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Datenbyte-Lebensdauer



Jeder Cloud-Anbieter bietet einen Datenspeicherdienst an. Es kann kalte und heiße Lagerung, eiskalt usw. sein. Es ist sehr praktisch, Informationen in der Cloud zu speichern. Aber wie haben sie die Daten vor 10, 20, 50 Jahren gespeichert? Cloud4Y hat einen interessanten Artikel darüber übersetzt.

Ein Datenbyte kann auf verschiedene Arten gespeichert werden, da ständig neue, erweiterte und schnellere Speichermedien angezeigt werden. Ein Byte ist eine Einheit zum Speichern und Verarbeiten digitaler Informationen, die aus acht Bits besteht. In einem Bit kann entweder 0 oder 1 geschrieben werden.

Bei Lochkarten wird das Bit als Vorhandensein / Fehlen eines Lochs in der Karte an einer bestimmten Stelle gespeichert. Wenn wir etwas weiter zurück zur Babbage Analytical Machine gehen, dann waren die Register, in denen Nummern gespeichert sind, Zahnräder. In magnetischen Speichervorrichtungen wie Bändern und Platten werden Bits durch die Polarität eines bestimmten Bereichs des Magnetfilms dargestellt. In modernen Direktzugriffsspeichern (DRAM) wird ein Bit häufig als zweistufige elektrische Ladung dargestellt, die in einem Gerät gespeichert ist, das elektrische Energie in einem elektrischen Feld speichert. Ein geladener oder entladener Tank enthält ein Datenbit.

Im Juni 1956 prägte Werner Buchholz das Wort Byte , um eine Gruppe von Bits zu bezeichnen, die zum Codieren eines einzelnen Textzeichens verwendet wurden.. Lassen Sie uns ein wenig über die Zeichenkodierung sprechen. Beginnen wir mit dem amerikanischen Standardcode für den Informationsaustausch. ASCII basierte auf dem englischen Alphabet, daher wurde jeder Buchstabe, jede Zahl und jedes Symbol (az, AZ, 0-9, +, -, /, ",!, Etc.) als 7-Bit-Ganzzahl von 32 bis dargestellt 127. Es war nicht ganz "freundlich" zu anderen Sprachen. Um andere Sprachen zu unterstützen, erweiterte Unicode ASCII. In Unicode wird jedes Zeichen als Codepunkt oder Zeichen dargestellt, z. B. Kleinbuchstaben j - U + 006A, für die U steht Unicode gefolgt von einer Hexadezimalzahl.

UTF-8 ist ein Standard zur Darstellung von Zeichen in Form von acht Bits, mit dem Sie jeden Codepunkt im Bereich von 0 bis 127 in einem Byte speichern können. Wenn wir uns an ASCII erinnern, ist dies für englische Zeichen ganz normal, aber Zeichen in einer anderen Sprache werden oft in zwei oder mehr Bytes ausgedrückt. UTF-16 ist der Standard für die Darstellung von Zeichen als 16 Bit, und UTF-32 ist der Standard für die Darstellung von Zeichen als 32 Bit. In ASCII ist jedes Zeichen ein Byte, und in Unicode, was häufig nicht ganz richtig ist, kann ein Zeichen 1, 2, 3 oder mehr Bytes belegen. Der Artikel verwendet verschiedene dimensionale Gruppierungen von Bits. Die Anzahl der Bits in einem Byte hängt vom Design des Mediums ab.

In diesem Artikel werden wir rechtzeitig durch verschiedene Speichermedien reisen, um in die Geschichte der Datenspeicherung einzutauchen. In keinem Fall werden wir jeden einzelnen Informationsträger, der jemals erfunden wurde, eingehend untersuchen. Hier ist ein lustiger Informationsartikel, der in keiner Weise enzyklopädische Bedeutung beansprucht.

Lasst uns beginnen. Angenommen, wir haben ein Datenbyte zum Speichern: den Buchstaben j, entweder als codiertes Byte 6a oder als binäres 01001010. Während unserer Zeitreise wird das Datenbyte in einigen Speichertechnologien verwendet, die beschrieben werden.

1951




Unsere Geschichte beginnt 1951 mit dem UNIVAC UNISERVO-Bandlaufwerk für den UNIVAC 1-Computer. Es war das erste Bandlaufwerk, das für einen kommerziellen Computer entwickelt wurde. Das Band bestand aus einem dünnen Streifen aus vernickelter Bronze mit einer Breite von 12,65 mm (Vicalloy genannt) und einer Länge von fast 366 Metern. Unsere Datenbytes könnten mit einer Geschwindigkeit von 7.200 Zeichen pro Sekunde auf einem Band gespeichert werden, das sich mit einer Geschwindigkeit von 2,54 Metern pro Sekunde bewegt. An diesem Punkt der Geschichte können Sie die Geschwindigkeit des Speicheralgorithmus anhand der vom Band zurückgelegten Entfernung messen.

1952




Ein Jahr später, am 21. Mai 1952, als IBM die Veröffentlichung seiner ersten Magnetbandeinheit, der IBM 726, ankündigte. Jetzt kann unser Datenbyte von UNISERVO-Metallband auf IBM-Magnetband verschoben werden. Dieses neue Zuhause erwies sich für unser sehr kleines Datenbyte als sehr komfortabel, da bis zu 2 Millionen Ziffern auf dem Band gespeichert werden können. Dieses magnetische 7-Spur-Band bewegte sich mit einer Geschwindigkeit von 1,9 Metern pro Sekunde mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von 12.500 Stellen oder 7.500 Zeichen (damals als Kopiergruppen bezeichnet) pro Sekunde. Als Referenz: In einem durchschnittlichen Artikel über Habré etwa 10.000 Zeichen.

Das IBM 726-Band bestand aus sieben Spuren, von denen sechs zum Speichern von Informationen und eine zur Parität dienten. Bis zu 400 Meter Band mit einer Breite von 1,25 cm wurden auf eine Rolle gelegt. Die Datenübertragungsrate erreichte theoretisch 12,5 Tausend Zeichen pro Sekunde; Aufzeichnungsdichte - 40 Bit pro Zentimeter. In diesem System wurde das "Vakuumkanal" -Verfahren verwendet, bei dem die Schleife des Bandes zwischen zwei Punkten zirkulierte. Dadurch konnte das Band in Sekundenbruchteilen gestartet und gestoppt werden. Dies wurde erreicht, indem lange Vakuumsäulen zwischen den Bandspulen und den Lese- / Schreibköpfen angeordnet wurden, um den plötzlichen Spannungsanstieg im Band zu absorbieren, ohne den das Band normalerweise platzen würde. Ein abnehmbarer Kunststoffring auf der Rückseite der Bandspule bot Schreibschutz. Etwa 1.1 kann auf einer einzelnen Bandspule gespeichert werdenMegabyte .

Denken Sie an die VHS-Kassetten. Was musste getan werden, um den Film wieder zu sehen? Band zurückspulen! Und wie oft haben Sie die Kassette für den Player mit einem Bleistift gedreht, um keine Batterien zu verschwenden und ein zerrissenes oder gestautes Band zu bekommen? Gleiches gilt für Bänder, die für Computer verwendet werden. Programme konnten nicht einfach über einen Teil des Bandes um das Band herum springen oder versehentlich auf Daten zugreifen, sondern Daten streng nacheinander lesen und schreiben.

1956




Wenn Sie mehrere Jahre vorwärts gehen, begann 1956 die Ära des Magnetplattenspeichers mit dem Abschluss der IBM-Entwicklung des Computersystems RAMAC 305, das Zellerbach Paper in San Francisco liefern wird . Dieser Computer war der erste, der eine Festplatte mit beweglichem Kopf verwendete. Das RAMAC-Plattenlaufwerk bestand aus fünfzig magnetisierten Metallplatten mit einem Durchmesser von 60,96 cm, die etwa fünf Millionen Datenzeichen, 7 Bit pro Zeichen speichern und sich mit einer Geschwindigkeit von 1200 U / min drehen konnten. Die Speicherkapazität betrug ca. 3,75 Megabyte.

RAMAC ermöglichte im Gegensatz zu Magnetbändern oder Lochkarten den Echtzeitzugriff auf große Datenmengen. IBM wirbt für RAMAC als ein Gerät, das umgerechnet 64.000 speichern kannLochkarten . RAMRAC hat zuvor das Konzept der kontinuierlichen Transaktionsverarbeitung im weiteren Verlauf eingeführt, sodass Daten sofort abgerufen werden können, solange sie noch aktuell sind. Jetzt könnte der Zugriff auf unsere Daten in RAMAC mit einer Geschwindigkeit von 100.000 Bit pro Sekunde erfolgen . Bisher mussten wir bei der Verwendung von Bändern sequentielle Daten schreiben und lesen, und wir konnten nicht versehentlich zu verschiedenen Abschnitten des Bandes springen. Der zufällige Echtzeitzugriff auf Daten war zu dieser Zeit wirklich revolutionär.

1963




Lassen Sie uns schnell auf das Jahr 1963 vorspulen, als DECtape eingeführt wurde. Der Name stammt von Digital Equipment Corporation, bekannt als DEC. DECtape war kostengünstig und zuverlässig, weshalb es in vielen Generationen von DEC-Computern verwendet wurde. Es war ein 19-mm-Klebeband, das zwischen zwei Lagen Mylar auf einer 10,16 cm langen Rolle laminiert und eingelegt war.

Im Gegensatz zu seinen schweren, großen Vorgängern konnte das DECtape-Band manuell getragen werden. Dies machte es zu einer großartigen Option für PCs. Im Gegensatz zu den 7-Spur-Gegenstücken hatte DECtape 6 Datenspuren, 2 Tag-Spuren und 2 für Taktimpulse. Die Daten wurden mit 350 bps (138 bps) aufgezeichnet. Unser Datenbyte, das 8 Bit umfasst, aber auf 12 erweitert werden kann, könnte mit einer Geschwindigkeit von 8325 12-Bit-Wörtern pro Sekunde und einer Bandgeschwindigkeit von 93 (± 12) Zoll pro Sekunde an DECtape übertragen werden . Dies sind 8% mehr Stellen pro Sekunde als auf dem UNISERVO-Metallband von 1952.
 

1967




Vier Jahre später, 1967, begann ein kleines IBM-Team mit der Arbeit an einem IBM-Laufwerk mit dem Codenamen Minnow . Anschließend wurde das Team beauftragt, eine zuverlässige und kostengünstige Methode zum Laden von Mikrocodes in IBM System / 370- Mainframes zu entwickeln . Anschließend wurde das Projekt neu zugewiesen und neu gestaltet, um Mikrocode in den Controller für die IBM 3330 Direct Access Storage Facility mit dem Codenamen Merlin herunterzuladen.

Jetzt kann unser Byte auf schreibgeschützten 8-Zoll-Mylar-Disketten mit Magnetbeschichtung gespeichert werden, die heute als Disketten bekannt sind. Zum Zeitpunkt der Veröffentlichung hieß das Produkt IBM 23FD Floppy Disk Drive System. Festplatten können 80 Kilobyte Daten enthalten. Im Gegensatz zu Festplatten kann der Benutzer eine Diskette in einer Schutzhülle problemlos von einem Laufwerk auf ein anderes übertragen. Später, im Jahr 1973 veröffentlichte IBM eine Lese- / Schreib - Diskette, die dann die Industrie wurde Standard .
 

1969



 1969 wurde an Bord des Raumschiffs Apollo 11 ein Bordcomputer der AGC (Apollo Guidance Computer) mit Seilspeicher gestartet, der amerikanische Astronauten zum Mond und zurück lieferte. Dieser Seilspeicher wurde von Hand hergestellt und konnte 72 Kilobyte Daten aufnehmen. Die Herstellung des Seilgedächtnisses war zeitaufwändig, langsam und erforderte ähnliche Fähigkeiten wie das Weben. Monate können Monate dauern, um das Programm in ein Seilgedächtnis zu verweben . Aber es war das richtige Werkzeug für jene Zeiten, in denen es wichtig war, ein Maximum auf engstem Raum unterzubringen. Wenn der Draht durch eine der kreisförmigen Venen verlief, war es 1. Der Draht, der um die Vene herumführte, war 0. Unser Datenbyte erforderte einige Minuten, um von einer Person in das Seil eingewebt zu werden.

1977




Commodore PET, der erste (erfolgreiche) Personal Computer, wurde 1977 auf den Markt gebracht. PET verwendete die Commodore 1530-Datasette, dh Daten plus Kassette. PET wandelte die Daten in analoge Audiosignale um, die dann auf Kassetten gespeichert wurden . Dies ermöglichte es uns, eine wirtschaftliche und zuverlässige Lösung für die Datenspeicherung zu schaffen, obwohl diese sehr langsam ist. Unser kleines Datenbyte könnte mit einer Geschwindigkeit von etwa 60-70 Byte pro Sekunde übertragen werden . Kassetten können auf der 30-Minuten-Seite etwa 100 Kilobyte aufnehmen, mit zwei Seiten pro Band. Beispielsweise könnten auf einer Seite der Kassette ungefähr zwei 55-KB-Bilder platziert werden. Die Datasette wurde auch für den Commodore VIC-20 und den Commodore 64 verwendet.

1978




Ein Jahr später, 1978, führten MCA und Philips LaserDisc unter dem Namen Discovision ein. Jaws war der erste Film, der in den USA auf LaserDisc verkauft wurde. Die Ton- und Videoqualität war viel besser als die der Konkurrenz, aber die Laserdisk war für die meisten Verbraucher zu teuer. Im Gegensatz zu VHS-Kassetten, auf denen Fernsehprogramme aufgezeichnet wurden, war es unmöglich, auf LaserDisc aufzunehmen. Laser - Discs arbeitete mit analogem Video, analogem UKW - Stereo - Ton und Puls-Code - Modulation oder PCM, digitalem Audio. Die Scheiben hatten einen Durchmesser von 30,47 cm und bestanden aus zwei einseitigen Aluminiumscheiben, die mit Kunststoff beschichtet waren. Heute wird LaserDisc als Grundlage für CD und DVD in Erinnerung behalten.

1979




Ein Jahr später, 1979, gründeten Alan Schugart und Finis Conner Seagate Technology mit der Idee, eine Festplatte auf eine Größe von 5 ¼ Zoll Diskette zu skalieren, was damals Standard war. Ihr erstes Produkt im Jahr 1980 war die Seagate ST506-Festplatte, die erste Festplatte für Kompaktcomputer. Die Festplatte enthielt fünf Megabyte Daten, die zu diesem Zeitpunkt fünfmal größer waren als eine Standarddiskette. Den Gründern gelang es, ihr Ziel zu erreichen - die Größe der Festplatte auf die Größe einer 5¼-Zoll-Diskette zu reduzieren. Das neue Datenspeichergerät war eine starre Metallplatte, die auf beiden Seiten mit einer dünnen Schicht aus magnetischem Material zur Datenspeicherung beschichtet war. Unsere Datenbytes könnten mit einer Geschwindigkeit von 625 Kilobyte pro Sekunde auf die Festplatte übertragen werden . Hier geht es um ein solches GIF .

1981




Ein paar Jahre später, bis 1981, als Sony die ersten 3,5-Zoll-Disketten vorstellte. Hewlett-Packard war der erste, der diese Technologie 1982 mit seinem HP-150 verfolgte. Diese verherrlichten 3,5-Zoll-Disketten gaben ihnen eine breite Verbreitung in der Branche . Disketten waren einseitig mit einer formatierten Kapazität von 161,2 Kilobyte und einer unformatierten Kapazität von 218,8 Kilobyte. Eine doppelseitige Version wurde 1982 veröffentlicht, und das Konsortium des Microfloppy Industry Committee (MIC), bestehend aus 23 Medienunternehmen, basierte die Spezifikation der 3,5-Zoll-Diskette auf Sonys ursprünglichem Design und legte das Format in der Geschichte fest, wie wir es kennen. Jetzt können unsere Datenbytes auf einer früheren Version eines der gängigsten Medien gespeichert werden: einer 3,5-Zoll-Diskette. Später wurde ein Paar 3,5-Zoll-Disketten mit dem Oregon Trail zum wichtigsten Teil meiner Kindheit.

1984




Kurz darauf, 1984, wurde eine CD mit schreibgeschützten Daten angekündigt (Compact Disc Read-Only Memory, CD-ROM). Dies waren 550-Megabyte-CD-ROMs von Sony und Philips. Das Format wuchs aus digitalen Audio-CDs oder CD-DAs, die zum Verteilen von Musik verwendet wurden. Die CD-DA wurde 1982 von Sony und Philips mit einer Kapazität von 74 Minuten entwickelt. Der Legende nach bestand eine von vier Personen bei der Aushandlung des CD-DA-Standards durch Sony und Philips darauf, dass er die gesamte Neunte Symphonie aufnehmen könne. Das erste auf der CD veröffentlichte Produkt war die 1985 erschienene Grolier Electronic Encyclopedia. Die Enzyklopädie enthielt neun Millionen Wörter, die nur 12% des verfügbaren Speicherplatzes (553) beanspruchtenMebibyte . Wir hätten mehr als genug Platz für die Enzyklopädie und das Datenbyte. Kurz darauf, 1985, arbeiteten Computerfirmen zusammen, um einen Standard für Festplatten zu erstellen, damit jeder Computer Informationen von ihnen lesen konnte.

1984


Ebenfalls 1984 entwickelte Fujio Masuoka einen neuen Speichertyp mit einem schwebenden Verschluss namens Flash-Speicher, der viele Male gelöscht und neu geschrieben werden konnte.

Lassen Sie uns mit einem Floating-Gate-Transistor auf den Flash-Speicher eingehen. Transistoren sind elektrische Gates, die einzeln ein- und ausgeschaltet werden können. Da sich jeder Transistor in zwei verschiedenen Zuständen befinden kann (Ein und Aus), kann er zwei verschiedene Zahlen speichern: 0 und 1. Das Floating Gate bezieht sich auf das zweite Gate, das dem mittleren Transistor hinzugefügt wird. Dieses zweite Gate ist mit einer dünnen Oxidschicht isoliert. Diese Transistoren verwenden eine kleine Spannung, die an das Gate des Transistors angelegt wird, um anzuzeigen, ob es ein- oder ausgeschaltet ist, was wiederum zu 0 oder 1 führt.
 
Wenn bei schwebenden Gates die entsprechende Spannung durch die Oxidschicht angelegt wird, passieren Elektronen diese und bleiben an den Gates hängen. Selbst wenn die Stromversorgung ausgeschaltet wird, bleiben die Elektronen auf ihnen. Wenn sich keine Elektronen auf den Floating Gates befinden, sind sie 1, und wenn die Elektronen stecken bleiben - 0. Der umgekehrte Verlauf dieses Prozesses und das Anlegen einer geeigneten Spannung durch die Oxidschicht in der entgegengesetzten Richtung bewirkt, dass die Elektronen die Floating Gates passieren und den Transistor wieder in seinen ursprünglichen Zustand zurückversetzen. Daher werden die Zellen programmierbar und nichtflüchtig gemacht . Unser Byte kann in einem Transistor wie 01001010 mit Elektronen programmiert werden, wobei Elektronen in schwebenden Gattern stecken, um Nullen darzustellen.

Das Design von Masuoka war etwas günstiger, aber weniger flexibel als das elektrisch löschbare PROM (EEPROM), da mehrere Gruppen von Zellen zusammen gelöscht werden mussten, was jedoch auch auf seine Geschwindigkeit zurückzuführen war.

Masuoka arbeitete zu dieser Zeit für Toshiba. Am Ende ging er zur Arbeit an die Tohoku-Universität, da er unglücklich war, dass das Unternehmen ihn nicht für seine Arbeit belohnte. Masuoka verklagt Toshiba auf Entschädigung. Im Jahr 2006 erhielt er 87 Millionen Yuan, was 758.000 US-Dollar entspricht. Dies scheint immer noch belanglos zu sein, wenn man bedenkt, wie einflussreich Flash-Speicher in der Branche war.

Da es sich um Flash handelt, ist auch der Unterschied zwischen NOR- und NAND-Flash zu beachten. Wie wir bereits aus Masuoka wissen, speichert Flash Informationen in Speicherzellen, die aus Floating-Gate-Transistoren bestehen. Technologie-Namen stehen in direktem Zusammenhang mit der Organisation von Speicherzellen.

Im NOR-Flash-Speicher sind einzelne Speicherzellen parallel geschaltet und bieten einen wahlfreien Zugriff. Diese Architektur reduziert die Lesezeit, die für den wahlfreien Zugriff auf Mikroprozessoranweisungen erforderlich ist. Der NOR-Flash-Speicher ist ideal für Anwendungen mit geringerer Dichte, die meist schreibgeschützt sind. Aus diesem Grund laden die meisten CPUs ihre Firmware in der Regel aus dem NOR-Flash-Speicher. Masuoka und Kollegen stellten 1984 die Erfindung des NOR-Blitzes und 1987 des NAND-Blitzes vor.

NAND-Flash-Entwickler haben die Möglichkeit des Direktzugriffs aufgegeben, um eine kleinere Speicherzellengröße zu erhalten. Dies ergibt eine kleinere Chipgröße und geringere Kosten pro Bit. Die NAND-Flash-Architektur besteht aus achtteiligen Speichertransistoren, die in Reihe geschaltet sind. Dadurch werden eine hohe Speicherdichte, eine kleinere Speicherzellengröße sowie ein schnelleres Aufzeichnen und Löschen von Daten erreicht, da gleichzeitig Datenblöcke programmiert werden können. Dies wird erreicht, weil die Daten überschrieben werden müssen, wenn sie nicht sequentiell geschrieben werden und die Daten bereits im Block vorhanden sind .

1991


Fahren wir mit 1991 fort, als von SanDisk ein Prototyp eines Solid-State-Laufwerks (SSD) erstellt wurde, das damals als SunDisk bekannt war . Das Design kombinierte eine Reihe von Flash-Speichern, nichtflüchtigen Speicherchips und einer intelligenten Steuerung, um fehlerhafte Zellen automatisch zu erkennen und zu beheben. Die Festplattenkapazität betrug 20 Megabyte bei einem 2,5-Zoll-Formfaktor, und die Kosten wurden auf etwa 1.000 US-Dollar geschätzt. Diese Festplatte wurde von IBM auf einem ThinkPad- Computer verwendet .

1994




Eines meiner persönlichen Lieblingsmedien seit meiner Kindheit war Zip Disks. 1994 brachte Iomega die Zip Disk heraus, eine 100-Megabyte-Kassette mit einem 3,5-Zoll-Formfaktor, die etwas dicker ist als eine Standard-3,5-Zoll-Festplatte. Spätere Festplatten können bis zu 2 Gigabyte speichern. Der Vorteil dieser Datenträger besteht darin, dass sie die Größe einer Diskette hatten, jedoch mehr Daten speichern konnten. Unsere Datenbytes könnten mit einer Geschwindigkeit von 1,4 Megabyte pro Sekunde auf ein Zip-Laufwerk geschrieben werden. Zum Vergleich: Zu diesem Zeitpunkt wurden 1,44 Megabyte einer 3,5-Zoll-Diskette mit einer Geschwindigkeit von etwa 16 Kilobyte pro Sekunde aufgezeichnet. Auf einer Zip-Disk lesen / schreiben die Köpfe Daten berührungslos, als würden sie über die Oberfläche fliegen, was dem Betrieb einer Festplatte ähnelt, sich jedoch vom Funktionsprinzip anderer Disketten unterscheidet. Bald waren Zip-Festplatten aufgrund von Zuverlässigkeits- und Verfügbarkeitsproblemen veraltet.

1994




Im selben Jahr führte SanDisk CompactFlash ein, das in digitalen Videokameras weit verbreitet war. Wie bei Compact Discs basiert die CompactFlash-Geschwindigkeit auf x-Bewertungen wie 8x, 20x, 133x usw. Die maximale Datenübertragungsgeschwindigkeit wird basierend auf der Übertragungsgeschwindigkeit der Original-Audio-CD von 150 Kilobyte pro Sekunde berechnet. Die Übertragungsrate sieht aus wie R = Kx150 kB / s, wobei R die Übertragungsrate und K die Nenngeschwindigkeit ist. Für das 133x CompactFlash wird unser Datenbyte daher mit 133x150 kB / s oder ungefähr 19 950 kB / s oder 19,95 Mb / s geschrieben. Die CompactFlash Association wurde 1995 mit dem Ziel gegründet, einen Industriestandard für Flash-Speicherkarten zu schaffen.

1997


Einige Jahre später, 1997, wurde eine wiederbeschreibbare CD (CD-RW) veröffentlicht. Diese optische Platte wurde zum Speichern von Daten sowie zum Kopieren und Übertragen von Dateien auf verschiedene Geräte verwendet. CDs können ungefähr 1000 Mal umgeschrieben werden, was zu diesem Zeitpunkt kein einschränkender Faktor war, da Benutzer Daten selten synchronisierten.

CD-RWs basieren auf der Oberflächenreflexionstechnologie. Im Fall von CD-RW bewirken Phasenverschiebungen in einer speziellen Beschichtung aus Silber, Tellur und Indium die Fähigkeit, den Lesestrahl zu reflektieren oder nicht zu reflektieren, was 0 oder 1 bedeutet. Wenn sich die Verbindung in einem kristallinen Zustand befindet, ist sie durchscheinend, was 1 bedeutet Die Verbindung schmilzt in einem amorphen Zustand, sie wird undurchsichtig und nicht reflektierend, wasbedeutet 0. Somit könnten wir unser Datenbyte als 01001010 schreiben.

DVDs besetzten schließlich den größten Teil des Marktes mit CD-RW.

1999


Fahren wir mit 1999 fort, als IBM zu dieser Zeit die kleinsten Festplatten der Welt einführte: IBM Mikrodisks mit einer Kapazität von 170 und 340 MB. Dies waren kleine 2,54-cm-Festplatten, die für die Installation in CompactFlash Type II-Steckplätzen entwickelt wurden. Es war geplant, ein Gerät zu erstellen, das als CompactFlash verwendet wird, jedoch eine größere Speicherkapazität aufweist. Sie wurden jedoch bald durch USB-Sticks und größere CompactFlash-Karten ersetzt, als sie verfügbar wurden. Wie andere Festplatten waren Mikrodrives mechanisch und enthielten kleine rotierende Scheiben.

2000


Ein Jahr später, im Jahr 2000, wurden USB-Sticks eingeführt. Die Laufwerke bestanden aus einem Flash-Speicher, der in einem kleinen Formfaktor mit einer USB-Schnittstelle eingeschlossen war. Je nach Version der verwendeten USB-Schnittstelle kann die Geschwindigkeit variieren. USB 1.1 ist auf 1,5 Megabit pro Sekunde begrenzt, während USB 2.0 35 Megabit pro Sekunde und USB 3.0 625 Megabit pro Sekunde verarbeiten kann. Die ersten USB 3.1-Laufwerke vom Typ C wurden im März 2015 angekündigt und hatten eine Lese- / Schreibgeschwindigkeit von 530 Megabit pro Sekunde. Im Gegensatz zu Disketten und optischen Datenträgern sind USB-Geräte schwieriger zu kratzen, verfügen jedoch gleichzeitig über dieselben Funktionen zum Speichern von Daten sowie zum Übertragen und Sichern von Dateien. Disketten- und CD-ROM-Laufwerke wurden schnell durch USB-Anschlüsse ersetzt.

2005




Im Jahr 2005 begannen Hersteller von Festplatten (HDDs) mit dem Versand von Produkten mit senkrechter magnetischer Aufzeichnung (PMR). Interessanterweise geschah dies zur gleichen Zeit, als der iPod Nano die Verwendung eines Flash-Speichers anstelle von 1-Zoll-Festplatten im iPod Mini ankündigte.

Eine typische Festplatte enthält eine oder mehrere Festplatten, die mit einem magnetisch empfindlichen Film aus winzigen Magnetkörnern beschichtet sind. Daten werden aufgezeichnet, wenn ein magnetischer Aufzeichnungskopf direkt über einer rotierenden Scheibe fliegt. Dies ist einem herkömmlichen Grammophonisten sehr ähnlich. Der einzige Unterschied besteht darin, dass die Nadel beim Grammophon in physischem Kontakt mit der Schallplatte steht. Wenn sich die Scheiben drehen, erzeugt die mit ihnen in Kontakt stehende Luft eine leichte Brise. So wie die Luft auf dem Flügel eines Flugzeugs Auftrieb erzeugt, erzeugt Luft Auftrieb auf dem Kopf der aerodynamischen Oberfläche des Scheibenkopfes . Der Kopf ändert schnell die Magnetisierung eines Magnetbereichs der Körner, so dass sein Magnetpol nach oben oder unten zeigt und 1 oder 0 bedeutet.
 
Der Vorgänger des PMR war die longitudinale magnetische Aufzeichnung (LMR). Die PMR-Aufzeichnungsdichte kann die LMR-Aufzeichnungsdichte um mehr als das Dreifache überschreiten. Der Hauptunterschied zwischen PMR und LMR besteht darin, dass die Kornstruktur und die magnetische Ausrichtung der gespeicherten PMR-Mediendaten eher säulenförmig als longitudinal sind. PMR hat eine bessere thermische Stabilität und ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) aufgrund einer besseren Korntrennung und Gleichmäßigkeit. Dank stärkerer Kopffelder und besserer magnetischer Ausrichtung der Medien bietet es auch eine verbesserte Aufnahmefähigkeit. Wie bei LMR basieren die grundlegenden Einschränkungen von PMR auf der thermischen Stabilität der magnetisch aufgezeichneten Datenbits und der Notwendigkeit, über genügend SNR zum Lesen der aufgezeichneten Informationen zu verfügen.

2007


2007 wurde die erste 1-TB-Festplatte von Hitachi Global Storage Technologies angekündigt. Der Hitachi Deskstar 7K1000 verwendete fünf 3,5-Zoll-Platten mit 200 Gigabyte und drehte sich mit einer Geschwindigkeit von 7200 U / min. Dies ist ein großer Vorteil gegenüber der weltweit ersten IBM RAMAC 350-Festplatte mit einer Kapazität von ca. 3,75 Megabyte. Oh, wie weit sind wir in 51 Jahren gekommen! Aber warte, da ist noch etwas anderes.

2009


Im Jahr 2009 begannen die technischen Arbeiten zur Schaffung eines nichtflüchtigen Express-Speichers ( NVMe). Nichtflüchtiger Speicher (NVM) ist ein Speichertyp, der Daten dauerhaft speichern kann, im Gegensatz zu nichtflüchtigem Speicher, der zum Speichern von Daten eine konstante Stromversorgung benötigt. NVMe erfüllt die Anforderungen an eine skalierbare Host-Controller-Schnittstelle für Peripheriekomponenten auf der Basis von Halbleiterlaufwerken, die die PCIe-Technologie unterstützen, daher der Name NVMe. Mehr als 90 Unternehmen wurden in die Arbeitsgruppe Projektentwicklung aufgenommen. All dies basierte auf den Ergebnissen der Definition der Spezifikation der nichtflüchtigen Speicherschnittstelle des Host-Controllers (NVMHCIS). Die bisher besten NVMe-Laufwerke können beim Lesen etwa 3.500 Megabyte pro Sekunde und beim Schreiben 3.300 Megabyte pro Sekunde verarbeiten. Schreiben Sie das Datenbyte j, von dem aus wir begonnen haben.kann sehr schnell sein, verglichen mit ein paar Minuten manuellem Weben eines Seilspeichers für Apollo Guidance Computer.

Gegenwart und Zukunft


Speicher der Speicherklasse


Nachdem wir durch die Zeit gereist sind (ha!), Sehen wir uns den aktuellen Status des Speichers der Speicherklasse an. SCM ist wie NVM robust, aber SCM bietet auch eine Leistung, die dem Hauptspeicher überlegen oder mit diesem vergleichbar ist, sowie eine Byteadressierbarkeit.. Das Ziel von SCM ist es, einige der heutigen Cache-Probleme zu lösen, wie z. B. den Direktzugriffsspeicher (SRAM) mit niedriger Dichte. Mit dem dynamischen Direktzugriffsspeicher (DRAM) können wir eine bessere Dichte erzielen, dies wird jedoch durch einen langsameren Zugriff erreicht. DRAM leidet auch unter der Notwendigkeit einer konstanten Stromversorgung, um den Speicher zu aktualisieren. Lassen Sie es uns ein bisschen herausfinden. Eine Stromversorgung ist erforderlich, da die elektrische Ladung an den Kondensatoren allmählich leckt, dh ohne Störung gehen die Daten auf dem Chip bald verloren. Um ein solches Leck zu verhindern, benötigt der DRAM eine externe Speicheraktualisierungsschaltung, die die Daten in den Kondensatoren regelmäßig überschreibt und ihre ursprüngliche Ladung wiederherstellt.

Phasenwechselspeicher (PCM)


Wir haben zuvor untersucht, wie sich die Phase für CD-RW ändert. PCM ist ähnlich. Das Material für den Phasenwechsel ist normalerweise Ge-Sb-Te, auch bekannt als GST, das in zwei verschiedenen Zuständen vorliegen kann: amorph und kristallin. Ein amorpher Zustand hat einen höheren Widerstand, der 0 bezeichnet, als ein kristalliner Zustand, der 1 bezeichnet. Durch Zuweisen von Datenwerten zu Zwischenwiderständen kann PCM verwendet werden, um mehrere Zustände in Form von MLC zu speichern .

Direktzugriffsspeicher für Spin-Transfer-Drehmoment (STT-RAM)


STT-RAM besteht aus zwei ferromagnetischen, permanentmagnetischen Schichten, die durch ein Dielektrikum getrennt sind, dh einen Isolator, der elektrische Kraft übertragen kann, ohne sie zu leiten. Es speichert Datenbits basierend auf der Differenz in magnetischen Richtungen. Eine als Referenz bezeichnete magnetische Schicht hat eine feste magnetische Richtung, während die andere als frei bezeichnete magnetische Schicht eine magnetische Richtung hat, die durch den übertragenen Strom gesteuert wird. Für 1 ist die Magnetisierungsrichtung von zwei Schichten ausgerichtet. Für 0 haben beide Schichten entgegengesetzte magnetische Richtungen.

Resistiver Direktzugriffsspeicher (ReRAM)
Die ReRAM-Zelle besteht aus zwei Metallelektroden, die durch eine Oxidschicht aus Metall getrennt sind. Ein bisschen wie beim Masuoka-Flash-Speicher, bei dem Elektronen die Oxidschicht durchdringen und in einem schwebenden Gate stecken bleiben oder umgekehrt. Bei Verwendung von ReRAM wird der Zustand der Zelle jedoch anhand der Konzentration an freiem Sauerstoff in der Metalloxidschicht bestimmt.

Obwohl diese Technologien vielversprechend sind, haben sie immer noch Nachteile. PCM und STT-RAM haben eine hohe Schreibverzögerung. Die PCM-Latenz ist zehnmal höher als die von DRAM, während der STT-RAM zehnmal höher ist als die von SRAM. PCM und ReRAM haben eine Begrenzung für die Länge der Aufzeichnung, bevor ein schwerwiegender Fehler auftritt, was bedeutet, dass das Speicherelement bei einem bestimmten Wert hängen bleibt .

Im August 2015 gab Intel die Veröffentlichung von Optane bekannt, seinem 3DXPoint-basierten Produkt. Optane behauptet, dass die Leistung 1.000-mal höher ist als bei NAND-Solid-State-Laufwerken und der Preis vier- bis fünfmal höher als bei Flash-Speichern. Optane ist ein Beweis dafür, dass SCM nicht nur eine experimentelle Technologie ist. Es wird interessant sein, die Entwicklung dieser Technologien zu beobachten.

Festplatten (HDD)


Helium-Festplatte (HHDD)


Eine Heliumscheibe ist ein Festplattenlaufwerk (HDD) mit großer Kapazität, das mit Helium gefüllt und während der Produktion hermetisch versiegelt ist. Wie bei anderen Festplatten sieht es, wie bereits erwähnt, aus wie ein Plattenteller mit einer magnetisch beschichteten Drehplatte. Typische Festplatten haben einfach Luft im Hohlraum, diese Luft verursacht jedoch einen gewissen Widerstand, wenn sich die Platten drehen.

Heliumkugeln fliegen, weil Helium leichter als Luft ist. Tatsächlich beträgt Helium 1/7 der Luftdichte, wodurch die Bremskraft während der Drehung der Platten verringert wird und die zum Drehen der Scheiben erforderliche Energiemenge verringert wird. Trotzdem ist dieses Merkmal zweitrangig. Das Hauptunterscheidungsmerkmal von Helium war, dass Sie 7 Platten in demselben Formfaktor verpacken können, der normalerweise nur 5 enthält. Wenn wir uns an die Analogie mit dem Flügel unseres Flugzeugs erinnern, ist dies ein ideales Analogon. Da Helium den Luftwiderstand verringert, sind Turbulenzen ausgeschlossen.

Wir wissen auch, dass Heliumkugeln in wenigen Tagen zu fallen beginnen, weil Helium sie verlässt. Gleiches gilt für Laufwerke. Es vergingen Jahre, bis die Hersteller einen Behälter herstellen konnten, der verhindert, dass Helium über die gesamte Lebensdauer des Laufwerks den Formfaktor verlässt. Backblaze experimentierte und fand heraus, dass Heliumscheiben einen jährlichen Fehler von 1,03% hatten, während Standardfehler 1,06% hatten. Natürlich ist dieser Unterschied so gering, dass es ziemlich schwierig ist, daraus eine ernsthafte Schlussfolgerung zu ziehen .

Der mit Helium gefüllte Formfaktor kann eine Festplatte enthalten, die mit dem oben erwähnten PMR eingekapselt ist, oder eine magnetische Mikrowellenaufzeichnung (MAMR) oder eine magnetische Heizaufzeichnung (HAMR). Jede magnetische Speichertechnologie kann mit Helium anstelle von Luft kombiniert werden. Im Jahr 2014 kombinierte HGST zwei Spitzentechnologien auf seiner 10-TB-Helium-Festplatte mithilfe der hostgesteuerten magnetischen Kachelaufzeichnung (SMR) (Shingled Magnetic Recording). Lassen Sie uns ein wenig auf SMR eingehen und dann MAMR und HAMR betrachten.

Gekachelte magnetische Aufzeichnungstechnologie


Zuvor haben wir uns mit der senkrechten magnetischen Aufzeichnung (PMR) befasst, die der Vorgänger von SMR war. Im Gegensatz zu PMR zeichnet SMR neue Spuren auf, die einen Teil einer zuvor aufgezeichneten Magnetspur überlappen. Dies wiederum macht die vorherige Spur schmaler und bietet eine höhere Spurdichte. Der Name der Technologie beruht auf der Tatsache, dass die Überlappungspfade den Ziegelpfaden auf dem Dach sehr ähnlich sind.

SMR führt zu einem viel komplizierteren Schreibvorgang, da bei der Aufnahme auf einer Spur die benachbarte Spur überschrieben wird. Dies tritt nicht auf, wenn die Sicherung der Festplatte leer ist und die Daten konsistent sind. Sobald Sie jedoch auf eine Reihe von Spuren aufnehmen, die bereits Daten enthalten, werden vorhandene benachbarte Daten gelöscht. Wenn eine benachbarte Spur Daten enthält, müssen diese neu geschrieben werden. Dies ist dem NAND-Flash, über den wir zuvor gesprochen haben, ziemlich ähnlich.

SMR-Geräte verbergen diese Komplexität, indem sie die Firmware steuern, was zu einer Schnittstelle führt, die jeder anderen Festplatte ähnelt. Auf der anderen Seite erlauben hostgesteuerte SMR-Geräte die Verwendung dieser Laufwerke ohne spezielle Anpassung von Anwendungen und Betriebssystemen nicht. Der Host muss streng nacheinander auf Geräte schreiben. Gleichzeitig ist die Geräteleistung zu 100% vorhersehbar. Seagate begann 2013 mit dem Versand von SMR-Discs und behauptete, ihre Dichte sei 25% höher als die von PMR.

Mikrowellen-Magnetaufzeichnung (MAMR)


Die mikrowellenunterstützte magnetische Aufzeichnung (MAMR) ist eine magnetische Speichertechnologie, die ähnliche Energie wie HAMR verwendet (siehe unten). Ein wichtiger Bestandteil von MAMR ist der Spin Torque Oscillator (STO) oder der „Spin-Spin-Generator“. STO selbst befindet sich in unmittelbarer Nähe des Aufnahmekopfes. Wenn STO mit Strom versorgt wird, wird aufgrund der Polarisation der Elektronenspins ein kreisförmiges elektromagnetisches Feld mit einer Frequenz von 20–40 GHz erzeugt.

Unter dem Einfluss eines solchen Feldes tritt im für MAMR verwendeten Ferromagneten eine Resonanz auf, die zur Präzession der magnetischen Momente der Domänen in diesem Feld führt. Tatsächlich weicht das magnetische Moment von seiner Achse ab und um seine Richtung (Flip) zu ändern, benötigt der Aufzeichnungskopf deutlich weniger Energie.

Die Verwendung der MAMR-Technologie ermöglicht es, ferromagnetische Substanzen mit einer größeren Koerzitivkraft aufzunehmen, was bedeutet, dass es möglich ist, die Größe magnetischer Domänen zu reduzieren, ohne befürchten zu müssen, einen superparamagnetischen Effekt zu verursachen. Der STO-Generator hilft, die Größe des Aufzeichnungskopfs zu reduzieren, wodurch Informationen über kleinere magnetische Domänen aufgezeichnet werden können, und erhöht daher die Aufzeichnungsdichte.

Western Digital, auch bekannt als WD, führte diese Technologie 2017 ein. Bald darauf, im Jahr 2018, unterstützte Toshiba diese Technologie. Während WD und Toshiba nach MAMR-Technologie suchen, setzt Seagate auf HAMR.

Thermomagnetische Aufzeichnung (HAMR)


Die hitzeunterstützte magnetische Aufzeichnung (HAMR) ist eine energiesparende magnetische Datenspeichertechnologie, mit der die Datenmenge, die auf einem magnetischen Gerät wie einer Festplatte gespeichert werden kann, erheblich erhöht werden kann, indem die vom Laser bereitgestellte Wärme zum Schreiben von Daten auf die Oberfläche verwendet wird Festplattenunterlage. Dank der Erwärmung befinden sich die Datenbits viel näher beieinander auf dem Plattensubstrat, wodurch die Dichte und Kapazität der Daten erhöht werden kann.

Diese Technologie ist ziemlich schwierig zu implementieren. 200 mW Laser erwärmt sich schnellein winziger Bereich von bis zu 400 ° C vor der Aufnahme, ohne den Rest der Daten auf der Festplatte zu stören oder zu beschädigen. Der Vorgang des Erhitzens, Aufzeichnens und Abkühlens sollte in weniger als einer Nanosekunde abgeschlossen sein. Um diese Probleme zu lösen, wurden nanoskalige Oberflächenplasmonen, auch als oberflächengeführter Laser bekannt, anstelle der direkten Lasererwärmung sowie neue Arten von Glasplatten und thermoregulatorischen Beschichtungen entwickelt, die einer schnellen Punkterwärmung standhalten können, ohne den Aufzeichnungskopf oder nahe Daten zu beschädigen, und verschiedene andere technische Probleme, die überwunden werden mussten.

Trotz zahlreicher Skepsis hat Seagate diese Technologie erstmals 2013 demonstriert. Die ersten Discs wurden ab 2018 ausgeliefert.

Das Ende des Films, springe zum Anfang!


Wir haben 1951 begonnen und vervollständigen den Artikel mit einem Blick in die Zukunft der Speichertechnologie. Das Data Warehouse hat sich im Laufe der Zeit stark verändert: von Papierband zu Metall und Magnet, Seilspeicher, sich drehenden Datenträgern, optischen Datenträgern, Flash-Speicher und anderen. Im Laufe des Fortschritts sind schnellere, kompaktere und effizientere Speichergeräte erschienen.

Wenn Sie NVMe mit einem UNISERVO-Metallband von 1951 vergleichen, kann NVMe 486 111% mehr Stellen pro Sekunde lesen. Wenn Sie NVMe mit meinem Lieblingskind aus der Kindheit, Zip-Disks, vergleichen, kann NVMe 213,623% mehr Ziffern pro Sekunde lesen.

Das einzige, was wahr bleibt, ist die Verwendung von 0 und 1. Die Art und Weise, wie wir dies tun, ist sehr unterschiedlich. Ich hoffe, dass Sie beim nächsten Aufnehmen einer CD-RW mit Titeln für einen Freund oder Speichern Ihres Heimvideos im Optical Disc Archive darüber nachdenken, wie eine nicht reflektierende Oberfläche den Wert in 0 und die reflektierende in 1 übersetzt. Oder wenn Sie Schreiben Sie ein Mixtape auf die Kassette. Denken Sie daran, dass dies sehr eng mit der in Commodore PET verwendeten Datasette zusammenhängt. Vergessen Sie nicht, freundlich zu sein und zurückzuspulen.

Vielen Dank an Robert Mustakki und Rick Alterra für die Leckerbissen (ich kann mir nicht helfen) im gesamten Artikel!

Was ist sonst noch nützlich, um im Cloud4Y- Blog zu lesen

→Ostereier auf topografischen Karten der Schweiz
→ Computermarken der 90er Jahre, Teil 1
→ Wie die Mutter des Hackers das Gefängnis betrat und den Computer des Chefs infizierte
→ Diagnose von Netzwerkverbindungen auf dem virtuellen EDGE-Router
→ Wie die Bank „kaputt ging“

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