Orice furnizor de cloud oferă serviciul de stocare a datelor. Acestea pot fi stocări reci și calde, Ice-cold etc. Este destul de convenabil să stochezi informații în cloud. Dar cum își stocau datele oamenii acum 10, 20, 50 de ani? Cloud4Y a tradus un articol interesant care vorbește tocmai despre asta.
Un byte de date poate fi stocat în foarte multe moduri, deoarece tot timpul apar noi suporturi mai avansate și mai rapide de informație. Un byte este o unitate de stocare și procesare a informației digitale, formată din opt biți. Într-un bit poate fi stocat fie 0, fie 1.
În cazul perforatelor, bitul este stocat ca o prezență/absență a unei perforații în fisa într-un anumit loc. Dacă ne întoarcem puțin mai departe în trecut, la „Mașina Analitică” a lui Babbage, registrele care stocau numerele erau reprezentate de rotițe dințate. În dispozitivele de stocare magnetice, cum ar fi benzile și discurile, bitul este reprezentat prin polaritatea unei anumite zone de peliculă magnetică. În memoria dinamică cu acces aleator (DRAM) modernă, bitul este adesea reprezentat sub forma unei sarcini electrice de două niveluri, stocată într-un dispozitiv care acumulează energie electrică într-un câmp electric. Un capac electric încărcat sau descărcat stochează bitul de date.
În iunie 1956 a creat cuvântul pentru a desemna un grup de biți folosiți pentru codificarea unui singur simbol . Să discutăm puțin despre codificarea simbolurilor. Să începem cu standardul american pentru schimbul de informații, sau ASCII (ASCII - American standard code for information interchange). ASCII a fost bazat pe alfabetul englezesc, astfel încât fiecare literă, cifră și simbol (a-z, A-Z, 0-9, +, -, \, ",! etc.) erau reprezentate sub forma unui număr întreg pe 7 biți, de la 32 la 127. Acest lucru nu era tocmai „prietenoas” cu alte limbi. Pentru a susține alte limbi, Unicode a extins ASCII. În Unicode, fiecare simbol este reprezentat sub forma unui punct de cod sau caracter, de exemplu, litera mică j — U+006A, unde U indică Unicode, urmat de un număr hexazecimal.
UTF-8 este un standard pentru reprezentarea caracterelor sub formă de opt biți, permițând stocarea fiecărei puncte de cod în intervalul 0-127 într-un singur octet. Dacă ne amintim de ASCII, acest lucru este destul de convenabil pentru caractereles englezești, dar caracteralele din alte limbi sunt adesea exprimate în două sau mai multe octete. UTF-16 este un standard pentru reprezentarea caracterelor sub formă de 16 biți, iar UTF-32 este standardul pentru reprezentarea caracterelor sub formă de 32 biți. În ASCII, fiecare caracter este un octet, iar în Unicode, ceea ce nu este întotdeauna exact, un caracter poate ocupa 1, 2, 3 sau mai multe octete. În articol se vor folosi diverse grupări de biți. Numărul de biți într-un octet variază în funcție de designul suportului.
În acest articol, vom realiza o călătorie în timp prin diverse medii de stocare a informației, cu scopul de a explora istoria stocării datelor. Nu ne vom aprofunda în studierea fiecărui suport de informație care a fost vreodată inventat. În fața dumneavoastră se află un articol informativ amuzant, care nu își propune în niciun fel să aibă o semnificație enciclopedică.
Să începem. Să presupunem că avem un octet de date de stocat: litera j, sau sub formă de octet codificat 6a, sau sub formă binară 01001010. Pe parcursul călătoriei noastre în timp, acest octet de date va fi folosit în anumite tehnologii de stocare care vor fi descrise.
1951
Povestea noastră începe în 1951 cu dispozitivul de stocare pe bandă UNIVAC UNISERVO pentru computerul UNIVAC 1. Acesta a fost primul dispozitiv de stocare pe bandă creat pentru un computer comercial. Banda era fabricată dintr-o fâșie subțire de bronză nichelată cu lățimea de 12,65 mm (numită Vicalloy) și avea o lungime de aproape 366 metri. Byte-urile noastre de date puteau fi stocate la o viteză de 7,200 de caractere pe secundă pe bandă, care se mișca cu o viteză de 2,54 metri pe secundă. În această etapă a istoriei, puteai măsura viteza algoritmului de stocare în funcție de distanța parcursă de bandă.
1952
Să ne transportăm un an în viitor, pe 21 mai 1952, când IBM a anunțat lansarea primei sale unități de bandă magnetică, IBM 726. Acum, byte-ul nostru de date poate fi mutat de pe banda metalică UNISERVO pe banda magnetică IBM. Această nouă casă s-a dovedit a fi foarte confortabilă pentru micuțul nostru byte de date, deoarece banda putea stoca până la 2 milioane de cifre. Această bandă magnetică cu 7 piste se mișca cu o viteză de 1,9 metri pe secundă, având o viteză de transfer de 12.500 sau 7500 (numite pe atunci grupuri de copiere) pe secundă. Pentru referință: un articol mediu pe Habr conține aproximativ 10.000 de caractere.
Banda IBM 726 avea șapte piste, dintre care șase erau folosite pentru stocarea informațiilor, iar una pentru controlul parității. Pe o bobină se putea încadra până la 400 de metri de bandă cu o lățime de 1,25 cm. Viteza teoretică de transfer a datelor ajungea la 12.500 de caractere pe secundă; densitatea de înregistrare era de 40 de biți pe centimetru. În acest sistem se utiliza metoda "canalului de vid", prin care bucla benzii circula între două puncte. Acest lucru permitea benzii să pornească și să se oprească în fracțiuni de secundă. Acest lucru a fost realizat prin amplasarea unor coloane lungi de vid între bobinele benzii și capetele de citire/scriere pentru a absorbi creșterile bruște ale tensiunii pe bandă, fără de care banda s-ar fi rupt, de obicei. Un inel de plastic detașabil în spatele bobinei benzii asigura protecția împotriva scrierii. Pe o bobină de bandă se putea stoca aproximativ 1,1 .
Amintiți-vă casetele VHS. Ce trebuia să faceți pentru a viziona din nou un film? Să derulați banda! Și câte ori ați învârtit caseta pe un creion pentru a nu consuma inutil bateriile și a evita ruperea sau încâlceala benzii? Aceleași lucruri se pot spune și despre benzile utilizate pentru computere. Programele nu puteau să sară pur și simplu peste o secțiune a benzii sau să acceseze accidental datele; ele puteau citi și scrie datele strict în ordine.
1956
Dacă ne transportăm cu câțiva ani înainte, în 1956, epoca stocării pe discuri magnetice a început cu finalizarea de către IBM a dezvoltării sistemului informatic RAMAC 305, pe care compania Zellerbach Paper îl va livra în . Acest computer a utilizat pentru prima dată un disc dur cu cap de citire mobil. Discul RAMAC era compus din cincizeci de discuri metalice magnetizate cu un diametru de 60,96 cm, capabile să stocheze aproximativ cinci milioane de simboluri de date, 7 biți per simbol, și să se rotească cu o viteză de 1200 de rotații pe minut. Capacitatea de stocare era de aproximativ 3,75 megabytes.
RAMAC permitea accesul în timp real la volume mari de date, spre deosebire de benzile magnetice sau perforate. Compania IBM a promovat RAMAC ca un dispozitiv capabil să stocheze echivalentul a 64 000 . Anterior, RAMAC a introdus conceptul de procesare continuă a tranzacțiilor pe măsură ce acestea erau efectuate, pentru a putea extrage datele imediat ce erau încă proaspete. Acum, accesul la datele noastre în RAMAC putea fi realizat cu o viteză de 100 000 . În trecut, utilizând benzi, trebuia să scriem și să citim datele secvențial, iar nu puteam să sărim accidental la diferite secțiuni ale benzii. Accesul aleatoriu la date în timp real a fost cu adevărat revoluționar pentru acea vreme.
1963
Să ne întoarcem în anul 1963, când a fost introdus DECtape. Numele provine de la Digital Equipment Corporation, cunoscută sub numele de DEC. DECtape era ieftină și fiabilă, motiv pentru care a fost utilizată în multe generații de computere DEC. Aceasta avea o lățime de 19 mm, laminată și prinsă între două straturi de Mylar pe o bobină de patru inci (10,16 cm).
Spre deosebire de predecesoarele sale greoaie și mari, banda DECtape putea fi transportată manual. Aceasta o făcea o opțiune excelentă pentru computerele personale. Spre deosebire de omologii săi cu 7 piste, DECtape avea 6 piste de date, 2 piste pentru etichete și 2 pentru impulsuri de sincronizare. Datele erau scrise cu o viteză de 350 de biți pe inch (138 biți pe cm). Byte-ul nostru de date, care constă din 8 biți, dar poate fi extins la 12, putea fi transmis pe DECtape cu o viteză de 8325 de cuvinte de 12 biți pe secundă la o viteză a benzii de 93 (±12) inci în . Acesta este cu 8% mai mult decât cifrele pe secundă pe banda metalică UNISERVO din 1952.
1967
Patru ani mai târziu, în 1967, o echipă mică de la IBM a început să lucreze la un mediu de stocare IBM cu apelul de cod . Atunci, echipa a primit sarcina de a dezvolta o modalitate fiabilă și ieftină de a încărca microcoduri în IBM System/370. Ulterior, proiectul a fost redenumit și reprofilat pentru a încărca microcodul în controler pentru IBM 3330 Direct Access Storage Facility, sub codul numit Merlin.
Acum, byte-ul nostru poate fi stocat pe dischete Mylar cu acoperire magnetică, disponibile doar pentru citire, cunoscute astăzi sub numele de floppy disks. La lansare, produsul a fost denumit IBM 23FD Floppy Disk Drive System. Discurile puteau stoca 80 de kilobyte de date. Spre deosebire de hard disk-uri, utilizatorul putea transporta cu ușurință discheta în carcasă de la un dispozitiv la altul. Ulterior, în 1973, IBM a lansat discheta pentru citire/scriere, care a devenit apoi standardul industriei. .
1969
În 1969, la bordul navei spațiale „Apollo 11”, care transporta astronauți americani pe Lună și înapoi, a fost activat computerul de bord AGC (Apollo Guidance Computer) cu „memorie cu sfoară” (rope memory). Această memorie cu sfoară a fost realizată manual și putea stoca 72 de kilobyte de date. Producția memoriei cu sfoară era laborioasă, lentă și necesita abilități similare cu cele de țesut; înfășurarea programului în memoria cu sfoară putea dura . Dar acesta era instrumentul potrivit pentru acele vremuri, când era important să încapă cât mai mult într-un spațiu strict limitat. Când firul trecea prin una dintre fibrele circulare, reprezenta 1. Firul care învârtea în jurul fibrei reprezenta 0. Byte-ul nostru de date necesita câteva minute de înfășurare în sfoară.
1977
În 1977, a fost lansat Commodore PET – primul (de succes) computer personal. În PET a fost folosit Commodore 1530 Datasette, ceea ce înseamnă date plus casetă. PET transforma datele în semnale sonore analogice, care erau apoi stocate pe . Aceasta a permis crearea unei soluții economice și fiabile pentru stocarea datelor, deși foarte lente. Byte-ul nostru mic de date putea fi transmis cu o viteză de aproximativ 60-70 de bytes în . Casetele puteau stoca aproximativ 100 de kilobyte pe fiecare latură de 30 de minute, cu două laturi pe bandă. De exemplu, pe o latură a casetei se puteau plasa aproximativ două imagini de 55 KB. Datasette-urile au fost de asemenea utilizate în Commodore VIC-20 și Commodore 64.
1978
După un an, în 1978, MCA și Philips au lansat LaserDisc-ul sub numele de „Discovision”. Filmul „Jaw” a fost primul film vândut pe LaserDisc în SUA. Calitatea sunetului și a imaginii era mult superioară comparativ cu concurența, dar discul laser s-a dovedit a fi prea scump pentru majoritatea consumatorilor. Pe LaserDisc nu se putea înregistra, spre deosebire de casetele VHS, pe care oamenii înregistrau emisiuni televizate. Discurile laser funcționau cu video analogic, sunet stereo FM analogic și modulație impuls-cod , sau PCM, audio digital. Discurile aveau un diametru de 12 inci (30,47 cm) și erau compuse din două discuri din aluminiu unidirecționale, acoperite cu plastic. Astăzi, LaserDisc este amintit ca baza CD-ului și DVD-ului.
1979
Un an mai târziu, în 1979, Alan Shugart și Finis Connor au fondat compania Seagate Technology cu ideea de a scala hard disk-ul la dimensiunea unei dischete de 5 ¼ inci, care era standard la acea vreme. Primul lor produs în 1980 a fost hard disk-ul Seagate ST506 — primul hard disk pentru computere compacte. Discul putea stoca cinci megabaiți de date, ceea ce era de cinci ori mai mult decât discheta standard. Fondatorii au reușit să-și atingă obiectivul — de a reduce dimensiunea discului la dimensiunea dischetei de 5¼ inci. Noua unitate de stocare a fost o placă metalică rigidă, acoperită pe ambele părți cu un strat subțire de material magnetic pentru stocarea datelor. Baiții noștri de date puteau fi transferați pe disc cu o viteză de 625 kilobytes pe . Aceasta este aproximativ .
1981
Să ne mutăm cu câțiva ani înainte, în 1981, când Sony a prezentat primele dischete de 3,5 inci. Compania Hewlett-Packard a fost prima care a adoptat această tehnologie în 1982 cu modelul său HP-150. Acest lucru a consacrat dischetele de 3,5 inci și le-a dat o utilizare pe scară largă în . Dischetele erau unidirecționale, cu o capacitate formatată de 161,2 kilobyte și o capacitate neformatată de 218,8 kilobyte. În 1982 a fost lansată o versiune bidirecțională, iar consorțiul Microfloppy Industry Committee (MIC), format din 23 de companii media, a creat specificația dischetei de 3,5 inci pe baza designului original Sony, consacrând formatul în istorie așa cum îl . Acum, baiții noștri de date pot fi stocați pe o versiune timpurie a unuia dintre cele mai răspândite suporturi: discheta de 3,5 inci. Mai târziu, o pereche de dischete de 3,5 inci cu au devenit cea mai importantă parte a copilăriei mele.
1984
La scurt timp după aceea, în 1984, a fost anunțat lansarea unui disc compact cu date disponibile doar pentru citire (în engleză Compact Disc Read-Only Memory, CD-ROM). Acestea erau CD-ROM-uri de 550 de megabytes de la companiile Sony și Philips. Formatul s-a dezvoltat din CD-urile cu audio digital, sau CD-DA, care erau folosite pentru distribuția muzicii. CD-DA a fost dezvoltat de Sony și Philips în 1982, având o capacitate de 74 de minute. Potrivit legendei, atunci când Sony și Philips au negociat standardul CD-DA, unul dintre cei patru oameni a insistat ca acesta să poată întreaga „Simfonie a noua”. Primul produs lansat pe disc compact a fost „Enciclopedia Electronică Grolier”, care a apărut în 1985. Enciclopedia a conținut nouă milioane de cuvinte, ocupând doar 12% din spațiul disk-ului, adică 553 . Ne-ar fi rămas mai mult decât suficient spațiu pentru enciclopedie și un byte de date. La scurt timp după aceasta, în 1985, companiile de calculatoare au colaborat pentru a crea un standard pentru discuri, astfel încât orice computer să poată citi informațiile de pe ele.
1984
De asemenea, în 1984, Fujio Masuoka a dezvoltat un nou tip de memorie cu poartă flotantă, numită memorie flash, care putea fi ștearsă și rescrisă de multiple ori.
Să ne oprim puțin asupra memoriei flash, care folosește un transistor cu poartă flotantă. Transistoarele sunt porți electrice care pot fi activate sau dezactivate individual. Deoarece fiecare transistor poate fi într-o stare diferită (activ sau inactiv), acesta poate stoca două numere diferite: 0 și 1. Poarta flotantă se referă la a doua poartă adăugată la tranzistorul de bază. Această a doua poartă este izolată printr-un strat subțire de oxid. Aceste transistoare folosesc o tensiune mică aplicată porții transistorului pentru a indica dacă este activ sau inactiv, ceea ce, la rândul său, se traduce în 0 sau 1.
Cu porți flotante, atunci când se aplică o tensiune corespunzătoare prin stratul de oxid, electronii trec prin acesta și rămân blocați în porți. Astfel, chiar și atunci când alimentarea este oprită, electronii rămân pe ele. Când porțile flotante nu au electroni, acestea reprezintă 1, iar când electronii sunt blocați — 0. Procesul invers al acestei acțiuni și aplicarea unei tensiuni adecvate prin stratul de oxid în direcția opusă face ca electronii să treacă prin porțile flotante și să restabilească tranzistorul în starea sa inițială. De aceea, celulele sunt construite să fie programabile și . Un byte poate fi programat în tranzistor, ca 01001010, cu electroni, cu electroni blocați în porțile flotante, pentru a reprezenta zerourile.
Construcția lui Masuoka a fost puțin mai accesibilă, dar mai puțin flexibilă decât PROM-ul șters electric (EEPROM), deoarece necesita mai multe grupuri de celule care trebuiau șterse împreună, dar acest lucru se explica și prin viteza sa.
Pe atunci, Masuoka lucra la Toshiba. În cele din urmă, a plecat să lucreze la Universitatea Tohoku, fiind nemulțumit că compania nu l-a recompensat pentru munca sa. Masuoka a dat în judecată Toshiba, solicitând despăgubiri. În 2006, i s-au plătit 87 de milioane de yuani, echivalentul a 758.000 de dolari americani. Aceasta pare, totuși, insignifiantă, având în vedere influența pe care memoria flash a avut-o în industrie.
Deoarece discutăm despre memoriile flash, merită să menționăm diferențele dintre memoriile flash NOR și NAND. Așa cum știm deja de la Masuoka, flash-ul stochează informația în celule de memorie alcătuite din tranzistori cu poartă flotantă. Numele tehnologiilor sunt direct legate de modul în care sunt organizate celulele de memorie.
În memoria flash NOR, celulele de memorie individuale sunt conectate în paralel, oferind acces aleator. Această arhitectură reduce timpul de citire necesar pentru accesul aleator la instrucțiunile microprocesorului. Memoria flash NOR este ideală pentru aplicații cu densitate mai mică, care sunt în principal doar pentru citire. De aceea, majoritatea CPU-urilor își încarcă firmware-ul, de obicei, din memoria flash NOR. Masuoka și colegii săi au prezentat invenția NOR flash în 1984 și NAND flash în .
Dezvoltatorii NAND Flash au renunțat la capacitatea de acces aleatoriu pentru a obține o dimensiune mai mică a celulei de memorie. Aceasta permite o dimensiune mai mică a cipului și un cost mai scăzut pe bit. Arhitectura memoriei flash NAND constă din tranzistori de memorie conectați în serie, compuși din opt părți. Datorită acestui lucru, se realizează o densitate mare de stocare, o dimensiune mai mică a celulei de memorie și, de asemenea, o scriere și ștergere mai rapidă a datelor, deoarece poate programa simultan blocuri de date. Acest lucru este realizat datorită necesității de a rescrie datele atunci când acestea nu sunt scrise în mod secvențial și datele există deja în .
1991
Să ne întoarcem în 1991, când a fost creat prototipul discului solid-state (SSD) de către compania SanDisk, cunoscută pe atunci sub numele de . Designul combina un aranjament de memorie flash, cipuri de memorie non-volatilisnic și un controler inteligent pentru detectarea automată și corectarea celulelor defectuoase. Capacitatea discului era de 20 de megabytes cu un factor de formă de 2,5 inci, iar costul era estimat la aproximativ 1000 de dolari. Acest disc a fost folosit de compania IBM în computerul .
1994
Unul dintre suporturile mele favorite de informații din copilărie au fost Zip Disks. În 1994, compania Iomega a lansat Zip Disk, un cartuș de 100 de megabytes în format de 3,5 inci, fiind ușor mai gros decât un disc standard de 3,5 inci. Versiunile ulterioare ale discurilor puteau stoca până la 2 gigabytes. Avantajul acestor discuri era că aveau dimensiunea unui disc floppy, dar puteau stoca o capacitate mai mare de date. Datele noastre puteau fi scrise pe Zip-disk cu o viteză de 1,4 megabytes pe secundă. Ca o comparație: în acea vreme, 1,44 megabytes de pe un disc floppy de 3,5 inci erau scrise cu o viteză de aproximativ 16 kilobyte pe secundă. Pe Zip-disk, capetele citesc/scriu date în mod contactless, „plutind” deasupra suprafeței, ceea ce este similar cu funcționarea unui hard disk, dar diferit de principiul de funcționare al altor dischete. Curând, Zip-discurile au devenit învechite din cauza problemelor de fiabilitate și disponibilitate.
1994
În același an, SanDisk a lansat CompactFlash, care a fost folosit pe scară largă în camerele video digitale. La fel ca în cazul CD-urilor, viteza CompactFlash se bazează pe ratinguri „x”, cum ar fi 8x, 20x, 133x etc. Viteza maximă de transfer de date este calculată pe baza vitezei de transfer a unui CD audio original, de 150 kilobyți pe secundă. Viteza de transfer se formulează ca R = Kx150 kB/s, unde R este viteza de transfer, iar K este viteza nominală. Astfel, pentru CompactFlash 133x, un byte de date va fi scris la 133x150 kB/s sau aproape 19 950 kB/s, adică 19,95 MB/s. Asociația CompactFlash a fost înființată în 1995 cu scopul de a crea un standard industrial pentru cardurile de memorie pe bază de memorie flash.
1997
Câteva ani mai târziu, în 1997, a fost lansat CD-ul rewritable (CD-RW). Acest disc optic a fost folosit pentru stocarea datelor, precum și pentru copierea și transferul fișierelor pe diverse dispozitive. CD-urile pot fi rescrise de aproximativ 1000 de ori, ceea ce în acel moment nu reprezenta o limitare, deoarece utilizatorii rar rescriau datele.
CD-RW-urile se bazează pe tehnologia de modificare a capacității de reflexie a suprafeței. În cazul CD-RW, schimbările de fază într-un strat special alcătuit din argint, telur și indiu determină capacitatea de a reflecta sau nu fasciculul de citire, ceea ce reprezintă 0 sau 1. Când conectorul este în stare cristalină, este semitransparent, ceea ce înseamnă 1. Când conectorul se topește în stare amorfă, devine opac și ne-reflexiv, ceea ce 0. Astfel, am putea scrie byte-ul nostru de date ca 01001010.
CD-urile DVD au ocupat, în cele din urmă, cea mai mare parte a pieței, înlocuind CD-RW-urile.
1999
Haideți să trecem la anul 1999, când IBM a prezentat cele mai mici hard disk-uri din lume de atunci: microdiscurile IBM cu capacitate de 170 și 340 MB. Acestea erau hard disk-uri mici de dimensiunea de 2,54 cm, destinate a fi instalate în sloturile CompactFlash Type II. S-a planificat crearea unui dispozitiv care să fie utilizat ca CompactFlash, dar cu o capacitate de memorie mai mare. Totuși, în curând au fost înlocuite de unitățile USB flash și apoi de cardurile CompactFlash mai mari, când acestea au devenit disponibile. Ca și alte hard disk-uri, microdiscurile erau mecanice și conțineau discuri rotative mici.
2000
Un an mai târziu, în 2000, au fost prezentate stick-urile USB. Acestea erau compuse din memorie flash, înglobată într-un format mic cu interfață USB. În funcție de versiunea interfeței USB utilizate, viteza putea varia. USB 1.1 este limitat la 1,5 megabiți pe secundă, în timp ce USB 2.0 poate gestiona 35 megabiți pe , iar USB 3.0 — 625 megabiți pe secundă. Primele stick-uri USB 3.1 de tip C au fost anunțate în martie 2015 și aveau o viteză de citire/scriere de 530 megabiți pe secundă. Spre deosebire de dischete și discuri optice, dispozitivele USB sunt mai greu de zgâriat, dar oferă aceleași capacități de stocare, precum și pentru transferul și backup-ul fișierelor. Unitățile pentru dischete și CD-uri au fost rapid înlocuite de porturile USB.
2005
În 2005, producătorii de hard disk-uri (HDD) au început să livreze produse folosind înregistrarea magnetică perpendiculară, sau PMR. Este interesant că acest lucru a avut loc în același timp când iPod Nano a anunțat utilizarea memoriei flash în locul hard disk-urilor de 1 inch din iPod Mini.
Un hard disk tipic conține unul sau mai multe discuri acoperite cu un film sensibil la magnetism, format din granule magnetice mici. Datele sunt înregistrate atunci când capul de scriere magnetic zboară ușor deasupra discului rotativ. Este foarte asemănător cu un gramofon tradițional, cu diferența că în gramofon acul este în contact fizic cu placa. Pe măsură ce discurile se rotesc, aerul care le atinge generează o ușoară adiere. La fel cum aerul de pe aripa unei aeronave generează forță de ridicare, aerul generează forța de ridicare pe capul suprafeței aerodinamice . Capul schimbă rapid magnetizarea unei zone magnetice a granulelor astfel încât polul său magnetic să indice în sus sau în jos, semnalând 1 sau 0.
Precursorul PMR a fost înregistrarea magnetică longitudinală, sau LMR. Densitatea de înregistrare PMR poate depăși de mai mult de trei ori densitatea de înregistrare LMR. Principala diferență între PMR și LMR constă în faptul că structura granulelor și orientarea magnetică a datelor stocate pe suporturile PMR sunt coloană, nu longitudinală. PMR are o stabilitate termică mai bună și un raport semnal-zgomot (SNR) îmbunătățit datorită separării mai bune a granulelor și uniformității. De asemenea, se distinge printr-o înregistrare îmbunătățită, datorită câmpurilor mai puternice ale capului și aliniamentului magnetic mai bun al suportului. Ca și LMR, limitările fundamentale ale PMR se bazează pe stabilitatea termică a bitilor de date înregistrați magnetic și pe necesitatea de a avea un SNR suficient pentru citirea informațiilor înregistrate.
2007
În 2007, a fost anunțat lansarea primului hard disk de 1 TB de la Hitachi Global Storage Technologies. Hitachi Deskstar 7K1000 a utilizat cinci platane de 200 de gigaocteți de 3,5 inci și a funcționat la o viteză de rpm. Aceasta este o superioritate semnificativă în comparație cu primul hard disk din lume, IBM RAMAC 350, care avea o capacitate de aproximativ 3,75 megabyte. Oh, cât de departe am ajuns în 51 de ani! Dar așteptați, mai este ceva.
2009
În 2009, au început lucrările tehnice pentru crearea memoriei exprimate non-volatilă, sau . Memoria non-volatilă (NVM) este un tip de memorie care poate stoca date permanent, spre deosebire de memoria volatilă, care necesită alimentare constantă pentru a păstra datele. NVMe răspunde nevoii de interfață scalabilă a gazdelor pentru componentele periferice bazate pe unități de stocare semiconductoare care suportă tehnologia PCIe, de unde și denumirea NVMe. Peste 90 de companii au intrat în grupul de lucru pentru dezvoltarea proiectului. Totul a fost bazat pe rezultatele muncii de definire a specificației interfeței gazdelor de memorie non-volatilă (NVMHCIS). Cele mai bune unități NVMe de până acum pot procesa aproximativ 3500 de megabyte pe secundă la citire și 3300 de megabyte pe secundă la scriere. Scrierea unui byte de date j, cu care am început, se poate face foarte rapid în comparație cu câteva minute de împletirea manuală a memoriei de tip rope pentru Apollo Guidance Computer.
Prezentul și viitorul
Memorie de clasă de stocare
Acum, că am făcut o călătorie în timp (ha!), haideți să aruncăm o privire asupra stării actuale a memoriei Storage Class Memory. SCM, la fel ca NVM, este persistentă, dar SCM oferă și o performanță superioară sau comparabilă cu memoria principală, precum și . Scopul SCM este de a rezolva unele dintre problemele curente de cache, cum ar fi densitatea scăzută a memoriei statice cu acces aleatoriu (SRAM). Cu ajutorul memoriei dinamice (DRAM) putem obține o densitate mai bună, dar aceasta se face pe seama unui acces mai lent. DRAM suferă, de asemenea, de necesitatea de alimentare constantă pentru a actualiza memoria. Să ne lămurim puțin cu acest aspect. Alimentarea este necesară, deoarece încărcătura electrică de pe condensatori se reduce treptat, adică fără intervenție, datele de pe chip vor fi pierdute în curând. Pentru a preveni această scurgere, DRAM necesită un circuit extern de actualizare a memoriei, care reînscrie periodic datele în condensatori, restabilindu-le la încărcătura inițială.
Memoria pe bază de schimbare de fază (Phase-change memory, PCM)
Anterior am discutat despre cum se schimbă faza pentru CD-RW. PCM este similar. Materialul care suferă schimbarea de fază este de obicei Ge-Sb-Te, cunoscut și sub numele de GST, care poate exista în două stări diferite: amorfă și cristalină. Starea amorfă are o rezistență mai mare, indicând 0, comparativ cu starea cristalină, care indică 1. Atribuind valori de date unor rezistențe intermediare, PCM poate fi utilizat pentru a stoca multiple stări sub formă de .
Memoria cu acces aleatoriu cu cuplaj de torcare (STT-RAM)
STT-RAM constă din două straturi feromagnetice, stratul permanent având un dielectric, adică un izolator, care poate transmite forța electrică fără a conduce. Aceasta stochează biți de date, bazându-se pe diferența direcțiilor magnetice. Un strat magnetic, numit de referință, are o direcție magnetică fixă, în timp ce celălalt strat magnetic, numit liber, are o direcție magnetică controlată de curentul aplicat. Pentru 1, direcția de magnetizare a celor două straturi se aliniază. Pentru 0, ambele straturi au direcții magnetice opuse.
Memorie rezistivă cu acces aleator (Resistive random access memory, ReRAM)
O celulă ReRAM constă din doi electrozi metalici, separați printr-un strat de oxid metalic. Este oarecum similar cu designul memoriei flash Masuoka, unde electronii pătrund prin stratul de oxid și rămân blocați în porțile flottante sau invers. Cu toate acestea, în utilizarea ReRAM, starea celulei este determinată pe baza concentrației de oxigen liber în stratul de oxid metalic.
Deși aceste tehnologii sunt promițătoare, ele au totuși dezavantaje. PCM și STT-RAM au întârzieri mari la scriere. Întârzierile PCM sunt de zece ori mai mari decât cele ale DRAM, în timp ce cele ale STT-RAM sunt de zece ori mai mari decât cele ale SRAM. PCM și ReRAM au o limitare privind durata scrierii înainte de a apărea erori grave, ceea ce înseamnă că elementul de memorie rămâne blocat la .
În august 2015, compania Intel a anunțat lansarea Optane, produsul său bazat pe 3DXPoint. Optane afirmă că performanța este de 1000 de ori mai bună decât a unităților de stocare NAND, iar prețul este de patru-cinci ori mai mare decât cel al memoriei flash. Optane este dovada că SCM nu este doar o tehnologie experimentală. Va fi interesant să observăm evoluția acestor tehnologii.
Unități de discuri dure (HDD)
Unitate de discuri dure cu heliu (HHDD)
Un disc cu heliu este o unitate de disc de mare capacitate (HDD) umplută cu heliu și etanșată în timpul producției. La fel ca alte unități de discuri, după cum am menționat anterior, este similar unui redare cu un disc rotativ cu un înveliș magnetic. Discurile dure tipice au pur și simplu aer în interiorul cavității, însă acest aer provoacă o oarecare rezistență la rotația discurilor.
Baloanele cu heliu zboară deoarece heliul este mai ușor decât aerul. De fapt, heliul reprezintă 1/7 din densitatea aerului, ceea ce reduce forța de frecare la rotația discurilor, necesitând astfel mai puțină energie pentru a le rota. Totuși, această caracteristică este secundară, iar principala caracteristică distinctivă a heliului este aceea că permite împachetarea a 7 discuri în același format, care anterior adăpostea doar 5. Dacă ne amintim de analogia cu aripa avionului nostru, aceasta este o analogie perfectă. Deoarece heliul reduce rezistența, turbulența este exclusă.
De asemenea, știm că baloanele cu heliu încep să coboare după câteva zile, deoarece heliul părăsește. Aceeași observație se poate face și în cazul unităților de stocare. Au trecut ani înainte ca producătorii să reușească să creeze un container care să prevină pierderea heliului din form factor pe durata de viață a drive-ului. Compania Backblaze a realizat experimente și a descoperit că tasa anuală de eroare pentru dispcurile cu heliu era de 1,03%, în timp ce pentru cele standard era de 1,06%. Desigur, această diferență este atât de mică încât nu se pot trasa concluzii serioase. .
Form factorul umplut cu heliu poate conține un hard disk encapsulat folosind PMR, despre care am vorbit anterior, sau înregistrare magnetică cu microunde (MAMR) sau înregistrare magnetică prin încălzire (HAMR). Orice tehnologie de stocare magnetică poate fi combinată cu heliu în loc de aer. În 2014, compania HGST a combinat două tehnologii avansate în hard disk-ul său cu heliu de 10 TB, care a folosit înregistrarea magnetică gestionată de gazdă, sau SMR (Shingled magnetic recording). Vom opri puțin asupra SMR și apoi ne vom concentra asupra MAMR și HAMR.
Tehnologia de înregistrare magnetică în straturi.
Anterior am discutat despre înregistrarea magnetică perpendiculară (PMR), care a fost predecesorul SMR. Spre deosebire de PMR, SMR scrie noi piste care suprapun parțial o pistă magnetică precedenta. Acest lucru, la rândul său, face ca pista anterioară să fie mai îngustă, asigurând o densitate mai mare a pistelor. Numele tehnologiei are legătură cu faptul că pistele suprapuse seamănă foarte mult cu țiglele de pe acoperiș.
SMR conduce la un proces de scriere mult mai complicat, deoarece scrierea pe o pistă rescrie pista vecină. Acest lucru nu devine evident atunci când substratul discului este gol și datele sunt consecutive. Dar de îndată ce începi să scrii pe o serie de piste care deja conțin date, datele existente din vecinătate sunt șterse. Dacă pista adiacente conține date, aceasta trebuie rescrisă. Este destul de similar cu flash NAND, despre care am discutat anterior.
Dispozitivele SMR permit ascunderea acestei complexități prin gestionarea firmware-ului, rezultând un Interfață similară cu orice alt hard disk. Pe de altă parte, dispozitivele SMR gestionate de gazdă, fără o adaptare specială a aplicațiilor și sistemelor de operare, nu vor permite utilizarea acestor discuri. Gazda trebuie să scrie pe dispozitive în strictă ordine secvențială. În acest fel, performanța dispozitivelor este 100% predictibilă. Compania Seagate a început livrarea discurilor SMR în 2013, susținând că densitatea acestora este cu 25% densitatea PMR.
Înregistrare magnetică asistată de microunde (MAMR)
Înregistrarea magnetică asistată de microunde (MAMR) este o tehnologie de memorie magnetică care utilizează o energie similară cu HAMR (discutată mai departe) O parte importantă a MAMR este Oscilatorul cu Cuplaj Spin (STO) sau „generatorul bazat pe rotația spinurilor”. STO se află în imediata apropiere a capului de scriere. Atunci când se aplică curent în STO, se generează un câmp electromagnetic circular cu o frecvență de 20-40 GHz prin polarizarea spinurilor electronilor.
Prin aplicarea unui astfel de câmp în feromagneticul utilizat pentru MAMR, se produce un fenomen de rezonanță, ceea ce duce la precesia momentelor magnetice ale domeniilor în acest câmp. Practic, momentul magnetic se abate de la axa sa și pentru a schimba direcția sa (inversare), capul de scriere are nevoie de mult mai puțină energie.
Utilizarea tehnologiei MAMR permite utilizarea substanțelor feromagnetice cu o forță coercitivă mai mare, ceea ce înseamnă că dimensiunea domeniilor magnetice poate fi redusă fără teama de a provoca efectul superparamagnetic. Generatorul STO ajută la micșorarea dimensiunilor capului de scriere, permițând astfel înregistrarea informației pe domenii magnetice de dimensiuni mai mici, ceea ce înseamnă o creștere a densității de înregistrare.
Compania Western Digital, cunoscută și sub numele de WD, a prezentat această tehnologie în 2017. La scurt timp după aceasta, în 2018, compania Toshiba a susținut această tehnologie. În timp ce companiile WD și Toshiba sunt ocupate cu dezvoltarea tehnologiei MAMR, compania Seagate pariază pe HAMR.
Înregistrare termomagnetică (HAMR)
Inregistrarea magnetică asistată de căldură (HAMR) este o tehnologie de stocare a datelor energic eficientă, care permite o creștere semnificativă a volumului de date ce pot fi salvate pe un dispozitiv magnetic, cum ar fi un hard disk, prin utilizarea căldurii generate de un laser pentru a ajuta la scrierea datelor pe suprafața substratului hard disk-ului. Datorită încălzirii, biții de date sunt dispuși mult mai aproape unii de alții pe substratul de disc, permițând astfel creșterea densității și capacității datelor.
Această tehnologie este destul de dificil de implementat. Un laser cu o putere de 200 mW încălzește rapid În ciuda numeroaselor scepticismuri, compania Seagate a demonstrat pentru prima dată această tehnologie în 2013. Primele discuri au început să fie livrate în 2018.
Sfârșitul filmului, întoarce-te la început!
Am început în 1951 și încheiem articolul privindu-ne spre viitorul tehnologiei de stocare. Stocarea datelor s-a schimbat semnificativ de-a lungul timpului: de la benzi de hârtie la memorie metalică și magnetică, memorie pe sfoară, discuri rotative, discuri optice, memorie flash și altele. Pe parcursul progresului au apărut dispozitive de stocare mai rapide, compacte și performante.
Dacă comparăm NVMe cu banda metalică UNISERVO din 1951, NVMe poate citi cu 486.111% mai multe cifre pe secundă. Comparând NVMe cu favoritului meu din copilărie, discurile Zip, NVMe poate citi cu 213,623% mai multe cifre pe secundă.
Comparând NVMe cu banda metalică UNISERVO din 1951, NVMe poate citi cu 486.111% mai multe cifre pe secundă. Comparând NVMe cu discul meu preferat din copilărie, Zip, NVMe poate citi cu 213.623% mai multe cifre pe secundă.
Singurul lucru care rămâne constant este utilizarea lui 0 și 1. Modurile în care facem acest lucru variază foarte mult. Sper că, data viitoare când vei inscripționa un CD-RW cu melodii pentru un prieten sau vei salva un videoclip acasă în Archive Optical Disc, te vei gândi la cum suprafața nereflectorizantă traduce valoarea în 0, iar cea reflectorizantă - în 1. Sau, dacă scrii un mixtape pe o casetă, amintește-ți că aceasta este strâns legată de Datasette, utilizată în Commodore PET. În cele din urmă, nu uita să fii amabil și să derulezi înapoi.
Mulțumesc și pentru bunătățile (nu mă pot abține) de-a lungul întregului articol!
Ce altceva util se poate citi în blog
→
→
→
→
→
Abonați-vă la canalul nostru -canal pentru a nu rata următorul articol! Publicăm nu mai des de două ori pe săptămână și doar când este necesar. De asemenea, îți reamintim că Cloud4Y poate oferi acces la distanță, sigur și de încredere la aplicațiile de afaceri și informațiile necesare pentru asigurarea continuității afacerii. Munca la distanță este un barrier suplimentar în calea răspândirii coronavirusului. Detalii - la managerii noștri pe .
Sursa: habr.com
