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Data Byte Life



Qualquer provedor de nuvem oferece um serviço de armazenamento de dados. Pode ser armazenamento frio e quente, muito frio, etc. É bastante conveniente armazenar informações na nuvem. Mas como eles armazenaram os dados 10, 20, 50 anos atrás? Cloud4Y traduziu um artigo interessante sobre isso.

Um byte de dados pode ser armazenado de várias maneiras, à medida que novas mídias de armazenamento mais avançadas e mais rápidas aparecem o tempo todo. Um byte é uma unidade de armazenamento e processamento de informações digitais, que consiste em oito bits. Em um bit, 0 ou 1 pode ser gravado.

No caso de cartões perfurados, o bit é armazenado como a presença / ausência de um orifício no cartão em um local específico. Se voltarmos um pouco mais para a máquina analítica Babbage, os registros que armazenam números eram marchas. Em dispositivos de armazenamento magnético, como fitas e discos, os bits são representados pela polaridade de uma área específica do filme magnético. Na memória moderna de acesso aleatório (DRAM), um bit é frequentemente representado como uma carga elétrica de dois níveis armazenada em um dispositivo que armazena energia elétrica em um campo elétrico. Um tanque carregado ou descarregado mantém um bit de dados.

Em junho de 1956, Werner Buchholz cunhou a palavra byte para denotar um grupo de bits usado para codificar um único caractere de texto.. Vamos falar um pouco sobre codificação de caracteres. Vamos começar com o código padrão americano para troca de informações. O ASCII era baseado no alfabeto inglês; portanto, cada letra, número e símbolo (az, AZ, 0-9, +, -, /, ",!, Etc.) era representado como um número inteiro de 7 bits de 32 a 127. Não era "amigável" para outros idiomas. Para oferecer suporte a outros idiomas, o ASCII estendido do Unicode. No Unicode, cada caractere é representado como um ponto de código ou caractere, por exemplo, j minúsculo - U + 006A, em que U representa Unicode seguido por um número hexadecimal.

UTF-8 é um padrão para representar caracteres na forma de oito bits, permitindo armazenar cada ponto de código no intervalo de 0 a 127 em um byte. Se lembrarmos de ASCII, isso é bastante normal para caracteres em inglês, mas caracteres em outro idioma geralmente são expressos em dois ou mais bytes. UTF-16 é o padrão para representar caracteres como 16 bits e UTF-32 é o padrão para representar caracteres como 32 bits. No ASCII, cada caractere é um byte e, no Unicode, que geralmente não é inteiramente verdadeiro, um caractere pode ocupar 1, 2, 3 ou mais bytes. O artigo usará vários agrupamentos dimensionais de bits. O número de bits em um byte varia dependendo do design do meio.

Neste artigo, viajaremos no tempo através de várias mídias de armazenamento, a fim de mergulhar na história do armazenamento de dados. Em nenhum caso, estudaremos profundamente cada portador de informação individual que já foi inventado. Aqui está um artigo informativo engraçado que de forma alguma reivindica significado enciclopédico.

Vamos começar. Suponha que tenhamos um byte de dados para armazenamento: a letra j, como byte codificado 6a ou como 01001010 binário. Durante nossa viagem no tempo, o byte de dados será usado em algumas tecnologias de armazenamento que serão descritas.

1951




Nossa história começa em 1951 com a unidade de fita UNIVAC UNISERVO para o computador UNIVAC 1. Foi a primeira unidade de fita projetada para um computador comercial. A fita era feita de uma fina tira de bronze niquelado com 12,65 mm de largura (chamada Vicalloy) e quase 366 metros de comprimento. Nossos bytes de dados podem ser armazenados a uma velocidade de 7.200 caracteres por segundo em uma fita que se move a uma velocidade de 2,54 metros por segundo. Neste ponto da história, você pode medir a velocidade do algoritmo de armazenamento pela distância percorrida pela fita.

1952




Avancemos um ano, em 21 de maio de 1952, quando a IBM anunciou o lançamento de sua primeira unidade de fita magnética, a IBM 726. Agora, nosso byte de dados pode ser movido da fita de metal UNISERVO para a fita magnética da IBM. Essa nova casa mostrou-se muito confortável para nosso pequeno byte de dados, pois até 2 milhões de dígitos podem ser armazenados na fita. Essa fita magnética de 7 faixas movia-se a uma velocidade de 1,9 metros por segundo, com uma velocidade de transmissão de 12.500 dígitos ou 7.500 caracteres (então chamados grupos de cópias) por segundo. Para referência: em um artigo médio sobre Habré, cerca de 10.000 caracteres.

A fita IBM 726 consistia em sete faixas, seis das quais serviam para armazenar informações e uma para paridade. Até 400 metros de fita com 1,25 cm de largura foram colocados em um rolo, e a taxa de transferência de dados atingiu teoricamente 12,5 mil caracteres por segundo; densidade de gravação - 40 bits por centímetro. Nesse sistema, foi utilizado o método de "canal de vácuo", no qual o laço da fita circulava entre dois pontos. Isso permitiu que a fita iniciasse e parasse em uma fração de segundo. Isso foi conseguido colocando-se longas colunas de vácuo entre os rolos da fita e as cabeças de leitura / gravação, a fim de absorver o aumento repentino de tensão na fita, sem a qual a fita normalmente estouraria. Um anel de plástico removível na parte traseira do rolo de fita forneceu proteção contra gravação. Cerca de 1,1 pode ser armazenado em um único rolo de fitamegabytes .

Lembre-se das fitas VHS. O que tinha que ser feito para assistir ao filme novamente? Rebobine a fita! E quantas vezes você girou a fita para o aparelho em um lápis, para não desperdiçar baterias e obter uma fita rasgada ou congestionada? O mesmo pode ser dito sobre as fitas usadas nos computadores. Os programas não podiam simplesmente pular alguma seção da fita ou acessar dados acidentalmente; eles podiam ler e gravar dados estritamente em sequência.

1956




Se você avançar vários anos, em 1956, a era do armazenamento em disco magnético começou com a conclusão do desenvolvimento da IBM do sistema de computador RAMAC 305, que a Zellerbach Paper entregará em San Francisco . Este computador foi o primeiro a usar um disco rígido de cabeça móvel. A unidade de disco RAMAC consistia em cinquenta placas de metal magnetizadas com 60,96 cm de diâmetro, capazes de armazenar cerca de cinco milhões de caracteres de dados, 7 bits por caractere e girar a uma velocidade de 1200 rpm. A capacidade de armazenamento era de cerca de 3,75 megabytes.

O RAMAC permitiu acesso em tempo real a grandes quantidades de dados, diferentemente da fita magnética ou cartões perfurados. IBM anuncia RAMAC como um dispositivo capaz de armazenar o equivalente a 64.000cartões perfurados . O RAMRAC introduziu anteriormente o conceito de processamento contínuo de transações à medida que avança, para que os dados possam ser recuperados imediatamente enquanto ainda estão atualizados. Agora, o acesso aos nossos dados no RAMAC pode ser realizado a uma velocidade de 100.000 bits por segundo . Anteriormente, ao usar fitas, tínhamos que escrever e ler dados seqüenciais e não podíamos pular acidentalmente para diferentes seções da fita. O acesso aleatório em tempo real aos dados foi verdadeiramente revolucionário na época.

1963




Vamos avançar para 1963 quando o DECtape foi introduzido. O nome vem da Digital Equipment Corporation, conhecida como DEC. O DECtape era barato e confiável, e é por isso que tem sido usado em muitas gerações de computadores DEC. Era uma fita de 19 mm, laminada e ensanduichada entre duas camadas de mylar em um carretel de 10,16 cm.

Diferentemente de seus antecessores pesados ​​e grandes, a fita DECtape pode ser transportada manualmente. Isso tornou uma ótima opção para computadores pessoais. Ao contrário das contrapartes de 7 trilhas, o DECtape tinha 6 trilhas de dados, 2 trilhas de tag e 2 para pulsos de clock. Os dados foram gravados a 350 bps (138 bps). Nosso byte de dados, que é de 8 bits, mas pode ser expandido para 12, pode ser transmitido ao DECtape a uma velocidade de 8325 palavras de 12 bits por segundo a uma velocidade de fita de 93 (± 12) polegadas por segundo . Isso representa 8% mais dígitos por segundo do que na fita metálica UNISERVO em 1952.
 

1967




Quatro anos depois, em 1967, uma pequena equipe da IBM começou a trabalhar em uma unidade IBM, codinome Minnow . Em seguida, a equipe foi incumbida de desenvolver uma maneira confiável e barata de carregar microcódigos nos mainframes IBM System / 370. Posteriormente, o projeto foi redesignado e reprojetado para fazer o download do microcódigo no controlador do IBM 3330 Direct Access Storage Facility, com o codinome Merlin.

Agora, nosso byte pode ser armazenado em disquetes Mylar com revestimento magnético de 8 polegadas, somente leitura, hoje conhecidas como disquetes. No momento do lançamento, o produto era chamado IBM 23FD Floppy Disk Drive System. Os discos podem conter 80 kilobytes de dados. Ao contrário dos discos rígidos, o usuário pode transferir facilmente um disquete em um shell protetor de uma unidade para outra. Mais tarde, em 1973, a IBM lançou um disquete de leitura / gravação, que se tornou o padrão do setor .
 

1969



 Em 1969, um computador de bordo AGC (Apollo Guidance Computer) com memória de corda foi lançado a bordo da espaçonave Apollo 11, que entregava astronautas americanos à Lua e vice-versa. Essa memória de corda foi feita à mão e podia conter 72 kilobytes de dados. A produção de memória de corda consumia muito tempo, era lenta e requeria habilidades semelhantes à tecelagem; meses podem levar meses para transformar o programa em uma memória de corda . Mas era a ferramenta certa para aqueles momentos em que era importante ajustar o máximo em um espaço bem limitado. Quando o fio passava por uma das veias circulares, era 1. O fio que passava pela veia era 0. Nosso byte de dados exigiu alguns minutos de tecer uma corda de uma pessoa.

1977




O Commodore PET, o primeiro computador pessoal (bem-sucedido), foi lançado em 1977. O PET usou o Commodore 1530 Datasette, que significa dados mais cassete. O PET converteu os dados em sinais de áudio analógicos, que foram armazenados em cassetes . Isso nos permitiu criar uma solução econômica e confiável para armazenamento de dados, embora seja muito lenta. Nosso pequeno byte de dados pode ser transmitido a uma velocidade de cerca de 60 a 70 bytes por segundo . Os cassetes podem conter cerca de 100 kilobytes no lado de 30 minutos, com dois lados por fita. Por exemplo, em um lado da fita, cerca de duas imagens de 55 KB podem ser colocadas. O Datasette também foi usado no Commodore VIC-20 e Commodore 64.

1978




Um ano depois, em 1978, a MCA e a Philips introduziram o LaserDisc sob o nome Discovision. Jaws foi o primeiro filme vendido no LaserDisc nos Estados Unidos. A qualidade do som e do vídeo era muito melhor que a dos concorrentes, mas o disco a laser era muito caro para a maioria dos consumidores. Era impossível gravar no LaserDisc, ao contrário das fitas VHS nas quais as pessoas gravavam programas de televisão. Os discos a laser funcionavam com vídeo analógico, som estéreo FM analógico e modulação por código de pulso ou áudio digital PCM. Os discos tinham um diâmetro de 30,47 cm e consistiam em dois discos de alumínio de um lado revestidos com plástico. Hoje, o LaserDisc é lembrado como a base do CD e DVD.

1979




Um ano depois, em 1979, Alan Schugart e Finis Conner fundaram a Seagate Technology com a idéia de escalar um disco rígido para o tamanho de um disquete de 5 inch de polegada, que era então padrão. Seu primeiro produto em 1980 foi o disco rígido Seagate ST506, o primeiro disco rígido para computadores compactos. O disco continha cinco megabytes de dados, que na época eram cinco vezes maiores que um disquete padrão. Os fundadores conseguiram atingir seu objetivo - reduzir o tamanho do disco para o tamanho de um disquete de 5 polegadas. O novo dispositivo de armazenamento de dados era uma placa de metal rígida revestida em ambos os lados com uma fina camada de material magnético para armazenamento de dados. Nossos bytes de dados podem ser transferidos para o disco a uma velocidade de 625 kilobytes por segundo . É sobre esse GIF .

1981




Avanço rápido de alguns anos, para 1981, quando a Sony lançou os primeiros disquetes de 3,5 polegadas. A Hewlett-Packard foi a primeira a seguir essa tecnologia em 1982 com seu HP-150. Isso glorificou os disquetes de 3,5 polegadas e proporcionou ampla distribuição no setor . Os disquetes eram unilaterais, com uma capacidade formatada de 161,2 kilobytes e uma capacidade não formatada de 218,8 kilobytes. Uma versão bidirecional foi lançada em 1982 e o consórcio do Microfloppy Industry Committee (MIC), composto por 23 empresas de mídia, baseou a especificação do disquete de 3,5 polegadas no design original da Sony, fixando o formato na história como a conhecemos.. Agora, nossos bytes de dados podem ser armazenados em uma versão anterior de uma das mídias mais comuns: um disquete de 3,5 polegadas. Mais tarde, um par de disquetes de 3,5 polegadas com o Oregon Trail se tornou a parte mais importante da minha infância.

1984




Pouco depois, em 1984, foi anunciado um CD com dados somente leitura (CD-ROM, memória somente leitura em CD). Estes eram CD-ROMs de 550 megabytes da Sony e Philips. O formato cresceu a partir de CDs de áudio digital, ou CD-DAs, usados ​​para distribuir músicas. O CD-DA foi desenvolvido pela Sony e Philips em 1982, com uma capacidade de 74 minutos. Segundo a lenda, quando a Sony e a Philips estavam negociando o padrão CD-DA, uma em cada quatro pessoas insistia que ele poderia acomodar toda a Nona Sinfonia. O primeiro produto lançado no CD foi a Grolier Electronic Encyclopedia, lançada em 1985. A enciclopédia continha nove milhões de palavras, que ocupavam apenas 12% do espaço em disco disponível, que é 553mebibyte . Teríamos espaço mais que suficiente para a enciclopédia e o byte de dados. Logo depois, em 1985, as empresas de computadores trabalharam juntas para criar um padrão para os discos, para que qualquer computador pudesse ler informações deles.

1984


Também em 1984, a Fujio Masuoka desenvolveu um novo tipo de memória com um obturador flutuante chamado memória flash, que foi capaz de ser apagado e reescrito várias vezes.

Vamos nos concentrar na memória flash usando um transistor de porta flutuante. Transistores são portões elétricos que podem ser ligados e desligados individualmente. Como cada transistor pode estar em dois estados diferentes (ativado e desativado), ele pode armazenar dois números diferentes: 0 e 1. O portão flutuante refere-se ao segundo portão adicionado ao transistor do meio. Este segundo portão é isolado com uma fina camada de óxido. Esses transistores usam uma pequena tensão aplicada à porta do transistor para indicar se está ligado ou desligado, o que, por sua vez, se traduz em 0 ou 1.
 
Nos portões flutuantes, quando a tensão correspondente é aplicada através da camada de óxido, os elétrons passam por ele e ficam presos nos portões. Portanto, mesmo quando a energia é desligada, os elétrons permanecem neles. Quando não há elétrons nos portões flutuantes, eles são 1 e quando os elétrons ficam presos - 0. O curso inverso desse processo e a aplicação de uma voltagem adequada através da camada de óxido na direção oposta fazem com que os elétrons passem pelos portões flutuantes e restauram o transistor ao seu estado original. Portanto, as células são programáveis ​​e não voláteis . Nosso byte pode ser programado em um transistor, como 01001010, com elétrons, com elétrons presos em portas flutuantes, para representar zeros.

O design da Masuoka era um pouco mais acessível, mas menos flexível que o PROM (EEPROM) eletricamente apagável, pois exigia vários grupos de células que precisavam ser apagados juntos, mas isso também ocorreu devido à sua velocidade.

Masuoka estava trabalhando para a Toshiba na época. No final, ele foi trabalhar na Universidade de Tohoku, pois estava infeliz por a empresa não o recompensar por seu trabalho. Masuoka processa a Toshiba por compensação. Em 2006, ele recebeu 87 milhões de yuans, o equivalente a 758 mil dólares. Isso ainda parece irrelevante, dada a influência da memória flash na indústria.

Como estamos falando de flash, também vale a pena notar a diferença entre o flash NOR e NAND. Como já sabemos de Masuoka, o flash armazena informações em células de memória que consistem em transistores de porta flutuante. Os nomes de tecnologia estão diretamente relacionados à organização das células de memória.

Na memória flash NOR, as células de memória individuais são conectadas em paralelo, fornecendo acesso aleatório. Essa arquitetura reduz o tempo de leitura necessário para o acesso aleatório às instruções do microprocessador. A memória flash NOR é ideal para aplicativos de menor densidade, que são principalmente somente leitura. É por isso que a maioria das CPUs carrega seu firmware, via regra, da memória flash NOR. Masuoka e colegas apresentaram a invenção do flash NOR em 1984 e do flash NAND em 1987.

Os desenvolvedores do NAND Flash abandonaram a possibilidade de acesso aleatório para obter um tamanho de célula de memória menor. Isso proporciona um tamanho de chip menor e menor custo por bit. A arquitetura flash NAND consiste em transistores de memória de oito partes conectados em série. Graças a isso, é alcançada uma alta densidade de armazenamento, menor tamanho de célula de memória, além de gravação e exclusão de dados mais rápidas, pois ele pode programar blocos de dados simultaneamente. Isso é alcançado devido à necessidade de sobrescrever os dados quando eles não são gravados sequencialmente e os dados já existem no bloco .

1991


Vamos para 1991, quando um protótipo de unidade de estado sólido (SSD) foi criado pela SanDisk, então conhecido como SunDisk . O projeto combinou uma matriz de memória flash, chips de memória não voláteis e um controlador inteligente para detectar e corrigir automaticamente células defeituosas. A capacidade do disco era de 20 megabytes com um fator de forma de 2,5 polegadas e seu custo estimado em cerca de US $ 1.000. Este disco foi usado pela IBM em um computador ThinkPad .

1994




Uma das minhas mídias favoritas desde a infância era o Zip Disks. Em 1994, a Iomega lançou o Zip Disk, um cartucho de 100 megabytes em um formato de 3,5 polegadas, um pouco mais grosso que um disco padrão de 3,5 polegadas. Os discos posteriores podem armazenar até 2 gigabytes. A conveniência desses discos é que eles eram do tamanho de um disquete, mas tinham a capacidade de armazenar mais dados. Nossos bytes de dados podem ser gravados em uma unidade Zip a uma velocidade de 1,4 megabytes por segundo. Para comparação: naquele tempo, 1,44 megabytes de um disquete de 3,5 polegadas foram registrados a uma velocidade de cerca de 16 kilobytes por segundo. Em um disco Zip, as cabeças lêem / gravam dados sem contato, como se estivessem voando acima da superfície, semelhante à operação de um disco rígido, mas difere do princípio de operação de outros disquetes. Logo, os discos Zip ficaram desatualizados devido a problemas de confiabilidade e disponibilidade.

1994




No mesmo ano, a SanDisk lançou o CompactFlash, amplamente utilizado em câmeras de vídeo digitais. Como nos discos compactos, a velocidade do CompactFlash é baseada em x classificações como 8x, 20x, 133x, etc. A velocidade máxima de transferência de dados é calculada com base na velocidade de transmissão do CD de áudio original, 150 kilobytes por segundo. A taxa de transferência se parece com R = Kx150 kB / s, onde R é a taxa de transferência e K é a velocidade nominal. Assim, para o CompactFlash 133x, nosso byte de dados será gravado em 133x150 kB / s ou cerca de 19 950 kB / s ou 19,95 Mb / s. A Associação CompactFlash foi fundada em 1995 com o objetivo de criar um padrão da indústria para cartões de memória flash.

1997


Alguns anos depois, em 1997, um CD regravável (CD-RW) foi lançado. Este disco óptico foi usado para armazenar dados, bem como para copiar e transferir arquivos para vários dispositivos. Os CDs podem ser reescritos cerca de 1000 vezes, o que na época não era um fator limitante, pois os usuários raramente copiavam dados.

Os CD-RWs são baseados na tecnologia de refletância de superfície. No caso do CD-RW, as mudanças de fase em um revestimento especial constituído por prata, telúrio e índio causam a capacidade de refletir ou não refletir o feixe de leitura, o que significa 0 ou 1. Quando o composto está no estado cristalino, é translúcido, o que significa 1. Quando o composto derrete em um estado amorfo, torna-se opaco e não refletivo, o quesignifica 0. Assim, poderíamos escrever nosso byte de dados como 01001010. Os

DVDs eventualmente ocuparam a maior parte do mercado com CD-RW.

1999


Vamos para 1999, quando a IBM lançou os menores discos rígidos do mundo na época: microdiscos IBM com capacidade de 170 e 340 MB. Estes eram pequenos discos rígidos de 2,54 cm projetados para instalação nos slots CompactFlash Tipo II. Foi planejado criar um dispositivo que será usado como CompactFlash, mas com uma maior capacidade de memória. No entanto, eles logo foram substituídos por unidades flash USB e, em seguida, cartões CompactFlash maiores quando ficaram disponíveis. Como outros discos rígidos, os microdrives eram mecânicos e continham pequenos discos rotativos.

2000


Um ano depois, em 2000, as unidades flash USB foram introduzidas. As unidades consistiam em memória flash fechada em um pequeno formato com uma interface USB. Dependendo da versão da interface USB usada, a velocidade pode variar. O USB 1.1 é limitado a 1,5 megabits por segundo, enquanto o USB 2.0 pode lidar com 35 megabits por segundo e o USB 3.0 pode lidar com 625 megabits por segundo. As primeiras unidades USB 3.1 do tipo C foram anunciadas em março de 2015 e tinham uma velocidade de leitura / gravação de 530 megabits por segundo. Ao contrário de disquetes e ópticos, os dispositivos USB são mais difíceis de arranhar, mas ao mesmo tempo têm os mesmos recursos para armazenar dados, bem como para transferir e fazer backup de arquivos. As unidades de disquete e CD-ROM foram rapidamente substituídas pelas portas USB.

2005




Em 2005, os fabricantes de discos rígidos (HDDs) começaram a enviar produtos usando gravação magnética perpendicular, ou PMR. Curiosamente, isso aconteceu ao mesmo tempo em que o iPod Nano anunciou o uso de memória flash em vez de discos rígidos de 1 polegada no iPod Mini.

Um disco rígido típico contém um ou mais discos rígidos revestidos com um filme magneticamente sensível que consiste em pequenos grãos magnéticos. Os dados são gravados quando uma cabeça de gravação magnética voa logo acima de um disco rotativo. Isso é muito semelhante a um tocador de gramofone tradicional, a única diferença é que no gramofone a agulha está em contato físico com o registro. À medida que os discos giram, o ar em contato com eles cria uma brisa leve. Assim como o ar na asa de um avião cria sustentação, o ar gera sustentação na cabeça da superfície aerodinâmica da cabeça do disco . A cabeça muda rapidamente a magnetização de uma região magnética dos grãos, de modo que seu pólo magnético aponte para cima ou para baixo, indicando 1 ou 0.
 
O antecessor do PMR era a gravação magnética longitudinal, ou LMR. A densidade de gravação PMR pode exceder a densidade de gravação LMR em mais de três vezes. A principal diferença entre PMR e LMR é que a estrutura de grão e a orientação magnética dos dados armazenados da mídia PMR são colunares e não longitudinais. O PMR possui melhor estabilidade térmica e melhor relação sinal / ruído (SNR) devido à melhor separação e uniformidade de grãos. Também possui capacidade de gravação aprimorada graças a campos de cabeçote mais fortes e melhor alinhamento magnético da mídia. Como o LMR, as limitações fundamentais do PMR são baseadas na estabilidade térmica dos bits de dados gravados magneticamente e na necessidade de ter SNR suficiente para ler as informações gravadas.

2007


Em 2007, foi anunciado o primeiro disco rígido de 1 TB da Hitachi Global Storage Technologies. O Hitachi Deskstar 7K1000 usou cinco placas de 3,5 polegadas e 200 gigabytes e girou a uma velocidade de 7200 rpm. Essa é uma grande vantagem em comparação com o primeiro disco rígido IBM RAMAC 350 do mundo, cuja capacidade era de aproximadamente 3,75 megabytes. Oh, até onde chegamos em 51 anos! Mas espere, há algo mais.

2009


Em 2009, começaram os trabalhos técnicos na criação de memória expressa não volátil, ou NVMe. A memória não volátil (NVM) é um tipo de memória que pode armazenar dados permanentemente, ao contrário da memória não volátil, que precisa de energia constante para salvar os dados. O NVMe atende à necessidade de uma interface de controlador de host escalável para componentes periféricos baseados em unidades semicondutoras compatíveis com a tecnologia PCIe, daí o nome NVMe. Mais de 90 empresas foram incluídas no grupo de trabalho de desenvolvimento de projetos. Tudo isso foi baseado nos resultados da definição da especificação da interface de memória não volátil do controlador host (NVMHCIS). As melhores unidades NVMe até o momento podem lidar com cerca de 3.500 megabytes por segundo ao ler e 3.300 megabytes por segundo ao escrever. Escreva o byte de dados j, a partir do qual começamos,pode ser muito rápido em comparação com alguns minutos de tecer manualmente uma memória de corda para o computador de orientação Apollo.

Presente e futuro


Memória de classe de armazenamento


Agora que viajamos pelo tempo (ha!), Vamos dar uma olhada no estado atual da memória da classe de armazenamento. O SCM, como o NVM, é robusto, mas também oferece desempenho superior ou comparável à memória principal, além de endereçamento de bytes.. O objetivo do SCM é resolver alguns dos problemas atuais de cache, como SRAM (memória de acesso aleatório de baixa densidade). Usando a memória dinâmica de acesso aleatório (DRAM), podemos obter uma densidade melhor, mas isso é alcançado através de acesso mais lento. A DRAM também sofre com a necessidade de energia constante para atualizar a memória. Vamos descobrir um pouco. A fonte de alimentação é necessária, uma vez que a carga elétrica nos capacitores vaza gradualmente, ou seja, sem interferência, os dados no chip serão perdidos em breve. Para evitar esse vazamento, a DRAM requer um circuito de atualização de memória externa que substitua periodicamente os dados nos capacitores, restaurando-os à sua carga original.

Memória de mudança de fase (PCM)


Examinamos anteriormente como a fase muda para o CD-RW. PCM é semelhante. O material para a mudança de fase é geralmente Ge-Sb-Te, também conhecido como GST, que pode existir em dois estados diferentes: amorfo e cristalino. Um estado amorfo possui uma resistência mais alta que denota 0 do que um estado cristalino que denota 1. Ao atribuir valores de dados a resistências intermediárias, o PCM pode ser usado para armazenar vários estados na forma de MLC .

Memória de acesso aleatório de torque de transferência de rotação (STT-RAM)


O STT-RAM consiste em duas camadas magnéticas ferromagnéticas permanentes separadas por um dielétrico, ou seja, um isolador que pode transmitir força elétrica sem conduzir. Ele armazena bits de dados com base na diferença nas direções magnéticas. Uma camada magnética, chamada de referência, possui uma direção magnética fixa, enquanto a outra camada magnética, chamada livre, possui uma direção magnética, que é controlada pela corrente transmitida. Para 1, a direção de magnetização de duas camadas é alinhada. Para 0, ambas as camadas têm direções magnéticas opostas.

Memória de acesso aleatório resistivo (ReRAM)
A célula ReRAM consiste em dois eletrodos de metal separados por uma camada de óxido de metal. Um pouco como o design da memória flash Masuoka, onde os elétrons penetram na camada de óxido e ficam presos em um portão flutuante ou vice-versa. No entanto, ao usar ReRAM, o estado da célula é determinado com base na concentração de oxigênio livre na camada de óxido de metal.

Embora essas tecnologias sejam promissoras, elas ainda apresentam desvantagens. PCM e STT-RAM têm um alto atraso de gravação. A latência do PCM é dez vezes maior que a DRAM, enquanto a STT-RAM é dez vezes maior que a SRAM. PCM e ReRAM têm um limite para a duração da gravação antes que ocorra um erro grave, o que significa que o elemento de memória está preso a um determinado valor .

Em agosto de 2015, a Intel anunciou o lançamento do Optane, seu produto baseado no 3DXPoint. Optane afirma que o desempenho é 1.000 vezes maior que as unidades de estado sólido NAND e o preço é de quatro a cinco vezes maior que a memória flash. Optane é a prova de que o SCM não é apenas uma tecnologia experimental. Será interessante observar o desenvolvimento dessas tecnologias.

Discos rígidos (HDD)


Disco rígido de hélio (HHDD)


Um disco de hélio é uma unidade de disco rígido (HDD) de grande capacidade, preenchida com hélio e hermeticamente selada durante a produção. Como outros discos rígidos, como dissemos anteriormente, parece uma plataforma giratória com uma placa giratória com revestimento magnético. Os discos rígidos típicos simplesmente têm ar dentro da cavidade, no entanto, esse ar causa alguma resistência quando as placas giram.

As bolas de hélio voam porque o hélio é mais leve que o ar. De fato, o hélio é 1/7 da densidade do ar, o que reduz a força de frenagem durante a rotação das placas, causando uma diminuição na quantidade de energia necessária para girar os discos. No entanto, esse recurso é secundário, a principal característica distintiva do hélio é que ele permite embalar 7 placas no mesmo fator de forma, que geralmente continha apenas 5. Se recordarmos a analogia com a asa de nossa aeronave, esse é um análogo ideal. Como o hélio reduz o arrasto, a turbulência é descartada.

Também sabemos que as bolas de hélio começam a cair em alguns dias, porque o hélio as deixa. O mesmo pode ser dito das unidades. Anos se passaram antes que os fabricantes pudessem criar um contêiner que evitasse que o hélio deixasse o fator de forma durante toda a vida útil da unidade. O Backblaze experimentou e descobriu que os discos de hélio tinham um erro anual de 1,03%, enquanto os erros padrão tinham 1,06%. Obviamente, essa diferença é tão pequena que é bastante difícil tirar uma conclusão séria dela .

O fator de forma preenchido com hélio pode conter um disco rígido encapsulado usando o PMR de que falamos acima, gravação magnética por microondas (MAMR) ou gravação por aquecimento magnético (HAMR). Qualquer tecnologia de armazenamento magnético pode ser combinada com hélio em vez de ar. Em 2014, a HGST combinou duas tecnologias de ponta em seu disco rígido de 10 TB de hélio usando a gravação magnética de ladrilhos acionada por host ou SMR (gravação magnética com shingled). Vamos falar um pouco sobre a SMR e depois considerar a MAMR e a HAMR.

Tecnologia de gravação magnética em mosaico


Anteriormente, vimos a gravação magnética perpendicular (PMR), que era a antecessora da SMR. Diferentemente do PMR, o SMR grava novas faixas que se sobrepõem a parte de uma faixa magnética gravada anteriormente. Isso, por sua vez, torna a faixa anterior mais estreita, fornecendo uma densidade mais alta de faixas. O nome da tecnologia deve-se ao fato de que os caminhos de volta são muito semelhantes aos caminhos lado a lado no telhado.

O SMR leva a um processo de gravação muito mais complicado, pois ao gravar em uma faixa, a faixa adjacente é substituída. Isso não ocorre quando o backup do disco está vazio e os dados são consistentes. Porém, assim que você grava em uma série de faixas que já contêm dados, os dados vizinhos existentes são apagados. Se uma faixa adjacente contiver dados, ela deverá ser reescrita. Isso é bem parecido com o flash NAND de que falamos anteriormente.

Os dispositivos SMR ocultam essa complexidade controlando o firmware, resultando em uma interface semelhante a qualquer outro disco rígido. Por outro lado, os dispositivos SMR controlados por host não permitirão o uso dessas unidades sem adaptação especial de aplicativos e sistemas operacionais. O host deve gravar nos dispositivos estritamente em sequência. Ao mesmo tempo, o desempenho do dispositivo é 100% previsível. A Seagate começou a enviar discos SMR em 2013, alegando que sua densidade é 25% maior que a PMR.

Gravação Magnética por Microondas (MAMR)


A gravação magnética assistida por microondas (MAMR) é uma tecnologia de memória magnética que utiliza energia semelhante à HAMR (veja abaixo). Uma parte importante da MAMR é o oscilador de torque de rotação (STO) ou "gerador de rotação e rotação". O próprio STO está localizado próximo à cabeça de gravação. Quando a corrente é aplicada ao STO, um campo eletromagnético circular com uma frequência de 20 a 40 GHz é gerado devido à polarização dos spins dos elétrons.

Sob a influência de tal campo, ocorre uma ressonância no ferro-ímã usado para MAMR, o que leva à precessão dos momentos magnéticos dos domínios nesse campo. De fato, o momento magnético se desvia de seu eixo e, para mudar sua direção (flip), a cabeça de gravação precisa de significativamente menos energia.

O uso da tecnologia MAMR permite tomar substâncias ferromagnéticas com maior força coercitiva, o que significa que é possível reduzir o tamanho dos domínios magnéticos sem medo de causar um efeito superparamagnético. O gerador STO ajuda a reduzir o tamanho da cabeça de gravação, o que torna possível gravar informações em domínios magnéticos menores e, portanto, aumenta a densidade de gravação.

A Western Digital, também conhecida como WD, introduziu essa tecnologia em 2017. Logo depois, em 2018, a Toshiba deu suporte a essa tecnologia. Enquanto a WD e a Toshiba estão procurando a tecnologia MAMR, a Seagate está apostando na HAMR.

Gravação termomagnética (HAMR)


A gravação magnética assistida por calor (HAMR) é uma tecnologia de armazenamento de dados magnéticos de economia de energia que pode aumentar significativamente a quantidade de dados que podem ser armazenados em um dispositivo magnético, como um disco rígido, usando o calor fornecido pelo laser para ajudar a gravar dados na superfície subjacência do disco rígido. Graças ao aquecimento, os bits de dados estão localizados no substrato do disco muito mais próximos, o que permite aumentar a densidade e a capacidade dos dados.

Essa tecnologia é bastante difícil de implementar. O laser de 200 mW aquece rapidamenteuma área minúscula de até 400 ° C antes da gravação, sem interferir ou danificar o restante dos dados no disco. O processo de aquecimento, registro de dados e resfriamento deve ser concluído em menos de um nanossegundo. Para resolver esses problemas, foi necessário desenvolver plasmons de superfície em nanoescala, também conhecidos como laser guiado por superfície, em vez de aquecimento direto por laser, bem como novos tipos de placas de vidro e revestimentos com controle de temperatura que podem suportar aquecimento por ponto rápido sem danificar a cabeça de gravação ou quaisquer dados próximos e vários outros problemas técnicos que precisavam ser superados.

Apesar do grande ceticismo, a Seagate demonstrou essa tecnologia pela primeira vez em 2013. Os primeiros discos começaram a ser enviados em 2018.

O final do filme, pule para o começo!


Começamos em 1951 e estamos concluindo o artigo, analisando o futuro da tecnologia de armazenamento. O data warehouse mudou muito ao longo do tempo: de fita de papel para metal e magnético, memória de corda, discos giratórios, discos ópticos, memória flash e outros. No decorrer do progresso, surgiram dispositivos de armazenamento mais rápidos, mais compactos e mais eficientes.

Se você comparar o NVMe com uma fita metálica UNISERVO de 1951, o NVMe poderá ler 486 111% mais dígitos por segundo. Se você comparar o NVMe com meus discos Zip favoritos da infância, o NVMe poderá ler 213,623% mais dígitos por segundo.

A única coisa que permanece verdadeira é o uso de 0 e 1. As maneiras pelas quais fazemos isso variam muito. Espero que da próxima vez que você gravar um CD-RW com músicas para um amigo ou salvar seu vídeo caseiro no Optical Disc Archive, pense em como a superfície não refletora traduz o valor para 0 e a refletiva em 1. Ou se você escreva mixtape no cassete, lembre-se de que isso está muito relacionado ao Datasette usado no Commodore PET. Finalmente, não esqueça de ser gentil e retroceder.

Agradeço a Robert Mustakki e Rick Alterra pelos boatos (não consigo me conter ) ao longo do artigo!

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