Varje molnleverantör erbjuder tjÀnsten datalagring. Det kan vara kalla och varma lagringslösningar, Ice-cold, osv. Att lagra information i molnet Àr ganska bekvÀmt. Men hur lagrades data överhuvudtaget för 10, 20, 50 Är sedan? Cloud4Y översatte en intressant artikel som just handlar om detta.
En byte av data kan lagras pÄ mÄnga olika sÀtt, eftersom nya, mer avancerade och snabbare lagringsmedier hela tiden dyker upp. En byte Àr en enhet för lagring och bearbetning av digital information och bestÄr av Ätta bitar. I en bit kan antingen 0 eller 1 lagras.
I fallet med hÄlkort lagras biten som nÀrvaron/frÄnvaron av ett hÄl i kortet pÄ en viss plats. Om vi gÄr lÀngre tillbaka i tiden till "Babbages analytiska maskin", sÄ representerade register som lagrade tal kugghjul. I magnetiska lagringsenheter, som band och skivor, representeras biten av polariteten i ett visst omrÄde av magnetfilmen. I modern dynamisk slumpmÀssig Ätkomstminne (DRAM) representeras biten ofta som en tvÄnivÄ elektrisk laddning som lagras i en enhet som ackumulerar elektrisk energi i ett elektriskt fÀlt. En laddad eller urladdad kapacitet lagrar en databit.
I juni 1956 myntade ordet för att beteckna en grupp bitar som anvĂ€nds för att koda en enda symbol . LĂ„t oss prata lite om teckenkodning. Vi börjar med American Standard Code for Information Interchange, eller ASCII (ASCII (eng. American Standard Code for Information Interchange). ASCII baserades pĂ„ det engelska alfabetet, sĂ„ varje bokstav, siffra och symbol (a-z, A-Z, 0-9, +, -, /, ", ! osv.) representerades som ett 7-bitars heltal frĂ„n 32 till 127. Detta var inte precis "vĂ€nligt" mot andra sprĂ„k. För att stödja andra sprĂ„k utökade Unicode ASCII. I Unicode representeras varje symbol som en kodpunkt, eller tecken, till exempel liten bokstav j â U+006A, dĂ€r U stĂ„r för Unicode, följt av ett hexadecimalt nummer.
UTF-8 Àr en standard för att representera tecken i Ätta bitar, vilket möjliggör lagring av varje kodpunkt inom intervallet 0-127 i en byte. Om vi tÀnker pÄ ASCII Àr det helt normalt för engelska tecken, men tecken frÄn andra sprÄk uttrycks ofta i tvÄ eller fler byte. UTF-16 Àr en standard för att representera tecken i 16 bitar, medan UTF-32 Àr en standard för att representera tecken i 32 bitar. I ASCII Àr varje tecken en byte, medan i Unicode, vilket ofta inte Àr helt korrekt, kan ett tecken ta upp 1, 2, 3 eller fler byte. I artikeln kommer olika bit-grupperingar att anvÀndas. Antalet bitar i en byte varierar beroende pÄ mediets konstruktion.
I denna artikel kommer vi att göra en tidsresa genom olika informationsbÀrare för att dyka ner i historien om datalagring. Vi kommer inte pÄ nÄgot sÀtt att studera varje enskild informationsbÀrare som nÄgonsin har uppfunnits. Framför dig har du en underhÄllande informationsartikel som pÄ inget sÀtt gör ansprÄk pÄ encyklopedisk betydelse.
LÄt oss börja. Anta att vi har en databyte att lagra: bokstaven j, eller i form av den kodade byten 6a, eller i binÀr form 01001010. Under vÄr tidsresa kommer databyte att anvÀndas i vissa lagringstekniker som kommer att beskrivas.
1951
VÄr historia börjar 1951 med bandlagringsenheten UNIVAC UNISERVO för datorn UNIVAC 1. Det var den första bandlagringsenheten som skapades för en kommersiell dator. Bandet var tillverkat av en tunn remsa av nickelbelagd brons, 12,65 mm bred (kallad Vicalloy) och nÀstan 366 meter lÄng. VÄra databytes kunde lagras med en hastighet av 7 200 tecken per sekund pÄ bandet, som rörde sig med en hastighet av 2,54 meter per sekund. I detta skede av historien kunde du mÀta hastigheten pÄ lagringsalgoritmen i termer av det avstÄnd som bandet har tillryggalagt.
1952
LÄt oss resa framÄt ett Är, till den 21 maj 1952, nÀr IBM annonserade lanseringen av sin första magnetbandenhet, IBM 726. Nu kan vÄr databyte flyttas frÄn en UNISERVO metallisk band till IBM:s magnetband. Detta nya hem visade sig vara mycket bekvÀmt för vÄr mycket lilla databyte, eftersom bandet kunde lagra upp till 2 miljoner siffror. Detta magnetiska 7-spÄrsband rörde sig med en hastighet av 1,9 meter per sekund med en överföringshastighet pÄ 12 500 eller 7500 (som dÄ kallades kopieringsgrupper) per sekund. För referens: i en genomsnittlig artikel pÄ Habré finns det ungefÀr 10 000 tecken.
IBM 726-bandet hade sju spĂ„r, varav sex anvĂ€ndes för informationslagring och ett för paritetskontroll. En rulle kunde innehĂ„lla upp till 400 meter band med en bredd pĂ„ 1,25 cm. Ăverföringshastigheten nĂ„dde teoretiskt 12 500 tecken per sekund; lagringstĂ€theten var 40 bitar per centimeter. I detta system anvĂ€ndes en "vakuumkanalmetod", dĂ€r bandets slinga cirkulerade mellan tvĂ„ punkter. Detta möjliggjorde att bandet kunde starta och stoppa pĂ„ brĂ„kdelen av en sekund. Detta uppnĂ„ddes genom att placera lĂ„nga vakuumkolumner mellan bandrullarna och lĂ€s-/skrivhuvudena för att absorbera plötsliga spĂ€nningsökningar i bandet, utan vilket bandet normalt skulle brista. En avtagbar plastring pĂ„ baksidan av bandrullen gav skydd mot skrivning. En rulle band kunde lagra cirka 1,1 .
TÀnk pÄ VHS-kassetter. Vad behövde man göra för att se en film igen? Spola tillbaka bandet! Och hur mÄnga gÄnger har du snurrat kassetten pÄ en penna för att inte slösa batteri eller fÄ ett trasigt eller hopknutigt band? Samma sak kan sÀgas om banden som anvÀnds för datorer. Program kunde inte bara hoppa över nÄgot omrÄde av bandet eller oavsiktligt fÄ tillgÄng till data, de kunde lÀsa och skriva data strikt sekventiellt.
1956
Om vi flyttar fram nÄgra Är till 1956, sÄ började eran av magnetdisklagring med att IBM slutförde utvecklingen av datorsystemet RAMAC 305, som företaget Zellerbach Paper skulle installera i . I denna dator anvÀndes för första gÄngen en hÄrddisk med rörlig huvud. Diskminnet RAMAC bestod av femtio magnetiserade metallskivor med en diameter pÄ 60,96 cm, som kunde lagra cirka fem miljoner datatecken, 7 bitar per tecken, och rotera med en hastighet av 1200 varv per minut. Lagringskapaciteten var cirka 3,75 megabyte.
RAMAC gjorde det möjligt att i realtid fÄ tillgÄng till stora datamÀngder, till skillnad frÄn magnetband eller hÄlkort. IBM marknadsförde RAMAC som en enhet kapabel att lagra motsvarigheten till 64 000 . Tidigare introducerades begreppet kontinuerlig transaktionsbehandling i RAMRAC som möjliggjorde dataextraktion i realtid medan de fortfarande var fÀrska. Nu kunde vi fÄ tillgÄng till vÄra data i RAMAC med hastigheten 100 000 . Tidigare var vi tvungna att spela in och lÀsa sekventiella data nÀr vi anvÀnde band och vi kunde inte av misstag hoppa över till olika delar av bandet. SlumptillgÄngen till data i realtid var verkligen revolutionerande vid den tiden.
1963
LÄt oss hoppa tillbaka till Är 1963 nÀr DECtape introducerades. Namnet kom frÄn företaget Digital Equipment Corporation, kÀnt som DEC. DECtape var billig och pÄlitlig, vilket gjorde att den anvÀndes i mÄnga generationer av DEC-datorer. Det var ett 19 mm band, laminerat och inneslutet mellan tvÄ lager mylar pÄ en fyra tum (10,16 cm) spole.
Till skillnad frÄn sina tunga, stora föregÄngare kunde DECtape bÀras för hand. Detta gjorde den till ett utmÀrkt alternativ för persondatorer. Till skillnad frÄn 7-spÄriga motsvarigheter, hade DECtape 6 dataspÄr, 2 mÀrkespÄr och 2 för taktsignaler. Data spelades in med en hastighet av 350 bitar per tum (138 bitar per cm). VÄr databyte, som bestÄr av 8 bitar men kan utökas till 12, kunde överföras till DECtape med hastigheten 8325 12-bitars ord per sekund vid en bandhastighet pÄ 93 (±12) tum per . Det Àr 8% fler siffror per sekund Àn pÄ den metalliska bandet UNISERVO 1952.
Â
1967
Fyra Är senare, 1967, började ett litet team pÄ IBM arbeta pÄ en diskett enhet under kodnamnet . DÄ hade teamet i uppdrag att utveckla en pÄlitlig och kostnadseffektiv metod för att ladda mikroprogram. IBM System/370. Projektet blev senare omklassificerat och omdirigerat för att ladda mikroprogram i kontrollern för IBM 3330 Direct Access Storage Facility med kodnamnet Merlin.
Nu kan vÄr byte lagras pÄ endast lÀsbar 8-tums flexibla Mylar-disketter med magnetbelÀggning, kÀnda idag som floppy-diskar. Vid lanseringen kallades produkten IBM 23FD Floppy Disk Drive System. Diskarna kunde rymma 80 kilobyte data. Till skillnad frÄn hÄrddiskar kunde anvÀndaren enkelt flytta diskett i sitt skyddshölje frÄn en disk till en annan. Senare, Är 1973, slÀppte IBM en lÀs-/skrivbar diskett som sedan blev en industristandard. .
Â
1969
 Ă
r 1969, ombord pÄ rymdfarkosten Apollo 11, som transporterade amerikanska astronauter till mÄnen och tillbaka, lanserades en omborddator AGC (Apollo Guidance Computer) med "repminne" (rope memory). Detta repminne tillverkades för hand och kunde rymma 72 kilobyte data. Tillverkningen av repminne var arbetsintensiv, lÄngsam och krÀvde fÀrdigheter liknande vÀvning; att vÀva programmet i repminnet kunde ta . Men det var rÀtt verktyg för sin tid dÄ det var viktigt att fÄ plats med sÄ mycket som möjligt i ett hÄrt begrÀnsat utrymme. NÀr trÄden passerade genom en av de runda trÄdarna, representerade det 1. TrÄden som snodde sig runt trÄden representerade 0. VÄr databyte krÀvde att en person spenderade flera minuter pÄ att vÀva in det i repet.
1977
Ă
r 1977 lanserades Commodore PET â den första (framgĂ„ngsrika) persondatorn. PET anvĂ€nde Commodore 1530 Datasette, vilket betyder data plus kassett. PET konverterade data till analoga ljudsignaler som sedan lagrades pĂ„ . Detta möjliggjorde en kostnadseffektiv och pĂ„litlig lösning för datalagring, om Ă€n mycket lĂ„ngsam. VĂ„r lilla databyte kunde överföras vid cirka 60-70 byte i . Kassetter kunde rymma cirka 100 kilobyte pĂ„ 30 minuter, med tvĂ„ sidor per band. Till exempel skulle man pĂ„ en sida av kassetten kunna placera cirka tvĂ„ 55 KB-bilder. Datasette anvĂ€ndes ocksĂ„ i Commodore VIC-20 och Commodore 64.
1978
Efter ett Är, 1978, introducerade MCA och Philips LaserDisc under namnet "Discovision". Filmen "Jaws" blev den första filmen som sÄldes pÄ LaserDisc i USA. Ljud- och bildkvaliteten var betydligt bÀttre Àn hos konkurrenterna, men laserdisken visade sig vara för dyr för de flesta konsumenter. PÄ LaserDisc kunde man inte spela in, i motsats till VHS-kassetter pÄ vilka folk spelade in tv-program. Laserdiskarna fungerade med analog video, analog FM-stereoljud och impulskodmodulering , eller PCM, digitalt ljud. Skivorna hade en diameter pÄ 12 tum (30,47 cm) och bestod av tvÄ ensidiga aluminiumskivor tÀckta med plast. Idag minns man LaserDisc som föregÄngaren till CD och DVD.
1979
Ett Ă„r senare, 1979, grundade Alan Shugart och Finis Connor företaget Seagate Technology med idĂ©n att skala ned hĂ„rddisken till storleken av en 5 ÂŒ-tums diskett, som var standarden vid den tiden. Deras första produkt 1980 blev Seagate ST506 â den första hĂ„rddisken för kompakta datorer. Skivan rymde fem megabyte data, vilket vid den tiden var fem gĂ„nger mer Ă€n en standarddiskett. Grundarna lyckades uppnĂ„ sitt mĂ„l â att minska storleken pĂ„ skivan till storleken av en 5ÂŒ-tums diskett. Den nya datalagringsenheten bestod av en hĂ„rd metallskiva tĂ€ckt pĂ„ bĂ„da sidor med ett tunt lager av magnetiskt material för datalagring. VĂ„ra databyte kunde överföras till skivan med en hastighet av 625 kilobyte per . Det Ă€r ungefĂ€r .
1981
LĂ„t oss hoppa fram ett par Ă„r till 1981, nĂ€r Sony presenterade de första 3,5-tums diskettarna. Hewlett-Packard blev den första följaren av denna teknologi Ă„r 1982 med sin HP-150. Detta gjorde 3,5-tums diskettar kĂ€nda och gav dem en bred spridning inom . Disketterna var ensidiga med formaterad kapacitet pĂ„ 161,2 kilobyte och oformaterad kapacitet pĂ„ 218,8 kilobyte. Ă
r 1982 slÀpptes en dubbelsidig version, och konsortiet Microfloppy Industry Committee (MIC) bestÄende av 23 mediabolag, grundade specifikationen för 3,5-tums disketter baserad pÄ Sonys ursprungliga design, vilket cementerade formatet i historien sÄsom vi kÀnner det Oregon Trail blev den mest betydelsefulle delen av min barndom.
1984
Kort efter detta, 1984, tillkÀnnagavs lanseringen av en kompakt skiva med data som endast kunde lÀsas (eng. Compact Disc Read-Only Memory, CD-ROM). Dessa var CD-ROM:ar pÄ 550 megabyte frÄn företagen Sony och Philips. Formatet vÀxte fram ur kompakt skivor med digitalt ljud, eller CD-DA, som anvÀndes för att distribuera musik. CD-DA utvecklades av Sony och Philips 1982 och hade en kapacitet pÄ 74 minuter. Enligt legenden, nÀr Sony och Philips förhandlade om standarden för CD-DA, insisterade en av de fyra personerna pÄ att den skulle kunna hela "Nionde symfonin". Den första produkten som slÀpptes pÄ en kompakt skiva var "Groliers elektroniska encyklopedi", som kom ut 1985. Encyklopedin innehöll nio miljoner ord, vilket endast tog upp 12 % av det tillgÀngliga diskutrymmet, det vill sÀga 553 Vi skulle ha mer Àn tillrÀckligt med utrymme för encyklopedin och en byte data. Kort efter detta, 1985, arbetade datorföretag tillsammans för att skapa en standard för skivor sÄ att vilken dator som helst kunde lÀsa information frÄn dem.
1984
Ăven 1984 utvecklade Fujio Masuoka en ny typ av minne med flytande grind, kallad flashminne, som kunde raderas och skrivas om flera gĂ„nger.
LÄt oss stanna upp en stund vid flashminnet som anvÀnder en transistor med flytande grind. Transistorer Àr elektriska grindar som kan slÄs pÄ och av individuellt. Eftersom varje transistor kan befinna sig i tvÄ olika tillstÄnd (pÄ och av) kan den lagra tvÄ olika siffror: 0 och 1. Den flytande grinden hÀnvisar till den andra grinden som lagts till den centrala transistorn. Denna andra grind Àr isolerad med ett tunt oxidlager. Dessa transistorer anvÀnder en liten spÀnning som appliceras pÄ grindens terminal för att indikera om den Àr pÄslagen eller avstÀngd, vilket i sin tur översÀtts till 0 eller 1.
Â
Med flytande grindar, nĂ€r en lĂ€mplig spĂ€nning appliceras genom oxidskiktet, passerar elektroner igenom det och fastnar pĂ„ grindarna. DĂ€rför stannar elektronerna kvar pĂ„ dem Ă€ven om strömmen stĂ€ngs av. NĂ€r flytande grindar inte har nĂ„gra elektroner representerar de 1, och nĂ€r elektronerna Ă€r fastnade representerar de 0. Ă
terföringsprocessen av detta, dÀr en lÀmplig spÀnning appliceras genom oxidskiktet i motsatt riktning, fÄr elektroner att passera genom de flytande grindarna och ÄterstÀlla transistorn till sitt ursprungliga tillstÄnd. DÀrför Àr cellerna programmerbara och . VÄr byte kan programmeras i transistorn som 01001010, med elektroner, med elektroner som fastnat i flytande grindar, för att representera nollor.
Masuokas konstruktion var nÄgot mer tillgÀnglig men mindre flexibel Àn elektriskt utslÀgbara PROM (EEPROM), vilket berodde pÄ att den krÀvde flera grupper av celler som mÄste raderas tillsammans, men det berodde ocksÄ pÄ dess hastighet.
Vid den tiden arbetade Masuoka pÄ Toshiba. Till slut lÀmnade han för att arbeta vid Tohoku University eftersom han var missnöjd med att företaget inte belönade honom för hans arbete. Masuoka stÀmde Toshiba och krÀvde ersÀttning. à r 2006 betalades 87 miljoner yuan, motsvarande 758 000 USD, ut till honom. Detta verkar fortfarande obetydligt med tanke pÄ hur inflytelserik flashminnet har blivit i branschen.
Eftersom vi talar om flashminne Àr det ocksÄ vÀrt att nÀmna skillnaden mellan NOR och NAND flashminne. SÄ som vi redan vet frÄn Masuoka lagrar flashminnet information i minnesceller som bestÄr av transistorer med flytande grind. Namnen pÄ teknologierna Àr direkt relaterade till hur minnescellerna Àr organiserade.
I flashminnet NOR Àr de enskilda minnescellerna kopplade parallellt, vilket möjliggör godtycklig Ätkomst. Denna arkitektur minskar lÀstiden som krÀvs för att fÄ godtycklig Ätkomst till mikroprocessorns instruktioner. NOR flashminne Àr perfekt för applikationer med lÀgre densitet, som huvudsakligen Àr för lÀsning. Det Àr dÀrför de flesta CPU:er laddar sin firmware, vanligtvis frÄn NOR flashminnet. Masuoka och hans kollegor presenterade uppfinningen av NOR flash 1984 och NAND flash i .
Utvecklarna av NAND Flash avstod frÄn möjligheten till godtycklig Ätkomst för att uppnÄ en mindre storlek pÄ minnescellen. Detta ger en mindre storlek pÄ chippet och lÀgre kostnad per bit. Arkitekturen för NAND-flashminne bestÄr av sekventiellt anslutna minnes-transistorer, som bestÄr av Ätta delar. Detta uppnÄr hög lagringstÀthet, mindre storlek pÄ minnescellen samt snabbare skriv- och raderingshastighet eftersom den kan programmera datablokker samtidigt. Detta uppnÄs genom behovet av att skriva om data nÀr de inte skrivs sekventiellt och data redan finns i .
1991
LÄt oss gÄ tillbaka till 1991, nÀr prototypen för en solid-state disk (SSD) skapades av SanDisk, som dÄ var kÀnd som . Konstruktionen kombinerade en flashminnesmatris, icke-flyktiga minneschip och en intelligent kontroller för automatisk upptÀckte och korrigering av defekta celler. Diskens kapacitet var 20 megabyte med en formfaktor pÄ 2,5 tum, och dess kostnad uppskattades till cirka 1000 USD. Denna disk anvÀndes av IBM i datorn .
1994
En av de lagringsenheter som jag personligen Ă€lskade som barn var Zip-diskarna. Ă
r 1994 slÀppte Iomega Zip-diskar, ett 100 megabyte patron i 3,5 tums formfaktor, vilket var nÄgot tjockare Àn en standard 3,5 tums disk. Senare versioner av diskarna kunde lagra upp till 2 gigabyte. Fördelen med dessa diskar var att de var i disketts storlek men kunde lagra större datamÀngder. VÄra databyte kunde skrivas pÄ en Zip-disk med en hastighet av 1,4 megabyte per sekund. Till jÀmförelse: vid den tiden skrevs 1,44 megabyte pÄ en 3,5 tums diskett vid en hastighet av cirka 16 kilobyte per sekund. PÄ Zip-diskar lÀser/skriver huvuden kontaktlöst data, som om de svÀva över ytan, vilket liknar hur en hÄrddisk fungerar, men skiljer sig frÄn hur andra disketter fungerar. Snart blev Zip-diskar förÄldrade pÄ grund av pÄlitlighetsproblem och tillgÀnglighet.
1994
Samma Ă„r introducerade SanDisk CompactFlash, som anvĂ€ndes i stor utstrĂ€ckning i digitalkameror. Precis som med CD-skivor baseras hastigheten för CompactFlash pĂ„ âxâ-betyg, sĂ„som 8x, 20x, 133x och sĂ„ vidare. Den maximala överföringshastigheten berĂ€knas baserat pĂ„ överföringshastigheten för original-CD-audio, 150 kilobyte per sekund. Ăverföringshastigheten ser ut som R = Kx150 kB/s, dĂ€r R Ă€r överföringshastigheten och K Ă€r den nominella hastigheten. DĂ€rmed, för 133x CompactFlash, kommer vĂ„r databyte att skrivas med 133x150 kB/s eller cirka 19 950 kB/s eller 19,95 MB/s. CompactFlash-föreningen bildades 1995 med syftet att skapa en industriell standard för minneskort baserade pĂ„ flashminne.
1997
NÄgra Är senare, 1997, slÀpptes en skrivbar CD (CD-RW). Denna optiska skiva anvÀndes för att lagra data samt för att kopiera och överföra filer till olika enheter. Skrivbara CD-skivor kan skrivas om ungefÀr 1000 gÄnger, vilket vid den tiden inte var en begrÀnsande faktor, eftersom anvÀndare sÀllan skrev om data.
CD-RW bygger pÄ teknologin att förÀndra reflektionsförmÄgan hos ytan. I fallet med CD-RW orsakar fasförskjutningar i det speciella belÀggningen som bestÄr av silver, tellur och indium, förmÄgan att reflektera eller inte reflektera lÀshuvudet, vilket innebÀr 0 eller 1. NÀr kopplingen Àr i kristallint tillstÄnd Àr den halvgenomskinlig, vilket innebÀr 1. NÀr kopplingen smÀlter i amorft tillstÄnd blir den ogenomskinlig och icke-reflekterande, vilket 0. SÄledes skulle vi kunna skriva vÄr databyte som 01001010.
DVD-skivor tog sÄ smÄningom en stor del av marknaden frÄn CD-RW.
1999
LÄt oss gÄ vidare till 1999, dÄ IBM presenterade de minsta hÄrddiskarna i vÀrlden vid den tiden: IBM microdisks med kapacitet pÄ 170 och 340 MB. Dessa var smÄ hÄrddiskar i storlek med 2,54 cm, avsedda för installation i CompactFlash Type II-kortplatser. Det planerades att skapa en enhet som skulle anvÀndas som CompactFlash, men med större lagringskapacitet. Dock ersattes de snart av USB-minnen och senare av större CompactFlash-kort nÀr de blev tillgÀngliga. Liksom andra hÄrddiskar var microdisks mekaniska och innehöll smÄ roterande skivor.
2000
Ett Ă„r senare, Ă„r 2000, introducerades USB-flashminnen. Dessa enheter bestod av flashminne inneslutet i en liten formfaktor med USB-grĂ€nssnitt. Beroende pĂ„ vilken version av USB-grĂ€nssnittet som anvĂ€ndes, kunde hastigheten variera. USB 1.1 Ă€r begrĂ€nsat till 1,5 megabit per sekund, medan USB 2.0 kan hantera 35 megabit per sekund. , och USB 3.0 â 625 megabit per sekund. De första USB 3.1 Type C-enheterna tillkĂ€nnagavs i mars 2015 och hade en lĂ€s-/skrivhastighet pĂ„ 530 megabit per sekund. Till skillnad frĂ„n disketter och optiska skivor Ă€r USB-enheter svĂ„rare att repa, men de har samma kapacitet för datalagring, samt för överföring och sĂ€kerhetskopiering av filer. Disketter och CD-spelare har snabbt blivit ersatta av USB-portar.
2005
Ă
r 2005 började hÄrddiskstillverkare (HDD) leverera produkter som anvÀnde vertikal magnetisk inspelning, eller PMR. Intressant nog intrÀffade detta samtidigt som iPod Nano tillkÀnnagav anvÀndningen av flashminne istÀllet för 1-tums hÄrddiskar i iPod Mini.
En typisk hÄrddisk innehÄller en eller flera skivor som Àr tÀckta med magnetkÀnslig film bestÄende av smÄ magnetkorn. Data skrivs nÀr den magnetiska skrivhuvudet passerar strax ovanför den roterande skivan. Detta liknar mycket en traditionell grammofonspelare, skillnaden ligger enbart i att nÄlen i grammofonen Àr i fysisk kontakt med skivan. NÀr skivorna roterar, skapar luften som kommer i kontakt med dem en lÀtt bris. Liksom hur luften pÄ ett vingblad skapar lyftkraft, genererar luften lyftkraft pÄ huvudet av den aerodynamiska ytan. . Huvudet Àndrar snabbt magnetiseringen av ett magnetomrÄde av korn sÄ att dess magnetpol pekar uppÄt eller nedÄt, vilket markerar 1 eller 0.
Â
FöregÄngaren till PMR var lÄngsiktig magnetisk lagring, eller LMR. Densiteten för PMR-lagring kan överstiga densiteten för LMR mer Àn tre gÄnger. Huvudskillnaden mellan PMR och LMR Àr att kornstrukturen och den magnetiska orienteringen av de lagrade data pÄ PMR-enheter Àr pelarformad, snarare Àn lÄngstrÀckt. PMR har bÀttre termisk stabilitet och ett förbÀttrat signal-till-brusförhÄllande (SNR) tack vare bÀttre separation av korn och jÀmnhet. Den kÀnnetecknas ocksÄ av förbÀttrad skrivbarhet tack vare kraftigare huvudfÀlt och bÀttre magnetisk justering av enheten. Precis som med LMR Àr de grundlÀggande begrÀnsningarna för PMR baserade pÄ den termiska stabiliteten hos de lagrade magnetiska bitarna av data och behovet av ett tillrÀckligt antal SNR för att lÀsa den inspelade informationen.
2007
à r 2007 tillkÀnnagavs utgivningen av den första hÄrddisken med en kapacitet pÄ 1 TB frÄn Hitachi Global Storage Technologies. Hitachi Deskstar 7K1000 anvÀnde fem 3,5-tums 200-gigabyte plattor och snurrade i varv per minut. Detta Àr en avsevÀrd förbÀttring jÀmfört med vÀrldens första hÄrddisk IBM RAMAC 350, som hade en kapacitet pÄ ungefÀr 3,75 megabyte. à h, vad lÄngt vi har kommit pÄ 51 Är! Men vÀnta, det finns mer.
2009
Ă r 2009 pĂ„börjades tekniskt arbete för att skapa energibehovslös snabbminne, eller . Energioberoende minne (NVM) Ă€r en typ av minne som kan lagra data permanent, i motsats till energiberoende minne som krĂ€ver stĂ€ndig ström för att behĂ„lla data. NVMe tillgodoser behovet av ett skalbart grĂ€nssnitt för vĂ€rdkontroller för perifera komponenter baserade pĂ„ halvledardiskar med stöd för PCIe-teknik, dĂ€rav namnet NVMe. Ăver 90 företag ingick i arbetsgruppen för projektutveckling. Allt detta byggde pĂ„ resultat frĂ„n arbetet med att definiera specifikationen för grĂ€nssnittet för energioberoende minne för vĂ€rdkontroller (NVMHCIS). De bĂ€sta NVMe-diskarna idag kan bearbeta cirka 3500 megabyte per sekund vid lĂ€sning och 3300 megabyte per sekund vid skrivning. Att skriva en byte av data j, frĂ„n vilket vi började, kan göras mycket snabbt jĂ€mfört med att manuellt vĂ€va minneslinor under ett par minuter för Apollo Guidance Computer.
Nutid och framtid
Lagringsklassminne
Nu nÀr vi har gjort en tidsresa (ha!), lÄt oss ta en titt pÄ det moderna tillstÄndet för Storage Class Memory. SCM, precis som NVM, Àr icke-flyktigt, men SCM erbjuder Àven prestanda som övertrÀffar eller motsvarar primÀrminnet, samt . MÄlet med SCM Àr att lösa nÄgra av dagens cacheproblem, sÄsom lÄg densitet hos statiskt randomÄtkomstminne (SRAM). Genom att anvÀnda dynamiskt minne (DRAM) kan vi uppnÄ bÀttre densitet, men det görs pÄ bekostnad av lÄngsammare Ätkomst. DRAM lider ocksÄ av behovet av konstant ström för att uppdatera minnet. LÄt oss grÀva lite djupare i detta. Ström behövs eftersom den elektriska laddningen pÄ kondensatorerna sÄ smÄningom lÀcker ut, vilket betyder att utan ingripande kommer data pÄ chippet snart att gÄ förlorade. För att förhindra sÄdan lÀckage krÀver DRAM en extern uppdateringskrets som periodiskt skriver om data i kondensatorerna och ÄterstÀller dem till deras ursprungliga laddning.
FasÀndringsminne (Phase-change memory, PCM)
Tidigare har vi sett hur fasen Àndras för CD-RW. PCM fungerar pÄ liknande sÀtt. Materialet för fasÀndringen Àr vanligtvis Ge-Sb-Te, Àven kÀnt som GST, som kan finnas i tvÄ olika tillstÄnd: amorft och kristallint. Det amorfa tillstÄndet har högre resistans, vilket representerar 0, Àn det kristallina tillstÄndet, som representerar 1. Genom att tilldela data till mellanliggande resistanser kan PCM anvÀndas för att lagra flera tillstÄnd i form av .
Spin-transfer torque random access memory (STT-RAM)
STT-RAM bestÄr av tvÄ ferromagnetiska, permanenta magnetlager som separeras av en dielektrisk, vilket Àr en isolator som kan överföra elektrisk kraft utan att leda. Den lagrar databitar baserat pÄ skillnaden i magnetiska orienteringar. Ett magnetlager, kallat referenslager, har en fast magnetisk riktning, medan det andra magnetlagret, kallat fritt lager, har en magnetisk riktning som styrs av den passerande strömmen. För 1 Àr orienteringen av de tvÄ lagren i linje. För 0 har bÄda lagren motsatta magnetiska riktningar.
Resistiv minne med godtycklig Ă„tkomst (Resistive random access memory, ReRAM)
ReRAM-cellen bestÄr av tvÄ metalliska elektroder Ätskilda av ett oxidskikt av metall. Det liknar lite designen av flashminnet Masuoka, dÀr elektroner trÀnger igenom oxidskiktet och fastnar i flytande portar eller tvÀrtom. Vid anvÀndning av ReRAM bestÀms cellens tillstÄnd baserat pÄ koncentrationen av fritt syre i oxidskiktet av metall.
Trots att dessa teknologier Àr lovande har de fortfarande nackdelar. PCM och STT-RAM har hög fördröjning vid skrivning. Fördröjningarna för PCM Àr tio gÄnger högre Àn för DRAM, medan de för STT-RAM Àr tio gÄnger högre Àn för SRAM. PCM och ReRAM har en begrÀnsning pÄ skrivcykelns livslÀngd innan allvarliga fel intrÀffar, vilket innebÀr att minnesenheten fastnar pÄ .
I augusti 2015 tillkÀnnagav Intel lanseringen av Optane, sin produkt baserad pÄ 3DXPoint. Optane hÀvdar att dess prestanda Àr 1000 gÄnger högre Àn den hos NAND-flashlagring, medan priset Àr fyra till fem gÄnger högre Àn flashminnet. Optane Àr ett bevis pÄ att SCM inte bara Àr en experimentell teknologi. Det blir intressant att följa denna teknologis utveckling.
HĂ„rddiskar (HDD)
HeliumhÄrddisk (HHDD)
En heliumdisk Àr en högkapacitets hÄrddisk (HDD) som Àr fylld med helium och hermetiskt förseglad under tillverkningen. Precis som andra hÄrddiskar, som vi nÀmnde tidigare, liknar den en spelare med en snurrande skiva med magnetisk belÀggning. Typiska hÄrddiskar har bara luft inuti utrymmet, men denna luft orsakar ett visst motstÄnd vid rotation av skivorna.
Heliumbollar flyger eftersom helium Ă€r lĂ€ttare Ă€n luft. Faktum Ă€r att helium har en densitet som Ă€r 1/7 av luftens densitet, vilket minskar bromskraften nĂ€r skivorna snurrar, vilket minskar mĂ€ngden energi som krĂ€vs för att rotera diskarna. ĂndĂ„ Ă€r denna egenskap sekundĂ€r, den huvudsakliga sĂ€rskiljande egenskapen hos helium var att det möjliggjorde att packa 7 skivor i samma formfaktor som normalt bara rymde 5. Om vi kommer ihĂ„g analogin med vingen pĂ„ vĂ„rt flygplan Ă€r det en perfekt analogi. Eftersom helium minskar motstĂ„ndet elimineras turbulensen.
Vi vet ocksÄ att heliumfyllda ballonger börjar sjunka efter nÄgra dagar eftersom heliumet lÀcker ut. Detsamma kan sÀgas om lagringsenheter. Det tog Är innan tillverkare kunde skapa en behÄllare som förhindrade heliumets lÀckage frÄn formfaktorn under hela enhetens livslÀngd. Backblaze genomförde experiment och upptÀckte att hÄrddiskar med helium hade en Ärlig felmarginal pÄ 1,03 %, medan standarddiskar hade 1,06 %. Naturligtvis Àr denna skillnad sÄ liten att det Àr svÄrt att dra nÄgra konkreta slutsatser. .
Heliumfylld formfaktor kan innehÄlla en hÄrddisk som Àr inkapslad med hjÀlp av PMR, sÄsom vi nÀmnde tidigare, eller mikrovÄgs-magnetisk inspelning (MAMR) eller uppvÀrmd magnetisk inspelning (HAMR). Alla magnetiska datalagringsteknologier kan kombineras med helium istÀllet för luft. à r 2014 kombinerade HGST tvÄ avancerade teknologier i en 10 TB heliumhÄrddisk, som anvÀnde vÀrdhanterad överlagrad magnetisk inspelning, eller SMR (Shingled Magnetic Recording). LÄt oss stanna upp vid SMR ett ögonblick och sedan titta pÄ MAMR och HAMR.
Ăverlagrad magnetisk inspelning
Tidigare diskuterade vi vertikal magnetisk inspelning (PMR), som var föregÄngaren till SMR. Till skillnad frÄn PMR skriver SMR nya spÄr som överlappar delvis med tidigare inspelade magnetiska spÄr. Detta gör i sin tur det tidigare spÄret smalare, vilket ger högre spÄrdensitet. Teknikens namn kommer frÄn att spÄren som överlappar pÄminner mycket om takpannor.
SMR leder till en betydligt mer komplex skrivprocess, eftersom nÀr data skrivs till ett spÄr mÄste det angrÀnsande spÄret skrivas om. Detta mÀrks inte nÀr skivans underlag Àr tomt och data Àr sekventiella. Men sÄ snart du skriver till en serie spÄr som redan innehÄller data raderas de befintliga angrÀnsande data. Om ett angrÀnsande spÄr innehÄller data mÄste det skrivas om. Detta liknar ganska mycket NAND-flash, som vi diskuterade tidigare.
SMR-enheter gör det möjligt att dölja denna komplexitet genom att hantera den inbyggda programvaran, vilket resulterar i ett grÀnssnitt som liknar vilket annat hÄrddisk som helst. à andra sidan, SMR-enheter som hanteras av vÀrden, utan speciell anpassning av applikationer och operativsystem, kommer inte att tillÄta anvÀndning av dessa diskar. VÀrden mÄste skriva till enheterna strikt sekventiellt. I detta fall Àr prestandan hos enheterna 100 % förutsÀgbar. Seagate började leverera SMR-diskar 2013, och hÀvdade att deras densitet Àr 25% densiteten för PMR.
MikrovÄgsassisterad magnetisk inspelning (MAMR)
MikrovÄgsassisterad magnetisk inspelning (MAMR) Àr en teknik för magnetiskt lagring som anvÀnder energi liknande HAMR (som diskuteras nedan). En viktig del av MAMR Àr Spin Torque Oscillator (STO) eller "generator baserad pÄ spinnens vridning". SjÀlva STO ligger i omedelbar nÀrhet av inspelningshuvudet. NÀr en ström tillÀmpas i STO uppstÄr en cirkulÀr elektromagnetisk fÀlt med en frekvens av 20-40 GHz genom polarisation av elektroners spinn.
Vid pÄverkan av ett sÄdant fÀlt i ferromagneten som anvÀnds för MAMR sker resonans, vilket leder till precession av magnetiska moment i domÀnerna. I grund och botten avviker det magnetiska momentet frÄn sin axel, och för att Àndra dess riktning (inversion) behöver inspelningshuvudet betydligt mindre energi.
AnvÀndningen av MAMR-teknik gör det möjligt att anvÀnda ferromagnetiska Àmnen med högre koerciv styrka, vilket innebÀr att man kan minska storleken pÄ de magnetiska domÀnerna utan att oroa sig för att orsaka superparamagnetiska effekter. STO-generatorn hjÀlper till att minska storleken pÄ inspelningshuvudet, vilket gör det möjligt att lagra information pÄ mindre magnetiska domÀner och dÀrmed öka lagringsdensiteten.
Western Digital, Àven kÀnd som WD, introducerade denna teknik 2017. Strax efter, 2018, stödde Toshiba denna teknik. Medan företagen WD och Toshiba Àr upptagna med att utveckla MAMR-teknologin, satsar Seagate pÄ HAMR.
Termomagnetisk inspelning (HAMR)
VÀrmeassistans magnetisk inspelning (HAMR) Àr en energibesparande magnetisk datalagringsteknik som möjliggör en betydande ökning av mÀngden data som kan lagras pÄ ett magnetiskt medium, sÄsom en hÄrddisk, genom att anvÀnda vÀrme som tillförs av en laser för att hjÀlpa till att skriva data pÄ hÄrddiskens substratoverflata. Tack vare uppvÀrmningen placeras databitarna mycket nÀrmare varandra pÄ skivans substrat, vilket ökar datatÀtheten och kapaciteten.
Denna teknik Àr ganska svÄr att genomföra. En laser med en effekt pÄ 200 mW vÀrmer snabbt ett litet omrÄde till 400 °C innan skrivprocessen, utan att pÄverka eller skada övriga data pÄ disken. Processen för uppvÀrmning, datainskrivning och kylning mÄste genomföras pÄ mindre Àn en nanosekund. För att lösa dessa utmaningar krÀvdes utvecklingen av nanoskala ytplasmoner, Àven kÀnd som ytplasmonlasrar, istÀllet för direktlaservÀrme, samt nya typer av glasplattor och temperaturreglerande belÀggningar som kan stÄ emot snabba punktuppvÀrmningar utan att skada skrivhuvudet eller nÄgra nÀrliggande data, plus olika andra tekniska problem som mÄste övervinnas.
Trots mÄnga skeptiska Äsikter demonstrerade Seagate denna teknik för första gÄngen Är 2013. De första skivorna började levereras 2018.
Filens slut, spola tillbaka till början!
Vi började 1951 och avslutar artikeln med att blicka mot framtiden för datalagring. Datablagringslösningar har förÀndrats dramatiskt över tid: frÄn papperstape till metall- och magnetband, repminnen, roterande skivor, optiska skivor, flashminnen och andra. Genom framsteg har snabbare, mer kompakta och kraftfulla datalagringsenheter kommit till.
Om man jÀmför NVMe med metallbandet UNISERVO frÄn 1951 kan NVMe lÀsa 486 111 % fler siffror per sekund. JÀmfört med min barndomsfavorit, Zip-skivorna, kan NVMe lÀsa 213,623 % fler siffror per sekund.
Det enda som Àr konstant Àr anvÀndningen av 0 och 1. SÀtten vi gör detta pÄ varierar kraftigt. Jag hoppas att nÀsta gÄng du brÀnner en CD-RW med lÄtar till en vÀn eller sparar ett hemvideo i Optical Disc Archive, tÀnker du pÄ hur en icke-reflekterande yta betyder 0, medan en reflekterande betyder 1. Eller om du spelar in ett mixtape pÄ kassett, kom ihÄg att det Àr nÀra relaterat till Datasette som anvÀndes i Commodore PET. Slutligen, glöm inte att vara snÀll och spola tillbaka.
Tack och för godbitar (jag kan inte hjÀlpa mig sjÀlv) genom hela artikeln!
Vad mer intressant kan man lÀsa i bloggen
â
â
â
â
â
Prenumerera pÄ vÄr -kanal, sÄ att du inte missar nÀsta artikel! Vi skriver inte oftare Àn tvÄ gÄnger i veckan och bara nÀr det Àr viktigt. Och vi pÄminner om att Cloud4Y kan erbjuda sÀker och pÄlitlig fjÀrrÄtkomst till affÀrsapplikationer och den information som behövs för att sÀkerstÀlla affÀrskontinuitet. FjÀrrarbete Àr en extra barriÀr mot spridningen av coronaviruset. Mer information finns hos vÄra chefer pÄ .
KĂ€lla: habr.com
