Enhver skyleverandør tilbyr datalagringstjenester. Dette kan være kalde og varme lager, iskalde osv. Å lagre informasjon i skyen er ganske praktisk. Men hvordan ble data faktisk lagret for 10, 20, 50 år siden? Cloud4Y oversatte en interessant artikkel som snakker om nettopp dette.
En byte med data kan lagres på en rekke måter, ettersom nye, mer avanserte og raskere lagringsmedier dukker opp hele tiden. En byte er en enhet for lagring og behandling av digital informasjon, som består av åtte biter. En bit kan inneholde enten 0 eller 1.
Ved hullkort lagres biten som tilstedeværelse/fravær av et hull i kortet på et bestemt sted. Hvis vi går litt lenger tilbake til Babbage's Analytical Engine, var registrene som lagret tall gir. I magnetiske lagringsenheter som bånd og disker, er en bit representert av polariteten til et spesifikt område av den magnetiske filmen. I moderne dynamisk tilfeldig tilgangsminne (DRAM) er en bit ofte representert som en to-nivå elektrisk ladning lagret i en enhet som lagrer elektrisk energi i et elektrisk felt. En ladet eller utladet beholder lagrer litt data.
I juni 1956 fant opp ordet for å betegne en gruppe biter som brukes til å kode et enkelt tegn . La oss snakke litt om tegnkoding. La oss starte med den amerikanske standardkoden for informasjonsutveksling, eller ASCII. ASCII var basert på det engelske alfabetet, så hver bokstav, tall og symbol (az, AZ, 0-9, +, - , /, ",!, etc. ) ble representert som et 7-bits heltall fra 32 til 127. Dette var ikke akkurat "vennlig" for andre språk. For å støtte andre språk utvidet Unicode ASCII. I Unicode er hvert tegn representert som et kodepunkt, eller symbol, for eksempel , små bokstaver j er U+006A, hvor U står for Unicode og deretter et heksadesimalt tall.
UTF-8 er en standard for å representere tegn som åtte biter, slik at hvert kodepunkt i området 0-127 kan lagres i en enkelt byte. Hvis vi husker ASCII, er dette ganske normalt for engelske tegn, men andre språktegn uttrykkes ofte i to eller flere byte. UTF-16 er en standard for å representere tegn som 16 biter, og UTF-32 er en standard for å representere tegn som 32 biter. I ASCII er hvert tegn en byte, men i Unicode, som ofte ikke er helt sant, kan et tegn oppta 1, 2, 3 eller flere byte. Artikkelen vil bruke forskjellige størrelsesgrupperinger av biter. Antall bits i en byte varierer avhengig av utformingen av mediet.
I denne artikkelen skal vi reise tilbake i tid gjennom ulike lagringsmedier for å dykke ned i historien til datalagring. I intet tilfelle vil vi begynne å studere hvert eneste lagringsmedium som noen gang har blitt oppfunnet dypt. Dette er en morsom informasjonsartikkel som på ingen måte hevder å være av encyklopedisk betydning.
La oss begynne. La oss si at vi har en databyte å lagre: bokstaven j, enten som en kodet byte 6a, eller som en binær 01001010. Når vi reiser gjennom tiden, vil databyten bli brukt i flere lagringsteknologier som vil bli beskrevet.
1951
Historien vår begynner i 1951 med UNIVAC UNISERVO-båndstasjonen for datamaskinen UNIVAC 1. Det var den første båndstasjonen laget for en kommersiell datamaskin. Båndet ble laget av en tynn stripe av forniklet bronse, 12,65 mm bred (kalt Vicalloy) og nesten 366 meter lang. Databytene våre kan lagres med 7 tegn per sekund på et bånd som beveger seg med 200 meter per sekund. På dette tidspunktet i historien kan du måle hastigheten til en lagringsalgoritme etter avstanden båndet har kjørt.
1952
Spol et år frem til 21. mai 1952, da IBM kunngjorde lanseringen av sin første magnetbåndenhet, IBM 726. Vår byte med data kunne nå flyttes fra UNISERVO metalltape til IBM magnetbånd. Dette nye hjemmet viste seg å være veldig koselig for vår svært lille byte med data, siden båndet kan lagre opptil 2 millioner sifre. Dette 7-spors magnetbåndet beveget seg med 1,9 meter per sekund med en overføringshastighet på 12 500 eller 7500 (den gang kalt kopigrupper) per sekund. Til referanse: den gjennomsnittlige artikkelen om Habré har omtrent 10 000 tegn.
IBM 726-båndet hadde syv spor, hvorav seks ble brukt til å lagre informasjon, og ett for paritetskontroll. En spole kunne romme opptil 400 meter tape med en bredde på 1,25 cm. Dataoverføringshastigheten nådde teoretisk 12,5 tusen tegn per sekund; opptakstettheten er 40 bits per centimeter. Dette systemet brukte en "vakuumkanal"-metode der en løkke av tape sirkulerte mellom to punkter. Dette gjorde at båndet kunne starte og stoppe på en brøkdel av et sekund. Dette ble oppnådd ved å plassere lange vakuumsøyler mellom båndspolene og lese-/skrivehodene for å absorbere den plutselige spenningsøkningen i båndet, uten hvilken båndet vanligvis ville gå i stykker. En avtagbar plastring på baksiden av tapespolen ga skrivebeskyttelse. En tapesnelle kan lagre ca. 1,1 .
Husk VHS-kassetter. Hva måtte du gjøre for å se filmen igjen? Spole tilbake båndet! Hvor mange ganger har du snurret en kassett til spilleren din på en blyant, for ikke å kaste bort batterier og få en revet eller fastkjørt tape? Det samme kan sies om bånd som brukes til datamaskiner. Programmer kunne ikke bare hoppe rundt på båndet eller tilfeldig få tilgang til data, de kunne lese og skrive data strengt tatt sekvensielt.
1956
Spol frem noen år til 1956, og epoken med magnetisk disklagring begynte med IBMs ferdigstillelse av datasystemet RAMAC 305, som Zellerbach Paper leverte til . Denne datamaskinen var den første som brukte en harddisk med bevegelig hode. RAMAC-diskstasjonen besto av femti magnetiserte metallplater med en diameter på 60,96 cm, i stand til å lagre omtrent fem millioner tegn med data, 7 biter per tegn, og snurre med 1200 omdreininger per minutt. Lagringskapasiteten var omtrent 3,75 megabyte.
RAMAC tillot sanntidstilgang til store mengder data, i motsetning til magnetbånd eller hullkort. IBM annonserte RAMAC som i stand til å lagre tilsvarende 64 000 . Tidligere introduserte RAMRAC konseptet med kontinuerlig behandling av transaksjoner etter hvert som de oppstår, slik at data kunne hentes umiddelbart mens de fortsatt var ferske. Dataene våre i RAMAC kunne nå nås med hastigheter på 100 000 . Tidligere, når vi brukte bånd, måtte vi skrive og lese sekvensielle data, og vi kunne ikke ved et uhell hoppe til forskjellige deler av båndet. Tilfeldig tilgang til data i sanntid var virkelig revolusjonerende på den tiden.
1963
La oss spole fremover til 1963 da DECTape ble introdusert. Navnet kommer fra Digital Equipment Corporation, kjent som DEC. DECtape var billig og pålitelig, så det ble brukt i mange generasjoner av DEC-datamaskiner. Det var 19 mm tape, laminert og klemt mellom to lag Mylar på en fire-tommers (10,16 cm) snelle.
I motsetning til de tunge, klumpete forgjengerne, kunne DECTape bæres for hånd. Dette gjorde det til et utmerket alternativ for personlige datamaskiner. I motsetning til sine 7-spors motstykker, hadde DECTape 6 dataspor, 2 cue-spor og 2 for klokke. Data ble registrert med 350 biter per tomme (138 biter per cm). Databyten vår, som er 8 biter, men kan utvides til 12, kan overføres til DECTape med 8325 12-bits ord per sekund med en båndhastighet på 93 (±12) tommer pr. . Dette er 8 % flere sifre per sekund enn UNISERVO metalltape i 1952.
1967
Fire år senere, i 1967, begynte et lite IBM-team å jobbe med IBM-diskettstasjonen, med kodenavn . Deretter fikk teamet i oppgave å utvikle en pålitelig og rimelig måte å laste inn mikrokoder på IBM System/370. Prosjektet ble deretter gjenbrukt og gjenbrukt for å laste mikrokode inn i en kontroller for IBM 3330 Direct Access Storage Facility, kodenavnet Merlin.
Byten vår kunne nå lagres på skrivebeskyttede 8-tommers magnetisk belagte Mylar-disketter, i dag kjent som disketter. På utgivelsestidspunktet ble produktet kalt IBM 23FD Floppy Disk Drive System. Diskene kunne inneholde 80 kilobyte med data. I motsetning til harddisker, kan en bruker enkelt flytte en diskett i et beskyttende skall fra en stasjon til en annen. Senere, i 1973, ga IBM ut lese/skrive-disketten, som deretter ble en industriell .
1969
I 1969 ble Apollo Guidance Computer (AGC) med tauminne skutt opp ombord på romfartøyet Apollo 11, som fraktet amerikanske astronauter til Månen og tilbake. Dette tauminnet ble laget for hånd og kunne inneholde 72 kilobyte med data. Produksjonen av tauminne var arbeidskrevende, langsom og krevde ferdigheter som ligner på veving; det kunne ta . Men det var det rette verktøyet for de gangene det var viktig å passe maksimalt inn i en strengt begrenset plass. Når ledningen gikk gjennom en av de sirkulære trådene, representerte den en 1. Tråden som gikk rundt tråden representerte en 0. Databyten vår krevde at en person vevde flere minutter inn i tauet.
1977
I 1977 ble Commodore PET, den første (vellykkede) personlige datamaskinen, utgitt. PET brukte en Commodore 1530 Datasette, som betyr data pluss kassett. PET konverterte dataene til analoge lydsignaler, som deretter ble lagret på . Dette tillot oss å lage en kostnadseffektiv og pålitelig lagringsløsning, om enn veldig treg. Vår lille byte med data kunne overføres med en hastighet på ca 60-70 byte pr . Kassetter kunne inneholde omtrent 100 kilobyte per 30-minutters side, med to sider per tape. For eksempel kan den ene siden av en kassett inneholde omtrent to bilder på 55 KB. Datasett ble også brukt i Commodore VIC-20 og Commodore 64.
1978
Et år senere, i 1978, introduserte MCA og Philips LaserDisc under navnet "Discovision". Jaws var den første filmen som ble solgt på LaserDisc i USA. Lyd- og videokvaliteten var mye bedre enn konkurrentene, men laserplaten var for dyr for de fleste forbrukere. LaserDisc kunne ikke tas opp, i motsetning til VHS-båndene som folk tok opp TV-programmer på. Laserskiver fungerte med analog video, analog FM stereolyd og pulskode , eller PCM, digital lyd. Skivene hadde en diameter på 12 tommer (30,47 cm) og besto av to enkeltsidige aluminiumsskiver belagt med plast. I dag huskes LaserDisc som grunnlaget for CDer og DVDer.
1979
Et år senere, i 1979, grunnla Alan Shugart og Finis Conner Seagate Technology med ideen om å skalere harddisken til størrelsen på en 5 ¼-tommers diskett, som var standard på den tiden. Deres første produkt i 1980 var Seagate ST506-harddisken, den første harddisken for kompakte datamaskiner. Disken inneholdt fem megabyte med data, som på det tidspunktet var fem ganger større enn en standard diskett. Grunnleggerne var i stand til å nå målet sitt om å redusere diskstørrelsen til størrelsen på en 5¼-tommers diskett. Den nye datalagringsenheten var en stiv metallplate belagt på begge sider med et tynt lag med magnetisk datalagringsmateriale. Våre databyte kunne overføres til disk med en hastighet på 625 kilobyte pr . Det er ca .
1981
Spol frem et par år til 1981, da Sony introduserte de første 3,5-tommers diskettene. Hewlett-Packard ble den første brukeren av denne teknologien i 1982 med sin HP-150. Dette gjorde 3,5-tommers diskettene berømte og ga dem utbredt bruk over hele verden. . Diskettene var enkeltsidige med en formatert kapasitet på 161.2 kilobyte og en uformatert kapasitet på 218.8 kilobyte. I 1982 ble en tosidig versjon utgitt, og Microfloppy Industry Committee (MIC) konsortiet av 23 medieselskaper baserte 3,5-tommers diskettspesifikasjonen på Sonys originale design, og sementerte formatet inn i historien slik vi kjenner det i dag. . Nå kan databytene våre lagres på en tidlig versjon av et av de vanligste lagringsmediene: 3,5-tommers diskett. Senere et par 3,5-tommers disketter med ble den viktigste delen av barndommen min.
1984
Kort tid etter, i 1984, ble utgivelsen av Compact Disc Read-Only Memory (CD-ROM) kunngjort. Dette var 550 megabyte CD-ROM-er fra Sony og Philips. Formatet vokste ut av CDer med digital lyd, eller CD-DA, som ble brukt til å distribuere musikk. CD-DA ble utviklet av Sony og Philips i 1982 og hadde en kapasitet på 74 minutter. Ifølge legenden, da Sony og Philips forhandlet frem CD-DA-standarden, insisterte en av de fire personene på at de kunne hele den niende symfonien. Det første produktet utgitt på CD var Groliers Electronic Encyclopedia, utgitt i 1985. Leksikonet inneholdt ni millioner ord, som tok opp bare 12 % av tilgjengelig diskplass, som er 553 . Vi ville ha mer enn nok plass til et leksikon og en byte med data. Like etter, i 1985, jobbet dataselskaper sammen for å lage en standard for diskstasjoner slik at enhver datamaskin kunne lese dem.
1984
Også i 1984 utviklet Fujio Masuoka en ny type flytende port-minne kalt flash-minne, som var i stand til å bli slettet og omskrevet mange ganger.
La oss ta et øyeblikk til å se på flashminne ved hjelp av en flytende porttransistor. Transistorer er elektriske porter som kan slås av og på individuelt. Siden hver transistor kan være i to forskjellige tilstander (på og av), kan den lagre to forskjellige tall: 0 og 1. En flytende gate refererer til en andre gate lagt til den midterste transistoren. Denne andre porten er isolert med et tynt oksidlag. Disse transistorene bruker en liten spenning påført porten til transistoren for å indikere om den er på eller av, som igjen oversetter til 0 eller 1.
Med flytende porter, når passende spenning påføres gjennom oksidlaget, strømmer elektroner gjennom det og setter seg fast på portene. Derfor, selv når strømmen er slått av, forblir elektronene på dem. Når det ikke er elektroner på de flytende portene, representerer de en 1, og når elektroner sitter fast, representerer de en 0. Å snu denne prosessen og påføre en passende spenning gjennom oksidlaget i motsatt retning får elektroner til å strømme gjennom de flytende portene og gjenopprette transistoren tilbake til sin opprinnelige tilstand. Derfor er cellene gjort programmerbare og . Byten vår kan programmeres inn i transistoren som 01001010, med elektroner, med elektroner som sitter fast i flytende porter for å representere nuller.
Masuokas design var litt rimeligere, men mindre fleksibel enn elektrisk slettbar PROM (EEPROM), da det krevde flere grupper av celler som måtte slettes sammen, men dette sto også for hastigheten.
På den tiden jobbet Masuoka for Toshiba. Han dro til slutt for å jobbe ved Tohoku University fordi han var misfornøyd med at selskapet ikke belønnet ham for arbeidet hans. Masuoka saksøkte Toshiba og krevde erstatning. I 2006 fikk han utbetalt 87 millioner yuan, tilsvarende 758 tusen amerikanske dollar. Dette virker fortsatt ubetydelig gitt hvor innflytelsesrikt flash-minne har blitt i bransjen.
Mens vi snakker om flash-minne, er det også verdt å merke seg hva forskjellen er mellom NOR og NAND flash-minne. Som vi allerede vet fra Masuoka, lagrer flash informasjon i minneceller som består av flytende porttransistorer. Navnene på teknologiene er direkte relatert til hvordan minneceller er organisert.
I NOR flash kobles individuelle minneceller parallelt for å gi tilfeldig tilgang. Denne arkitekturen reduserer lesetiden som kreves for tilfeldig tilgang til mikroprosessorinstruksjoner. NOR flash-minne er ideelt for applikasjoner med lavere tetthet som hovedsakelig er skrivebeskyttet. Dette er grunnen til at de fleste CPU-er laster fastvaren, vanligvis fra NOR-flashminnet. Masuoka og hans kolleger introduserte oppfinnelsen av NOR flash i 1984 og NAND flash i .
NAND Flash-utviklere forlot tilfeldig tilgangsfunksjonen for å oppnå en mindre minnecellestørrelse. Dette resulterer i en mindre brikkestørrelse og lavere kostnad per bit. NAND flashminnearkitektur består av åttedelte minnetransistorer koblet i serie. Dette oppnår høy lagringstetthet, mindre minnecellestørrelse og raskere dataskriving og sletting fordi det kan programmere blokker med data samtidig. Dette oppnås ved å kreve at data skrives om når de ikke er skrevet sekvensielt og dataene allerede eksisterer i .
1991
La oss gå videre til 1991, da en prototype solid-state-stasjon (SSD) ble laget av SanDisk, da kjent som . Designet kombinerte et flashminnearray, ikke-flyktige minnebrikker og en intelligent kontroller for automatisk å oppdage og korrigere defekte celler. Diskkapasiteten var 20 megabyte med en 2,5-tommers formfaktor, og kostnadene ble estimert til omtrent 1000 dollar. Denne disken ble brukt av IBM i en datamaskin .
1994
Et av mine personlige favorittlagringsmedier siden barndommen var Zip Disks. I 1994 ga Iomega ut Zip Disk, en 100-megabyte-kassett i en 3,5-tommers formfaktor, omtrent litt tykkere enn en standard 3,5-tommers stasjon. Senere versjoner av stasjonene kunne lagre opptil 2 gigabyte. Det praktiske med disse diskene er at de var på størrelse med en diskett, men hadde muligheten til å lagre en større mengde data. Databytene våre kan skrives til en Zip-disk med 1,4 megabyte per sekund. Til sammenligning ble på den tiden 1,44 megabyte av en 3,5-tommers diskett skrevet med en hastighet på rundt 16 kilobyte per sekund. På en Zip-disk leser/skriver hodene data uten kontakt, som om de flyr over overflaten, noe som ligner på driften av en harddisk, men skiller seg fra operasjonsprinsippet til andre disketter. Zip-disker ble snart foreldet på grunn av problemer med pålitelighet og tilgjengelighet.
1994
Samme år introduserte SanDisk CompactFlash, som ble mye brukt i digitale videokameraer. Som med CD-er er CompactFlash-hastigheter basert på "x"-klassifiseringer som 8x, 20x, 133x osv. Maksimal dataoverføringshastighet beregnes basert på bithastigheten til den originale lyd-CDen, 150 kilobyte per sekund. Overføringshastigheten ser ut som R = Kx150 kB/s, der R er overføringshastigheten og K er den nominelle hastigheten. Så for en 133x CompactFlash vil databyten vår skrives med 133x150 kB/s eller omtrent 19 950 kB/s eller 19,95 MB/s. CompactFlash Association ble grunnlagt i 1995 med mål om å skape en industristandard for flash-minnekort.
1997
Noen år senere, i 1997, ble Compact Disc Rewritable (CD-RW) utgitt. Denne optiske disken ble brukt til å lagre data og for å kopiere og overføre filer til forskjellige enheter. CDer kan skrives om rundt 1000 ganger, noe som ikke var en begrensende faktor på den tiden siden brukere sjelden overskrev data.
CD-RW-er er basert på teknologi som endrer reflektiviteten til en overflate. Når det gjelder CD-RW, forårsaker faseforskyvninger i et spesielt belegg bestående av sølv, tellur og indium evnen til å reflektere eller ikke reflektere lesestrålen, som betyr 0 eller 1. Når forbindelsen er i krystallinsk tilstand, er den gjennomskinnelig, som betyr 1. Når forbindelsen smelter til en amorf tilstand, blir den ugjennomsiktig og ikke-reflekterende, noe som 0. Så vi kan skrive databyten vår som 01001010.
DVD-er tok etter hvert over mesteparten av markedsandelen fra CD-RW-er.
1999
La oss gå videre til 1999, da IBM introduserte verdens minste harddisker på den tiden: IBM 170MB og 340MB mikrostasjoner. Dette var små 2,54 cm harddisker designet for å passe inn i CompactFlash Type II-spor. Det var planlagt å lage en enhet som skulle brukes som CompactFlash, men med større minnekapasitet. Imidlertid ble de snart erstattet av USB-flash-stasjoner og deretter av større CompactFlash-kort etter hvert som de ble tilgjengelige. Som andre harddisker var mikrostasjoner mekaniske og inneholdt små spinnende disker.
2000
Et år senere, i 2000, ble USB-flash-stasjoner introdusert. Stasjonene besto av flashminne innelukket i en liten formfaktor med USB-grensesnitt. Avhengig av versjonen av USB-grensesnittet som brukes, kan hastigheten variere. USB 1.1 er begrenset til 1,5 megabit per sekund, mens USB 2.0 kan håndtere 35 megabit per sekund , og USB 3.0 er 625 megabit per sekund. De første USB 3.1 Type C-stasjonene ble annonsert i mars 2015 og hadde lese-/skrivehastigheter på 530 megabit per sekund. I motsetning til disketter og optiske stasjoner er USB-enheter vanskeligere å skrape opp, men har fortsatt de samme mulighetene for lagring av data, samt overføring og sikkerhetskopiering av filer. Diskett- og CD-stasjoner ble raskt erstattet av USB-porter.
2005
I 2005 begynte produsenter av harddisker (HDD) å sende produkter ved hjelp av vinkelrett magnetisk opptak, eller PMR. Interessant nok skjedde dette samtidig som iPod Nano annonserte bruk av flashminne i stedet for 1-tommers harddisker i iPod Mini.
En typisk harddisk inneholder en eller flere harddisker belagt med en magnetisk følsom film som består av små magnetiske korn. Data registreres når det magnetiske opptakshodet flyr rett over den roterende disken. Dette ligner veldig på en tradisjonell grammofonplatespiller, den eneste forskjellen er at i en grammofon er pennen i fysisk kontakt med plata. Når skivene roterer, skaper luften i kontakt med dem en mild bris. Akkurat som luft på en flyvinge genererer løft, genererer luft løft på aerofoliehodet . Hodet endrer raskt magnetiseringen til ett magnetisk område av kornene slik at dets magnetiske pol peker opp eller ned, og indikerer 1 eller 0.
Forgjengeren til PMR var longitudinell magnetisk opptak, eller LMR. Registreringstettheten til PMR kan være mer enn tre ganger den for LMR. Hovedforskjellen mellom PMR og LMR er at kornstrukturen og magnetisk orientering av de lagrede dataene til PMR-medier er søyleformet snarere enn langsgående. PMR har bedre termisk stabilitet og forbedret signal-til-støy-forhold (SNR) på grunn av bedre kornseparasjon og jevnhet. Den har også forbedret opptaksevne takket være sterkere hodefelt og bedre magnetisk mediejustering. I likhet med LMR er de grunnleggende begrensningene til PMR basert på den termiske stabiliteten til databitene som skrives av magneten og behovet for å ha tilstrekkelig SNR til å lese den skrevne informasjonen.
2007
I 2007 ble den første 1 TB harddisken fra Hitachi Global Storage Technologies annonsert. Hitachi Deskstar 7K1000 brukte fem 3,5-tommers 200 GB-plater og snurret kl. rpm Dette er en betydelig forbedring i forhold til verdens første harddisk, IBM RAMAC 350, som hadde en kapasitet på omtrent 3,75 megabyte. Å, så langt vi har kommet på 51 år! Men vent, det er noe mer.
2009
I 2009 startet det tekniske arbeidet med å lage ikke-flyktig ekspressminne, eller . Ikke-flyktig minne (NVM) er en type minne som kan lagre data permanent, i motsetning til flyktig minne, som krever konstant strøm for å lagre data. NVMe dekker behovet for et skalerbart vertskontrollergrensesnitt for PCIe-aktiverte halvlederbaserte perifere komponenter, derav navnet NVMe. Mer enn 90 bedrifter ble inkludert i arbeidsgruppen for å utvikle prosjektet. Alt dette var basert på arbeid med å definere Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification (NVMHCIS). Dagens beste NVMe-stasjoner kan håndtere omtrent 3500 megabyte per sekund lesing og 3300 megabyte per sekund skrive. Å skrive j-databyten vi startet med er veldig rask sammenlignet med et par minutter med håndveving av tauminne for Apollo Guidance Computer.
Nåtid og fremtid
Lagringsklasse minne
Nå som vi har reist tilbake i tid (ha!), la oss ta en titt på den nåværende tilstanden til Storage Class Memory. SCM, som NVM, er robust, men SCM gir også ytelse som er overlegen eller sammenlignbar med hovedminnet, og . Målet med SCM er å løse noen av dagens hurtigbufferproblemer, for eksempel lav tetthet av statisk tilfeldig tilgangsminne (SRAM). Med Dynamic Random Access Memory (DRAM) kan vi oppnå bedre tetthet, men dette kommer på bekostning av tregere tilgang. DRAM lider også av behovet for konstant strøm for å friske opp minnet. La oss forstå dette litt. Strøm er nødvendig fordi den elektriske ladningen på kondensatorene lekker ut litt etter litt, noe som betyr at uten inngrep vil dataene på brikken snart gå tapt. For å forhindre slik lekkasje krever DRAM en ekstern minneoppdateringskrets som med jevne mellomrom omskriver dataene i kondensatorene, og gjenoppretter dem til sin opprinnelige ladning.
Faseendringsminne (PCM)
Tidligere har vi sett på hvordan fasen endres for CD-RW. PCM er lik. Faseendringsmaterialet er vanligvis Ge-Sb-Te, også kjent som GST, som kan eksistere i to forskjellige tilstander: amorf og krystallinsk. Den amorfe tilstanden har en høyere motstand, som angir 0, enn den krystallinske tilstanden, som angir 1. Ved å tilordne dataverdier til mellommotstander, kan PCM brukes til å lagre flere tilstander som .
Spin-overføring dreiemoment tilfeldig tilgangsminne (STT-RAM)
STT-RAM består av to ferromagnetiske, permanente magnetiske lag atskilt av et dielektrikum, en isolator som kan overføre elektrisk kraft uten å lede. Den lagrer biter av data basert på forskjeller i magnetiske retninger. Det ene magnetiske laget, kalt referanselaget, har en fast magnetisk retning, mens det andre magnetiske laget, kalt det frie laget, har en magnetisk retning som styres av strømmen som passeres. For 1 er magnetiseringsretningen til de to lagene justert. For 0 har begge lagene motsatte magnetiske retninger.
Resistivt tilfeldig tilgangsminne (ReRAM)
En ReRAM-celle består av to metallelektroder atskilt av et metalloksidlag. Litt som Masuokas flashminnedesign, der elektroner trenger inn i oksidlaget og setter seg fast i den flytende porten, eller omvendt. Men med ReRAM bestemmes celletilstanden basert på konsentrasjonen av fritt oksygen i metalloksidlaget.
Selv om disse teknologiene er lovende, har de fortsatt ulemper. PCM og STT-RAM har høy skrivelatens. PCM-forsinkelser er ti ganger høyere enn DRAM, mens STT-RAM-forsinkelser er ti ganger høyere enn SRAM. PCM og ReRAM har en grense for hvor lenge en skriving kan skje før en alvorlig feil oppstår, noe som betyr at minneelementet blir sittende fast på .
I august 2015 kunngjorde Intel lanseringen av Optane, dets 3DXPoint-baserte produkt. Optane hevder 1000 ganger ytelsen til NAND SSD-er til en pris som er fire til fem ganger høyere enn flashminne. Optane er et bevis på at SCM er mer enn bare en eksperimentell teknologi. Det vil være interessant å se utviklingen av disse teknologiene.
Harddisker (HDD)
Helium HDD (HHDD)
En heliumdisk er en harddisk med høy kapasitet (HDD) som er fylt med helium og hermetisk forseglet under produksjonsprosessen. Som andre harddisker, som vi sa tidligere, ligner den på en platespiller med en magnetisk belagt spinnende tallerken. Typiske harddisker har ganske enkelt luft inne i hulrommet, men denne luften forårsaker noe motstand når tallerkenene snurrer.
Heliumballonger flyter fordi helium er lettere enn luft. Faktisk er helium 1/7 av tettheten til luft, noe som reduserer bremsekraften når platene roterer, noe som forårsaker en reduksjon i mengden energi som kreves for å spinne skivene. Denne funksjonen er imidlertid sekundær, den viktigste karakteristiske egenskapen til helium var at den lar deg pakke 7 wafere i samme formfaktor som normalt bare vil inneholde 5. Hvis vi husker analogien til flyvingen vår, er dette en perfekt analog. . Fordi helium reduserer luftmotstanden, elimineres turbulens.
Vi vet også at heliumballonger begynner å synke etter noen dager fordi heliumet kommer ut av dem. Det samme kan sies om lagringsenheter. Det tok år før produsentene var i stand til å lage en beholder som forhindret helium i å unnslippe fra formfaktoren gjennom hele stasjonens levetid. Backblaze utførte eksperimenter og fant ut at heliumharddisker hadde en årlig feilrate på 1,03 %, sammenlignet med 1,06 % for standarddisker. Selvfølgelig er denne forskjellen så liten at man kan trekke en seriøs konklusjon av den .
Den heliumfylte formfaktoren kan inneholde en harddisk innkapslet ved hjelp av PMR, som vi diskuterte ovenfor, eller mikrobølgemagnetisk opptak (MAMR) eller varmeassistert magnetisk opptak (HAMR). Enhver magnetisk lagringsteknologi kan kombineres med helium i stedet for luft. I 2014 kombinerte HGST to banebrytende teknologier i sin 10TB heliumharddisk, som brukte vertskontrollert shingled magnetic recording, eller SMR (Shingled magnetic recording). La oss snakke litt om SMR og så se på MAMR og HAMR.
Tile Magnetic Recording Technology
Tidligere så vi på perpendicular magnetic recording (PMR), som var forgjengeren til SMR. I motsetning til PMR, registrerer SMR nye spor som overlapper en del av det tidligere innspilte magnetiske sporet. Dette gjør igjen det forrige sporet smalere, noe som gir høyere sportetthet. Navnet på teknologien kommer av at rundebaner er veldig lik tegltak.
SMR resulterer i en mye mer kompleks skriveprosess, siden skriving til ett spor overskriver det tilstøtende sporet. Dette skjer ikke når disksubstratet er tomt og dataene er sekvensielle. Men så snart du tar opp til en serie spor som allerede inneholder data, slettes eksisterende tilstøtende data. Hvis et tilstøtende spor inneholder data, må det skrives om. Dette er ganske likt NAND-blitsen vi snakket om tidligere.
SMR-enheter skjuler denne kompleksiteten ved å administrere fastvare, noe som resulterer i et grensesnitt som ligner på alle andre harddisker. På den annen side vil ikke vertsstyrte SMR-enheter, uten spesiell tilpasning av applikasjoner og operativsystemer, tillate bruk av disse stasjonene. Verten må skrive til enheter strengt tatt sekvensielt. Samtidig er ytelsen til enhetene 100 % forutsigbar. Seagate begynte å sende SMR-stasjoner i 2013, og hevdet 25 % høyere tetthet PMR-tetthet.
Mikrobølgemagnetisk opptak (MAMR)
Mikrobølgeassistert magnetisk opptak (MAMR) er en magnetisk minneteknologi som bruker energi som ligner på HAMR (diskutert neste) En viktig del av MAMR er Spin Torque Oscillator (STO). Selve STO-en er plassert i umiddelbar nærhet av opptakshodet. Når strøm påføres STO, genereres et sirkulært elektromagnetisk felt med en frekvens på 20-40 GHz på grunn av polariseringen av elektronspinn.
Når den utsettes for et slikt felt, oppstår det resonans i ferromagneten som brukes til MAMR, noe som fører til presesjon av de magnetiske momentene til domenene i dette feltet. I hovedsak avviker det magnetiske momentet fra sin akse, og for å endre retning (flip), trenger opptakshodet betydelig mindre energi.
Bruk av MAMR-teknologi gjør det mulig å ta ferromagnetiske stoffer med større tvangskraft, noe som gjør at størrelsen på magnetiske domener kan reduseres uten frykt for å forårsake en superparamagnetisk effekt. STO-generatoren bidrar til å redusere størrelsen på opptakshodet, noe som gjør det mulig å registrere informasjon på mindre magnetiske domener, og derfor øker opptakstettheten.
Western Digital, også kjent som WD, introduserte denne teknologien i 2017. Like etter, i 2018, støttet Toshiba denne teknologien. Mens WD og Toshiba forfølger MAMR-teknologi, satser Seagate på HAMR.
Termomagnetisk opptak (HAMR)
Heat-assisted magnetic recording (HAMR) er en energieffektiv magnetisk datalagringsteknologi som betydelig kan øke mengden data som kan lagres på en magnetisk enhet, for eksempel en harddisk, ved å bruke varme levert av en laser for å hjelpe til med å skrive dataene til overflaten av harddisksubstratene. Oppvarming fører til at databiter plasseres mye nærmere hverandre på disksubstratet, noe som gir økt datatetthet og kapasitet.
Denne teknologien er ganske vanskelig å implementere. 200 mW laser rask et lite område på opptil 400 °C før opptak, uten å forstyrre eller skade resten av dataene på disken. Oppvarmings-, dataregistrerings- og kjøleprosessen må fullføres på mindre enn et nanosekund. Å takle disse utfordringene krevde utvikling av overflateplasmoner i nanoskala, også kjent som overflatestyrte lasere, i stedet for direkte laseroppvarming, samt nye typer glassplater og termiske belegg for å tåle rask punktoppvarming uten å skade opptakshodet eller noen i nærheten. data, og diverse andre tekniske utfordringer som måtte overvinnes.
Til tross for mange skeptiske uttalelser, demonstrerte Seagate først denne teknologien i 2013. De første platene begynte å sendes i 2018.
Slutt på filmen, gå til begynnelsen!
Vi startet i 1951 og avslutter artikkelen med et blikk inn i fremtiden for lagringsteknologi. Datalagring har endret seg kraftig over tid, fra papirtape til metall og magnetisk, tauminne, spinnende disker, optiske disker, flashminne og andre. Fremgang har resultert i raskere, mindre og kraftigere lagringsenheter.
Hvis du sammenligner NVMe med UNISERVO metalltape fra 1951, kan NVMe lese 486 111 % flere sifre per sekund. Når man sammenligner NVMe med min barndomsfavoritt, Zip-stasjoner, kan NVMe lese 213,623 % flere sifre per sekund.
Det eneste som forblir sant er bruken av 0 og 1. Måtene vi gjør dette på varierer veldig. Jeg håper at neste gang du brenner en CD-RW med sanger for en venn eller lagrer en hjemmevideo i Optical Disc Archive, tenker du på hvordan en ikke-reflekterende overflate oversettes til en 0 og en reflekterende overflate til en 1. Eller hvis du spiller inn et mixtape på kassett, husk at det er veldig nært knyttet til datasettet som brukes i Commodore PET. Til slutt, ikke glem å være snill og spole tilbake.
Takk и for godbitene (jeg kan ikke la være) gjennom hele artikkelen!
Hva annet kan du lese på bloggen?
→
→
→
→
→
Abonner på vår -kanal slik at du ikke går glipp av neste artikkel! Vi skriver ikke mer enn to ganger i uken og kun på forretningsreise. Vi minner deg også om at Cloud4Y kan gi sikker og pålitelig ekstern tilgang til forretningsapplikasjoner og informasjon som er nødvendig for å sikre forretningskontinuitet. Fjernarbeid er en ekstra barriere for spredning av koronaviruset. For detaljer, kontakt våre ledere på .
Kilde: www.habr.com