkomen en te zorgen dat de band niet scheurde of vastliep? Hetzelfde kan worden gezegd voor de banden die voor computers werden gebruikt. Programma's konden niet simpelweg een deel van de band overslaan of per ongeluk toegang krijgen tot gegevens; ze konden gegevens alleen strikt sequentieel lezen en schrijven.
1956
Als we een paar jaar verder in de tijd gaan, naar 1956, begon het tijdperk van magnetische schijven met de voltooiing door IBM van de ontwikkeling van het computersysteem RAMAC 305, dat door het bedrijf Zellerbach Paper werd geleverd. In deze computer werd voor het eerst een harde schijf met een bewegende kop gebruikt. De RAMAC-opslag bestond uit vijftig magnetische metalen schijven met een diameter van 60,96 cm, die ongeveer vijf miljoen datakarakters konden opslaan, 7 bits per karakter, en draaiden met een snelheid van 1200 omwentelingen per minuut. De opslagcapaciteit was ongeveer 3,75 megabyte.
RAMAC maakte het mogelijk om in real-time toegang te krijgen tot grote hoeveelheden data, in tegenstelling tot magnetische tape of ponskaarten. IBM adverteerde RAMAC als een apparaat dat het equivalent van 64.000 kon opslaan. . Eerder werd in RAMAC het concept van continue transactieverwerking geĆÆntroduceerd, zodat data onmiddellijk konden worden opgehaald terwijl ze nog vers waren. Nu kon toegang tot onze gegevens in RAMAC plaatsvinden met een snelheid van 100.000 . Voordat we tape gebruikten, moesten we sequentiĆ«le gegevens lezen en schrijven, en konden we niet willekeurig naar verschillende delen van de tape springen. Willekeurige toegang tot gegevens in real-time was destijds werkelijk revolutionair.
1963
Laten we teruggaan naar 1963, toen DECtape werd geĆÆntroduceerd. De naam is afkomstig van het bedrijf Digital Equipment Corporation, bekend als DEC. DECtape was goedkoop en betrouwbaar, waardoor het in veel generaties DEC-computers werd gebruikt. Het was een 19 mm band, gelamineerd en ingeklemd tussen twee lagen mylar op een vier-inch (10,16 cm) spoel.
In tegenstelling tot zijn zware, grote voorgangers kon de DECtape handmatig worden vervoerd. Dit maakte het een uitstekende keuze voor persoonlijke computers. In tegenstelling tot 7-sporen analogen had DECtape 6 gegevenssporen, 2 etiketten sporen en 2 voor clockpulsen. Gegevens werden geregistreerd met een snelheid van 350 bits per inch (138 bits per cm). Onze gegevensbyte, die 8 bits bedraagt, maar kan worden uitgebreid tot 12, kon op DECtape worden verzonden met een snelheid van 8325 12-bits woorden per seconde bij een tapesnelheid van 93 (Ā±12) inch per . Dit was 8% meer cijfers per seconde dan de metalen tape UNISERVO in 1952.
Ā
1967
Vier jaar later, in 1967, begon een klein team van IBM te werken aan de IBM-schijf die onder de codenaam . Toen kreeg het team de opdracht om een betrouwbare en goedkope manier te ontwikkelen om microcode te laden in IBM System/370. Later werd het project opnieuw toegewezen en omgevormd voor het laden van microcode in een controller voor de IBM 3330 Direct Access Storage Facility, met de codenaam Merlin.
Nu kan onze byte worden opgeslagen op alleen-lezen 8-inch Mylar-floppydisks met een magnetische laag, die tegenwoordig bekend staan als diskettes. Bij de lancering werd het product de IBM 23FD Floppy Disk Drive System genoemd. De schijven konden 80 kilobyte aan gegevens bevatten. In tegenstelling tot harde schijven kon de gebruiker de diskette gemakkelijk in een beschermende behuizing van de ene schijf naar de andere verplaatsen. Later, in 1973, bracht IBM een lees-/schrijfdiskette uit die vervolgens de industriestandaard werd. .
Ā
1969
Ā In 1969 werd aan boord van het ruimtevaartuig Apollo 11, dat Amerikaanse astronauten naar de maan en terug bracht, de onboard computer AGC (Apollo Guidance Computer) gelanceerd met 'touwgeheugen' (rope memory). Dit touwgeheugen was handgemaakt en kon 72 kilobyte aan gegevens bevatten. De productie van touwgeheugen was arbeidsintensief, langzaam en vereiste vaardigheden die vergelijkbaar waren met die van weven; het inweven van het programma in de touwgeheugen kostte maanden. . Maar het was het juiste instrument voor die tijd, waarin het belangrijk was om zoveel mogelijk in een strikt beperkte ruimte op te slaan. Wanneer de draad door een van de cirkelvormige draden ging, vertegenwoordigde dit een 1. De draad die om de draad heen ging, vertegenwoordigde een 0. Onze byte aan gegevens vereiste dat iemand enkele minuten bezig was met inweven in het touw.
1977
In 1977 werd de Commodore PET uitgebracht - de eerste (succesvolle) persoonlijke computer. De PET gebruikte de Commodore 1530 Datasette, wat betekent data plus cassette. De PET zet gegevens om in analoge geluidssignalen die vervolgens werden opgeslagen op . Dit bood een kosteneffectieve en betrouwbare oplossing voor gegevensopslag, hoewel het zeer traag was. Onze kleine byte aan gegevens kon worden overgedragen met een snelheid van ongeveer 60-70 bytes per . Cassettes konden ongeveer 100 kilobyte per 30 minuten kant bevatten, met twee kanten op de tape. Bijvoorbeeld, aan Ć©Ć©n kant van de cassette konden ongeveer twee 55 KB afbeeldingen worden geplaatst. Datasette werd ook gebruikt in de Commodore VIC-20 en Commodore 64.
1978
In 1978, a year later, MCA and Philips introduced the LaserDisc called 'Discovision'. The film 'Jaws' became the first movie sold on LaserDisc in the US. The sound and video quality was far superior to that of competitors, but the LaserDisc proved too expensive for most consumers. Unlike VHS tapes, which people used to record TV shows, the LaserDisc could not be recorded. LaserDiscs operated with analog video, analog FM stereo sound, and pulse-code modulation, or PCM, digital audio. , of PCM, digitaal geluid. De schijven hadden een diameter van 12 inch (30,47 cm) en bestonden uit twee eenzijdige aluminium schijven bedekt met plastic. Tegenwoordig worden LaserDiscs herinnerd als de basis voor CD's en DVD's.
1979
Een jaar later, in 1979, richtten Alan Shugart en Finis Connor Seagate Technology op met het idee om de harde schijf te schalen tot de grootte van een 5 Ā¼-inch floppy disk, die toen de standaard was. Hun eerste product in 1980 was de Seagate ST506 harde schijf - de eerste harde schijf voor compacte computers. De schijf heeft een capaciteit van vijf megabyte, wat destijds vijf keer meer was dan de standaard floppy disk. De oprichters slaagden erin hun doel te bereiken - de grootte van de schijf te verminderen tot dat van een 5Ā¼-inch floppy disk. Het nieuwe opslagapparaat bestond uit een harde metalen plaat die aan beide zijden bedekt was met een dunne laag magnetisch materiaal voor gegevensopslag. Onze bytes gegevens konden met een snelheid van 625 kilobyte per . Dit is ongeveer .
1981
Laten we een paar jaar vooruitgaan, naar 1981, toen Sony de eerste 3,5-inch floppy disks introduceerde. Hewlett-Packard werd in 1982 de eerste volger van deze technologie met zijn HP-150. Dit maakte de 3,5-inch floppy disks beroemd en zorgde voor een brede verspreiding in de De floppies waren eenzijdig met een geformatteerde capaciteit van 161,2 kilobyte en een niet-geformatteerde capaciteit van 218,8 kilobyte. In 1982 werd een tweezijdige versie uitgebracht en het Microfloppy Industry Committee (MIC), bestaande uit 23 mediabedrijven, stelde de specificatie van de 3,5-inch floppy disk vast op basis van het originele ontwerp van Sony, waardoor het formaat in de geschiedenis werd verankerd zoals wij het Nu kunnen onze bytes gegevens worden opgeslagen op de vroege versie van een van de meest gebruikte opslagmedia: de 3,5-inch floppy disk. Later kwam er een paar 3,5-inch floppies met waren het belangrijkste deel van mijn kindertijd.
1984
Kort na dit, in 1984, werd de release aangekondigd van een compact disc met gegevens die alleen konden worden gelezen (Engels: Compact Disc Read-Only Memory, CD-ROM). Dit waren CD-ROM's van 550 megabyte van de bedrijven Sony en Philips. Het formaat is voortgekomen uit compact discs met digitale audio, of CD-DA, die werden gebruikt voor de distributie van muziek. CD-DA werd in 1982 ontwikkeld door Sony en Philips en had een capaciteit van 74 minuten. Volgens de legende, tijdens de onderhandelingen tussen Sony en Philips over de CD-DA standaard, drong een van de vier mensen erop aan dat hij kon de gehele 'Negende Symfonie'. Het eerste product dat op een compact disc werd uitgebracht, was de 'Elektronische Encyclopedie van Grolier', die in 1985 uitkwam. De encyclopedie bevatte negen miljoen woorden, wat slechts 12% van de beschikbare schijfruimte in beslag nam, ofwel 553 We zouden meer dan genoeg ruimte hebben voor de encyclopedie en een byte gegevens. Kort daarna, in 1985, werkten computerbedrijven samen aan het creƫren van een standaard voor schijven, zodat elke computer informatie van hen kon lezen.
1984
Ook in 1984 ontwikkelde Fujio Masuoka een nieuw type geheugen met een drijvend poort, genaamd flash-geheugen, dat in staat was om herhaaldelijk gewist en herschreven te worden.
Laten we even stilstaan bij flash-geheugen, dat gebruikmaakt van een transistor met een drijvende poort. Transistors zijn elektrische poorten die afzonderlijk kunnen worden in- en uitgeschakeld. Aangezien elke transistor zich in twee verschillende toestanden kan bevinden (in- of uitgeschakeld), kan deze twee verschillende getallen opslaan: 0 en 1. De drijvende poort verwijst naar de tweede poort die is toegevoegd aan de middelste transistor. Deze tweede poort is geĆÆsoleerd door een dunne oxide-laag. Deze transistors gebruiken een lage spanning die op de poort van de transistor wordt aangelegd om aan te geven of deze aan of uit is, wat op zijn beurt resulteert in 0 of 1.
Ā
Met zwevende poorten, wanneer een bijbehorende spanning door de oxidenlaag wordt aangelegd, kunnen elektronen erdoorheen gaan en zich op de poorten vastzetten. Daarom blijven de elektronen op de poorten, zelfs als de stroom is uitgeschakeld. Wanneer er geen elektronen op de zwevende poorten zitten, vertegenwoordigen ze 1, en wanneer elektronen vastzitten, zijn ze 0. De omgekeerde beweging van dit proces en het aanleggen van een geschikte spanning door de oxidenlaag in de omgekeerde richting laat elektronen door de zwevende poorten gaan en herstelt de transistor naar zijn oorspronkelijke toestand. Daarom zijn de cellen programmeerbaar en . Onze byte kan worden geprogrammeerd in de transistor als 01001010, met elektronen die vastzitten op de zwevende poorten om nullen voor te stellen.
Het ontwerp van Masuoka was iets toegankelijker, maar minder flexibel dan elektrisch herschrijfbare PROM (EEPROM), aangezien het verschillende groepen cellen vereiste die samen gewist moesten worden, maar dit werd ook verklaard door de snelheid.
In die tijd werkte Masuoka bij Toshiba. Uiteindelijk vertrok hij naar de Tohoku Universiteit, omdat hij ontevreden was dat het bedrijf hem niet had beloond voor zijn werk. Masuoka klaagde Toshiba aan voor schadeloosstelling. In 2006 ontving hij 87 miljoen yuan, wat overeenkomt met 758 duizend dollar. Dit lijkt nog steeds onbeduidend, gezien de invloed die flashgeheugen in de industrie heeft gehad.
Aangezien we het over flashgeheugen hebben, is het ook interessant om het verschil tussen NOR en NAND flashgeheugen te noemen. Zoals we van Masuoka weten, slaat flash gegevens op in geheugencellen die bestaan uit transistors met een zwevende poort. De namen van de technologieƫn zijn rechtstreeks gerelateerd aan hoe de geheugencellen zijn georganiseerd.
In flashgeheugen zijn individuele geheugencellen parallel geschakeld, wat willekeurige toegang mogelijk maakt. Deze architectuur vermindert de leesduur die nodig is voor willekeurige toegang tot de instructies van de microprocessor. NOR flashgeheugen is ideaal voor toepassingen met een lagere dichtheid die voornamelijk alleen-lezen zijn. Daarom laden de meeste CPU's meestal hun firmware vanaf NOR flashgeheugen. Masuoka en zijn collega's introduceerden de NOR flash-uitvinding in 1984 en de NAND flash in... .
NAND Flash-ontwikkelaars hebben de mogelijkheid voor willekeurige toegang opgegeven om kleinere geheugencellen te verkrijgen. Dit resulteert in een kleinere chipgrootte en lagere kosten per bit. De architectuur van NAND-flashgeheugen bestaat uit seriegewijs verbonden geheugentransistoren, bestaande uit acht delen. Dit resulteert in een hoge opslagdichtheid, een kleinere geheugencel en snellere schrijf- en wisproeven, omdat het tegelijkertijd datablocks kan programmeren. Dit wordt bereikt door de noodzaak om gegevens te herschrijven wanneer ze niet sequentieel worden geschreven en de gegevens al bestaan in .
1991
Laten we naar 1991 gaan, toen het prototype van een solid state drive (SSD) werd ontwikkeld door SanDisk, destijds bekend als . De constructie combineerde een array van flashgeheugen, niet-vluchtige geheugenchips en een slimme controller voor automatische detectie en correctie van defecte cellen. De capaciteit van de schijf was 20 megabyte met een 2,5-inch form factor en de prijs werd geschat op ongeveer 1000 Amerikaanse dollars. Deze schijf werd gebruikt door IBM in de computer .
1994
Een van mijn favoriete opslagmedia sinds mijn kindertijd was Zip Disks. In 1994 bracht Iomega de Zip Disk uit, een 100-megabyte cartridge in een 3,5-inch form factor, ongeveer iets dikker dan een standaard 3,5-inch floppy. Latere versies van de schijven konden tot 2 gigabyte opslaan. Het handige van deze schijven was dat ze de grootte hadden van een floppy, maar een grotere opslagcapaciteit boden. Onze datapixels konden met een snelheid van 1,4 megabyte per seconde op de Zip Disk worden geschreven. Ter vergelijking: in die tijd werden 1,44 megabyte op 3,5-inch floppy's met een snelheid van ongeveer 16 kilobyte per seconde geschreven. Op de Zip Disk lezen/schrijven de koppen contactloos data, alsof ze boven het oppervlak 'vliegen', wat vergelijkbaar is met de werking van een harde schijf, maar verschilt van andere floppy's. Al snel verouderden Zip Disks vanwege problemen met betrouwbaarheid en beschikbaarheid.
1994
In hetzelfde jaar introduceerde SanDisk CompactFlash, dat veel werd gebruikt in digitale videocamera's. Net als bij compact discs is de snelheid van CompactFlash gebaseerd op 'x'-classificaties zoals 8x, 20x, 133x, enzovoort. De maximale overdrachtsnelheid wordt berekend op basis van de overdrachtsnelheid van een origineel audio-CD, 150 kilobyte per seconde. De overdrachtsnelheid is R = Kx150 kB/s, waarbij R de overdrachtsnelheid is en K de nominale snelheid. Voor 133x CompactFlash zouden we ongeveer 19.950 kB/s of 19,95 MB/s bereiken. De CompactFlash Associatie werd in 1995 opgericht met als doel een industriestandaard te creƫren voor geheugenkaarten op basis van flashgeheugen.
1997
Enkele jaren later, in 1997, werd de herschrijfbare compact disc (CD-RW) geĆÆntroduceerd. Deze optische schijf werd gebruikt voor het opslaan van gegevens en voor het kopiĆ«ren en overdragen van bestanden naar verschillende apparaten. Herschrijfbare compact discs kunnen ongeveer 1000 keer worden herschreven, wat destijds geen beperkende factor was, aangezien gebruikers zelden gegevens opnieuw schreven.
CD-RW zijn gebaseerd op de technologie van het veranderen van de reflectieve capaciteit van het oppervlak. Bij CD-RW veroorzaken faseverschuivingen in een speciale coating, bestaande uit zilver, telluur en indium, dat ze de leesstraal kunnen reflecteren of niet, wat 0 of 1 betekent. Wanneer de verbinding in een kristallijne staat is, is deze doorschijnend, wat 1 betekent. Wanneer de verbinding smelt naar een amorfe toestand, wordt deze ondoorzichtig en niet-reflecterend, wat 0 betekent. Zo zouden we onze byte gegevens kunnen schrijven als 01001010.
DVD's veroverden uiteindelijk een groot deel van de markt ten koste van CD-RW.
1999
Laten we naar 1999 gaan, toen IBM de kleinste harddisks ter wereld introduceerde: microdisks van IBM met een capaciteit van 170 en 340 MB. Dit waren kleine harde schijven van 2,54 cm, bedoeld om in CompactFlash Type II-sleuven te worden geĆÆnstalleerd. Er was een apparaat gepland dat zou worden gebruikt zoals CompactFlash, maar met een grotere geheugencapaciteit. Ze werden echter al snel vervangen door USB-flashdrives en later door grotere CompactFlash-kaarten, zodra deze beschikbaar kwamen. Net als andere harde schijven waren microdisks mechanisch en bevatten ze kleine draaiende schijven.
2000
Een jaar later, in 2000, werden USB-flashdrives geĆÆntroduceerd. Deze drives bestonden uit flashgeheugen verpakt in een compact formaat met een USB-interface. Afhankelijk van de versie van de gebruikte USB-interface kon de snelheid variĆ«ren. USB 1.1 was beperkt tot 1,5 megabit per seconde, terwijl USB 2.0 tot 35 megabit per seconde kon verwerken. , en USB 3.0 tot 625 megabit per seconde. De eerste USB 3.1 Type C-drives werden in maart 2015 aangekondigd en hadden een leessnelheid/schrijfsnelheid van 530 megabit per seconde. In tegenstelling tot diskettes en optische schijven zijn USB-apparaten moeilijker te krassen, maar ze bieden dezelfde mogelijkheden voor gegevensopslag, evenals voor het verzenden en back-uppen van bestanden. Diskettes en cd-drives zijn snel vervangen door USB-poorten.
2005
In 2005 begonnen fabrikanten van harde schijven (HDD) producten te leveren met gebruik van verticale magnetische opname, ofwel PMR. Interessant genoeg gebeurde dit ongeveer gelijktijdig met de aankondiging van de iPod Nano, die flashgeheugen gebruikte in plaats van 1-inch harde schijven in de iPod Mini.
Een typische harde schijf bevat een of meer schijven bedekt met een magnetische coating die bestaat uit kleine magnetische korrels. Gegevens worden opgeslagen wanneer de magnetische schrijfkop net boven de draaiende schijf beweegt. Dit lijkt erg op een traditionele grammofoon, met als verschil dat de naald in een grammofoon fysiek contact maakt met de schijf. Terwijl de schijven draaien, creƫert de lucht die ermee in contact komt een lichte luchtstroom. Net zoals de lucht op een vliegtuigvleugel liftkracht genereert, genereert de lucht liftkracht op de kop van het aerodynamische oppervlak. . De kop verandert snel de magnetisatie van ƩƩn magnetisch gebied van korrels zodat de magnetische pool omhoog of omlaag wijst, wat 1 of 0 aanduidt.
Ā
De voorganger van PMR was longitudinale magnetische opslag, of LMR. De opslagdichtheid van PMR kan meer dan drie keer hoger zijn dan die van LMR. Het belangrijkste verschil tussen PMR en LMR is dat de korrelstructuur en de magnetische oriƫntatie van de opgeslagen gegevens op PMR-media kolomvormig zijn in plaats van longitudinaal. PMR heeft een betere thermische stabiliteit en een verbeterde signaal-ruisverhouding (SNR) dankzij betere korrelscheiding en uniformiteit. Het heeft ook een betere schrijfbaarheid dankzij sterkere kopvelden en een betere magnetische uitlijning van het medium. Net als LMR zijn de fundamentele beperkingen van PMR gebaseerd op de thermische stabiliteit van de magnetisch geschreven databits en de noodzaak om een voldoende aantal SNR te hebben om de geschreven informatie te lezen.
2007
In 2007 werd de eerste 1 TB harde schijf van Hitachi Global Storage Technologies aangekondigd. De Hitachi Deskstar 7K1000 gebruikte vijf 3,5-inch 200-gigabyte schijven en draaide met een snelheid van toeren per minuut. Dit is een aanzienlijke vooruitgang in vergelijking met 's werelds eerste harde schijf, de IBM RAMAC 350, die ongeveer 3,75 megabyte capaciteit had. Oh, hoeveel we in 51 jaar zijn voortgeschreden! Maar wacht, er is nog meer.
2009
In 2009 begonnen technische werkzaamheden aan het creƫren van niet-vluchtige snelle opslag, of Niet-vluchtige opslag (NVM) is een type opslag dat gegevens permanent kan opslaan, in tegenstelling tot vluchtige opslag die constante voeding nodig heeft om gegevens te behouden. NVMe voldoet aan de behoefte aan een schaalbare hostcontroller-interface voor peripheral components gebaseerd op halfgeleideropslag met PCIe-ondersteuning, vandaar de naam NVMe. Meer dan 90 bedrijven maakten deel uit van de werkgroep voor het ontwikkelen van het project. Dit alles was gebaseerd op de resultaten van het werk om de specificatie van de interface voor niet-vluchtige geheugenhostcontroller (NVMHCIS) te bepalen. De beste NVMe-schijven tot nu toe kunnen ongeveer 3500 megabyte per seconde lezen en 3300 megabyte per seconde schrijven. Een byte gegevens j, waarmee we begonnen, kan zeer snel worden geschreven in vergelijking met een paar minuten handmatig vlechten van het touw voor de Apollo Guidance Computer.
Heden en toekomst
Storage Class Memory
Nu we een tijdreis hebben gemaakt (haha!), laten we eens kijken naar de huidige staat van Storage Class Memory. SCM, net als NVM, is persistent, maar SCM biedt daarnaast prestaties die gelijk of beter zijn dan die van het hoofdgeheugen, evenals . Het doel van SCM is het oplossen van enkele van de hedendaagse cacheproblemen, zoals de lage dichtheid van statisch random-access geheugen (SRAM). Met dynamisch RAM (DRAM) kunnen we betere dichtheid bereiken, maar dat gaat ten koste van een tragere toegang. DRAM lijdt ook onder de noodzaak van constante stroom voor het bijwerken van geheugen. Laten we hier iets dieper op ingaan. Stroom is nodig omdat de elektrische lading op de condensatoren geleidelijk wegvloeit, wat betekent dat zonder ingrijpen de gegevens op de chip snel verloren zullen gaan. Om dergelijk verval te voorkomen, vereist DRAM een externe geheugenupdatecircuit dat periodiek de gegevens in de condensatoren herschrijft en deze weer op hun oorspronkelijke lading herstelt.
Faseovergangsgeheugen (Phase-change memory, PCM)
Eerder hebben we gekeken naar hoe de fase verandert voor CD-RW. PCM werkt op een vergelijkbare manier. Het materiaal dat verandert van fase is meestal Ge-Sb-Te, ook wel GST genoemd, dat in twee verschillende toestanden kan bestaan: amorf en kristallijn. De amorfe toestand heeft een hogere weerstand, die 0 aanduidt, vergeleken met de kristallijne toestand die 1 aanduidt. Door waarden toe te kennen aan gegevens in tussenliggende weerstanden, kan PCM worden gebruikt om meerdere toestanden op te slaan in de vorm van .
Spin-transfer torque random access memory (STT-RAM)
STT-RAM bestaat uit twee ferromagnetische, permanente magnetische lagen, gescheiden door een dielektrisch materiaal, dat wil zeggen een isolator die elektrische kracht kan overdragen zonder te geleiden. Het slaat gegevensbits op, gebaseerd op het verschil in magnetische richtingen. ĆĆ©n magnetische laag, de zogenaamde referentielaag, heeft een vaste magnetische richting, terwijl de andere laag, de zogenaamde vrije laag, een magnetische richting heeft die wordt gecontroleerd door de doorgelaten stroom. Voor 1 zijn de magnetiseringsrichtingen van de twee lagen uitgelijnd. Voor 0 hebben beide lagen tegenovergestelde magnetische richtingen.
Weerstandsgeheugen met willekeurige toegang (Resistive random access memory, ReRAM)
Een ReRAM-cel bestaat uit twee metalen elektroden, gescheiden door een oxidelagen. Het lijkt een beetje op het ontwerp van flashgeheugen van Masuoka, waarbij elektronen door de oxidelagen dringen en vast komen te zitten in zwevende poorten of vice versa. Bij het gebruik van ReRAM wordt de toestand van de cel echter bepaald op basis van de concentratie vrije zuurstof in het oxidelaag.
Ondanks dat deze technologieƫn veelbelovend zijn, hebben ze nog steeds nadelen. PCM en STT-RAM hebben een hoge schrijfvertraging. De vertragingen van PCM zijn tien keer hoger dan die van DRAM, terwijl die van STT-RAM tien keer hoger zijn dan die van SRAM. PCM en ReRAM hebben een beperking op de schrijfduur voordat er ernstige fouten optreden, wat betekent dat het geheugenelement vast komt te zitten op .
In augustus 2015 kondigde Intel de lancering van Optane aan, zijn product gebaseerd op 3DXPoint. Optane beweert dat de prestaties 1000 keer hoger zijn dan die van NAND-flashopslag, terwijl de prijs vier tot vijf keer hoger is dan die van flash-geheugen. Optane is het bewijs dat SCM niet alleen een experimentele technologie is. Het zal interessant zijn om de ontwikkeling van deze technologieƫn te volgen.
Harde schijven (HDD)
Helium harde schijf (HHDD)
Een heliumschijf is een hoge-capaciteit harde schijf (HDD) die gevuld is met helium en hermetisch afgesloten tijdens de productie. Net als andere harde schijven, zoals we eerder al zeiden, lijkt het op een speler met een draaiende schijf met een magnetische coating. Typische harde schijven hebben gewoon lucht in de behuizing, maar deze lucht veroorzaakt enige weerstand bij het draaien van de platen.
Heliumballonnen stijgen op omdat helium lichter is dan lucht. Feitelijk is helium 1/7 van de dichtheid van lucht, wat helpt om de kracht van de vertraging te verminderen bij het draaien van de schijven, waardoor de hoeveelheid energie die nodig is voor het draaien van de disks afneemt. Deze eigenschap is echter secundair; de belangrijkste kenmerk van helium is dat het mogelijk maakt om 7 schijven in hetzelfde form-factor te verpakken dat normaal gesproken slechts 5 bevatte. Als we de analogie van de vleugel van een vliegtuig herinneren, is dit een perfecte analogie. Omdat helium de weerstand vermindert, wordt turbulentie uitgesloten.
We also know that helium balloons begin to deflate after a few days because the helium escapes from them. The same can be said for drives. It took years for manufacturers to create a container that prevents helium from escaping from the form factor throughout the drive's lifespan. Backblaze conducted experiments and found that helium-filled hard drives had an annual error rate of 1.03%, while standard drives had a 1.06% error rate. Of course, this difference is so small that it's difficult to draw a significant conclusion. .
The helium-filled form factor can contain a hard drive encapsulated using PMR, as discussed above, or microwave-assisted magnetic recording (MAMR) or heat-assisted magnetic recording (HAMR). Any magnetic data storage technology can be combined with helium instead of air. In 2014, HGST combined two advanced technologies in its 10TB helium-filled hard drive, which used host-managed shingled magnetic recording, or SMR. Let's take a moment to discuss SMR, and then look at MAMR and HAMR.
Shingled Magnetic Recording Technology
Earlier, we looked at perpendicular magnetic recording (PMR), which was the predecessor to SMR. Unlike PMR, SMR writes new tracks that overlap part of the previously written magnetic track. This, in turn, makes the previous track narrower, allowing for higher track density. The name of the technology is related to the fact that the overlapping tracks resemble shingles on a roof.
SMR leads to a much more complex writing process, as writing to one track overwrites the neighboring track. This does not manifest itself when the disk substrate is empty and the data is sequential. But once you start writing to a series of tracks that already contain data, the existing neighboring data is erased. If an adjacent track contains data, it needs to be rewritten. This is quite similar to NAND flash, which we discussed earlier.
SMR-apparaten verbergen deze complexiteit door middel van firmwarebeheer, waardoor een interface ontstaat die lijkt op elke andere harde schijf. Aan de andere kant kunnen SMR-apparaten, beheerd door de host, zonder speciale aanpassing van applicaties en besturingssystemen niet worden gebruikt. De host moet de opslag op de apparaten strikt sequentieel uitvoeren. Hierdoor is de prestatie van de apparaten 100% voorspelbaar. Seagate begon in 2013 met de levering van SMR-schijven en beweerde dat hun dichtheid met 25% verhoogd was. dichtheid van PMR.
Microgolven magnetische opname (MAMR)
Microgolven-assisteerde magnetische opname (MAMR) is een technologie voor magnetisch geheugen die energie gebruikt vergelijkbaar met HAMR (hieronder besproken). Een belangrijk onderdeel van MAMR is de Spin Torque Oscillator (STO) of 'spin-torque generator'. De STO bevindt zich dichtbij de opnamekop. Wanneer er stroom op de STO wordt aangelegd, genereert deze een cirkelvormig elektromagnetisch veld met een frequentie van 20-40 GHz door de polarisatie van spinen van elektronen.
Wanneer een dergelijk veld in het ferromagnetische materiaal dat voor MAMR wordt gebruikt, wordt aangebracht, ontstaat er resonantie, wat leidt tot de precessie van de magnetische momenten van de domeinen in dit veld. In wezen wijkt het magnetische moment af van zijn as en heeft de opnamekop veel minder energie nodig om de richting (omkering) te veranderen.
Het gebruik van MAMR-technologie stelt ons in staat om ferromagnetische materialen met een hogere coerciviteit te gebruiken, waardoor we de grootte van de magnetische domeinen kunnen verkleinen zonder het superparamagnetische effect te veroorzaken. De STO-generator helpt de grootte van de opnamekop te verminderen, wat het mogelijk maakt om informatie op kleinere magnetische domeinen op te slaan, en zo de opname dichtheid te verhogen.
Western Digital, ook bekend als WD, introduceerde deze technologie in 2017. Kort daarna, in 2018, ondersteunde Toshiba deze technologie. Terwijl WD en Toshiba zich richten op de MAMR-technologie, zet Seagate in op HAMR.
Thermomagnetische opname (HAMR)
Heat-assisted magnetic recording (HAMR) is een energiezuinige magnetische opslagtechnologie die het mogelijk maakt om de hoeveelheid gegevens die op een magnetisch apparaat, zoals een harde schijf, kan worden opgeslagen, aanzienlijk te vergroten. Dit gebeurt door gebruik te maken van warmte, aangebracht door een laser, om te helpen bij het schrijven van gegevens op het oppervlak van de harde schijf. Door de verhitting worden de databitjes veel dichter op het schijfoppervlak geplaatst, wat een hogere dichtheid en capaciteit van gegevens mogelijk maakt.
Deze technologie is behoorlijk moeilijk te realiseren. Een laser met een vermogen van 200 mW verwarmt snel Ondanks talrijke sceptische opmerkingen demonstreerde Seagate deze technologie voor het eerst in 2013. De eerste schijven werden in 2018 geleverd.
Einde van de film, terug naar het begin!
We begonnen in 1951 en sluiten het artikel af door naar de toekomst van opslagtechnologie te kijken. Data-opslag is in de loop der jaren enorm veranderd: van papieren banden naar metalen en magnetische, koordgeheugen, draaiende schijven, optische schijven, flash-geheugen en andere. In de loop van de vooruitgang zijn er snellere, compactere en productievere opslagapparaten verschenen.
Als we NVMe vergelijken met de metalen band UNISERVO uit 1951, kan NVMe 486.111% meer cijfers per seconde lezen. Als we NVMe vergelijken met mijn kindertijd favoriet, Zip-schijven, kan NVMe 213,623% meer cijfers per seconde lezen.
Als je NVMe vergelijkt met de metalen tape van UNISERVO uit 1951, kan NVMe 486.111% meer cijfers per seconde lezen. Als je NVMe vergelijkt met mijn kindertijdfavoriet, de Zip-schijven, kan NVMe 213.623% meer cijfers per seconde lezen.
Het enige dat constant blijft, is het gebruik van 0 en 1. De manieren waarop we dit doen, variƫren sterk. Ik hoop dat de volgende keer dat je een CD-RW met nummers voor een vriend brandt of een home video opslaat in een Optical Disc Archive, je zult nadenken over hoe een niet-reflecterend oppervlak betekenis omzet in 0, terwijl een reflecterend oppervlak in 1. Of als je een mixtape op een cassette schrijft, denk eraan dat dit nauw verwant is aan de Datasette die werd gebruikt in de Commodore PET. Vergeet tenslotte niet vriendelijk te zijn en terug te spoelen.
Dank en voor de lekkernijen (ik kan er niets aan doen) door het hele artikel!
What else useful can you read in the blog
ā
ā
ā
ā
ā
Subscribe to our -kanaal, zodat je geen nieuw artikel mist! We schrijven niet vaker dan twee keer per week en alleen als het nodig is. En we herinneren je eraan dat Cloud4Y veilige en betrouwbare externe toegang kan bieden tot zakelijke applicaties en informatie die nodig zijn voor het waarborgen van bedrijfscontinuĆÆteit. Thuiswerken is een extra barriĆØre tegen de verspreiding van het coronavirus. Voor meer details kun je terecht bij onze managers op .
Bron: habr.com
