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Data Byte Life



Cualquier proveedor de la nube ofrece un servicio de almacenamiento de datos. Puede ser almacenamiento frío y caliente, frío, etc. Es bastante conveniente almacenar información en la nube. Pero, ¿cómo almacenaron los datos hace 10, 20, 50 años? Cloud4Y ha traducido un artículo interesante sobre eso.

Un byte de datos se puede almacenar de varias maneras, ya que aparecen nuevos, más avanzados y más rápidos medios de almacenamiento todo el tiempo. Un byte es una unidad de almacenamiento y procesamiento de información digital, que consta de ocho bits. En un bit, se puede escribir 0 o 1.

En el caso de las tarjetas perforadas, el bit se almacena como la presencia / ausencia de un agujero en la tarjeta en una ubicación específica. Si volvemos un poco más allá a la Máquina Analítica Babbage, entonces los registros que almacenan números eran engranajes. En dispositivos de almacenamiento magnético, como cintas y discos, los bits están representados por la polaridad de un área específica de la película magnética. En la memoria moderna de acceso aleatorio (DRAM), un bit a menudo se representa como una carga eléctrica de dos niveles almacenada en un dispositivo que almacena energía eléctrica en un campo eléctrico. Un tanque cargado o descargado contiene un bit de datos.

En junio de 1956, Werner Buchholz acuñó la palabra byte para denotar un grupo de bits utilizados para codificar un solo carácter de texto.. Hablemos un poco sobre la codificación de caracteres. Comencemos con el código estándar estadounidense para el intercambio de información. ASCII se basó en el alfabeto inglés, por lo que cada letra, número y símbolo (az, AZ, 0-9, +, -, /, ",!, Etc.) se representó como un entero de 7 bits de 32 a 127. No era "amigable" con otros idiomas. Para admitir otros idiomas, Unicode extendió ASCII. En Unicode, cada carácter se representa como un punto de código o carácter, por ejemplo, minúscula j - U + 006A, donde U representa Unicode seguido de un número hexadecimal.

UTF-8 es un estándar para representar caracteres en forma de ocho bits, lo que le permite almacenar cada punto de código en el rango 0-127 en un byte. Si recordamos ASCII, esto es bastante normal para los caracteres en inglés, pero los caracteres en otro idioma a menudo se expresan en dos o más bytes. UTF-16 es el estándar para representar caracteres como 16 bits, y UTF-32 es el estándar para representar caracteres como 32 bits. En ASCII, cada carácter es un byte, y en Unicode, que a menudo no es del todo cierto, un carácter puede ocupar 1, 2, 3 o más bytes. El artículo utilizará varias agrupaciones dimensionales de bits. El número de bits en un byte varía según el diseño del medio.

En este artículo, viajaremos en el tiempo a través de varios medios de almacenamiento para sumergirnos en la historia del almacenamiento de datos. En ningún caso estudiaremos a fondo cada soporte de información individual que se haya inventado. Aquí hay un artículo de información divertido que no tiene ningún significado enciclopédico.

Empecemos. Supongamos que tenemos un byte de datos para almacenamiento: la letra j, ya sea como byte codificado 6a o como binario 01001010. Durante nuestro viaje en el tiempo, el byte de datos se usará en algunas tecnologías de almacenamiento que se describirán.

1951




Nuestra historia comienza en 1951 con la unidad de cinta UNIVAC UNISAC de UNIVAC para la computadora UNIVAC 1. Fue la primera unidad de cinta diseñada para una computadora comercial. La cinta estaba hecha de una delgada tira de bronce niquelado de 12,65 mm de ancho (llamado Vicalloy) y casi 366 metros de largo. Nuestros bytes de datos podrían almacenarse a una velocidad de 7.200 caracteres por segundo en una cinta que se mueve a una velocidad de 2.54 metros por segundo. En este punto de la historia, podría medir la velocidad del algoritmo de almacenamiento por la distancia recorrida por la cinta.

1952




Avancemos un año, el 21 de mayo de 1952, cuando IBM anunció el lanzamiento de su primera unidad de cinta magnética, la IBM 726. Ahora nuestro byte de datos se puede mover de la cinta de metal UNISERVO a la cinta magnética de IBM. Este nuevo hogar resultó ser muy cómodo para nuestro pequeño byte de datos, ya que se pueden almacenar hasta 2 millones de dígitos en la cinta. Esta cinta magnética de 7 pistas se movió a una velocidad de 1.9 metros por segundo con una velocidad de transmisión de 12,500 dígitos o 7,500 caracteres (entonces llamados grupos de copia) por segundo. Como referencia: en un artículo promedio sobre Habré sobre 10,000 caracteres.

La cinta IBM 726 constaba de siete pistas, seis de las cuales servían para almacenar información y una para paridad. Se colocaron hasta 400 metros de cinta de 1,25 cm de ancho en un carrete. La velocidad de transferencia de datos teóricamente alcanzó los 12,5 mil caracteres por segundo; densidad de grabación: 40 bits por centímetro. En este sistema, se utilizó el método del "canal de vacío", en el que el bucle de la cinta circulaba entre dos puntos. Esto permitió que la cinta comenzara y se detuviera en una fracción de segundo. Esto se logró colocando largas columnas de vacío entre los carretes de cinta y los cabezales de lectura / escritura para absorber el aumento repentino de la tensión en la cinta, sin la cual la cinta normalmente explotaría. Un anillo de plástico extraíble en la parte posterior del carrete de cinta proporciona protección contra escritura. Aproximadamente 1.1 se puede almacenar en un solo carrete de cintamegabytes .

Recuerde los casetes VHS. ¿Qué había que hacer para volver a ver la película? ¡Rebobina la cinta! ¿Y cuántas veces giró el cassette para el reproductor con un lápiz, para no gastar baterías y obtener una cinta rota o atascada? Lo mismo puede decirse de las cintas utilizadas para computadoras. Los programas no solo podían saltar sobre alguna sección de la cinta alrededor de la cinta o acceder accidentalmente a los datos, sino que podían leer y escribir datos estrictamente secuencialmente.

1956




Si avanza varios años, en 1956, la era del almacenamiento en disco magnético comenzó con la finalización del desarrollo de IBM del sistema informático RAMAC 305, que Zellerbach Paper entregará en San Francisco . Esta computadora fue la primera en usar un disco duro de cabeza móvil. La unidad de disco RAMAC constaba de cincuenta placas de metal magnetizadas de 60,96 cm de diámetro, capaces de almacenar alrededor de cinco millones de caracteres de datos, 7 bits por carácter y rotar a una velocidad de 1200 rpm. La capacidad de almacenamiento era de unos 3,75 megabytes.

RAMAC permitió el acceso en tiempo real a grandes cantidades de datos, a diferencia de la cinta magnética o las tarjetas perforadas. IBM promociona RAMAC como un dispositivo capaz de almacenar el equivalente a 64,000tarjetas perforadas . RAMRAC introdujo previamente el concepto de procesamiento continuo de transacciones a medida que avanza, para que los datos puedan recuperarse de inmediato mientras aún están actualizados. Ahora, el acceso a nuestros datos en RAMAC podría llevarse a cabo a una velocidad de 100,000 bits por segundo . Anteriormente, al usar cintas, teníamos que escribir y leer datos secuenciales, y no podíamos saltar accidentalmente a diferentes secciones de la cinta. El acceso aleatorio en tiempo real a los datos fue realmente revolucionario en ese momento.

1963




Avancemos rápidamente a 1963 cuando se introdujo DECtape. El nombre proviene de Digital Equipment Corporation, conocida como DEC. DECtape era económico y confiable, por eso se ha utilizado en muchas generaciones de computadoras DEC. Era una cinta de 19 mm laminada y emparedada entre dos capas de mylar en un carrete de cuatro pulgadas (10.16 cm).

A diferencia de sus grandes y pesados ​​predecesores, la cinta DECtape podría transportarse manualmente. Esto lo convirtió en una excelente opción para computadoras personales. A diferencia de las contrapartes de 7 pistas, DECtape tenía 6 pistas de datos, 2 pistas de etiqueta y 2 para pulsos de reloj. Los datos se registraron a 350 bps (138 bps). Nuestro byte de datos, que es de 8 bits, pero puede expandirse a 12, podría transmitirse a DECtape a una velocidad de 8325 palabras de 12 bits por segundo a una velocidad de cinta de 93 (± 12) pulgadas por segundo . Esto es un 8% más de dígitos por segundo que en la cinta de metal UNISERVO en 1952.
 

1967




Cuatro años después, en 1967, un pequeño equipo de IBM comenzó a trabajar en una unidad de IBM, cuyo nombre en código era Minnow . A continuación, el equipo tuvo la tarea de desarrollar un método fiable y de bajo costo para cargar microcódigos en IBM System / 370 ordenadores centrales . Posteriormente, el proyecto fue reasignado y rediseñado para descargar el microcódigo en el controlador para la Instalación de almacenamiento de acceso directo IBM 3330, con nombre en código Merlin.

Ahora, nuestro byte se puede almacenar en disquetes Mylar de 8 pulgadas con recubrimiento magnético de solo lectura, conocidos hoy como disquetes. En el momento del lanzamiento, el producto se llamaba IBM 23FD Floppy Disk Drive System. Los discos pueden contener 80 kilobytes de datos. A diferencia de los discos duros, el usuario podría transferir fácilmente un disquete en una carcasa protectora de una unidad a otra. Más tarde, en 1973, IBM lanzó un disquete de lectura / escritura, que luego se convirtió en el estándar de la industria .
 

1969



 En 1969, se lanzó una computadora AGC (Apollo Guidance Computer) a bordo con memoria de cuerda a bordo de la nave espacial Apollo 11, que llevó a los astronautas estadounidenses a la luna y de regreso. Esta memoria de cuerda se hizo a mano y podía contener 72 kilobytes de datos. La producción de la memoria de la cuerda era lenta, lenta y requería habilidades similares al tejido; meses podrían tomar meses para tejer el programa en una memoria de cuerda . Pero era la herramienta adecuada para aquellos momentos en que era importante ajustar un máximo en un espacio muy limitado. Cuando el cable pasó a través de una de las venas circulares, era 1. El cable que pasaba alrededor de la vena era 0. Nuestro byte de datos requirió unos minutos de tejido en la cuerda por parte de una persona.

1977




Commodore PET, la primera computadora personal (exitosa), se lanzó en 1977. PET usó el casete de datos Commodore 1530, que significa cassette de datos más. El PET convirtió los datos en señales de audio analógicas, que luego se almacenaron en casetes . Esto nos permitió crear una solución económica y confiable para el almacenamiento de datos, aunque es muy lenta. Nuestro pequeño byte de datos podría transmitirse a una velocidad de aproximadamente 60-70 bytes por segundo . Los casetes pueden contener alrededor de 100 kilobytes en el lado de 30 minutos, con dos lados por cinta. Por ejemplo, en un lado del casete, se pueden colocar aproximadamente dos imágenes de 55 KB. Datasette también se utilizó en el Commodore VIC-20 y Commodore 64.

1978




Un año después, en 1978, MCA y Philips presentaron LaserDisc bajo el nombre de Discovision. Jaws fue la primera película vendida en LaserDisc en los Estados Unidos. La calidad de sonido y video era mucho mejor que la de la competencia, pero el disco láser era demasiado costoso para la mayoría de los consumidores. Era imposible grabar en LaserDisc, a diferencia de las cintas VHS en las que las personas grababan programas de televisión. Los discos láser funcionaban con video analógico, sonido estéreo FM analógico y modulación de código de pulso , o PCM, audio digital. Los discos tenían un diámetro de 12 pulgadas (30,47 cm) y consistían en dos discos de aluminio de una cara recubiertos con plástico. Hoy LaserDisc es recordado como la base de CD y DVD.

1979




Un año después, en 1979, Alan Schugart y Finis Conner fundaron Seagate Technology con la idea de escalar un disco duro a un tamaño de disquete de 5 ¼ de pulgada, que entonces era estándar. Su primer producto en 1980 fue el disco duro Seagate ST506, el primer disco duro para computadoras compactas. El disco contenía cinco megabytes de datos, que en ese momento eran cinco veces más grandes que un disquete estándar. Los fundadores lograron su objetivo: reducir el tamaño del disco al tamaño de un disquete de 5¼ pulgadas. El nuevo dispositivo de almacenamiento de datos era una placa metálica rígida recubierta en ambos lados con una capa delgada de material magnético para el almacenamiento de datos. Nuestros bytes de datos podrían transferirse al disco a una velocidad de 625 kilobytes por segundo . Esto se trata de tal GIF .

1981




Avancemos un par de años, hasta 1981, cuando Sony presentó los primeros disquetes de 3.5 pulgadas. Hewlett-Packard fue el primero en seguir esta tecnología en 1982 con su HP-150. Esto glorificó los disquetes de 3.5 pulgadas y les dio una amplia distribución en la industria . Los disquetes eran unilaterales con una capacidad formateada de 161,2 kilobytes y una capacidad sin formato de 218,8 kilobytes. En 1982 se lanzó una versión de doble cara, y el consorcio del Comité de la Industria Microfloppy (MIC), compuesto por 23 compañías de medios, basó la especificación del disquete de 3.5 pulgadas en el diseño original de Sony, arreglando el formato en la historia tal como la conocemos.. Ahora nuestros bytes de datos se pueden almacenar en una versión anterior de uno de los medios más comunes: un disquete de 3.5 pulgadas. Más tarde, un par de disquetes de 3.5 pulgadas con el Oregon Trail se convirtió en la parte más importante de mi infancia.

1984




Poco después, en 1984, se anunció un CD con datos de solo lectura (Compact Disc Read-Only Memory, CD-ROM). Estos fueron 550 megabytes de CD-ROM de Sony y Philips. El formato creció a partir de CD de audio digital, o CD-DA, que se utilizaron para distribuir música. El CD-DA fue desarrollado por Sony y Philips en 1982 con una capacidad de 74 minutos. Según la leyenda, cuando Sony y Philips estaban negociando el estándar CD-DA, una de cada cuatro personas insistió en que podía acomodar toda la Novena Sinfonía. El primer producto lanzado en el CD fue la Enciclopedia Electrónica Grolier, lanzada en 1985. La enciclopedia contenía nueve millones de palabras, que ocupaban solo el 12% del espacio disponible en disco, que es 553mebibyte . Tendríamos espacio más que suficiente para la enciclopedia y el byte de datos. Poco después, en 1985, las compañías de computadoras trabajaron juntas para crear un estándar para los discos para que cualquier computadora pudiera leer información de ellos.

1984


También en 1984, Fujio Masuoka desarrolló un nuevo tipo de memoria con un obturador flotante llamado memoria flash, que se pudo borrar y reescribir muchas veces.

Detengámonos en la memoria flash usando un transistor de puerta flotante. Los transistores son puertas eléctricas que se pueden encender y apagar individualmente. Como cada transistor puede estar en dos estados diferentes (encendido y apagado), puede almacenar dos números diferentes: 0 y 1. La puerta flotante se refiere a la segunda puerta agregada al transistor del medio. Esta segunda puerta está aislada con una delgada capa de óxido. Estos transistores usan un pequeño voltaje aplicado a la puerta del transistor para indicar si está encendido o apagado, lo que, a su vez, se traduce en 0 o 1.
 
Con puertas flotantes, cuando el voltaje correspondiente se aplica a través de la capa de óxido, los electrones pasan a través de ella y se atascan en las puertas. Por lo tanto, incluso cuando se apaga la energía, los electrones permanecen en ellos. Cuando no hay electrones en las puertas flotantes, son 1, y cuando los electrones se atascan - 0. El curso inverso de este proceso y la aplicación de un voltaje adecuado a través de la capa de óxido en la dirección opuesta hace que los electrones pasen a través de las puertas flotantes y restablezcan el transistor a su estado original. Por lo tanto, las celdas se hacen programables y no volátiles . Nuestro byte se puede programar en un transistor, como 01001010, con electrones, con electrones atrapados en puertas flotantes, para representar ceros.

El diseño de Masuoka era un poco más asequible, pero menos flexible que la PROM borrable eléctricamente (EEPROM), ya que requería varios grupos de celdas que debían borrarse juntas, pero esto también se debía a su velocidad.

Masuoka trabajaba para Toshiba en ese momento. Al final, fue a trabajar a la Universidad de Tohoku, ya que no estaba contento de que la compañía no lo recompensara por su trabajo. Masuoka demanda a Toshiba por compensación. En 2006, le pagaron 87 millones de yuanes, equivalentes a 758 mil dólares estadounidenses. Esto todavía parece intrascendente dado lo influyente que ha sido la memoria flash en la industria.

Como estamos hablando de flash, también vale la pena notar la diferencia entre NOR y NAND flash. Como ya sabemos por Masuoka, flash almacena información en celdas de memoria que consisten en transistores de puerta flotante. Los nombres de tecnología están directamente relacionados con la forma en que se organizan las células de memoria.

En la memoria flash NOR, las celdas de memoria individuales están conectadas en paralelo, proporcionando acceso aleatorio. Esta arquitectura reduce el tiempo de lectura requerido para el acceso aleatorio a las instrucciones del microprocesador. La memoria flash NOR es ideal para aplicaciones de baja densidad, que en su mayoría son de solo lectura. Es por eso que la mayoría de las CPU cargan su firmware, como regla, desde la memoria flash NOR. Masuoka y sus colegas presentaron la invención del flash NOR en 1984 y el flash NAND en 1987.

Los desarrolladores de NAND Flash han abandonado la posibilidad de acceso aleatorio para obtener un tamaño de celda de memoria más pequeño. Esto proporciona un tamaño de chip más pequeño y un menor costo por bit. La arquitectura flash NAND consta de transistores de memoria de ocho partes conectados en serie. Gracias a esto, se logra una alta densidad de almacenamiento, un tamaño de celda de memoria más pequeño, así como una grabación y borrado de datos más rápidos, ya que puede programar simultáneamente bloques de datos. Esto se logra debido a la necesidad de sobrescribir los datos cuando no se escriben secuencialmente y los datos ya existen en el bloque .

1991


Pasemos a 1991, cuando SanDisk creó un prototipo de unidad de estado sólido (SSD), entonces conocido como SunDisk . El diseño combina una matriz de memoria flash, chips de memoria no volátiles y un controlador inteligente para detectar y reparar automáticamente las células defectuosas. La capacidad del disco era de 20 megabytes con un factor de forma de 2.5 pulgadas, y su costo se estimó en alrededor de $ 1,000. Este disco fue utilizado por IBM en una computadora ThinkPad .

1994




Uno de mis medios favoritos personales desde la infancia fue Zip Disks. En 1994, Iomega lanzó el Zip Disk, un cartucho de 100 megabytes en un formato de 3.5 pulgadas, aproximadamente un poco más grueso que un disco estándar de 3.5 pulgadas. Los discos posteriores podrían almacenar hasta 2 gigabytes. La conveniencia de estos discos es que tenían el tamaño de un disquete, pero tenían la capacidad de almacenar más datos. Nuestros bytes de datos podrían escribirse en una unidad Zip a una velocidad de 1,4 megabytes por segundo. A modo de comparación: en ese momento se registraron 1,44 megabytes de un disquete de 3,5 pulgadas a una velocidad de aproximadamente 16 kilobytes por segundo. En un disco Zip, los cabezales leen / escriben datos sin contacto, como si volaran por encima de la superficie, lo que es similar al funcionamiento de un disco duro, pero difiere del principio de funcionamiento de otros disquetes. Pronto, los discos Zip quedaron desactualizados debido a problemas de confiabilidad y disponibilidad.

1994




En el mismo año, SanDisk presentó CompactFlash, que fue ampliamente utilizado en cámaras de video digital. Al igual que con los discos compactos, la velocidad CompactFlash se basa en clasificaciones x como 8x, 20x, 133x, etc. La velocidad máxima de transferencia de datos se calcula en función de la velocidad de transmisión del CD de audio original, 150 kilobytes por segundo. La velocidad de transferencia se parece a R = Kx150 kB / s, donde R es la velocidad de transferencia y K es la velocidad nominal. Por lo tanto, para la CompactFlash 133x, nuestro byte de datos se escribirá a 133x150 kB / so aproximadamente 19 950 kB / so 19.95 Mb / s. La Asociación CompactFlash fue fundada en 1995 con el objetivo de crear un estándar de la industria para tarjetas de memoria flash.

1997


Unos años más tarde, en 1997, se lanzó un disco compacto regrabable (CD-RW). Este disco óptico se utilizó para almacenar datos, así como para copiar y transferir archivos a varios dispositivos. Los CD pueden reescribirse unas 1000 veces, lo que en ese momento no era un factor limitante, ya que los usuarios rara vez doblaban los datos.

Los CD-RW se basan en la tecnología de reflectancia de superficie. En el caso de CD-RW, los cambios de fase en un recubrimiento especial de plata, teluro e indio causan la capacidad de reflejar o no reflejar el haz de lectura, lo que significa 0 o 1. Cuando el compuesto está en un estado cristalino, es translúcido, lo que significa 1. Cuando el compuesto se funde en un estado amorfo, se vuelve opaco y no reflectante, lo quesignifica 0. Por lo tanto, podríamos escribir nuestro byte de datos como 01001010. Los

DVD eventualmente ocuparon la mayor parte del mercado con CD-RW.

1999


Pasemos a 1999, cuando IBM presentó los discos duros más pequeños del mundo en ese momento: microdiscos IBM con una capacidad de 170 y 340 MB. Estos eran pequeños discos duros de 2,54 cm diseñados para su instalación en ranuras CompactFlash Tipo II. Se planeó crear un dispositivo que se utilizará como CompactFlash, pero con una mayor capacidad de memoria. Sin embargo, pronto fueron reemplazados por unidades flash USB y luego por tarjetas CompactFlash más grandes cuando estuvieron disponibles. Al igual que otros discos duros, las microunidades eran mecánicas y contenían pequeños discos giratorios.

2000


Un año después, en 2000, se introdujeron unidades flash USB. Las unidades consistían en memoria flash encerrada en un factor de forma pequeño con una interfaz USB. Dependiendo de la versión de la interfaz USB utilizada, la velocidad puede variar. USB 1.1 está limitado a 1.5 megabits por segundo, mientras que USB 2.0 puede manejar 35 megabits por segundo , y USB 3.0 puede manejar 625 megabits por segundo. Las primeras unidades USB 3.1 del tipo C se anunciaron en marzo de 2015 y tenían una velocidad de lectura / escritura de 530 megabits por segundo. A diferencia de los disquetes y los discos ópticos, los dispositivos USB son más difíciles de rayar, pero al mismo tiempo tienen las mismas capacidades para almacenar datos, así como para transferir y hacer copias de seguridad de archivos. Las unidades de disquete y CD-ROM fueron reemplazadas rápidamente por los puertos USB.

2005




En 2005, los fabricantes de discos duros (HDD) comenzaron a enviar productos utilizando grabación magnética perpendicular, o PMR. Curiosamente, esto sucedió al mismo tiempo que el iPod Nano anunció el uso de memoria flash en lugar de discos duros de 1 pulgada en el iPod Mini.

Un disco duro típico contiene uno o más discos duros recubiertos con una película magnéticamente sensible que consiste en pequeños granos magnéticos. Los datos se graban cuando un cabezal de grabación magnético vuela justo por encima de un disco giratorio. Esto es muy similar a un reproductor de gramófono tradicional, la única diferencia es que en el gramófono la aguja está en contacto físico con el disco. A medida que los discos giran, el aire en contacto con ellos crea una ligera brisa. Así como el aire en el ala de un avión crea elevación, el aire genera elevación en la cabeza de la superficie aerodinámica de la cabeza del disco . La cabeza cambia rápidamente la magnetización de una región magnética de los granos para que su polo magnético apunte hacia arriba o hacia abajo, denotando 1 o 0.
 
El predecesor del PMR fue la grabación magnética longitudinal, o LMR. La densidad de grabación PMR puede superar la densidad de grabación LMR en más de tres veces. La principal diferencia entre PMR y LMR es que la estructura de grano y la orientación magnética de los datos de los medios PMR almacenados es columnar en lugar de longitudinal. PMR tiene una mejor estabilidad térmica y una mejor relación señal / ruido (SNR) debido a una mejor separación y uniformidad del grano. También presenta una recordabilidad mejorada gracias a campos de cabeza más fuertes y una mejor alineación magnética de los medios. Al igual que LMR, las limitaciones fundamentales de PMR se basan en la estabilidad térmica de los bits de datos grabados magnéticamente y la necesidad de tener suficiente SNR para leer la información grabada.

2007


En 2007, se anunció el primer disco duro de 1 TB de Hitachi Global Storage Technologies. La Hitachi Deskstar 7K1000 utilizaba cinco placas de 200 pulgadas de 200 gigabytes y giraba a una velocidad de 7200 rpm. Esta es una gran ventaja en comparación con el primer disco duro IBM RAMAC 350 del mundo, cuya capacidad era de aproximadamente 3.75 megabytes. ¡Oh, cuán lejos hemos llegado en 51 años! Pero espera, hay algo más.

2009


En 2009, el trabajo técnico comenzó en la creación de memoria express no volátil, o NVMe. La memoria no volátil (NVM) es un tipo de memoria que puede almacenar datos permanentemente, a diferencia de la memoria no volátil, que necesita energía constante para guardar datos. NVMe satisface la necesidad de una interfaz de controlador de host escalable para componentes periféricos basada en unidades de semiconductores compatibles con la tecnología PCIe, de ahí el nombre de NVMe. Más de 90 empresas fueron incluidas en el grupo de trabajo de desarrollo del proyecto. Todo esto se basó en los resultados de definir la especificación de la interfaz de memoria no volátil del controlador host (NVMHCIS). Las mejores unidades NVMe hasta la fecha pueden manejar alrededor de 3.500 megabytes por segundo cuando se lee y 3.300 megabytes por segundo cuando se escribe. Escriba el byte de datos j, desde el cual comenzamospuede ser muy rápido en comparación con un par de minutos de tejido manual de una memoria de cuerda para Apollo Guidance Computer.

Presente y futuro


Memoria de clase de almacenamiento


Ahora que hemos viajado a través del tiempo (¡ja!), Echemos un vistazo al estado actual de la memoria de clase de almacenamiento. SCM, como NVM, es robusto, pero SCM también proporciona un rendimiento superior o comparable a la memoria principal, así como la capacidad de direccionamiento de bytes.. El objetivo de SCM es resolver algunos de los problemas actuales de caché, como la memoria de acceso aleatorio de baja densidad (SRAM). Usando la memoria de acceso aleatorio dinámico (DRAM) podemos obtener una mejor densidad, pero esto se logra a través de un acceso más lento. DRAM también sufre la necesidad de energía constante para actualizar la memoria. Vamos a resolverlo un poco. La fuente de alimentación es necesaria, ya que la carga eléctrica en los condensadores se escapa gradualmente, es decir, sin interferencias, los datos en el chip pronto se perderán. Para evitar dicha fuga, la DRAM requiere un circuito externo de actualización de memoria que sobrescribe periódicamente los datos en los condensadores, restableciéndolos a su carga original.

Memoria de cambio de fase (PCM)


Examinamos previamente cómo cambia la fase para CD-RW. PCM es similar. El material para el cambio de fase suele ser Ge-Sb-Te, también conocido como GST, que puede existir en dos estados diferentes: amorfo y cristalino. Un estado amorfo tiene una resistencia más alta que denota 0 que un estado cristalino que denota 1. Al asignar valores de datos a resistencias intermedias, la PCM se puede usar para almacenar múltiples estados en forma de MLC .

Memoria de acceso aleatorio de par de transferencia de giro (STT-RAM)


STT-RAM consta de dos capas magnéticas ferromagnéticas permanentes separadas por un dieléctrico, es decir, un aislante que puede transmitir fuerza eléctrica sin conducir. Almacena bits de datos basados ​​en la diferencia en direcciones magnéticas. Una capa magnética, llamada referencia, tiene una dirección magnética fija, mientras que la otra capa magnética, llamada libre, tiene una dirección magnética, que es controlada por la corriente transmitida. Para 1, la dirección de magnetización de dos capas está alineada. Para 0, ambas capas tienen direcciones magnéticas opuestas.

Memoria de acceso aleatorio resistiva (ReRAM)
La celda ReRAM consta de dos electrodos metálicos separados por una capa de óxido de metal. Un poco como el diseño de memoria flash Masuoka, donde los electrones penetran en la capa de óxido y se atascan en una puerta flotante o viceversa. Sin embargo, cuando se usa ReRAM, el estado de la célula se determina en función de la concentración de oxígeno libre en la capa de óxido metálico.

Aunque estas tecnologías son prometedoras, todavía tienen desventajas. PCM y STT-RAM tienen un alto retraso de escritura. La latencia de PCM es diez veces mayor que DRAM, mientras que STT-RAM es diez veces mayor que SRAM. PCM y ReRAM tienen un límite en la duración de la grabación antes de que ocurra un error grave, lo que significa que el elemento de memoria está atascado en un cierto valor .

En agosto de 2015, Intel anunció el lanzamiento de Optane, su producto basado en 3DXPoint. Optane afirma que el rendimiento es 1,000 veces mayor que las unidades de estado sólido NAND, y el precio es cuatro a cinco veces mayor que la memoria flash. Optane es una prueba de que SCM no es solo una tecnología experimental. Será interesante observar el desarrollo de estas tecnologías.

Discos duros (HDD)


Disco duro de helio (HHDD)


Un disco de helio es una unidad de disco duro (HDD) de gran capacidad llena de helio y sellada herméticamente durante la producción. Al igual que otros discos duros, como dijimos anteriormente, parece un plato giratorio con una placa giratoria con recubrimiento magnético. Los discos duros típicos simplemente tienen aire dentro de la cavidad, sin embargo, este aire causa cierta resistencia cuando las placas giran.

Las bolas de helio vuelan porque el helio es más ligero que el aire. De hecho, el helio es 1/7 de la densidad del aire, lo que reduce la fuerza de frenado durante la rotación de las placas, causando una disminución en la cantidad de energía necesaria para rotar los discos. Sin embargo, esta característica es secundaria, la principal característica distintiva del helio es que le permite empacar 7 placas en el mismo factor de forma, que generalmente contenía solo 5. Si recordamos la analogía con el ala de nuestro avión, este es un análogo ideal. Como el helio reduce la resistencia, se descarta la turbulencia.

También sabemos que las bolas de helio comienzan a caer en unos pocos días, porque el helio las deja. Lo mismo puede decirse de las unidades. Pasaron años antes de que los fabricantes pudieran crear un contenedor que evite que el helio deje el factor de forma durante toda la vida útil del disco. Backblaze experimentó y descubrió que los discos de helio tenían un error anual de 1.03%, mientras que los errores estándar tenían 1.06%. Por supuesto, esta diferencia es tan pequeña que es bastante difícil sacar una conclusión seria de ella .

El factor de forma lleno de helio puede contener un disco duro encapsulado usando el PMR del que hablamos anteriormente, o la grabación magnética de microondas (MAMR) o la grabación de calentamiento magnético (HAMR). Cualquier tecnología de almacenamiento magnético se puede combinar con helio en lugar de aire. En 2014, HGST combinó dos tecnologías de vanguardia en su disco duro de helio de 10TB utilizando grabación magnética en mosaico accionada por host, o SMR (grabación magnética escalonada). Detengámonos un poco en SMR, y luego consideremos MAMR y HAMR.

Tecnología de grabación magnética en mosaico


Anteriormente, analizamos la grabación magnética perpendicular (PMR), que fue el predecesor de SMR. A diferencia de PMR, SMR graba nuevas pistas que se superponen a parte de una pista magnética previamente grabada. Esto, a su vez, hace que la pista anterior sea más estrecha, proporcionando una mayor densidad de pistas. El nombre de la tecnología se debe al hecho de que los caminos de regazo son muy similares a los caminos de tejas en el techo.

SMR conduce a un proceso de escritura mucho más complicado, ya que cuando se graba en una pista, la pista adyacente se sobrescribe. Esto no ocurre cuando el respaldo del disco está vacío y los datos son consistentes. Pero tan pronto como grabe en una serie de pistas que ya contienen datos, los datos vecinos existentes se borran. Si una pista adyacente contiene datos, debe reescribirse. Esto es bastante similar al flash NAND del que hablamos anteriormente.

Los dispositivos SMR ocultan esta complejidad al controlar el firmware, lo que da como resultado una interfaz similar a cualquier otro disco duro. Por otro lado, los dispositivos SMR controlados por host no permitirán el uso de estos discos sin una adaptación especial de las aplicaciones y los sistemas operativos. El host debe escribir en los dispositivos estrictamente secuencialmente. Al mismo tiempo, el rendimiento del dispositivo es 100% predecible. Seagate comenzó a enviar discos SMR en 2013, alegando que su densidad es un 25% mayor que la PMR.

Grabación magnética de microondas (MAMR)


La grabación magnética asistida por microondas (MAMR) es una tecnología de memoria magnética que utiliza energía similar a la HAMR (ver más abajo) Una parte importante de MAMR es el Oscilador de Torque Spin (STO) o "generador spin-spin". STO en sí se encuentra muy cerca del cabezal de grabación. Cuando se aplica corriente a STO, se genera un campo electromagnético circular con una frecuencia de 20–40 GHz debido a la polarización de los espines de electrones.

Bajo la influencia de dicho campo, se produce una resonancia en el ferromagnet utilizado para MAMR, lo que conduce a la precesión de los momentos magnéticos de los dominios en este campo. De hecho, el momento magnético se desvía de su eje y para cambiar su dirección (voltear) el cabezal de grabación necesita significativamente menos energía.

El uso de la tecnología MAMR le permite a uno tomar sustancias ferromagnéticas con una mayor fuerza coercitiva, lo que significa que es posible reducir el tamaño de los dominios magnéticos sin temor a causar un efecto superparamagnético. El generador STO ayuda a reducir el tamaño del cabezal de grabación, lo que permite grabar información en dominios magnéticos más pequeños y, por lo tanto, aumenta la densidad de grabación.

Western Digital, también conocido como WD, introdujo esta tecnología en 2017. Poco después, en 2018, Toshiba apoyó esta tecnología. Mientras WD y Toshiba buscan tecnología MAMR, Seagate apuesta por HAMR.

Grabación termomagnética (HAMR)


La grabación magnética asistida por calor (HAMR) es una tecnología de almacenamiento de datos magnéticos que ahorra energía y puede aumentar significativamente la cantidad de datos que se pueden almacenar en un dispositivo magnético, como un disco duro, utilizando el calor proporcionado por el láser para ayudar a escribir datos en la superficie disco duro subyacente. Gracias al calentamiento, los bits de datos se encuentran en el sustrato del disco mucho más cerca uno del otro, lo que permite aumentar la densidad y la capacidad de los datos.

Esta tecnología es bastante difícil de implementar. El láser de 200 mW se calienta rápidamenteun área pequeña de hasta 400 ° C antes de grabar, sin interferir ni dañar el resto de los datos en el disco. El proceso de calentamiento, registro de datos y enfriamiento debe completarse en menos de un nanosegundo. Para resolver estos problemas, fue necesario desarrollar plasmones de superficie a nanoescala, también conocidos como láser guiado por superficie, en lugar de calentamiento por láser directo, así como nuevos tipos de placas de vidrio y recubrimientos con temperatura controlada que pueden resistir el calentamiento rápido sin dañar el cabezal de grabación o cualquier dato cercano, y varios otros problemas técnicos que debían superarse.

A pesar del gran escepticismo, Seagate demostró por primera vez esta tecnología en 2013. Los primeros discos comenzaron a enviarse en 2018.

El final de la película, ¡salta al principio!


Comenzamos en 1951 y estamos completando el artículo analizando el futuro de la tecnología de almacenamiento. El almacén de datos ha cambiado mucho con el tiempo: de cinta de papel a metal y magnética, memoria de cuerda, discos giratorios, discos ópticos, memoria flash y otros. En el curso del progreso, han aparecido dispositivos de almacenamiento más rápidos, más compactos y más eficientes.

Si compara NVMe con una cinta de metal UNISERVO de 1951, NVMe puede leer 486 111% más dígitos por segundo. Si compara NVMe con los discos Zip favoritos de mi infancia, NVMe puede leer 213.623% más dígitos por segundo.

Lo único que sigue siendo cierto es el uso de 0 y 1. Las formas en que hacemos esto varían mucho. Espero que la próxima vez que grabe un CD-RW con canciones para un amigo o guarde su video casero en Optical Disc Archive, piense en cómo una superficie no reflectante traduce el valor a 0, y el reflectante a 1. O si usted escriba mixtape en el casete, recuerde que esto está muy relacionado con el Datasette utilizado en Commodore PET. Finalmente, no te olvides de ser amable y rebobinar.

¡Gracias a Robert Mustakki y Rick Alterra por las cositas (no puedo evitarlo) a lo largo del artículo!

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