Alla molnleverantörer erbjuder datalagringstjänster. Dessa kan vara kalla och varma förvaringar, Iskalla osv. Att lagra information i molnet är ganska bekvämt. Men hur lagrades data egentligen för 10, 20, 50 år sedan? Cloud4Y översatte en intressant artikel som talar om just detta.
En byte med data kan lagras på en mängd olika sätt, eftersom nya, mer avancerade och snabbare lagringsmedia dyker upp hela tiden. En byte är en enhet för lagring och bearbetning av digital information, som består av åtta bitar. En bit kan innehålla antingen 0 eller 1.
Vid hålkort lagras biten som närvaro/frånvaro av ett hål i kortet på en viss plats. Om vi går tillbaka lite längre till Babbage's Analytical Engine, så var registren som lagrade siffror växlar. I magnetiska lagringsenheter som band och diskar representeras en bit av polariteten för ett specifikt område av den magnetiska filmen. I modernt dynamiskt random access memory (DRAM) representeras en bit ofta som en elektrisk laddning på två nivåer lagrad i en enhet som lagrar elektrisk energi i ett elektriskt fält. En laddad eller urladdad container lagrar lite data.
I juni 1956 uppfann ordet för att beteckna en grupp bitar som används för att koda ett enda tecken . Låt oss prata lite om teckenkodning. Låt oss börja med den amerikanska standardkoden för informationsutbyte, eller ASCII. ASCII baserades på det engelska alfabetet, så varje bokstav, siffra och symbol (az, AZ, 0-9, +, - , /, ",!, etc. ) representerades som ett 7-bitars heltal från 32 till 127. Detta var inte precis "vänligt" mot andra språk. För att stödja andra språk utökade Unicode ASCII. I Unicode representeras varje tecken som en kodpunkt, eller symbol, till exempel , gemener j är U+006A, där U står för Unicode och sedan ett hexadecimalt tal.
UTF-8 är en standard för att representera tecken som åtta bitar, vilket gör att varje kodpunkt i intervallet 0-127 kan lagras i en enda byte. Om vi kommer ihåg ASCII är detta ganska normalt för engelska tecken, men andra språktecken uttrycks ofta i två eller fler byte. UTF-16 är en standard för att representera tecken som 16 bitar och UTF-32 är en standard för att representera tecken som 32 bitar. I ASCII är varje tecken en byte, men i Unicode, vilket ofta inte är helt sant, kan ett tecken uppta 1, 2, 3 eller fler byte. Artikeln kommer att använda olika storleksgrupperingar av bitar. Antalet bitar i en byte varierar beroende på mediets utformning.
I den här artikeln kommer vi att resa tillbaka i tiden genom olika lagringsmedier för att fördjupa oss i historien om datalagring. I inget fall kommer vi att börja på djupet studera varje enskilt lagringsmedium som någonsin har uppfunnits. Det här är en rolig informationsartikel som inte på något sätt gör anspråk på att vara av encyklopedisk betydelse.
Låt oss börja. Låt oss säga att vi har en databyte att lagra: bokstaven j, antingen som en kodad byte 6a, eller som en binär 01001010. När vi reser genom tiden kommer databyten att användas i flera lagringsteknologier som kommer att beskrivas.
1951
Vår historia börjar 1951 med UNIVAC UNISERVO-bandenheten för datorn UNIVAC 1. Det var den första bandenheten som skapades för en kommersiell dator. Bandet gjordes av en tunn remsa av förnicklad brons, 12,65 mm bred (kallad Vicalloy) och nästan 366 meter lång. Våra databytes kunde lagras med 7 200 tecken per sekund på ett band som rör sig med 2,54 meter per sekund. Vid denna tidpunkt i historien kan du mäta hastigheten för en lagringsalgoritm med avståndet som bandet reste.
1952
Snabbspola ett år framåt till den 21 maj 1952, när IBM tillkännagav lanseringen av sin första magnetbandsenhet, IBM 726. Vår byte av data kunde nu flyttas från UNISERVO metalltejp till IBM magnetband. Det här nya hemmet visade sig vara väldigt mysigt för vår mycket lilla byte av data, eftersom bandet kan lagra upp till 2 miljoner siffror. Detta 7-spåriga magnetband rörde sig med 1,9 meter per sekund med en baudhastighet på 12 500 eller 7500 (på den tiden kallade kopieringsgrupper) per sekund. Som referens: den genomsnittliga artikeln om Habré har cirka 10 000 tecken.
IBM 726-bandet hade sju spår, varav sex användes för att lagra information och ett för paritetskontroll. En rulle kunde rymma upp till 400 meter band med en bredd på 1,25 cm. Dataöverföringshastigheten nådde teoretiskt 12,5 tusen tecken per sekund; inspelningstätheten är 40 bitar per centimeter. Detta system använde en "vakuumkanal"-metod där en ögla av tejp cirkulerade mellan två punkter. Detta gjorde att bandet kunde starta och stoppa på en bråkdel av en sekund. Detta uppnåddes genom att placera långa vakuumkolonner mellan tejpspolarna och läs-/skrivhuvudena för att absorbera den plötsliga ökningen av spänningen i tejpen, utan vilken tejpen vanligtvis skulle gå sönder. En avtagbar plastring på baksidan av tejprullen gav skrivskydd. En rulle med tejp kan lagra cirka 1,1 .
Kom ihåg VHS-band. Vad behövde du göra för att se filmen igen? Spola tillbaka bandet! Hur många gånger har du snurrat en kassett till din spelare på en penna, för att inte slösa batterier och få ett trasigt eller fastnat band? Detsamma kan sägas om band som används för datorer. Program kunde inte bara hoppa runt bandet eller slumpmässigt komma åt data, de kunde läsa och skriva data strikt sekventiellt.
1956
Snabbspola fram några år till 1956, och eran av magnetisk disklagring började med IBM:s färdigställande av datorsystemet RAMAC 305, som Zellerbach Paper levererade till . Den här datorn var den första som använde en hårddisk med ett rörligt huvud. RAMAC-diskenheten bestod av femtio magnetiserade metallplattor med en diameter på 60,96 cm, som kan lagra cirka fem miljoner tecken med data, 7 bitar per tecken, och snurra med 1200 varv per minut. Lagringskapaciteten var cirka 3,75 megabyte.
RAMAC tillät realtidsåtkomst till stora mängder data, till skillnad från magnetband eller hålkort. IBM annonserade RAMAC som kapabel att lagra motsvarande 64 000 . Tidigare introducerade RAMRAC konceptet att kontinuerligt bearbeta transaktioner när de inträffar, så att data kunde hämtas omedelbart medan den fortfarande var färsk. Vår data i RAMAC kunde nu nås med hastigheter på 100 000 . Tidigare, när vi använde band, var vi tvungna att skriva och läsa sekventiell data, och vi kunde inte av misstag hoppa till olika delar av bandet. Slumpmässig tillgång i realtid till data var verkligen revolutionerande på den tiden.
1963
Låt oss spola fram till 1963 när DECtape introducerades. Namnet kommer från Digital Equipment Corporation, känt som DEC. DECtape var billigt och pålitligt, så det användes i många generationer av DEC-datorer. Den var 19 mm tejp, laminerad och inklämd mellan två lager Mylar på en fyra-tums (10,16 cm) rulle.
Till skillnad från sina tunga, skrymmande föregångare kunde DECTape bäras för hand. Detta gjorde det till ett utmärkt alternativ för persondatorer. Till skillnad från sina 7-spårs motsvarigheter hade DECtape 6 dataspår, 2 cue-spår och 2 för klocka. Data registrerades med 350 bitar per tum (138 bitar per cm). Vår databyte, som är 8 bitar men kan utökas till 12, skulle kunna överföras till DECTape med 8325 12-bitars ord per sekund med en bandhastighet på 93 (±12) tum per . Detta är 8 % fler siffror per sekund än UNISERVO metalltejp 1952.
1967
Fyra år senare, 1967, började ett litet IBM-team arbeta på IBM-diskettenheten, med kodnamnet . Sedan fick teamet i uppdrag att utveckla ett pålitligt och billigt sätt att ladda mikrokoder i IBM System/370. Projektet ändrades sedan och användes på nytt för att ladda mikrokod i en kontroller för IBM 3330 Direct Access Storage Facility, med kodnamnet Merlin.
Vår byte kunde nu lagras på skrivskyddade 8-tums magnetiskt belagda Mylar-disketter, idag kända som disketter. Vid tidpunkten för utgivningen kallades produkten IBM 23FD Floppy Disk Drive System. Diskarna kunde rymma 80 kilobyte data. Till skillnad från hårddiskar kan en användare enkelt flytta en diskett i ett skyddande skal från en enhet till en annan. Senare, 1973, släppte IBM läs/skrivdisketten, som sedan blev en industriell .
1969
1969 lanserades Apollo Guidance Computer (AGC) med repminne ombord på rymdfarkosten Apollo 11, som fraktade amerikanska astronauter till månen och tillbaka. Detta repminne tillverkades för hand och kunde hålla 72 kilobyte data. Produktionen av repminne var arbetskrävande, långsam och krävde färdigheter liknande vävning; det kunde ta . Men det var det rätta verktyget för de tillfällen då det var viktigt att passa maximalt i ett strikt begränsat utrymme. När tråden passerade genom en av de cirkulära trådarna representerade den en 1. Tråden som passerade runt tråden representerade en 0. Vår databyte krävde en person att väva in flera minuter i repet.
1977
1977 släpptes Commodore PET, den första (framgångsrika) persondatorn. PET:n använde en Commodore 1530 Datasette, vilket betyder data plus kassett. PET omvandlade data till analoga ljudsignaler som sedan lagrades på . Detta gjorde det möjligt för oss att skapa en kostnadseffektiv och pålitlig lagringslösning, om än väldigt långsam. Vår lilla byte med data kunde överföras med en hastighet av cirka 60-70 byte per . Kassetter kunde rymma cirka 100 kilobyte per 30-minuterssida, med två sidor per band. Till exempel kan en sida av en kassett innehålla cirka två 55 KB bilder. Datasetter användes också i Commodore VIC-20 och Commodore 64.
1978
Ett år senare, 1978, introducerade MCA och Philips LaserDisc under namnet "Discovision". Jaws var den första filmen som såldes på LaserDisc i USA. Dess ljud- och bildkvalitet var mycket bättre än sina konkurrenter, men laserskivan var för dyr för de flesta konsumenter. LaserDisc kunde inte spelas in, till skillnad från de VHS-band som folk spelade in tv-program på. Laserskivor fungerade med analog video, analog FM stereoljud och pulskod , eller PCM, digitalt ljud. Skivorna hade en diameter av 12 tum (30,47 cm) och bestod av två enkelsidiga aluminiumskivor belagda med plast. Idag är LaserDisc ihågkommen som grunden för CD- och DVD-skivor.
1979
Ett år senare, 1979, grundade Alan Shugart och Finis Conner Seagate Technology med idén att skala hårddisken till storleken på en 5 ¼-tums diskett, vilket var standard på den tiden. Deras första produkt 1980 var Seagate ST506 hårddisk, den första hårddisken för kompakta datorer. Disken rymde fem megabyte data, som vid den tiden var fem gånger större än en vanlig diskett. Grundarna kunde uppnå sitt mål att minska diskstorleken till storleken på en 5¼-tums diskett. Den nya datalagringsenheten var en styv metallplatta belagd på båda sidor med ett tunt lager av magnetiskt datalagringsmaterial. Våra databytes kunde överföras till disk med en hastighet av 625 kilobyte per . Det är ungefär .
1981
Snabbspola fram ett par år till 1981, då Sony introducerade de första 3,5-tumsdisketterna. Hewlett-Packard blev den första som använde denna teknik 1982 med sin HP-150. Detta gjorde 3,5-tumsdisketterna kända och gav dem utbredd användning över hela världen. . Disketterna var enkelsidiga med en formaterad kapacitet på 161.2 kilobyte och en oformaterad kapacitet på 218.8 kilobyte. 1982 släpptes en dubbelsidig version, och konsortiet Microfloppy Industry Committee (MIC) bestående av 23 medieföretag baserade 3,5-tums diskettspecifikationen på Sonys ursprungliga design, och cementerade formatet till historien som vi känner det idag. . Nu kan våra databytes lagras på en tidig version av ett av de vanligaste lagringsmedierna: 3,5-tumsdisketten. Senare ett par 3,5-tums disketter med blev den viktigaste delen av min barndom.
1984
Kort därefter, 1984, tillkännagavs releasen av Compact Disc Read-Only Memory (CD-ROM). Dessa var 550 megabyte CD-ROM-skivor från Sony och Philips. Formatet växte fram ur CD-skivor med digitalt ljud, eller CD-DA, som användes för att distribuera musik. CD-DA utvecklades av Sony och Philips 1982 och hade en kapacitet på 74 minuter. Enligt legenden, när Sony och Philips förhandlade om CD-DA-standarden, insisterade en av de fyra personerna på att de kunde hela nionde symfonin. Den första produkten som släpptes på CD var Groliers Electronic Encyclopedia, publicerad 1985. Uppslagsverket innehöll nio miljoner ord, som endast tog upp 12 % av det tillgängliga diskutrymmet, vilket är 553 . Vi skulle ha mer än tillräckligt med utrymme för ett uppslagsverk och en byte med data. Strax efter, 1985, arbetade datorföretag tillsammans för att skapa en standard för diskenheter så att vilken dator som helst kunde läsa dem.
1984
Även 1984 utvecklade Fujio Masuoka en ny typ av flytande grindminne som kallas flashminne, som kunde raderas och skrivas om många gånger.
Låt oss ta en stund för att titta på flashminnet med en transistor med flytande grind. Transistorer är elektriska grindar som kan slås på och av individuellt. Eftersom varje transistor kan vara i två olika tillstånd (på och av), kan den lagra två olika nummer: 0 och 1. En flytande gate hänvisar till en andra gate som läggs till mellantransistorn. Denna andra grind är isolerad med ett tunt oxidskikt. Dessa transistorer använder en liten spänning som appliceras på transistorns gate för att indikera om den är på eller av, vilket i sin tur översätts till 0 eller 1.
Med flytande grindar, när lämplig spänning appliceras genom oxidskiktet, strömmar elektroner genom det och fastnar på grindarna. Därför, även när strömmen är avstängd, finns elektronerna kvar på dem. När det inte finns några elektroner på de flytande grindarna representerar de en 1:a, och när elektroner har fastnat representerar de en 0. Att vända denna process och applicera en lämplig spänning genom oxidskiktet i motsatt riktning får elektroner att strömma genom de flytande grindarna och återställ transistorn till sitt ursprungliga tillstånd. Därför görs cellerna programmerbara och . Vår byte kan programmeras in i transistorn som 01001010, med elektroner, med elektroner som sitter fast i flytande grindar för att representera nollor.
Masuokas design var något billigare men mindre flexibel än elektriskt raderbar PROM (EEPROM), eftersom den krävde flera grupper av celler som måste raderas tillsammans, men detta stod också för dess hastighet.
Vid den tiden arbetade Masuoka för Toshiba. Han lämnade så småningom för att arbeta vid Tohoku University eftersom han var missnöjd med att företaget inte belönade honom för hans arbete. Masuoka stämde Toshiba och krävde ersättning. 2006 betalades han 87 miljoner yuan, motsvarande 758 tusen amerikanska dollar. Detta verkar fortfarande obetydligt med tanke på hur inflytelserik flashminne har blivit i branschen.
Medan vi pratar om flashminne är det också värt att notera vad skillnaden är mellan NOR och NAND flashminne. Som vi redan vet från Masuoka lagrar flash information i minnesceller som består av transistorer med flytande grind. Namnen på teknologierna är direkt relaterade till hur minnesceller är organiserade.
I NOR-flash kopplas individuella minnesceller parallellt för att ge slumpmässig åtkomst. Denna arkitektur minskar lästiden som krävs för slumpmässig åtkomst till mikroprocessorinstruktioner. NOR-flashminne är idealiskt för tillämpningar med lägre densitet som huvudsakligen är skrivskyddade. Det är därför de flesta processorer laddar sin firmware, vanligtvis från NOR-flashminnet. Masuoka och hans kollegor introducerade uppfinningen av NOR flash 1984 och NAND flash in .
NAND Flash-utvecklare övergav slumpåtkomstfunktionen för att uppnå en mindre minnescellstorlek. Detta resulterar i en mindre chipstorlek och lägre kostnad per bit. NAND-flashminnesarkitekturen består av åttadelade minnestransistorer kopplade i serie. Detta uppnår hög lagringstäthet, mindre minnescellstorlek och snabbare dataskrivning och radering eftersom det kan programmera datablock samtidigt. Detta uppnås genom att kräva att data skrivs om när de inte skrivs sekventiellt och data redan finns i .
1991
Låt oss gå vidare till 1991, då en prototyp SSD (solid-state drive) skapades av SanDisk, då känd som . Designen kombinerade en flashminnesarray, icke-flyktiga minneschips och en intelligent styrenhet för att automatiskt upptäcka och korrigera defekta celler. Diskkapaciteten var 20 megabyte med en 2,5-tums formfaktor, och dess kostnad uppskattades till cirka 1000 XNUMX dollar. Denna disk användes av IBM i en dator .
1994
En av mina personliga favoritlagringsmedia sedan barndomen var Zip Disks. 1994 släppte Iomega Zip Disk, en 100-megabyte-kassett i en 3,5-tums formfaktor, ungefär något tjockare än en vanlig 3,5-tumsenhet. Senare versioner av enheterna kunde lagra upp till 2 gigabyte. Bekvämligheten med dessa diskar är att de var lika stora som en diskett, men hade förmågan att lagra en större mängd data. Våra databyte kunde skrivas till en Zip-disk med 1,4 megabyte per sekund. Som jämförelse skrevs vid den tiden 1,44 megabyte av en 3,5-tums diskett med en hastighet av cirka 16 kilobyte per sekund. På en Zip-skiva läser/skriver huvuden data utan kontakt, som om de flyger över ytan, vilket liknar driften av en hårddisk, men skiljer sig från funktionsprincipen för andra disketter. Zip-skivor blev snart föråldrade på grund av tillförlitlighet och tillgänglighetsproblem.
1994
Samma år introducerade SanDisk CompactFlash, som användes flitigt i digitala videokameror. Precis som med CD-skivor är CompactFlash-hastigheterna baserade på "x"-klassificeringar som 8x, 20x, 133x, etc. Den maximala dataöverföringshastigheten beräknas baserat på bithastigheten för den ursprungliga ljud-CD:n, 150 kilobyte per sekund. Överföringshastigheten ser ut som R = Kx150 kB/s, där R är överföringshastigheten och K är den nominella hastigheten. Så för en 133x CompactFlash kommer vår databyte att skrivas med 133x150 kB/s eller cirka 19 950 kB/s eller 19,95 MB/s. CompactFlash Association grundades 1995 med målet att skapa en industristandard för flashminneskort.
1997
Några år senare, 1997, släpptes Compact Disc Rewritable (CD-RW). Denna optiska skiva användes för att lagra data och för att kopiera och överföra filer till olika enheter. CD-skivor kan skrivas om cirka 1000 XNUMX gånger, vilket inte var en begränsande faktor vid den tiden eftersom användarna sällan skrev över data.
CD-RW-skivor är baserade på teknologi som förändrar en ytas reflektionsförmåga. När det gäller CD-RW orsakar fasförskjutningar i en speciell beläggning bestående av silver, tellur och indium förmågan att reflektera eller inte reflektera den avlästa strålen, vilket betyder 0 eller 1. När föreningen är i kristallint tillstånd är det genomskinlig, vilket betyder 1. När föreningen smälter till ett amorft tillstånd blir den ogenomskinlig och icke-reflekterande, vilket 0. Så vi skulle kunna skriva vår databyte som 01001010.
DVD-skivor tog så småningom över större delen av marknadsandelen från CD-RW-skivor.
1999
Låt oss gå vidare till 1999, då IBM introducerade världens minsta hårddiskar vid den tiden: IBM 170 MB och 340 MB mikroenheter. Dessa var små 2,54 cm hårddiskar designade för att passa in i CompactFlash Type II-platser. Det var planerat att skapa en enhet som skulle användas som CompactFlash, men med större minneskapacitet. De ersattes dock snart av USB-minnen och sedan av större CompactFlash-kort när de blev tillgängliga. Precis som andra hårddiskar var mikroenheter mekaniska och innehöll små snurrande diskar.
2000
Ett år senare, år 2000, introducerades USB-minnen. Enheterna bestod av flashminne inneslutet i en liten formfaktor med ett USB-gränssnitt. Beroende på vilken version av USB-gränssnittet som används kan hastigheten variera. USB 1.1 är begränsad till 1,5 megabit per sekund, medan USB 2.0 kan hantera 35 megabit per sekund , och USB 3.0 är 625 megabit per sekund. De första USB 3.1 Type C-enheterna tillkännagavs i mars 2015 och hade läs-/skrivhastigheter på 530 megabit per sekund. Till skillnad från disketter och optiska enheter är USB-enheter svårare att skrapa, men har fortfarande samma möjligheter för att lagra data, samt överföra och säkerhetskopiera filer. Diskett- och CD-enheter ersattes snabbt av USB-portar.
2005
År 2005 började tillverkare av hårddiskar (HDD) skicka produkter med hjälp av vinkelrät magnetisk inspelning, eller PMR. Intressant nog hände detta samtidigt som iPod Nano tillkännagav användningen av flashminne istället för 1-tums hårddiskar i iPod Mini.
En typisk hårddisk innehåller en eller flera hårddiskar belagda med en magnetiskt känslig film som består av små magnetiska korn. Data registreras när det magnetiska inspelningshuvudet flyger precis ovanför den snurrande skivan. Detta är väldigt likt en traditionell grammofonskivspelare, den enda skillnaden är att i en grammofon är pennan i fysisk kontakt med skivan. När skivorna roterar skapar luften i kontakt med dem en mild bris. Precis som luft på en flygplansvinge genererar lyft, genererar luft lyft på bärytehuvudet . Huvudet ändrar snabbt magnetiseringen av ett magnetiskt område av kornen så att dess magnetiska pol pekar uppåt eller nedåt, vilket indikerar 1 eller 0.
Föregångaren till PMR var longitudinell magnetisk inspelning, eller LMR. Registreringstätheten för PMR kan vara mer än tre gånger den för LMR. Huvudskillnaden mellan PMR och LMR är att kornstrukturen och den magnetiska orienteringen av lagrad data från PMR-media är kolumnär snarare än longitudinell. PMR har bättre termisk stabilitet och förbättrat signal-brusförhållande (SNR) på grund av bättre kornseparation och enhetlighet. Den har också förbättrad inspelningsbarhet tack vare starkare huvudfält och bättre magnetisk mediainriktning. Liksom LMR är de grundläggande begränsningarna för PMR baserade på den termiska stabiliteten hos databitarna som skrivs av magneten och behovet av att ha tillräckligt med SNR för att läsa den skrivna informationen.
2007
2007 tillkännagavs den första 1 TB hårddisken från Hitachi Global Storage Technologies. Hitachi Deskstar 7K1000 använde fem 3,5-tums 200 GB-plattor och snurrade vid rpm Detta är en betydande förbättring jämfört med världens första hårddisk, IBM RAMAC 350, som hade en kapacitet på cirka 3,75 megabyte. Åh, vad långt vi har kommit på 51 år! Men vänta, det är något mer.
2009
2009 började det tekniska arbetet med att skapa icke-flyktigt expressminne, eller . Non-volatile memory (NVM) är en typ av minne som kan lagra data permanent, till skillnad från flyktigt minne, som kräver konstant ström för att lagra data. NVMe adresserar behovet av ett skalbart värdstyrenhetsgränssnitt för PCIe-aktiverade halvledarbaserade perifera komponenter, därav namnet NVMe. Mer än 90 företag ingick i arbetsgruppen för att utveckla projektet. Allt detta baserades på arbete med att definiera NVMHCIS (Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification). Dagens bästa NVMe-enheter klarar cirka 3500 3300 megabyte per sekund läsning och XNUMX XNUMX megabyte per sekund skriv. Att skriva j-databyten vi började med är väldigt snabbt jämfört med ett par minuters handvävande repminne för Apollo Guidance Computer.
Nutid och framtid
Lagringsklassminne
Nu när vi har rest tillbaka i tiden (ha!), låt oss ta en titt på det aktuella tillståndet för Storage Class Memory. SCM, liksom NVM, är robust, men SCM ger också prestanda överlägsen eller jämförbar med huvudminnet, och . Målet med SCM är att lösa några av dagens cacheproblem, såsom låga densiteter för static random access memory (SRAM). Med Dynamic Random Access Memory (DRAM) kan vi uppnå bättre densitet, men det kommer till priset av långsammare åtkomst. DRAM lider också av behovet av konstant ström för att fräscha upp minnet. Låt oss förstå det här lite. Ström behövs eftersom den elektriska laddningen på kondensatorerna läcker ut lite i taget, vilket innebär att utan ingripande kommer data på chipet snart att gå förlorade. För att förhindra sådant läckage kräver DRAM en extern minnesuppdateringskrets som regelbundet skriver om data i kondensatorerna och återställer dem till sin ursprungliga laddning.
Fasförändringsminne (PCM)
Tidigare har vi tittat på hur fasen förändras för CD-RW. PCM är liknande. Fasförändringsmaterialet är vanligtvis Ge-Sb-Te, även känt som GST, som kan existera i två olika tillstånd: amorft och kristallint. Det amorfa tillståndet har en högre resistans, anger 0, än det kristallina tillståndet, anger 1. Genom att tilldela datavärden till mellanresistanser kan PCM användas för att lagra flera tillstånd som .
Spin-överföring vridmoment random access memory (STT-RAM)
STT-RAM består av två ferromagnetiska, permanentmagnetiska lager åtskilda av ett dielektrikum, en isolator som kan överföra elektrisk kraft utan att leda. Den lagrar bitar av data baserat på skillnader i magnetiska riktningar. Det ena magnetiska skiktet, kallat referensskiktet, har en fast magnetisk riktning, medan det andra magnetiska skiktet, som kallas det fria skiktet, har en magnetisk riktning som styrs av strömmen som passerar. För 1 är magnetiseringsriktningen för de två skikten inriktad. För 0 har båda lagren motsatta magnetiska riktningar.
Resistivt random access memory (ReRAM)
En ReRAM-cell består av två metallelektroder åtskilda av ett metalloxidskikt. Lite som Masuokas flashminnesdesign, där elektroner penetrerar oxidskiktet och fastnar i den flytande grinden, eller vice versa. Men med ReRAM bestäms celltillståndet baserat på koncentrationen av fritt syre i metalloxidskiktet.
Även om dessa tekniker är lovande har de fortfarande nackdelar. PCM och STT-RAM har hög skrivlatens. PCM-latenser är tio gånger högre än DRAM, medan STT-RAM-latenser är tio gånger högre än SRAM. PCM och ReRAM har en gräns för hur länge en skrivning kan ske innan ett allvarligt fel inträffar, vilket innebär att minneselementet fastnar på .
I augusti 2015 tillkännagav Intel lanseringen av Optane, dess 3DXPoint-baserade produkt. Optane hävdar 1000 XNUMX gånger prestanda hos NAND SSD:er till ett pris som är fyra till fem gånger högre än flashminne. Optane är ett bevis på att SCM är mer än bara en experimentell teknik. Det ska bli intressant att se utvecklingen av dessa teknologier.
Hårddiskar (HDD)
Helium HDD (HHDD)
En heliumskiva är en hårddisk med hög kapacitet (HDD) som är fylld med helium och hermetiskt försluten under tillverkningsprocessen. Precis som andra hårddiskar, som vi sa tidigare, liknar den en skivspelare med en magnetiskt belagd snurrande tallrik. Typiska hårddiskar har helt enkelt luft inuti kaviteten, men denna luft orsakar ett visst motstånd när plattorna snurrar.
Heliumballonger flyter eftersom helium är lättare än luft. Faktum är att helium är 1/7 av luftens densitet, vilket minskar bromskraften när plattorna roterar, vilket orsakar en minskning av mängden energi som krävs för att snurra skivorna. Denna funktion är dock sekundär, den huvudsakliga utmärkande egenskapen för helium var att den låter dig packa 7 wafers i samma formfaktor som normalt bara skulle hålla 5. Om vi kommer ihåg analogin med vår flygplansvinge, så är detta en perfekt analog. . Eftersom helium minskar luftmotståndet elimineras turbulens.
Vi vet också att heliumballonger börjar sjunka efter några dagar eftersom helium kommer ut ur dem. Detsamma kan sägas om lagringsenheter. Det tog år innan tillverkarna kunde skapa en behållare som hindrade helium från att fly från formfaktorn under hela enhetens livslängd. Backblaze genomförde experiment och fann att heliumhårddiskar hade en årlig felfrekvens på 1,03 %, jämfört med 1,06 % för standarddiskar. Naturligtvis är denna skillnad så liten att man kan dra en allvarlig slutsats av den .
Den heliumfyllda formfaktorn kan innehålla en hårddisk inkapslad med PMR, som vi diskuterade ovan, eller mikrovågsmagnetisk inspelning (MAMR) eller värmeassisterad magnetisk inspelning (HAMR). Vilken magnetisk lagringsteknik som helst kan kombineras med helium istället för luft. Under 2014 kombinerade HGST två banbrytande teknologier i sin 10TB heliumhårddisk, som använde värdstyrd shingled magnetic recording, eller SMR (Shingled magnetic recording). Låt oss prata lite om SMR och sedan titta på MAMR och HAMR.
Magnetisk inspelningsteknik för kakel
Tidigare har vi tittat på perpendicular magnetic recording (PMR), som var föregångaren till SMR. Till skillnad från PMR, spelar SMR in nya spår som överlappar en del av det tidigare inspelade magnetspåret. Detta gör i sin tur det föregående spåret smalare, vilket möjliggör högre spårdensitet. Namnet på tekniken kommer av att varvbanor är väldigt lika tegeltaksbanor.
SMR resulterar i en mycket mer komplex skrivprocess, eftersom skrivning till ett spår skriver över det intilliggande spåret. Detta inträffar inte när disksubstratet är tomt och data är sekventiell. Men så snart du spelar in på en serie spår som redan innehåller data, raderas befintliga intilliggande data. Om ett intilliggande spår innehåller data måste det skrivas om. Detta är ganska likt NAND-blixten vi pratade om tidigare.
SMR-enheter döljer denna komplexitet genom att hantera firmware, vilket resulterar i ett gränssnitt som liknar alla andra hårddiskar. Å andra sidan kommer värdhanterade SMR-enheter, utan speciell anpassning av applikationer och operativsystem, inte att tillåta användningen av dessa enheter. Värden måste skriva till enheter strikt sekventiellt. Samtidigt är enhetens prestanda 100 % förutsägbar. Seagate började leverera SMR-enheter 2013 och hävdade 25 % högre densitet PMR-densitet.
Mikrovågsmagnetisk inspelning (MAMR)
Mikrovågsassisterad magnetisk inspelning (MAMR) är en magnetisk minnesteknik som använder energi som liknar HAMR (diskuteras härnäst).En viktig del av MAMR är Spin Torque Oscillator (STO). Själva STO:n är placerad i närheten av inspelningshuvudet. När ström appliceras på STO genereras ett cirkulärt elektromagnetiskt fält med en frekvens på 20-40 GHz på grund av polariseringen av elektronspinn.
När den utsätts för ett sådant fält uppstår resonans i ferromagneten som används för MAMR, vilket leder till precession av de magnetiska momenten för domänerna i detta fält. I huvudsak avviker det magnetiska momentet från sin axel och för att ändra dess riktning (vända), behöver inspelningshuvudet betydligt mindre energi.
Användningen av MAMR-teknik gör det möjligt att ta ferromagnetiska ämnen med större koercitivkraft, vilket gör att storleken på magnetiska domäner kan minskas utan rädsla för att orsaka en superparamagnetisk effekt. STO-generatorn hjälper till att minska storleken på inspelningshuvudet, vilket gör det möjligt att registrera information på mindre magnetiska domäner, och därför ökar inspelningstätheten.
Western Digital, även känd som WD, introducerade denna teknik 2017. Strax efter, 2018, stödde Toshiba denna teknik. Medan WD och Toshiba eftersträvar MAMR-teknik, satsar Seagate på HAMR.
Termomagnetisk inspelning (HAMR)
Heat-assisted magnetic recording (HAMR) är en energieffektiv magnetisk datalagringsteknik som avsevärt kan öka mängden data som kan lagras på en magnetisk enhet, till exempel en hårddisk, genom att använda värme från en laser för att hjälpa till att skriva data till ythårddisksubstraten. Uppvärmning gör att databitar placeras mycket närmare varandra på disksubstratet, vilket möjliggör ökad datatäthet och kapacitet.
Denna teknik är ganska svår att implementera. 200 mW lasersnabb ett litet område på upp till 400 °C före inspelning, utan att störa eller skada resten av data på disken. Uppvärmning, dataregistrering och nedkylning måste slutföras på mindre än en nanosekund. För att ta itu med dessa utmaningar krävdes utvecklingen av ytplasmoner i nanoskala, även känd som ytstyrda lasrar, istället för direkt laseruppvärmning, såväl som nya typer av glasplattor och värmebehandlingsbeläggningar för att motstå snabb punktuppvärmning utan att skada inspelningshuvudet eller något i närheten. data och diverse andra tekniska utmaningar som behövde övervinnas.
Trots många skeptiska uttalanden demonstrerade Seagate denna teknik för första gången 2013. De första skivorna började levereras 2018.
Slut på filmen, gå till början!
Vi startade 1951 och avslutar artikeln med en titt in i framtiden för lagringsteknik. Datalagring har förändrats mycket över tiden, från papperstejp till metall och magnet, repminne, snurrande skivor, optiska skivor, flashminne och andra. Framsteg har resulterat i snabbare, mindre och kraftfullare lagringsenheter.
Om du jämför NVMe med UNISERVO metalltejp från 1951 kan NVMe läsa 486 111 % fler siffror per sekund. När man jämför NVMe med min barndomsfavorit, Zip drives, kan NVMe läsa 213,623 % fler siffror per sekund.
Det enda som förblir sant är användningen av 0 och 1. Sätten vi gör detta på varierar mycket. Jag hoppas att nästa gång du bränner en CD-RW med låtar åt en vän eller sparar en hemmavideo i Optical Disc Archive, tänker du på hur en icke-reflekterande yta översätts till en 0 och en reflekterande yta översätts till en 1:a. Eller om du spelar in ett mixtape på kassett, kom ihåg att det är mycket nära besläktat med den datasett som används i Commodore PET. Slutligen, glöm inte att vara snäll och spola tillbaka.
Tack и för godbitarna (jag kan inte låta bli) genom hela artikeln!
Vad mer kan du läsa på bloggen?
→
→
→
→
→
Prenumerera på vår -kanal så att du inte missar nästa artikel! Vi skriver inte mer än två gånger i veckan och endast i affärer. Vi påminner dig också om att Cloud4Y kan tillhandahålla säker och pålitlig fjärråtkomst till affärsapplikationer och information som är nödvändig för att säkerställa kontinuitet i verksamheten. Distansarbete är ytterligare ett hinder för spridningen av coronaviruset. För detaljer, kontakta våra chefer på .
Källa: will.com