Bất kỳ nhà cung cấp đám mây nào cũng cung cấp dịch vụ lưu trữ dữ liệu. Đây có thể là kho lạnh và kho nóng, kho lạnh, v.v. Lưu trữ thông tin trên đám mây khá thuận tiện. Nhưng dữ liệu thực sự được lưu trữ như thế nào vào 10, 20, 50 năm trước? Cloud4Y đã dịch một bài viết thú vị chỉ nói về điều này.
Một byte dữ liệu có thể được lưu trữ theo nhiều cách khác nhau, vì phương tiện lưu trữ mới, tiên tiến hơn và nhanh hơn luôn xuất hiện. Một byte là một đơn vị lưu trữ và xử lý thông tin số, bao gồm 0 bit. Một bit có thể chứa 1 hoặc XNUMX.
Trong trường hợp thẻ đục lỗ, bit được lưu dưới dạng có/không có lỗ trên thẻ tại một vị trí nhất định. Nếu chúng ta quay trở lại xa hơn một chút với Công cụ phân tích của Babbage, các thanh ghi lưu trữ số là các bánh răng. Trong các thiết bị lưu trữ từ tính như băng và đĩa, một bit được biểu thị bằng cực tính của một vùng cụ thể của màng từ. Trong bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên động (DRAM) hiện đại, một bit thường được biểu diễn dưới dạng điện tích hai cấp được lưu trữ trong một thiết bị lưu trữ năng lượng điện trong điện trường. Một thùng chứa được sạc hoặc xả sẽ lưu trữ một chút dữ liệu.
Vào tháng 6 1956 của năm đã phát minh ra từ để biểu thị một nhóm bit được sử dụng để mã hóa một ký tự đơn . Hãy nói một chút về mã hóa ký tự. Hãy bắt đầu với mã tiêu chuẩn Mỹ để trao đổi thông tin, hay còn gọi là ASCII. ASCII dựa trên bảng chữ cái tiếng Anh, vì vậy mọi chữ cái, số và ký hiệu (az, AZ, 0-9, +, - , /, ",!, v.v. đều có thể được sử dụng để trao đổi thông tin." ) được biểu diễn dưới dạng số nguyên 7 bit từ 32 đến 127. Điều này không thực sự "thân thiện" với các ngôn ngữ khác. Để hỗ trợ các ngôn ngữ khác, Unicode mở rộng ASCII. Trong Unicode, mỗi ký tự được biểu diễn dưới dạng điểm mã hoặc ký hiệu chẳng hạn , chữ thường j là U+006A, trong đó U là viết tắt của Unicode và sau đó là số thập lục phân.
UTF-8 là tiêu chuẩn để biểu diễn các ký tự dưới dạng 0 bit, cho phép mỗi điểm mã trong phạm vi 127-16 được lưu trữ trong một byte đơn. Nếu chúng ta nhớ ASCII thì điều này khá bình thường đối với các ký tự tiếng Anh, nhưng các ký tự ngôn ngữ khác thường được biểu thị bằng hai byte trở lên. UTF-16 là tiêu chuẩn để biểu diễn các ký tự dưới dạng 32 bit và UTF-32 là tiêu chuẩn để biểu diễn các ký tự dưới dạng 1 bit. Trong ASCII, mỗi ký tự là một byte, nhưng trong Unicode, điều này thường không hoàn toàn đúng, một ký tự có thể chiếm 2, 3, XNUMX byte hoặc nhiều byte hơn. Bài viết sẽ sử dụng các nhóm bit có kích thước khác nhau. Số lượng bit trong một byte thay đổi tùy theo thiết kế của phương tiện.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ du hành ngược thời gian qua nhiều phương tiện lưu trữ khác nhau để đi sâu vào lịch sử lưu trữ dữ liệu. Trong mọi trường hợp, chúng tôi sẽ không bắt đầu nghiên cứu sâu về từng phương tiện lưu trữ đã từng được phát minh. Đây là một bài viết cung cấp thông tin thú vị và không hề có ý nghĩa bách khoa toàn thư.
Hãy bắt đầu. Giả sử chúng ta có một byte dữ liệu để lưu trữ: chữ cái j, dưới dạng byte được mã hóa 6a hoặc dưới dạng nhị phân 01001010. Khi chúng ta du hành xuyên thời gian, byte dữ liệu sẽ được sử dụng trong một số công nghệ lưu trữ sẽ được mô tả.
1951
Câu chuyện của chúng tôi bắt đầu vào năm 1951 với ổ băng từ UNIVAC UNISERVO dành cho máy tính UNIVAC 1. Đó là ổ băng từ đầu tiên được tạo ra cho máy tính thương mại. Dây đeo được làm từ một dải đồng mỏng mạ niken, rộng 12,65 mm (gọi là Vicalloy) và dài gần 366 mét. Các byte dữ liệu của chúng tôi có thể được lưu trữ ở tốc độ 7 ký tự mỗi giây trên băng di chuyển với tốc độ 200 mét mỗi giây. Tại thời điểm này trong lịch sử, bạn có thể đo tốc độ của thuật toán lưu trữ bằng quãng đường băng di chuyển.
1952
Chuyển nhanh một năm tới ngày 21 tháng 1952 năm 726, khi IBM công bố phát hành thiết bị băng từ đầu tiên của mình, IBM 2. Giờ đây, byte dữ liệu của chúng tôi có thể được chuyển từ băng kim loại UNISERVO sang băng từ IBM. Ngôi nhà mới này hóa ra lại rất ấm cúng đối với byte dữ liệu rất nhỏ của chúng tôi, vì băng có thể lưu trữ tới 7 triệu chữ số. Băng từ 1,9 rãnh này di chuyển với tốc độ 12 mét mỗi giây với tốc độ truyền 500 hoặc 7500 (lúc đó gọi là nhóm sao chép) mỗi giây. Để tham khảo: trung bình một bài viết trên Habré có khoảng 10 ký tự.
Băng IBM 726 có bảy rãnh, sáu rãnh trong số đó được sử dụng để lưu trữ thông tin và một rãnh để kiểm soát tính chẵn lẻ. Một cuộn có thể chứa tới 400 mét băng với chiều rộng 1,25 cm, tốc độ truyền dữ liệu về mặt lý thuyết đạt 12,5 nghìn ký tự mỗi giây; mật độ ghi là 40 bit trên mỗi cm. Hệ thống này sử dụng phương pháp "kênh chân không" trong đó một vòng băng lưu thông giữa hai điểm. Điều này cho phép băng bắt đầu và dừng trong chưa đầy một giây. Điều này đạt được bằng cách đặt các cột chân không dài giữa cuộn băng và đầu đọc/ghi để hấp thụ lực căng tăng đột ngột trong băng, nếu không thì băng thường sẽ bị đứt. Một vòng nhựa có thể tháo rời ở phía sau cuộn băng giúp bảo vệ chống ghi. Một cuộn băng có thể lưu trữ được khoảng 1,1 .
Hãy nhớ băng VHS. Bạn phải làm gì để xem lại bộ phim? Hãy tua lại đoạn băng! Đã bao nhiêu lần bạn quay băng cassette cho máy nghe nhạc của mình bằng bút chì để không lãng phí pin và khiến băng bị rách hoặc kẹt? Điều tương tự cũng có thể nói về băng được sử dụng cho máy tính. Các chương trình không thể chỉ nhảy quanh băng hoặc truy cập dữ liệu một cách ngẫu nhiên, chúng có thể đọc và ghi dữ liệu một cách tuần tự.
1956
Chuyển nhanh vài năm tới năm 1956, và kỷ nguyên lưu trữ đĩa từ bắt đầu với việc IBM hoàn thành hệ thống máy tính RAMAC 305 mà Zellerbach Paper cung cấp cho . Chiếc máy tính này là chiếc máy tính đầu tiên sử dụng ổ cứng có đầu chuyển động. Ổ đĩa RAMAC bao gồm năm mươi đĩa kim loại từ hóa có đường kính 60,96 cm, có khả năng lưu trữ khoảng năm triệu ký tự dữ liệu, 7 bit cho mỗi ký tự và quay với tốc độ 1200 vòng quay mỗi phút. Dung lượng lưu trữ khoảng 3,75 megabyte.
RAMAC cho phép truy cập thời gian thực vào lượng lớn dữ liệu, không giống như băng từ hoặc thẻ đục lỗ. IBM quảng cáo RAMAC có khả năng lưu trữ tương đương 64 . Trước đây, RAMRAC đã đưa ra khái niệm xử lý liên tục các giao dịch khi chúng xảy ra, để dữ liệu có thể được truy xuất ngay lập tức khi dữ liệu vẫn còn mới. Dữ liệu của chúng tôi trong RAMAC hiện có thể được truy cập ở tốc độ 100 . Trước đây, khi sử dụng băng, chúng ta phải ghi và đọc dữ liệu tuần tự và không thể vô tình chuyển sang các phần khác nhau của băng. Truy cập ngẫu nhiên theo thời gian thực vào dữ liệu thực sự mang tính cách mạng vào thời điểm đó.
1963
Hãy tua nhanh đến năm 1963 khi DECtape được giới thiệu. Tên này xuất phát từ Tập đoàn Thiết bị Kỹ thuật số, được gọi là DEC. DECtape không tốn kém và đáng tin cậy nên nó được sử dụng trong nhiều thế hệ máy tính DEC. Đó là băng 19mm, được ép và kẹp giữa hai lớp Mylar trên một cuộn bốn inch (10,16 cm).
Không giống như những người tiền nhiệm nặng nề, cồng kềnh, DECtape có thể được mang bằng tay. Điều này làm cho nó trở thành một lựa chọn tuyệt vời cho máy tính cá nhân. Không giống như các đối tác 7 rãnh, DECtape có 6 rãnh dữ liệu, 2 rãnh tín hiệu và 2 rãnh dành cho đồng hồ. Dữ liệu được ghi ở tốc độ 350 bit trên inch (138 bit trên cm). Byte dữ liệu của chúng tôi, 8 bit nhưng có thể mở rộng lên 12, có thể truyền sang DECtape với tốc độ 8325 từ 12 bit mỗi giây với tốc độ băng 93 (±12) inch mỗi giây. . Con số này nhiều hơn 8% số chữ số mỗi giây so với băng kim loại UNISERVO năm 1952.
1967
Bốn năm sau, vào năm 1967, một nhóm nhỏ của IBM bắt đầu nghiên cứu ổ đĩa mềm IBM, có tên mã là . Sau đó, nhóm được giao nhiệm vụ phát triển một phương pháp đáng tin cậy và rẻ tiền để tải vi mã vào Hệ thống IBM/370. Dự án sau đó đã được tái sử dụng và tái sử dụng để tải vi mã vào bộ điều khiển cho Cơ sở lưu trữ truy cập trực tiếp IBM 3330, có tên mã Merlin.
Giờ đây, byte của chúng tôi có thể được lưu trữ trên các đĩa mềm Mylar được phủ từ tính 8 inch chỉ đọc, ngày nay được gọi là đĩa mềm. Vào thời điểm phát hành, sản phẩm có tên là Hệ thống ổ đĩa mềm IBM 23FD. Các đĩa có thể chứa 80 kilobyte dữ liệu. Không giống như ổ cứng, người dùng có thể dễ dàng di chuyển đĩa mềm trong lớp vỏ bảo vệ từ ổ này sang ổ khác. Sau đó, vào năm 1973, IBM phát hành đĩa mềm đọc/ghi, sau đó nó trở thành một sản phẩm công nghiệp. .
1969
Năm 1969, Máy tính hướng dẫn Apollo (AGC) với bộ nhớ dây được phóng lên tàu vũ trụ Apollo 11, đưa các phi hành gia Mỹ lên Mặt trăng và quay trở lại. Bộ nhớ dây này được làm thủ công và có thể chứa 72 kilobyte dữ liệu. Việc sản xuất dây nhớ tốn nhiều công sức, chậm chạp và đòi hỏi những kỹ năng tương tự như dệt vải; nó có thể mất . Nhưng nó là công cụ phù hợp cho những thời điểm mà điều quan trọng là phải lắp tối đa vào một không gian hạn chế nghiêm ngặt. Khi sợi dây đi qua một trong các sợi dây tròn, nó biểu thị số 1. Dây đi quanh sợi dây biểu thị số 0. Byte dữ liệu của chúng tôi yêu cầu một người đan vào sợi dây trong vài phút.
1977
Năm 1977, Commodore PET, máy tính cá nhân (thành công) đầu tiên được ra mắt. PET đã sử dụng Bộ dữ liệu Commodore 1530, có nghĩa là dữ liệu cộng với băng cassette. PET chuyển đổi dữ liệu thành tín hiệu âm thanh analog, sau đó được lưu trữ trên . Điều này cho phép chúng tôi tạo ra giải pháp lưu trữ đáng tin cậy và hiệu quả về mặt chi phí, mặc dù rất chậm. Byte dữ liệu nhỏ của chúng ta có thể được truyền với tốc độ khoảng 60-70 byte mỗi lần. . Các băng cassette có thể chứa khoảng 100 kilobyte mỗi cạnh 30 phút, với hai mặt trên mỗi băng. Ví dụ: một mặt của băng cassette có thể chứa khoảng hai hình ảnh 55 KB. Bộ dữ liệu cũng được sử dụng trong Commodore VIC-20 và Commodore 64.
1978
Một năm sau, vào năm 1978, MCA và Philips giới thiệu LaserDisc với tên gọi "Discovision". Jaws là bộ phim đầu tiên được bán trên LaserDisc ở Hoa Kỳ. Chất lượng âm thanh và video của nó tốt hơn nhiều so với các đối thủ cạnh tranh, nhưng đĩa laser lại quá đắt đối với hầu hết người tiêu dùng. Đĩa Laser không thể ghi được, không giống như băng VHS mà người ta dùng để ghi các chương trình truyền hình. Đĩa laser hoạt động với video analog, âm thanh nổi FM analog và mã xung , hoặc PCM, âm thanh kỹ thuật số. Các đĩa này có đường kính 12 inch (30,47 cm) và bao gồm hai đĩa nhôm một mặt được phủ nhựa. Ngày nay LaserDisc được nhớ đến như là nền tảng của đĩa CD và DVD.
1979
Một năm sau, vào năm 1979, Alan Shugart và Finis Conner thành lập Seagate Technology với ý tưởng mở rộng ổ cứng lên kích thước của một đĩa mềm 5 ¼ inch, tiêu chuẩn vào thời điểm đó. Sản phẩm đầu tiên của họ vào năm 1980 là ổ cứng Seagate ST506, ổ cứng đầu tiên dành cho máy tính compact. Đĩa chứa 5 megabyte dữ liệu, vào thời điểm đó lớn hơn năm lần so với đĩa mềm tiêu chuẩn. Những người sáng lập đã có thể đạt được mục tiêu là giảm kích thước đĩa xuống kích thước của một đĩa mềm 625 inch. Thiết bị lưu trữ dữ liệu mới là một tấm kim loại cứng được phủ một lớp mỏng vật liệu lưu trữ dữ liệu từ tính ở cả hai mặt. Các byte dữ liệu của chúng tôi có thể được chuyển vào đĩa với tốc độ XNUMX kilobyte mỗi . Nó xấp xỉ .
1981
Chuyển nhanh vài năm tới năm 1981, khi Sony giới thiệu đĩa mềm 3,5 inch đầu tiên. Hewlett-Packard trở thành hãng đầu tiên áp dụng công nghệ này vào năm 1982 với chiếc HP-150. Điều này làm cho đĩa mềm 3,5 inch trở nên nổi tiếng và được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới. . Các đĩa mềm là một mặt có dung lượng được định dạng là 161.2 kilobyte và dung lượng chưa được định dạng là 218.8 kilobyte. Năm 1982, phiên bản hai mặt được phát hành và tập đoàn Ủy ban Công nghiệp Microfloppy (MIC) gồm 23 công ty truyền thông đã xây dựng đặc điểm kỹ thuật của đĩa mềm 3,5 inch dựa trên thiết kế ban đầu của Sony, gắn định dạng này vào lịch sử như chúng ta biết ngày nay. . Giờ đây, byte dữ liệu của chúng tôi có thể được lưu trữ trên phiên bản đầu tiên của một trong những phương tiện lưu trữ phổ biến nhất: đĩa mềm 3,5 inch. Sau đó, một cặp đĩa mềm 3,5 inch với đã trở thành phần quan trọng nhất trong tuổi thơ của tôi.
1984
Ngay sau đó, vào năm 1984, việc phát hành Bộ nhớ chỉ đọc đĩa compact (CD-ROM) đã được công bố. Đây là những đĩa CD-ROM 550 megabyte của Sony và Philips. Định dạng này phát triển từ đĩa CD có âm thanh kỹ thuật số hoặc CD-DA, được sử dụng để phân phối nhạc. CD-DA được Sony và Philips phát triển vào năm 1982 và có dung lượng 74 phút. Theo truyền thuyết, khi Sony và Philips đang đàm phán về tiêu chuẩn CD-DA, một trong bốn người đã khẳng định rằng nó có thể toàn bộ Bản giao hưởng số 1985. Sản phẩm đầu tiên được phát hành trên CD là Bách khoa toàn thư điện tử của Grolier, xuất bản năm 12. Bộ bách khoa toàn thư chứa chín triệu từ, chỉ chiếm 553% dung lượng đĩa trống, tức là XNUMX từ. . Chúng ta sẽ có đủ không gian cho một bộ bách khoa toàn thư và một byte dữ liệu. Ngay sau đó, vào năm 1985, các công ty máy tính đã làm việc cùng nhau để tạo ra một tiêu chuẩn cho ổ đĩa để bất kỳ máy tính nào cũng có thể đọc được chúng.
1984
Cũng trong năm 1984, Fujio Masuoka đã phát triển một loại bộ nhớ cổng nổi mới gọi là bộ nhớ flash, có khả năng xóa và ghi lại nhiều lần.
Chúng ta hãy dành chút thời gian để xem bộ nhớ flash sử dụng bóng bán dẫn cổng nổi. Transitor là cổng điện có thể bật và tắt riêng lẻ. Vì mỗi bóng bán dẫn có thể ở hai trạng thái khác nhau (bật và tắt), nên nó có thể lưu trữ hai số khác nhau: 0 và 1. Cổng nổi dùng để chỉ cổng thứ hai được thêm vào bóng bán dẫn ở giữa. Cổng thứ hai này được cách nhiệt bằng một lớp oxit mỏng. Các bóng bán dẫn này sử dụng một điện áp nhỏ đặt vào cổng của bóng bán dẫn để cho biết nó đang bật hay tắt, từ đó chuyển thành 0 hoặc 1.
Với các cổng nổi, khi đặt một điện áp thích hợp qua lớp oxit, các electron sẽ chạy qua nó và bị mắc kẹt trên các cổng. Do đó, ngay cả khi tắt nguồn, các electron vẫn ở trên chúng. Khi không có electron trên các cổng nổi, chúng đại diện cho số 1 và khi các electron bị kẹt, chúng đại diện cho số 0. Đảo ngược quá trình này và đặt một điện áp phù hợp qua lớp oxit theo hướng ngược lại sẽ khiến các electron chạy qua các cổng nổi và khôi phục bóng bán dẫn về trạng thái ban đầu. Do đó, các tế bào được lập trình và . Byte của chúng tôi có thể được lập trình vào bóng bán dẫn dưới dạng 01001010, với các electron, với các electron bị mắc kẹt trong các cổng nổi để biểu thị số không.
Thiết kế của Masuoka có giá cả phải chăng hơn một chút nhưng kém linh hoạt hơn so với PROM có thể xóa bằng điện (EEPROM), vì nó yêu cầu nhiều nhóm tế bào phải được xóa cùng nhau, nhưng điều này cũng ảnh hưởng đến tốc độ của nó.
Vào thời điểm đó, Masuoka đang làm việc cho Toshiba. Cuối cùng anh ấy đã rời đi để làm việc tại Đại học Tohoku vì không hài lòng khi công ty không khen thưởng cho công việc của anh ấy. Masuoka khởi kiện Toshiba, yêu cầu bồi thường. Năm 2006, anh được trả 87 triệu nhân dân tệ, tương đương 758 nghìn đô la Mỹ. Điều này dường như vẫn không đáng kể khi xét đến tầm ảnh hưởng của bộ nhớ flash trong ngành.
Trong khi chúng ta đang nói về bộ nhớ flash, cũng cần lưu ý sự khác biệt giữa bộ nhớ flash NOR và NAND. Như chúng ta đã biết từ Masuoka, flash lưu trữ thông tin trong các ô nhớ bao gồm các bóng bán dẫn cổng nổi. Tên của các công nghệ liên quan trực tiếp đến cách tổ chức các ô nhớ.
Trong flash NOR, các ô nhớ riêng lẻ được kết nối song song để cung cấp quyền truy cập ngẫu nhiên. Kiến trúc này làm giảm thời gian đọc cần thiết để truy cập ngẫu nhiên vào các hướng dẫn của bộ vi xử lý. Bộ nhớ flash NOR lý tưởng cho các ứng dụng có mật độ thấp hơn, chủ yếu chỉ đọc. Đây là lý do tại sao hầu hết các CPU tải chương trình cơ sở của chúng, thường là từ bộ nhớ flash NOR. Masuoka và các đồng nghiệp của ông đã giới thiệu phát minh ra đèn flash NOR vào năm 1984 và đèn flash NAND vào năm XNUMX. .
Các nhà phát triển NAND Flash đã từ bỏ tính năng truy cập ngẫu nhiên để đạt được kích thước ô nhớ nhỏ hơn. Điều này dẫn đến kích thước chip nhỏ hơn và chi phí trên mỗi bit thấp hơn. Kiến trúc bộ nhớ flash NAND bao gồm các bóng bán dẫn bộ nhớ tám mảnh được kết nối nối tiếp. Điều này đạt được mật độ lưu trữ cao, kích thước ô nhớ nhỏ hơn và ghi và xóa dữ liệu nhanh hơn vì nó có thể lập trình các khối dữ liệu cùng một lúc. Điều này đạt được bằng cách yêu cầu dữ liệu được ghi lại khi nó không được ghi tuần tự và dữ liệu đã tồn tại trong .
1991
Hãy chuyển sang năm 1991, khi nguyên mẫu ổ cứng thể rắn (SSD) được tạo ra bởi SanDisk, lúc đó được gọi là . Thiết kế kết hợp một mảng bộ nhớ flash, chip bộ nhớ ổn định và bộ điều khiển thông minh để tự động phát hiện và sửa các ô bị lỗi. Dung lượng đĩa là 20 megabyte với hệ số dạng 2,5 inch và giá thành của nó ước tính khoảng 1000 USD. Đĩa này đã được IBM sử dụng trong máy tính .
1994
Một trong những phương tiện lưu trữ yêu thích của cá nhân tôi từ khi còn nhỏ là Đĩa Zip. Năm 1994, Iomega phát hành Zip Disk, hộp mực 100 megabyte ở dạng 3,5 inch, dày hơn một chút so với ổ đĩa 3,5 inch tiêu chuẩn. Các phiên bản sau của ổ đĩa có thể lưu trữ tới 2 gigabyte. Sự tiện lợi của những chiếc đĩa này là chúng có kích thước bằng một đĩa mềm nhưng có khả năng lưu trữ lượng dữ liệu lớn hơn. Các byte dữ liệu của chúng tôi có thể được ghi vào đĩa Zip với tốc độ 1,4 megabyte mỗi giây. Để so sánh, vào thời điểm đó, 1,44 MB của đĩa mềm 3,5 inch được ghi với tốc độ khoảng 16 kilobyte mỗi giây. Trên đĩa Zip, các đầu đọc/ghi dữ liệu không tiếp xúc, như thể bay trên bề mặt, tương tự cách hoạt động của ổ cứng nhưng khác với nguyên lý hoạt động của các đĩa mềm khác. Đĩa Zip nhanh chóng trở nên lỗi thời do các vấn đề về độ tin cậy và tính khả dụng.
1994
Cùng năm đó, SanDisk giới thiệu CompactFlash, được sử dụng rộng rãi trong các máy quay video kỹ thuật số. Giống như đĩa CD, tốc độ CompactFlash dựa trên xếp hạng "x" chẳng hạn như 8x, 20x, 133x, v.v. Tốc độ truyền dữ liệu tối đa được tính dựa trên tốc độ bit của đĩa CD âm thanh gốc, 150 kilobyte mỗi giây. Tốc độ truyền có dạng R = Kx150 kB/s, trong đó R là tốc độ truyền và K là tốc độ danh nghĩa. Vì vậy, đối với CompactFlash 133x, byte dữ liệu của chúng ta sẽ được ghi ở tốc độ 133x150 kB/s hoặc khoảng 19 kB/s hoặc 950 MB/s. Hiệp hội CompactFlash được thành lập vào năm 19,95 với mục tiêu tạo ra một tiêu chuẩn công nghiệp cho thẻ nhớ flash.
1997
Vài năm sau, vào năm 1997, Đĩa CD có thể ghi lại (CD-RW) được phát hành. Đĩa quang này được sử dụng để lưu trữ dữ liệu, sao chép và truyền tệp sang nhiều thiết bị khác nhau. Đĩa CD có thể được ghi lại khoảng 1000 lần, đây không phải là yếu tố hạn chế vào thời điểm đó vì người dùng hiếm khi ghi đè dữ liệu.
CD-RW dựa trên công nghệ thay đổi độ phản xạ của bề mặt. Trong trường hợp CD-RW, sự dịch pha trong lớp phủ đặc biệt bao gồm bạc, Tellurium và indium gây ra khả năng phản xạ hoặc không phản xạ chùm tia đọc, nghĩa là 0 hoặc 1. Khi hợp chất ở trạng thái kết tinh, nó mờ, có nghĩa là 1. Khi hợp chất tan chảy sang trạng thái vô định hình, nó trở nên mờ đục và không phản chiếu, điều này 0. Vì vậy, chúng ta có thể ghi byte dữ liệu của mình là 01001010.
Cuối cùng, DVD đã chiếm phần lớn thị phần từ CD-RW.
1999
Hãy chuyển sang năm 1999, khi IBM giới thiệu ổ đĩa cứng nhỏ nhất thế giới vào thời điểm đó: ổ đĩa siêu nhỏ IBM 170 MB và 340 MB. Đây là những ổ cứng nhỏ 2,54 cm được thiết kế để vừa với khe cắm CompactFlash Loại II. Người ta dự định tạo ra một thiết bị được sử dụng giống như CompactFlash nhưng có dung lượng bộ nhớ lớn hơn. Tuy nhiên, chúng sớm được thay thế bằng ổ flash USB và sau đó là thẻ CompactFlash lớn hơn khi chúng có sẵn. Giống như các ổ cứng khác, ổ microdrive là ổ cơ học và chứa các đĩa quay nhỏ.
2000
Một năm sau, vào năm 2000, ổ flash USB được giới thiệu. Các ổ đĩa bao gồm bộ nhớ flash được bao bọc trong một hình dạng nhỏ với giao diện USB. Tùy thuộc vào phiên bản giao diện USB được sử dụng, tốc độ có thể khác nhau. USB 1.1 bị giới hạn ở 1,5 megabit/giây, trong khi USB 2.0 có thể xử lý 35 megabit/giây và USB 3.0 là 625 megabit/giây. Ổ USB 3.1 Loại C đầu tiên được công bố vào tháng 2015 năm 530 và có tốc độ đọc/ghi là XNUMX megabit/giây. Không giống như đĩa mềm và ổ đĩa quang, thiết bị USB khó bị trầy xước hơn nhưng vẫn có khả năng lưu trữ dữ liệu cũng như truyền và sao lưu tập tin tương tự. Ổ đĩa mềm và CD nhanh chóng được thay thế bằng cổng USB.
2005
Năm 2005, các nhà sản xuất ổ đĩa cứng (HDD) bắt đầu vận chuyển các sản phẩm sử dụng phương pháp ghi từ vuông góc, hay PMR. Điều thú vị là điều này xảy ra cùng lúc với việc iPod Nano công bố việc sử dụng bộ nhớ flash thay vì ổ cứng 1 inch trong iPod Mini.
Một ổ cứng thông thường chứa một hoặc nhiều ổ cứng được phủ một lớp màng nhạy từ tính được tạo thành từ các hạt từ tính nhỏ. Dữ liệu được ghi khi đầu ghi từ tính bay ngay phía trên đĩa quay. Điều này rất giống với máy ghi âm truyền thống, điểm khác biệt duy nhất là trong máy hát, bút cảm ứng tiếp xúc vật lý với bản ghi. Khi các đĩa quay, không khí tiếp xúc với chúng sẽ tạo ra một làn gió nhẹ. Giống như không khí trên cánh máy bay tạo ra lực nâng, không khí tạo ra lực nâng trên đầu cánh máy bay. . Đầu từ nhanh chóng thay đổi độ từ hóa của một vùng từ tính của hạt sao cho cực từ của nó hướng lên hoặc hướng xuống, biểu thị 1 hoặc 0.
Tiền thân của PMR là ghi từ tính dọc, hay LMR. Mật độ ghi của PMR có thể gấp ba lần LMR. Sự khác biệt chính giữa PMR và LMR là cấu trúc hạt và hướng từ của dữ liệu được lưu trữ trong phương tiện PMR là dạng cột chứ không phải theo chiều dọc. PMR có độ ổn định nhiệt tốt hơn và tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) được cải thiện do khả năng tách hạt và tính đồng nhất tốt hơn. Nó cũng có tính năng cải thiện khả năng ghi nhờ trường đầu mạnh hơn và căn chỉnh phương tiện từ tính tốt hơn. Giống như LMR, những hạn chế cơ bản của PMR dựa trên độ ổn định nhiệt của các bit dữ liệu được ghi bởi nam châm và nhu cầu có đủ SNR để đọc thông tin được ghi.
2007
Năm 2007, ổ cứng 1 TB đầu tiên của Hitachi Global Storage Technologies được công bố. Hitachi Deskstar 7K1000 sử dụng năm đĩa cứng 3,5 inch 200GB và quay ở tốc độ vòng/phút Đây là một cải tiến đáng kể so với ổ cứng đầu tiên trên thế giới, IBM RAMAC 350, vốn có dung lượng xấp xỉ 3,75 megabyte. Ôi, chúng ta đã đi được bao xa trong 51 năm qua! Nhưng chờ đã, còn có điều gì đó nữa.
2009
Năm 2009, công việc kỹ thuật bắt đầu tạo ra bộ nhớ nhanh ổn định, hay còn gọi là . Bộ nhớ không ổn định (NVM) là loại bộ nhớ có thể lưu trữ dữ liệu vĩnh viễn, trái ngược với bộ nhớ khả biến, đòi hỏi nguồn điện liên tục để lưu trữ dữ liệu. NVMe giải quyết nhu cầu về giao diện bộ điều khiển máy chủ có thể mở rộng cho các thành phần ngoại vi dựa trên chất bán dẫn hỗ trợ PCIe, do đó có tên NVMe. Hơn 90 công ty đã được đưa vào nhóm làm việc để phát triển dự án. Tất cả điều này đều dựa trên công việc xác định Đặc tả giao diện bộ điều khiển máy chủ bộ nhớ không thay đổi (NVMHCIS). Các ổ NVMe tốt nhất hiện nay có thể xử lý khoảng 3500 megabyte mỗi giây đọc và 3300 megabyte mỗi giây ghi. Việc ghi byte dữ liệu j mà chúng tôi bắt đầu rất nhanh so với vài phút bộ nhớ dệt bằng tay của Máy tính Hướng dẫn Apollo.
Hiện tại và tương lai
Bộ nhớ lớp lưu trữ
Bây giờ chúng ta đã du hành ngược thời gian (ha!), chúng ta hãy xem trạng thái hiện tại của Bộ nhớ lớp lưu trữ. SCM, giống như NVM, rất mạnh mẽ, nhưng SCM cũng cung cấp hiệu năng vượt trội hoặc có thể so sánh được với bộ nhớ chính, và . Mục tiêu của SCM là giải quyết một số vấn đề về bộ đệm hiện nay, chẳng hạn như mật độ bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên tĩnh (SRAM) thấp. Với Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên động (DRAM), chúng tôi có thể đạt được mật độ tốt hơn nhưng điều này phải trả giá bằng việc truy cập chậm hơn. DRAM cũng gặp phải nhu cầu về nguồn điện liên tục để làm mới bộ nhớ. Hãy hiểu điều này một chút. Cần có nguồn điện vì điện tích trên các tụ điện sẽ rò rỉ dần dần, nghĩa là nếu không có sự can thiệp, dữ liệu trên chip sẽ sớm bị mất. Để ngăn chặn sự rò rỉ như vậy, DRAM yêu cầu một mạch làm mới bộ nhớ ngoài để ghi lại dữ liệu trong các tụ điện theo định kỳ, khôi phục chúng về điện tích ban đầu.
Bộ nhớ thay đổi pha (PCM)
Trước đây, chúng ta đã xem xét pha thay đổi như thế nào đối với CD-RW. PCM cũng tương tự. Vật liệu chuyển pha thường là Ge-Sb-Te hay còn gọi là GST, có thể tồn tại ở hai trạng thái khác nhau: vô định hình và kết tinh. Trạng thái vô định hình có điện trở cao hơn, ký hiệu là 0, so với trạng thái kết tinh, ký hiệu là 1. Bằng cách gán giá trị dữ liệu cho các điện trở trung gian, PCM có thể được sử dụng để lưu trữ nhiều trạng thái dưới dạng .
Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên mô-men xoắn truyền spin (STT-RAM)
STT-RAM bao gồm hai lớp sắt từ, từ tính vĩnh cửu được ngăn cách bởi một chất điện môi, một chất cách điện có thể truyền lực điện mà không cần dẫn điện. Nó lưu trữ các bit dữ liệu dựa trên sự khác biệt về hướng từ tính. Một lớp từ tính, gọi là lớp tham chiếu, có hướng từ cố định, trong khi lớp từ tính còn lại, gọi là lớp tự do, có hướng từ được điều khiển bởi dòng điện chạy qua. Đối với 1, hướng từ hóa của hai lớp được căn chỉnh. Đối với 0, cả hai lớp có hướng từ trái ngược nhau.
Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên điện trở (ReRAM)
Một tế bào ReRAM bao gồm hai điện cực kim loại được ngăn cách bởi một lớp oxit kim loại. Hơi giống thiết kế bộ nhớ flash của Masuoka, trong đó các electron xuyên qua lớp oxit và mắc kẹt trong cổng nổi hoặc ngược lại. Tuy nhiên, với ReRAM, trạng thái tế bào được xác định dựa trên nồng độ oxy tự do trong lớp oxit kim loại.
Mặc dù những công nghệ này đầy hứa hẹn nhưng chúng vẫn có những hạn chế. PCM và STT-RAM có độ trễ ghi cao. Độ trễ PCM cao hơn DRAM mười lần, trong khi độ trễ STT-RAM cao hơn SRAM mười lần. PCM và ReRAM có giới hạn về thời gian ghi có thể xảy ra trước khi xảy ra lỗi nghiêm trọng, nghĩa là phần tử bộ nhớ bị kẹt .
Vào tháng 2015 năm 3, Intel đã công bố phát hành Optane, sản phẩm dựa trên 1000DXPoint. Optane tuyên bố hiệu suất gấp XNUMX lần so với SSD NAND ở mức giá cao gấp bốn đến năm lần so với bộ nhớ flash. Optane là bằng chứng cho thấy SCM không chỉ là một công nghệ thử nghiệm. Sẽ rất thú vị khi theo dõi sự phát triển của những công nghệ này.
Ổ đĩa cứng (HDD)
Ổ cứng Heli (HHDD)
Đĩa helium là ổ đĩa cứng (HDD) dung lượng cao chứa đầy helium và được bịt kín trong quá trình sản xuất. Giống như các ổ cứng khác, như chúng tôi đã nói trước đó, nó tương tự như một bàn xoay với một đĩa quay được phủ từ tính. Các ổ đĩa cứng thông thường chỉ đơn giản là có không khí bên trong khoang, nhưng không khí này gây ra một số lực cản khi đĩa quay quay.
Bóng bay khí heli nổi vì khí heli nhẹ hơn không khí. Trên thực tế, helium có mật độ bằng 1/7 không khí, làm giảm lực phanh khi các đĩa quay, làm giảm lượng năng lượng cần thiết để quay các đĩa. Tuy nhiên, tính năng này chỉ là thứ yếu, đặc điểm phân biệt chính của helium là nó cho phép bạn đóng gói 7 tấm wafer trong cùng một hệ số dạng mà thông thường chỉ chứa được 5. Nếu chúng ta nhớ sự tương tự của cánh máy bay của chúng ta, thì đây là một sự tương tự hoàn hảo . Vì khí heli làm giảm lực cản nên sự nhiễu loạn bị loại bỏ.
Chúng ta cũng biết rằng các quả bóng bay khí heli bắt đầu chìm sau một vài ngày vì khí heli thoát ra khỏi chúng. Điều tương tự cũng có thể nói về các thiết bị lưu trữ. Phải mất nhiều năm các nhà sản xuất mới có thể tạo ra một thùng chứa ngăn khí heli thoát ra khỏi hình thức trong suốt vòng đời của ổ đĩa. Backblaze đã tiến hành thí nghiệm và phát hiện ra rằng ổ cứng helium có tỷ lệ lỗi hàng năm là 1,03%, so với 1,06% của ổ đĩa tiêu chuẩn. Tất nhiên, sự khác biệt này nhỏ đến mức người ta có thể rút ra một kết luận nghiêm túc từ nó. .
Hệ số dạng chứa đầy khí heli có thể chứa một ổ cứng được đóng gói bằng PMR mà chúng ta đã thảo luận ở trên hoặc ghi từ tính vi sóng (MAMR) hoặc ghi từ tính hỗ trợ nhiệt (HAMR). Bất kỳ công nghệ lưu trữ từ tính nào cũng có thể được kết hợp với helium thay vì không khí. Vào năm 2014, HGST đã kết hợp hai công nghệ tiên tiến trong ổ cứng helium 10TB, sử dụng tính năng ghi từ tính có vỏ bọc do máy chủ điều khiển, hay SMR (Ghi từ tính có vỏ bọc). Hãy nói một chút về SMR và sau đó nhìn vào MAMR và HAMR.
Công nghệ ghi từ tính Ngói
Trước đây, chúng tôi đã xem xét ghi từ tính vuông góc (PMR), tiền thân của SMR. Không giống như PMR, SMR ghi lại các rãnh mới chồng lên một phần của rãnh từ đã ghi trước đó. Điều này lại làm cho rãnh trước đó hẹp hơn, cho phép mật độ rãnh cao hơn. Tên của công nghệ này xuất phát từ thực tế là đường ray rất giống với đường ray mái ngói.
SMR dẫn đến một quá trình ghi phức tạp hơn nhiều, vì việc ghi vào một bản nhạc sẽ ghi đè lên bản nhạc liền kề. Điều này không xảy ra khi bề mặt đĩa trống và dữ liệu là tuần tự. Nhưng ngay khi bạn ghi vào một loạt bản nhạc đã chứa dữ liệu, dữ liệu liền kề hiện có sẽ bị xóa. Nếu rãnh liền kề chứa dữ liệu thì phải ghi lại. Điều này khá giống với đèn flash NAND mà chúng ta đã nói trước đó.
Các thiết bị SMR che giấu sự phức tạp này bằng cách quản lý phần sụn, dẫn đến giao diện tương tự như bất kỳ ổ cứng nào khác. Mặt khác, các thiết bị SMR do máy chủ quản lý, nếu không có sự thích ứng đặc biệt về ứng dụng và hệ điều hành, sẽ không cho phép sử dụng các ổ đĩa này. Máy chủ phải ghi vào thiết bị một cách tuần tự. Đồng thời, hiệu suất của thiết bị có thể dự đoán được 100%. Seagate bắt đầu vận chuyển ổ SMR vào năm 2013, tuyên bố mật độ cao hơn 25% Mật độ PMR.
Ghi từ vi sóng (MAMR)
Ghi từ tính được hỗ trợ bằng vi sóng (MAMR) là công nghệ bộ nhớ từ sử dụng năng lượng tương tự như HAMR (sẽ thảo luận tiếp theo). Một phần quan trọng của MAMR là Bộ tạo dao động mô men quay (STO). Bản thân STO được đặt gần đầu ghi. Khi đưa dòng điện vào STO, một trường điện từ hình tròn có tần số 20-40 GHz được tạo ra do sự phân cực của các spin electron.
Khi tiếp xúc với một trường như vậy, sự cộng hưởng xảy ra trong nam châm sắt được sử dụng cho MAMR, dẫn đến sự tiến động của mômen từ của các miền trong trường này. Về cơ bản, mô men từ lệch khỏi trục của nó và để thay đổi hướng (lật), đầu ghi cần ít năng lượng hơn đáng kể.
Việc sử dụng công nghệ MAMR giúp có thể lấy các chất sắt từ với lực cưỡng bức lớn hơn, đồng nghĩa với việc có thể giảm kích thước của miền từ mà không sợ gây ra hiệu ứng siêu thuận từ. Bộ tạo STO giúp giảm kích thước đầu ghi, giúp ghi thông tin trên các miền từ tính nhỏ hơn và do đó làm tăng mật độ ghi.
Western Digital hay còn gọi là WD đã giới thiệu công nghệ này vào năm 2017. Ngay sau đó, vào năm 2018, Toshiba đã hỗ trợ công nghệ này. Trong khi WD và Toshiba đang theo đuổi công nghệ MAMR thì Seagate lại đặt cược vào HAMR.
Ghi nhiệt từ (HAMR)
Ghi từ tính hỗ trợ nhiệt (HAMR) là công nghệ lưu trữ dữ liệu từ tính tiết kiệm năng lượng, có thể làm tăng đáng kể lượng dữ liệu có thể được lưu trữ trên một thiết bị từ tính, chẳng hạn như ổ cứng, bằng cách sử dụng nhiệt do tia laser cung cấp để giúp ghi. dữ liệu lên bề mặt đế ổ cứng. Việc gia nhiệt làm cho các bit dữ liệu được đặt gần nhau hơn trên bề mặt đĩa, cho phép tăng mật độ và dung lượng dữ liệu.
Công nghệ này khá khó thực hiện. Laser nhanh 200 mW một vùng nhỏ có nhiệt độ lên tới 400 °C trước khi ghi mà không can thiệp hoặc làm hỏng phần dữ liệu còn lại trên đĩa. Quá trình làm nóng, ghi dữ liệu và làm mát phải được hoàn thành trong vòng chưa đầy một nano giây. Để giải quyết những thách thức này đòi hỏi phải phát triển các plasmon bề mặt có kích thước nano, còn được gọi là laser dẫn hướng bề mặt, thay vì đốt nóng bằng laser trực tiếp, cũng như các loại tấm kính và lớp phủ quản lý nhiệt mới để chịu được hiện tượng gia nhiệt điểm nhanh mà không làm hỏng đầu ghi hoặc bất kỳ thiết bị nào gần đó. dữ liệu và nhiều thách thức kỹ thuật khác cần phải vượt qua.
Bất chấp nhiều tuyên bố hoài nghi, Seagate lần đầu tiên trình diễn công nghệ này vào năm 2013. Những đĩa đầu tiên bắt đầu được xuất xưởng vào năm 2018.
Hết phim, quay lại phần đầu!
Chúng tôi bắt đầu vào năm 1951 và kết thúc bài viết bằng cái nhìn về tương lai của công nghệ lưu trữ. Việc lưu trữ dữ liệu đã thay đổi rất nhiều theo thời gian, từ băng giấy đến kim loại và từ tính, bộ nhớ dây, đĩa quay, đĩa quang, bộ nhớ flash và các loại khác. Sự tiến bộ đã dẫn đến các thiết bị lưu trữ nhanh hơn, nhỏ hơn và mạnh hơn.
Nếu bạn so sánh NVMe với băng kim loại UNISERVO từ năm 1951, NVMe có thể đọc thêm 486% chữ số mỗi giây. Khi so sánh NVMe với ổ Zip yêu thích thời thơ ấu của tôi, NVMe có thể đọc nhiều chữ số hơn 111% mỗi giây.
Điều duy nhất vẫn đúng là việc sử dụng 0 và 1. Cách chúng tôi thực hiện việc này rất khác nhau. Tôi hy vọng rằng lần tới khi bạn ghi một đĩa CD-RW các bài hát cho bạn bè hoặc lưu video gia đình vào Kho lưu trữ đĩa quang, bạn hãy nghĩ đến việc bề mặt không phản chiếu chuyển thành số 0 và bề mặt phản chiếu chuyển thành số 1 như thế nào. Hoặc nếu bạn ghi băng từ vào băng cassette, hãy nhớ rằng nó có liên quan rất chặt chẽ với Datasette được sử dụng trong Commodore PET. Cuối cùng, đừng quên tử tế và tua lại.
Cảm ơn и để biết các mẩu tin (tôi không thể giúp được) trong suốt bài viết!
Bạn có thể đọc gì khác trên blog?
→
→
→
→
→
Đăng ký của chúng tôi -channel để không bỏ lỡ bài viết tiếp theo nhé! Chúng tôi viết không quá hai lần một tuần và chỉ viết về công việc. Chúng tôi cũng xin nhắc bạn rằng Cloud4Y có thể cung cấp quyền truy cập từ xa an toàn và đáng tin cậy vào các ứng dụng kinh doanh cũng như thông tin cần thiết để đảm bảo tính liên tục của hoạt động kinh doanh. Làm việc từ xa là một rào cản bổ sung đối với sự lây lan của virus Corona. Để biết chi tiết, hãy liên hệ với người quản lý của chúng tôi tại .
Nguồn: www.habr.com