Vsak oblačni ponudnik ponuja storitev shranjevanja podatkov. To so lahko hladni in vroči skladi, Ice-cold, itd. Shranjevanje informacij v oblaku je precej priročno. Kako pa so shranjevali podatke pred 10, 20, ali 50 leti? Cloud4Y je prevedel zanimiv članek, ki govori prav o tem.
Bajt podatkov se lahko shranjuje na različne načine, saj se nenehno pojavljajo nove, naprednejše in hitrejše naprave za shranjevanje informacij. Bajt je enota za shranjevanje in obdelavo digitalnih informacij, ki je sestavljena iz osmih bitov. V enem bitu je mogoče shraniti bodisi 0 bodisi 1.
V primeru perforiranih kartic se bit shrani kot prisotnost/odsotnost luknje na kartici na določenem mestu. Če se vrnemo malo dlje v preteklost k 'Analitični napravi Babbage', so bili registri, ki shranjujejo števila, zobati kolesci. Pri magnetnih napravah za shranjevanje, kot so trakovi in diski, je bit predstavljen s polariteto določenega območja magnetne prevleke. V sodobnem dinamičnem pomnilniku z naključnim dostopom (DRAM) je bit pogosto predstavljen kot dvotirni električni naboj, ki se shranjuje v napravi, ki akumulira električno energijo v električnem polju. Nabrana ali prazna kapaciteta shranjuje bit podatkov.
Junija 1956 je izumil besedo za označevanje skupine bitov, ki se uporabljajo za kodiranje enega znaka . Poglejmo malo o kodiranju znakov. Začnimo z ameriškim standardnim kodom za izmenjavo informacij, ali ASCII (ASCII (angl. American standard code for information interchange). ASCII je bil zasnovan na angleškem abecednem redu, zato je bilo vsako črko, številko in simbol (a-z, A-Z, 0-9, +, -, /, ", ! itd.) mogoče predstaviti 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 Unicodeu je vsak znak predstavljen kot koda točka, ali simbol, npr. mala črka j — U+006A, kjer U označuje Unicode, nato pa še število v šesnaestinski obliki.
UTF-8 je standard za predstavitev simbolov v obliki osmih bitov, kar omogoča shranjevanje vsake kode v razponu od 0 do 127 v enem bajtu. Če se spomnimo ASCII, to velja za angleške simbole, vendar so simboli drugih jezikov pogosto predstavljeni z dvema ali več bajtoma. UTF-16 je standard za predstavitev simbolov v obliki 16 bitov, medtem ko je UTF-32 standard za predstavitev simbolov v obliki 32 bitov. V ASCII je vsak simbol en bajt, v Unicode pa lahko simbol zasede 1, 2, 3 ali več bajtov, kar ni vedno pravilno. V članku bodo uporabljene različne dimenzijske skupine bitov. Število bitov v bajtu se razlikuje glede na zgradbo nosilca.
V tem članku se bomo odpravili na potovanje skozi čas po različnih nosilcih informacij, da bi se potopili v zgodovino shranjevanja podatkov. Nikakor ne bomo poglabljali v vsak posamezen nosilec informacij, ki je bil kdaj izumljen. Pred vami je zabaven informativni članek, ki nikakor ne pretenda na enciklopedijsko pomembnost.
Začnimo. Predpostavimo, da imamo bajt podatkov za shranjevanje: črka j, ali v obliki kodiranega bajta 6a, ali v binarni obliki 01001010. Med našim potovanjem skozi čas se bo bajt podatkov uporabljal v nekaterih tehnologijah shranjevanja, ki bodo opisane.
1951
Naša zgodba se začne leta 1951 z magnetnim trakom UNIVAC UNISERVO za računalnik UNIVAC 1. To je bil prvi magnetni trak, ustvarjen za komercialni računalnik. Trak je bil narejen iz tanke trakice niklirane bronze širine 12,65 mm (imenovane Vicalloy) in dolžine skoraj 366 metrov. Naši bajti podatkov so se lahko shranili s hitrostjo 7.200 simbolov na sekundo na traku, ki se je premikal s hitrostjo 2,54 metra na sekundo. V tej fazi zgodovine ste lahko merili hitrost algoritma shranjevanja po razdalji, ki jo je prehodil trak.
1952
Premaknimo se eno leto naprej, na 21. maj 1952, ko je IBM napovedal izdajo svojega prvega magnetnega traku, IBM 726. Zdaj se lahko naš bajt podatkov prenese z metalnega traku UNISERVO na magnetni trak IBM. Ta nova hiša se je izkazala za zelo udobno za naš zelo majhen bajt podatkov, saj lahko na traku shranimo do 2 milijona številk. Ta magnetni 7-kanalni trak se je gibal s hitrostjo 1,9 metre na sekundo s hitrostjo prenosa 12.500 ali 7500 v sekundo. Za informacijo: povprečna članek na Habrju ima približno 10.000 znakov.
Trak IBM 726 je imel sedem kanalov, od katerih sta bila šest za shranjevanje informacij, en pa za nadzor parnosti. Na eni kolutni je bilo lahko do 400 metrov traku širine 1,25 cm. Teoretična hitrost prenosa podatkov je dosegala 12.500 znakov na sekundo; gostota zapisa je bila 40 bitov na centimeter. V tej sistemu se je uporabljala metoda „vakumskega kanala“, pri kateri je zanka traku krožila med dvema točkama. To je omogočilo traku, da se zažene in ustavi v delih sekunde. To je bilo doseženo z namestitvijo dolgih vakumskih stolpcev med kolutoma traku in bralnimi/pisalnimi glavami, da se absorbira nenaden dvig napetosti v traku, brez katerega bi se trak običajno raztrgal. Odstranljivi plastični obroč na zadnji strani koluta traku je zagotovil zaščito pred zapisom. Na enem kolutu traku je mogoče shraniti približno 1,1 .
Spomnite se VHS kaset. Kaj je bilo treba storiti, da bi si film ogledali znova? Premotati trak! Kolikokrat ste vrteli kaseto na svinčniku, da ne bi prekoračili baterij in ne bi dobili raztrganega ali zapletnega traku? Enako velja za trakove, uporabljene za računalnike. Programi niso mogli le preskočiti nekega dela traku, okrog traku ali nenamerno dostopati do podatkov, mogli so brati in zapisovati podatke strogo zaporedoma.
1956
Če se preselimo nekaj let naprej, v leto 1956, se je doba shranjevanja magnetnih diskov začela z zaključkom razvoja računalniškega sistema RAMAC 305, ki ga je podjetje IBM dostavilo V tem računalniku je bil prvič uporabljen trdi disk z gibljivo glavo. Diskovni pomnilnik RAMAC je bil sestavljen iz petdesetih magnetiziranih kovinskih plošč premera 60,96 cm, ki so lahko shranile približno pet milijonov znakov podatkov, 7 bitov na znak, in se vrtel s hitrostjo 1200 obratov na minuto. Kapaciteta shranjevanja je bila približno 3,75 megabajta.
RAMAC je omogočal dostop do velikih količin podatkov v realnem času, v nasprotju z magnetnimi trakovi ali perforiranimi karticami. Podjetje IBM je oglaševalo RAMAC kot napravo, ki lahko shrani ekvivalent 64.000 . V prejšnjem RAMAC-u je bila uvedena koncepcija neprekinjenega obdelovanja transakcij, saj so podatki lahko bili takoj dostopni med izvajanjem. Zdaj je bil dostop do naših podatkov v RAMAC-u mogoč s hitrostjo 100.000 . Prej, ko smo uporabljali trakove, smo morali zapisovati in brati zaporedne podatke, zato nismo mogli naključno preskočiti na različne dele traku. Naključen dostop do podatkov v realnem času je bil takrat resnično revolucionalen.
1963
Poglejmo leto 1963, ko je bila predstavljena DECtape. Ime je izhajalo iz podjetja Digital Equipment Corporation, znanega kot DEC. DECtape je bila poceni in zanesljiva, zato je bila uporabljena v mnogih generacijah DEC računalnikov. To je bila 19-mm trak, laminiran in zaprt med dvema plastema Maylara na štirih-palčni (10,16 cm) kolutu.
Za razliko od njenih težkih, velikih predhodnikov, je bilo DECtape mogoče prenašati ročno. To jo je naredilo izvrstno izbiro za osebne računalnike. V nasprotju s 7-traktnimi analogi, je imela DECtape 6 podatkovnih trakov, 2 traka oznak in 2 za takte. Podatki so bili zapisani s hitrostjo 350 bitov na palec (138 bitov na cm). Naš podatek, ki je sestavljen iz 8 bitov, vendar ga je mogoče razširiti na 12, je bil mogoče prenesti na DECtape s hitrostjo 8325 12-bitnih besed na sekundo pri hitrosti traku 93 (±12) palcev na . To je 8 % več številk na sekundo kot na kovinskem traku UNISERVO leta 1952.
1967
Štiri leta kasneje, leta 1967, je majhna ekipa IBM začela delati na disku IBM pod kodnim imenom . Takrat je bila ekipi postavljena naloga razviti zanesljiv in cenovno ugoden način nalaganja mikroprogramov v IBM System/370. The project was later reassigned and repurposed to load microcode into the controller for IBM 3330 Direct Access Storage Facility, code-named Merlin.
Now our byte could be stored on read-only 8-inch Mylar floppy disks with a magnetic coating, known today as diskettes. At the time of its release, the product was called the IBM 23FD Floppy Disk Drive System. The disks could hold 80 kilobytes of data. Unlike hard drives, the user could easily transfer the diskette in its protective casing from one drive to another. Later, in 1973, IBM released a read/write diskette that became the industrial standard. .
1969
In 1969, aboard the Apollo 11 spacecraft, which transported American astronauts to the Moon and back, the AGC (Apollo Guidance Computer) was launched with rope memory. This rope memory was handmade and could hold 72 kilobytes of data. The production of rope memory was labor-intensive, slow, and required skills similar to weaving; programming the rope memory could take . But it was the right tool for the times when it was essential to fit as much as possible into a rigidly confined space. When the wire passed through one of the circular strands, it represented 1. The wire wrapped around the strand represented 0. Our byte of data required several minutes of weaving into the rope.
1977
In 1977, the Commodore PET was released — the first (successful) personal computer. The PET used the Commodore 1530 Datasette, which means data plus cassette. The PET converted data into analog sound signals, which were then stored on . This created a cost-effective and reliable solution for data storage, albeit very slow. Our small byte of data could be transmitted at a speed of about 60-70 bytes per . Cassettes could hold about 100 kilobytes on a 30-minute side, with two sides on a tape. For example, one side of the cassette could accommodate about two 55 KB images. Datasettes were also used in the Commodore VIC-20 and Commodore 64.
1978
Leta 1978 je MCA in Philips predstavila LaserDisc pod imenom „Discovision“. Film „Čeljusti“ je postal prvi film, prodan na LaserDisc v ZDA. Kakovost zvoka in videa na njem je bila mnogo boljša od konkurence, vendar je bil laserjski disk predrag za večino potrošnikov. Na LaserDisc ni bilo mogoče snemati, v nasprotju z VHS kasetami, na katere so ljudje snemali televizijske programe. Laserjski diskovi so delovali z analognim videom, analognim FM stereo zvokom in impulzno kodirano , ali PCM, digitalnim avdio. Diski so imeli premer 12 palcev (30,47 cm) in so bili sestavljeni iz dveh enostranskih aluminijastih diskov, prekritih s plastiko. Danes se LaserDisc spominjamo kot osnove CD in DVD.
1979
Leta 1979 sta Alan Shugart in Finis Connor ustanovila podjetje Seagate Technology z idejo o povečanju trdega diska do velikosti 5 ¼-palčne diskete, ki je bila takrat standardna. Njihov prvi izdelek leta 1980 je bil Seagate ST506 — prvi trdi disk za kompaktne računalnike. Disk je imel kapaciteto pet megabajtov podatkov, kar je takrat bilo petkrat več od standardne diskete. Ustanovitelji so dosegli svoj cilj — zmanjšati velikost diska do velikosti 5¼-palčne diskete. Novo napravo za shranjevanje podatkov je predstavljala trda kovinska plošča, prekrita z obeh strani s tanko plastjo magnetnega materiala za shranjevanje podatkov. Naši bajti podatkov so se lahko na disk prenašali s hitrostjo 625 kilobajtov na . To je približno .
1981
Premaknimo se za nekaj let naprej, v leto 1981, ko je Sony predstavil prve 3,5-palčne diskete. Podjetje Hewlett-Packard je postalo prvi sledilni tehnologiji leta 1982 s svojim HP-150. To je proslavilo 3,5-palčne diskete in jim dalo široko uporabo v . Diskete so bile enostranske s formatirano kapaciteto 161.2 kilobajtov in neformatirano kapaciteto 218.8 kilobajtov. Leta 1982 je izšla dvostranska različica, in konzorcij Microfloppy Industry Committee (MIC), sestavljen iz 23 medijskih podjetij, je ustanovil specifikacijo 3,5-palčne diskete na osnovi izvirnega oblikovanja Sony, kar je zapisalo format v zgodovino takšnega, kot ga poznamo. Oregonsko potjo so postali najpomembnejši del mojega otroštva.
1984
Kmalu po tem, leta 1984, je bilo napovedano izid kompaktnega diska z podatki, ki so bili dostopni le za branje (angleško Compact Disc Read-Only Memory, CD-ROM). To so bili CD-ROM-ji kapacitete 550 megabajtov, ki so jih izdelala podjetja Sony in Philips. Format se je razvil iz kompaktnih diskov z digitalnim zvokom, znanih kot CD-DA, ki so se uporabljali za distribucijo glasbe. CD-DA so razvili Sony in Philips leta 1982, njegova kapaciteta pa je znašala 74 minut. Po legendi je eden od štirih pogajalcev vztrajal, da mora celotno 'Deveto simfonijo'. Prvi izdelek, izdan na kompaktni plošči, je bila 'Elektronska enciklopedija Grolier', ki je izšla leta 1985. Enciklopedija je vsebovala devet milijonov besed, kar je predstavljalo le 12 % razpoložljive disketne površine, to pa je 553 Imeli bi več kot dovolj prostora za enciklopedijo in en bajt podatkov. Kmalu po tem, leta 1985, so računalniška podjetja skupaj delala na ustvarjanju standarda za diske, da bi lahko kateri koli računalnik bral informacije z njih.
1984
Prav tako je leta 1984 Fujio Masuoka razvil nov tip pomnilnika s plavajočim tranzistorjem, imenovanim flash pomnilnik, ki ga je bilo mogoče večkrat izbrisati in prepisati.
Ustavimo se malo pri flash pomnilniku, ki uporablja tranzistor s plavajočim tranzistorjem. Tranzistorji so električni tranzistorji, ki jih lahko vključujemo in izključujemo posamično. Ker lahko vsak tranzistor obstaja v dveh različnih stanjih (vključenem in izključenem), lahko shranjuje dve različni številki: 0 in 1. Plavajoči tranzistor se nanaša na drugi tranzistor, dodan srednjemu tranzistorju. Ta drugi tranzistor je izoliran s tankim oksidnim slojem. Ti tranzistorji uporabljajo nizko napetost, aplicirano na tranzistorski tranzistor, da označijo, ali je vključen ali izključen, kar se nato prevaja v 0 ali 1.
S plavajočimi zapornicami, ko se preko oksidnega sloja aplicira ustrezna napetost, elektroni prehajajo skozi in se zagozdijo v zapornicah. Zato elektroni ostanejo v njih tudi ob izklopu napajanja. Ko v plavajočih zapornicah ni elektronov, predstavljajo 1, medtem ko, ko so elektroni zagozdjeni, predstavljajo 0. Naslov tega procesa in uporaba ustrezne napetosti skozi oksidni sloj v nasprotni smeri omogoča elektronom, da prehajajo skozi plavajoče zapornice in obnovijo tranzistor v njegovo prvotno stanje. Zato so celice zasnovane, da so programabilne in . Naš bajt je lahko programiran v tranzistorju kot 01001010, pri čemer so elektroni zagozdjeni v plavajočih zapornicah za predstavitev ničel.
Zasnova Masuoke je bila nekoliko bolj dostopna, a manj fleksibilna kot električno brisljive PROM (EEPROM), saj je zahtevala več skupin celic, ki so jih bilo treba izbrisati skupaj, vendar je to bilo tudi pojasnjeno s svojo hitrostjo.
Takrat je Masuoka delal v Todoshi. Na koncu je odšel delat na Univerzo Tohoku, ker ni bil zadovoljen z dejstvom, da ga podjetje ni nagradilo za njegovo delo. Masuoka je tožil Todoshi za odškodnino. Leta 2006 mu je bilo plačanih 87 milijonov juanov, kar ustreza 758 tisoč ameriškim dolarjem. To se še vedno zdi nepomembno, glede na to, koliko vpliva je imela flash pomnilnik v industriji.
Ker govorimo o flash pomnilniku, je vredno omeniti tudi razliko med NOR in NAND flash pomnilnikom. Kot že vemo od Masuoke, flash shranjuje informacije v pomnilniških celicah, sestavljenih iz tranzistorjev s plavajočimi zapornicami. Imena tehnologij so neposredno povezana s tem, kako so organizirane pomnilniške celice.
V flash pomnilniku NOR so posamezne pomnilniške celice povezane vzporedno, kar omogoča naključni dostop. Ta arhitektura omogoča skrajšanje časa branja, ki je potreben za naključni dostop do navodil mikroprocesorja. Flash pomnilnik NOR je idealen za aplikacije z nižjo gostoto, ki so predvsem namenjene samo branju. Zato večina CPU-jev nalaga svoj firmware, običajno iz flash pomnilnika NOR. Masuoka in njegovi sodelavci so predstavili izum NOR flash leta 1984 in NAND flash .
Razvijalci NAND Flash so opustili možnost prostega dostopa, da bi dosegli manjšo velikost pomnilniške celice. To prinaša manjšo velikost čipa in nižje stroške na bit. Arhitektura flash pomnilnika NAND je sestavljena iz zaporedno povezanih pomnilniških tranzistorjev, ki so sestavljeni iz osmih delov. To omogoča visoko gostoto shranjevanja, manjšo velikost pomnilniške celice ter hitrejše zapisovanje in brisanje podatkov, saj lahko hkrati programira bloke podatkov. To se doseže zlasti z nujnostjo ponovnega zapisovanja podatkov, ko ti niso zapisani zaporedno, in podatki že obstajajo v .
1991
Preidimo v leto 1991, ko je podjetje SanDisk, takrat znano pod imenom , razvilo prototip trdnega diska (SSD). Konstrukcija je združevala niz flash pomnilnika, energijsko neodvisne pomnilniške čipe in inteligenten krmilnik za samodejno odkrivanje in popravilo okvarjenih celic. Prostornina diska je bila 20 megabajtov s form-factorjem 2,5 inča, njegova cena pa je bila ocenjena na približno 1000 dolarjev. Ta disk je IBM uporabil v prenosniku .
1994
Eden izmed mojih najljubših pomnilniških medijev iz otroštva je bila Zip Disk. Leta 1994 je podjetje Iomega izdalo Zip Disk, 100-megabajtni kasetni medij v formatu 3,5 inča, nekoliko debelejši od standardne 3,5-palčne disketne. Kasnejše različice diskov so lahko hranile do 2 gigabajta. Prednost teh diskov je bila v tem, da so imeli velikost disket, obenem pa so lahko shranili večjo količino podatkov. Na Zip disk lahko podatke zapisujemo s hitrostjo 1,4 megabajta na sekundo. Za primerjavo: takrat je bila hitrost zapisa standardne 1,44 megabajtne 3,5-palčne disketne okoli 16 kilobajtov na sekundo. Na Zip disku glave brezstično berejo/zapisujejo podatke, kot da letajo nad površino, kar je podobno delovanju trdih diskov, a se razlikuje od delovanja drugih disket. Kmalu so Zip diski zastarali zaradi težav s zanesljivostjo in dostopnostjo.
1994
Tisto leto je SanDisk predstavil CompactFlash, ki se je široko uporabljal v digitalnih videokamerah. Tako kot pri kompaktnih diskih, je hitrost CompactFlash temelji na 'x' ocenah, kot so 8x, 20x, 133x in druge. Maksimalna hitrost prenosa podatkov se izračuna na podlagi hitrosti prenosa izvirnega avdio CD-ja, 150 kilobajtov na sekundo. Hitrost prenosa izgleda kot R = Kx150 kB/s, kjer je R hitrost prenosa, K pa nominalna hitrost. Torej, za 133x CompactFlash, bo naš bajt podatkov zabeležen pri 133x150 kB/s ali približno 19.950 kB/s ali 19,95 MB/s. Združenje CompactFlash je bilo ustanovljeno leta 1995 z namenom ustvarjanja industrijskega standarda za kartice s pomnilnikom na osnovi flash pomnilnika.
1997
Nekaj let kasneje, leta 1997, je bil izdan zapisni kompaktni disk (CD-RW). Ta optični disk se je uporabljal za shranjevanje podatkov, prav tako pa tudi za kopiranje in prenos datotek na različne naprave. CD-je lahko ponovno zapisujemo približno 1000-krat, kar takrat ni bilo omejujoči dejavnik, saj uporabniki redko ponastavljajo podatke.
CD-RW temelji na tehnologiji spreminjanja odsevne sposobnosti površine. V primeru CD-RW fazni premiki v posebni premazu, ki vsebuje srebro, telur in indij, povzročijo sposobnost odsevanja ali neodsevanja bralnega žarka, kar pomeni 0 ali 1. Ko je povezava v kristalnem stanju, je polprosojna, kar pomeni 1. Ko se povezava stopi v amorfno stanje, postane neprosojna in neodsevna, kar 0. Tako smo lahko zapisali naš bajt podatkov kot 01001010.
DVD-ji so na koncu prevzeli večji del trga CD-RW.
1999
Poglejmo leto 1999, ko je IBM predstavil najmanjše trde diske na svetu tistega časa: mikrodiske IBM zmogljivosti 170 in 340 MB. To so bili majhni trdi diski velikosti 2,54 cm, namenjeni namestitvi v reže CompactFlash Type II. Zasnovano je bilo napravo, ki bi se uporabljala kot CompactFlash, vendar z večjo pomnilniško kapaciteto. Kmalu pa so jih nadomestili USB pomnilniki, nato pa večje kartice CompactFlash, ko so postale na voljo. Tako kot drugi trdi diski, so bili mikrodiski mehanski in so vsebovali majhne vrtljive diske.
2000
Leta 2000 so bili predstavljeni USB flash pomnilniki. Ti pomnilniki so vsebovali flash pomnilnik, zaprt v majhni obliki z USB vmesnikom. Hitrost je lahko variirala, odvisno od različice uporabljenega USB vmesnika. USB 1.1 je omejen na 1,5 megabita na sekundo, medtem ko USB 2.0 lahko obdeluje do 35 megabitov na , USB 3.0 pa 625 megabitov na sekundo. Prvi USB 3.1 type C pomnilniki so bili napovedani marca 2015 in so imeli hitrost branja/pisanja 530 megabitov na sekundo. Za razliko od diskov in optičnih diskov, so USB naprave težje opraskati, a kljub temu nudijo enake možnosti za shranjevanje podatkov ter prenos in varnostno kopiranje datotek. Disc drives za disketne in kompaktne diske so hitro nadomestili USB porti.
2005
Leta 2005 so proizvajalci trdih diskov (HDD) začeli dobavljati proizvode z uporabo perpendicular magnetic recording, ali PMR. Zelo zanimivo je, da se je to zgodilo ob istem času, ko je iPod Nano napovedal uporabo flash pomnilnika namesto 1-palčnih trdih diskov v iPod Mini.
Tipičen trdi disk vsebuje enega ali več trdih diskov, pokritih z magnetno občutljivo folijo, ki vsebuje majhne magnetne delce. Podatki se zapisujejo, ko magnetna pisalna glava preleti tik nad vrtečim diskom. To je zelo podobno tradicionalnemu gramofonu, razlika pa je v tem, da igla v gramofonu fizično kontaktira s ploščo. Ko se diski vrtijo, zrak, ki se dotika njih, ustvari lahkoten vetrc. Tako kot zrak na krilu letala ustvarja vzgonsko silo, zrak ustvarja vzgonsko silo na glavi aerodinamične površine . Glava hitro spreminja magnetizacijo ene magnetne površine delcev tako, da njen magnetni pol radia kaže navzgor ali navzdol, kar označuje 1 ali 0.
Predhodnik PMR je bil podolgovati magnetski zapis, ali LMR. Gostota zapisa PMR lahko preseže gostoto zapisa LMR več kot trikrat. Glavna razlika med PMR in LMR je v tem, da je struktura zrn in magnetska usmeritev shranjenih podatkov na PMR medijih stolpičasta, ne pa podolgovata. PMR ima boljšo termično stabilnost in izboljšano razmerje signal-šum (SNR) zaradi boljše ločitve zrn in enakomernosti. Prav tako se ponaša z izboljšano zapisljivostjo zaradi močnejših polj glave in boljšega magnetskega izravnavanja medija. Tako kot LMR, so temeljne omejitve PMR temelje na termični stabilnosti zapisovanih bitskih podatkov in potrebi po zadostni SNR za branje shranjenih informacij.
2007
Leta 2007 je bilo napovedano izid prvega trdega diska s kapaciteto 1 TB podjetja Hitachi Global Storage Technologies. Hitachi Deskstar 7K1000 je uporabil pet 3,5-palčnih plošč s kapaciteto 200 gigabajtov in se vrtel s hitrostjo ob/min. To je resno preseglo prvi na svetu trdi disk IBM RAMAC 350, katerega kapaciteta je bila približno 3,75 megabajta. Oh, kako daleč smo prišli v 51 letih! Ampak počakajte, še nekaj je.
2009
Leta 2009 so se začeli tehnični deli za razvoj energijsko neodvisnega izdajanja spomina ali . Energijsko neodvisen spomin (NVM) je vrsta spomina, ki lahko trajno shranjuje podatke, za razliko od energijsko odvisnega spomina, ki potrebuje stalno napajanje za ohranjanje podatkov. NVMe izpolnjuje potrebo po razširljivem vmesniku gostiteljskega krmilnika za perifernih komponentah na osnovi polprevodniških pomnilnikov s podporo za PCIe tehnologijo, od tod tudi ime NVMe. Več kot 90 podjetij se je pridružilo delovni skupini za razvoj projekta. Vse to je temeljilo na rezultatih dela pri določanju specifikacije vmesnika energijsko neodvisnega spomina gostiteljskega krmilnika (NVMHCIS). Najboljši diski NVMe danes lahko obdelujejo približno 3500 megabajtov na sekundo pri branju in 3300 megabajtov na sekundo pri zapisovanju. Zapisati byte podatkov j, s katerega smo začeli, je mogoče zelo hitro v primerjavi z nekaj minutami ročnega prepletanja vrvi za Apollo Guidance Computer.
Sedanjost in prihodnost
Memory Class Storage
Zdaj, ko smo potovali v času (ha!), si poglejmo sodobno stanje pomnilnika Storage Class Memory. SCM, kakor tudi NVM, je obstojen, toda SCM prav tako zagotavlja zmogljivost, ki presega ali se ujema z osnovnim pomnilnikom. . Cilj SCM je reševanje nekaterih današnjih težav s predpomnilnikom, kot je nizka gostota statičnega pomnilnika z naključnim dostopom (SRAM). Z dinamičnim pomnilnikom (DRAM) lahko dosežemo boljšo gostoto, vendar to dosežemo na račun počasnejšega dostopa. DRAM se prav tako sooča z potrebo po stalni moči za osveževanje pomnilnika. Poglejmo to malo podrobneje. Napajanje je potrebno, saj električni naboj na kondenzatorjih postopoma pušča, torej brez posredovanja bodo podatki na čipu kmalu izgubljeni. Da bi preprečili to puščanje, DRAM potrebuje zunanjo shemo osveževanja pomnilnika, ki periodično prepisuje podatke v kondenzatorjih, obnavljajoč jih na prvotni naboj.
pomnilnik na osnovi faznih sprememb (Phase-change memory, PCM)
Prej smo se pogovarjali, kako se faza spreminja za CD-RW. PCM je podoben. Material za spremembo faze je običajno Ge-Sb-Te, znan tudi kot GST, ki lahko obstaja v dveh različnih stanjih: amorfnem in kristaliničnem. Amorfno stanje ima višjo upornost, ki predstavlja 0, medtem ko kristalinično stanje predstavlja 1. S dodeljevanjem vrednosti podatkom med upornostmi lahko PCM služi za shranjevanje več stanj v obliki .
Spin-transfer torque randomness memory (STT-RAM)
STT-RAM se sestavlja iz dveh ferromagnetnih, trajnih magnetskih plasti, ločenih z dielektrikom, torej izolatorjem, ki lahko prenaša električno moč brez prevodnosti. Shranjuje bite podatkov, ki temeljijo na razliki v magnetnih usmeritvah. Ena magnetska plast, imenovana referenčna, ima fiksno magnetsko usmeritev, medtem ko druga magnetska plast, imenovana prosta, ima magnetsko usmeritev, ki jo nadzira prepuščen tok. Za 1 sta usmeritvi magnetiziranja dveh plasti poravnani. Za 0 imata obe plasti nasprotni magnetski usmeritvi.
Reaktivna pomnilniška naprava z naključnim dostopom (ReRAM)
ReRAM celica je sestavljena iz dveh kovinskih elektroda, ločenih z oksidnim slojem kovine. Rahlo spominja na zasnovo pomnilnika flash Masuoka, kjer elektron prenika skozi oksidni sloj in se ujame v lebdeče vrata ali obratno. Vendar pa pri uporabi ReRAM stanje celice temelji na koncentraciji prostega kisika v oksidnem sloju kovine.
Čeprav so te tehnologije obetavne, imajo še vedno pomanjkljivosti. PCM in STT-RAM imata dolgo zakasnitev pri zapisu. Zakasnitev PCM je desetkrat višja kot pri DRAM, medtem ko je pri STT-RAM desetkrat višja kot pri SRAM. PCM in ReRAM imata omejitev glede trajanja zapisa, preden pride do resne napake, kar pomeni, da se spomin zadrži pri .
Avgusta 2015 je podjetje Intel napovedalo izdajo Optane, svojega izdelka, zgrajenega na osnovi 3DXPoint. Optane trdi, da je hitrost delovanja 1000-krat višja od trdih diskov NAND, cena pa je štirikrat do petkrat višja od pomnilnika flash. Optane je dokaz, da SCM ni zgolj eksperimentalna tehnologija. Zanimivo bo opazovati razvoj teh tehnologij.
Trdi diski (HDD)
Helijev trdi disk (HHDD)
Helijev disk je visoko kapaciteten trdi disk (HDD), napolnjen s helijem in hermetično zaprt med proizvodnjo. Tako kot drugi trdi diski, o katerih smo govorili prej, spominja na predvajalnik s vrtečo se ploščo z magnetsko prevleko. Tipični trdi diski imajo znotraj prostora preprosto zrak, vendar ta zrak povzroča določeno upornost pri vrtenju plošč.
Helijeve kroglice letijo, ker je helij lažji od zraka. Dejansko helij predstavlja 1/7 gostote zraka, kar zmanjša moč zaviranja pri vrtenju plošč in zmanjša količino energije, potrebne za vrtenje diskov. Vendar pa je ta lastnost sekundarna, glavna značilnost helija pa je, da omogoča pakiranje 7 plošč v istem formatu, ki običajno sprejme le 5. Če se spomnimo analogije z krilom našega letala, je to popoln primer. Ker helij zmanjšuje upornost, se turbulence izključijo.
Tudi mi je znano, da helijeve balone po nekaj dneh začnejo padati, ker helij iz njih uhaja. Enako lahko rečemo tudi za trde diske. Minila so leta, preden so proizvajalci uspeli ustvariti rezervoar, ki bi preprečil uhajanje helija iz oblikovalskega faktorja skozi celotno življenjsko dobo naprave. Podjetje Backblaze je izvedlo poskuse in ugotovilo, da je bila letna napaka trdih diskov s helijem 1,03 %, medtem ko je bila pri standardnih 1,06 %. Seveda je ta razlika tako majhna, da ni mogoče iz nje narediti resnega zaključka. .
Oblikovni faktor, napolnjen s helijem, lahko vsebuje trdi disk, ki je enkapsuliran z uporabo PMR, o kateri smo govorili zgoraj, ali z mikrovalovno magnetsko zapisovanje (MAMR) ali magnetsko zapisovanje s segrevanjem (HAMR). Katerekoli magnetske tehnologije shranjevanja podatkov je mogoče kombinirati s helijem namesto zraka. Leta 2014 je podjetje HGST združilo dve napredni tehnologiji v svojem 10 TB helijevem trdem disku, ki je uporabljal gostiteljsko nadzorovano poševno magnetsko zapisovanje (SMR). Malce se bomo ustavili pri SMR, nato pa se bomo osredotočili na MAMR in HAMR.
Tehnologija poševnega magnetskega zapisovanja
Prej smo obravnavali perpendicularno magnetsko zapisovanje (PMR), ki je bila predhodnica SMR. Za razliko od PMR, SMR zapisuje nove poti, ki delno prekrivajo prej zapisano magnetsko pot. To, po drugi strani, stanjša prejšnjo pot, kar omogoča večjo gostoto poti. Ime tehnologije izhaja iz dejstva, da poti, ki se prekrivajo, zelo spominjajo na strešne plošče iz opeke.
SMR vodi do veliko bolj zapletene skrivnosti pisanja, saj se pri pisanju na eno pot prepiše sosednja pot. To se ne kaže, ko je osnovna plast diska prazna in so podatki zaporedni. Vendar takoj, ko zapišete na serijo poti, ki že vsebujejo podatke, obstajajoči sosednji podatki zbrišejo. Če sosednja pot vsebuje podatke, jo je treba ponovno prepisati. To je precej podobno NAND žetonu, o katerem smo govorili prej.
SMR naprave omogočajo skriti to kompleksnost z upravljanjem vdelane programske opreme, kar omogoča uporabniku vmesnik, podoben kateremu koli drugemu trdemu disku. Po drugi strani pa naprave SMR, ki jih upravlja gostitelj, brez posebne prilagoditve aplikacij in operacijskih sistemov ne omogočajo uporabe teh diskov. Gostitelj mora zapisovati na naprave strogo zaporedno. Hkrati pa je zmogljivost naprav 100% predvidljiva. Podjetje Seagate je začelo dobavo SMR diskov leta 2013, trdijoč, da njihova gostota presega gostoto PMR za 25%. gostoto PMR.
Mikrovalovna magnetska zapisovanje (MAMR)
Mikrovalovno pomočjo magnetskega zapisovanja (MAMR) je tehnologija magnetskega pomnilnika, ki uporablja energijo, podobno HAMR (o čemer bomo govorili kasneje). Ključni del MAMR je Spin Torque Oscillator (STO) ali „generator na osnovi vrtenja spinov“. Sam STO se nahaja v neposredni bližini glave za zapis. Ob apliciranju toka v STO nastane krožno elektromagnetno polje s frekvenco 20-40 GHz zaradi polarizacije spinov elektronov.
Ob vplivu takega polja v feromagnetiku, ki se uporablja za MAMR, pride do resonančne reakcije, kar privede do precesije magnetnih momentov domen v tem polju. V bistvu se magnetni moment odkloni od svoje osi in za spremembo njegove usmeritve (obrata) glavi za zapis potrebuje znatno manj energije.
Uporaba tehnologije MAMR omogoča uporabo feromagnetnih snovi z večjo koercitivno močjo, kar pomeni, da je mogoče zmanjšati velikost magnetnih domen brez skrbi, da bi povzročili superparamagnetni učinek. Generator STO pomaga zmanjšati dimenzije glave za zapis, kar omogoča zapisovanje informacij na manjše magnetne domene, kar povečuje gostoto zapisa.
Podjetje Western Digital, znano tudi kot WD, je to tehnologijo predstavilo leta 2017. Kmalu zatem, leta 2018, je podjetje Toshiba podprlo to tehnologijo. Medtem ko podjetji WD in Toshiba raziskujeta tehnologijo MAMR, podjetje Seagate stavlja na HAMR.
Termomagnetni zapis (HAMR)
Heat-assisted magnetic recording (HAMR) je energetski učinkovit magnetski sustav za pohranu podataka koji omogućuje značajno povećanje količine podataka koji se mogu pohraniti na magnetskom uređaju, poput tvrđeg diska, korištenjem topline koju emitira laser da pomogne u zapisivanju podataka na površinu baze tvrđeg diska. Zbog zagrijavanja, bitovi podataka smještaju se na disku mnogo bliže jedni drugima, čime se povećava gustoća i kapacitet podataka.
Ovu tehnologiju prilično je teško implementirati. Laser snage 200 mW brzo mali dio do 400 °C prije nego što se podaci zapisuju, ne ometajući i ne oštećujući ostale podatke na disku. Proces zagrijavanja, zapisivanja podataka i hlađenja mora biti završen u manje od nanosekunde. Za rješavanje ovih izazova bilo je potrebno razviti nanodimenzionalne površinske plasmoni, poznate i kao lasersko površinsko osvjetljenje, umjesto direktnog zagrijavanja laserom, kao i nove vrste staklenih ploča i termo regulativnih prevlaka koje izdržavaju brzo lokalno zagrijavanje bez oštećenja glavice za zapisivanje ili bilo kojih obližnjih podataka, kao i razne druge tehničke probleme koje je trebalo prevladati.
Unatoč brojnim skeptičnim izjavama, tvrtka Seagate prvi put je demonstrirala ovu tehnologiju 2013. godine. Prvi diskovi počeli su se isporučivati 2018. godine.
Kraj filma, vrati na početak!
Započeli smo 1951. godine i završavamo članak osvrtom na budućnost tehnologije pohrane. Skladištenje podataka značajno se promijenilo tijekom vremena: od papirnih traka do metalnih i magnetskih, skakača, rotirajućih diskova, optičkih diskova, flash memorije i drugih. Napretkom su se pojavili brži, kompaktni i učinkovitiji uređaji za pohranu podataka.
Ako usporedimo NVMe s metalnom trakom UNISERVO iz 1951. godine, NVMe može očitati 486,111% više podataka u sekundi. Ako usporedimo NVMe s mojim omiljenim uređajem iz djetinjstva, Zip diskom, NVMe može očitati 213,623% više podataka u sekundi.
Edina stvar, ki ostaja resnična, je uporaba 0 in 1. Načini, kako to počnemo, se močno razlikujejo. Upam, da boste naslednjič, ko boste zapisovali CD-RW s pesmimi za prijatelja ali shranjevali domači video v Optical Disc Archive, pomislili, kako neodsevna površina pomeni 0, odsevna pa 1. Ali pa, če pišete miks kaseto, obdržite v mislih, da je to tesno povezano s Datasette, ki se uporablja v Commodore PET. Na koncu pa ne pozabite biti prijazni in previti nazaj.
Hvala in za okusne koščke (nič ne morem narediti) skozi vse članke!
Kaj še koristnega lahko preberete v blogu
→
→
→
→
→
Prijavite se na naš -kanal, da ne zamudite naslednjega članka! Pišemo največ dvakrat na teden in le po potrebi. Prav tako vas opominjamo, da Cloud4Y lahko zagotovi varen in zanesljiv oddaljen dostop do poslovnih aplikacij in informacij, potrebnih za zagotavljanje kontinuitete poslovanja. Oddaljeno delo je dodaten ovira na poti širjenja koronavirusa. Podrobnosti - pri naših menedžerjih na .
Izvor: habr.com
