Vsak ponudnik oblaka ponuja storitve shranjevanja podatkov. To so lahko hladne in tople shrambe, ledeno mrzle itd. Shranjevanje informacij v oblaku je zelo priročno. Toda kako so bili podatki dejansko shranjeni pred 10, 20, 50 leti? Cloud4Y je prevedel zanimiv članek, ki govori prav o tem.
Bajt podatkov je mogoče shraniti na različne načine, saj se ves čas pojavljajo novi, naprednejši in hitrejši mediji za shranjevanje. Bajt je enota za shranjevanje in obdelavo digitalnih informacij, ki je sestavljena iz osmih bitov. En bit lahko vsebuje 0 ali 1.
Pri luknjanih karticah se bit shrani kot prisotnost/odsotnost luknje v kartici na določenem mestu. Če se vrnemo še malo nazaj k Babbagejevemu analitičnemu stroju, so bili registri, ki so shranjevali števila, zobniki. V napravah za magnetno shranjevanje, kot so trakovi in diski, je bit predstavljen s polarnostjo določenega področja magnetnega filma. V sodobnem dinamičnem pomnilniku z naključnim dostopom (DRAM) je bit pogosto predstavljen kot dvonivojski električni naboj, shranjen v napravi, ki shranjuje električno energijo v električnem polju. Napolnjena ali izpraznjena posoda shrani nekaj podatkov.
Junija 1956 leta izumil besedo za označevanje skupine bitov, ki se uporabljajo za kodiranje enega znaka . Pogovorimo se malo o kodiranju znakov. Začnimo z ameriško standardno kodo za izmenjavo informacij ali ASCII. ASCII je temeljil na angleški abecedi, tako da vsaka črka, številka in simbol (az, AZ, 0-9, +, - , /, ",! itd. ) so bili predstavljeni kot 7-bitno celo število od 32 do 127. To ni bilo ravno "prijazno" do drugih jezikov. Za podporo drugim jezikom je Unicode razširil ASCII. V Unicode je vsak znak predstavljen kot kodna točka ali simbol, npr. , mala črka j je U+006A, kjer U pomeni Unicode in nato šestnajstiško število.
UTF-8 je standard za predstavitev znakov kot osem bitov, kar omogoča, da se vsaka kodna točka v območju 0-127 shrani v en bajt. Če se spomnimo ASCII, je to povsem običajno za angleške znake, znaki drugih jezikov pa so pogosto izraženi v dveh ali več bajtih. UTF-16 je standard za predstavitev znakov kot 16 bitov, UTF-32 pa je standard za predstavitev znakov kot 32 bitov. V ASCII je vsak znak bajt, v Unicodeu, kar pogosto ni povsem res, pa lahko znak zaseda 1, 2, 3 ali več bajtov. V članku bodo uporabljene različne velikosti skupin bitov. Število bitov v bajtu se razlikuje glede na zasnovo medija.
V tem članku bomo potovali v preteklost skozi različne medije za shranjevanje, da bi se poglobili v zgodovino shranjevanja podatkov. V nobenem primeru ne bomo začeli poglobljeno preučevati vsakega posameznega medija za shranjevanje, ki je bil kdajkoli izumljen. To je zabaven informativni članek, ki nikakor ne trdi, da je enciklopedičnega pomena.
Začnimo. Recimo, da imamo podatkovni bajt za shranjevanje: črko j, bodisi kot kodiran bajt 6a ali kot dvojiško 01001010. Ko potujemo skozi čas, bo podatkovni bajt uporabljen v več tehnologijah shranjevanja, ki bodo opisane.
1951
Naša zgodba se začne leta 1951 s tračnim pogonom UNIVAC UNISERVO za računalnik UNIVAC 1. To je bil prvi tračni pogon, ustvarjen za komercialni računalnik. Trak je bil narejen iz tankega traku ponikljanega brona, širokega 12,65 mm (imenovanega Vicalloy) in dolgega skoraj 366 metrov. Naše podatkovne bajte je bilo mogoče shraniti s hitrostjo 7 znakov na sekundo na trak, ki se premika s hitrostjo 200 metra na sekundo. Na tej točki v zgodovini bi lahko merili hitrost algoritma za shranjevanje z razdaljo, ki jo je trak prepotoval.
1952
Hitro naprej eno leto do 21. maja 1952, ko je IBM napovedal izdajo svoje prve enote z magnetnim trakom, IBM 726. Naš bajt podatkov je zdaj mogoče premakniti s kovinskega traku UNISERVO na magnetni trak IBM. Ta novi dom se je izkazal za zelo udobnega za naš zelo majhen bajt podatkov, saj lahko trak shrani do 2 milijona števk. Ta 7-stezni magnetni trak se je premikal s hitrostjo 1,9 metra na sekundo s hitrostjo prenosa 12 ali 7500 (takrat imenovane skupine kopij) na sekundo. Za referenco: povprečen članek na Habréju ima približno 10 znakov.
Trak IBM 726 je imel sedem skladb, od katerih jih je bilo šest uporabljenih za shranjevanje informacij, ena pa za nadzor paritete. En kolut je lahko sprejel do 400 metrov traku s širino 1,25 cm, hitrost prenosa podatkov pa je teoretično dosegla 12,5 tisoč znakov na sekundo; gostota zapisa je 40 bitov na centimeter. Ta sistem je uporabljal metodo "vakuumskega kanala", pri kateri je zanka traku krožila med dvema točkama. To je omogočilo, da se je trak začel in ustavil v delčku sekunde. To je bilo doseženo z namestitvijo dolgih vakuumskih stebrov med tuljave traku in bralno/pisalne glave, da bi absorbirali nenadno povečanje napetosti v traku, brez katere bi se trak običajno zlomil. Odstranljiv plastični obroč na zadnji strani koluta s trakom je zagotavljal zaščito pred pisanjem. En kolut traku lahko shrani približno 1,1 .
Ne pozabite na kasete VHS. Kaj ste morali narediti, da ste si film ogledali še enkrat? Previjte trak nazaj! Kolikokrat ste zavrteli kaseto za vaš predvajalnik na svinčnik, da ne bi trošili baterij in dobili strgan ali zataknjen trak? Enako lahko rečemo za trakove, ki se uporabljajo za računalnike. Programi niso mogli samo skakati po traku ali naključno dostopati do podatkov, lahko so brali in zapisovali podatke strogo zaporedno.
1956
Hitro naprej nekaj let do leta 1956 in obdobje shranjevanja na magnetnem disku se je začelo z IBM-ovim dokončanjem računalniškega sistema RAMAC 305, ki ga je Zellerbach Paper dobavil . Ta računalnik je bil prvi, ki je uporabljal trdi disk z gibljivo glavo. Diskovni pogon RAMAC je bil sestavljen iz petdesetih magnetiziranih kovinskih plošč s premerom 60,96 cm, ki so lahko shranile približno pet milijonov znakov podatkov, 7 bitov na znak, in se vrtijo s 1200 vrtljaji na minuto. Zmogljivost shranjevanja je bila približno 3,75 megabajtov.
RAMAC je omogočal dostop do velikih količin podatkov v realnem času, za razliko od magnetnega traku ali luknjanih kartic. IBM je oglaševal RAMAC kot sposoben shraniti ekvivalent 64 . Prej je RAMRAC uvedel koncept neprekinjene obdelave transakcij, ko se zgodijo, tako da je bilo podatke mogoče pridobiti takoj, ko so bili še sveži. Do naših podatkov v RAMAC-u je zdaj mogoče dostopati s hitrostjo 100 . Prej smo morali pri uporabi trakov pisati in brati zaporedne podatke in nismo mogli pomotoma skočiti na različne dele traku. Naključni dostop do podatkov v realnem času je bil v tistem času resnično revolucionaren.
1963
Preletimo naprej v leto 1963, ko je bil predstavljen DECtape. Ime izvira iz družbe Digital Equipment Corporation, znane kot DEC. DECtape je bil poceni in zanesljiv, zato so ga uporabljali v številnih generacijah računalnikov DEC. Bil je 19 mm trak, laminiran in stisnjen med dve plasti Mylarja na štiripalčnem (10,16 cm) kolutu.
V nasprotju s svojimi težkimi, zajetnimi predhodniki je DECtape mogoče prenašati ročno. Zaradi tega je bila odlična možnost za osebne računalnike. Za razliko od svojih 7-steznih primerkov je imel DECtape 6 podatkovnih sledi, 2 sledi in 2 za uro. Podatki so bili posneti pri 350 bitov na palec (138 bitov na cm). Naš podatkovni bajt, ki je 8 bitov, vendar ga je mogoče razširiti na 12, bi lahko prenesel na DECtape s 8325 12-bitnimi besedami na sekundo pri hitrosti traku 93 (±12) palcev na . To je 8 % več številk na sekundo kot kovinski trak UNISERVO leta 1952.
1967
Štiri leta pozneje, leta 1967, je majhna IBM-ova ekipa začela delati na IBM-ovem disketnem pogonu s kodnim imenom . Nato je bila ekipa zadolžena za razvoj zanesljivega in poceni načina za nalaganje mikrokod IBM System/370. Projekt je bil nato spremenjen in namembno naložen za nalaganje mikrokode v krmilnik za IBM 3330 Direct Access Storage Facility, s kodnim imenom Merlin.
Naš bajt je zdaj mogoče shraniti na 8-palčne magnetno prevlečene Mylar diskete, ki so samo za branje in so danes znane kot diskete. Ob izidu se je izdelek imenoval IBM 23FD Floppy Disk Drive System. Diski so lahko hranili 80 kilobajtov podatkov. Za razliko od trdih diskov lahko uporabnik enostavno premika disketo v zaščitnem ovoju z enega pogona na drugega. Kasneje, leta 1973, je IBM izdal bralno/pisalno disketo, ki je nato postala industrijska .
1969
Leta 1969 so na krovu vesoljskega plovila Apollo 11 izstrelili Apollo Guidance Computer (AGC) z vrvnim spominom, ki je ameriške astronavte popeljal na Luno in nazaj. Ta vrvni pomnilnik je bil narejen ročno in je lahko vseboval 72 kilobajtov podatkov. Izdelava spomina vrvi je bila delovno intenzivna, počasna in je zahtevala podobno znanje kot tkanje; lahko traja . Toda to je bilo pravo orodje za tiste čase, ko je bilo pomembno v strogo omejen prostor spraviti maksimum. Ko je žica šla skozi enega od krožnih pramenov, je predstavljala 1. Žica, ki je potekala okoli pramena, je predstavljala 0. Naš podatkovni bajt je zahteval, da je oseba nekaj minut vtkala v vrv.
1977
Leta 1977 je izšel Commodore PET, prvi (uspešen) osebni računalnik. PET je uporabljal Commodore 1530 Datasette, kar pomeni podatki in kaseta. PET je podatke pretvoril v analogne zvočne signale, ki so bili nato shranjeni . To nam je omogočilo ustvariti stroškovno učinkovito in zanesljivo rešitev za shranjevanje, čeprav zelo počasno. Naš majhen bajt podatkov je mogoče prenesti s hitrostjo približno 60-70 bajtov na . Kasete lahko vsebujejo približno 100 kilobajtov na 30-minutno stran, z dvema stranema na trak. Na primer, ena stran kasete lahko vsebuje približno dve 55 KB sliki. Nabori podatkov so bili uporabljeni tudi v Commodore VIC-20 in Commodore 64.
1978
Leto kasneje, leta 1978, sta MCA in Philips predstavila LaserDisc pod imenom "Discovision". Jaws je bil prvi film, prodan na LaserDisc v Združenih državah. Njegova kakovost zvoka in slike je bila veliko boljša od konkurentov, vendar je bil laserski disk za večino potrošnikov predrag. LaserDisc ni bilo mogoče posneti, v nasprotju s kasetami VHS, na katere so ljudje snemali televizijske programe. Laserdiscs je deloval z analognim videom, analognim FM stereo zvokom in pulzno kodo ali PCM, digitalni zvok. Diski so imeli premer 12 palcev (30,47 cm) in so bili sestavljeni iz dveh enostranskih aluminijastih diskov, prevlečenih s plastiko. Danes LaserDisc velja za osnovo CD-jev in DVD-jev.
1979
Leto kasneje, leta 1979, sta Alan Shugart in Finis Conner ustanovila Seagate Technology z idejo o povečanju trdega diska na velikost 5 ¼-palčne diskete, ki je bila takrat standardna. Njihov prvi izdelek leta 1980 je bil trdi disk Seagate ST506, prvi trdi disk za kompaktne računalnike. Disk je hranil pet megabajtov podatkov, kar je bilo takrat petkrat več kot standardna disketa. Ustanovitelji so lahko dosegli svoj cilj zmanjšanja velikosti diska na velikost 5¼-palčne diskete. Nova naprava za shranjevanje podatkov je bila toga kovinska plošča, na obeh straneh prevlečena s tanko plastjo magnetnega materiala za shranjevanje podatkov. Naše podatkovne bajte je bilo mogoče prenesti na disk s hitrostjo 625 kilobajtov na . Je približno .
1981
Hitro naprej nekaj let do leta 1981, ko je Sony predstavil prve 3,5-palčne diskete. Hewlett-Packard je leta 1982 s svojim HP-150 prvi uporabil to tehnologijo. Zaradi tega so 3,5-palčne diskete postale znane in razširjene po vsem svetu. . Diskete so bile enostranske s formatirano kapaciteto 161.2 kilobajta in neformatirano s kapaciteto 218.8 kilobajta. Leta 1982 je bila izdana dvostranska različica in konzorcij Microfloppy Industry Committee (MIC), ki ga sestavlja 23 medijskih podjetij, je specifikacijo 3,5-palčne diskete utemeljil na Sonyjevem originalnem dizajnu, s čimer je format utrdil v zgodovino, kot ga poznamo danes. . Zdaj lahko naše podatkovne bajte shranimo na zgodnjo različico enega najpogostejših medijev za shranjevanje: 3,5-palčno disketo. Kasneje je bil par 3,5-palčnih disket z postal najpomembnejši del mojega otroštva.
1984
Kmalu zatem, leta 1984, je bila objavljena izdaja CD-ROM-a (Compact Disc Read-Only Memory). To so bili 550 megabajtni CD-ROM-i proizvajalcev Sony in Philips. Format je zrasel iz CD-jev z digitalnim zvokom ali CD-DA, ki so se uporabljali za distribucijo glasbe. CD-DA sta razvila Sony in Philips leta 1982 in je imel kapaciteto 74 minut. Po legendi, ko sta se Sony in Philips pogajala o standardu CD-DA, je eden od štirih ljudi vztrajal, da bi lahko celotno Deveto simfonijo. Prvi izdelek, izdan na CD-ju, je bila Grolierjeva elektronska enciklopedija, izdana leta 1985. Enciklopedija je vsebovala devet milijonov besed, ki so zavzele le 12 % razpoložljivega prostora na disku, kar je 553 . Imeli bi več kot dovolj prostora za enciklopedijo in bajt podatkov. Kmalu zatem, leta 1985, so računalniška podjetja sodelovala pri ustvarjanju standarda za diskovne pogone, tako da jih lahko bere vsak računalnik.
1984
Tudi leta 1984 je Fujio Masuoka razvil novo vrsto pomnilnika s plavajočimi vrati, imenovanega bliskovni pomnilnik, ki ga je bilo mogoče večkrat izbrisati in znova napisati.
Vzemimo si trenutek in si oglejmo bliskovni pomnilnik z uporabo tranzistorja s plavajočimi vrati. Tranzistorji so električna vrata, ki jih je mogoče vklopiti in izklopiti posamično. Ker je lahko vsak tranzistor v dveh različnih stanjih (vklopljen in izklopljen), lahko shrani dve različni številki: 0 in 1. Plavajoča vrata se nanašajo na druga vrata, dodana srednjemu tranzistorju. Ta druga vrata so izolirana s tanko oksidno plastjo. Ti tranzistorji uporabljajo majhno napetost na vratih tranzistorja, da pokažejo, ali je vklopljen ali izklopljen, kar pomeni 0 ali 1.
Pri lebdečih vratih, ko je ustrezna napetost uporabljena skozi oksidno plast, elektroni stečejo skozenj in se zataknejo na vratih. Zato tudi, ko je napajanje izklopljeno, elektroni ostanejo na njih. Ko na lebdečih vratih ni elektronov, predstavljajo 1, in ko so elektroni obtičali, predstavljajo 0. Obrnitev tega procesa in uporaba ustrezne napetosti skozi oksidno plast v nasprotni smeri povzroči, da elektroni tečejo skozi lebdeča vrata in obnovite tranzistor nazaj v prvotno stanje. Zato so celice programljive in . Naš bajt lahko programiramo v tranzistor kot 01001010, z elektroni, z elektroni, ki so obtičali v lebdečih vratih, da predstavljajo ničle.
Masuokina zasnova je bila nekoliko bolj dostopna, a manj prilagodljiva kot električno izbrisljivi PROM (EEPROM), saj je zahteval več skupin celic, ki jih je bilo treba izbrisati skupaj, vendar je to tudi upoštevalo njegovo hitrost.
Takrat je Masuoka delal za Toshibo. Na koncu je zapustil službo na univerzi Tohoku, ker je bil nezadovoljen, ker ga podjetje ni nagradilo za njegovo delo. Masuoka je tožil Toshibo in zahteval odškodnino. Leta 2006 so mu plačali 87 milijonov juanov, kar je enako 758 tisoč ameriških dolarjev. To se še vedno zdi nepomembno glede na to, kako vpliven je bliskovni pomnilnik postal v industriji.
Medtem ko govorimo o bliskovnem pomnilniku, je vredno omeniti tudi, kakšna je razlika med bliskovnim pomnilnikom NOR in NAND. Kot že vemo od Masuoke, flash shranjuje informacije v pomnilniške celice, sestavljene iz tranzistorjev s plavajočimi vrati. Imena tehnologij so neposredno povezana z organiziranostjo spominskih celic.
Pri bliskavici NOR so posamezne pomnilniške celice povezane vzporedno, da zagotovijo naključni dostop. Ta arhitektura zmanjša čas branja, potreben za naključni dostop do navodil mikroprocesorja. Flash pomnilnik NOR je idealen za aplikacije z manjšo gostoto, ki so predvsem samo za branje. To je razlog, zakaj večina procesorjev naloži svojo vdelano programsko opremo, običajno iz bliskovnega pomnilnika NOR. Masuoka in njegovi kolegi so leta 1984 predstavili izum NOR flash in NAND flash .
Razvijalci NAND Flash so opustili funkcijo naključnega dostopa, da bi dosegli manjšo velikost pomnilniške celice. Posledica tega je manjša velikost čipa in nižja cena na bit. Arhitektura bliskovnega pomnilnika NAND je sestavljena iz zaporedno povezanih osemdelnih pomnilniških tranzistorjev. To doseže visoko gostoto shranjevanja, manjšo velikost pomnilniške celice ter hitrejše zapisovanje in brisanje podatkov, ker lahko programira bloke podatkov hkrati. To dosežemo tako, da zahtevamo ponovno pisanje podatkov, če niso zapisani zaporedno in podatki že obstajajo v .
1991
Preidimo v leto 1991, ko je SanDisk izdelal prototip pogona SSD (SSD), takrat znan kot . Zasnova je združevala niz bliskovnega pomnilnika, obstojne pomnilniške čipe in inteligentni krmilnik za samodejno zaznavanje in popravljanje okvarjenih celic. Zmogljivost diska je bila 20 megabajtov pri 2,5-palčnem formatu, njegova cena pa je bila ocenjena na približno 1000 dolarjev. Ta disk je IBM uporabil v računalniku .
1994
Eden mojih najljubših medijev za shranjevanje od otroštva so bili diski Zip. Leta 1994 je Iomega izdala Zip Disk, 100-megabajtno kartušo v 3,5-palčni obliki, ki je bila nekoliko debelejša od standardnega 3,5-palčnega pogona. Kasnejše različice pogonov so lahko shranile do 2 gigabajta. Priročnost teh diskov je v tem, da so bili velikosti diskete, vendar so imeli možnost shranjevanja večje količine podatkov. Naše podatkovne bajte bi lahko zapisali na disk Zip s hitrostjo 1,4 megabajta na sekundo. Za primerjavo, takrat je bilo na 1,44-palčno disketo zapisanih 3,5 megabajta s hitrostjo približno 16 kilobajtov na sekundo. Na Zip disku glave berejo/zapisujejo podatke brez dotika, kot bi letele nad gladino, kar je podobno delovanju trdega diska, vendar se razlikuje od principa delovanja ostalih disket. Zip diski so kmalu postali zastareli zaradi težav z zanesljivostjo in razpoložljivostjo.
1994
Istega leta je SanDisk predstavil CompactFlash, ki se je pogosto uporabljal v digitalnih video kamerah. Tako kot pri CD-jih tudi hitrost CompactFlash temelji na ocenah "x", kot so 8x, 20x, 133x itd. Največja hitrost prenosa podatkov se izračuna na podlagi bitne hitrosti izvirnega zvočnega CD-ja, 150 kilobajtov na sekundo. Hitrost prenosa je R = Kx150 kB/s, kjer je R hitrost prenosa in K nazivna hitrost. Torej za 133x CompactFlash bo naš podatkovni bajt zapisan pri 133x150 kB/s ali približno 19 kB/s ali 950 MB/s. Združenje CompactFlash je bilo ustanovljeno leta 19,95 s ciljem ustvariti industrijski standard za flash pomnilniške kartice.
1997
Nekaj let kasneje, leta 1997, je izšel CD-RW (Compact Disc Rewritable). Ta optični disk je služil za shranjevanje podatkov ter za kopiranje in prenos datotek na različne naprave. Zgoščenke je mogoče prepisati približno 1000-krat, kar takrat ni bil omejujoč dejavnik, saj so uporabniki redkokdaj prepisovali podatke.
CD-RW temeljijo na tehnologiji, ki spreminja odbojnost površine. V primeru CD-RW fazni premiki v posebnem premazu, sestavljenem iz srebra, telurja in indija, povzročijo zmožnost odbijanja ali neodboja odčitanega žarka, kar pomeni 0 ali 1. Ko je spojina v kristalnem stanju, je prosojen, kar pomeni 1. Ko se spojina stopi v amorfno stanje, postane neprozorna in neodsevna, kar 0. Tako bi lahko naš podatkovni bajt zapisali kot 01001010.
DVD-ji so sčasoma prevzeli večino tržnega deleža od CD-RW.
1999
Preidimo v leto 1999, ko je IBM predstavil takrat najmanjše trde diske na svetu: mikro pogone IBM 170 MB in 340 MB. To so bili majhni trdi diski velikosti 2,54 cm, zasnovani za namestitev v reže CompactFlash Type II. Načrtovano je bilo ustvariti napravo, ki bi se uporabljala kot CompactFlash, vendar z večjo kapaciteto pomnilnika. Vendar so jih kmalu nadomestili USB-pogoni in nato večje kartice CompactFlash, ko so postale na voljo. Tako kot drugi trdi diski so bili tudi mikropogoni mehanski in so vsebovali majhne vrteče se diske.
2000
Leto kasneje, leta 2000, so bili predstavljeni USB ključki. Pogoni so bili sestavljeni iz bliskovnega pomnilnika, zaprtega v majhni obliki z vmesnikom USB. Hitrost se lahko razlikuje glede na različico uporabljenega vmesnika USB. USB 1.1 je omejen na 1,5 megabitov na sekundo, medtem ko USB 2.0 podpira 35 megabitov na sekundo , USB 3.0 pa 625 megabitov na sekundo. Prvi pogoni USB 3.1 tipa C so bili objavljeni marca 2015 in so imeli hitrosti branja/pisanja 530 megabitov na sekundo. Za razliko od disket in optičnih pogonov je naprave USB težje opraskati, a imajo še vedno enake zmogljivosti za shranjevanje podatkov ter prenos in varnostno kopiranje datotek. Diskete in CD pogone so hitro nadomestila vrata USB.
2005
Leta 2005 so proizvajalci trdih diskov (HDD) začeli pošiljati izdelke, ki uporabljajo pravokotno magnetno snemanje ali PMR. Zanimivo je, da se je to zgodilo istočasno, ko je iPod Nano napovedal uporabo bliskovnega pomnilnika namesto 1-palčnih trdih diskov v iPod Mini.
Tipičen trdi disk vsebuje enega ali več trdih diskov, prevlečenih z magnetno občutljivim filmom, sestavljenim iz drobnih magnetnih zrnc. Podatki se posnamejo, ko magnetna snemalna glava leti tik nad vrtečo se ploščo. To je zelo podobno tradicionalnemu predvajalniku gramofonskih plošč, razlika je le v tem, da je pri gramofonu pisalo v fizičnem stiku s ploščo. Ko se diski vrtijo, zrak v stiku z njimi ustvarja nežen vetrič. Tako kot zrak na krilu letala ustvarja vzgon, zrak ustvarja vzgon na glavi profila . Glava hitro spremeni magnetizacijo enega magnetnega območja zrn, tako da njen magnetni pol kaže navzgor ali navzdol, kar kaže na 1 ali 0.
Predhodnik PMR je bil vzdolžni magnetni zapis ali LMR. Gostota zapisa PMR je lahko več kot trikrat večja od LMR. Glavna razlika med PMR in LMR je, da sta zrnata struktura in magnetna orientacija shranjenih podatkov medijev PMR stebričasta in ne vzdolžna. PMR ima boljšo toplotno stabilnost in izboljšano razmerje med signalom in šumom (SNR) zaradi boljšega ločevanja zrn in enakomernosti. Odlikuje ga tudi izboljšana sposobnost snemanja zaradi močnejših polj glave in boljše poravnave magnetnih medijev. Tako kot LMR temeljne omejitve PMR temeljijo na toplotni stabilnosti podatkovnih bitov, ki jih zapisuje magnet, in potrebi po zadostnem SNR za branje zapisanih informacij.
2007
Leta 2007 je bil objavljen prvi 1 TB trdi disk podjetja Hitachi Global Storage Technologies. Hitachi Deskstar 7K1000 je uporabljal pet 3,5-palčnih 200 GB plošč in se vrtel pri vrtljajev na minuto To je pomemben napredek v primerjavi s prvim trdim diskom na svetu, IBM RAMAC 350, ki je imel kapaciteto približno 3,75 megabajtov. Oh, kako daleč smo prišli v 51 letih! Ampak počakaj, še nekaj je.
2009
Leta 2009 so se začela tehnična dela na ustvarjanju trajnega hitrega pomnilnika oz . Nehlapni pomnilnik (NVM) je vrsta pomnilnika, ki lahko trajno shranjuje podatke, v nasprotju s hlapnim pomnilnikom, ki za shranjevanje podatkov potrebuje stalno napajanje. NVMe obravnava potrebo po razširljivem vmesniku gostiteljskega krmilnika za polprevodniške periferne komponente, ki podpirajo PCIe, od tod tudi ime NVMe. V delovno skupino za razvoj projekta je bilo vključenih več kot 90 podjetij. Vse to je temeljilo na delu za definiranje specifikacije vmesnika gostiteljskega krmilnika trajnega pomnilnika (NVMHCIS). Današnji najboljši pogoni NVMe zmorejo približno 3500 megabajtov na sekundo pri branju in 3300 megabajtov na sekundo pri zapisovanju. Pisanje podatkovnega bajta j, s katerim smo začeli, je zelo hitro v primerjavi z nekaj minutami ročnega tkanja vrvi v pomnilnik za Apollo Guidance Computer.
Sedanjost in prihodnost
Pomnilnik pomnilniškega razreda
Zdaj, ko smo odpotovali v preteklost (ha!), si poglejmo trenutno stanje pomnilnika razreda za shranjevanje. SCM je tako kot NVM robusten, vendar SCM zagotavlja tudi zmogljivost, ki je višja ali primerljiva z glavnim pomnilnikom, in . Cilj SCM je rešiti nekatere današnje težave s predpomnilnikom, kot je nizka gostota statičnega pomnilnika z naključnim dostopom (SRAM). Z dinamičnim pomnilnikom z naključnim dostopom (DRAM) lahko dosežemo boljšo gostoto, a to pride za ceno počasnejšega dostopa. DRAM prav tako trpi zaradi potrebe po stalnem napajanju za osveževanje pomnilnika. Razumejmo to malo. Napajanje je potrebno, ker električni naboj na kondenzatorjih postopoma uhaja, kar pomeni, da se bodo brez posega podatki na čipu kmalu izgubili. Da bi preprečil takšno uhajanje, potrebuje DRAM zunanje vezje za osvežitev pomnilnika, ki občasno prepiše podatke v kondenzatorje in jih povrne na prvotno napolnjenost.
Pomnilnik s spremembo faze (PCM)
Prej smo pogledali, kako se faza spreminja za CD-RW. PCM je podoben. Material za fazno spremembo je običajno Ge-Sb-Te, znan tudi kot GST, ki lahko obstaja v dveh različnih stanjih: amorfnem in kristalnem. Amorfno stanje ima večji upor, kar označuje 0, kot kristalno stanje, ki označuje 1. Z dodeljevanjem podatkovnih vrednosti vmesnim uporom lahko PCM uporabimo za shranjevanje več stanj kot .
Pomnilnik z naključnim dostopom s prenosom vrtilnega momenta (STT-RAM)
STT-RAM je sestavljen iz dveh feromagnetnih trajnih magnetnih plasti, ločenih z dielektrikom, izolatorjem, ki lahko prenaša električno silo brez prevodnosti. Shranjuje bit podatkov na podlagi razlik v magnetnih smereh. Ena magnetna plast, imenovana referenčna plast, ima fiksno magnetno smer, medtem ko ima druga magnetna plast, imenovana prosta plast, magnetno smer, ki jo nadzira prehajajoči tok. Za 1 je smer magnetizacije obeh plasti poravnana. Za 0 imata obe plasti nasprotni magnetni smeri.
Uporovni pomnilnik z naključnim dostopom (ReRAM)
Celica ReRAM je sestavljena iz dveh kovinskih elektrod, ločenih s plastjo kovinskega oksida. Podobno kot Masuokina zasnova bliskovnega pomnilnika, kjer elektroni prodrejo skozi oksidno plast in se zataknejo v lebdečih vratih ali obratno. Vendar pa je pri ReRAM stanje celice določeno na podlagi koncentracije prostega kisika v plasti kovinskega oksida.
Čeprav so te tehnologije obetavne, imajo še vedno pomanjkljivosti. PCM in STT-RAM imata visoko zakasnitev pisanja. Zakasnitve PCM so desetkrat višje od zakasnitev DRAM-a, medtem ko so zakasnitve STT-RAM desetkrat višje od zakasnitev SRAM-a. PCM in ReRAM imata omejitev, kako dolgo lahko poteka pisanje, preden pride do resne napake, kar pomeni, da se pomnilniški element zatakne na .
Avgusta 2015 je Intel napovedal izdajo Optane, svojega izdelka, ki temelji na 3DXPoint. Optane trdi, da je zmogljivost 1000-krat večja od zmogljivosti diskov NAND SSD po štiri do petkrat višji ceni od pomnilnika flash. Optane je dokaz, da je SCM več kot le eksperimentalna tehnologija. Zanimivo bo spremljati razvoj teh tehnologij.
Trdi diski (HDD)
Helijev trdi disk (HHDD)
Helijev disk je visokozmogljiv trdi disk (HDD), ki je med proizvodnim procesom napolnjen s helijem in hermetično zaprt. Tako kot drugi trdi diski, kot smo že povedali, je podoben gramofonu z magnetno prevlečenim vrtljivim krožnikom. Tipični trdi diski imajo preprosto zrak v votlini, vendar ta zrak povzroča nekaj upora, ko se plošče vrtijo.
Helijevi baloni lebdijo, ker je helij lažji od zraka. Dejansko ima helij 1/7 gostote zraka, kar zmanjša zavorno silo, ko se plošče vrtijo, kar povzroči zmanjšanje količine energije, potrebne za vrtenje diskov. Vendar je ta lastnost drugotnega pomena, glavna značilnost helija je bila, da vam omogoča, da zapakirate 7 rezin v enakem faktorju oblike, ki bi jih običajno držalo samo 5. Če se spomnimo analogije našega letalskega krila, potem je to popoln analog . Ker helij zmanjša upor, je turbulenca odpravljena.
Vemo tudi, da se helijevi baloni po nekaj dneh začnejo potapljati, ker helij iz njih izstopa. Enako lahko rečemo za naprave za shranjevanje. Trajalo je leta, preden je proizvajalcem uspelo ustvariti posodo, ki je preprečila, da bi helij ušel iz faktorja oblike skozi celotno življenjsko dobo pogona. Backblaze je izvedel poskuse in ugotovil, da imajo helijevi trdi diski letno napako 1,03 % v primerjavi z 1,06 % pri standardnih pogonih. Seveda je ta razlika tako majhna, da se iz nje ne da resno sklepati .
Faktor oblike, napolnjen s helijem, lahko vsebuje trdi disk, inkapsuliran z uporabo PMR, o katerem smo razpravljali zgoraj, ali mikrovalovno magnetno snemanje (MAMR) ali magnetno snemanje s toplotno pomočjo (HAMR). Vsako tehnologijo magnetnega shranjevanja je mogoče kombinirati s helijem namesto z zrakom. Leta 2014 je HGST združil dve najsodobnejši tehnologiji v svojem 10TB helijevem trdem disku, ki je uporabljal gostiteljsko nadzorovano magnetno snemanje s skodlami ali SMR (Shinled magnetic recording). Pogovorimo se malo o SMR in nato poglejmo MAMR in HAMR.
Tehnologija magnetnega snemanja ploščic
Prej smo si ogledali pravokotno magnetno snemanje (PMR), ki je bilo predhodnik SMR. Za razliko od PMR, SMR posname nove sledi, ki prekrivajo del predhodno posnete magnetne sledi. To posledično naredi prejšnjo progo ožjo, kar omogoča večjo gostoto steze. Ime tehnologije izhaja iz dejstva, da so krožne steze zelo podobne stezam s strešnimi ploščicami.
SMR ima za posledico veliko bolj zapleten postopek pisanja, saj pisanje na eno skladbo prepiše sosednjo. To se ne zgodi, ko je diskovni substrat prazen in so podatki zaporedni. Toda takoj, ko snemate na niz skladb, ki že vsebujejo podatke, se obstoječi sosednji podatki izbrišejo. Če sosednja skladba vsebuje podatke, jih je treba prepisati. To je precej podobno bliskavici NAND, o kateri smo govorili prej.
Naprave SMR skrijejo to zapletenost z upravljanjem vdelane programske opreme, zaradi česar je vmesnik podoben kateremu koli drugemu trdemu disku. Po drugi strani pa gostiteljsko upravljane SMR naprave brez posebne prilagoditve aplikacij in operacijskih sistemov ne bodo omogočale uporabe teh pogonov. Gostitelj mora pisati v naprave strogo zaporedno. Hkrati je delovanje naprav 100% predvidljivo. Seagate je leta 2013 začel dobavljati pogone SMR in trdil, da imajo 25 % večjo gostoto PMR gostota.
Mikrovalovno magnetno snemanje (MAMR)
Magnetno snemanje s pomočjo mikrovalov (MAMR) je tehnologija magnetnega pomnilnika, ki uporablja energijo, podobno HAMR (o kateri bomo razpravljali v nadaljevanju). Pomemben del MAMR je oscilator vrtilnega momenta (STO). Sam STO se nahaja v neposredni bližini snemalne glave. Ko na STO dovedemo tok, se zaradi polarizacije elektronskih vrtljajev ustvari krožno elektromagnetno polje s frekvenco 20-40 GHz.
Ko je izpostavljen takšnemu polju, se v feromagnetu, ki se uporablja za MAMR, pojavi resonanca, kar povzroči precesijo magnetnih momentov domen v tem polju. V bistvu magnetni moment odstopa od svoje osi in za spremembo smeri (flip) snemalna glava potrebuje bistveno manj energije.
Uporaba tehnologije MAMR omogoča jemanje feromagnetnih snovi z večjo koercitivno silo, kar pomeni, da je mogoče zmanjšati velikost magnetnih domen brez bojazni, da bi povzročili superparamagnetni učinek. Generator STO pomaga zmanjšati velikost snemalne glave, kar omogoča zapis informacij na manjše magnetne domene in s tem poveča gostoto zapisa.
Western Digital, znan tudi kot WD, je to tehnologijo predstavil leta 2017. Kmalu zatem, leta 2018, je Toshiba podprla to tehnologijo. Medtem ko WD in Toshiba sledita tehnologiji MAMR, Seagate stavi na HAMR.
Termomagnetno snemanje (HAMR)
Magnetno snemanje s toplotno pomočjo (HAMR) je energijsko učinkovita tehnologija magnetnega shranjevanja podatkov, ki lahko znatno poveča količino podatkov, ki jih je mogoče shraniti na magnetni napravi, kot je trdi disk, z uporabo toplote, ki jo dovaja laser za pomoč pri zapisovanju podatke na površinske podlage trdega diska. Ogrevanje povzroči, da so podatkovni biti nameščeni veliko bližje skupaj na substratu diska, kar omogoča večjo gostoto podatkov in zmogljivost.
To tehnologijo je precej težko izvajati. 200 mW laserski hiter majhno območje do 400 °C pred snemanjem, ne da bi motili ali poškodovali preostale podatke na disku. Postopek segrevanja, snemanja podatkov in hlajenja mora biti končan v manj kot nanosekundi. Reševanje teh izzivov je zahtevalo razvoj površinskih plazmonov v nanometrskem merilu, znanih tudi kot površinsko vodeni laserji, namesto neposrednega laserskega segrevanja, pa tudi nove vrste steklenih plošč in premazov za upravljanje toplote, ki so vzdržali hitro točkovno segrevanje, ne da bi poškodovali snemalno glavo ali druge bližnje podatke in razne druge tehnične izzive, ki jih je bilo treba premagati.
Kljub številnim skeptičnim izjavam je Seagate to tehnologijo prvič predstavil leta 2013. Prve plošče so se začele dobavljati leta 2018.
Konec filma, pojdi na začetek!
Začeli smo leta 1951 in članek končali s pogledom v prihodnost tehnologije shranjevanja. Shranjevanje podatkov se je skozi čas močno spremenilo, od papirnega traku do kovinskega in magnetnega, vrvnega pomnilnika, vrtljivih diskov, optičnih diskov, bliskovnega pomnilnika in drugih. Rezultat napredka so hitrejše, manjše in zmogljivejše naprave za shranjevanje.
Če NVMe primerjate s kovinskim trakom UNISERVO iz leta 1951, lahko NVMe prebere 486 % več števk na sekundo. Če primerjam NVMe z mojimi najljubšimi pogoni Zip iz otroštva, lahko NVMe prebere 111 % več števk na sekundo.
Edina stvar, ki ostaja resnična, je uporaba 0 in 1. Načini, na katere to počnemo, se zelo razlikujejo. Upam, da boste naslednjič, ko boste zapisovali CD-RW s pesmimi za prijatelja ali shranili domači videoposnetek v arhiv optičnega diska, pomislili, kako se neodsevna površina prevede v 0 in odsevna površina v 1. Če pa snemate mixtape na kaseto, ne pozabite, da je zelo tesno povezan z Datasette, ki se uporablja v Commodore PET. Končno, ne pozabite biti prijazni in previti nazaj.
Hvala и za malenkosti (ne morem si pomagati) v celotnem članku!
Kaj še lahko preberete na blogu?
→
→
→
→
→
Naročite se na našo -kanal, da ne zamudite naslednjega članka! Pišemo največ dvakrat na teden in samo poslovno. Spomnimo vas tudi, da lahko Cloud4Y zagotovi varen in zanesljiv oddaljen dostop do poslovnih aplikacij in informacij, potrebnih za zagotavljanje neprekinjenega poslovanja. Delo na daljavo je dodatna ovira za širjenje koronavirusa. Za podrobnosti se obrnite na naše upravitelje na .
Vir: www.habr.com