Elke cloudprovider biedt diensten voor gegevensopslag aan. Dit kunnen koude en warme opslagruimtes zijn, ijskoude, enz. Het opslaan van informatie in de cloud is best handig. Maar hoe werden gegevens 10, 20, 50 jaar geleden eigenlijk opgeslagen? Cloud4Y vertaalde een interessant artikel dat precies hierover gaat.
Een byte aan gegevens kan op verschillende manieren worden opgeslagen, omdat er voortdurend nieuwe, geavanceerdere en snellere opslagmedia verschijnen. Een byte is een eenheid voor opslag en verwerking van digitale informatie, die uit acht bits bestaat. Eén bit kan 0 of 1 bevatten.
Bij ponskaarten wordt het bit opgeslagen als de aan-/afwezigheid van een gaatje in de kaart op een bepaalde locatie. Als we iets verder teruggaan naar Babbage's Analytical Engine, waren de registers waarin getallen werden opgeslagen tandwielen. Bij magnetische opslagapparaten zoals tapes en schijven wordt een bit weergegeven door de polariteit van een specifiek gebied van de magnetische film. In het moderne dynamische Random Access Memory (DRAM) wordt een bit vaak weergegeven als een elektrische lading op twee niveaus die is opgeslagen in een apparaat dat elektrische energie opslaat in een elektrisch veld. In een opgeladen of ontladen container wordt een stukje data opgeslagen.
In juni 1956 van het jaar heeft het woord uitgevonden om een groep bits aan te duiden die wordt gebruikt om een enkel teken te coderen . Laten we het even hebben over karaktercodering. Laten we beginnen met de Amerikaanse standaardcode voor informatie-uitwisseling, oftewel ASCII. ASCII was gebaseerd op het Engelse alfabet, dus elke letter, cijfer en symbool (az, AZ, 0-9, +, - , /, ",!, etc. ) werden weergegeven als een 7-bits geheel getal van 32 tot 127. Dit was niet bepaald "vriendelijk" voor andere talen. Om andere talen te ondersteunen, heeft Unicode ASCII uitgebreid. In Unicode wordt elk teken bijvoorbeeld weergegeven als een codepunt of symbool , kleine letter j is U+006A, waarbij U staat voor Unicode en vervolgens een hexadecimaal getal.
UTF-8 is een standaard voor het weergeven van tekens als acht bits, waardoor elk codepunt in het bereik 0-127 in één byte kan worden opgeslagen. Als we ASCII onthouden, is dit heel normaal voor Engelse karakters, maar karakters in andere talen worden vaak uitgedrukt in twee of meer bytes. UTF-16 is een standaard voor het weergeven van tekens als 16 bits, en UTF-32 is een standaard voor het weergeven van tekens als 32 bits. In ASCII is elk teken een byte, maar in Unicode, wat vaak niet helemaal waar is, kan een teken 1, 2, 3 of meer bytes in beslag nemen. In het artikel worden bits van verschillende grootte gebruikt. Het aantal bits in een byte varieert afhankelijk van het ontwerp van de media.
In dit artikel reizen we via verschillende opslagmedia terug in de tijd om ons te verdiepen in de geschiedenis van dataopslag. In geen geval zullen we elk opslagmedium dat ooit is uitgevonden diepgaand bestuderen. Dit is een leuk informatief artikel dat op geen enkele manier beweert van encyclopedische betekenis te zijn.
Laten we beginnen. Laten we zeggen dat we een databyte moeten opslaan: de letter j, hetzij als een gecodeerde byte 6a, of als een binair getal 01001010. Terwijl we door de tijd reizen, zal de databyte worden gebruikt in verschillende opslagtechnologieën die zullen worden beschreven.
1951
Ons verhaal begint in 1951 met de UNIVAC UNISERVO tapedrive voor de computer UNIVAC 1. Het was de eerste tapedrive die voor een commerciële computer werd gemaakt. De band was gemaakt van een dunne strook vernikkeld brons, 12,65 mm breed (Vicalloy genoemd) en bijna 366 meter lang. Onze databytes kunnen met een snelheid van 7 tekens per seconde worden opgeslagen op een band die met een snelheid van 200 meter per seconde beweegt. Op dit punt in de geschiedenis kun je de snelheid van een opslagalgoritme meten aan de hand van de afstand die de band heeft afgelegd.
1952
Een jaar vooruitspoelen naar 21 mei 1952, toen IBM de introductie aankondigde van zijn eerste magneetbandeenheid, de IBM 726. Onze byte aan gegevens kon nu worden verplaatst van UNISERVO-metaaltape naar IBM-magneettape. Dit nieuwe huis bleek erg gezellig voor onze zeer kleine byte aan gegevens, aangezien de tape maximaal 2 miljoen cijfers kan opslaan. Deze 7-sporenmagneetband bewoog zich met een snelheid van 1,9 meter per seconde en een baudrate van 12 of 7500 (destijds kopieergroepen genoemd) per seconde. Ter referentie: het gemiddelde artikel op Habré heeft ongeveer 10 tekens.
De IBM 726-tape had zeven sporen, waarvan er zes werden gebruikt voor het opslaan van informatie en één voor pariteitscontrole. Eén haspel kon maximaal 400 meter tape bevatten met een breedte van 1,25 cm.De gegevensoverdrachtsnelheid bereikte theoretisch 12,5 duizend tekens per seconde; opnamedichtheid is 40 bits per centimeter. Dit systeem maakte gebruik van een "vacuümkanaal" -methode waarbij een lus van tape tussen twee punten circuleerde. Hierdoor kon de band in een fractie van een seconde starten en stoppen. Dit werd bereikt door lange vacuümkolommen tussen de tapespoelen en de lees-/schrijfkoppen te plaatsen om de plotselinge toename van de spanning in de tape te absorberen, zonder welke de tape normaal gesproken zou breken. Een verwijderbare plastic ring aan de achterkant van de tapehaspel zorgde voor schrijfbeveiliging. Op één rol tape kunnen ongeveer 1,1 tapes worden opgeslagen .
Denk aan VHS-banden. Wat moest je doen om de film nog een keer te bekijken? Spoel de band terug! Hoe vaak heb je een cassette voor je speler op een potlood gedraaid, om geen batterijen te verspillen en een gescheurde of vastgelopen tape te krijgen? Hetzelfde kan gezegd worden over tapes die voor computers worden gebruikt. Programma's konden niet zomaar over de tape springen of willekeurig toegang krijgen tot gegevens, ze konden gegevens strikt opeenvolgend lezen en schrijven.
1956
Een paar jaar snel vooruit, naar 1956, en het tijdperk van opslag op magnetische schijven begon met de voltooiing door IBM van het RAMAC 305-computersysteem, dat Zellerbach Paper leverde aan . Deze computer was de eerste die een harde schijf met een bewegende kop gebruikte. De RAMAC-schijfaandrijving bestond uit vijftig gemagnetiseerde metalen platters met een diameter van 60,96 cm, die ongeveer vijf miljoen tekens aan gegevens konden opslaan, 7 bits per teken, en draaiden met 1200 omwentelingen per minuut. De opslagcapaciteit bedroeg ongeveer 3,75 megabyte.
RAMAC maakte realtime toegang tot grote hoeveelheden gegevens mogelijk, in tegenstelling tot magneetband of ponskaarten. IBM adverteerde dat de RAMAC het equivalent van 64 kan opslaan . Eerder introduceerde RAMRAC het concept van het continu verwerken van transacties zodra ze plaatsvinden, zodat gegevens onmiddellijk konden worden opgehaald terwijl deze nog vers waren. Onze gegevens in RAMAC waren nu toegankelijk met een snelheid van 100 . Vroeger moesten we bij het gebruik van tapes opeenvolgende gegevens schrijven en lezen, en konden we niet per ongeluk naar verschillende delen van de tape springen. Realtime willekeurige toegang tot gegevens was destijds echt revolutionair.
1963
Laten we snel vooruitspoelen naar 1963, toen DECtape werd geïntroduceerd. De naam komt van de Digital Equipment Corporation, bekend als DEC. DECtape was goedkoop en betrouwbaar en werd daarom in vele generaties DEC-computers gebruikt. Het was 19 mm tape, gelamineerd en ingeklemd tussen twee lagen Mylar op een spoel van 10,16 cm (XNUMX inch).
In tegenstelling tot zijn zware, omvangrijke voorgangers kon DECtape met de hand worden gedragen. Dit maakte het een uitstekende optie voor personal computers. In tegenstelling tot zijn tegenhangers met 7 sporen had DECtape 6 datasporen, 2 cue-sporen en 2 voor de klok. Gegevens werden geregistreerd met 350 bits per inch (138 bits per cm). Onze databyte, die 8 bits is maar kan worden uitgebreid tot 12, kan met een snelheid van 8325 (±12) inch per seconde naar DECtape worden overgedragen met een snelheid van 93 12-bits woorden per seconde. . Dit zijn 8% meer cijfers per seconde dan UNISERVO-metaaltape in 1952.
1967
Vier jaar later, in 1967, begon een klein IBM-team te werken aan de IBM-floppydrive, met de codenaam . Vervolgens kreeg het team de opdracht een betrouwbare en goedkope manier te ontwikkelen om microcodes in te laden IBM Systeem/370. Het project kreeg vervolgens een nieuwe bestemming en werd opnieuw gebruikt om microcode in een controller voor de IBM 3330 Direct Access Storage Facility, met de codenaam Merlin, te laden.
Onze byte kon nu worden opgeslagen op alleen-lezen 8-inch magnetisch gecoate Mylar-floppy disks, tegenwoordig bekend als floppy disks. Op het moment van uitgave heette het product het IBM 23FD Floppy Disk Drive System. De schijven konden 80 kilobytes aan gegevens bevatten. In tegenstelling tot harde schijven kan een gebruiker een diskette in een beschermende behuizing gemakkelijk van de ene schijf naar de andere verplaatsen. Later, in 1973, bracht IBM de lees-/schrijffloppydisk uit, die toen een industriële diskette werd .
1969
In 1969 werd de Apollo Guidance Computer (AGC) met touwgeheugen gelanceerd aan boord van het ruimtevaartuig Apollo 11, dat Amerikaanse astronauten naar de maan en terug bracht. Dit touwgeheugen is met de hand gemaakt en kon 72 kilobyte aan gegevens bevatten. De productie van touwgeheugen was arbeidsintensief, langzaam en vereiste vaardigheden die vergelijkbaar waren met weven; het zou kunnen duren . Maar het was het juiste hulpmiddel voor die momenten waarop het belangrijk was om het maximale in een strikt beperkte ruimte te passen. Toen de draad door een van de cirkelvormige strengen ging, vertegenwoordigde deze een 1. De draad die rond de streng ging, vertegenwoordigde een 0. Onze databyte vereiste dat een persoon enkele minuten in het touw moest weven.
1977
In 1977 werd de Commodore PET, de eerste (succesvolle) personal computer, uitgebracht. De PET gebruikte een Commodore 1530 Datasette, wat data plus cassette betekent. PET zette de gegevens om in analoge audiosignalen, die vervolgens werden opgeslagen . Hierdoor konden we een kosteneffectieve en betrouwbare opslagoplossing creëren, zij het erg traag. Onze kleine byte aan gegevens zou kunnen worden overgedragen met een snelheid van ongeveer 60-70 bytes per . Cassettes konden ongeveer 100 kilobytes per zijde van 30 minuten bevatten, met twee zijden per tape. Eén zijde van een cassette kan bijvoorbeeld ongeveer twee afbeeldingen van 55 KB bevatten. Datasettes werden ook gebruikt in de Commodore VIC-20 en Commodore 64.
1978
Een jaar later, in 1978, introduceerden MCA en Philips LaserDisc onder de naam "Discovision". Jaws was de eerste film die in de Verenigde Staten op LaserDisc werd verkocht. De audio- en videokwaliteit was veel beter dan die van de concurrentie, maar de laserdisc was voor de meeste consumenten te duur. De LaserDisc kon niet worden opgenomen, in tegenstelling tot de VHS-banden waarop mensen televisieprogramma's opnamen. Laserdiscs werkten met analoge video, analoge FM-stereoaudio en pulscode of PCM, digitale audio. De schijven hadden een diameter van 12 inch (30,47 cm) en bestonden uit twee enkelzijdige aluminium schijven bedekt met plastic. Tegenwoordig wordt LaserDisc herinnerd als de basis van cd's en dvd's.
1979
Een jaar later, in 1979, richtten Alan Shugart en Finis Conner Seagate Technology op met het idee om de harde schijf te schalen naar het formaat van een 5 ¼ inch diskette, wat destijds standaard was. Hun eerste product in 1980 was de Seagate ST506 harde schijf, de eerste harde schijf voor compacte computers. De schijf bevatte vijf megabytes aan gegevens, wat destijds vijf keer groter was dan een standaard diskette. De oprichters waren in staat hun doel te bereiken: de schijfgrootte terugbrengen tot de grootte van een 5¼-inch diskette. Het nieuwe apparaat voor gegevensopslag was een stijve metalen plaat die aan beide zijden was bedekt met een dunne laag magnetisch gegevensopslagmateriaal. Onze databytes kunnen met een snelheid van 625 kilobytes per schijf naar schijf worden overgebracht . Het is ongeveer .
1981
Een paar jaar later, naar 1981, toen Sony de eerste 3,5-inch diskettes introduceerde. Hewlett-Packard werd in 1982 de eerste gebruiker van deze technologie met zijn HP-150. Dit maakte de 3,5-inch diskettes beroemd en zorgde ervoor dat ze over de hele wereld op grote schaal werden gebruikt. . De diskettes waren enkelzijdig met een geformatteerde capaciteit van 161.2 kilobytes en een ongeformatteerde capaciteit van 218.8 kilobytes. In 1982 werd een dubbelzijdige versie uitgebracht, en het Microfloppy Industry Committee (MIC)-consortium van 23 mediabedrijven baseerde de 3,5-inch floppy-specificatie op het oorspronkelijke ontwerp van Sony, waarmee het formaat werd vastgelegd in de geschiedenis zoals we die nu kennen. . Nu kunnen onze databytes worden opgeslagen op een vroege versie van een van de meest gebruikelijke opslagmedia: de 3,5-inch diskette. Later kwamen er een paar 3,5-inch diskettes bij werd het belangrijkste deel van mijn jeugd.
1984
Kort daarna, in 1984, werd de release van het Compact Disc Read-Only Memory (CD-ROM) aangekondigd. Dit waren cd-roms van 550 megabyte van Sony en Philips. Het formaat is ontstaan uit cd's met digitale audio, of CD-DA, die werden gebruikt om muziek te distribueren. CD-DA werd in 1982 ontwikkeld door Sony en Philips en had een capaciteit van 74 minuten. Volgens de legende stond een van de vier mensen erop dat toen Sony en Philips onderhandelden over de CD-DA-standaard de gehele Negende symfonie. Het eerste product dat op cd werd uitgebracht was Grolier's Electronic Encyclopedia, gepubliceerd in 1985. De encyclopedie bevatte negen miljoen woorden, wat slechts 12% van de beschikbare schijfruimte in beslag nam, namelijk 553 . We zouden meer dan genoeg ruimte hebben voor een encyclopedie en een byte aan gegevens. Kort daarna, in 1985, werkten computerbedrijven samen om een standaard voor schijfstations te creëren, zodat elke computer deze kon lezen.
1984
Eveneens in 1984 ontwikkelde Fujio Masuoka een nieuw type floating-gate-geheugen, flash-geheugen genaamd, dat vele malen kon worden gewist en herschreven.
Laten we even kijken naar flashgeheugen met behulp van een zwevende poorttransistor. Transistors zijn elektrische poorten die afzonderlijk kunnen worden in- en uitgeschakeld. Omdat elke transistor zich in twee verschillende toestanden kan bevinden (aan en uit), kan hij twee verschillende getallen opslaan: 0 en 1. Een zwevende poort verwijst naar een tweede poort die aan de middelste transistor wordt toegevoegd. Deze tweede poort is geïsoleerd met een dunne oxidelaag. Deze transistors gebruiken een kleine spanning die op de poort van de transistor wordt aangelegd om aan te geven of deze aan of uit is, wat zich op zijn beurt vertaalt naar een 0 of 1.
Bij zwevende poorten, wanneer de juiste spanning door de oxidelaag wordt aangelegd, stromen elektronen er doorheen en blijven vastzitten aan de poorten. Daarom blijven de elektronen erop zitten, zelfs als de stroom is uitgeschakeld. Als er geen elektronen op de zwevende poorten zitten, vertegenwoordigen ze een 1, en als er elektronen vastzitten, vertegenwoordigen ze een 0. Door dit proces om te keren en een geschikte spanning door de oxidelaag in de tegenovergestelde richting aan te leggen, stromen elektronen door de zwevende poorten en herstel de transistor terug naar zijn oorspronkelijke staat. Daarom zijn de cellen programmeerbaar gemaakt . Onze byte kan in de transistor worden geprogrammeerd als 01001010, met elektronen, waarbij elektronen vastzitten in zwevende poorten om nullen weer te geven.
Het ontwerp van Masuoka was iets betaalbaarder maar minder flexibel dan elektrisch uitwisbare PROM (EEPROM), omdat er meerdere groepen cellen nodig waren die samen moesten worden gewist, maar dit was ook verantwoordelijk voor de snelheid.
Masuoka werkte destijds voor Toshiba. Hij vertrok uiteindelijk om aan de Tohoku Universiteit te gaan werken omdat hij niet blij was dat het bedrijf hem niet beloonde voor zijn werk. Masuoka klaagde Toshiba aan en eiste schadevergoeding. In 2006 ontving hij 87 miljoen yuan, wat overeenkomt met 758 duizend dollar. Dit lijkt nog steeds onbeduidend gezien de invloedrijkheid van flashgeheugen in de industrie.
Terwijl we het over flashgeheugen hebben, is het ook de moeite waard om op te merken wat het verschil is tussen NOR- en NAND-flashgeheugen. Zoals we al weten van Masuoka, slaat flash informatie op in geheugencellen bestaande uit zwevende poorttransistoren. De namen van de technologieën houden rechtstreeks verband met hoe geheugencellen zijn georganiseerd.
Bij NOR-flash zijn individuele geheugencellen parallel verbonden om willekeurige toegang te bieden. Deze architectuur vermindert de leestijd die nodig is voor willekeurige toegang tot microprocessorinstructies. NOR-flashgeheugen is ideaal voor toepassingen met een lagere dichtheid die voornamelijk alleen-lezen zijn. Dit is de reden waarom de meeste CPU's hun firmware laden, meestal vanuit NOR-flashgeheugen. Masuoka en zijn collega's introduceerden in 1984 de uitvinding van NOR-flitser en NAND-flitser .
NAND Flash-ontwikkelaars hebben de functie voor willekeurige toegang verlaten om een kleinere geheugencelgrootte te bereiken. Dit resulteert in een kleinere chipgrootte en lagere kosten per bit. NAND-flashgeheugenarchitectuur bestaat uit acht in serie geschakelde geheugentransistoren. Hierdoor wordt een hoge opslagdichtheid, een kleinere geheugencelgrootte en sneller schrijven en wissen van gegevens bereikt, omdat het tegelijkertijd gegevensblokken kan programmeren. Dit wordt bereikt door te eisen dat gegevens worden herschreven als deze niet opeenvolgend zijn geschreven en de gegevens al aanwezig zijn .
1991
Laten we verder gaan naar 1991, toen SanDisk een prototype solid-state drive (SSD) maakte, toen bekend als . Het ontwerp combineerde een flash-geheugenarray, niet-vluchtige geheugenchips en een intelligente controller om defecte cellen automatisch te detecteren en te corrigeren. De schijfcapaciteit was 20 megabytes met een 2,5-inch vormfactor, en de kosten werden geschat op ongeveer $ 1000. Deze schijf werd door IBM in een computer gebruikt .
1994
Een van mijn persoonlijke favoriete opslagmedia sinds mijn kindertijd waren Zip Disks. In 1994 bracht Iomega de Zip Disk uit, een cartridge van 100 megabyte in een 3,5-inch vormfactor, ongeveer iets dikker dan een standaard 3,5-inch schijf. Latere versies van de schijven konden tot 2 gigabyte opslaan. Het gemak van deze schijven is dat ze zo groot waren als een diskette, maar een grotere hoeveelheid gegevens konden opslaan. Onze databytes kunnen met een snelheid van 1,4 megabytes per seconde naar een Zip-schijf worden geschreven. Ter vergelijking: destijds werd 1,44 megabytes van een 3,5-inch diskette geschreven met een snelheid van ongeveer 16 kilobytes per seconde. Op een Zip-disk lezen/schrijven de koppen gegevens zonder contact, alsof ze boven het oppervlak vliegen, wat vergelijkbaar is met de werking van een harde schijf, maar verschilt van het werkingsprincipe van andere diskettes. Zip-schijven raakten al snel achterhaald vanwege problemen met de betrouwbaarheid en beschikbaarheid.
1994
Datzelfde jaar introduceerde SanDisk CompactFlash, dat veel werd gebruikt in digitale videocamera's. Net als bij cd's zijn de CompactFlash-snelheden gebaseerd op "x"-classificaties, zoals 8x, 20x, 133x, enz. De maximale gegevensoverdrachtsnelheid wordt berekend op basis van de bitsnelheid van de originele audio-cd, 150 kilobytes per seconde. De overdrachtssnelheid ziet eruit als R = Kx150 kB/s, waarbij R de overdrachtssnelheid is en K de nominale snelheid. Dus voor een 133x CompactFlash wordt onze databyte geschreven met 133x150 kB/s of ongeveer 19 kB/s of 950 MB/s. De CompactFlash Association werd in 19,95 opgericht met als doel een industriestandaard voor flash-geheugenkaarten te creëren.
1997
Een paar jaar later, in 1997, werd de Compact Disc Rewritable (CD-RW) uitgebracht. Deze optische schijf werd gebruikt voor het opslaan van gegevens en voor het kopiëren en overbrengen van bestanden naar verschillende apparaten. Cd's kunnen ongeveer 1000 keer worden herschreven, wat destijds geen beperkende factor was, aangezien gebruikers gegevens zelden overschreven.
CD-RW's zijn gebaseerd op technologie die de reflectiviteit van een oppervlak verandert. In het geval van CD-RW zorgen faseverschuivingen in een speciale coating bestaande uit zilver, tellurium en indium ervoor dat de leesbundel wel of niet wordt gereflecteerd, wat 0 of 1 betekent. Wanneer de verbinding zich in de kristallijne toestand bevindt, is deze doorschijnend, wat betekent: 1. Wanneer de verbinding in een amorfe toestand smelt, wordt deze ondoorzichtig en niet-reflecterend, wat 0. We kunnen onze databyte dus schrijven als 01001010.
Dvd's namen uiteindelijk het grootste deel van het marktaandeel over van cd-rw's.
1999
Laten we verder gaan naar 1999, toen IBM destijds de kleinste harde schijven ter wereld introduceerde: de IBM 170MB en 340MB microdrives. Dit waren kleine harde schijven van 2,54 cm die waren ontworpen om in CompactFlash Type II-slots te passen. Het was de bedoeling om een apparaat te maken dat zou worden gebruikt als CompactFlash, maar met een grotere geheugencapaciteit. Ze werden echter al snel vervangen door USB-flashstations en vervolgens door grotere CompactFlash-kaarten zodra deze beschikbaar kwamen. Net als andere harde schijven waren microdrives mechanisch en bevatten ze kleine draaiende schijven.
2000
Een jaar later, in 2000, werden USB-flashdrives geïntroduceerd. De schijven bestonden uit flashgeheugen in een kleine vormfactor met een USB-interface. Afhankelijk van de versie van de gebruikte USB-interface kan de snelheid variëren. USB 1.1 is beperkt tot 1,5 megabits per seconde, terwijl USB 2.0 35 megabits per seconde aankan en USB 3.0 is 625 megabit per seconde. De eerste USB 3.1 Type C-schijven werden in maart 2015 aangekondigd en hadden lees-/schrijfsnelheden van 530 megabit per seconde. In tegenstelling tot diskettes en optische drives zijn USB-apparaten moeilijker te scratchen, maar ze hebben nog steeds dezelfde mogelijkheden voor het opslaan van gegevens en het overbrengen en back-uppen van bestanden. Floppy- en cd-drives werden snel vervangen door USB-poorten.
2005
In 2005 begonnen fabrikanten van harde schijven (HDD) producten te verzenden met behulp van loodrechte magnetische opname (PMR). Interessant genoeg gebeurde dit op hetzelfde moment dat de iPod Nano het gebruik van flashgeheugen aankondigde in plaats van 1-inch harde schijven in de iPod Mini.
Een typische harde schijf bevat een of meer harde schijven die zijn bedekt met een magnetisch gevoelige film die bestaat uit kleine magnetische korrels. Gegevens worden geregistreerd wanneer de magnetische opnamekop net boven de draaiende schijf vliegt. Dit lijkt erg op een traditionele grammofoonplatenspeler, met als enige verschil dat bij een grammofoon de naald fysiek contact maakt met de plaat. Terwijl de schijven draaien, zorgt de lucht die ermee in contact komt voor een zacht briesje. Net zoals lucht op een vliegtuigvleugel lift genereert, genereert lucht lift op de kop van het vleugelprofiel . De kop verandert snel de magnetisatie van één magnetisch gebied van de korrels, zodat de magnetische pool naar boven of naar beneden wijst, wat 1 of 0 aangeeft.
De voorloper van PMR was longitudinale magnetische opname, oftewel LMR. De opnamedichtheid van PMR kan meer dan drie keer zo groot zijn als die van LMR. Het belangrijkste verschil tussen PMR en LMR is dat de korrelstructuur en de magnetische oriëntatie van de opgeslagen gegevens van PMR-media kolomvormig zijn in plaats van longitudinaal. PMR heeft een betere thermische stabiliteit en een verbeterde signaal-ruisverhouding (SNR) dankzij een betere korrelscheiding en uniformiteit. Het beschikt ook over verbeterde opnamemogelijkheden dankzij sterkere kopvelden en betere magnetische media-uitlijning. Net als LMR zijn de fundamentele beperkingen van PMR gebaseerd op de thermische stabiliteit van de databits die door de magneet worden geschreven en de noodzaak om voldoende SNR te hebben om de geschreven informatie te lezen.
2007
In 2007 werd de eerste harde schijf van 1 TB van Hitachi Global Storage Technologies aangekondigd. De Hitachi Deskstar 7K1000 gebruikte vijf 3,5-inch platters van 200 GB en draaide op toerental Dit is een aanzienlijke verbetering ten opzichte van 's werelds eerste harde schijf, de IBM RAMAC 350, die een capaciteit had van ongeveer 3,75 megabyte. O, wat zijn we in 51 jaar zo ver gekomen! Maar wacht, er is nog iets.
2009
In 2009 begon het technische werk met het creëren van niet-vluchtig express-geheugen, of . Niet-vluchtig geheugen (NVM) is een type geheugen dat gegevens permanent kan opslaan, in tegenstelling tot vluchtig geheugen, dat constant vermogen vereist om gegevens op te slaan. NVMe komt tegemoet aan de behoefte aan een schaalbare hostcontrollerinterface voor PCIe-compatibele, op halfgeleiders gebaseerde randapparatuur, vandaar de naam NVMe. Ruim 90 bedrijven namen deel aan de werkgroep om het project te ontwikkelen. Dit was allemaal gebaseerd op het werk om de Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification (NVMHCIS) te definiëren. De beste NVMe-schijven van vandaag kunnen ongeveer 3500 megabytes per seconde lezen en 3300 megabytes per seconde schrijven. Het schrijven van de j-databyte waarmee we zijn begonnen, gaat erg snel vergeleken met een paar minuten met de hand geweven touwgeheugen voor de Apollo Guidance Computer.
Heden en toekomst
Opslagklasse geheugen
Nu we terug in de tijd zijn gereisd (ha!), laten we eens kijken naar de huidige staat van Storage Class Memory. SCM is, net als NVM, robuust, maar SCM biedt ook prestaties die superieur zijn aan of vergelijkbaar zijn met die van het hoofdgeheugen . Het doel van SCM is het oplossen van enkele hedendaagse cacheproblemen, zoals de lage SRAM-dichtheid (Static Random Access Memory). Met Dynamic Random Access Memory (DRAM) kunnen we een betere dichtheid bereiken, maar dit gaat ten koste van langzamere toegang. DRAM heeft ook last van de behoefte aan constante stroom om het geheugen te vernieuwen. Laten we dit een beetje begrijpen. Er is stroom nodig omdat de elektrische lading op de condensatoren beetje bij beetje weglekt, waardoor zonder tussenkomst de gegevens op de chip snel verloren zullen gaan. Om dergelijke lekkage te voorkomen, heeft DRAM een extern geheugenverversingscircuit nodig dat de gegevens in de condensatoren periodiek herschrijft en ze naar hun oorspronkelijke lading herstelt.
Faseveranderingsgeheugen (PCM)
Eerder hebben we gekeken naar hoe de fase verandert voor CD-RW. PCM is vergelijkbaar. Het faseveranderingsmateriaal is meestal Ge-Sb-Te, ook bekend als GST, dat in twee verschillende toestanden kan voorkomen: amorf en kristallijn. De amorfe toestand heeft een hogere weerstand, die 0 aangeeft, dan de kristallijne toestand, die 1 aangeeft. Door gegevenswaarden toe te wijzen aan tussenliggende weerstanden, kan PCM worden gebruikt om meerdere toestanden op te slaan als .
Spin-overdracht koppel willekeurig toegankelijk geheugen (STT-RAM)
STT-RAM bestaat uit twee ferromagnetische, permanent magnetische lagen, gescheiden door een diëlektricum, een isolator die elektrische kracht kan overbrengen zonder te geleiden. Het slaat stukjes gegevens op op basis van verschillen in magnetische richtingen. Eén magnetische laag, de referentielaag genoemd, heeft een vaste magnetische richting, terwijl de andere magnetische laag, de vrije laag genoemd, een magnetische richting heeft die wordt bepaald door de doorgelaten stroom. Voor 1 is de magnetisatierichting van de twee lagen uitgelijnd. Voor 0 hebben beide lagen tegengestelde magnetische richtingen.
Resistief willekeurig toegankelijk geheugen (ReRAM)
Een ReRAM-cel bestaat uit twee metaalelektroden, gescheiden door een metaaloxidelaag. Een beetje zoals Masuoka's flashgeheugenontwerp, waarbij elektronen de oxidelaag binnendringen en vast komen te zitten in de zwevende poort, of omgekeerd. Bij ReRAM wordt de celtoestand echter bepaald op basis van de concentratie vrije zuurstof in de metaaloxidelaag.
Hoewel deze technologieën veelbelovend zijn, hebben ze nog steeds nadelen. PCM en STT-RAM hebben een hoge schrijflatentie. PCM-latenties zijn tien keer hoger dan DRAM, terwijl STT-RAM-latenties tien keer hoger zijn dan SRAM. PCM en ReRAM hebben een limiet voor hoe lang een schrijfbewerking kan plaatsvinden voordat er een ernstige fout optreedt, wat betekent dat het geheugenelement vastloopt .
In augustus 2015 kondigde Intel de release aan van Optane, het op 3DXPoint gebaseerde product. Optane claimt 1000 keer de prestaties van NAND SSD's tegen een prijs die vier tot vijf keer hoger is dan die van flashgeheugen. Optane is het bewijs dat SCM meer is dan alleen een experimentele technologie. Het zal interessant zijn om de ontwikkeling van deze technologieën te volgen.
Harde schijven (HDD)
Helium-HDD (HHDD)
Een heliumschijf is een harde schijf (HDD) met hoge capaciteit die tijdens het productieproces met helium wordt gevuld en hermetisch wordt afgesloten. Net als andere harde schijven is hij, zoals we eerder zeiden, vergelijkbaar met een draaitafel met een magnetisch gecoate draaischijf. Bij normale harde schijven zit er gewoon lucht in de holte, maar deze lucht veroorzaakt enige weerstand als de platters draaien.
Heliumballonnen zweven omdat helium lichter is dan lucht. In feite is helium 1/7 van de dichtheid van lucht, wat de remkracht vermindert terwijl de platen roteren, waardoor er minder energie nodig is om de schijven te laten draaien. Dit kenmerk is echter secundair, het belangrijkste onderscheidende kenmerk van helium was dat je er 7 wafels mee kunt verpakken in dezelfde vormfactor waar er normaal gesproken maar 5 in passen. Als we ons de analogie van onze vliegtuigvleugel herinneren, dan is dit een perfecte analoog . Omdat helium de weerstand vermindert, wordt turbulentie geëlimineerd.
We weten ook dat heliumballonnen na een paar dagen beginnen te zinken omdat het helium eruit komt. Hetzelfde kan gezegd worden over opslagapparaten. Het duurde jaren voordat fabrikanten een container konden maken die gedurende de hele levensduur van de schijf verhinderde dat helium uit de vormfactor ontsnapte. Backblaze voerde experimenten uit en ontdekte dat helium-harde schijven een jaarlijks foutenpercentage hadden van 1,03%, vergeleken met 1,06% voor standaardschijven. Uiteraard is dit verschil zo klein dat je er een serieuze conclusie uit kunt trekken .
De met helium gevulde vormfactor kan een harde schijf bevatten die is ingekapseld met behulp van PMR, die we hierboven hebben besproken, of magnetische microgolfopname (MAMR) of warmteondersteunde magnetische opname (HAMR). Elke magnetische opslagtechnologie kan worden gecombineerd met helium in plaats van lucht. In 2014 combineerde HGST twee geavanceerde technologieën in zijn heliumharde schijf van 10 TB, die gebruik maakte van host-gecontroleerde shingled magnetische opname, of SMR (Shingled Magnetic Recording). Laten we het even hebben over SMR en dan kijken naar MAMR en HAMR.
Tegel magnetische opnametechnologie
Eerder keken we naar loodrechte magnetische opname (PMR), de voorloper van SMR. In tegenstelling tot PMR neemt SMR nieuwe sporen op die een deel van het eerder opgenomen magnetische spoor overlappen. Dit maakt op zijn beurt het vorige spoor smaller, waardoor een hogere spoordichtheid mogelijk is. De naam van de technologie komt van het feit dat laptracks sterk lijken op pannendakrails.
SMR resulteert in een veel complexer schrijfproces, omdat schrijven naar één spoor het aangrenzende spoor overschrijft. Dit gebeurt niet wanneer het schijfsubstraat leeg is en de gegevens opeenvolgend zijn. Maar zodra u opneemt op een reeks tracks die al data bevatten, worden de bestaande aangrenzende data gewist. Als een aangrenzende track data bevat, moet deze worden herschreven. Dit lijkt veel op de NAND-flitser waar we het eerder over hadden.
SMR-apparaten verbergen deze complexiteit door firmware te beheren, wat resulteert in een interface die vergelijkbaar is met elke andere harde schijf. Aan de andere kant zullen door de host beheerde SMR-apparaten, zonder speciale aanpassing van applicaties en besturingssystemen, het gebruik van deze schijven niet toestaan. De host moet strikt opeenvolgend naar apparaten schrijven. Tegelijkertijd zijn de prestaties van de apparaten 100% voorspelbaar. Seagate begon in 2013 met de verzending van SMR-schijven en claimde een 25% hogere dichtheid PMR-dichtheid.
Magnetron magnetische opname (MAMR)
Magnetronondersteunde magnetische opname (MAMR) is een magnetische geheugentechnologie die energie gebruikt die vergelijkbaar is met HAMR (wordt hierna besproken). Een belangrijk onderdeel van MAMR is de Spin Torque Oscillator (STO). De STO zelf bevindt zich in de directe nabijheid van de opnamekop. Wanneer stroom wordt toegepast op de STO, wordt een cirkelvormig elektromagnetisch veld met een frequentie van 20-40 GHz gegenereerd als gevolg van de polarisatie van elektronenspins.
Bij blootstelling aan een dergelijk veld treedt resonantie op in de ferromagneet die voor MAMR wordt gebruikt, wat leidt tot precessie van de magnetische momenten van de domeinen in dit veld. In wezen wijkt het magnetische moment af van zijn as en om van richting te veranderen (flip) heeft de opnamekop aanzienlijk minder energie nodig.
Het gebruik van MAMR-technologie maakt het mogelijk ferromagnetische stoffen met een grotere dwangkracht op te nemen, wat betekent dat de grootte van magnetische domeinen kan worden verkleind zonder angst voor een superparamagnetisch effect. De STO-generator helpt de grootte van de opnamekop te verkleinen, waardoor het mogelijk wordt om informatie op kleinere magnetische domeinen op te nemen en daardoor de opnamedichtheid te vergroten.
Western Digital, ook wel bekend als WD, introduceerde deze technologie in 2017. Kort daarna, in 2018, ondersteunde Toshiba deze technologie. Terwijl WD en Toshiba MAMR-technologie nastreven, zet Seagate in op HAMR.
Thermomagnetische opname (HAMR)
Heat-assisted Magnetic Recording (HAMR) is een energie-efficiënte technologie voor magnetische gegevensopslag die de hoeveelheid gegevens die op een magnetisch apparaat, zoals een harde schijf, kan worden opgeslagen, aanzienlijk kan vergroten door de warmte van een laser te gebruiken om te helpen bij het schrijven de gegevens naar de oppervlakteharde schijfsubstraten. Door verwarming worden databits veel dichter bij elkaar op het schijfsubstraat geplaatst, waardoor een grotere datadichtheid en capaciteit mogelijk is.
Deze technologie is vrij moeilijk te implementeren. 200 mW lasersnel een klein gebied van maximaal 400 °C voordat u gaat opnemen, zonder de rest van de gegevens op de schijf te verstoren of te beschadigen. Het verwarmings-, dataregistratie- en afkoelingsproces moet in minder dan een nanoseconde worden voltooid. Om deze uitdagingen aan te pakken was de ontwikkeling nodig van oppervlakteplasmonen op nanoschaal, ook bekend als oppervlaktegeleide lasers, in plaats van directe laserverwarming, evenals nieuwe soorten glasplaten en thermische managementcoatings om snelle puntverwarming te weerstaan zonder de opnamekop of iets in de buurt te beschadigen. data, en diverse andere technische uitdagingen die overwonnen moesten worden.
Ondanks talloze sceptische uitspraken demonstreerde Seagate deze technologie voor het eerst in 2013. De eerste schijven werden in 2018 verzonden.
Einde van de film, ga naar het begin!
We begonnen in 1951 en eindigen het artikel met een blik in de toekomst van opslagtechnologie. Gegevensopslag is in de loop van de tijd enorm veranderd, van papieren tape naar metaal en magnetisch, touwgeheugen, draaiende schijven, optische schijven, flashgeheugen en andere. Vooruitgang heeft geresulteerd in snellere, kleinere en krachtigere opslagapparaten.
Als je NVMe vergelijkt met UNISERVO-metaaltape uit 1951, kan NVMe 486% meer cijfers per seconde lezen. Als ik NVMe vergelijk met mijn favoriet uit mijn kindertijd, Zip-drives, kan NVMe 111% meer cijfers per seconde lezen.
Het enige dat waar blijft, is het gebruik van 0 en 1. De manieren waarop we dit doen variëren enorm. Ik hoop dat je de volgende keer dat je een CD-RW met nummers voor een vriend brandt of een homevideo opslaat in het Optical Disc Archive, erover nadenkt hoe een niet-reflecterend oppervlak zich vertaalt naar een 0 en een reflecterend oppervlak zich vertaalt naar een 1. Of als je een mixtape op cassette opneemt, onthoud dan dat deze zeer nauw verwant is aan de Datasette die in de Commodore PET wordt gebruikt. Vergeet ten slotte niet vriendelijk te zijn en terug te spoelen.
Dank и voor de weetjes (ik kan er niets aan doen) in het hele artikel!
Wat lees je nog meer op de blog?
→
→
→
→
→
Abonneer u op onze -channel zodat je het volgende artikel niet mist! We schrijven niet vaker dan twee keer per week en alleen voor zaken. We herinneren u er ook aan dat Cloud4Y veilige en betrouwbare toegang op afstand kan bieden tot bedrijfsapplicaties en informatie die nodig is om de bedrijfscontinuïteit te garanderen. Werken op afstand vormt een extra barrière voor de verspreiding van het coronavirus. Neem voor meer informatie contact op met onze managers via .
Bron: www.habr.com