Qualquer provedor de nuvem oferece um serviço de armazenamento de dados. Isso pode incluir armazenamento frio e quente, Ice-cold, etc. Armazenar informações na nuvem é bastante conveniente. Mas como eram armazenados os dados há 10, 20, 50 anos? A Cloud4Y traduziu um artigo interessante que fala exatamente sobre isso.
Um byte de dados pode ser armazenado de várias maneiras, pois constantemente surgem novos e mais eficientes dispositivos de armazenamento. Um byte é uma unidade de armazenamento e processamento de informações digitais, composta por oito bits. Em um bit, pode ser registrado um 0 ou um 1.
No caso de cartões perfurados, o bit é armazenado como a presença/ausência de um furo no cartão em um determinado local. Se voltarmos um pouco mais no tempo à "Máquina Analítica de Babbage", os registradores que armazenavam números eram representados por engrenagens. Em dispositivos de armazenamento magnéticos, como fitas e discos, o bit é representado pela polaridade de uma determinada área da película magnética. Na memória dinâmica de acesso aleatório moderna (DRAM), o bit é frequentemente representado como uma carga elétrica de dois níveis, armazenada em um dispositivo que acumula energia elétrica em um campo elétrico. A capacitância carregada ou descarregada armazena o bit de dados.
Em junho de 1956 inventou a palavra para se referir a um grupo de bits usados para codificar um único símbolo . Vamos falar um pouco sobre a codificação de símbolos. Começaremos com o código padrão americano para intercâmbio de informações, ou ASCII (ASCII - American Standard Code for Information Interchange). O ASCII foi baseado no alfabeto inglês, então cada letra, número e símbolo (a-z, A-Z, 0-9, +, -, /, ",! etc.) foram representados como um número inteiro de 7 bits entre 32 e 127. Isso não era muito "amigável" para outras línguas. Para suportar outros idiomas, o Unicode expandiu o ASCII. No Unicode, cada símbolo é representado como um ponto de código, ou caractere; por exemplo, a letra minúscula j é U+006A, onde U representa Unicode, seguido pelo número hexadecimal.
UTF-8 é um padrão para representar caracteres em oito bits, permitindo armazenar cada ponto de código no intervalo de 0 a 127 em um único byte. Se pensarmos no ASCII, isso é bastante normal para os caracteres em inglês, mas os caracteres de outros idiomas são frequentemente expressos em dois ou mais bytes. UTF-16 é o padrão para representar caracteres em 16 bits, enquanto UTF-32 é o padrão para representar caracteres em 32 bits. No ASCII, cada caractere é um byte, enquanto no Unicode, o que muitas vezes não é verdade, um caractere pode ocupar 1, 2, 3 ou mais bytes. Neste artigo, serão utilizadas várias agrupações de bits. O número de bits em um byte varia dependendo da construção do meio.
Neste artigo, faremos uma viagem no tempo através de vários meios de informação com o objetivo de mergulhar na história do armazenamento de dados. De forma alguma nos aprofundaremos em cada meio de informação que já foi inventado. Você tem diante de si um artigo informativo divertido, que de forma alguma pretende ter importância enciclopédica.
Vamos começar. Suponha que temos um byte de dados para armazenar: a letra j, ou em forma de byte codificado 6a, ou em forma binária 01001010. Ao longo da nossa viagem no tempo, o byte de dados será utilizado em algumas tecnologias de armazenamento que serão descritas.
1951
Nossa história começa em 1951 com o gravador de fita UNIVAC UNISERVO para o computador UNIVAC 1. Este foi o primeiro gravador de fita criado para um computador comercial. A fita era feita de uma fina tira de bronze niquelado com largura de 12,65 mm (chamada Vicalloy) e com quase 366 metros de comprimento. Nossos bytes de dados podiam ser armazenados a uma velocidade de 7.200 caracteres por segundo em uma fita movendo-se a uma velocidade de 2,54 metros por segundo. Neste ponto da história, você poderia medir a velocidade do algoritmo de armazenamento pela distância percorrida pela fita.
1952
Vamos avançar um ano, para 21 de maio de 1952, quando a IBM anunciou o lançamento de seu primeiro bloco de fita magnética, o IBM 726. Agora, nosso byte de dados pode ser transferido da fita metálica UNISERVO para a fita magnética IBM. Este novo lar se mostrou muito aconchegante para nosso pequeno byte de dados, uma vez que a fita pode armazenar até 2 milhões de dígitos. Esta fita magnética de 7 trilhas movia-se a uma velocidade de 1,9 metros por segundo, com uma taxa de transferência de 12.500 ou 7500 (na época chamadas de grupos de cópia) por segundo. Para referência: um artigo médio no Habr tem cerca de 10.000 caracteres.
A fita IBM 726 tinha sete trilhas, seis das quais eram usadas para armazenar informações, e uma para controle de paridade. Em uma bobina cabia até 400 metros de fita com 1,25 cm de largura. A taxa de transferência de dados alcançava teoricamente 12.500 caracteres por segundo; a densidade de gravação era de 40 bits por centímetro. Este sistema utilizava o método de 'canal a vácuo', no qual a laçada da fita circulava entre dois pontos. Isso permitia que a fita iniciasse e parasse em frações de segundo. Isso foi conseguido por meio do posicionamento de longas colunas de vácuo entre as bobinas de fita e as cabeças de leitura/gravação para absorver o aumento súbito de tensão na fita, caso contrário, a fita costumava romper. Um anel de plástico removível na parte de trás da bobina de fita forneceu proteção contra gravação. Em uma bobina de fita, é possível armazenar cerca de 1,1 .
Lembre-se das fitas VHS. O que era necessário fazer para reassistir a um filme? Rebobinar a fita! E quantas vezes você rodou uma fita de vídeo no lápis para não gastar bateria desnecessariamente e evitar que a fita se rompa ou enrosque? O mesmo pode ser dito sobre as fitas usadas para computadores. Os programas não podiam simplesmente pular uma parte da fita ou acessar dados aleatoriamente; eles podiam ler e gravar dados estritamente de forma sequencial.
1956
Se avançarmos alguns anos à frente, para 1956, a era do armazenamento em disco magnético começou com a conclusão pela IBM do desenvolvimento do sistema de computador RAMAC 305, que a empresa Zellerbach Paper colocará em Neste computador, foi utilizado pela primeira vez um disco rígido com cabeçote móvel. O dispositivo de armazenamento RAMAC consistia em cinquenta placas metálicas magnetizadas com um diâmetro de 60,96 cm, capazes de armazenar cerca de cinco milhões de caracteres de dados, 7 bits por caractere, e girar a uma velocidade de 1200 rotações por minuto. A capacidade de armazenamento era de aproximadamente 3,75 megabytes.
O RAMAC permitia o acesso em tempo real a grandes volumes de dados, ao contrário de fitas magnéticas ou cartões perfurados. A IBM promovia o RAMAC como um dispositivo capaz de armazenar o equivalente a 64.000 Anteriormente, o RAMAC introduziu o conceito de processamento contínuo de transações à medida que eram realizadas, permitindo que os dados fossem extraídos imediatamente enquanto ainda estavam frescos. Agora, o acesso aos nossos dados no RAMAC podia ser realizado a uma velocidade de 100.000 . Anteriormente, ao usar fitas, precisávamos gravar e ler dados sequenciais, e não podíamos pular acidentalmente para diferentes partes da fita. O acesso aleatório a dados em tempo real foi verdadeiramente revolucionário na época.
1963
Vamos nos transportar para 1963, quando o DECtape foi apresentado. O nome surgiu da Digital Equipment Corporation, conhecida como DEC. O DECtape era econômico e confiável, o que o tornava amplamente utilizado em várias gerações de computadores DEC. Era uma fita de 19 mm, laminada e prensada entre duas camadas de Mylar em um carretel de quatro polegadas (10,16 cm).
Ao contrário de seus pesados e grandes predecessores, a fita DECtape podia ser transportada manualmente. Isso a tornava uma excelente opção para computadores pessoais. Ao contrário dos modelos de 7 trilhas, o DECtape possuía 6 trilhas de dados, 2 trilhas de identificação e 2 para pulsos de clock. Os dados eram gravados a uma taxa de 350 bits por polegada (138 bits por cm). Nosso byte de dados, que consiste em 8 bits, mas pode ser expandido para 12, podia ser transmitido no DECtape a uma velocidade de 8325 palavras de 12 bits por segundo, com uma velocidade de fita de 93 (±12) polegadas por . Isso é 8% mais de dígitos por segundo do que na fita metálica UNISERVO em 1952.
1967
Quatro anos depois, em 1967, uma pequena equipe da IBM começou a trabalhar em um driver de disco da IBM com o codinome . Naquela época, a equipe recebeu a missão de desenvolver uma forma confiável e econômica de carregar microcódigos em IBM System/370. Posteriormente, o projeto foi realocado e reconfigurado para carregar microcódigo no controlador para o IBM 3330 Direct Access Storage Facility, com o codinome Merlin.
Agora nosso byte pode ser armazenado em disquetes Mylar, que são apenas leitura, de 8 polegadas com revestimento magnético, conhecidos hoje como disquetes. No momento do lançamento, o produto foi chamado de IBM 23FD Floppy Disk Drive System. Os discos podiam conter 80 kilobytes de dados. Ao contrário dos discos rígidos, o usuário podia facilmente transportar o disquete em sua embalagem protetora de um drive para outro. Mais tarde, em 1973, a IBM lançou um disquete gravável, que se tornou um padrão industrial. .
1969
Em 1969, a bordo da nave espacial Apollo 11, que levava astronautas americanos à Lua e de volta, foi iniciado o computador de bordo AGC (Apollo Guidance Computer) com "memória de corda" (rope memory). Essa memória de corda era feita à mão e podia armazenar 72 kilobytes de dados. A produção da memória de corda era trabalhosa, lenta e exigia habilidades semelhantes ao trabalho em tecelagem; tecer o programa na memória de corda poderia levar . Mas era a ferramenta certa para uma época em que era importante maximizar o espaço limitado. Quando o fio passava por um dos filamentos circulares, representava 1. O fio que passava ao redor do filamento representava 0. Nosso byte de dados exigia que uma pessoa passasse alguns minutos trançando na corda.
1977
Em 1977, foi lançado o Commodore PET — o primeiro computador pessoal (de sucesso). O PET utilizava o Commodore 1530 Datasette, que significa dados mais cassete. O PET convertia dados em sinais sonoros analógicos, que eram então armazenados em . Isso permitiu criar uma solução econômica e confiável para armazenamento de dados, embora muito lenta. Nosso pequeno byte de dados poderia ser transmitido a uma velocidade de cerca de 60-70 bytes por . As cassetes podiam armazenar cerca de 100 kilobytes por lado de uma fita de 30 minutos, com dois lados na fita. Por exemplo, em um lado da cassete, poderia ser colocado cerca de duas imagens de 55 KB. Datasettes também eram usados no Commodore VIC-20 e Commodore 64.
1978
Um ano depois, em 1978, a MCA e a Philips apresentaram o LaserDisc com o nome de "Discovision". O filme "Tubarão" foi o primeiro filme vendido em LaserDisc nos Estados Unidos. A qualidade de som e vídeo era muito superior à dos concorrentes, mas o disco laser acabou sendo muito caro para a maioria dos consumidores. No LaserDisc não era possível gravar, ao contrário das fitas VHS, nas quais as pessoas gravavam programas de televisão. Os LaserDiscs funcionavam com vídeo analógico, som estéreo FM analógico e modulação por código de pulso , ou PCM, áudio digital. Os discos tinham um diâmetro de 12 polegadas (30,47 cm) e consistiam em dois discos de alumínio de um lado, cobertos por plástico. Hoje, o LaserDisc é lembrado como a base do CD e do DVD.
1979
No ano seguinte, em 1979, Alan Shugart e Finis Connor fundaram a Seagate Technology com a ideia de escalar o disco rígido para o tamanho de um disco de 5 ¼ polegadas, que era o padrão na época. Seu primeiro produto em 1980 foi o disco rígido Seagate ST506 — o primeiro disco rígido para computadores compactos. O disco comportava cinco megabytes de dados, o que na época era cinco vezes mais do que um disco padrão. Os fundadores conseguiram alcançar seu objetivo — reduzir o tamanho do disco para o tamanho de um disco de 5¼ polegadas. O novo dispositivo de armazenamento de dados consistia em uma placa metálica rígida coberta de ambos os lados por uma fina camada de material magnético para armazenamento de dados. Nossos bytes de dados podiam ser transmitidos para o disco a uma velocidade de 625 kilobytes por . Isso é aproximadamente .
1981
Avancemos alguns anos, para 1981, quando a Sony apresentou os primeiros discos de 3,5 polegadas. A Hewlett-Packard se tornou a primeira a adotar essa tecnologia em 1982 com seu HP-150. Isso popularizou os discos de 3,5 polegadas e os tornou amplamente utilizados na . Os disquetes eram de um lado com capacidade formatada de 161,2 kilobytes e capacidade não formatada de 218,8 kilobytes. Em 1982, foi lançada uma versão de dois lados, e o consórcio Microfloppy Industry Committee (MIC), composto por 23 empresas de mídia, estabeleceu a especificação do disquete de 3,5 polegadas com base no design original da Sony, consolidando o formato na história como o conhecemos. a Trilha de Oregon se tornou a parte mais importante da minha infância.
1984
Logo depois, em 1984, foi anunciada a introdução do disco compacto com dados somente para leitura (em inglês, Compact Disc Read-Only Memory, CD-ROM). Eram CD-ROMs de 550 megabytes das empresas Sony e Philips. O formato cresceu a partir dos CDs com áudio digital, ou CD-DA, que eram usados para distribuir música. O CD-DA foi desenvolvido pela Sony e pela Philips em 1982, com capacidade de 74 minutos. Segundo a lenda, quando a Sony e a Philips estavam negociando o padrão CD-DA, uma das quatro pessoas insistiu para que ele pudesse toda a 'Nona Sinfonia'. O primeiro produto lançado no disco compacto foi a 'Enciclopédia Eletrônica Grolier', lançada em 1985. A enciclopédia continha nove milhões de palavras, ocupando apenas 12% do espaço disponível no disco, ou seja, 553 Teríamos mais do que espaço suficiente para a enciclopédia e um byte de dados. Logo depois, em 1985, as empresas de computação trabalharam juntas para criar um padrão para os discos, de modo que qualquer computador pudesse ler as informações deles.
1984
Também em 1984, Fujio Masuoka desenvolveu um novo tipo de memória com porta flutuante, chamada memória flash, que podia ser apagada e regravada várias vezes.
Vamos parar um pouco na memória flash, que utiliza um transistor com porta flutuante. Os transistores são portas elétricas que podem ser ligadas e desligadas individualmente. Como cada transistor pode estar em dois estados diferentes (ligado e desligado), ele pode armazenar dois números diferentes: 0 e 1. A porta flutuante refere-se à segunda porta adicionada ao transistor médio. Essa segunda porta é isolada por uma fina camada de óxido. Esses transistores usam uma baixa tensão aplicada à porta do transistor para indicar se está ligado ou desligado, o que, por sua vez, é traduzido em 0 ou 1.
Com os transistores flutuantes, quando uma tensão correspondente é aplicada através da camada óxido, os elétrons passam por ela e ficam presos nos transistores. Assim, mesmo quando a energia é desligada, os elétrons permanecem neles. Quando não há elétrons nos transistores flutuantes, eles representam 1, e quando os elétrons estão presos — 0. O processo reverso e a aplicação de uma tensão apropriada através da camada óxido na direção oposta fazem os elétrons passar pelos transistores flutuantes e restauram o transistor ao seu estado original. Portanto, as células são feitas programáveis e . Nosso byte pode ser programado no transistor como 01001010, com elétrons, com elétrons presos nos transistores flutuantes, para representar zeros.
A construção de Masuoka era um pouco mais acessível, mas menos flexível do que o PROM eletricamente apagável (EEPROM), uma vez que exigia vários grupos de células a serem apagadas juntas, mas isso também era explicado pela sua velocidade.
Na época, Masuoka trabalhava na Toshiba. No final, ele saiu para trabalhar na Universidade de Tóquio, pois estava insatisfeito por a empresa não ter reconhecido seu trabalho. Masuoka processou a Toshiba, demandando compensação. Em 2006, ele recebeu 87 milhões de yuans, equivalente a 758 mil dólares americanos. Isso ainda parece insignificante, considerando o quão influente a memória flash se tornou na indústria.
Já que estamos falando sobre memória flash, vale também mencionar a diferença entre a memória flash NOR e NAND. Como sabemos de Masuoka, a flash armazena informações em células de memória compostas de transistores com transistores flutuantes. Os nomes das tecnologias estão diretamente relacionados à forma como as células de memória são organizadas.
Na memória flash NOR, as células de memória individuais são conectadas em paralelo, proporcionando acesso aleatório. Essa arquitetura reduz o tempo de leitura necessário para o acesso aleatório às instruções do microprocessador. A memória flash NOR é ideal para aplicações de baixa densidade, que são principalmente apenas de leitura. É por isso que a maioria das CPUs carrega seu firmware, geralmente, da memória flash NOR. Masuoka e seus colegas introduziram a invenção da flash NOR em 1984 e a flash NAND em .
Os desenvolvedores de NAND Flash abriram mão da capacidade de acesso aleatório para obter um tamanho menor da célula de memória. Isso resulta em um chip menor e um custo reduzido por bit. A arquitetura da memória flash NAND consiste em transistores de memória conectados em série, compostos por oito partes. Com isso, alcança-se uma alta densidade de armazenamento, um tamanho menor da célula de memória e uma gravação e exclusão de dados mais rápidas, já que pode programar blocos de dados simultaneamente. Isso é alcançado pela necessidade de reescrever dados quando não são gravados sequencialmente e os dados já existem em .
1991
Vamos avançar para 1991, quando foi criado o protótipo do disco sólido (SSD) pela SanDisk, na época conhecida como . O design combinava um array de memória flash, chips de memória não voláteis e um controlador inteligente para detectar e corrigir automaticamente células defeituosas. A capacidade do disco era de 20 megabytes com um formato de 2,5 polegadas, e seu custo era estimado em cerca de 1000 dólares americanos. Este disco foi utilizado pela IBM em seu computador .
1994
Um dos suportes de informação que eu adorava desde criança eram os Zip Disks. Em 1994, a Iomega lançou o Zip Disk, um cartucho de 100 megabytes em formato de 3,5 polegadas, um pouco mais grosso que o disco padrão de 3,5 polegadas. Versões mais recentes dos discos podiam armazenar até 2 gigabytes. A conveniência desses discos era que eram do tamanho de um disquete, mas podiam armazenar uma quantidade maior de dados. Nossos bytes de dados podiam ser gravados no Zip Disk a uma velocidade de 1,4 megabytes por segundo. Para comparação, naquela época, 1,44 megabytes em disquetes de 3,5 polegadas eram gravados a cerca de 16 kilobytes por segundo. No Zip Disk, as cabeças leem/escrevem dados sem contato, como se estivessem flutuando sobre a superfície, o que se assemelha ao funcionamento de um disco rígido, mas é diferente do princípio de funcionamento de outros disquetes. Logo, os Zip Disks ficaram obsoletos devido a problemas de confiabilidade e disponibilidade.
1994
No mesmo ano, a SanDisk apresentou o CompactFlash, que foi amplamente utilizado em câmeras digitais. Assim como nos CDs, a velocidade do CompactFlash é baseada em classificações 'x', como 8x, 20x, 133x e outras. A velocidade máxima de transferência de dados é calculada com base na taxa de transmissão do áudio original de um CD, que é de 150 kilobytes por segundo. A taxa de transmissão é expressa como R = Kx150 kB/s, onde R é a taxa de transmissão e K é a velocidade nominal. Assim, para o CompactFlash 133x, nosso byte de dados será gravado a 133x150 kB/s ou cerca de 19.950 kB/s, ou 19,95 MB/s. A Associação CompactFlash foi fundada em 1995 com o objetivo de criar um padrão industrial para cartões de memória baseados em memória flash.
1997
Alguns anos depois, em 1997, foi lançado o CD com capacidade de regravação (CD-RW). Este disco óptico era utilizado para armazenar dados, bem como para copiar e transferir arquivos para diferentes dispositivos. Os CDs regraváveis podiam ser reescritos cerca de 1000 vezes, o que na época não era um fator limitante, uma vez que os usuários raramente regravavam dados.
Os CD-RWs são baseados na tecnologia de alteração da capacidade de reflexão da superfície. No caso do CD-RW, mudanças de fase em uma cobertura especial, composta por prata, telúrio e índio, causam a capacidade de refletir ou não o laser de leitura, o que significa 0 ou 1. Quando a ligação está em estado cristalino, ela é semitransparente, o que representa 1. Quando a ligação se funde em um estado amorfo, ela se torna opaca e não reflexiva, o que significa 0. Assim, poderíamos gravar nosso byte de dados como 01001010.
Os DVDs, eventualmente, dominaram o mercado de CD-RWs.
1999
Vamos avançar para 1999, quando a IBM apresentou os menores discos rígidos do mundo na época: os microdiscos IBM de 170 e 340 MB. Eram pequenos discos rígidos de 2,54 cm, projetados para serem instalados em slots CompactFlash Type II. A intenção era criar um dispositivo que funcionasse como o CompactFlash, mas com maior capacidade de armazenamento. No entanto, logo foram substituídos por pen drives USB e, em seguida, por cartões CompactFlash maiores, quando ficaram disponíveis. Assim como outros discos rígidos, os microdiscos eram mecânicos e continham pequenos discos giratórios.
2000
Um ano depois, em 2000, foram apresentados os pen drives USB. Os dispositivos consistiam em memória flash, encapsulada em um pequeno formato com interface USB. Dependendo da versão da interface USB utilizada, a velocidade podia variar. O USB 1.1 é limitado a 1,5 megabits por segundo, enquanto o USB 2.0 pode processar 35 megabits por segundo, e o USB 3.0 chega a 625 megabits por segundo. Os primeiros pen drives USB 3.1 tipo C foram anunciados em março de 2015 e tinham uma velocidade de leitura/gravação de 530 megabits por segundo. Ao contrário dos disquetes e discos ópticos, os dispositivos USB são mais difíceis de arranhar, mas mantêm as mesmas capacidades de armazenamento de dados, além de transferência e backup de arquivos. Os drives de disquetes e CDs foram rapidamente substituídos por portas USB.
2005
Em 2005, os fabricantes de discos rígidos (HDD) começaram a fornecer produtos utilizando gravação magnética perpendicular, ou PMR. Curiosamente, isso aconteceu ao mesmo tempo em que o iPod Nano anunciou o uso de memória flash em vez de discos rígidos de 1 polegada no iPod Mini.
Um disco rígido típico contém um ou mais pratos rígidos, cobertos com uma película magnético-sensível composta de minúsculos grãos magnéticos. Os dados são gravados quando a cabeça de gravação magnética passa ligeiramente acima do disco giratório. Isso é muito parecido com um toca-discos tradicional, com a diferença de que, no toca-discos, a agulha está em contato físico com o disco. À medida que os pratos giram, o ar que os toca cria uma leve corrente de ar. Semelhante ao modo como o ar sobre a asa de um avião gera sustentação, o ar gera sustentação sobre a superfície aerodinâmica da . A cabeça rapidamente altera a magnetização de uma área magnética dos grãos, de modo que seu polo magnético aponta para cima ou para baixo, representando 1 ou 0.
O predecessor do PMR foi o registro magnético longitudinal, ou LMR. A densidade de gravação do PMR pode superar a densidade de gravação do LMR em mais de três vezes. A principal diferença entre o PMR e o LMR reside no fato de que a estrutura do grão e a orientação magnética dos dados armazenados nos dispositivos PMR são colunares, e não longitudinais. O PMR possui melhor estabilidade térmica e uma relação sinal-ruído (SNR) aprimorada, devido à melhor separação do grão e uniformidade. Também se destaca pela melhor gravabilidade, graças a campos mais fortes nas cabeças e melhor alinhamento magnético do meio. Assim como o LMR, as limitações fundamentais do PMR baseiam-se na estabilidade térmica dos bits de dados gravados magneticamente e na necessidade de ter SNR suficiente para ler as informações gravadas.
2007
Em 2007, foi anunciado o lançamento do primeiro disco rígido de 1 TB pela Hitachi Global Storage Technologies. O Hitachi Deskstar 7K1000 utilizou cinco pratos de 200 gigabytes de 3,5 polegadas e girava a uma velocidade de rpm. Isso representa uma vantagem significativa em comparação com o primeiro disco rígido do mundo, o IBM RAMAC 350, que tinha uma capacidade de aproximadamente 3,75 megabytes. Oh, quão longe chegamos em 51 anos! Mas espere, ainda há mais.
2009
Em 2009, começaram os trabalhos técnicos para criar a memória expressa não volátil, ou . A memória não volátil (NVM) é um tipo de memória que pode armazenar dados permanentemente, ao contrário da memória volátil, que necessita de energia constante para manter os dados. O NVMe atende à necessidade de uma interface escalável do controlador host para componentes periféricos baseados em unidades de estado sólido com suporte à tecnologia PCIe, daí o nome NVMe. Mais de 90 empresas participaram do grupo de trabalho para o desenvolvimento do projeto. Tudo isso foi baseado nos resultados do trabalho para definir a especificação da interface do controlador host de memória não volátil (NVMHCIS). Os melhores discos NVMe atualmente podem processar cerca de 3500 megabytes por segundo em leitura e 3300 megabytes por segundo em gravação. Gravar um byte de dados j, com o qual começamos, pode ser feito muito rapidamente em comparação com os minutos necessários para o tecelagem manual da memória de corda para o Apollo Guidance Computer.
O presente e o futuro
Memória de Classe de Armazenamento
Agora que fizemos uma viagem no tempo (haha!), vamos dar uma olhada no estado atual da memória Storage Class Memory. SCM, assim como NVM, é persistente, mas o SCM também oferece desempenho que é superior ou comparável à memória principal, e ainda . O objetivo do SCM é resolver alguns dos problemas atuais com o cache, como a baixa densidade da memória estática de acesso aleatório (SRAM). Com a memória dinâmica (DRAM), podemos obter uma densidade melhor, mas isso é alcançado às custas de um acesso mais lento. A DRAM também sofre da necessidade de potência constante para atualizar a memória. Vamos esclarecer um pouco isso. A energia é necessária, já que a carga elétrica nos capacitores se esvai gradualmente, ou seja, sem intervenção, os dados no chip serão perdidos em breve. Para evitar essa fuga, a DRAM requer um circuito externo de atualização de memória que periodicamentalmente reescreve os dados nos capacitores, restaurando-os à carga original.
Memória de mudança de fase (Phase-change memory, PCM)
Anterioremente, discutimos como a fase muda para CD-RW. PCM é semelhante. O material utilizado para a mudança de fase geralmente é Ge-Sb-Te, conhecido também como GST, que pode existir em dois estados diferentes: amorfo e cristalino. O estado amorfo tem uma resistência mais alta, representando 0, enquanto o estado cristalino representa 1. Atribuindo valores de dados a resistências intermediárias, a PCM pode ser usada para armazenar múltiplos estados na forma de .
Memória de acesso aleatório por torque de transferência de spin (STT-RAM)
A STT-RAM consiste em duas camadas ferromagnéticas permanentes separadas por um dielétrico, isto é, um isolante que pode transmitir força elétrica sem conduzir. Ela armazena bits de dados baseados na diferença nas direções magnéticas. Uma camada magnética, chamada de camada fixa, tem uma direção magnética fixa, enquanto a outra camada magnética, chamada de camada livre, tem uma direção magnética que é controlada pela corrente que passa. Para 1, a orientação magnética das duas camadas se alinha. Para 0, ambas as camadas têm direções magnéticas opostas.
Memória resistiva de acesso aleatório (Resistive random access memory, ReRAM)
Uma célula ReRAM consiste em dois eletrodos metálicos separados por uma camada de óxido metálico. É um pouco semelhante ao design da memória flash de Masuoka, onde os elétrons penetram na camada de óxido e ficam presos em portões flutuantes ou vice-versa. No entanto, no uso do ReRAM, o estado da célula é determinado com base na concentração de oxigênio livre na camada de óxido metálico.
Apesar de estas tecnologias serem promissoras, elas ainda têm desvantagens. PCM e STT-RAM apresentam alta latência durante a gravação. As latências do PCM são dez vezes maiores que as da DRAM, enquanto as do STT-RAM são dez vezes superiores às da SRAM. PCM e ReRAM têm uma limitação na duração da gravação até que ocorra um erro significativo, o que significa que o elemento de memória fica preso em .
Em agosto de 2015, a Intel anunciou o lançamento do Optane, seu produto baseado na tecnologia 3DXPoint. O Optane afirma ter um desempenho 1000 vezes superior ao dos SSDs NAND, com um custo quatro a cinco vezes maior que o da memória flash. O Optane é uma prova de que o SCM não é apenas uma tecnologia experimental. Será interessante observar o desenvolvimento dessas tecnologias.
Discos rígidos (HDD)
Disco rígido heliado (HHDD)
Um disco heliado é um disco rígido de alta capacidade (HDD) preenchido com hélio e hermeticamente selado durante o processo de fabricação. Assim como outros discos rígidos, como mencionamos anteriormente, ele é semelhante a um tocador com um prato giratório revestido de magnético. Discos rígidos típicos normalmente têm ar dentro da cavidade, no entanto, esse ar causa certa resistência ao girar os pratos.
Bolas de hélio flutuam porque o hélio é mais leve que o ar. Na verdade, o hélio tem 1/7 da densidade do ar, o que ajuda a reduzir a força de arrasto durante a rotação dos pratos, resultando em uma diminuição da energia necessária para girar os discos. No entanto, essa característica é secundária; a principal característica distintiva do hélio é que ele permite acomodar 7 pratos no mesmo formato que normalmente suportaria apenas 5. Se lembrarmos da analogia com a asa do nosso avião, é um exemplo perfeito. Como o hélio reduz a resistência, a turbulência é eliminada.
Sabemos também que os balões de hélio começam a deflacionar após alguns dias, pois o hélio escapa deles. O mesmo pode ser dito sobre os drives. Levaram anos até que os fabricantes conseguissem criar um recipiente que evitasse a saída de hélio do formato durante toda a vida útil do drive. A empresa Backblaze realizou experimentos e descobriu que os discos rígidos com hélio apresentavam uma taxa de erro anual de 1,03%, enquanto os padrões apresentavam 1,06%. Claro, essa diferença é tão pequena que é difícil tirar uma conclusão séria. .
O formato preenchido com hélio pode conter um disco rígido encapsulado usando PMR, que mencionamos anteriormente, ou gravação magnética por micro-ondas (MAMR) ou gravação magnética com aquecimento (HAMR). Qualquer tecnologia de armazenamento magnético pode ser combinada com hélio em vez de ar. Em 2014, a HGST combinou duas tecnologias avançadas em seu disco rígido com hélio de 10 TB, que utilizava gravação magnética em telhas gerida por host, ou SMR (Shingled Magnetic Recording). Vamos falar um pouco sobre SMR e depois analisaremos MAMR e HAMR.
Tecnologia de gravação magnética em telhas
Anteriormente, discutimos a gravação magnética perpendicular (PMR), que foi a predecessora da SMR. Ao contrário da PMR, a SMR grava novas trilhas que sobrepõem parte da trilha magnética previamente gravada. Isso, por sua vez, torna a trilha anterior mais estreita, permitindo uma maior densidade de trilhas. O nome da tecnologia está relacionado ao fato de que as trilhas sobrepostas se assemelham muito às telhas de um telhado.
A SMR leva a um processo de escrita muito mais complexo, pois ao gravar em uma trilha, a trilha adjacente é regravada. Isso não se manifesta quando a base do disco está vazia e os dados são sequenciais. Mas assim que você grava em uma série de trilhas que já contêm dados, os dados adjacentes existentes são apagados. Se a trilha adjacente contiver dados, ela precisará ser reescrita. Isso é bastante semelhante à memória flash NAND, que discutimos anteriormente.
Os dispositivos SMR permitem ocultar essa complexidade através da gestão de firmware, resultando em uma interface semelhante a qualquer outro disco rígido. Por outro lado, os dispositivos SMR geridos pelo host, sem uma adaptação específica de aplicativos e sistemas operacionais, não permitirão o uso desses discos. O host deve executar a gravação nos dispositivos de forma estritamente sequencial. Neste caso, o desempenho dos dispositivos é 100% previsível. A Seagate começou a fornecer discos SMR em 2013, afirmando que sua densidade é 25% a densidade PMR.
Gravação magnética assistida por micro-ondas (MAMR)
A gravação magnética assistida por micro-ondas (MAMR) é uma tecnologia de memória magnética que utiliza energia semelhante à HAMR (discutida a seguir). Uma parte importante da MAMR é o Oscilador de Torque de Spin (STO) ou "gerador baseado em torque de spins". O STO está localizado próximo à cabeça de gravação. Ao aplicar corrente no STO, ocorre a geração de um campo eletromagnético rotacional com frequência de 20-40 GHz devido à polarização dos spins dos elétrons.
Quando este campo atua em um ferromagneto utilizado para MAMR, ressonância ocorre, o que leva à precessão dos momentos magnéticos dos domínios nesse campo. Essencialmente, o momento magnético se desvia de seu eixo e, para alterar sua direção (inversão), a cabeça de gravação precisa de consideravelmente menos energia.
O uso da tecnologia MAMR permite trabalhar com substâncias ferromagnéticas com maior força coercitiva, o que possibilita a redução do tamanho dos domínios magnéticos sem o risco de causar o efeito superparamagnético. O gerador STO auxilia na diminuição do tamanho da cabeça de gravação, permitindo gravar informações em domínios magnéticos menores, o que, por sua vez, aumenta a densidade de gravação.
A Western Digital, também conhecida como WD, apresentou essa tecnologia em 2017. Logo após, em 2018, a Toshiba apoiou essa tecnologia. Enquanto as empresas WD e Toshiba estão focadas na tecnologia MAMR, a Seagate está apostando na HAMR.
Gravação termomagnética (HAMR)
A gravação magnética assistida por calor (HAMR) é uma tecnologia de armazenamento de dados que economiza energia, permitindo aumentar significativamente a quantidade de dados que podem ser armazenados em um dispositivo magnético, como um disco rígido, utilizando calor fornecido por um laser para auxiliar na gravação de dados na superfície da base do disco rígido. Com o aquecimento, os bits de dados são colocados na base do disco muito mais próximos uns dos outros, o que aumenta a densidade e a capacidade de armazenamento dos dados.
Esta tecnologia é bastante difícil de implementar. Um laser de 200 mW aquece rapidamente Apesar de inúmeras declarações céticas, a Seagate demonstrou essa tecnologia pela primeira vez em 2013. Os primeiros discos começaram a ser entregues em 2018.
Fim da fita, volte ao começo!
Começamos em 1951 e estamos encerrando o artigo olhando para o futuro da tecnologia de armazenamento. Os armazenamentos de dados mudaram bastante ao longo do tempo: desde fita de papel até armazenamento metálico e magnético, armazenamento de corda, discos giratórios, discos ópticos, memória flash e outros. Com o progresso, surgiram dispositivos de armazenamento de dados mais rápidos, compactos e eficientes.
Se compararmos o NVMe com a fita metálica UNISERVO de 1951, o NVMe pode ler 486 111% mais dígitos por segundo. Se compararmos o NVMe com meu favorito de infância, os discos Zip, o NVMe pode ler 213,623% mais dígitos por segundo.
Se compararmos o NVMe com a fita metálica UNISERVO de 1951, o NVMe pode ler 486 111% mais dígitos por segundo. Se compararmos o NVMe com meu favorito de infância, os discos Zip, o NVMe pode ler 213,623% mais dígitos por segundo.
A única coisa que permanece verdadeira é o uso de 0 e 1. As maneiras como fazemos isso variam bastante. Espero que na próxima vez que você gravar um CD-RW com músicas para um amigo ou salvar um vídeo caseiro em um Arquivo Óptico, você pense em como uma superfície não reflexiva traduz um valor em 0, enquanto uma reflexiva traduz em 1. Ou se você estiver fazendo uma mixtape em uma fita cassete, lembre-se de que isso está intimamente relacionado ao Datasette usado no Commodore PET. Finalmente, não se esqueça de ser gentil e rebobinar.
Obrigado e pelas delícias (não consigo evitar) ao longo de todo o artigo!
O que mais é útil para ler no blog
→
→
→
→
→
Inscreva-se no nosso -canal para não perder o próximo artigo! Escrevemos não mais do que duas vezes por semana e apenas quando necessário. E também lembramos que a Cloud4Y pode fornecer acesso remoto seguro e confiável a aplicativos de negócios e informações necessárias para garantir a continuidade dos negócios. O trabalho remoto é uma barreira adicional para a disseminação do coronavírus. Mais detalhes com nossos gerentes em .
Fonte: habr.com
