Každý cloudový poskytovateľ ponúka službu ukladania dát. Môže ísť o studené a teplé úložiská, Ice-cold a podobne. Ukladanie informácií v cloude je veľmi pohodlné. Ale ako sa ukladali údaje pred 10, 20, alebo 50 rokmi? Cloud4Y preložil zaujímavý článok, ktorý o tom hovorí.
Bajt dát môže byť ukladaný rôznymi spôsobmi, pretože neustále vznikajú nové, sofistikovanejšie a rýchlejšie nosiče informácií. Bajt je jednotka ukladania a spracovania digitálnych informácií, ktorá sa skladá z ôsmych bitov. V jednom bite môže byť uložené buď 0, alebo 1.
V prípade perforovaných kariet je bit uložený ako prítomnosť/absencia otvoru na karte na konkrétnom mieste. Ak sa vrátime ešte hlbšie do minulosti k „Analytickému stroju Babbagea“, registre, ktoré uchovávali čísla, predstavovali ozubené kolieska. U magnetických zariadení na ukladanie, ako sú pásky a disky, je bit reprezentovaný polaritou určitej oblasti magnetickej fólie. V moderných dynamických pamätiach s náhodným prístupom (DRAM) je bit často reprezentovaný ako dvojúrovňový elektrický náboj uložený v zariadení, ktoré akumuluje elektrickú energiu v elektrickom poli. Nabité alebo vybitie kapacity uchováva bit dát.
V júni 1956 vymyslel slovo na označenie skupiny bitov používaných na kódovanie jedného znaku . Poďme si trošku pohovoriť o kódovaní znakov. Začneme s americkým štandardným kódom pre výmenu informácií, alebo ASCII (ASCII, ang. American standard code for information interchange). ASCII bol založený na anglickej abecede, takže každý znak, číslica a symbol (a-z, A-Z, 0-9, +, -, /, ", ! atď.) boli reprezentované ako 7-bitové celé číslo od 32 do 127. Nebolo to veľmi „priateľské“ voči iným jazykovým systémom. Na podporu iných jazykov Unicode rozšíril ASCII. V Unicode je každý znak reprezentovaný ako kódová bod, alebo znak, napríklad malé písmeno j — U+006A, kde U označuje Unicode a následne hexadecimálne číslo.
UTF-8 je štandard pre reprezentáciu znakov ako osem bitov, čo umožňuje ukladať každý kódový bod v rozsahu 0-127 v jednom byte. Ak si spomenieme na ASCII, to je celkom v poriadku pre anglické znaky, ale znaky iných jazykov sú často vyjadrené v dvoch alebo viacerých bytoch. UTF-16 je štandard pre reprezentáciu znakov ako 16 bitov, a UTF-32 je štandard pre reprezentáciu znakov ako 32 bitov. V ASCII je každý znak jedným byt, zatiaľ čo v Unicode, čo často nie je úplne presné, môže znak zaberať 1, 2, 3 alebo viac bytov. V článku sa budú používať rôzne veľkostné agregácie bitov. Počet bitov v byte sa líši v závislosti od konštrukcie nosiča.
V tomto článku podnikneme časovú cestu rôznymi nosičmi informácií s cieľom preniknúť do histórie ukladania dát. Rozhodne sa nebudeme hlboko zaoberať každým jednotlivým nosičom informácií, ktorý bol kedy vymyslený. Pred vami je zábavný informačný článok, ktorý v žiadnom prípade nenavádza na encyklopedickú významnosť.
Začnime. Predpokladajme, že máme byte dát na ukladanie: písmeno j, alebo vo forme kódovaného bytu 6a, alebo v binárnom 01001010. Počas našej časovej cesty sa bude byte dát používať v niektorých technológiach ukladania, ktoré budú popísané.
1951
Naša história sa začína v roku 1951 s magnetickým pásom UNIVAC UNISERVO pre počítač UNIVAC 1. Bol to prvý magnetický pás vytvorený pre komerčný počítač. Pás bol vyrobený z tenkej strižky niklovanej bronzy s šírkou 12,65 mm (nazývanej Vicalloy) a dĺžkou takmer 366 metrov. Naše byty dát mohli byť uložené rýchlosťou 7 200 znakov za sekundu na páse pohybujúcom sa rýchlosťou 2,54 metra za sekundu. V tejto fáze histórie ste mohli merať rýchlosť algoritmu ukladania podľa vzdialenosti, ktorú pás prešiel.
1952
Presuňme sa o rok späť, k 21. máju 1952, kedy IBM oznámila vydanie svojho prvého magnetického páskového bloku, IBM 726. Teraz sa môže náš dátový byt presunúť z kovového pásu UNISERVO na magnetickú pásku IBM. Tento nový domov sa ukázal byť veľmi útulný pre náš veľmi malý dátový byt, keďže na páse sa dá uložiť až 2 milióny číslic. Táto magnetická 7-drážková páska sa pohybovala rýchlosťou 1,9 metra za sekundu s prenosovou rýchlosťou 12 500 alebo 7500 (v tej dobe nazývaných kopírovacími skupinami) za sekundu. Pre porovnanie: v priemernom článku na Habre je približne 10 000 znakov.
Páska IBM 726 obsahovala sedem drážok, z ktorých šesť slúžilo na uchovávanie informácií a jedna na kontrolu paritného bitu. Na jednej spульke sa zmestilo až 400 metrov pásky širokej 1,25 cm. Rýchlosť prenosu dát teoreticky dosahovala 12 500 znakov za sekundu; hustota zápisu bola 40 bitov na centimeter. V tejto sústave sa používal metóda „vákuového kanála“, pri ktorej sa smyčka pásky pohybovala medzi dvomi bodmi. To umožnilo páske štartovať a zastavovať sa v zlomku sekundy. Toho sa dosiahlo umiestnením dlhých vákuových stĺpcov medzi cívkami pásky a čítacím/zapisovacím hlavami, aby absorbovali náhle zvýšenie napätia v páse, bez ktorého by sa pás roztrhol. Odnímateľný plastový krúžok na zadnej strane cievky pásky zabezpečil ochranu proti zápisu. Na jednej cievke pásky sa dá uložiť približne 1,1 .
Spomeňte si na VHS kazety. Čo sa muselo urobiť, aby ste si mohli film pozrieť znovu? Pretočiť pásku! A koľkokrát ste krútili kazetou okolo ceruzky, aby ste nezvyšovali batérie a neodtrhli alebo nezasekli pásku? To isté platí aj pre pásky používané v počítačoch. Programy nemohli jednoducho preskočiť cez nejakú časť pásky alebo náhodne získať prístup k dátam, mohli čítať a zapisovať dáta striktne sekvenčne.
1956
Ak sa presunieme o niekoľko rokov dopredu, do roku 1956, začala éra uchovávania magnetických diskov so dokončením vývoja počítačového systému RAMAC 305 spoločnosťou IBM, ktorý dodá spoločnosť Zellerbach Paper. . V tomto počítači bol po prvýkrát použitý pevný disk s pohyblivou hlavou. Diskový mechanizmus RAMAC pozostával z päťdesiatich magnetizovaných kovových platní s priemerom 60,96 cm, schopných uložiť približne päť miliónov znakov dát, 7 bitov na znak, a otáčať sa rýchlosťou 1200 otáčok za minútu. Kapacita úložiska bola približne 3,75 megabajtu.
RAMAC umožňoval v reálnom čase prístup k veľkým objemom dát, na rozdiel od magnetických pások alebo dierovaných kariet. Spoločnosť IBM inzerovala RAMAC ako zariadenie, schopné ukladať ekvivalent 64 000 . Predtým bola v RAMAC zavedená koncept kontinuálneho spracovania transakcií v čase ich vykonávania, aby bolo možné dáta extrahovať okamžite, kým sú ešte čerstvé. Teraz sme mohli prístupovať k našim dátam v RAMAC rýchlosťou 100 000 . Predtým, pri použití pásiek, sme museli zapisovať a čítať sekvenčné dáta, a nemohli sme náhodne prejsť na rôzne časti pásky. Náhodný prístup k dátam v reálnom čase bol vtedy naozaj revolučný.
1963
Prenesme sa do roku 1963, keď bola predstavená DECtape. Názov pochádza od spoločnosti Digital Equipment Corporation, známej ako DEC. DECtape bola cenovo dostupná a spoľahlivá, preto sa používala v mnohých generáciách počítačov DEC. Bola to 19-mm páska, laminovaná a stlačená medzi dvoma vrstvami mylaru na štvordruhovej (10,16 cm) cívke.
Na rozdiel od jej ťažkých, veľkých predchodcov, DECtape sa dala prenášať ručne. To ju robilo vynikajúcou voľbou pre osobné počítače. Na rozdiel od 7-stopových analógov mala DECtape 6 dátových stôp, 2 stopy pre značky a 2 pre hodinové impulzy. Dáta sa zapisovali rýchlosťou 350 bitov na palec (138 bitov na cm). Náš bajt dát, ktorý pozostáva z 8 bitov, ale môže byť rozšírený na 12, mohol byť prenášaný na DECtape rýchlosťou 8325 12-bitových slov za sekundu pri rýchlosti pásky 93 (±12) palcov v . To je o 8% viac čísel za sekundu ako na kovovej páske UNISERVO v roku 1952.
1967
Štyri roky neskôr, v roku 1967, malý tím IBM začal pracovať na disku IBM s kódovým názvom . Potom pred tímto tímom bola stanovená úloha vyvinúť spoľahlivý a cenovo dostupný spôsob načítania mikrokódov do IBM System/370. Neskôr bol projekt premenovaný a prekvalifikovaný na načítanie mikrokódu do ovládača pre IBM 3330 Direct Access Storage Facility pod kódovým názvom Merlin.
Teraz môže náš bajt byť uložený na len čítateľných 8-palcových flexibilných diskoch Mylar s magnetickým povrchom, známych dnes ako diskety. Pri uvedení na trh produkt dostal názov IBM 23FD Floppy Disk Drive System. Disky mohli obsahovať 80 kilobajtov dát. Na rozdiel od pevných diskov, užívateľ mohol ľahko prenášať disketu v ochrannom obale z jedného disku na druhý. Neskôr, v roku 1973, IBM uviedla disk pre čítanie/písanie, ktorý sa stal priemyselným .
1969
V roku 1969 bol na palube kozmickej lode Apollo 11, ktorá dopravil amerických astronautov na Mesiac a späť, spustený palubný počítač AGC (Apollo Guidance Computer) s "lano pamäťou" (rope memory). Táto lano pamäť bola vyrobená ručne a mohla obsahovať 72 kilobajtov dát. Výroba lano pamäte bola zdĺhavá, pomalá a vyžadovala zručnosti podobné tkaniu; na zapletenie programu do lano pamäte mohlo trvať . Ale to bol správny nástroj pre tú dobu, keď bolo dôležité zmestiť maximum do tvrdo obmedzeného priestoru. Keď drôt prešiel jedným z kruhových vlákien, predstavoval 1. Drôt, ktorý obiehal okolo vlákna, predstavoval 0. Náš bajt dát vyžadoval od človeka niekoľko minút zapletenia do lana.
1977
V roku 1977 bol uvedený Commodore PET — prvý (úspešný) osobný počítač. V PET bol použitý Commodore 1530 Datasette, čo znamená dáta plus kazeta. PET prevádzalo dáta na analógové zvukové signály, ktoré sa potom ukladali na . To umožnilo vytvoriť cenovo dostupné a spoľahlivé riešenie na ukladanie dát, aj keď veľmi pomalé. Náš malý bajt dát sa mohol prenášať rýchlosťou okolo 60-70 bajtov za . Kazety mohli obsahovať približne 100 kilobajtov na 30-minútovú stranu, s dvoma stranami na páske. Napríklad, na jednej strane kazety by sa dalo umiestniť asi dve 55 KB obrázky. Datasette sa tiež používali v Commodore VIC-20 a Commodore 64.
1978
O rok neskôr, v 1978, MCA a Philips predstavili LaserDisc s názvom „Discovision“. Film „Čeľuste“ sa stal prvým filmom predávaným na LaserDisc v USA. Kvalita zvuku a videa na ňom bola oveľa lepšia ako u konkurencie, avšak laserový disk sa ukázal ako príliš drahý pre väčšinu spotrebiteľov. Na LaserDisc nebolo možné nahrávať, na rozdiel od VHS kaziet, na ktoré si ľudia nahrávali televízne programy. Laserové disky pracovali s analógovým videom, analógovým FM stereo zvukom a impulzne kódovou , alebo PCM, digitálnym audio. Disky mali priemer 12 palcov (30,47 cm) a pozostávali z dvoch jednostranných hliníkových diskov pokrytých plastom. Dnes si LaserDisc pamätáme ako základ pre CD a DVD.
1979
O rok neskôr, v 1979, Alan Shugart a Phineas Connor založili spoločnosť Seagate Technology s myšlienkou zmenšiť pevný disk na veľkosť 5 ¼-palcovej diskety, ktorá bola v tom čase štandardná. Ich prvým produktom v roku 1980 bol pevný disk Seagate ST506 — prvý pevný disk pre kompaktné počítače. Disk mal kapacitu päť megabajtov, čo bolo vtedy päťkrát viac ako štandardná disketa. Zakladatelia dokázali dosiahnuť svoj cieľ — zmenšiť veľkosť disku na veľkosť 5¼-palcovej diskety. Nové úložné zariadenie predstavovalo tvrdú kovovú platňu pokrytú z oboch strán tenkým povlakom magnetického materiálu na uchovávanie dát. Naše bajty dát mohli byť prenášané na disk rýchlosťou 625 kilobajtov za . To je približne .
1981
Prenesme sa o pár rokov vpřed, do roku 1981, keď Sony predstavila prvé 3,5-palcové diskety. Spoločnosť Hewlett-Packard sa stala prvým nasledovníkom tejto technológie v roku 1982 so svojím HP-150. To preslávilo 3,5-palcové diskety a dalo im široké rozšírenie v . Diskety boli jednostranné s naformátovanou kapacitou 161,2 kilobajta a neformátovanou kapacitou 218,8 kilobajta. V roku 1982 bola vydaná obojstranná verzia, a konsorcium Microfloppy Industry Committee (MIC), ktoré sa skladalo z 23 mediálnych spoločností, stanovilo špecifikáciu 3,5-palcovej diskety na pôvodnom dizajne Sony, čím sa tento formát zapísal do histórie v podobe, v akej ho . Teraz môžu byť naše bajty dát uchovávané na jednej z najrozšírenejších nosičov: 3,5-palcovej diskete. Neskôr pár 3,5-palcových diskiet s stali najdôležitejšou súčasťou môjho detstva.
1984
Čoskoro potom, v roku 1984, bolo oznámené o uvedení kompaktnej disku s údajmi, dostupnými iba na čítanie (angl. Compact Disc Read-Only Memory, CD-ROM). Boli to CD-ROM s kapacitou 550 megabajtov od spoločností Sony a Philips. Formát vznikol z kompaktných diskov s digitálnym audiom, alebo CD-DA, ktoré sa používali na distribúciu hudby. CD-DA bol vyvinutý spoločnosťami Sony a Philips v roku 1982 a jeho kapacita činila 74 minút. Podľa legendy, keď Sony a Philips rokovali o štandarde CD-DA, jeden zo štyroch účastníkov trval na tom, aby mohol celú „Deviatu symfóniu“. Prvým produktom, ktorý bol vydaný na kompaktne disku, bola „Elektronická encyklopédia Grolier“, ktorá vyšla v roku 1985. Encyklopédia obsahovala deväť miliónov slov, čo zaberalo iba 12% dostupného diskového priestoru, a to 553 Mali by sme viac než dosť miesta pre encyklopédiu a bajt údajov. Čoskoro potom, v roku 1985, počítačové spoločnosti spolupracovali na vytvorení štandardu pre disky, aby akýkoľvek počítač mohol čítať z nich informácie.
1984
Tiež v roku 1984 Fujio Masuoka vyvinul nový typ pamäte s plávajúcim tranzistorom nazvaný flash pamäť, ktorá bola schopná byť viackrát vymazaná a prepísaná.
Pozrime sa trochu na flash pamäť, ktorá používa tranzistor s plávajúcim tranzistorom. Tranzistory sú elektrické brány, ktoré je možné zapínať a vypínať osobitne. Keďže každý tranzistor môže existovať v dvoch rôznych stavoch (zapnutom a vypnutom), môže uchovávať dve rôzne čísla: 0 a 1. Plávajúci tranzistor sa vzťahuje na druhú bránu pridanú k prostrednému tranzistoru. Táto druhá brána je izolovaná tenkým oxidovým vrstvou. Tieto tranzistory využívajú malé napätie aplikované na bránu tranzistora na označenie toho, či je zapnutý alebo vypnutý, čo sa potom prevádza na 0 alebo 1.
S plávajúcimi tranzistormi, keď sa na oxidovú vrstvu aplikujú príslušné napätia, elektróny ním prejdú a udržia sa na tranzistoroch. Preto aj pri vypnutí napájania elektróny ostávajú na nich. Keď na plávajúcich tranzistoroch nie sú žiadne elektróny, predstavujú 1, a keď sa elektróny zaseknú – 0. Spätný proces a aplikácia vhodného napätia cez oxidovú vrstvu v opačnom smere umožní elektrónom prechádzať späť cez plávajúce tranzistory a obnoviť tranzistor na jeho pôvodný stav. Preto sú bunky programovateľné a . Naša bytosť môže byť naprogramovaná v tranzistore ako 01001010, s elektrónmi, ktoré sú uväznené v plávajúcich tranzistoroch, na predstavovanie núl.
Konštrukcia Masuoku bola trochu dostupnejšia, ale menej flexibilná ako elektricky mazateľný PROM (EEPROM), pretože vyžadovala niekoľko skupín buniek, ktoré museli byť vymazané spolu, ale to tiež vysvetľuje jeho rýchlosť.
V tom čase Masuoka pracoval v Toshiba. Nakoniec odišiel pracovať na Univerzitu Tohoku, pretože bol nespokojný s tým, že spoločnosť ho neodmenila za jeho prácu. Masuoka žaloval Toshiba o odškodnenie. V roku 2006 mu vyplatili 87 miliónov juanov, čo zodpovedá 758 tisícom dolárov. To sa stále zdá nepatrné, vzhľadom na to, aký vplyv mala flash pamäť na priemysel.
Keď už hovoríme o flash pamäti, stojí za to tiež poznamenať, v čom je rozdiel medzi NOR a NAND flash pamäťou. Ako sme sa už dozvedeli od Masuoku, flash uchováva informácie v pamäťových bunkách pozostávajúcich z tranzistorov s plávajúcim tranzistorom. Názvy technológií sú priamo spojené s tým, ako sú organizované pamäťové bunky.
Vo flash pamäti NOR sú jednotlivé pamäťové bunky zapojené paralelne, čo zabezpečuje náhodný prístup. Táto architektúra umožňuje skrátiť čas čítania potrebný na náhodný prístup k inštrukciám mikropočítača. Flash pamäť NOR je ideálna pre aplikácie s nižšou hustotou, ktoré sú prevažne len na čítanie. Preto väčšina CPU načítava svoj firmware z flash pamäte NOR. Masuoka a jeho kolegovia predstavili vynález NOR flash v roku 1984 a NAND flash v .
Vývojári NAND Flash sa vzdali možnosti náhodného prístupu, aby dosiahli menšiu veľkosť pamäťovej bunky. To vedie k menšej veľkosti čipu a nižšiemu nákladu na bit. Architektúra NAND flash pamäte pozostáva zo sekvenčne prepojených pamäťových tranzistorov, ktoré sa skladajú z ôsmich častí. Vďaka tomu sa dosahuje vysoká hustota ukladania, menšia veľkosť pamäťovej bunky, ako aj rýchlejšie zapisovanie a vymazávanie dát, pretože môže súčasne programovať bloky dát. To sa dosahuje potrebou prepisovania dát, keď nie sú zapisované sekvenčne a dáta už existujú v .
1991
Prejdime k roku 1991, keď bol vyvinutý prototyp SSD (solid-state drive) spoločnosťou SanDisk, v tom čase známou pod názvom . Konštrukcia kombinovala pole flash pamäte, energeticky nezávislé pamäťové čipy a inteligentný kontrolér na automatické detekovanie a opravu vadných buniek. Kapacita disku bola 20 megabajtov pri formáte 2,5 palca a jeho cena sa odhadovala na približne 1000 dolárov. Tento disk bol použitý spoločnosťou IBM v počítači .
1994
Jedným z mojich obľúbených médií na ukladanie dát už od detstva boli Zip disky. V roku 1994 spoločnosť Iomega vydala Zip Disk, 100-megabajtový kazetový disk formátu 3,5 palca, ktorý bol asi o niečo hrubší ako štandardný 3,5-palcový disk. Neskoršie verzie diskov mohli ukladať až 2 gigabajty. Výhodou týchto diskov bolo, že mali rovnakú veľkosť ako disketa, ale umožňovali uložiť väčší objem dát. Na Zip disk sme mohli zapisovať naše dáta rýchlosťou 1,4 megabajta za sekundu. Na porovnanie: v tom čase sa 1,44 megabajtové disketky zapisovali rýchlosťou okolo 16 kilobajtov za sekundu. Na Zip disku čítacie/zapisovacie hlavy pracovali bezdotykovo a akoby sa vznášali nad povrchom, čo pripomínalo činnosť pevného disku, ale líšilo sa od princípu fungovania iných disketiek. Čoskoro Zip disky zastarali kvôli problémom s spoľahlivosťou a dostupnosťou.
1994
V tom istom roku SanDisk predstavil CompactFlash, ktorý sa široko používal v digitálnych videokamerách. Rýchlosť CompactFlash, podobne ako v prípade kompaktných diskov, je založená na „x“ hodnoteniach, ako napríklad 8x, 20x, 133x a ďalších. Maximálna prenosová rýchlosť sa vypočítava na základe prenosovej rýchlosti pôvodného audio CD, 150 kilobajtov za sekundu. Prenosová rýchlosť vyzerá ako R = K x 150 kB/s, kde R je prenosová rýchlosť a K je nominálna rýchlosť. Takže pre 133x CompactFlash bude náš jeden bajt dát zapísaný na 133 x 150 kB/s alebo približne 19 950 kB/s alebo 19,95 MB/s. Asociácia CompactFlash bola založená v roku 1995 s cieľom vytvoriť priemyselný štandard pre pamäťové karty založené na flash pamäti.
1997
Niekoľko rokov neskôr, v roku 1997, bol uvedený na trh kompakt-disk s možnosťou prepisovania (CD-RW). Tento optický disk sa používal na ukladanie dát, ako aj na kopírovanie a prenos súborov na rôzne zariadenia. Kompakt-disky bolo možné prepisovať približne 1000-krát, čo vtedy nebolo obmedzením, pretože používatelia zriedka prepisovali dáta.
CD-RW sú založené na technológii zmeny odrazovej schopnosti povrchu. V prípade CD-RW fázy posúva v špeciálnom povlaku zloženom zo striebra, tellúru a india spôsobujú schopnosť odrážať alebo neodrážať čítací lúč, čo znamená 0 alebo 1. Keď je spojenie v kryštalickom stave, je polopriehľadné, čo znamená 1. Keď sa spojenie roztaví do amofórneho stavu, stáva sa nepriehľadným a neodrážajúcim, čo 0. Takže náš bajt dát môžeme zapísať ako 01001010.
DVD disky nakoniec zaberajú väčšinu trhu s CD-RW.
1999
Prejdime na rok 1999, keď IBM predstavila najmenšie na to časové pevné disky na svete: mikrodisky IBM s kapacitou 170 a 340 MB. Tieto malé pevné disky mali veľkosť 2,54 cm a boli určené na inštaláciu do slotov CompactFlash Type II. Plánovalo sa vytvoriť zariadenie, ktoré sa bude používať ako CompactFlash, ale s väčšou kapacitou pamäte. Napriek tomu ich čoskoro nahradili USB flash disky a následne aj väčšie karty CompactFlash, keď sa stali dostupnými. Rovnako ako iné pevné disky, mikrodisky boli mechanické a obsahovali malé otáčajúce sa disky.
2000
O rok neskôr, v roku 2000, boli predstavené USB flash disky. Tieto disky pozostávali z flash pamäte uzavretej v malom formáte s USB rozhraním. Rýchlosť sa mohla líšiť v závislosti od verzie používaného USB rozhrania. USB 1.1 je obmedzené na 1,5 megabitu za sekundu, zatiaľ čo USB 2.0 zvládne 35 megabitov za , a USB 3.0 – 625 megabitov za sekundu. Prvé USB disky typu C s verziou 3.1 boli oznámené v marci 2015 a mali rýchlosť čítania/zápisu 530 megabitov za sekundu. Na rozdiel od diskiet a optických diskov, USB zariadenia sú ťažšie poškriabať, ale majú rovnaké možnosti ukladania dát, ako aj prenosu a zálohovania súborov. Diskové mechaniky pre diskety a CD boli rýchlo nahradené USB portami.
2005
V roku 2005 začali výrobcovia pevných diskov (HDD) dodávať produkty využívajúce kolmo magnetické nahrávanie, alebo PMR. Zaujímavé je, že sa to stalo v rovnakom čase, keď iPod Nano oznámil využitie flash pamäte namiesto 1-palcových pevných diskov v iPod Mini.
Typický pevný disk obsahuje jeden alebo viac platní pokrytých magneticky citlivým povlakom, ktorý pozostáva z malých magnetických zŕn. Dáta sa zapisujú, keď magnetická zapisovacia hlava preletí tesne nad rotujúcou platňou. Je to veľmi podobné tradičnému gramofónu, len rozdiel je v tom, že v gramofóne je ihla v fyzickom kontakte s platňou. Pri otáčaní platní vzduch, ktorý sa s nimi dotýka, vytvára jemný vánok. Rovnako ako vzduch na krídle lietadla vytvára vztlak, vzduch generuje vztlak na hlave aerodynamickej plochy . Hlava rýchlo mení magnetizáciu jednej magnetickej oblasti zŕn, takže jej magnetický pól smeruje nahor alebo nadol, čo označuje 1 alebo 0.
Predchodcom PMR bol priečny magnetický záznam, alebo LMR. Hustota záznamu PMR môže prekročiť hustotu záznamu LMR viac ako trikrát. Hlavný rozdiel medzi PMR a LMR spočíva v tom, že štruktúra zrna a magnetická orientácia uložených dát na PMR médiách je stĺpcová a nie priečna. PMR má lepšiu teplotnú stabilitu a vylepšený pomer signál-šum (SNR) vďaka lepšiemu oddeleniu zrna a rovnomernosti. Tiež sa vyznačuje lepšou zapisovateľnosťou vďaka silnejším magnetickým poľom hlavy a lepšiemu magnetickému zarovnaniu média. Rovnako ako LMR, fundamentálne obmedzenia PMR sú založené na teplotnej stabilite zapisovaných magnetických bitov dát a potrebe mať dostatočné množstvo SNR pre čítanie zapísanej informácie.
2007
V roku 2007 bol ohlásený prvý pevný disk s kapacitou 1 TB od Hitachi Global Storage Technologies. Hitachi Deskstar 7K1000 využíval päť 3,5-palcových 200-gigabajtových platní a otáčal sa rýchlosťou ot./min. To je výrazné prevaha v porovnaní s prvým na svete pevným diskom IBM RAMAC 350, ktorého kapacita bola približne 3,75 megabajta. Ach, ako ďaleko sme pokročili za 51 rokov! Ale počkajte, je tu ešte niečo.
2009
V roku 2009 začali technické práce na vývoji energonezávislej expresnej pamäte, alebo . Energonezávislá pamäť (NVM) je typ pamäte, ktorá dokáže uchovávať dáta nepretržite, na rozdiel od energozávislej pamäte, ktorá potrebuje trvalé napájanie na uchovávanie dát. NVMe uspokojuje potrebu škálovateľného rozhrania hostiteľského ovládača pre periférne komponenty založené na polovodičových pamätiach s podporou technológie PCIe, odtiaľ aj názov NVMe. Viac ako 90 spoločností sa zapojilo do pracovnej skupiny na vývoj projektu. Všetko to bolo založené na výsledkoch práce na určení špecifikácie rozhrania energonezávislej pamäte hostiteľského ovládača (NVMHCIS). Najlepšie až do dnešného dňa disky NVMe dokážu spracovať približne 3500 megabajtov za sekundu pri čítaní a 3300 megabajtov za sekundu pri zápise. Zapísať bajt dát j, s ktorým sme začali, môže byť veľmi rýchle v porovnaní s pár minútami ručného pletenia rýchlostnej pamäte pre Apollo Guidance Computer.
Minulosť a budúcnosť
Pamäť triedy Storage
Teraz, keď sme prešli časom (ha!), pozrime sa na súčasný stav pamäte Storage Class Memory. SCM, podobne ako NVM, je trvalá, ale SCM poskytuje aj výkon, ktorý je lepší alebo porovnateľný s hlavnou pamäťou, a tiež . Cieľom SCM je vyriešiť niektoré dnešné problémy s vyrovnávacou pamäťou, ako je nízka hustota statickej pamäte s náhodným prístupom (SRAM). S dynamickou operačnou pamäťou (DRAM) môžeme získať lepšiu hustotu, ale to sa dosahuje na úkor pomalšieho prístupu. DRAM tiež trpí potrebou nepretržitého napájania na obnovenie pamäte. Poďme sa na to bližšie pozrieť. Napájanie je potrebné, pretože elektrický náboj na kondenzátoroch pomaly uniká, teda bez zásahu budú dáta na čipe čoskoro stratené. Aby sa predišlo takému úniku, DRAM vyžaduje externý obvod na obnovu pamäte, ktorý pravidelne prepíše dáta na kondenzátoroch, obnovujúc ich na pôvodný náboj.
Pamäť založená na fázovej zmene (Phase-change memory, PCM)
Už sme preskúmali, ako sa mení fáza pre CD-RW. PCM je podobná. Materiál na zmenu fázy je zvyčajne Ge-Sb-Te, známy aj ako GST, ktorý môže existovať v dvoch rôznych stavoch: amorfnom a kryštalickom. Amorfné stavy majú vyšší odpor, ktorý značí 0, ako kryštalické stavy, ktoré značí 1. Priradením hodnôt dát medzi strednými odporami môže PCM byť použitá na uloženie viacerých stavov vo forme .
Spin-transfer torque random access memory (STT-RAM)
STT-RAM sa skladá z dvoch feromagnetických, trvalých magnetických vrstiev oddelených dielektrikom, teda izolátorom, ktorý môže prenášať elektrickú energiu bez vedenia. Ukladá bity dát na základe rozdielu magnetických smerov. Jedna magnetická vrstva, nazývaná referenčná, má fixný magnetický smer, zatiaľ čo druhá magnetická vrstva, nazývaná voľná, má magnetický smer, ktorý je kontrolovaný prúdom. Pre 1 sa smer magnetizácie dvoch vrstiev zarovná. Pre 0 majú obe vrstvy opačné magnetické smerovanie.
Rezistívna pamäť s náhodným prístupom (Resistive random access memory, ReRAM)
Bunka ReRAM sa skladá z dvoch kovových elektród, oddelených oxidovým kovovým súvisom. Trochu to pripomína dizajn flash pamäte Masuoka, kde elektróny prenikajú cez oxidový pás a uviaznu v plávajúcich bránach, alebo naopak. Pri používaní ReRAM je však stav bunky určený na základe koncentrácie voľného kyslíka v oxidovom plášti kovu.
Napriek tomu, že tieto technológie sú sľubné, stále majú nevýhody. PCM a STT-RAM majú vysoké oneskorenie pri zápise. Oneskorenia PCM sú desaťkrát vyššie ako pri DRAM, zatiaľ čo pri STT-RAM sú desaťkrát vyššie ako pri SRAM. PCM a ReRAM majú obmedzenie na trvanie zápisu pred vznikom vážnej chyby, čo znamená, že pamäťový prvok sa uviazne na .
V auguste 2015 spoločnosť Intel oznámila uvedenie produktu Optane, ktorý je založený na technológii 3DXPoint. Optane tvrdí, že výkon je 1000-krát vyšší ako u SSD NAND, zatiaľ čo cena je štyrikrát až päťkrát vyššia ako pri flash pamäti. Optane je dôkazom, že SCM nie je len experimentálnou technológiou. Bude zaujímavé sledovať vývoj týchto technológií.
Pevné disky (HDD)
Heliový pevný disk (HHDD)
Heliový disk je veľkokapacitný pevný disk (HDD), vyplnený héliom a hermeticky uzavretý počas výroby. Rovnako ako iné pevné disky, ako sme už spomenuli, pripomína prehrávač s otáčajúcou sa platňou s magnetickým povrchom. Typické pevné disky majú jednoducho vo vnútri vzduch, avšak tento vzduch spôsobuje určitý odpor pri otáčaní platní.
Heliové gule lietajú, pretože hélium je ľahšie ako vzduch. V skutočnosti hélium predstavuje 1/7 hustoty vzduchu, čo znižuje silu brzdného účinku pri otáčaní platní, čím sa znižuje množstvo energie potrebnej na otáčanie diskov. Napriek tomu, táto vlastnosť je sekundárna, primárna charakteristika hélia spočíva v tom, že umožňuje balenie 7 platní do toho istého formátu, ktorý obvykle pojme iba 5. Ak si pripomenieme analógiu s krídlom nášho lietadla, je to ideálna analogia. Pretože hélium znižuje odpor, turbulentnosť sa vylučuje.
Je známe, že héliové balóniky začínajú klesať po niekoľkých dňoch, pretože hélium z nich uniká. To isté platí aj pre úložiská. Uplynulo mnoho rokov, kým výrobcovia vytvorili nádoby, ktoré zabraňujú úniku hélia z formátu počas celej životnosti disku. Spoločnosť Backblaze uskutočnila experimenty a zistila, že pevné disky s héliom mali ročnú chybovosť 1,03 %, zatiaľ čo štandardné 1,06 %. Samozrejme, tento rozdiel je tak malý, že je ťažké z neho urobiť vážny záver. .
Formát plnený héliom môže obsahovať pevný disk, ktorý je uzavretý pomocou PMR, o ktorom sme hovorili vyššie, alebo mikrovlnnú magnetickú technológiu (MAMR) či magnetickú technológiu s ohrevom (HAMR). Akúkoľvek magnetickú technologickú metódu možno kombinovať s héliom namiesto vzduchu. V roku 2014 spoločnosť HGST spojila dve pokrokové technológie vo svojom héliovom pevnom disku s kapacitou 10 TB, ktorý používal spravovanú hostiteľom technológiu šindľového magnetického záznamu (SMR). Trochu sa zastavíme pri SMR a potom sa pozrieme na MAMR a HAMR.
Technológia šindľového magnetického záznamu
Predtým sme sa zaoberali kolmo magnetickým záznamom (PMR), ktorý bol predchodcom SMR. Na rozdiel od PMR, SMR zapisuje nové stopy, ktoré prekryjú časť predtým zaznamenanej magnetickej stopy. To robí predchádzajúcu stopu užšou a zvyšuje hustotu stôp. Názov technológie súvisí s tým, že prekryté stopy veľmi pripomínajú šindľové strechy.
SMR vedie k oveľa zložitejšiemu procesu písania, pretože pri písaní na jednu stopu sa prepisuje susedná stopa. To sa neprejavuje, keď je podložka disku prázdna a dáta sú súvislé. Ale akonáhle zapíšete do série stôp, ktoré už obsahujú dáta, existujúce susedné dáta sa vymažú. Ak susedná stopa obsahuje dáta, musí sa prepísať. Je to dosť podobné NAND flash, o ktorej sme hovorili skôr.
Zariadenia SMR umožňujú skryť túto zložitost prostredníctvom správy vstavaného softvéru, čím sa dosiahne rozhranie podobné akémukoľvek inému pevnému disku. Na druhej strane, zariadenia SMR spravované hostiteľom bez špeciálnej adaptácie aplikácií a operačných systémov neumožnia používanie týchto diskov. Hostiteľ musí vykonávať zapisovanie na zariadenia striktne sekvenčne. Pri tomto je výkon zariadení na 100% predvídateľný. Spoločnosť Seagate začala dodávky diskov SMR v roku 2013 a tvrdila, že ich hustota je o 25% ako hustota PMR.
Mikrovlnná magnetická zápis (MAMR)
Mikrovlnná magnetická zápis (MAMR) je technológia magnetickej pamäti, ktorá využíva energiu podobnú HAMR (podrobnejšie pozri ďalej). Dôležitou súčasťou MAMR je Spin Torque Oscillator (STO) alebo "generátor na báze spinových točení". Samotný STO je umiestnený v tesnej blízkosti záznamovej hlavy. Pri privedení prúdu do STO vzniká generovanie kruhového elektromagnetického poľa s frekvenciou 20-40 GHz vďaka polarizácii spinov elektronov.
Pri pôsobení takéhoto poľa v feromagnetiku, ktorý sa používa pre MAMR, dochádza k rezonancii, čo vedie k precesii magnetických momentov domén v tomto poli. V podstate sa magnetický moment odkláňa od svojej osi a na zmenu jeho smeru (prevrátenie) je potrebné záznamovej hlave omnoho menej energie.
Použitie technológie MAMR umožňuje pracovať s feromagnetickými látkami s vyššou koercivitou, čo znamená, že je možné znížiť veľkosť magnetických domén bez obavy z vyvolania superparamagnetického efektu. Generátor STO pomáha zmenšiť rozmery záznamovej hlavy, čo umožňuje zapisovať informácie na menšie magnetické domény, a teda zvyšuje hustotu záznamu.
Spoločnosť Western Digital, známa aj ako WD, predstavila túto technológiu v roku 2017. Čoskoro na to, v roku 2018, spoločnosť Toshiba podporila túto technológiu. Kým spoločnosti WD a Toshiba sa zameriavajú na technológiu MAMR, spoločnosť Seagate stávkuje na HAMR.
Termomagnetická zápis (HAMR)
Záznam s asistenciou tepla (HAMR) je energeticky úsporná magnetická technológia ukladania dát, ktorá umožňuje výrazne zvýšiť objem dát, ktoré môžu byť uložené na magnetickom zariadení, ako je pevný disk, pomocou tepla dodávaného laserom, aby pomohol zapísať dáta na povrch základne pevného disku. Vďaka teplu sú bity dát umiestnené na disku oveľa bližšie k sebe, čo umožňuje zvýšiť hustotu a kapacitu dát.
Túto technológiu je pomerne ťažké realizovať. Laser s výkonom 200 mW rýchlo malú oblasť na 400 °C pred zápisom, pričom nezasahuje a nepoškodzuje ostatné dáta na disku. Proces zahrievania, zápisu dát a chladenia musí byť dokončený za menej ako nanosekundu. Na riešenie týchto úloh bolo potrebné vyvinúť nanozariadenia povrchových plazmónov, známe aj ako laser s povrchovým navádzaním, namiesto priameho zahrievania laserom, ako aj nové typy sklenených dosiek a termoregulačných povlakov, ktoré umožňujú znášať rýchle bodové zahrievanie bez poškodenia zapisovacej hlavy alebo akýchkoľvek blízkych dát, a rôzne ďalšie technické problémy, ktoré bolo potrebné prekonať.
Napriek mnohým skeptickým názorom spoločnosť Seagate prvýkrát predviedla túto technológiu v roku 2013. Prvé disky sa začali dodávať v roku 2018.
Koniec pásky, toč na začiatok!
Začali sme v roku 1951 a končíme článok pohľadom do budúcnosti technológie ukladania. Ukladanie dát sa v priebehu času významne zmenilo: od papierových pások po kovovým, magnetickým, pamäťam na lana, rotačné disky, optické disky, flash pamäť a ďalšie. Počas pokroku sa objavili rýchlejšie, kompaktnejšie a výkonnšie zariadenia na ukladanie dát.
Ak porovnáme NVMe s kovovou páskou UNISERVO z roku 1951, NVMe dokáže čítať o 486 111 % viac číslic za sekundu. Ak porovnáme NVMe s mojím obľúbencom detstva, Zip-diskami, NVMe dokáže čítať o 213,623 % viac číslic za sekundu.
Jediné, čo zostáva pravdivé, je používanie 0 a 1. Spôsoby, akými to robíme, sa veľmi líšia. Dúfam, že nabudúce, keď budete zapisovať CD-RW s piesňami pre priateľa alebo ukladať domáce video do Optical Disc Archive, prečítate si o tom, ako neodrážajúca plocha prevádza hodnotu na 0, zatiaľ čo odrážajúca na 1. Alebo ak nahrávate mixtape na kazetu, pamätajte, že to je veľmi úzko spojené s Datasette, používanou v Commodore PET. Nakoniec nezabudnite byť láskaví a previnúť.
Ďakujem a za chutné sústo (nič s tým nemôžem urobiť) počas celého článku!
Čo ďalšie užitočné si môžete prečítať na blogu
→
→
→
→
→
Prihláste sa na náš -kanál, aby ste nezmeškali ďalší článok! Píšeme nie častejšie ako dvakrát do týždňa a len keď je to potrebné. A tiež pripomíname, že Cloud4Y môže poskytnúť bezpečný a spoľahlivý vzdialený prístup k obchodným aplikáciám a informáciám, ktoré sú potrebné na zabezpečenie kontinuity podnikania. Vzdialená práca je ďalšou prekážkou v šírení koronavírusu. Podrobnosti sa dozviete od našich manažérov na .
Zdroj: habr.com
