Qualquer provedor de nuvem oferece serviços de armazenamento de dados. Podem ser armazenamentos frios e quentes, gelados, etc. Armazenar informações na nuvem é bastante conveniente. Mas como os dados eram realmente armazenados há 10, 20, 50 anos? Cloud4Y traduziu um artigo interessante que fala exatamente sobre isso.
Um byte de dados pode ser armazenado de várias maneiras, à medida que novas mídias de armazenamento, mais avançadas e mais rápidas, aparecem o tempo todo. Um byte é uma unidade de armazenamento e processamento de informação digital, que consiste em oito bits. Um bit pode conter 0 ou 1.
No caso de cartões perfurados, o bit é armazenado como a presença/ausência de furo no cartão em determinado local. Se voltarmos um pouco mais à Máquina Analítica de Babbage, os registradores que armazenavam os números eram engrenagens. Em dispositivos de armazenamento magnético, como fitas e discos, um bit é representado pela polaridade de uma área específica do filme magnético. Na moderna memória dinâmica de acesso aleatório (DRAM), um bit é frequentemente representado como uma carga elétrica de dois níveis armazenada em um dispositivo que armazena energia elétrica em um campo elétrico. Um contêiner carregado ou descarregado armazena alguns dados.
Em junho 1956 do ano inventou a palavra para denotar um grupo de bits usados para codificar um único caractere . Vamos falar um pouco sobre codificação de caracteres. Vamos começar com o código padrão americano para intercâmbio de informações, ou ASCII. O ASCII foi baseado no alfabeto inglês, portanto, cada letra, número e símbolo (az, AZ, 0-9, +, - , /, ",!, etc. ) foram representados como um número inteiro de 7 bits de 32 a 127. Isso não era exatamente "amigável" para outros idiomas. Para oferecer suporte a outros idiomas, o Unicode estendeu o ASCII. No Unicode, cada caractere é representado como um ponto de código ou símbolo, por exemplo , j minúsculo é U+006A, onde U significa Unicode e, em seguida, um número hexadecimal.
UTF-8 é um padrão para representar caracteres como oito bits, permitindo que cada ponto de código no intervalo de 0 a 127 seja armazenado em um único byte. Se nos lembrarmos do ASCII, isso é bastante normal para caracteres ingleses, mas os caracteres de outros idiomas são frequentemente expressos em dois ou mais bytes. UTF-16 é um padrão para representar caracteres como 16 bits e UTF-32 é um padrão para representar caracteres como 32 bits. Em ASCII, cada caractere é um byte, mas em Unicode, o que muitas vezes não é totalmente verdade, um caractere pode ocupar 1, 2, 3 ou mais bytes. O artigo usará agrupamentos de bits de tamanhos diferentes. O número de bits em um byte varia dependendo do design da mídia.
Neste artigo, viajaremos no tempo através de vários meios de armazenamento para nos aprofundarmos na história do armazenamento de dados. Em nenhum caso começaremos a estudar profundamente cada meio de armazenamento que já foi inventado. Este é um artigo informativo divertido que de forma alguma pretende ter significado enciclopédico.
Vamos começar. Digamos que temos um byte de dados para armazenar: a letra j, seja como um byte codificado 6a, ou como um binário 01001010. À medida que viajamos no tempo, o byte de dados será usado em diversas tecnologias de armazenamento que serão descritas.
1951
Nossa história começa em 1951 com a unidade de fita UNIVAC UNISERVO para o computador UNIVAC 1. Foi a primeira unidade de fita criada para um computador comercial. A pulseira era feita de uma fina tira de bronze niquelado, com 12,65 mm de largura (chamada Vicalloy) e quase 366 metros de comprimento. Nossos bytes de dados poderiam ser armazenados a 7 caracteres por segundo em uma fita movendo-se a 200 metros por segundo. Neste ponto da história, você poderia medir a velocidade de um algoritmo de armazenamento pela distância percorrida pela fita.
1952
Avancemos um ano até 21 de maio de 1952, quando a IBM anunciou o lançamento de sua primeira unidade de fita magnética, a IBM 726. Nosso byte de dados agora poderia ser movido da fita metálica UNISERVO para a fita magnética IBM. Essa nova casa acabou sendo muito aconchegante para nosso pequeníssimo byte de dados, já que a fita pode armazenar até 2 milhões de dígitos. Esta fita magnética de 7 trilhas movia-se a 1,9 metros por segundo com uma taxa de transmissão de 12 ou 7500 (naquela época chamados de grupos de cópias) por segundo. Para referência: o artigo médio sobre Habré tem aproximadamente 10 caracteres.
A fita IBM 726 tinha sete trilhas, seis das quais eram usadas para armazenar informações e uma para controle de paridade. Uma bobina acomodava até 400 metros de fita com largura de 1,25 cm.A velocidade de transferência de dados chegava teoricamente a 12,5 mil caracteres por segundo; a densidade de gravação é de 40 bits por centímetro. Este sistema usava um método de “canal de vácuo” no qual um laço de fita circulava entre dois pontos. Isso permitiu que a fita começasse e parasse em uma fração de segundo. Isto foi conseguido colocando longas colunas de vácuo entre os carretéis de fita e as cabeças de leitura/gravação para absorver o aumento repentino de tensão na fita, sem o qual a fita normalmente quebraria. Um anel de plástico removível na parte traseira do carretel de fita fornecia proteção contra gravação. Um rolo de fita pode armazenar cerca de 1,1 .
Lembre-se das fitas VHS. O que você precisou fazer para assistir ao filme novamente? Rebobine a fita! Quantas vezes você já girou uma fita cassete do seu player em um lápis, para não desperdiçar baterias e ficar com uma fita rasgada ou emperrada? O mesmo pode ser dito sobre fitas usadas em computadores. Os programas não podiam simplesmente pular a fita ou acessar dados aleatoriamente, eles podiam ler e gravar dados estritamente sequencialmente.
1956
Avançando alguns anos até 1956, a era do armazenamento em disco magnético começou com a conclusão do sistema de computador RAMAC 305 pela IBM, que a Zellerbach Paper forneceu à . Este computador foi o primeiro a usar um disco rígido com cabeça móvel. O drive de disco RAMAC consistia em cinquenta pratos de metal magnetizados com diâmetro de 60,96 cm, capazes de armazenar aproximadamente cinco milhões de caracteres de dados, 7 bits por caractere e girar a 1200 rotações por minuto. A capacidade de armazenamento era de cerca de 3,75 megabytes.
O RAMAC permitiu acesso em tempo real a grandes quantidades de dados, ao contrário da fita magnética ou dos cartões perfurados. A IBM anunciou o RAMAC como capaz de armazenar o equivalente a 64 . Anteriormente, o RAMRAC introduziu o conceito de processamento contínuo de transações à medida que elas ocorriam, para que os dados pudessem ser recuperados imediatamente enquanto ainda estavam atualizados. Nossos dados no RAMAC agora podem ser acessados a velocidades de 100 . Anteriormente, ao usar fitas, tínhamos que escrever e ler dados sequenciais e não podíamos pular acidentalmente para diferentes partes da fita. O acesso aleatório aos dados em tempo real foi verdadeiramente revolucionário na época.
1963
Vamos avançar para 1963, quando o DECtape foi lançado. O nome vem da Digital Equipment Corporation, conhecida como DEC. A DECtape era barata e confiável, por isso foi usada em muitas gerações de computadores DEC. Era uma fita de 19 mm, laminada e imprensada entre duas camadas de Mylar em um carretel de 10,16 cm (quatro polegadas).
Ao contrário de seus antecessores pesados e volumosos, o DECtape podia ser carregado manualmente. Isso o tornou uma excelente opção para computadores pessoais. Ao contrário de suas contrapartes de 7 trilhas, o DECtape tinha 6 trilhas de dados, 2 trilhas de sinalização e 2 de clock. Os dados foram registrados a 350 bits por polegada (138 bits por cm). Nosso byte de dados, que tem 8 bits, mas pode ser expandido para 12, poderia ser transferido para DECtape a 8325 palavras de 12 bits por segundo, a uma velocidade de fita de 93 (±12) polegadas por segundo. . Isto representa 8% mais dígitos por segundo do que a fita metálica UNISERVO em 1952.
1967
Quatro anos depois, em 1967, uma pequena equipe da IBM começou a trabalhar na unidade de disquete IBM, codinome . Em seguida, a equipe foi encarregada de desenvolver uma maneira confiável e barata de carregar microcódigos em IBM System/370. O projeto foi posteriormente reaproveitado e reaproveitado para carregar microcódigo em um controlador para o IBM 3330 Direct Access Storage Facility, codinome Merlin.
Nosso byte agora poderia ser armazenado em disquetes Mylar revestidos magneticamente de 8 polegadas somente leitura, conhecidos hoje como disquetes. No momento do lançamento, o produto era chamado de IBM 23FD Floppy Disk Drive System. Os discos podiam conter 80 kilobytes de dados. Ao contrário dos discos rígidos, um usuário pode facilmente mover um disquete em um invólucro protetor de uma unidade para outra. Mais tarde, em 1973, a IBM lançou o disquete de leitura/gravação, que então se tornou um produto industrial. .
1969
Em 1969, o Apollo Guidance Computer (AGC) com memória de corda foi lançado a bordo da espaçonave Apollo 11, que transportou astronautas americanos à Lua e de volta. Essa memória de corda foi feita à mão e podia armazenar 72 kilobytes de dados. A produção da memória da corda era trabalhosa, lenta e exigia habilidades semelhantes às da tecelagem; isso poderia levar . Mas era a ferramenta certa para aqueles momentos em que era importante encaixar o máximo num espaço estritamente limitado. Quando o fio passava por um dos fios circulares, representava 1. O fio que passava ao redor do fio representava 0. Nosso byte de dados exigia que uma pessoa tecesse vários minutos na corda.
1977
Em 1977, foi lançado o Commodore PET, o primeiro computador pessoal (de sucesso). O PET usou um Commodore 1530 Datasette, que significa dados mais cassete. PET converteu os dados em sinais de áudio analógicos, que foram então armazenados em . Isso nos permitiu criar uma solução de armazenamento econômica e confiável, embora muito lenta. Nosso pequeno byte de dados poderia ser transferido a uma velocidade de cerca de 60-70 bytes por . As fitas podiam conter cerca de 100 kilobytes por lado de 30 minutos, com dois lados por fita. Por exemplo, um lado de um cassete pode conter cerca de duas imagens de 55 KB. Conjuntos de dados também foram usados no Commodore VIC-20 e no Commodore 64.
1978
Um ano depois, em 1978, a MCA e a Philips lançaram o LaserDisc sob o nome "Discovision". Tubarão foi o primeiro filme vendido em LaserDisc nos Estados Unidos. Sua qualidade de áudio e vídeo era muito melhor que a de seus concorrentes, mas o disco laser era muito caro para a maioria dos consumidores. O LaserDisc não podia ser gravado, ao contrário das fitas VHS nas quais as pessoas gravavam programas de televisão. Laserdiscs funcionava com vídeo analógico, áudio estéreo FM analógico e código de pulso , ou PCM, áudio digital. Os discos tinham diâmetro de 12 polegadas (30,47 cm) e consistiam em dois discos de alumínio de um lado revestidos com plástico. Hoje o LaserDisc é lembrado como base de CDs e DVDs.
1979
Um ano depois, em 1979, Alan Shugart e Finis Conner fundaram a Seagate Technology com a ideia de dimensionar o disco rígido para o tamanho de um disquete de 5 ¼ polegadas, padrão na época. Seu primeiro produto em 1980 foi o disco rígido Seagate ST506, o primeiro disco rígido para computadores compactos. O disco continha cinco megabytes de dados, que na época era cinco vezes maior que um disquete padrão. Os fundadores conseguiram atingir seu objetivo de reduzir o tamanho do disco para o tamanho de um disquete de 5¼ polegadas. O novo dispositivo de armazenamento de dados era uma placa de metal rígida revestida em ambos os lados com uma fina camada de material magnético de armazenamento de dados. Nossos bytes de dados poderiam ser transferidos para o disco a uma velocidade de 625 kilobytes por . É aproximadamente .
1981
Avancemos alguns anos para 1981, quando a Sony lançou os primeiros disquetes de 3,5 polegadas. A Hewlett-Packard tornou-se a primeira a adotar esta tecnologia em 1982 com seu HP-150. Isso tornou os disquetes de 3,5 polegadas famosos e deu-lhes amplo uso em todo o mundo. . Os disquetes eram de um lado, com capacidade formatada de 161.2 kilobytes e capacidade não formatada de 218.8 kilobytes. Em 1982, uma versão frente e verso foi lançada, e o consórcio Microfloppy Industry Committee (MIC) de 23 empresas de mídia baseou a especificação do disquete de 3,5 polegadas no design original da Sony, consolidando o formato na história como o conhecemos hoje. . Agora nossos bytes de dados podem ser armazenados em uma versão anterior de uma das mídias de armazenamento mais comuns: o disquete de 3,5 polegadas. Mais tarde, um par de disquetes de 3,5 polegadas com tornou-se a parte mais importante da minha infância.
1984
Pouco tempo depois, em 1984, foi anunciado o lançamento do Compact Disc Read-Only Memory (CD-ROM). Eram CD-ROMs de 550 megabytes da Sony e Philips. O formato surgiu dos CDs com áudio digital, ou CD-DA, que eram usados para distribuição de música. O CD-DA foi desenvolvido pela Sony e Philips em 1982 e tinha capacidade para 74 minutos. Segundo a lenda, quando a Sony e a Philips estavam negociando o padrão CD-DA, uma das quatro pessoas insistiu que poderia toda a Nona Sinfonia. O primeiro produto lançado em CD foi a Enciclopédia Eletrônica de Grolier, publicada em 1985. A enciclopédia continha nove milhões de palavras, que ocupavam apenas 12% do espaço disponível em disco, que é 553 . Teríamos espaço mais que suficiente para uma enciclopédia e um byte de dados. Logo depois, em 1985, as empresas de informática trabalharam juntas para criar um padrão para unidades de disco para que qualquer computador pudesse lê-las.
1984
Também em 1984, Fujio Masuoka desenvolveu um novo tipo de memória de porta flutuante chamada memória flash, que era capaz de ser apagada e reescrita várias vezes.
Vamos dar uma olhada na memória flash usando um transistor de porta flutuante. 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. Uma porta flutuante refere-se a uma segunda porta adicionada ao transistor do meio. Esta segunda porta é isolada com uma fina camada de óxido. Esses transistores usam uma pequena tensão aplicada à porta do transistor para indicar se ele está ligado ou desligado, o que por sua vez se traduz em 0 ou 1.
Com portas flutuantes, quando a tensão apropriada é aplicada através da camada de óxido, os elétrons fluem através dela e ficam presos nas portas. Portanto, mesmo quando a energia é desligada, os elétrons permanecem neles. Quando não há elétrons nas portas flutuantes, eles representam 1, e quando os elétrons estão presos, representam 0. Reverter esse processo e aplicar uma voltagem adequada através da camada de óxido na direção oposta faz com que os elétrons fluam através das portas flutuantes. e restaurar o transistor de volta ao seu estado original. Portanto as células são programáveis e . Nosso byte pode ser programado no transistor como 01001010, com elétrons, com elétrons presos em portas flutuantes para representar zeros.
O design de Masuoka era um pouco mais acessível, mas menos flexível do que o PROM apagável eletricamente (EEPROM), pois exigia vários grupos de células que precisavam ser apagadas juntas, mas isso também explicava sua velocidade.
Na época, Masuoka trabalhava para a Toshiba. Ele acabou saindo para trabalhar na Universidade de Tohoku porque estava insatisfeito porque a empresa não o recompensou por seu trabalho. Masuoka processou a Toshiba, exigindo indenização. Em 2006, recebeu 87 milhões de yuans, o equivalente a 758 mil dólares americanos. Isso ainda parece insignificante, dada a influência da memória flash na indústria.
Enquanto falamos sobre memória flash, também é importante notar qual é a diferença entre a memória flash NOR e NAND. Como já sabemos de Masuoka, o flash armazena informações em células de memória que consistem em transistores de porta flutuante. Os nomes das tecnologias estão diretamente relacionados à forma como as células de memória são organizadas.
No flash NOR, células de memória individuais são conectadas em paralelo para fornecer acesso aleatório. Esta arquitetura reduz o tempo de leitura necessário para acesso aleatório às instruções do microprocessador. A memória flash NOR é ideal para aplicações de menor densidade que são principalmente somente leitura. É por isso que a maioria das CPUs carrega seu firmware, geralmente da memória flash NOR. Masuoka e seus colegas introduziram a invenção do flash NOR em 1984 e do flash NAND em .
Os desenvolvedores do NAND Flash abandonaram o recurso de acesso aleatório para obter um tamanho menor de célula de memória. Isso resulta em um tamanho de chip menor e menor custo por bit. A arquitetura de memória flash NAND consiste em transistores de memória de oito peças conectados em série. Isso alcança alta densidade de armazenamento, menor tamanho de célula de memória e gravação e exclusão de dados mais rápida, pois pode programar blocos de dados simultaneamente. Isto é conseguido exigindo que os dados sejam reescritos quando não são escritos sequencialmente e os dados já existem em .
1991
Vamos para 1991, quando um protótipo de unidade de estado sólido (SSD) foi criado pela SanDisk, então conhecido como . O projeto combinou um conjunto 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 formato de 2,5 polegadas e seu custo foi estimado em aproximadamente US$ 1000. Este disco foi usado pela IBM em um computador .
1994
Uma das minhas mídias de armazenamento favoritas desde a infância 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 do que uma unidade padrão de 3,5 polegadas. Versões posteriores das unidades podiam armazenar até 2 gigabytes. A conveniência desses discos é que eles eram do tamanho de um disquete, mas tinham a capacidade de armazenar uma quantidade maior de dados. Nossos bytes de dados poderiam ser gravados em um disco Zip a 1,4 megabytes por segundo. Para efeito de comparação, naquela época, 1,44 megabytes de um disquete de 3,5 polegadas foram gravados a uma velocidade de cerca de 16 kilobytes por segundo. Em um disco Zip, os cabeçotes leem/gravam dados sem contato, como se voassem acima da superfície, o que é semelhante ao funcionamento de um disco rígido, mas difere do princípio de funcionamento de outros disquetes. Os discos Zip logo se tornaram obsoletos devido a problemas de confiabilidade e disponibilidade.
1994
Nesse mesmo ano, a SanDisk lançou o CompactFlash, amplamente utilizado em câmeras de vídeo digitais. Tal como acontece com os CDs, as velocidades CompactFlash são baseadas em classificações "x", como 8x, 20x, 133x, etc. A taxa máxima de transferência de dados é calculada com base na taxa de bits do CD de áudio original, 150 kilobytes por segundo. A taxa de transferência se parece com R = Kx150 kB/s, onde R é a taxa de transferência e K é a velocidade nominal. Portanto, para um CompactFlash 133x, nosso byte de dados será gravado a 133x150 kB/s ou cerca de 19 kB/s ou 950 MB/s. A CompactFlash Association foi fundada em 19,95 com o objetivo de criar um padrão industrial para cartões de memória flash.
1997
Alguns anos depois, em 1997, foi lançado o Compact Disc Rewritable (CD-RW). Este disco óptico foi utilizado para armazenar dados e para copiar e transferir arquivos para diversos dispositivos. Os CDs podem ser reescritos cerca de 1000 vezes, o que não era um fator limitante na época, já que os usuários raramente sobrescreviam os dados.
Os CD-RWs são baseados em tecnologia que altera a refletividade de uma superfície. No caso do CD-RW, as mudanças de fase em um revestimento especial composto por prata, telúrio e índio causam a capacidade de refletir ou não o feixe de leitura, o que significa 0 ou 1. Quando o composto está no estado cristalino, é translúcido, o que significa 1. Quando o composto derrete em um estado amorfo, torna-se opaco e não reflexivo, o que 0. Portanto, poderíamos escrever nosso byte de dados como 01001010.
Os DVDs acabaram assumindo a maior parte do mercado dos CD-RWs.
1999
Vamos para 1999, quando a IBM lançou os menores discos rígidos do mundo na época: os microdrives IBM de 170 MB e 340 MB. Eram pequenos discos rígidos de 2,54 cm projetados para caber em slots CompactFlash Tipo II. Foi planejado criar um dispositivo que fosse usado como CompactFlash, mas com maior capacidade de memória. No entanto, eles logo foram substituídos por unidades flash USB e, em seguida, por cartões CompactFlash maiores à medida que se tornaram disponíveis. Como outros discos rígidos, os microdrives eram mecânicos e continham pequenos discos giratórios.
2000
Um ano depois, em 2000, foram lançadas unidades flash USB. As unidades consistiam em memória flash encerrada em um formato pequeno com uma interface USB. Dependendo da versão da interface USB utilizada, a velocidade pode variar. O USB 1.1 é limitado a 1,5 megabits por segundo, enquanto o USB 2.0 pode suportar 35 megabits por segundo , e USB 3.0 tem 625 megabits por segundo. As primeiras unidades USB 3.1 Tipo C foram anunciadas em março de 2015 e tinham velocidades de leitura/gravação de 530 megabits por segundo. Ao contrário dos disquetes e unidades ópticas, os dispositivos USB são mais difíceis de riscar, mas ainda possuem os mesmos recursos para armazenar dados, bem como para transferir e fazer backup de arquivos. As unidades de disquete e CD foram rapidamente substituídas por portas USB.
2005
Em 2005, os fabricantes de unidades de disco rígido (HDD) começaram a enviar produtos usando 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 discos rígidos revestidos com uma película magneticamente sensível composta de minúsculos grãos magnéticos. Os dados são gravados quando a cabeça de gravação magnética voa logo acima do disco giratório. Isto é muito semelhante a um toca-discos de gramofone tradicional, a única diferença é que em um gramofone a caneta está em contato físico com o disco. À medida que os discos giram, o ar em contato com eles cria uma brisa suave. Assim como o ar na asa de um avião gera sustentação, o ar gera sustentação na cabeça do aerofólio . A cabeça muda rapidamente a magnetização de uma região magnética dos grãos de modo que seu pólo magnético aponte para cima ou para baixo, indicando 1 ou 0.
O antecessor do PMR foi a gravação magnética longitudinal, ou LMR. A densidade de gravação do PMR pode ser mais de três vezes maior que a do LMR. A principal diferença entre PMR e LMR é que a estrutura do grão e a orientação magnética dos dados armazenados da mídia PMR são colunares e não longitudinais. O PMR possui melhor estabilidade térmica e melhor relação sinal-ruído (SNR) devido à melhor separação e uniformidade dos grãos. Ele também apresenta capacidade de gravação aprimorada graças a campos de cabeça mais fortes e melhor alinhamento de mídia magnética. Assim como o LMR, as limitações fundamentais do PMR baseiam-se na estabilidade térmica dos bits de dados escritos pelo ímã e na necessidade de ter SNR suficiente para ler a informação escrita.
2007
Em 2007, foi anunciado o primeiro disco rígido de 1 TB da Hitachi Global Storage Technologies. O Hitachi Deskstar 7K1000 usou cinco pratos de 3,5 polegadas de 200 GB e girou em rpm Esta é uma melhoria significativa em relação ao primeiro disco rígido do mundo, o IBM RAMAC 350, que tinha capacidade de aproximadamente 3,75 megabytes. Oh, quão longe avançamos em 51 anos! Mas espere, há algo mais.
2009
Em 2009, começaram os trabalhos técnicos de criação de 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 requer energia constante para armazenar dados. O NVMe atende à necessidade de uma interface de controlador de host escalável para componentes periféricos baseados em semicondutores habilitados para PCIe, daí o nome NVMe. Mais de 90 empresas foram incluídas no grupo de trabalho para desenvolver o projeto. Tudo isso foi baseado no trabalho para definir a especificação de interface do controlador de host de memória não volátil (NVMHCIS). As melhores unidades NVMe atuais podem lidar com cerca de 3500 megabytes por segundo de leitura e 3300 megabytes por segundo de gravação. Escrever o byte de dados j com o qual começamos é muito rápido em comparação com alguns minutos de memória de corda tecida à mão para o Computador de Orientação Apollo.
Presente e futuro
Memória de classe de armazenamento
Agora que voltamos no tempo (ha!), vamos dar uma olhada no estado atual da memória da classe de armazenamento. O SCM, assim como o NVM, é robusto, mas o SCM também oferece desempenho superior ou comparável à memória principal, e . O objetivo do SCM é resolver alguns dos problemas atuais de cache, como baixas densidades de memória estática de acesso aleatório (SRAM). Com a memória dinâmica de acesso aleatório (DRAM), podemos obter melhor densidade, mas isso tem o custo de um acesso mais lento. A DRAM também sofre com a necessidade de energia constante para atualizar a memória. Vamos entender isso um pouco. A energia é necessária porque a carga elétrica dos capacitores vaza aos poucos, o que significa que, sem intervenção, os dados do chip serão perdidos em breve. Para evitar esse vazamento, a DRAM requer um circuito externo de atualização de memória que reescreve periodicamente os dados nos capacitores, restaurando-os à carga original.
Memória de mudança de fase (PCM)
Anteriormente, vimos como a fase muda para o CD-RW. PCM é semelhante. O material de mudança de fase geralmente é Ge-Sb-Te, também conhecido como GST, que pode existir em dois estados diferentes: amorfo e cristalino. O estado amorfo tem uma resistência maior, denotando 0, do que o estado cristalino, denotando 1. Ao atribuir valores de dados a resistências intermediárias, o PCM pode ser usado para armazenar vários estados como .
Memória de acesso aleatório de torque de transferência de rotação (STT-RAM)
STT-RAM consiste em duas camadas magnéticas permanentes ferromagnéticas separadas por um dielétrico, um isolante que pode transmitir força elétrica sem conduzir. Ele armazena bits de dados com base nas diferenças nas direções magnéticas. Uma camada magnética, chamada camada de referência, tem uma direção magnética fixa, enquanto a outra camada magnética, chamada camada livre, tem uma direção magnética que é controlada pela corrente que passa. Para 1, a direção de magnetização das duas camadas está alinhada. Para 0, ambas as camadas têm direções magnéticas opostas.
Memória de acesso aleatório resistiva (ReRAM)
Uma célula ReRAM consiste em dois eletrodos metálicos separados por uma camada de óxido metálico. Um pouco como o design da memória flash de Masuoka, onde os elétrons penetram na camada de óxido e ficam presos na porta flutuante, ou vice-versa. No entanto, com ReRAM, o estado da célula é determinado com base na concentração de oxigênio livre na camada de óxido metálico.
Embora essas tecnologias sejam promissoras, elas ainda apresentam desvantagens. PCM e STT-RAM possuem alta latência de gravação. As latências PCM são dez vezes maiores que as da DRAM, enquanto as latências da STT-RAM são dez vezes maiores que as da SRAM. PCM e ReRAM têm um limite de quanto tempo uma gravação pode ocorrer antes que ocorra um erro grave, o que significa que o elemento de memória fica preso. .
Em agosto de 2015, a Intel anunciou o lançamento do Optane, seu produto baseado em 3DXPoint. Optane afirma 1000 vezes o desempenho dos SSDs NAND a um preço quatro a cinco vezes maior do que a memória flash. Optane é a prova de que o SCM é mais do que apenas uma tecnologia experimental. Será interessante acompanhar o desenvolvimento destas tecnologias.
Discos rígidos (HD)
HDD de hélio (HHDD)
Um disco de hélio é uma unidade de disco rígido (HDD) de alta capacidade preenchida com hélio e hermeticamente selada durante o processo de fabricação. Como outros discos rígidos, como dissemos anteriormente, é semelhante a uma plataforma giratória com um prato giratório revestido magneticamente. Os discos rígidos típicos simplesmente têm ar dentro da cavidade, mas esse ar causa alguma resistência à medida que os pratos giram.
Balões 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 reduz a força de frenagem à medida que as placas giram, causando uma redução na quantidade de energia necessária para girar os discos. No entanto, esse recurso é secundário, a principal característica distintiva do hélio é que ele permite embalar 7 wafers no mesmo formato que normalmente conteria apenas 5. Se nos lembrarmos da analogia da asa de nosso avião, então este é um análogo perfeito . Como o hélio reduz o arrasto, a turbulência é eliminada.
Sabemos também que os balões de hélio começam a afundar depois de alguns dias porque o hélio sai deles. O mesmo pode ser dito sobre os dispositivos de armazenamento. Demorou anos até que os fabricantes conseguissem criar um contêiner que evitasse que o hélio escapasse do formato durante toda a vida útil da unidade. A Backblaze conduziu experimentos e descobriu que os discos rígidos de hélio tinham uma taxa de erro anual de 1,03%, em comparação com 1,06% para unidades padrão. Claro, esta diferença é tão pequena que se pode tirar dela uma conclusão séria .
O formato preenchido com hélio pode conter um disco rígido encapsulado usando PMR, que discutimos acima, ou gravação magnética por micro-ondas (MAMR) ou gravação magnética assistida por calor (HAMR). Qualquer tecnologia de armazenamento magnético pode ser combinada com hélio em vez de ar. Em 2014, a HGST combinou duas tecnologias de ponta em seu disco rígido de hélio de 10 TB, que usava gravação magnética shingled controlada por host, ou SMR (gravação magnética shingled). Vamos falar um pouco sobre SMR e depois dar uma olhada em MAMR e HAMR.
Tecnologia de gravação magnética de ladrilho
Anteriormente, analisamos a gravação magnética perpendicular (PMR), que foi a antecessora do SMR. Ao contrário do PMR, o SMR grava novas trilhas que se sobrepõem a parte da trilha magnética gravada anteriormente. Isto, por sua vez, torna a pista anterior mais estreita, permitindo maior densidade de pista. O nome da tecnologia vem do fato de que os trilhos de volta são muito semelhantes aos trilhos de telhado de telha.
SMR resulta em um processo de gravação muito mais complexo, pois a gravação em uma trilha substitui a trilha adjacente. Isso não ocorre quando o substrato do disco está vazio e os dados são sequenciais. Mas assim que você grava uma série de trilhas que já contém dados, os dados adjacentes existentes são apagados. Se uma trilha adjacente contiver dados, ela deverá ser reescrita. Isso é bastante semelhante ao flash NAND de que falamos anteriormente.
Os dispositivos SMR escondem essa complexidade gerenciando o firmware, resultando em uma interface semelhante a qualquer outro disco rígido. Por outro lado, dispositivos SMR gerenciados por host, sem adaptação especial de aplicativos e sistemas operacionais, não permitirão o uso desses drives. O host deve gravar nos dispositivos estritamente sequencialmente. Ao mesmo tempo, o desempenho dos dispositivos é 100% previsível. A Seagate começou a enviar unidades SMR em 2013, alegando densidade 25% maior Densidade PMR.
Gravação magnética de microondas (MAMR)
A gravação magnética assistida por microondas (MAMR) é uma tecnologia de memória magnética que usa energia semelhante ao HAMR (discutido a seguir).Uma parte importante do MAMR é o Spin Torque Oscillator (STO). O próprio STO está localizado próximo ao cabeçote de gravação. Quando a corrente é aplicada ao STO, um campo eletromagnético circular com frequência de 20-40 GHz é gerado devido à polarização dos spins dos elétrons.
Quando exposto a tal campo, ocorre ressonância no ferromagneto utilizado para MAMR, o que leva à precessão dos momentos magnéticos dos domínios deste campo. Essencialmente, o momento magnético desvia-se do seu eixo e para mudar a sua direção (flip), a cabeça de gravação necessita de significativamente menos energia.
O uso da tecnologia MAMR permite levar substâncias ferromagnéticas com maior força coercitiva, o que significa que o tamanho dos domínios magnéticos pode ser reduzido sem medo de causar um efeito superparamagnético. O gerador STO ajuda a reduzir o tamanho do cabeçote de gravação, o que possibilita gravar informações em domínios magnéticos menores e, portanto, aumenta a densidade de gravação.
A Western Digital, também conhecida como WD, introduziu esta tecnologia em 2017. Logo depois, em 2018, a Toshiba apoiou esta tecnologia. Enquanto a WD e a Toshiba buscam a tecnologia MAMR, a Seagate aposta no HAMR.
Gravação termomagnética (HAMR)
A gravação magnética assistida por calor (HAMR) é uma tecnologia de armazenamento de dados magnéticos com eficiência energética que pode aumentar significativamente a quantidade de dados que podem ser armazenados em um dispositivo magnético, como um disco rígido, usando o calor fornecido por um laser para ajudar a escrever. os dados para os substratos de superfície do disco rígido. O aquecimento faz com que os bits de dados sejam colocados muito mais próximos uns dos outros no substrato do disco, permitindo maior densidade e capacidade de dados.
Esta tecnologia é bastante difícil de implementar. Laser rápido de 200 mW uma pequena área de até 400 °C antes da gravação, sem interferir ou danificar o restante dos dados do disco. O processo de aquecimento, registro de dados e resfriamento deve ser concluído em menos de um nanossegundo. Enfrentar esses desafios exigiu o desenvolvimento de plasmons de superfície em nanoescala, também conhecidos como lasers guiados por superfície, em vez de aquecimento direto a laser, bem como novos tipos de placas de vidro e revestimentos de gerenciamento térmico para resistir ao rápido aquecimento pontual sem danificar a cabeça de gravação ou qualquer local próximo. dados e vários outros desafios técnicos que precisavam ser superados.
Apesar de inúmeras declarações céticas, a Seagate demonstrou esta tecnologia pela primeira vez em 2013. Os primeiros discos começaram a ser comercializados em 2018.
Fim do filme, vá para o começo!
Começamos em 1951 e terminamos o artigo com um olhar sobre o futuro da tecnologia de armazenamento. O armazenamento de dados mudou muito ao longo do tempo, desde fita de papel até metal e magnética, memória de corda, discos giratórios, discos ópticos, memória flash e outros. O progresso resultou em dispositivos de armazenamento mais rápidos, menores e mais poderosos.
Se você comparar o NVMe com a fita metálica UNISERVO de 1951, o NVMe pode ler 486% mais dígitos por segundo. Ao comparar o NVMe com meus drives Zip favoritos de infância, o NVMe pode ler 111% mais dígitos por segundo.
A única coisa que permanece verdadeira é o uso de 0 e 1. As maneiras pelas quais fazemos isso variam muito. Espero que da próxima vez que você gravar um CD-RW de músicas para um amigo ou salvar um vídeo caseiro no Optical Disc Archive, você pense em como uma superfície não refletiva se traduz em 0 e uma superfície refletiva se traduz em 1. Ou se você estiver gravando uma mixtape em fita cassete, lembre-se de que ela está intimamente relacionada ao Datasette usado no Commodore PET. Finalmente, não se esqueça de ser gentil e retroceder.
Obrigado и pelos petiscos (não posso evitar) ao longo do artigo!
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Fonte: habr.com