Každý poskytovateľ cloudu ponúka služby ukladania údajov. Môžu to byť studené a horúce sklady, ľadovo studené atď. Ukladanie informácií do cloudu je celkom pohodlné. Ako sa však v skutočnosti uchovávali údaje pred 10, 20, 50 rokmi? Cloud4Y preložil zaujímavý článok, ktorý hovorí práve o tomto.
Bajt údajov možno uložiť rôznymi spôsobmi, pretože sa neustále objavujú nové, pokročilejšie a rýchlejšie pamäťové médiá. Bajt je jednotka uchovávania a spracovania digitálnych informácií, ktorá pozostáva z ôsmich bitov. Jeden bit môže obsahovať 0 alebo 1.
V prípade diernych štítkov je bit uložený ako prítomnosť/neprítomnosť otvoru v štítku na určitom mieste. Ak sa vrátime trochu ďalej k Babbageovmu analytickému stroju, registre, v ktorých boli uložené čísla, boli ozubené kolesá. V magnetických pamäťových zariadeniach, ako sú pásky a disky, je bit reprezentovaný polaritou špecifickej oblasti magnetického filmu. V modernej dynamickej pamäti s náhodným prístupom (DRAM) je bit často reprezentovaný ako dvojúrovňový elektrický náboj uložený v zariadení, ktoré uchováva elektrickú energiu v elektrickom poli. Nabitá alebo vybitá nádoba ukladá určité množstvo údajov.
V júni 1956 roka vynašiel slovo na označenie skupiny bitov používaných na kódovanie jedného znaku . Povedzme si niečo o kódovaní znakov. Začnime americkým štandardným kódom pre výmenu informácií alebo ASCII. ASCII vychádzal z anglickej abecedy, takže každé písmeno, číslo a symbol (az, AZ, 0-9, +, - , /, ",! atď. ) boli reprezentované ako 7-bitové celé číslo od 32 do 127. Toto nebolo práve „priateľské“ k iným jazykom. Na podporu iných jazykov Unicode rozšíril ASCII. V Unicode je každý znak reprezentovaný ako bod kódu alebo symbol, napr. , malé písmeno j je U+006A, kde U znamená Unicode a potom hexadecimálne číslo.
UTF-8 je štandard pre reprezentáciu znakov ako osem bitov, čo umožňuje uloženie každého kódu v rozsahu 0-127 do jedného bajtu. Ak si pamätáme ASCII, je to celkom normálne pre anglické znaky, ale znaky iných jazykov sú často vyjadrené v dvoch alebo viacerých bajtoch. UTF-16 je štandard na reprezentáciu znakov ako 16 bitov a UTF-32 je štandard na reprezentáciu znakov ako 32 bitov. V ASCII je každý znak bajt, ale v Unicode, čo často nie je úplne pravda, môže znak zaberať 1, 2, 3 alebo viac bajtov. Článok bude používať rôzne veľkostné zoskupenia bitov. Počet bitov v byte sa líši v závislosti od dizajnu média.
V tomto článku sa prenesieme späť v čase cez rôzne pamäťové médiá, aby sme sa ponorili do histórie ukladania dát. V žiadnom prípade nezačneme do hĺbky študovať každé jedno pamäťové médium, ktoré kedy bolo vynájdené. Toto je zábavný informačný článok, ktorý si v žiadnom prípade netvrdí, že má encyklopedický význam.
Začnime. Povedzme, že máme dátový bajt na uloženie: písmeno j, buď ako zakódovaný bajt 6a, alebo ako binárne číslo 01001010. Keď cestujeme časom, dátový bajt sa bude používať v niekoľkých technológiách ukladania, ktoré budú opísané.
1951
Náš príbeh začína v roku 1951 páskovou mechanikou UNIVAC UNISERVO pre počítač UNIVAC 1. Bola to prvá pásková mechanika vytvorená pre komerčný počítač. Remienok bol vyrobený z tenkého pásu poniklovaného bronzu, širokého 12,65 mm (nazývaného Vicalloy) a dlhého takmer 366 metrov. Naše dátové bajty bolo možné uložiť rýchlosťou 7 200 znakov za sekundu na pásku pohybujúcu sa rýchlosťou 2,54 metra za sekundu. V tomto bode histórie by ste mohli merať rýchlosť ukladacieho algoritmu podľa vzdialenosti, ktorú páska prešla.
1952
Rýchly posun o rok vpred k 21. máju 1952, keď IBM oznámilo uvedenie svojej prvej magnetickej páskovej jednotky, IBM 726. Náš bajt dát sa teraz mohol presunúť z kovovej pásky UNISERVO na magnetickú pásku IBM. Ukázalo sa, že tento nový domov je veľmi útulný pre náš veľmi malý bajt dát, pretože na pásku je možné uložiť až 2 milióny číslic. Táto 7-stopová magnetická páska sa pohybovala rýchlosťou 1,9 metra za sekundu s prenosovou rýchlosťou 12 500 alebo 7500 (v tom čase nazývané skupiny kópií) za sekundu. Pre informáciu: priemerný článok o Habrém má približne 10 000 znakov.
Páska IBM 726 mala sedem stôp, z ktorých šesť bolo použitých na ukladanie informácií a jedna na kontrolu parity. Na jeden kotúč sa zmestilo až 400 metrov pásky so šírkou 1,25 cm Rýchlosť prenosu dát teoreticky dosahovala 12,5 tisíc znakov za sekundu; hustota záznamu je 40 bitov na centimeter. Tento systém používal metódu "vákuového kanála", v ktorej slučka pásky cirkulovala medzi dvoma bodmi. To umožnilo spustiť a zastaviť pásku v zlomku sekundy. To sa dosiahlo umiestnením dlhých vákuových stĺpcov medzi cievky pásky a čítacie/zapisovacie hlavy, aby absorbovali náhle zvýšenie napätia v páske, bez ktorého by sa páska zvyčajne zlomila. Odnímateľný plastový krúžok na zadnej strane kotúča s páskou poskytoval ochranu proti zápisu. Na jeden kotúč pásky sa zmestí približne 1,1 .
Pamätajte na VHS kazety. Čo ste museli urobiť, aby ste si film mohli pozrieť znova? Previňte pásku! Koľkokrát ste na ceruzke roztočili kazetu s prehrávačom, aby ste neplytvali batériami a neroztrhli alebo nezasekli pásku? To isté možno povedať o páskach používaných pre počítače. Programy nemohli len tak skákať po páske alebo náhodne pristupovať k údajom, mohli čítať a zapisovať údaje striktne sekvenčne.
1956
Rýchly posun vpred o niekoľko rokov do roku 1956 a éra magnetického diskového úložiska začala dokončením počítačového systému RAMAC 305 od IBM, ktorý Zellerbach Paper dodal . Tento počítač ako prvý používal pevný disk s pohyblivou hlavou. Disková mechanika RAMAC pozostávala z päťdesiatich magnetizovaných kovových platní s priemerom 60,96 cm, schopných uložiť približne päť miliónov znakov dát, 7 bitov na znak a točiť sa rýchlosťou 1200 otáčok za minútu. Úložná kapacita bola približne 3,75 MB.
RAMAC umožňoval prístup k veľkému množstvu údajov v reálnom čase, na rozdiel od magnetickej pásky alebo diernych kariet. IBM propagovalo RAMAC ako schopné uložiť ekvivalent 64 000 . Predtým RAMRAC zaviedol koncept nepretržitého spracovania transakcií tak, ako sa vyskytnú, takže dáta bolo možné získať okamžite, kým boli ešte čerstvé. K našim údajom v RAMAC je teraz možné pristupovať rýchlosťou 100 000 . Predtým sme pri používaní pások museli zapisovať a čítať sekvenčné dáta a nemohli sme náhodne preskočiť na rôzne časti pásky. Náhodný prístup k údajom v reálnom čase bol na tú dobu skutočne revolučný.
1963
Poďme rýchlo vpred do roku 1963, kedy bol predstavený DECtape. Názov pochádza od spoločnosti Digital Equipment Corporation, známej ako DEC. DECtape bol lacný a spoľahlivý, takže sa používal v mnohých generáciách počítačov DEC. Bola to 19 mm páska, laminovaná a vložená medzi dve vrstvy Mylaru na štvorpalcovom (10,16 cm) kotúči.
Na rozdiel od svojich ťažkých a objemných predchodcov sa DECtape dal nosiť ručne. Vďaka tomu je vynikajúcou voľbou pre osobné počítače. Na rozdiel od svojich 7-stopových náprotivkov, DECtape mal 6 dátových stôp, 2 cue stopy a 2 pre hodiny. Dáta boli zaznamenané pri 350 bitoch na palec (138 bitov na cm). Náš dátový bajt, ktorý má 8 bitov, ale možno ho rozšíriť na 12, by sa mohol preniesť do DECtape rýchlosťou 8325 12-bitových slov za sekundu pri rýchlosti pásky 93 (±12) palcov za sekundu. . To je o 8 % viac číslic za sekundu ako kovová páska UNISERVO v roku 1952.
1967
O štyri roky neskôr, v roku 1967, začal malý tím IBM pracovať na disketovej jednotke IBM s kódovým označením . Potom bol tím poverený vývojom spoľahlivého a lacného spôsobu načítania mikrokódov IBM System/370. Projekt bol následne prerobený a prepracovaný na načítanie mikrokódu do radiča pre IBM 3330 Direct Access Storage Facility s kódovým označením Merlin.
Náš byte mohol byť teraz uložený na 8-palcových disketách Mylar s magnetickou vrstvou, ktoré sú len na čítanie, dnes známe ako diskety. V čase vydania sa produkt volal IBM 23FD Floppy Disk Drive System. Na disky sa zmestí 80 kilobajtov dát. Na rozdiel od pevných diskov môže používateľ ľahko presúvať disketu v ochrannom obale z jednej jednotky na druhú. Neskôr, v roku 1973, IBM vydala disketu na čítanie/zápis, ktorá sa potom stala priemyselnou .
1969
V roku 1969 bol na palube kozmickej lode Apollo 11 vypustený počítač Apollo Guidance Computer (AGC) s pamäťou lana, ktorý dopravil amerických astronautov na Mesiac a späť. Táto lanová pamäť bola vyrobená ručne a mohla pojať 72 kilobajtov dát. Výroba povrazovej pamäte bola prácna, pomalá a vyžadovala si zručnosti podobné tkaniu; mohlo by to trvať . Bol to však ten správny nástroj pre časy, keď bolo dôležité vtesnať do prísne obmedzeného priestoru maximum. Keď drôt prechádzal cez jeden z kruhových prameňov, predstavoval 1. Drôt prechádzajúci okolo prameňa predstavoval 0. Náš dátový bajt vyžadoval, aby osoba vpletala do lana niekoľko minút.
1977
V roku 1977 bol vydaný Commodore PET, prvý (úspešný) osobný počítač. PET používal Commodore 1530 Datasette, čo znamená dáta plus kazeta. PET konvertoval údaje na analógové zvukové signály, ktoré sa potom uložili . To nám umožnilo vytvoriť nákladovo efektívne a spoľahlivé riešenie úložiska, aj keď veľmi pomalé. Náš malý bajt dát sa dal preniesť rýchlosťou asi 60-70 bajtov za . Kazety by mohli pojať asi 100 kilobajtov na 30-minútovú stranu, pričom každá páska mala dve strany. Napríklad jedna strana kazety môže obsahovať približne dva obrázky s veľkosťou 55 kB. Dátové sady boli tiež použité v Commodore VIC-20 a Commodore 64.
1978
O rok neskôr, v roku 1978, MCA a Philips predstavili LaserDisc pod názvom „Discovision“. Čeľuste bol prvý film predaný na LaserDisc v Spojených štátoch. Jeho kvalita zvuku a videa bola oveľa lepšia ako u konkurentov, ale laserový disk bol pre väčšinu spotrebiteľov príliš drahý. LaserDisc nebolo možné nahrávať, na rozdiel od VHS kaziet, na ktoré ľudia nahrávali televízne programy. Laserové disky pracovali s analógovým videom, analógovým FM stereo zvukom a pulzným kódom alebo PCM, digitálny zvuk. Disky mali priemer 12 palcov (30,47 cm) a pozostávali z dvoch jednostranných hliníkových diskov potiahnutých plastom. Dnes sa LaserDisc spomína ako základ CD a DVD.
1979
O rok neskôr, v roku 1979, Alan Shugart a Finis Conner založili Seagate Technology s myšlienkou škálovania pevného disku na veľkosť 5 ¼-palcovej diskety, čo bolo v tom čase štandardom. Ich prvým produktom v roku 1980 bol pevný disk Seagate ST506, prvý pevný disk pre kompaktné počítače. Na disk sa zmestilo päť megabajtov dát, čo bolo v tom čase päťkrát viac ako štandardná disketa. Zakladatelia boli schopní dosiahnuť svoj cieľ zmenšiť veľkosť disku na veľkosť 5¼-palcovej diskety. Novým zariadením na ukladanie údajov bola pevná kovová platňa potiahnutá na oboch stranách tenkou vrstvou magnetického materiálu na ukladanie údajov. Naše dátové bajty bolo možné preniesť na disk rýchlosťou 625 kilobajtov za . Je to približne .
1981
Rýchly posun vpred o pár rokov do roku 1981, keď Sony predstavilo prvé 3,5-palcové diskety. Spoločnosť Hewlett-Packard sa stala prvým používateľom tejto technológie v roku 1982 so svojím HP-150. To preslávilo 3,5-palcové diskety a umožnilo im široké využitie po celom svete. . Diskety boli jednostranné s formátovanou kapacitou 161.2 kB a neformátovanou kapacitou 218.8 kB. V roku 1982 bola vydaná obojstranná verzia a konzorcium 23 mediálnych spoločností Microfloppy Industry Committee (MIC) založilo špecifikáciu 3,5-palcovej diskety na pôvodnom dizajne Sony, čím sa tento formát zapísal do histórie tak, ako ho poznáme dnes. . Teraz môžu byť naše dátové bajty uložené na staršej verzii jedného z najbežnejších pamäťových médií: 3,5-palcovej diskety. Neskôr pár 3,5-palcových diskiet s sa stala najdôležitejšou súčasťou môjho detstva.
1984
Krátko nato, v roku 1984, bolo oznámené vydanie CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory). Išlo o 550 megabajtové CD-ROMy od Sony a Philips. Formát vyrástol z CD s digitálnym zvukom alebo CD-DA, ktoré sa používali na distribúciu hudby. CD-DA bol vyvinutý spoločnosťami Sony a Philips v roku 1982 a mal kapacitu 74 minút. Podľa legendy, keď Sony a Philips rokovali o štandarde CD-DA, jeden zo štyroch ľudí trval na tom, že celú deviatu symfóniu. Prvým produktom vydaným na CD bola Grolier's Electronic Encyclopedia, vydaná v roku 1985. Encyklopédia obsahovala deväť miliónov slov, ktoré zaberali len 12 % dostupného miesta na disku, čo je 553 . Mali by sme viac než dosť miesta na encyklopédiu a bajt dát. Čoskoro potom, v roku 1985, počítačové spoločnosti spolupracovali na vytvorení štandardu pre diskové jednotky, aby ich mohol čítať každý počítač.
1984
V roku 1984 vyvinul Fujio Masuoka nový typ pamäte s pohyblivou bránou nazývanou flash pamäť, ktorú bolo možné mnohokrát vymazať a prepísať.
Poďme sa na chvíľu pozrieť na flash pamäť pomocou tranzistora s plávajúcim hradlom. Tranzistory sú elektrické brány, ktoré je možné zapínať a vypínať jednotlivo. Pretože každý tranzistor môže byť v dvoch rôznych stavoch (zapnutý a vypnutý), môže uložiť dve rôzne čísla: 0 a 1. Plávajúce hradlo sa vzťahuje na druhé hradlo pridané k strednému tranzistoru. Táto druhá brána je izolovaná tenkou vrstvou oxidu. Tieto tranzistory používajú malé napätie aplikované na hradlo tranzistora na označenie, či je zapnuté alebo vypnuté, čo sa zase premieta do 0 alebo 1.
Pri plávajúcich bránach, keď sa cez vrstvu oxidu privedie príslušné napätie, cez ňu pretekajú elektróny a uviaznu na bránach. Preto aj keď je napájanie vypnuté, elektróny na nich zostávajú. Keď na plávajúcich bránach nie sú žiadne elektróny, predstavujú 1, a keď sú elektróny uviaznuté, predstavujú 0. Obrátenie tohto procesu a aplikovanie vhodného napätia cez vrstvu oxidu v opačnom smere spôsobí, že elektróny budú prúdiť cez plávajúce brány a vrátiť tranzistor do pôvodného stavu. Preto sú bunky programovateľné a . Náš byte môže byť naprogramovaný do tranzistora ako 01001010 s elektrónmi, s elektrónmi zaseknutými v plávajúcich bránach, ktoré predstavujú nuly.
Dizajn Masuoka bol o niečo cenovo dostupnejší, ale menej flexibilný ako elektricky vymazateľný PROM (EEPROM), pretože vyžadoval viacero skupín buniek, ktoré bolo potrebné vymazať spolu, ale to tiež zodpovedalo jeho rýchlosti.
V tom čase Masuoka pracoval pre Toshibu. Nakoniec odišiel pracovať na univerzitu Tohoku, pretože bol nešťastný, že ho spoločnosť za prácu neodmenila. Masuoka zažaloval Toshibu a žiadal odškodné. V roku 2006 mu bolo vyplatených 87 miliónov juanov, čo zodpovedá 758 tisícom amerických dolárov. To sa stále zdá byť bezvýznamné vzhľadom na to, aký vplyvný sa flash pamäť stal v tomto odvetví.
Keď už hovoríme o flash pamäti, je tiež potrebné poznamenať, aký je rozdiel medzi NOR a NAND flash pamäťou. Ako už vieme z Masuoky, flash ukladá informácie do pamäťových buniek pozostávajúcich z tranzistorov s plávajúcim hradlom. Názvy technológií priamo súvisia s organizáciou pamäťových buniek.
V NOR flash sú jednotlivé pamäťové bunky zapojené paralelne, aby poskytovali náhodný prístup. Táto architektúra znižuje čas čítania potrebný na náhodný prístup k inštrukciám mikroprocesora. Flash pamäť NOR je ideálna pre aplikácie s nižšou hustotou, ktoré sú primárne určené len na čítanie. To je dôvod, prečo väčšina CPU načíta svoj firmvér, zvyčajne z pamäte NOR flash. Masuoka a jeho kolegovia predstavili vynález blesku NOR v roku 1984 a blesku NAND .
Vývojári NAND Flash opustili funkciu náhodného prístupu, aby dosiahli menšiu veľkosť pamäťovej bunky. Výsledkom je menšia veľkosť čipu a nižšie náklady na bit. Architektúra NAND flash pamäte pozostáva z osemdielnych pamäťových tranzistorov zapojených do série. Dosahuje sa tak vysoká hustota úložiska, menšia veľkosť pamäťovej bunky a rýchlejší zápis a vymazávanie údajov, pretože dokáže programovať bloky údajov súčasne. Dosahuje sa to požiadavkou na prepísanie údajov, keď sa nezapisujú postupne a údaje už existujú v .
1991
Prenesme sa do roku 1991, kedy prototyp SSD (solid-state drive) vytvorila spoločnosť SanDisk, vtedy známa ako . Dizajn kombinoval pole flash pamäte, energeticky nezávislé pamäťové čipy a inteligentný radič na automatickú detekciu a opravu chybných buniek. Kapacita disku bola 20 megabajtov s 2,5-palcovým tvarovým faktorom a jeho cena sa odhadovala na približne 1000 XNUMX dolárov. Tento disk používala spoločnosť IBM v počítači .
1994
Jedným z mojich osobných obľúbených pamäťových médií od detstva boli Zip Disky. V roku 1994 Iomega uviedla na trh Zip Disk, 100-megabajtovú kazetu v 3,5-palcovom formáte, približne o niečo hrubšiu ako štandardná 3,5-palcová jednotka. Neskoršie verzie diskov mohli uložiť až 2 gigabajty. Výhodou týchto diskov je, že mali veľkosť diskety, no mali schopnosť uložiť väčšie množstvo dát. Naše dátové bajty bolo možné zapisovať na disk Zip rýchlosťou 1,4 megabajtov za sekundu. Pre porovnanie, v tom čase sa na 1,44-palcovú disketu zapisovalo 3,5 megabajtov rýchlosťou asi 16 kilobajtov za sekundu. Na Zip disku hlavy čítajú/zapisujú dáta bezkontaktne, akoby lietali nad povrchom, čo je podobné ako pri pevnom disku, ale líši sa od princípu fungovania iných diskiet. Zip disky čoskoro zastarali kvôli problémom so spoľahlivosťou a dostupnosťou.
1994
V tom istom roku SanDisk predstavil CompactFlash, ktorý bol široko používaný v digitálnych videokamerách. Rovnako ako v prípade diskov CD sú rýchlosti CompactFlash založené na hodnotení „x“, ako je 8x, 20x, 133x atď. Maximálna rýchlosť prenosu dát sa vypočíta na základe bitovej rýchlosti pôvodného zvukového disku CD, 150 kilobajtov za sekundu. Prenosová rýchlosť vyzerá takto R = Kx150 kB/s, kde R je prenosová rýchlosť a K je nominálna rýchlosť. Takže pre 133x CompactFlash bude náš dátový bajt zapísaný rýchlosťou 133x150 kB/s alebo približne 19 950 kB/s alebo 19,95 MB/s. Združenie CompactFlash bolo založené v roku 1995 s cieľom vytvoriť priemyselný štandard pre pamäťové karty typu flash.
1997
O niekoľko rokov neskôr, v roku 1997, bol vydaný prepisovateľný kompaktný disk (CD-RW). Tento optický disk slúžil na ukladanie dát a na kopírovanie a prenos súborov do rôznych zariadení. CD je možné prepísať asi 1000-krát, čo v tom čase nebolo limitujúcim faktorom, pretože používatelia len zriedka prepisovali dáta.
Disky CD-RW sú založené na technológii, ktorá mení odrazivosť povrchu. V prípade CD-RW fázové posuny v špeciálnom povlaku pozostávajúcom zo striebra, telúru a india spôsobujú schopnosť odrážať alebo neodrážať čítaný lúč, čo znamená 0 alebo 1. Keď je zlúčenina v kryštalickom stave, je priesvitný, čo znamená 1. Keď sa zlúčenina roztopí do amorfného stavu, stane sa nepriehľadnou a nereflexnou, čo 0. Takže by sme mohli zapísať náš dátový bajt ako 01001010.
DVD nakoniec prevzali väčšinu trhového podielu od CD-RW.
1999
Presuňme sa do roku 1999, kedy IBM predstavilo v tom čase najmenšie pevné disky na svete: IBM 170 MB a 340 MB mikrodisky. Išlo o malé 2,54 cm pevné disky navrhnuté tak, aby sa zmestili do slotov CompactFlash Type II. Plánovalo sa vytvoriť zariadenie, ktoré by sa používalo ako CompactFlash, ale s väčšou kapacitou pamäte. Čoskoro ich však nahradili USB flash disky a potom väčšie karty CompactFlash, keď boli dostupné. Rovnako ako iné pevné disky, aj mikrodisky boli mechanické a obsahovali malé rotujúce disky.
2000
O rok neskôr, v roku 2000, boli predstavené USB flash disky. Mechaniky pozostávali z flash pamäte uzavretej v malom prevedení s rozhraním USB. V závislosti od verzie použitého rozhrania USB sa rýchlosť môže líšiť. USB 1.1 je obmedzené na 1,5 megabitov za sekundu, zatiaľ čo USB 2.0 zvládne 35 megabitov za sekundu a USB 3.0 je 625 megabitov za sekundu. Prvé jednotky USB 3.1 typu C boli ohlásené v marci 2015 a mali rýchlosť čítania/zápisu 530 megabitov za sekundu. Na rozdiel od diskiet a optických jednotiek sa USB zariadenia ťažšie poškriabu, no stále majú rovnaké možnosti na ukladanie dát, ako aj na prenos a zálohovanie súborov. Disketové a CD mechaniky boli rýchlo nahradené USB portami.
2005
V roku 2005 začali výrobcovia pevných diskov (HDD) dodávať produkty využívajúce kolmý magnetický záznam alebo PMR. Je zaujímavé, že sa to stalo v rovnakom čase, keď iPod Nano oznámil použitie flash pamäte namiesto 1-palcových pevných diskov v iPode Mini.
Typický pevný disk obsahuje jeden alebo viac pevných diskov potiahnutých magneticky citlivým filmom zloženým z malých magnetických zŕn. Údaje sa zaznamenávajú, keď magnetická záznamová hlava preletí tesne nad rotujúcim diskom. Toto je veľmi podobné tradičnému prehrávaču gramofónových platní, len s tým rozdielom, že v gramofóne je stylus vo fyzickom kontakte s platňou. Keď sa disky otáčajú, vzduch v kontakte s nimi vytvára jemný vánok. Rovnako ako vzduch na krídle lietadla generuje vztlak, vzduch generuje vztlak na hlave profilu . Hlava rýchlo zmení magnetizáciu jednej magnetickej oblasti zŕn tak, že jej magnetický pól smeruje nahor alebo nadol, čo znamená 1 alebo 0.
Predchodcom PMR bol pozdĺžny magnetický záznam alebo LMR. Hustota záznamu PMR môže byť viac ako trojnásobná oproti LMR. Hlavný rozdiel medzi PMR a LMR je v tom, že štruktúra zŕn a magnetická orientácia uložených údajov médií PMR je skôr stĺpcová než pozdĺžna. PMR má lepšiu tepelnú stabilitu a zlepšený pomer signálu k šumu (SNR) vďaka lepšej separácii zŕn a rovnomernosti. Vyznačuje sa tiež vylepšenou nahrávateľnosťou vďaka silnejším hlavovým poliam a lepšiemu zarovnaniu magnetických médií. Rovnako ako LMR, základné obmedzenia PMR sú založené na tepelnej stabilite dátových bitov zapisovaných magnetom a potrebe mať dostatočné SNR na čítanie zapísanej informácie.
2007
V roku 2007 bol ohlásený prvý 1 TB pevný disk od Hitachi Global Storage Technologies. Hitachi Deskstar 7K1000 používal päť 3,5-palcových 200 GB platní a otáčal sa ot./min Ide o výrazné zlepšenie oproti prvému pevnému disku na svete, IBM RAMAC 350, ktorý mal kapacitu približne 3,75 megabajtu. Ach, ako ďaleko sme sa dostali za 51 rokov! Ale počkajte, je tu niečo viac.
2009
V roku 2009 sa začali technické práce na vytvorení energeticky nezávislej expresnej pamäte, príp . Energeticky nezávislá pamäť (NVM) je typ pamäte, ktorá dokáže ukladať dáta natrvalo, na rozdiel od volatilnej pamäte, ktorá si vyžaduje konštantné napájanie na ukladanie dát. NVMe rieši potrebu škálovateľného rozhrania hostiteľského radiča pre polovodičové periférne komponenty s podporou PCIe, odtiaľ názov NVMe. Do pracovnej skupiny na vypracovanie projektu bolo zaradených viac ako 90 spoločností. Toto všetko bolo založené na práci na definovaní špecifikácie rozhrania hostiteľa nevolatilnej pamäte (NVMHCIS). Dnešné najlepšie disky NVMe dokážu spracovať približne 3500 3300 megabajtov za sekundu čítania a XNUMX XNUMX megabajtov za sekundu zápisu. Zápis dátového bajtu j, s ktorým sme začali, je veľmi rýchly v porovnaní s pár minútami ručného tkania pamäte lana pre počítač Apollo Guidance Computer.
Súčasnosť a budúcnosť
Pamäť triedy úložiska
Teraz, keď sme sa preniesli späť v čase (ha!), poďme sa pozrieť na aktuálny stav pamäte Storage Class Memory. SCM, rovnako ako NVM, je robustný, ale SCM tiež poskytuje výkon vyšší alebo porovnateľný s hlavnou pamäťou a . Cieľom SCM je vyriešiť niektoré dnešné problémy s vyrovnávacou pamäťou, ako je nízka hustota statickej pamäte s náhodným prístupom (SRAM). S dynamickou pamäťou s náhodným prístupom (DRAM) môžeme dosiahnuť lepšiu hustotu, ale je to za cenu pomalšieho prístupu. DRAM tiež trpí potrebou neustáleho napájania na obnovenie pamäte. Poďme tomu trochu porozumieť. Napájanie je potrebné, pretože elektrický náboj na kondenzátoroch postupne uniká, čo znamená, že bez zásahu sa údaje na čipe čoskoro stratia. Aby sa predišlo takémuto úniku, DRAM vyžaduje externý obnovovací obvod pamäte, ktorý pravidelne prepisuje údaje v kondenzátoroch a obnovuje ich na pôvodné nabitie.
Pamäť so zmenou fázy (PCM)
Predtým sme sa pozreli na to, ako sa mení fáza pre CD-RW. PCM je na tom podobne. Materiálom na zmenu fázy je zvyčajne Ge-Sb-Te, tiež známy ako GST, ktorý môže existovať v dvoch rôznych stavoch: amorfný a kryštalický. Amorfný stav má vyšší odpor, označujúci 0, ako kryštalický stav, ktorý označuje 1. Priradením údajových hodnôt k stredným odporom je možné PCM použiť na uloženie viacerých stavov ako .
Pamäť s náhodným prístupom krútiaceho momentu (STT-RAM)
STT-RAM pozostáva z dvoch feromagnetických, permanentných magnetických vrstiev oddelených dielektrikom, izolantom, ktorý môže prenášať elektrickú silu bez vedenia. Ukladá bity údajov na základe rozdielov v magnetických smeroch. Jedna magnetická vrstva, nazývaná referenčná vrstva, má pevný magnetický smer, zatiaľ čo druhá magnetická vrstva, nazývaná voľná vrstva, má magnetický smer, ktorý je riadený prechádzajúcim prúdom. Pre 1 je smer magnetizácie dvoch vrstiev zarovnaný. Pre 0 majú obe vrstvy opačné magnetické smery.
Odporová pamäť s náhodným prístupom (ReRAM)
Bunka ReRAM pozostáva z dvoch kovových elektród oddelených vrstvou oxidu kovu. Trochu ako dizajn flash pamäte Masuoka, kde elektróny prenikajú vrstvou oxidu a uviaznu v plávajúcej bráne alebo naopak. Pri ReRAM sa však stav bunky určuje na základe koncentrácie voľného kyslíka vo vrstve oxidu kovu.
Aj keď sú tieto technológie sľubné, stále majú svoje nevýhody. PCM a STT-RAM majú vysokú latenciu zápisu. Latencie PCM sú desaťkrát vyššie ako latencie DRAM, zatiaľ čo latencie STT-RAM sú desaťkrát vyššie ako SRAM. PCM a ReRAM majú limit, ako dlho môže dôjsť k zápisu, kým dôjde k závažnej chybe, čo znamená, že sa pamäťový prvok zasekne. .
V auguste 2015 spoločnosť Intel oznámila vydanie Optane, svojho produktu založeného na 3DXPoint. Optane tvrdí 1000 XNUMX-krát vyšší výkon ako NAND SSD za cenu štyri až päťkrát vyššiu ako flash pamäť. Optane je dôkazom, že SCM je viac než len experimentálna technológia. Bude zaujímavé sledovať vývoj týchto technológií.
Pevné disky (HDD)
Héliový HDD (HHDD)
Héliový disk je vysokokapacitný pevný disk (HDD), ktorý je počas výrobného procesu naplnený héliom a hermeticky uzavretý. Rovnako ako ostatné pevné disky, ako sme už povedali, je to podobné ako gramofón s magneticky potiahnutým rotujúcim tanierom. Typické pevné disky majú jednoducho vzduch vo vnútri dutiny, ale tento vzduch spôsobuje určitý odpor, keď sa taniere otáčajú.
Héliové balóny plávajú, pretože hélium je ľahšie ako vzduch. V skutočnosti má hélium 1/7 hustoty vzduchu, čo znižuje brzdnú silu pri otáčaní platničiek, čo spôsobuje zníženie množstva energie potrebnej na roztočenie kotúčov. Táto vlastnosť je však druhoradá, hlavnou charakteristickou črtou hélia bolo to, že vám umožňuje zabaliť 7 plátkov v rovnakom tvare, do ktorých by sa normálne zmestilo iba 5. Ak si spomenieme na analógiu s krídlom nášho lietadla, potom je to dokonalý analóg . Pretože hélium znižuje odpor, eliminuje sa turbulencia.
Vieme tiež, že héliové balóny sa po niekoľkých dňoch začnú potápať, pretože hélium z nich vychádza. To isté možno povedať o úložných zariadeniach. Trvalo roky, kým výrobcovia dokázali vytvoriť nádobu, ktorá zabránila úniku hélia z tvarového faktora počas životnosti disku. Backblaze vykonal experimenty a zistil, že héliové pevné disky mali ročnú chybovosť 1,03 % v porovnaní s 1,06 % v prípade štandardných diskov. Samozrejme, tento rozdiel je taký malý, že z toho možno vyvodiť vážny záver .
Héliom naplnený tvarový faktor môže obsahovať pevný disk zapuzdrený pomocou PMR, o ktorom sme hovorili vyššie, alebo mikrovlnného magnetického záznamu (MAMR) alebo tepelne asistovaného magnetického záznamu (HAMR). Akákoľvek technológia magnetického ukladania môže byť kombinovaná s héliom namiesto vzduchu. V roku 2014 HGST skombinovala dve špičkové technológie vo svojom 10TB héliovom pevnom disku, ktorý využíval hostiteľom riadený šindľový magnetický záznam alebo SMR (Shingled magnetický záznam). Povedzme si niečo o SMR a potom sa pozrime na MAMR a HAMR.
Technológia magnetického záznamu dlaždíc
Predtým sme sa zaoberali kolmým magnetickým záznamom (PMR), ktorý bol predchodcom SMR. Na rozdiel od PMR, SMR zaznamenáva nové stopy, ktoré prekrývajú časť predtým zaznamenanej magnetickej stopy. To zase robí predchádzajúcu stopu užšou, čo umožňuje vyššiu hustotu stopy. Názov technológie pochádza zo skutočnosti, že lapové dráhy sú veľmi podobné škridlovým trasám.
SMR má za následok oveľa zložitejší proces zápisu, pretože zápis do jednej stopy prepíše susednú stopu. Toto sa nestane, keď je diskový substrát prázdny a dáta sú sekvenčné. Akonáhle však nahrávate do série stôp, ktoré už obsahujú údaje, existujúce susedné údaje sa vymažú. Ak susedná stopa obsahuje údaje, je potrebné ich prepísať. Je to dosť podobné NAND flash, o ktorom sme hovorili skôr.
Zariadenia SMR skrývajú túto zložitosť spravovaním firmvéru, výsledkom čoho je rozhranie podobné akémukoľvek inému pevnému disku. Na druhej strane zariadenia SMR riadené hostiteľom, bez špeciálneho prispôsobenia aplikácií a operačných systémov, neumožnia použitie týchto diskov. Hostiteľ musí zapisovať do zariadení striktne sekvenčne. Výkon zariadení je zároveň 100% predvídateľný. Spoločnosť Seagate začala dodávať disky SMR v roku 2013 s vyššou hustotou o 25 %. Hustota PMR.
Mikrovlnný magnetický záznam (MAMR)
Mikrovlnný magnetický záznam (MAMR) je technológia magnetickej pamäte, ktorá využíva energiu podobnú HAMR (diskutované ďalej) Dôležitou súčasťou MAMR je Spin Torque Oscillator (STO). Samotný STO sa nachádza v tesnej blízkosti záznamovej hlavy. Pri privedení prúdu do STO sa v dôsledku polarizácie spinov elektrónov generuje kruhové elektromagnetické pole s frekvenciou 20-40 GHz.
Pri vystavení takémuto poľu dochádza k rezonancii vo feromagnetiku používanom pre MAMR, čo vedie k precesii magnetických momentov domén v tomto poli. V podstate sa magnetický moment odchyľuje od svojej osi a na zmenu jeho smeru (preklopenie) potrebuje záznamová hlava podstatne menej energie.
Použitie technológie MAMR umožňuje odoberať feromagnetické látky s väčšou koercitívnou silou, čo znamená, že veľkosť magnetických domén je možné zmenšiť bez strachu, že spôsobia superparamagnetický efekt. Generátor STO pomáha zmenšiť veľkosť záznamovej hlavy, čo umožňuje zaznamenávať informácie na menších magnetických doménach, a preto zvyšuje hustotu záznamu.
Western Digital, tiež známy ako WD, predstavil túto technológiu v roku 2017. Čoskoro v roku 2018 spoločnosť Toshiba túto technológiu podporila. Zatiaľ čo WD a Toshiba sledujú technológiu MAMR, Seagate vsádza na HAMR.
Termomagnetický záznam (HAMR)
Teplom asistovaný magnetický záznam (HAMR) je energeticky efektívna technológia magnetického ukladania údajov, ktorá môže výrazne zvýšiť množstvo údajov, ktoré možno uložiť na magnetickom zariadení, ako je napríklad pevný disk, pomocou tepla dodávaného laserom na uľahčenie zápisu. údaje na povrchové substráty pevného disku. Zahrievanie spôsobuje, že dátové bity sú na substráte disku umiestnené oveľa bližšie k sebe, čo umožňuje zvýšenú hustotu dát a kapacitu.
Táto technológia je pomerne náročná na implementáciu. 200 mW rýchly laser malú oblasť s teplotou až 400 °C pred nahrávaním bez toho, aby došlo k zásahu alebo poškodeniu zvyšku údajov na disku. Proces zahrievania, zaznamenávania údajov a chladenia musí byť dokončený za menej ako nanosekundu. Riešenie týchto výziev si vyžadovalo vývoj povrchových plazmónov nanometrov, známych aj ako povrchovo vedené lasery, namiesto priameho laserového ohrevu, ako aj nové typy sklenených platní a povlakov na riadenie teploty, aby vydržali rýchle bodové zahrievanie bez poškodenia záznamovej hlavy alebo akejkoľvek blízkej údajov a rôzne ďalšie technické výzvy, ktoré bolo potrebné prekonať.
Napriek mnohým skeptickým vyhláseniam spoločnosť Seagate prvýkrát demonštrovala túto technológiu v roku 2013. Prvé disky sa začali dodávať v roku 2018.
Koniec filmu, prejdite na začiatok!
Začali sme v roku 1951 a končíme článok pohľadom do budúcnosti úložných technológií. Dátové úložiská sa postupom času veľmi zmenili, od papierových pások po kovové a magnetické, lanové pamäte, rotujúce disky, optické disky, flash pamäte a iné. Pokrok priniesol rýchlejšie, menšie a výkonnejšie úložné zariadenia.
Ak porovnáte NVMe s kovovou páskou UNISERVO z roku 1951, NVMe dokáže prečítať o 486 111 % viac číslic za sekundu. Pri porovnaní NVMe s mojím obľúbeným zariadením Zip z detstva dokáže NVMe prečítať o 213,623 % viac číslic za sekundu.
Jediné, čo zostáva pravdou, je použitie 0 a 1. Spôsoby, akými to robíme, sa veľmi líšia. Dúfam, že keď nabudúce napálite CD-RW piesní priateľovi alebo uložíte domáce video do archívu optických diskov, budete premýšľať o tom, ako sa nereflexný povrch prekladá na 0 a odrazový povrch na 1. Alebo ak nahrávate mixtape na kazetu, nezabudnite, že veľmi úzko súvisí s Datasette používanou v Commodore PET. Nakoniec nezabudnite byť láskaví a pretočiť.
Vďaka и za tie drobnosti (nemôžem si pomôcť) v celom článku!
Čo si ešte môžete prečítať na blogu?
→
→
→
→
→
Prihláste sa na odber -kanál, aby vám neušiel ďalší článok! Píšeme si maximálne dvakrát do týždňa a len služobne. Pripomíname vám tiež, že Cloud4Y môže poskytnúť bezpečný a spoľahlivý vzdialený prístup k podnikovým aplikáciám a informáciám potrebným na zabezpečenie kontinuity podnikania. Práca na diaľku je ďalšou prekážkou šírenia koronavírusu. Pre podrobnosti kontaktujte našich manažérov na .
Zdroj: hab.com