Get best of the week

بيانات بايت الحياة



يقدم أي مزود سحابة خدمة تخزين البيانات. يمكن أن يكون التخزين البارد والساخن ، الثلج البارد ، إلخ. من السهل جدًا تخزين المعلومات في السحابة. ولكن كيف قاموا بتخزين البيانات قبل 10 أو 20 أو 50 سنة؟ قام Cloud4Y بترجمة مقال مثير للاهتمام حول ذلك.

يمكن تخزين بايت البيانات بطرق متنوعة ، حيث تظهر وسائط تخزين جديدة وأكثر تقدمًا وأسرع طوال الوقت. البايت هو وحدة تخزين ومعالجة المعلومات الرقمية ، والتي تتكون من ثمانية بتات. في بت واحد ، يمكن كتابة 0 أو 1.

في حالة البطاقات المثقبة ، يتم تخزين البت كوجود / عدم وجود ثقب في البطاقة في موقع محدد. إذا عدنا قليلاً إلى آلة باباج التحليلية ، فإن السجلات التي تخزن الأرقام كانت عبارة عن تروس. في أجهزة التخزين المغناطيسي مثل الأشرطة والأقراص ، يتم تمثيل البتات بقطبية منطقة معينة من الفيلم المغناطيسي. في ذاكرة الوصول العشوائي الحديثة (DRAM) ، غالبًا ما يتم تمثيل البت على أنه شحنة كهربائية من مستويين مخزنة في جهاز يخزن الطاقة الكهربائية في مجال كهربائي. خزان مشحون أو مفرغ يحمل بتة بيانات.

في يونيو 1956 ، صاغ Werner Buchholz كلمة بايت للدلالة على مجموعة من البتات المستخدمة لترميز حرف واحد من النص.. لنتحدث قليلاً عن ترميز الأحرف. لنبدأ بالرمز القياسي الأمريكي لتبادل المعلومات. كان ASCII يعتمد على الأبجدية الإنجليزية ، لذلك تم تمثيل كل حرف ورقم ورمز (az ، AZ ، 0-9 ، + ، - ، / ، "،! ، إلخ.) كعدد صحيح من 7 بت من 32 إلى 127. لم يكن "ودودًا" تمامًا مع اللغات الأخرى. لدعم اللغات الأخرى ، قام Unicode بتمديد ASCII. في Unicode ، يتم تمثيل كل حرف كنقطة رمز أو حرف ، على سبيل المثال ، الأحرف الصغيرة j - U + 006A ، حيث تشير U Unicode متبوعًا برقم سداسي عشري.

UTF-8 هو معيار لتمثيل الأحرف في شكل ثمانية بتات ، مما يسمح لك بتخزين كل نقطة رمز في النطاق 0-127 في بايت واحد. إذا تذكرنا ASCII ، فهذا طبيعي تمامًا بالنسبة للحروف الإنجليزية ، ولكن غالبًا ما يتم التعبير عن الأحرف في لغة أخرى في وحدتي بايت أو أكثر. UTF-16 هو المعيار لتمثيل الأحرف بـ 16 بت ، و UTF-32 هو المعيار لتمثيل الأحرف بـ 32 بت. في ASCII ، يكون كل حرف بايت ، وفي Unicode ، والذي غالبًا ما يكون غير صحيح تمامًا ، يمكن أن يشغل الحرف 1 أو 2 أو 3 أو أكثر من البايت. ستستخدم المقالة مجموعات مختلفة من البتات. يختلف عدد البتات في البايت حسب تصميم الوسيط.

في هذه المقالة ، سوف نسافر عبر الوقت من خلال وسائط التخزين المختلفة من أجل الانغماس في تاريخ تخزين البيانات. لن نقوم بأي حال من الأحوال بدراسة عميقة لكل ناقل معلومات فردي تم اختراعه. في ما يلي مقالة معلومات مضحكة لا تدعي بأي حال من الأحوال أهمية موسوعية.

لنبدأ. لنفترض أن لدينا بايت بيانات للتخزين: الحرف j ، إما كبايت مشفر 6 أ أو ثنائي 01001010. خلال السفر عبر الزمن ، سيتم استخدام بايت البيانات في بعض تقنيات التخزين التي سيتم وصفها.

1951




تبدأ قصتنا في عام 1951 بمحرك الأشرطة UNIVAC UNISERVO للكمبيوتر UNIVAC 1. وكان أول محرك أقراص مصمم لجهاز كمبيوتر تجاري. كان الشريط مصنوعًا من شريط رفيع من البرونز المطلي بالنيكل بعرض 12.65 ملم (يسمى Vicalloy) وطوله 366 مترًا تقريبًا. يمكن تخزين وحدات بايت البيانات الخاصة بنا بسرعة 7200 حرفًا في الثانية على شريط يتحرك بسرعة 2.54 مترًا في الثانية. في هذه المرحلة من القصة ، يمكنك قياس سرعة خوارزمية التخزين من خلال المسافة التي يقطعها الشريط.

1952




بعد مرور عام ، في 21 مايو 1952 ، عندما أعلنت شركة IBM عن إطلاق أول وحدة شريط مغناطيسي ، IBM 726. الآن يمكن نقل بايت البيانات الخاصة بنا من الشريط المعدني UNISERVO إلى الشريط المغناطيسي IBM. تبين أن هذا المنزل الجديد مريح جدًا لبياناتنا الصغيرة جدًا ، حيث يمكن تخزين ما يصل إلى 2 مليون رقم على الشريط. تم نقل هذا الشريط المغناطيسي ذو 7 مسارات بسرعة 1.9 متر في الثانية بسرعة إرسال 12500 رقم أو 7500 حرف (ثم ​​تسمى مجموعات النسخ) في الثانية. كمرجع: في مقال متوسط ​​حول حبري حوالي 10000 حرف.

يتكون شريط IBM 726 من سبعة مسارات ، ستة منها خدمت لتخزين المعلومات ، وواحد للتكافؤ. تم وضع ما يصل إلى 400 متر من الشريط بعرض 1.25 سم على بكرة واحدة ، وبلغ معدل نقل البيانات نظريًا 12.5 ألف حرف في الثانية ؛ كثافة التسجيل - 40 بت لكل سنتيمتر. في هذا النظام ، تم استخدام طريقة "القناة الفراغية" ، حيث تم تداول حلقة الشريط بين نقطتين. هذا سمح للشريط أن يبدأ ويتوقف في جزء من الثانية. وقد تم تحقيق ذلك عن طريق وضع أعمدة فراغ طويلة بين بكرات الشريط ورؤوس القراءة / الكتابة من أجل امتصاص الزيادة المفاجئة في التوتر في الشريط ، والتي بدونها سينفجر الشريط عادةً. توفر حلقة بلاستيكية قابلة للإزالة في الجزء الخلفي من بكرة الشريط حماية ضد الكتابة. يمكن تخزين حوالي 1.1 على بكرة واحدة من الشريطميغا بايت .

تذكر أشرطة VHS. ما الذي يجب فعله لمشاهدة الفيلم مرة أخرى؟ لف الشريط! وكم مرة قمت بتشغيل الكاسيت للاعب على قلم رصاص ، حتى لا تهدر البطاريات والحصول على شريط ممزق أو ممزق؟ ويمكن قول الشيء نفسه عن الأشرطة المستخدمة لأجهزة الكمبيوتر. لا تستطيع البرامج القفز فوق جزء من الشريط حول الشريط أو الوصول إلى البيانات عن طريق الخطأ ، بل يمكنها قراءة البيانات وكتابتها بشكل متسلسل.

1956




إذا مضت إلى الأمام عدة سنوات ، في عام 1956 ، بدأ عصر تخزين القرص المغناطيسي مع الانتهاء من تطوير IBM لنظام الكمبيوتر RAMAC 305 ، الذي ستقدمه Zellerbach Paper في سان فرانسيسكو . كان هذا الكمبيوتر هو أول من استخدم محرك الأقراص الثابتة ذي الرأس المتحرك. يتكون محرك أقراص RAMAC من خمسين لوحة معدنية ممغنطة بقطر 60.96 سم ، قادرة على تخزين حوالي خمسة ملايين حرف بيانات ، 7 بت لكل حرف ، وتدور بسرعة 1200 دورة في الدقيقة. كانت سعة التخزين حوالي 3.75 ميغا بايت.

سمحت RAMAC في الوقت الحقيقي بالوصول إلى كميات كبيرة من البيانات ، على عكس الشريط المغناطيسي أو بطاقات الثقب. توصف IBM RAMAC كجهاز قادر على تخزين ما يعادل 64000بطاقات لكمة . قدمت RAMRAC سابقًا مفهوم المعالجة المستمرة للمعاملات أثناء تقدمها ، بحيث يمكن استرداد البيانات على الفور بينما لا تزال حديثة. الآن ، يمكن تنفيذ الوصول إلى بياناتنا في RAMAC بسرعة 100000 بت في الثانية . في السابق ، عند استخدام الأشرطة ، كان علينا كتابة وقراءة البيانات المتسلسلة ، ولم نتمكن من القفز بطريق الخطأ إلى أقسام مختلفة من الشريط. كان الوصول العشوائي في الوقت الفعلي إلى البيانات ثوريًا حقًا في ذلك الوقت.

1963




دعونا نتقدم بسرعة إلى عام 1963 عندما تم تقديم DECtape. يأتي الاسم من شركة المعدات الرقمية ، والمعروفة باسم DEC. كان DECtape غير مكلفًا وموثوقًا به ، ولهذا السبب تم استخدامه في العديد من أجيال أجهزة كمبيوتر DEC. كان شريطًا مقاس 19 مم مصفحًا ومحاطًا بين طبقتين من مايلر على بكرة مقاس 4 بوصات (10.16 سم).

على عكس أسلافه الثقيلة والكبيرة ، يمكن حمل شريط DECtape يدويًا. هذا جعله خيارًا رائعًا لأجهزة الكمبيوتر الشخصية. على عكس نظيراتها السبعة ، كان DECtape يحتوي على 6 مسارات بيانات ، مسارين علامة ، و 2 نبضات الساعة. تم تسجيل البيانات عند 350 بت في الثانية (138 بت في الثانية). يمكن نقل بايت البيانات لدينا ، وهو 8 بت ، ولكن يمكن توسيعه إلى 12 ، إلى DECtape بسرعة 8325 كلمة 12 بت في الثانية بسرعة الشريط 93 (± 12) بوصة في الثانية . وهذا يزيد بنسبة 8٪ عن الأرقام في الثانية مقارنة بالشريط المعدني UNISERVO في عام 1952.
 

1967




بعد أربع سنوات ، في عام 1967 ، بدأ فريق IBM صغير بالعمل على محرك أقراص IBM ، المسمى Minnow . ثم تم تكليف الفريق بتطوير طريقة موثوقة وغير مكلفة لتحميل الرموز الصغيرة إلى حاسب مركزي IBM System / 370. في وقت لاحق ، تم إعادة تصميم المشروع وإعادة تصميمه لتنزيل الرمز الصغير في وحدة التحكم لـ IBM 3330 Direct Access Storage Facility ، التي تحمل الرمز Merlin.

الآن يمكن تخزين البايتات الخاصة بنا على أقراص مايلر المرنة مغناطيسية للقراءة فقط مقاس 8 بوصات ، والمعروفة اليوم باسم الأقراص المرنة. في وقت الإصدار ، كان المنتج يسمى IBM 23FD Floppy Disk Drive System. يمكن أن تحتوي الأقراص على 80 كيلوبايت من البيانات. على عكس محركات الأقراص الثابتة ، يمكن للمستخدم بسهولة نقل قرص مرن في غلاف واقٍ من محرك إلى آخر. في وقت لاحق ، في عام 1973 ، أصدرت شركة IBM قرصًا مرنًا للقراءة / الكتابة ، والذي أصبح بعد ذلك معيار الصناعة .
 

1969



 في عام 1969 ، تم إطلاق كمبيوتر AGC (كمبيوتر أبولو الإرشادي) على متن الطائرة مع ذاكرة حبل على متن مركبة الفضاء أبولو 11 ، والتي نقلت رواد الفضاء الأمريكيين إلى القمر والعودة. تم صنع ذاكرة الحبل هذه يدويًا ويمكن أن تحتوي على 72 كيلوبايت من البيانات. كان إنتاج ذاكرة الحبل مهارات تستغرق وقتًا طويلاً وبطيئة ومطلوبة مماثلة للنسيج. قد يستغرق شهور أشهر لنسج البرنامج في ذاكرة الحبل . لكنها كانت الأداة المناسبة لتلك الأوقات التي كان من المهم فيها احتواء الحد الأقصى في مساحة محدودة بإحكام. عندما مر السلك عبر أحد الأوردة الدائرية ، كان 1. السلك الذي يمر حول الوريد كان 0. بايت البيانات الخاص بنا يتطلب بضع دقائق من النسيج في الحبل من شخص.

1977




Commodore PET ، أول كمبيوتر شخصي (ناجح) ، تم إطلاقه في عام 1977. استخدمت PET مجموعة بيانات Commodore 1530 ، مما يعني البيانات بالإضافة إلى الكاسيت. حولت PET البيانات إلى إشارات صوتية تناظرية ، ثم تم تخزينها على شرائط كاسيت . سمح لنا ذلك بإنشاء حل اقتصادي وموثوق لتخزين البيانات ، على الرغم من أنه بطيء جدًا. يمكن إرسال بايتنا الصغير من البيانات بسرعة حوالي 60-70 بايت في الثانية . يمكن أن تحتوي الكاسيت على حوالي 100 كيلوبايت على جانب 30 دقيقة ، مع جانبين لكل شريط. على سبيل المثال ، على جانب واحد من الكاسيت ، يمكن وضع صورتين بحجم 55 كيلوبايت. تم استخدام مجموعة البيانات أيضًا في Commodore VIC-20 و Commodore 64.

1978




بعد عام ، في عام 1978 ، قدم MCA و Philips LaserDisc تحت اسم Discovision. كان Jaws أول فيلم يباع على LaserDisc في الولايات المتحدة. كانت جودة الصوت والفيديو عليه أفضل بكثير من المنافسين ، لكن قرص الليزر كان مكلفًا للغاية بالنسبة لمعظم المستهلكين. كان من المستحيل التسجيل على LaserDisc ، على عكس أشرطة VHS التي سجل فيها الناس برامج تلفزيونية. تعمل أقراص الليزر مع الفيديو التمثيلي ، والصوت الاستريو FM التناظري ، وتعديل شفرة النبض ، أو PCM ، الصوت الرقمي. يبلغ قطر الأقراص 12 بوصة (30.47 سم) وتتكون من قرصين ألمنيوم أحادي الجانب مطليين بالبلاستيك. اليوم يتذكر LaserDisc كأساس للقرص المضغوط و DVD.

1979




بعد ذلك بعام ، في عام 1979 ، أسس آلان شوجارت وفينيس كونر Seagate Technology بفكرة تحجيم محرك أقراص ثابتة بحجم قرص مرن 5 بوصات ، والذي كان قياسيًا في ذلك الوقت. كان أول منتج لهم في عام 1980 هو محرك الأقراص الثابتة Seagate ST506 ، وهو أول محرك أقراص ثابتة لأجهزة الكمبيوتر الصغيرة الحجم. احتوى القرص على خمسة ميغا بايت من البيانات ، والتي كانت في ذلك الوقت أكبر بخمس مرات من القرص المرن القياسي. تمكن المؤسسون من تحقيق هدفهم - تقليل حجم القرص إلى حجم قرص مرن 5 بوصة. كان جهاز تخزين البيانات الجديد عبارة عن لوحة معدنية صلبة مطلية على كلا الجانبين بطبقة رقيقة من المواد المغناطيسية لتخزين البيانات. يمكن نقل وحدات بايت البيانات الخاصة بنا إلى القرص بسرعة 625 كيلو بايت في الثانية . هذا عن مثل GIF .

1981




تقدم سريعًا بضع سنوات ، حتى عام 1981 ، عندما قدمت سوني أول أقراص مرنة مقاس 3.5 بوصة. كانت شركة Hewlett-Packard هي الأولى التي اتبعت هذه التقنية في عام 1982 باستخدام HP-150. هذه الأقراص المرنة المجيدة مقاس 3.5 بوصات وأعطتها توزيعًا واسعًا في الصناعة . كانت الأقراص المرنة من جانب واحد بسعة مهيأة تبلغ 161.2 كيلوبايت وسعة غير مهيأة تبلغ 218.8 كيلوبايت. تم إصدار نسخة على الوجهين في عام 1982 ، وكونسورتيوم لجنة صناعة الميكروفلوبي (MIC) ، يتألف من 23 شركة إعلامية ، استنادًا إلى مواصفات القرص المرن 3.5 بوصة على تصميم سوني الأصلي ، وتحديد التنسيق في التاريخ كما نعرفه. الآن يمكن تخزين وحدات بايت البيانات الخاصة بنا على إصدار سابق من إحدى الوسائط الأكثر شيوعًا: قرص مرن 3.5 بوصة. في وقت لاحق ، أصبح زوج من الأقراص المرنة 3.5 بوصة مع مسار أوريغون هو الجزء الأكثر أهمية في طفولتي.

1984




بعد ذلك بوقت قصير ، في عام 1984 ، تم الإعلان عن قرص مضغوط يحتوي على بيانات للقراءة فقط (ذاكرة قراءة فقط للقرص المضغوط ، قرص مضغوط). كانت هذه أقراص مضغوطة سعة 550 ميغا بايت من سوني وفيليبس. نما التنسيق من الأقراص المضغوطة الصوتية الرقمية ، أو CD-DAs ، التي تم استخدامها لتوزيع الموسيقى. تم تطوير CD-DA بواسطة Sony و Philips في عام 1982 بسعة 74 دقيقة. وفقًا للأسطورة ، عندما كانت سوني وفيليبس تتفاوضان على معيار CD-DA ، أصر واحد من كل أربعة أشخاص على أنه يمكن أن يستوعب السمفونية التاسعة بأكملها. كان أول منتج تم إصداره على القرص المضغوط هو موسوعة Grolier الإلكترونية ، التي تم إصدارها في عام 1985. احتوت الموسوعة على تسعة ملايين كلمة استغرقت 12٪ فقط من مساحة القرص المتوفرة ، وهي 553 كلمةميبي بايت . سيكون لدينا مساحة أكثر من كافية للموسوعة وبايت البيانات. بعد ذلك بوقت قصير ، في عام 1985 ، عملت شركات الكمبيوتر معًا لإنشاء معيار للأقراص حتى يتمكن أي كمبيوتر من قراءة المعلومات منها.

1984


أيضًا في عام 1984 ، طورت Fujio Masuoka نوعًا جديدًا من الذاكرة مع مصراع عائم يسمى ذاكرة فلاش ، والذي كان يمكن محوه وإعادة كتابته عدة مرات.

دعونا نتناول ذاكرة فلاش باستخدام ترانزستور بوابة عائمة. الترانزستورات هي بوابات كهربائية يمكن تشغيلها وإيقافها بشكل فردي. نظرًا لأن كل ترانزستور يمكن أن يكون في حالتين مختلفتين (تشغيل وإيقاف) ، فإنه يمكن تخزين رقمين مختلفين: 0 و 1. تشير البوابة العائمة إلى البوابة الثانية المضافة إلى الترانزستور الأوسط. البوابة الثانية معزولة بطبقة أكسيد رقيقة. تستخدم هذه الترانزستورات جهدًا صغيرًا يتم تطبيقه على بوابة الترانزستور للإشارة إلى ما إذا كان قيد التشغيل أو إيقاف التشغيل ، والذي بدوره يترجم إلى 0 أو 1.
 
مع البوابات العائمة ، عندما يتم تطبيق الجهد المقابل من خلال طبقة الأكسيد ، تمر الإلكترونات عبرها وتعلق على البوابات. لذلك ، حتى عند إيقاف الطاقة ، تظل الإلكترونات عليها. عندما لا توجد إلكترونات على البوابات العائمة ، تكون 1 ، وعندما تتعطل الإلكترونات - 0. يؤدي المسار العكسي لهذه العملية وتطبيق جهد مناسب من خلال طبقة الأكسيد في الاتجاه المعاكس إلى مرور الإلكترونات عبر البوابات العائمة وإعادة الترانزستور إلى حالته الأصلية. لذلك ، يتم جعل الخلايا قابلة للبرمجة وغير متطايرة . يمكن برمجة البايت الخاص بنا في ترانزستور ، مثل 01001010 ، مع إلكترونات ، مع إلكترونات عالقة في بوابات عائمة ، لتمثيل الأصفار.

كان تصميم Masuoka أكثر بأسعار معقولة قليلاً ، ولكنه أقل مرونة من PROM القابل للمسح كهربائيًا (EEPROM) ، حيث تطلب عدة مجموعات من الخلايا التي يجب محوها معًا ، ولكن هذا كان أيضًا بسبب سرعته.

كان Masuoka يعمل لصالح Toshiba في ذلك الوقت. في النهاية ، ذهب للعمل في جامعة توهوكو ، لأنه كان غير سعيد لأن الشركة لم تكافأه على عمله. Masuoka يقاضي Toshiba للحصول على تعويض. وفي عام 2006 ، حصل على 87 مليون يوان ، أي ما يعادل 758 ألف دولار أمريكي. لا يزال هذا يبدو غير مهم بالنظر إلى مدى تأثير الذاكرة المحمولة في الصناعة.

نظرًا لأننا نتحدث عن الفلاش ، تجدر الإشارة أيضًا إلى الفرق بين NOR و NAND flash. كما نعلم بالفعل من Masuoka ، يخزن الفلاش المعلومات في خلايا الذاكرة التي تتكون من ترانزستورات البوابة العائمة. ترتبط أسماء التكنولوجيا بشكل مباشر بكيفية تنظيم خلايا الذاكرة.

في ذاكرة فلاش NOR ، يتم توصيل خلايا الذاكرة الفردية بالتوازي ، مما يوفر وصولًا عشوائيًا. تقلل هذه البنية وقت القراءة المطلوب للوصول العشوائي إلى تعليمات المعالجات الدقيقة. ذاكرة فلاش NOR مثالية للتطبيقات ذات الكثافة المنخفضة ، والتي تكون للقراءة فقط في الغالب. هذا هو السبب في أن معظم وحدات المعالجة المركزية تقوم بتحميل برامجها الثابتة ، كقاعدة عامة ، من ذاكرة فلاش NOR. قدم Masuoka وزملاؤه اختراع NOR flash في عام 1984 و NAND flash في عام 1987.

تخلى مطورو NAND Flash عن إمكانية الوصول العشوائي للحصول على حجم أصغر لخلايا الذاكرة. وهذا يعطي حجم رقاقة أصغر وتكلفة أقل لكل بت. تتكون بنية الفلاش NAND من ترانزستورات ذاكرة من ثمانية أجزاء متصلة في سلسلة. وبفضل هذا ، يتم تحقيق كثافة تخزين عالية ، وحجم خلية ذاكرة أصغر ، بالإضافة إلى تسجيل ومحو البيانات بشكل أسرع ، حيث يمكنها برمجة كتل البيانات في وقت واحد. يتم تحقيق ذلك بسبب الحاجة إلى الكتابة فوق البيانات عندما لا تتم كتابتها بالتسلسل وتكون البيانات موجودة بالفعل في الكتلة .

1991


دعنا ننتقل إلى عام 1991 ، عندما تم إنشاء نموذج أولي لمحرك أقراص الحالة الصلبة (SSD) بواسطة SanDisk ، الذي كان يعرف آنذاك باسم SunDisk . يجمع التصميم بين مجموعة من ذاكرة الفلاش وشرائح الذاكرة غير المتطايرة ووحدة تحكم ذكية لاكتشاف الخلايا المعيبة وإصلاحها تلقائيًا. كانت سعة القرص 20 ميغا بايت مع عامل شكل 2.5 بوصة ، وقدرت تكلفته بنحو 1000 دولار. تم استخدام هذا القرص بواسطة IBM على كمبيوتر ThinkPad .

1994




واحدة من وسائل الإعلام الشخصية المفضلة لدي منذ الطفولة كانت أقراص Zip. في عام 1994 ، أصدر Iomega القرص المضغوط ، وهو خرطوشة بسعة 100 ميغا بايت في شكل شكل 3.5 بوصة ، وهو أكثر سمكًا بقليل من القرص القياسي 3.5 بوصة. يمكن للأقراص اللاحقة تخزين ما يصل إلى 2 غيغابايت. راحة هذه الأقراص هي أنها كانت بحجم قرص مرن ، ولكن لديها القدرة على تخزين المزيد من البيانات. يمكن كتابة بايت البيانات الخاصة بنا على محرك أقراص Zip بسرعة 1.4 ميغابايت في الثانية. للمقارنة: في ذلك الوقت تم تسجيل 1.44 ميغا بايت من القرص المرن 3.5 بوصة بسرعة حوالي 16 كيلو بايت في الثانية. على القرص المضغوط ، تقوم الرؤوس بقراءة / كتابة البيانات بدون اتصال ، كما لو كانت تحلق فوق السطح ، وهو ما يشبه تشغيل القرص الثابت ، ولكنه يختلف عن مبدأ تشغيل الأقراص الأخرى. سرعان ما أصبحت أقراص Zip قديمة بسبب مشاكل الموثوقية والتوافر.

1994




في نفس العام ، قدمت SanDisk CompactFlash ، التي كانت تستخدم على نطاق واسع في كاميرات الفيديو الرقمية. كما هو الحال مع الأقراص المضغوطة ، تعتمد سرعة CompactFlash على تصنيفات x مثل 8x و 20 x و 133 x وما إلى ذلك. يتم حساب سرعة نقل البيانات القصوى بناءً على سرعة إرسال القرص المضغوط الصوتي الأصلي ، 150 كيلوبايت في الثانية. يبدو معدل النقل مثل R = Kx150 kB / s ، حيث R هو معدل النقل و K هي السرعة الاسمية. وبالتالي ، بالنسبة إلى 133x CompactFlash ، سيتم كتابة بايت البيانات الخاص بنا بسرعة 133x150 كيلوبايت / ثانية أو حوالي 19 950 كيلوبايت / ثانية أو 19.95 ميجابايت / ثانية. تأسست رابطة CompactFlash في عام 1995 بهدف إنشاء معيار صناعي لبطاقات الذاكرة المحمولة.

1997


بعد بضع سنوات ، في عام 1997 ، تم إصدار قرص مضغوط قابل لإعادة الكتابة (CD-RW). تم استخدام هذا القرص الضوئي لتخزين البيانات ، وكذلك لنسخ الملفات ونقلها إلى أجهزة مختلفة. يمكن إعادة كتابة الأقراص المضغوطة حوالي 1000 مرة ، والتي لم تكن في ذلك الوقت عاملاً مقيدًا ، حيث نادراً ما يطلق المستخدمون البيانات.

تعتمد أقراص CD-RW على تقنية الانعكاس السطحي. في حالة CD-RW ، تتسبب التحولات الطورية في طلاء خاص يتكون من الفضة والتيلوريوم والإنديوم في القدرة على عكس شعاع القراءة أو عدم عكسه ، مما يعني 0 أو 1. عندما يكون المركب في حالة بلورية ، يكون شفافًا ، مما يعني 1. عندما يذوب المركب في حالة غير متبلور ، يصبح معتمًا وغير عاكس ، والذييعني 0. وهكذا ، يمكننا كتابة بايت البيانات الخاصة بنا على أنها 01001010.

DVDs احتلت في نهاية المطاف معظم السوق مع CD-RW.

1999


دعنا ننتقل إلى عام 1999 ، عندما قدمت شركة IBM أصغر محركات الأقراص الصلبة في العالم في ذلك الوقت: أقراص IBM صغيرة الحجم بسعة 170 و 340 ميجابايت. كانت هذه محركات أقراص صلبة صغيرة 2.54 سم مصممة للتثبيت في فتحات CompactFlash Type II. تم التخطيط لإنشاء جهاز سيتم استخدامه كـ CompactFlash ، ولكن بسعة ذاكرة أكبر. ومع ذلك ، سرعان ما تم استبدالها بمحركات أقراص USB المحمولة ، ثم بطاقات CompactFlash أكبر عندما تصبح متاحة. كانت محركات الأقراص الدقيقة ، مثل محركات الأقراص الثابتة الأخرى ، ميكانيكية وتحتوي على أقراص دوارة صغيرة.

2000


وبعد ذلك بعام ، في عام 2000 ، تم إدخال محركات أقراص USB المحمولة. تتكون محركات الأقراص من ذاكرة فلاش مرفقة في شكل صغير مع واجهة USB. اعتمادًا على إصدار واجهة USB المستخدمة ، قد تختلف السرعة. يقتصر USB 1.1 على 1.5 ميغابت في الثانية ، بينما يمكن لـ USB 2.0 معالجة 35 ميغابت في الثانية ، ويمكن لـ USB 3.0 التعامل مع 625 ميغابت في الثانية. تم الإعلان عن أول محركات أقراص USB 3.1 من النوع C في مارس 2015 وبسرعة قراءة / كتابة تبلغ 530 ميجابت في الثانية. على عكس الأقراص المرنة والأقراص الضوئية ، يصعب خدش أجهزة USB ، ولكن في نفس الوقت لديهم نفس القدرات لتخزين البيانات ، وكذلك لنقل الملفات ونسخها احتياطيًا. تم استبدال محركات الأقراص المرنة والأقراص المضغوطة بسرعة بمنافذ USB.

2005




في عام 2005 ، بدأت الشركات المصنعة لمحركات الأقراص الصلبة (HDDs) في شحن المنتجات باستخدام التسجيل المغناطيسي المتعامد ، أو PMR. ومن المثير للاهتمام أن هذا حدث في نفس الوقت الذي أعلن فيه iPod Nano عن استخدام ذاكرة فلاش بدلاً من محركات الأقراص الصلبة مقاس 1 بوصة في iPod Mini.

يحتوي القرص الصلب النموذجي على واحد أو أكثر من الأقراص الصلبة المغلفة بفيلم حساس مغناطيسيًا يتكون من حبيبات مغناطيسية صغيرة. يتم تسجيل البيانات عندما يطير رأس التسجيل المغناطيسي فوق قرص دوار مباشرةً. هذا يشبه إلى حد كبير مشغل الحاكي التقليدي ، والفرق الوحيد هو أنه في الحاكي ، تكون الإبرة على اتصال مادي بالسجل. عندما تدور الأقراص ، يخلق الهواء الملامس نسيمًا خفيفًا. تمامًا كما يخلق الهواء على جناح الطائرة رفعًا ، يولد الهواء رفعًا على رأس السطح الديناميكي الهوائي لرأس القرص . يغير الرأس بسرعة مغنطة منطقة مغناطيسية واحدة من الحبوب بحيث يشير القطب المغناطيسي لأعلى أو لأسفل ، مع الإشارة إلى 1 أو 0.
 
كان سلف PMR تسجيل مغناطيسي طولي ، أو LMR. يمكن أن تتجاوز كثافة تسجيل PMR كثافة تسجيل LMR بأكثر من ثلاث مرات. والفرق الرئيسي بين PMR و LMR هو أن بنية الحبوب والاتجاه المغناطيسي لبيانات وسائط PMR المخزنة هي عمودية بدلاً من طولية. PMR لديها استقرار حراري أفضل ونسبة إشارة محسنة إلى الضوضاء (SNR) بسبب فصل الحبوب وتوحيدها بشكل أفضل. كما أنه يتميز بإمكانية تسجيل محسنة بفضل مجالات الرأس الأقوى والمحاذاة المغناطيسية الأفضل للوسائط. مثل LMR ، تستند القيود الأساسية لـ PMR على الاستقرار الحراري لبتات البيانات المسجلة مغناطيسيًا والحاجة إلى وجود SNR كافٍ لقراءة المعلومات المسجلة.

2007


في عام 2007 ، تم الإعلان عن أول محرك أقراص ثابتة سعة 1 تيرابايت من Hitachi Global Storage Technologies. استخدمت Hitachi Deskstar 7K1000 خمس لوحات مقاس 3.5 بوصة بسعة 200 جيجا بايت وتم تدويرها بسرعة 7200 دورة في الدقيقة. تعد هذه ميزة كبيرة مقارنة بأول محرك أقراص ثابتة من نوع RAM RAMAC 350 في العالم ، والذي تبلغ سعته 3.75 ميغابايت تقريبًا. أوه ، إلى أي مدى وصلنا خلال 51 عامًا! لكن انتظر ، هناك شيء آخر.

2009


في عام 2009 ، بدأ العمل الفني على إنشاء ذاكرة صريحة غير متطايرة ، أو NVMe. الذاكرة غير المتطايرة (NVM) هي نوع من الذاكرة التي يمكنها تخزين البيانات بشكل دائم ، على عكس الذاكرة غير المتطايرة ، والتي تحتاج إلى طاقة ثابتة لحفظ البيانات. يفي NVMe بالحاجة إلى واجهة تحكم مضيف قابلة للتطوير للمكونات الطرفية استنادًا إلى محركات أشباه الموصلات التي تدعم تقنية PCIe ، ومن هنا جاء اسم NVMe. تم تضمين أكثر من 90 شركة في مجموعة عمل تطوير المشروع. واستند كل هذا إلى نتائج تحديد مواصفات واجهة الذاكرة غير المتطايرة لجهاز التحكم المضيف (NVMHCIS). يمكن أن تتعامل أفضل محركات أقراص NVMe حتى الآن مع حوالي 3500 ميجا بايت في الثانية عند القراءة و 3300 ميجا بايت في الثانية عند الكتابة. اكتب البيانات بايت j ، التي بدأنا منها ،يمكن أن يكون سريعًا جدًا مقارنة بضع دقائق من نسج ذاكرة حبل يدويًا لجهاز Apollo Guidance Computer.

الحاضر والمستقبل


ذاكرة فئة التخزين


الآن بعد أن مررنا عبر الزمن (هكتار!) ، فلنلقِ نظرة على الحالة الحالية لذاكرة فئة التخزين. SCM ، مثل NVM ، قوي ، لكن SCM يوفر أيضًا أداءً متفوقًا على الذاكرة الرئيسية أو يضاهيها ، بالإضافة إلى إمكانية معالجة البايت.. يتمثل هدف SCM في حل بعض مشكلات ذاكرة التخزين المؤقت اليوم ، مثل ذاكرة الوصول العشوائي منخفضة الكثافة (SRAM). باستخدام ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM) يمكننا الحصول على كثافة أفضل ، ولكن يتم تحقيق ذلك من خلال الوصول أبطأ. يعاني DRAM أيضًا من الحاجة إلى طاقة ثابتة لتحديث الذاكرة. دعونا نكتشف الأمر قليلاً. يعد مصدر الطاقة ضروريًا ، نظرًا لأن الشحنة الكهربائية على المكثفات تتسرب تدريجيًا ، أي بدون تدخل ، ستفقد البيانات الموجودة على الشريحة قريبًا. لمنع مثل هذا التسرب ، تتطلب DRAM دائرة تحديث ذاكرة خارجية تقوم بالكتابة فوق البيانات في المكثفات بشكل دوري ، واستعادتها إلى شحنتها الأصلية.

ذاكرة تغيير الطور (PCM)


درسنا سابقًا كيف تتغير المرحلة لـ CD-RW. PCM مشابه. عادة ما تكون مادة تغيير الطور Ge-Sb-Te ، والمعروفة أيضًا باسم GST ، والتي يمكن أن توجد في حالتين مختلفتين: غير متبلور وبلوري. تتمتع الحالة غير المتبلورة بمقاومة أعلى تدل على 0 مقارنة بالحالة البلورية التي تشير إلى 1. من خلال تعيين قيم البيانات للمقاومات المتوسطة ، يمكن استخدام PCM لتخزين حالات متعددة في شكل MLC .

ذاكرة الوصول العشوائي لعزم الدوران (STT-RAM)


يتكون STT-RAM من طبقتين مغناطيسيتين من الحديد المغناطيسية الدائمة مفصولة بعزل كهربائي ، أي عازل يمكنه نقل القوة الكهربائية دون إجراء. يقوم بتخزين بتات البيانات بناءً على الاختلاف في الاتجاهات المغناطيسية. طبقة مغناطيسية واحدة ، تسمى المرجع ، لها اتجاه مغناطيسي ثابت ، في حين أن الطبقة المغناطيسية الأخرى ، المسماة الحرة ، لها اتجاه مغناطيسي ، يتم التحكم فيه بواسطة التيار المرسل. بالنسبة إلى 1 ، يتم محاذاة اتجاه مغنطة طبقتين. بالنسبة إلى 0 ، يكون لكل من الطبقتين اتجاهات مغناطيسية متقابلة.

ذاكرة الوصول العشوائي المقاومة (ReRAM)
تتكون خلية ReRAM من قطبين من المعدن مفصولين بطبقة من أكسيد المعدن. يشبه إلى حد ما تصميم ذاكرة فلاش Masuoka ، حيث تخترق الإلكترونات طبقة الأكسيد وتعلق في بوابة عائمة أو العكس. ومع ذلك ، عند استخدام ReRAM ، يتم تحديد حالة الخلية بناءً على تركيز الأكسجين الحر في طبقة أكسيد الفلز.

على الرغم من أن هذه التقنيات واعدة ، إلا أنها لا تزال لديها عيوب. PCM و STT-RAM لديهم تأخير كتابة عالي. الكمون PCM أعلى عشر مرات من DRAM ، في حين أن STT-RAM أعلى بعشر مرات من SRAM. PCM و ReRAM لديهما حد لطول التسجيل قبل حدوث خطأ فادح ، مما يعني أن عنصر الذاكرة عالق عند قيمة معينة .

في أغسطس 2015 ، أعلنت Intel عن إصدار Optane ، منتجها القائم على 3DXPoint. يدعي Optane أن الأداء أعلى 1000 مرة من محركات أقراص الحالة الصلبة NAND ، وأن السعر أعلى بأربع إلى خمس مرات من ذاكرة الفلاش. Optane دليل على أن SCM ليست مجرد تقنية تجريبية. سيكون من المثير للاهتمام ملاحظة تطور هذه التقنيات.

أقراص صلبة (HDD)


قرص صلب هيليوم (HHDD)


قرص الهيليوم هو محرك أقراص صلبة سعة كبيرة (HDD) مملوء بالهيليوم ومغلق بإحكام أثناء الإنتاج. مثل محركات الأقراص الصلبة الأخرى ، كما قلنا سابقًا ، يبدو أنه قرص دوار مزود بلوحة دوارة مغناطيسية. محركات الأقراص الصلبة النموذجية تحتوي ببساطة على هواء داخل التجويف ، ولكن هذا الهواء يسبب بعض المقاومة عندما تدور الصفائح.

تطير كرات الهيليوم لأن الهيليوم أخف من الهواء. في الواقع ، الهليوم هو 1/7 من كثافة الهواء ، مما يقلل من قوة الكبح أثناء دوران الألواح ، مما يؤدي إلى انخفاض في كمية الطاقة اللازمة لتدوير الأقراص. ومع ذلك ، فإن هذه الميزة ثانوية ، وكانت السمة المميزة الرئيسية للهليوم هي أنها تسمح لك بحزم 7 لوحات بنفس عامل الشكل ، والتي عادة ما تحتوي على 5. فقط إذا تذكرنا التشبيه بجناح طائرتنا ، فهذا نظير مثالي. لأن الهيليوم يقلل من السحب ، يتم استبعاد الاضطراب.

نحن نعلم أيضًا أن كرات الهيليوم تبدأ في الانخفاض في غضون أيام قليلة ، لأن الهيليوم يتركها. ويمكن قول الشيء نفسه عن محركات الأقراص. مرت سنوات قبل أن يتمكن المصنّعون من إنشاء حاوية تمنع الهيليوم من ترك عامل الشكل طوال عمر محرك الأقراص. جربت Backblaze ووجدت أن أقراص الهيليوم لديها خطأ سنوي بنسبة 1.03٪ ، في حين أن الأخطاء المعيارية كانت 1.06٪. بالطبع ، هذا الاختلاف صغير جدًا لدرجة أنه من الصعب جدًا استخلاص نتيجة جادة منه .

يمكن أن يحتوي عامل الشكل المملوء بالهيليوم على محرك أقراص صلبة مغلف باستخدام PMR الذي تحدثنا عنه أعلاه ، أو التسجيل المغناطيسي للميكروويف (MAMR) أو تسجيل التسخين المغناطيسي (HAMR). يمكن دمج أي تقنية تخزين مغناطيسي مع الهليوم بدلاً من الهواء. في عام 2014 ، جمعت HGST بين تقنيتين متطورتين في محرك الأقراص الصلبة الهليوم 10TB باستخدام التسجيل المغناطيسي للبلاط الذي يحركه المضيف ، أو SMR (التسجيل المغناطيسي المتغير). دعونا نتحدث قليلاً عن SMR ، ثم نأخذ بعين الاعتبار MAMR و HAMR.

تقنية التسجيل المغناطيسي المبلطة


في وقت سابق ، نظرنا في التسجيل المغناطيسي المتعامد (PMR) ، الذي كان سلف SMR. على عكس PMR ، يسجل SMR مسارات جديدة تتداخل مع جزء من مسار مغناطيسي مسجل مسبقًا. هذا ، بدوره ، يجعل المسار السابق أضيق ، مما يوفر كثافة أعلى للمسارات. يرجع اسم التكنولوجيا إلى حقيقة أن مسارات اللفة تشبه إلى حد كبير المسارات المبلطة على السطح.

يؤدي SMR إلى عملية كتابة أكثر تعقيدًا ، كما هو الحال عند التسجيل على مسار واحد ، يتم الكتابة فوق المسار المجاور. لا يحدث هذا عندما يكون دعم القرص فارغًا وتكون البيانات متسقة. ولكن بمجرد تسجيلك على سلسلة من المسارات التي تحتوي بالفعل على بيانات ، يتم مسح البيانات المجاورة الموجودة. إذا كان المسار المجاور يحتوي على بيانات ، فيجب إعادة كتابته. هذا مشابه جدًا لفلاش NAND الذي تحدثنا عنه سابقًا.

تخفي أجهزة SMR هذا التعقيد من خلال التحكم في البرامج الثابتة ، مما يؤدي إلى واجهة مشابهة لأي محرك أقراص ثابت آخر. من ناحية أخرى ، لن تسمح أجهزة SMR التي يقودها المضيف باستخدام محركات الأقراص هذه دون تعديل خاص للتطبيقات وأنظمة التشغيل. يجب على المضيف الكتابة إلى الأجهزة بشكل متسلسل. في الوقت نفسه ، يمكن توقع أداء الجهاز بنسبة 100٪. بدأت Seagate في شحن أقراص SMR في عام 2013 ، مدعيةً أن كثافتها أعلى بنسبة 25٪ من PMR.

التسجيل المغناطيسي للميكروويف (MAMR)


التسجيل المغناطيسي بمساعدة الموجات الدقيقة (MAMR) هو تقنية ذاكرة مغناطيسية تستخدم طاقة مماثلة لـ HAMR (انظر أدناه) جزء مهم من MAMR هو Spin Torque Oscillator (STO) أو "spin-spin generator". يقع STO نفسه بالقرب من رأس التسجيل. عند تطبيق التيار على STO ، يتم إنشاء مجال كهرومغناطيسي دائري بتردد 20-40 جيجا هرتز بسبب استقطاب السبينات الإلكترونية.

تحت تأثير مثل هذا المجال ، يحدث صدى في مغناطيس الحديد المستخدم في MAMR ، مما يؤدي إلى استباقية اللحظات المغناطيسية للمجالات في هذا المجال. في الواقع ، تنحرف العزم المغناطيسي عن محوره وتغيير اتجاهه (الوجه) يحتاج رأس التسجيل إلى طاقة أقل بكثير.

يسمح استخدام تقنية MAMR للمرء بأخذ المواد المغناطيسية بقوة أكبر من القوة القسرية ، مما يعني أنه من الممكن تقليل حجم المجالات المغناطيسية دون خوف من إحداث تأثير فوق مغناطيسي. يساعد مولد STO على تقليل حجم رأس التسجيل ، مما يجعل من الممكن تسجيل المعلومات على المجالات المغناطيسية الأصغر ، وبالتالي يزيد من كثافة التسجيل.

قدمت ويسترن ديجيتال ، المعروفة أيضًا باسم WD ، هذه التكنولوجيا في عام 2017. بعد فترة وجيزة ، في عام 2018 ، دعمت Toshiba هذه التقنية. بينما تبحث WD و Toshiba عن تقنية MAMR ، تراهن Seagate على HAMR.

التسجيل المغنطيسي الحراري (HAMR)


التسجيل المغناطيسي المدعوم بالحرارة (HAMR) هو تقنية تخزين بيانات مغناطيسية موفرة للطاقة يمكنها زيادة كمية البيانات التي يمكن تخزينها بشكل كبير على جهاز مغناطيسي ، مثل القرص الصلب ، باستخدام الحرارة التي يوفرها الليزر للمساعدة في كتابة البيانات على السطح الأساس الذي يقوم عليه القرص الصلب. بفضل التسخين ، توجد بتات البيانات على الركيزة القرصية أقرب إلى بعضها البعض ، مما يسمح بزيادة كثافة البيانات وسعتها.

هذه التكنولوجيا صعبة التنفيذ. 200 ميجاوات يسخن الليزر بسرعةمساحة صغيرة تصل إلى 400 درجة مئوية قبل التسجيل ، بينما لا تتداخل مع أو تتلف بقية البيانات الموجودة على القرص. يجب أن تكتمل عملية التسخين وتسجيل البيانات والتبريد في أقل من نانو ثانية. لحل هذه المشاكل ، تطوير بلازما سطح نانوية ، تعرف أيضًا باسم الليزر الموجه بالسطح ، بدلاً من التسخين المباشر بالليزر ، بالإضافة إلى أنواع جديدة من الألواح الزجاجية والطلاءات الحرارية التي يمكنها تحمل التسخين السريع للبقعة دون الإضرار برأس التسجيل أو أي بيانات مجاورة ، ومختلف الأنواع الأخرى المشاكل التقنية التي يجب التغلب عليها.

على الرغم من الشكوك العديدة ، أثبتت Seagate لأول مرة هذه التكنولوجيا في عام 2013. بدأت الأقراص الأولى في الشحن في عام 2018.

نهاية الفيلم ، تخطي إلى البداية!


بدأنا في عام 1951 ونكمل المقالة من خلال النظر في مستقبل تكنولوجيا التخزين. لقد تغير مستودع البيانات كثيرًا بمرور الوقت: من الشريط الورقي إلى المعدن والمغناطيسية ، وذاكرة الحبل ، والأقراص الدوارة ، والأقراص الضوئية ، والذاكرة المحمولة وغيرها. في سياق التقدم ، ظهرت أجهزة تخزين أسرع وأكثر إحكاما وأكثر كفاءة.

إذا قارنت NVMe بشريط معدني UNISERVO 1951 ، فيمكن لـ NVMe قراءة 486 111٪ أكثر من الأرقام في الثانية. إذا قارنت NVMe مع أقراص طفولتي المفضلة ، أقراص Zip ، يمكن لـ NVMe قراءة أرقام أكثر بنسبة 213.623٪ في الثانية.

الشيء الوحيد الذي يبقى صحيحًا هو استخدام 0 و 1. تختلف الطرق التي نقوم بها بذلك بشكل كبير. آمل أنه في المرة التالية التي تقوم فيها بتسجيل قرص CD-RW مع أغنيات لصديق أو حفظ الفيديو المنزلي الخاص بك في أرشيف الأقراص الضوئية ، ستفكر في كيفية ترجمة سطح غير عاكس للقيمة إلى 0 ، والجزء العاكس إلى 1. أو إذا كنت اكتب شريط الأغاني على الكاسيت ، وتذكر أن هذا يرتبط ارتباطًا وثيقًا بمجموعة البيانات المستخدمة في Commodore PET. أخيرًا ، لا تنس أن تكون طيبًا وترجيعًا.

بفضل روبرت Mustakki و ريك Alterra لالحكايات (لا أستطيع أن أساعد نفسي) في جميع أنحاء المادة!

ما هي الأشياء الأخرى المفيدة للقراءة على مدونة Cloud4Y

→بيض عيد الفصح على الخرائط الطبوغرافية لسويسرا
← العلامات التجارية للكمبيوتر في التسعينات ، الجزء الأول
← كيف دخلت والدة القراصنة إلى السجن وأصابت كمبيوتر الرئيس
→ تشخيص اتصالات الشبكة على جهاز التوجيه الافتراضي EDGE
→ كيف "كسر" البنك

الاشتراك في قناة Telegram الخاصة بنا حتى لا تفوت مقال آخر! لا نكتب أكثر من مرتين في الأسبوع وفقط في العمل. نذكرك أيضًا بأن Cloud4Y يمكنه توفير وصول آمن وموثوق عن بعد إلى تطبيقات الأعمال والمعلومات اللازمة لضمان استمرارية العمل. يعد العمل عن بعد حاجزًا إضافيًا لانتشار الفيروس التاجي. التفاصيل من مديرينا على الموقع .

More articles:


All Articles