Każdy dostawca usług chmurowych oferuje możliwość przechowywania danych. Mogą to być zimne i gorące przechowalnie, Ice-cold itp. W chmurze przechowywanie informacji jest dość wygodne. Ale jak w ogóle przechowywano dane 10, 20, 50 lat temu? Cloud4Y przetłumaczył interesujący artykuł, który dokładnie o tym opowiada.
Bajt danych może być przechowywany na różne sposoby, ponieważ ciągle powstają nowe, bardziej zaawansowane i szybsze nośniki informacji. Bajt to jednostka przechowywania i przetwarzania informacji cyfrowej, która składa się z ośmiu bitów. W jednym bicie można zapisać albo 0, albo 1.
W przypadku kart perforowanych bit jest przechowywany jako obecność/brak otworu w karcie w określonym miejscu. Jeśli cofnąć się nieco do przeszłości do „Maszyny analitycznej Babbage'a”, rejestry przechowujące liczby stanowiły zębate koła. W magnetycznych urządzeniach przechowujących, takich jak taśmy i dyski, bit jest reprezentowany przez polarność określonego obszaru taśmy magnetycznej. W nowoczesnej dynamicznej pamięci o dostępie swobodnym (DRAM) bit często jest reprezentowany jako dwupoziomowy ładunek elektryczny, przechowywany w urządzeniu, które gromadzi energię elektryczną w polu elektrycznym. Naładowana lub rozładowana pojemność przechowuje bit danych.
W czerwcu 1956 roku wymyślił słowo do określenia grupy bitów używanych do kodowania jednego znaku . Porozmawiajmy chwilę o kodowaniu znaków. Zacznijmy od amerykańskiego standardowego kodu do wymiany informacji, czyli ASCII (ang. American standard code for information interchange). ASCII opierał się na angielskim alfabecie, dlatego każda litera, cyfra i symbol (a-z, A-Z, 0-9, +, -, /, ", ! itp.) były reprezentowane jako 7-bitowa liczba całkowita od 32 do 127. Nie było to zbyt „przyjazne” dla innych języków. Aby wspierać inne języki, Unicode rozszerzył ASCII. W Unicode każdy znak jest reprezentowany jako punkt kodowy lub symbol, na przykład mała litera j — U+006A, gdzie U oznacza Unicode, a następnie liczba szesnastkowa.
UTF-8 to standard do reprezentacji symboli w postaci ośmiu bitów, pozwalając na przechowywanie każdego punktu kodowego w zakresie 0-127 w jednym bajcie. Jeśli przypomnimy sobie ASCII, to jest to całkiem w porządku dla angielskich symboli, lecz znaki innego języka często wyrażane są w dwóch lub większej liczbie bajtów. UTF-16 jest standardem dla reprezentacji symboli w postaci 16 bitów, a UTF-32— standardem dla reprezentacji symboli w postaci 32 bitów. W ASCII każdy symbol jest bajtem, podczas gdy w Unicode, co często nie jest do końca prawdą, symbol może zajmować 1, 2, 3 lub więcej bajtów. W artykule będą używane różne grupowania bitowe. Liczba bitów w bajcie różni się w zależności od konstrukcji nośnika.
W tym artykule wybierzemy się w podróż w czasie po różnych nośnikach informacji, aby zanurzyć się w historię przechowywania danych. Nie zamierzamy na pewno dogłębnie badać każdego pojedynczego nośnika informacji, który kiedykolwiek został wynaleziony. Przed wami zabawny artykuł informacyjny, który w żadnym wypadku nie rości sobie prawa do znaczenia encyklopedycznego.
Zacznijmy. Załóżmy, że mamy bajt danych do przechowania: litera j, albo w postaci zakodowanego bajtu 6a, albo w postaci binarnej 01001010. W trakcie naszej podróży w czasie bajt danych będzie używany w niektórych technologiach przechowywania, które będą opisywane.
1951
Nasza historia zaczyna się w 1951 roku z taśmowym nośnikiem UNIVAC UNISERVO dla komputera UNIVAC 1. Był to pierwszy taśmowy nośnik stworzony dla komercyjnego komputera. Taśma była wykonana z cienkiego paska niklowanego brązu o szerokości 12,65 mm (zwanym Vicalloy) i długości prawie 366 metrów. Nasze bajty danych mogły być przechowywane z prędkością 7200 znaków na sekundę na taśmie poruszającej się z prędkością 2,54 metra na sekundę. Na tym etapie historii można było zmierzyć prędkość algorytmu przechowywania według odległości przebytej przez taśmę.
1952
Przenieśmy się o rok w przód, do 21 maja 1952 roku, kiedy to IBM ogłosił wydanie swojego pierwszego bloku taśmy magnetycznej, IBM 726. Teraz nasz bajt danych mógł być przenoszony z metalowej taśmy UNISERVO na taśmę magnetyczną IBM. Ten nowy dom okazał się bardzo przytulny dla naszego bardzo małego bajta danych, ponieważ na taśmie można przechowywać do 2 milionów cyfr. Ta magnetyczna taśma o 7 ścieżkach poruszała się z prędkością 1,9 metra na sekundę przy prędkości transferu 12 500 lub 7500 (wówczas nazywanych grupami kopiującymi) na sekundę. Dla porównania: przeciętny artykuł na Habra ma około 10 000 znaków.
Taśma IBM 726 miała siedem ścieżek, z czego sześć służyło do przechowywania informacji, a jedna — do kontroli parzystości. Na jednej szpulce mieściło się do 400 metrów taśmy o szerokości 1,25 cm. Prędkość transferu danych teoretycznie osiągała 12,5 tys. znaków na sekundę; gęstość zapisu wynosiła 40 bitów na centymetr. W tym systemie zastosowano metodę „kanału próżniowego”, w której pętla taśmy krążyła między dwoma punktami. Pozwalało to na uruchamianie i zatrzymywanie taśmy w ułamku sekundy. Udało się to osiągnąć dzięki umieszczeniu długich kolumn próżniowych między szpulami taśmy a głowicami do odczytu/zapisu, aby pochłaniać nagłe zwiększenie napięcia w taśmie, bez którego taśma zwykle by pękła. Zdejmowane plastikowe pierścień przy tylnej części szpulki taśmy zapewniło ochronę przed zapisem. Na jednej szpulce taśmy można przechowywać około 1,1 .
Przypomnijcie sobie kasety VHS. Co trzeba było zrobić, aby obejrzeć film ponownie? Przewinąć taśmę! A ile razy kręciliście kasetę na ołówku, aby nie tracić baterii i nie zdobyć pękniętej lub zaciętej taśmy? To samo można powiedzieć o taśmach używanych w komputerach. Programy nie mogły po prostu przeskoczyć przez jakiś fragment taśmy lub przypadkowo uzyskać dostęp do danych, mogły czytać i zapisywać dane ściśle w kolejności.
1956
Jeśli przeniesiemy się o kilka lat w przód, do roku 1956, to era przechowywania na dyskach magnetycznych rozpoczęła się wraz z zakończeniem przez IBM prac nad komputerowym systemem RAMAC 305, który firma Zellerbach Paper dostarczy do W tym komputerze po raz pierwszy zastosowano dysk twardy z ruchomą głowicą. Dysk RAMAC składał się z pięćdziesięciu namagnesowanych metalowych płyt o średnicy 60,96 cm, mogących przechowywać około pięciu milionów znaków danych, 7 bitów na znak, i obracać się z prędkością 1200 obrotów na minutę. Pojemność pamięci wynosiła około 3,75 megabajta.
RAMAC umożliwiał w czasie rzeczywistym dostęp do dużych ilości danych, w przeciwieństwie do taśm magnetycznych lub kart perforowanych. Firma IBM reklamowała RAMAC jako urządzenie zdolne do przechowywania równowartości 64 000 . Wcześniej w RAMAC wprowadzono koncepcję ciągłego przetwarzania transakcji w miarę ich realizacji, aby dane można było pobierać od razu, gdy są jeszcze świeże. Teraz dostęp do naszych danych w RAMAC mógł odbywać się z prędkością 100 000 . Wcześniej, korzystając z taśm, musieliśmy nagrywać i odczytywać dane sekwencyjnie, co uniemożliwiało przypadkowe przeskakiwanie na różne części taśmy. Losowy dostęp do danych w czasie rzeczywistym był wówczas prawdziwie rewolucyjny.
1963
Przenieśmy się do roku 1963, kiedy wprowadzono DECtape. Nazwa pochodzi od firmy Digital Equipment Corporation, znanej jako DEC. DECtape była niedroga i niezawodna, dlatego była używana w wielu pokoleniach komputerów DEC. Była to taśma o szerokości 19 mm, zalaminowana i umieszczona pomiędzy dwiema warstwami mylaru na czterocalowej (10,16 cm) szpulce.
W przeciwieństwie do swoich ciężkich, dużych poprzedników, taśmę DECtape można było przenosić ręcznie. Czyniło to ją doskonałym wyborem dla komputerów osobistych. W przeciwieństwie do 7-ścieżkowych odpowiedników, DECtape miała 6 ścieżek danych, 2 ścieżki znaczników i 2 dla impulsów zegarowych. Dane były nagrywane z prędkością 350 bitów na cal (138 bitów na cm). Nasz bajt danych, który składa się z 8 bitów, ale może być rozszerzony do 12, mógł być przesyłany na DECtape z prędkością 8325 12-bitowych słów na sekundę przy prędkości taśmy 93 (±12) cali na . To o 8% więcej cyfr na sekundę niż na metalowej taśmie UNISERVO w 1952 roku.
1967
Cztery lata później, w 1967 roku, mały zespół IBM rozpoczął prace nad napędem dyskowym IBM o kodowej nazwie . W związku z tym zespół otrzymał zadanie opracowania niezawodnego i niedrogiego sposobu ładowania mikrokodów do IBM System/370. Później projekt został przekształcony i dostosowany do ładowania mikrokodu do kontrolera IBM 3330 Direct Access Storage Facility pod kodową nazwą Merlin.
Teraz nasz bajt może być przechowywany na dostępnych tylko do odczytu 8-calowych elastycznych dyskach Mylar z powłoką magnetyczną, znanych dziś jako dyskietki. W momencie wprowadzenia na rynek produkt otrzymał nazwę IBM 23FD Floppy Disk Drive System. Dyski mogły pomieścić 80 kilobajtów danych. W przeciwieństwie do dysków twardych, użytkownik mógł łatwo przenieść dyskietkę w ochronnej obudowie z jednego dysku na drugi. Później, w 1973 roku, IBM wprowadziło dyskietkę do odczytu/zapisu, która stała się przemysłowym .
1969
W 1969 roku na pokładzie statku kosmicznego Apollo 11, który dostarczył amerykańskich astronautów na Księżyc i z powrotem, uruchomiono komputer pokładowy AGC (Apollo Guidance Computer) z „pamięcią linkową” (rope memory). Ta pamięć linkowa była wykonana ręcznie i mogła pomieścić 72 kilobajty danych. Wytwarzanie pamięci linkowej było czasochłonne, wolne i wymagało umiejętności porównywalnych z tkactwem; wplecenie programu w pamięć linkową mogło zająć . Ale to było właściwe narzędzie na tamte czasy, kiedy ważne było zmieszczenie maksymalnej ilości danych w ściśle ograniczonej przestrzeni. Kiedy drut przechodził przez jeden z okrągłych włókien, oznaczał 1. Drut owinięty wokół włókna oznaczał 0. Nasz bajt danych wymagał od człowieka kilku minut wplatania w linkę.
1977
W 1977 roku wprowadzono Commodore PET — pierwszy (udany) komputer osobisty. W PET wykorzystano Commodore 1530 Datasette, co oznacza dane plus kaseta. PET przekształcał dane w analogowe sygnały dźwiękowe, które następnie były przechowywane na . Umożliwiło to stworzenie ekonomicznego i niezawodnego rozwiązania do przechowywania danych, choć bardzo wolnego. Nasz mały bajt danych mógł być przesyłany z prędkością około 60-70 bajtów na . Kasety mogły pomieścić około 100 kilobajtów na 30-minutowej stronie, z dwiema stronami na taśmę. Na przykład, na jednej stronie kasety można byłoby umieścić około dwóch 55 KB obrazów. Datasette były również używane w Commodore VIC-20 i Commodore 64.
1978
Po roku, w 1978 roku, MCA i Philips zaprezentowali LaserDisc o nazwie „Discovision”. Film „Szczęki” stał się pierwszym filmem sprzedawanym na LaserDisc w USA. Jakość dźwięku i obrazu była na nim znacznie lepsza niż u konkurencji, ale dysk laserowy okazał się zbyt drogi dla większości konsumentów. Na LaserDisc nie można było nagrywać, w przeciwieństwie do kaset VHS, na które ludzie nagrywali programy telewizyjne. Dyski laserowe działały z analogowym wideo, analogowym dźwiękiem FM i impulsową modulacją kodu, czyli PCM, dźwiękiem cyfrowym. , lub PCM, dźwiękiem cyfrowym. Dyski miały średnicę 12 cali (30,47 cm) i składały się z dwóch jednostronnych aluminiowych dysków pokrytych plastikiem. Dzisiaj LaserDisc pamiętany jest jako podstawa CD i DVD.
1979
Rok później, w 1979 roku, Alan Shugart i Phinis Connor założyli firmę Seagate Technology z pomysłem na skalowanie dysku twardego do rozmiaru 5 ¼ calowej dyskietki, która wówczas była standardem. Ich pierwszym produktem w 1980 roku był dysk twardy Seagate ST506 — pierwszy dysk twardy dla komputerów kompaktowych. Dysk pomieścił pięć megabajtów danych, co wówczas było pięć razy więcej niż standardowa dyskietka. Założyciele zdołali osiągnąć swój cel — zmniejszyć rozmiar dysku do rozmiaru dyskiety 5¼ cale. Nowe urządzenie do przechowywania danych stanowiło sztywną metalową płytkę pokrytą po obu stronach cienką warstwą materiału magnetycznego do przechowywania danych. Nasze bajty danych mogły być przesyłane na dysk z prędkością 625 kilobajtów na. To około .
1981
Przenieśmy się o kilka lat do przodu, do 1981 roku, kiedy Sony zaprezentowało pierwsze dyskietki 3,5 cala. Firma Hewlett-Packard była pierwszym zwolennikiem tej technologii w 1982 roku ze swoim HP-150. To uczyniło dyskietki 3,5 cala popularnymi i szeroko rozpowszechnionymi w. . Dyskietki były jednostronne z sformatowaną pojemnością 161,2 kilobajta i niesformatowaną pojemnością 218,8 kilobajta. W 1982 roku wydano wersję dwustronną, a konsorcjum Microfloppy Industry Committee (MIC) złożone z 23 firm medialnych, ustanowiło specyfikację dyskietki 3,5 cala na podstawie oryginalnego projektu Sony, utrwalając format w historii w takiej formie, w jakiej go. . Teraz nasze bajty danych mogą być przechowywane na wczesnej wersji jednego z najbardziej rozpowszechnionych nośników: dyskietce 3,5 cala. Później para dyskietek 3,5 cala z. stały się najważniejszą częścią mojego dzieciństwa.
1984
Wkrótce potem, w 1984 roku, ogłoszono wydanie płyty kompaktowej z danymi dostępnymi tylko do odczytu (ang. Compact Disc Read-Only Memory, CD-ROM). Były to CD-ROM o pojemności 550 megabajtów od firm Sony i Philips. Format wyewoluował z płyt kompaktowych z cyfrowym dźwiękiem, czyli CD-DA, które były używane do dystrybucji muzyki. CD-DA został opracowany przez Sony i Philipsa w 1982 roku i miał pojemność 74 minut. Zgodnie z legendą, kiedy Sony i Philips negocjowały standard CD-DA, jedna z czterech osób nalegała, aby mógł całą "Dziewiątą Symfonię". Pierwszym produktem wydanym na płycie kompaktowej była "Elektroniczna encyklopedia Groliera", która ukazała się w 1985 roku. Encyklopedia zawierała dziewięć milionów słów, zajmując tylko 12% dostępnej przestrzeni dyskowej, czyli 553 Mielibyśmy więcej niż wystarczająco miejsca na encyklopedię i bajt danych. Wkrótce potem, w 1985 roku, firmy komputerowe współpracowały nad stworzeniem standardu dla dysków, aby każdy komputer mógł odczytywać z nich informacje.
1984
Również w 1984 roku Fujio Masuoka opracował nowy typ pamięci z pływającym tranzystorem, nazwaną pamięcią flash, która mogła być wielokrotnie kasowana i zapisywana.
Zatrzymajmy się na chwilę przy pamięci flash, używającej tranzystora z pływającym bramką. Tranzystory to elektryczne bramki, które można włączać i wyłączać osobno. Ponieważ każdy tranzystor może znajdować się w dwóch różnych stanach (włączonym i wyłączonym), może przechowywać dwie różne liczby: 0 i 1. Pływająca bramka odnosi się do drugiej bramki dodanej do średniego tranzystora. Ta druga bramka jest izolowana cienką warstwą tlenku. Te tranzystory wykorzystują niewielkie napięcie przyłożone do bramki tranzystora, aby wskazać, czy jest włączony, czy wyłączony, co z kolei przekłada się na 0 lub 1.
W przypadku plutonowych bramek, gdy odpowiednie napięcie jest podawane przez warstwę tlenku, elektrony przechodzą przez nią i utkną na bramkach. Dlatego nawet po odłączeniu zasilania, elektrony pozostają na nich. Kiedy na plutonowych bramkach brakuje elektronów, reprezentują one 1, a gdy elektrony utkną — 0. Odwrócenie tego procesu oraz zastosowanie odpowiedniego napięcia przez warstwę tlenku w przeciwnym kierunku sprawia, że elektrony przechodzą przez plutonowe bramki, przywracając tranzystor do jego pierwotnego stanu. Dlatego komórki są zbudowane jako programowalne i . Nasz bajt może być zaprogramowany w tranzystorze jako 01001010, z elektronami, które utknęły w plutonowych bramkach, w celu reprezentacji zer.
Konstrukcja Masuoki była nieco bardziej dostępna, ale mniej elastyczna niż elektrycznie wymienny PROM (EEPROM), ponieważ wymagała kilku grup komórek, które musiały być usunięte jednocześnie, jednak to również tłumaczyło jej prędkość.
W tym czasie Masuoka pracował w Toshibie. Ostatecznie przeszedł do pracy na Uniwersytecie Tohoku, ponieważ nie był zadowolony z tego, że firma nie wynagrodziła go za jego pracę. Masuoka pozwał Toshibę o odszkodowanie. W 2006 roku otrzymał 87 milionów juanów, co odpowiada 758 tysiącom dolarów amerykańskich. To wciąż wydaje się nieistotne, biorąc pod uwagę, jak wpływowa okazała się pamięć flash w przemyśle.
Skoro mówimy o pamięci flash, warto również zwrócić uwagę na różnicę między pamięcią flash NOR a NAND. Jak już wiemy od Masuoki, pamięć flash przechowuje informacje w komórkach pamięci składających się z tranzystorów z plutonową bramką. Nazwy technologii są bezpośrednio związane z organizacją komórek pamięci.
W pamięci flash NOR poszczególne komórki pamięci są połączone równolegle, co zapewnia dostęp losowy. Taka architektura pozwala skrócić czas odczytu potrzebny do dostępu losowego do instrukcji mikroprocesora. Pamięć flash NOR idealnie nadaje się do aplikacji o niższej gęstości, które głównie służą tylko do odczytu. To dlatego większość CPU ładować ma swoją pamięć firmware, zazwyczaj z pamięci flash NOR. Masuoka i jego koledzy przedstawili wynalazek pamięci NOR flash w 1984 roku oraz NAND flash w .
Producenci pamięci NAND Flash zrezygnowali z możliwości dostępu losowego, aby uzyskać mniejszy rozmiar komórki pamięci. Daje to mniejszy rozmiar chipu i niższy koszt na bit. Architektura pamięci flash NAND składa się z szeregu połączonych tranzystorów pamięci, które składają się z ośmiu części. Dzięki temu osiąga się wysoką gęstość przechowywania, mniejszy rozmiar komórki pamięci oraz szybsze zapisywanie i usuwanie danych, ponieważ może jednocześnie programować bloki danych. Osiąga się to dzięki konieczności ponownego zapisywania danych, gdy nie są one zapisywane w sposób sekwencyjny, a dane już istnieją w .
1991
Przejdźmy do roku 1991, kiedy firma SanDisk, wówczas znana jako , stworzyła prototyp dysku SSD. Konstrukcja łączyła w sobie macierz pamięci flash, energoodporne chipy pamięci oraz inteligentny kontroler do automatycznego wykrywania i naprawy uszkodzonych komórek. Pojemność dysku wynosiła 20 megabajtów przy formacie 2,5 cala, a jego koszt oszacowano na około 1000 dolarów amerykańskich. Dysk ten był używany przez firmę IBM w komputerze .
1994
Jednym z moich ulubionych nośników danych od dzieciństwa były Zip Diski. W 1994 roku firma Iomega wprowadziła na rynek Zip Disk, 100-megabajtowy kartridż w formacie 3,5 cala, nieco grubszy od standardowej dyskietki 3,5 cala. Późniejsze wersje dysków mogły przechowywać do 2 gigabajtów. Wygodą tych dysków była ich wielkość, porównywalna z dyskietką, ale z możliwością przechowywania większej ilości danych. Nasze bajty danych można było zapisywać na Zip-dysku z prędkością 1,4 megabajta na sekundę. Dla porównania: wówczas 1,44 megabajta dyskietki 3,5-calowej zapisywało się z prędkością około 16 kilobajtów na sekundę. Na Zip-dysku głowice bezkontaktowo odczytują/zapisują dane, jakby latały nad powierzchnią, co przypomina pracę dysku twardego, ale różni się od zasady działania innych dyskietek. Wkrótce Zip-dyski stały się przestarzałe z powodu problemów z niezawodnością i dostępnością.
1994
W tym samym roku SanDisk wprowadził CompactFlash, który był szeroko stosowany w cyfrowych kamerach. Podobnie jak w przypadku płyt kompaktowych, prędkość CompactFlash opiera się na ocenach „x”, takich jak 8x, 20x, 133x itp. Maksymalna prędkość transmisji danych jest obliczana na podstawie prędkości transmisji oryginalnego audio CD, wynoszącej 150 kilobajtów na sekundę. Prędkość transmisji wygląda na R = Kx150 kB/s, gdzie R to prędkość transmisji, a K to nominalna prędkość. Tak więc dla 133x CompactFlash nasz bajt danych będzie zapisany z prędkością 133x150 kB/s, czyli około 19 950 kB/s lub 19,95 MB/s. Stowarzyszenie CompactFlash zostało założone w 1995 roku w celu stworzenia przemysłowego standardu dla kart pamięci opartych na pamięci flash.
1997
Kilka lat później, w 1997 roku, wprowadzono płytę kompaktową z możliwością wielokrotnego zapisu (CD-RW). Ten dysk optyczny był używany do przechowywania danych, a także do kopiowania i przesyłania plików na różne urządzenia. Płyty CD-RW można zapisywać około 1000 razy, co w tamtym czasie nie stanowiło ograniczenia, ponieważ użytkownicy rzadko przepisali dane.
CD-RW opierają się na technologii zmiany zdolności odbicia powierzchni. W przypadku CD-RW fazowe zmiany w specjalnej powłoce złożonej z srebra, telur oraz indu, wywołują zdolność do odbicia lub nieodbicia promienia odczytującego, co oznacza 0 lub 1. Gdy połączenie jest w stanie krystalicznym, jest półprzezroczyste, co oznacza 1. Gdy połączenie topnieje w stanie amorficznym, staje się nieprzezroczyste i nieodbite, co 0. W ten sposób moglibyśmy zapisać nasz bajt danych jako 01001010.
Płyty DVD ostatecznie zajęły dużą część rynku w porównaniu do CD-RW.
1999
Przejdźmy do roku 1999, kiedy to IBM wprowadził najmniejsze na świecie twarde dyski: mikrodyski IBM o pojemności 170 i 340 MB. Były to małe twarde dyski o rozmiarze 2,54 cm, przeznaczone do montażu w gniazdach CompactFlash Type II. Planowano stworzyć urządzenie, które będzie używane jak CompactFlash, ale o większej pojemności pamięci. Niemniej jednak szybko zostały zastąpione pamięciami USB, a następnie większymi kartami CompactFlash, gdy stały się dostępne. Podobnie jak inne twarde dyski, mikrodyski były mechaniczne i zawierały małe wirujące talerze.
2000
Rok później, w 2000 roku, wprowadzono pamięci USB. Nośniki te składały się z pamięci flash zamkniętej w małym formacie z interfejsem USB. W zależności od wersji używanego interfejsu USB, prędkość mogła się różnić. USB 1.1 ogranicza prędkość do 1,5 megabita na sekundę, podczas gdy USB 2.0 może obsługiwać 35 megabitów na sekundę. , a USB 3.0 — 625 megabitów na sekundę. Pierwsze napędy USB 3.1 typu C zostały zapowiedziane w marcu 2015 roku i miały prędkość odczytu/zapisu 530 megabitów na sekundę. W przeciwieństwie do dyskietek i płyt optycznych, urządzenia USB są trudniejsze do zarysowania, ale mają te same możliwości przechowywania danych oraz przesyłania i tworzenia kopii zapasowych plików. Napędy do dyskietek i płyt kompaktowych szybko zostały zastąpione portami USB.
2005
W 2005 roku producenci dysków twardych (HDD) zaczęli dostarczać produkty wykorzystujące zapisywanie magnetyczne prostopadłe, znane jako PMR. Co ciekawe, miało to miejsce w tym samym czasie, kiedy iPod Nano ogłosił stosowanie pamięci flash zamiast 1-calowych dysków twardych w iPod Mini.
Typowy dysk twardy zawiera jeden lub kilka talerzy pokrytych warstwą wrażliwą na magnetyzm, składającą się z małych ziaren magnetycznych. Dane są zapisywane, gdy głowica zapisująca przelatuje tuż nad wirującym talerzem. Jest to bardzo podobne do tradycyjnego gramofonu, z tą różnicą, że w gramofonie igła ma kontakt fizyczny z płytą. W miarę obracania się dysków, powietrze w kontakcie z nimi wytwarza lekki wiatr. Podobnie jak powietrze na skrzydle samolotu generuje siłę nośną, powietrze wytwarza siłę nośną na głowicy aerodynamicznej. . Głowica szybko zmienia namagnesowanie jednej zmagnetyzowanej strefy ziaren, tak że jej biegun magnetyczny wskazuje w górę lub w dół, oznaczając 1 lub 0.
Poprzednikiem PMR był wydłużony zapis magnetyczny, czyli LMR. Gęstość zapisu PMR może przekraczać gęstość zapisu LMR ponad trzykrotnie. Główna różnica między PMR a LMR polega na tym, że struktura ziarna i magnetyczna orientacja przechowywanych danych nośników PMR ma kształt słupkowy, a nie wydłużony. PMR ma lepszą stabilność termiczną i poprawioną stosunek sygnału do szumu (SNR) dzięki lepszemu oddzieleniu ziaren i jednorodności. Różni się również polepszonym zapisywaniem dzięki silniejszym polom głowicy i lepszemu magnetycznemu wyrównaniu nośnika. Podobnie jak w przypadku LMR, fundamentalne ograniczenia PMR opierają się na stabilności termicznej zapisywanych bitew danych i konieczności posiadania wystarczającej ilości SNR do odczytu zapisanych informacji.
2007
W 2007 roku ogłoszono wydanie pierwszego dysku twardego o pojemności 1 TB od Hitachi Global Storage Technologies. Hitachi Deskstar 7K1000 korzystał z pięciu talerzy o średnicy 3,5 cala i pojemności 200 gigabajtów, obracając się z prędkością ob/min. To znacząca przewaga w porównaniu z pierwszym na świecie dyskiem twardym IBM RAMAC 350, którego pojemność wynosiła około 3,75 megabajta. O, jak daleko zaszliśmy przez 51 lat! Ale poczekaj, jest jeszcze coś.
2009
W 2009 roku rozpoczęto prace techniczne nad stworzeniem pamięci ekspresowej bez zasilania, czyli . Pamięć nieulotna (NVM) to taki typ pamięci, który może przechowywać dane trwale, w przeciwieństwie do pamięci ulotnej, która potrzebuje stałego zasilania do zachowania danych. NVMe zaspokaja potrzebę skalowalnego interfejsu kontrolera hosta dla komponentów peryferyjnych opartych na półprzewodnikowych nośnikach danych z obsługą technologii PCIe, stąd nazwa NVMe. Ponad 90 firm weszło do grupy roboczej zajmującej się opracowaniem projektu. Wszystko to opiera się na wynikach prac nad określeniem specyfikacji interfejsu pamięci nieulotnej kontrolera hosta (NVMHCIS). Najlepsze obecnie dyski NVMe mogą obsługiwać około 3500 megabajtów na sekundę przy odczycie i 3300 megabajtów na sekundę przy zapisie. Zapisanie bajtu danych j, od którego zaczęliśmy, można bardzo szybko wykonać w porównaniu z paroma minutami ręcznego splatania pamięci sznurkowej dla Apollo Guidance Computer.
Teraz i w przyszłości
Pamięć klasy Storage
Teraz, gdy odbyliśmy podróż w czasie (ha!), przyjrzyjmy się współczesnemu stanowi pamięci Storage Class Memory. SCM, podobnie jak NVM, jest pamięcią trwałą, ale SCM zapewnia wydajność, która przewyższa lub jest porównywalna z pamięcią operacyjną, a także . Celem SCM jest rozwiązanie niektórych dzisiejszych problemów z pamięcią podręczną, takich jak niska gęstość statycznej pamięci RAM (SRAM). Dzięki dynamicznej pamięci operacyjnej (DRAM) możemy uzyskać lepszą gęstość, ale kosztem wolniejszego dostępu. DRAM cierpi także z powodu potrzeby stałej mocy do odświeżania pamięci. Przyjrzyjmy się temu bliżej. Zasilanie jest niezbędne, ponieważ ładunek elektryczny w kondensatorach powoli wycieka, co oznacza, że bez interwencji dane na chipie wkrótce zostaną utracone. Aby zapobiec temu wyciekowi, DRAM wymaga zewnętrznego układu odświeżania pamięci, który okresowo przepisuje dane w kondensatorach, przywracając je do pierwotnego ładunku.
Pamięć na bazie zmiany fazy (Phase-change memory, PCM)
Wcześniej omawialiśmy, jak zmienia się faza dla CD-RW. PCM działa podobnie. Materiałem, który zmienia fazę, najczęściej jest Ge-Sb-Te, znany również jako GST, który może mieć dwa różne stany: amorficzny i krystaliczny. Stan amorficzny ma wyższy opór, oznaczający 0, w porównaniu do stanu krystalicznego, oznaczającego 1. Przyznając wartości danych pośrednim oporom, PCM może służyć do przechowywania wielu stanów w formie .
Pamięć o dostępie losowym z momentem spinowym (STT-RAM)
STT-RAM składa się z dwóch ferromagnetycznych, stałych warstw magnetycznych, oddzielonych dielektrykiem, czyli izolatorem, który może przekazywać siłę elektryczną bez przewodzenia. Przechowuje bity danych na podstawie różnicy kierunków magnetycznych. Jedna warstwa magnetyczna, nazywana warstwą referencyjną, ma stały kierunek magnetyczny, podczas gdy druga warstwa magnetyczna, nazywana warstwą swobodną, ma kierunek magnetyczny kontrolowany przez przepływający prąd. Dla 1 kierunki namagnetyzowania obu warstw są wyrównane. Dla 0 obie warstwy mają przeciwne kierunki magnetyczne.
Pamięć oporowa z dostępem losowym (Resistive random access memory, ReRAM)
Komórka ReRAM składa się z dwóch metalowych elektrod, oddzielonych warstwą tlenku metalu. Nieco przypomina konstrukcję pamięci flash Masuoka, gdzie elektrony przenikają przez warstwę tlenku i utknęły w unoszących się bramkach lub odwrotnie. Jednak w przypadku ReRAM stan komórki określany jest na podstawie stężenia wolnego tlenu w warstwie tlenku metalu.
Mimo że te technologie mają obiecujące perspektywy, mają również swoje wady. PCM i STT-RAM mają wysokie opóźnienie zapisów. Opóźnienia PCM są dziesięciokrotnie wyższe niż w przypadku DRAM, podczas gdy w przypadku STT-RAM są dziesięciokrotnie wyższe niż w SRAM. PCM i ReRAM mają ograniczenie co do długości zapisów przed wystąpieniem poważnych błędów, co oznacza, że element pamięci utknie na .
W sierpniu 2015 roku firma Intel ogłosiła wprowadzenie na rynek Optane, swojego produktu opartego na 3DXPoint. Optane twierdzi, że wydajność jest 1000 razy wyższa niż w przypadku dysków SSD NAND, a cena cztery lub pięciokrotnie wyższa niż w przypadku pamięci flash. Optane to dowód na to, że SCM to nie tylko technologia eksperymentalna. Ciekawie będzie obserwować rozwój tych technologii.
Dyski twarde (HDD)
Dysk twardy napełniony helem (HHDD)
Dysk heliowy to dysk twardy dużej pojemności (HDD), wypełniony helem i hermetycznie zamknięty w procesie produkcji. Jak inne dyski twarde, o których już wspomniano, przypomina odtwarzacz z obracającą się płytką pokrytą magnetyczną. Typowe dyski twarde po prostu mają powietrze wewnątrz komory, jednak to powietrze powoduje pewien opór podczas obracania talerzy.
Balony z helem unoszą się, ponieważ hel jest lżejszy od powietrza. W rzeczywistości hel ma 1/7 gęstości powietrza, co pozwala zredukować siłę oporu podczas obracania talerzy, co prowadzi do zmniejszenia ilości energii potrzebnej do obracania dysków. Niemniej jednak cecha ta jest drugorzędna, główną wyróżniającą cechą helu było to, że pozwala na upakowanie 7 talerzy w tym samym formacie, który zazwyczaj mieścił tylko 5. Jeśli przypomnimy sobie analogię ze skrzydłem naszego samolotu, to jest to idealne porównanie. Ponieważ hel zmniejsza opór, turbulencje są eliminowane.
Wiemy również, że balony wypełnione helu po kilku dniach zaczynają opadać, ponieważ hel z nich ucieka. To samo można powiedzieć o nośnikach danych. Minęły lata, zanim producenci byli w stanie stworzyć pojemnik, który zapobiegałby ucieczce helu z formatu przez cały okres użytkowania dysku. Firma Backblaze przeprowadziła eksperymenty i odkryła, że roczna awaryjność dysków twardych wypełnionych helem wynosiła 1,03%, podczas gdy w przypadku standardowych dysków wynosiła 1,06%. Oczywiście, ta różnica jest na tyle mała, że trudno z niej wyciągnąć poważne wnioski. .
Format wypełniony helem może zawierać dysk twardy, który został zamknięty przy użyciu PMR, o którym mówiliśmy wcześniej, lub technologii rejestrowania mikrofalowego (MAMR) lub rejestrowania magnetycznego z podgrzewaniem (HAMR). Każdą technologię przechowywania danych można połączyć z helem zamiast powietrzem. W 2014 roku firma HGST połączyła dwie zaawansowane technologie w swoim dysku twardym wypełnionym helem o pojemności 10 TB, który wykorzystywał zarządzane przez hosta rejestrowanie shingled (SMR). Na chwilę zatrzymajmy się przy SMR, a potem omówimy MAMR i HAMR.
Technologia rejestrowania shingled
Wcześniej rozważaliśmy prostopadłe rejestrowanie magnetyczne (PMR), które było poprzednikiem SMR. W przeciwieństwie do PMR, SMR zapisuje nowe ścieżki, które nachodzą na część wcześniej zapisanej ścieżki magnetycznej. To z kolei sprawia, że wcześniej zapisana ścieżka staje się węższa, co zapewnia wyższą gęstość ścieżek. Nazwa technologii pochodzi od tego, że ścieżki nachodzące na siebie bardzo przypominają dachówki na dachu.
SMR prowadzi do znacznie bardziej skomplikowanego procesu zapisu, ponieważ przy zapisie na jedną ścieżkę nadpisywana jest sąsiednia ścieżka. Nie ujawnia się to, gdy podłoże dysku jest puste, a dane są ciągłe. Ale jak tylko zapisujesz na serii ścieżek, które już zawierają dane, istniejące sąsiednie dane są usuwane. Jeśli sąsiednia ścieżka zawiera dane, to musi zostać przepisana. Jest to dość podobne do NAND flash, o którym mówiliśmy wcześniej.
Urządzenia SMR pozwalają ukryć tę złożoność za pomocą zarządzania oprogramowaniem wbudowanym, co prowadzi do interfejsu podobnego do każdego innego dysku twardego. Z drugiej strony, urządzenia SMR zarządzane przez hosta, bez specjalnej adaptacji aplikacji i systemów operacyjnych, nie pozwolą na użycie tych dysków. Hosta musi wykonywać zapis na urządzeniach ściśle sekwencyjnie. W rezultacie wydajność urządzeń jest w 100% przewidywalna. Firma Seagate rozpoczęła dostawy dysków SMR w 2013 r., twierdząc, że ich gęstość przewyższa o 25% PMR.
Mikrofale wspomagane magnetycznie (MAMR)
Mikrowolna wspomagana magnetycznie (MAMR) to technologia pamięci magnetycznej, która wykorzystuje energię podobną do HAMR (opisanego poniżej). Ważną częścią MAMR jest oscylator momentu obrotowego (STO) lub „generator na bazie momentu obrotowego”. Sam STO znajduje się w bezpośrednim sąsiedztwie głowicy zapisu. Po przyłożeniu prądu w STO powstaje generacja okrągłego pola elektromagnetycznego o częstotliwości 20-40 GHz dzięki polaryzacji spinów elektronów.
Pod wpływem takiego pola w ferromagnetykach używanych do MAMR dochodzi do rezonansu, co prowadzi do precesji momentów magnetycznych domen w tym polu. Zasadniczo moment magnetyczny odchyla się od swojej osi, a do zmiany jego kierunku (obrotu) głowicy zapisu potrzeba znacznie mniej energii.
Zastosowanie technologii MAMR pozwala na użycie ferromagnetycznych substancji o większej sile koercji, co oznacza, że można zmniejszyć rozmiar domen magnetycznych bez obaw o wywołanie efektu superparamagnetycznego. Generator STO pomaga zmniejszyć rozmiary głowicy zapisu, co umożliwia zapisywanie informacji w mniejszych domenach magnetycznych, a tym samym zwiększa gęstość zapisu.
Firma Western Digital, znana również jako WD, zaprezentowała tę technologię w 2017 roku. Wkrótce potem, w 2018 roku, firma Toshiba również wsparła tę technologię. Podczas gdy firmy WD i Toshiba intensywnie pracują nad technologią MAMR, firma Seagate koncentruje się na HAMR.
Termomagnetyczne zapisywanie (HAMR)
Nagrywaniem z użyciem ciepła (HAMR) to technologiczna, oszczędna technologia magazynowania danych, która pozwala na znaczne zwiększenie pojemności danych, jakie można przechować na nośniku magnetycznym, takim jak dysk twardy, poprzez wykorzystanie ciepła dostarczanego przez laser, aby pomóc w zapisie danych na powierzchni podłoża dysku twardego. Dzięki podgrzewaniu bity danych mogą być umieszczane na podłożu dysku znacznie bliżej siebie, co zwiększa gęstość i pojemność danych.
Realizacja tej technologii jest dość skomplikowana. Laser o mocy 200 mW szybko niewielki obszar do 400 °C przed zapisaniem, nie zakłócając ani nie uszkadzając pozostałych danych na dysku. Proces nagrzewania, zapisu danych i chłodzenia musi zostać zakończony w mniej niż nanosekundę. Aby sprostać tym wyzwaniom, opracowano nanurowe plazmony powierzchniowe, znane również jako laser z powierzchniowym naprowadzeniem, zamiast bezpośredniego nagrzewania laserem, a także nowe rodzaje szklanych płytek i powłok regulujących temperaturę, które mogą wytrzymać szybkie punktowe nagrzewanie bez uszkodzenia głowicy zapisującej lub jakichkolwiek pobliskich danych oraz różne inne problemy techniczne, które musiały zostać pokonane.
Pomimo licznych sceptycznych uwag firma Seagate po raz pierwszy zaprezentowała tę technologię w 2013 roku. Pierwsze dyski zaczęły być dostarczane w 2018 roku.
Koniec taśmy, przewiń do początku!
Zaczęliśmy od 1951 roku i kończymy artykuł, zaglądając w przyszłość technologii magazynowania. Magazyny danych zmieniały się drastycznie na przestrzeni lat: od taśmy papierowej do metalowej i magnetycznej, pamięci sznurków, dysków obrotowych, płyt optycznych, pamięci flash i innych. W miarę postępu powstawały coraz szybsze, bardziej kompaktowe i wydajne urządzenia do przechowywania danych.
Porównując NVMe z metalową taśmą UNISERVO z 1951 roku, NVMe może odczytywać o 486 111% więcej cyfr na sekundę. W porównaniu z moim ulubieńcem z dzieciństwa, dyskami Zip, NVMe może odczytywać o 213,623% więcej cyfr na sekundę.
Jedyną rzeczą, która pozostaje niezmienna, jest użycie 0 i 1. Sposoby, w jakie to robimy, znacznie się różnią. Mam nadzieję, że następnym razem, gdy nagrasz CD-RW z piosenkami dla przyjaciela lub zapiszesz domowe wideo w Optical Disc Archive, pomyślisz o tym, jak powierzchnia, która nie odbija, przekłada się na 0, a powierzchnia odbijająca — na 1. Albo jeśli tworzysz mixtape na kasetę, pamiętaj, że ma to wiele wspólnego z Datasette używaną w Commodore PET. Na koniec, nie zapominaj być miłym i przewinąć.
Dziękuję i za smakołyki (nie mogę się powstrzymać) w całym artykule!
Co jeszcze ciekawego można przeczytać na blogu
→
→
→
→
→
Subskrybuj nasz -kanał, aby nie przegapić kolejnego artykułu! Piszę nie częściej niż dwa razy w tygodniu i tylko w istotnych sprawach. Przypominamy również, że Cloud4Y może zapewnić bezpieczny i niezawodny zdalny dostęp do aplikacji biznesowych oraz informacji niezbędnych do zapewnienia ciągłości działalności. Praca zdalna to dodatkowa bariera w walce z rozprzestrzenianiem się koronawirusa. Szczegóły u naszych menedżerów na .
Źródło: habr.com
