- Datu glabāšanas evolūcija ir virzījusies no perfokartēm un magnētiskajām lentēm uz cietajiem diskiem, optiskajiem diskdziņiem un arvien kompaktāku un lētāku zibatmiņu.
- Ātrgaitas tīklu un lielu datu centru apvienojums ir veicinājis mākoņdatošanas, datu ezeru un izkliedētās masīvās lielo datu krātuves attīstību.
- Pašreizējie izaicinājumi ir saistīti ar izturību, drošību un eksponenciāla datu pieauguma pārvaldību, izpētot tādas tehnoloģijas kā hologrāfiskā atmiņa un DNS uzglabāšana.
Visā vēsturē cilvēce ir izgudrojusi visdažādākos trikus un ierīces informācijas glabāšanai : sākot no māla plāksnītēm un perforētām kartona kartēm līdz datu mākoņiem, kas izvietoti visā pasaulē. Datu apjoms, ko mēs mūsdienās ģenerējam, ir tik satriecošs, ka mūsu smadzenes, lai cik attīstītas tās būtu, ir nepietiekamas un tām ir nepieciešama tehnoloģiska palīdzība.
Izpratne par to, kā esam pārgājuši no dažiem kilobaitiem metāla skapī līdz terabaitiem kabatās un zettabaitiem izkliedētos datu centros, nav tikai vēsturisks kuriozs: tas izskaidro, kāpēc mēs strādājam tā, kā strādājam, kā mēs patērējam digitālo izklaidi un ar kādiem riskiem mēs saskaramies, zaudējot atmiņas, dokumentus vai zināšanas, ja izvēlamies nepareizu datu nesēju.
No cilvēka atmiņas līdz pirmajām datu glabāšanas iekārtām
Pirms apspriest diskus, lentes vai mākoņus, ir vērts atcerēties, ka pirmā atmiņas ierīce ir cilvēka smadzenes ar ierobežoto un nepilnīgo bioloģisko atmiņu . Evolūcija palielināja to izmēru un ietilpību: tādām sugām kā Australopithecus afarensis smadzeņu tilpums bija aptuveni 400–500 cm³, Homo habilis sasniedza 600–700 cm³, Homo erectus sasniedza 800–1100 cm³, bet neandertāliešiem — aptuveni 1200–1600 cm³ . Mūsdienu cilvēkiem, Homo sapiens, smadzeņu tilpums ir aptuveni 1230 cm³.
Šis lēciens ļāva mums ražot instrumentus, radīt kultūras, rituālus un sarežģītas valodas , taču atmiņa joprojām ir trausla: mēs aizmirstam, sagrozām atmiņas un nespējam tikt galā ar pašreizējo datu lavīnu. Tāpēc ir nepieciešams izstrādāt ārējas ierīces, kas stabili glabā informāciju , nepaļaujoties uz mūsu neironiem.
Perfokartes: caurumu valoda
Pirmais lielais lēciens digitālās atmiņas virzienā bija mehāniskā tehnoloģija: perfokartes . 1725. gadā francūzis Bazils Bušons izstrādāja perforēto karšu sistēmu stelles vadībai. Tā nebija skaitļošana mūsdienu izpratnē, bet gan instrukciju kodēšanas un atkārtotas izmantošanas metode.
1837. gadā britu matemātiķis Čārlzs Bebidžs izstrādāja savu slaveno analītisko mašīnu — skaitļošanas mašīnu ar kustīgām daļām, kas izmantoja perfokartes gan komandu, gan rezultātu ģenerēšanai. Caurumi darbojās kā ieslēgšanas/izslēgšanas slēdži , paredzot bināro kodu.
Vēlāk amerikānis Hermans Holerits šo ideju īstenoja praksē ar savu analītisko dzinēju tautas skaitīšanai: caurdurtie caurumi attēloja instrukcijas un arī datus, ko mašīna varēja nolasīt automātiski. Gadu desmitiem perfokartes bija standarta programmu un datu glabāšanas līdzeklis daudzos datoros.
Sākot ar 60. gs. sešdesmitajiem gadiem, tās sāka aizstāt ar magnētiskajām tehnoloģijām, lai gan tās turpināja izmantot arī 80. gs. astoņdesmitajos gados tādiem uzdevumiem kā standartizēti testi vai elektroniska balsošana uz perforēta papīra.
Magnētisma pirmsākumi: lentes, bungas un serdeņi
50. gs. piecdesmitajos gados datortehnikas pasaule pieņēma magnētismu informācijas glabāšanai. Pamatideja ir vienkārša: pārklāt vidi ar magnetizējamu materiālu un sakārtot to sīkos domēnos (dipolos), kas attēlo bitus.
1928. gadā vācu inženieris Frics Pfleumers patentēja magnētisko lenti , iedvesmojoties no Valdemāra Pulsena magnētiskā kabeļa. 1965. gadā Mohawk Data Sciences ieviesa magnētiskās lentes kodētāju, kas paredzēts, lai pakāpeniski aizstātu perfokartes . Lentes piedāvāja lielāku ietilpību par zemāku cenu, lai gan piekļuve saglabājās secīga.
1932. gadā austrietis Gustavs Taušeks izgudroja magnētisko cilindru — cilindru, kas pārklāts ar magnetizējamu materiālu. Šie cilindri varēja uzglabāt aptuveni desmit tūkstošus vārdu , un tie bija tiešie mūsdienu cieto disku priekšteči, piedāvājot ātrāku piekļuvi nekā lentes.
Aptuveni tajā pašā laikā parādījās operatīvās atmiņas tehnoloģijas. Laikā no 20. gs. četrdesmito gadu beigām līdz piecdesmitajiem gadiem tika izstrādāta magnētiskā kodola atmiņa , ko sauc arī par toroidālo atmiņu: mazi feromagnētiska materiāla gredzeni, kurus šķērso vadoši vadi. Katrs kodols saglabāja vienu bitu , un tā magnētisko stāvokli varēja ātri nolasīt un ierakstīt.
1953. gadā MIT ieguva patentu un uzbūvēja datoru Whirlwind — pionieri magnētiskās atmiņas izmantošanā kā operatīvo atmiņu (RAM). Tas bija daudz ātrāks un uzticamāks nekā perfokartes, taču tā ražošana bija sarežģīta un dārga , un tai bija nepieciešama ļoti precīza un darbietilpīga montāža.
Elektroniskās atmiņas: no Viljamsa lampas līdz pusvadītājam
Pirms tranzistori visu revolucionizēja, pastāvēja starpposma elektroniskās atmiņas risinājumi. 1946. gadā profesors Frederiks C. Viljamss un Toms Kilbērns Mančestras Universitātē izstrādāja tā saukto Viljamsa lampu . Tā bija modificēta katodstaru lampa, kas ļāva saglabāt bināros datus kā lādiņu modeļus ekrānā . Tā tika izmantota kā RAM agrīnajos datoros ar saglabātām programmām.
1948. gadā parādījās vēl viena neparasta tehnoloģija: Selectron — termioniskais vārsts, kas spēj darboties kā brīvpiekļuves atmiņa . To izstrādāja Jans A. Radžmans un viņa komanda Amerikas Radio korporācijā (RCA). Lai gan tehniski tā bija interesanta, tās sarežģītība un izmaksas ievērojami ierobežoja tās ieviešanu.
1949. gadā tika ieviesta kavējuma līnijas atmiņa (RAM ), kuras pamatā bija signāla izplatīšanās laiks fiziskā vidē (piemēram, dzīvsudrabā vai kvarcā). Biti tika kodēti kā impulsi, kas nepārtraukti cirkulēja vidē; tas bija ģeniāls risinājums, taču ne pārāk elastīgs salīdzinājumā ar vēlāko operatīvo atmiņu (RAM).
20. gs. piecdesmito gadu beigās magnētiskā kodola atmiņa kļuva par dominējošo operatīvo atmiņu (RAM), līdz 20. gs. sešdesmitajos un septiņdesmitajos gados sāka parādīties pusvadītāji . 1966. gadā jaunizveidotais Intel sāka pārdot 2000 bitu pusvadītāju atmiņas mikroshēmas , kur katrā šūnā bija miniaturizēti tranzistori vai kondensatori.
1966. gadā parādījās arī DRAM (dinamiskā brīvpiekļuves atmiņa) . DRAM katrs bits tiek glabāts kā elektriskais lādiņš kondensatorā . Tā ir gaistoša atmiņa: ja tiek pārtraukta strāvas padeve, informācija tiek zaudēta. Tomēr tā ir ļoti blīva un lēta, tāpēc tā kļuva par standarta operatīvo atmiņu personālajos datoros un serveros.
Turpretī ROM (tikai lasāma atmiņa) ir ieprogrammēta pastāvīgi un saglabā datus pat tad, kad ierīce ir izslēgta, kas ir ļoti noderīgi programmaparatūras un sāknēšanas rutīnu glabāšanai.
Uzlabotas magnētiskās inovācijas: Twistor un Bubble Memory
1957. gadā pētnieks Endrjū Bobeks Bell Labs izgudroja Twistor atmiņu . Šī tehnoloģija aptīja magnētisko lenti ap vadošu vadu , nevis izmantoja toroidālus serdeņus, kas samazināja svaru, enerģijas patēriņu un ražošanas izmaksas.
Bell Labs prezentēja Twistor kā labāku alternatīvu magnētiskajiem kodoliem: lētāku, vieglāku un vieglāk izgatavojamu . Tomēr tā komerciālais logs bija īss, jo drīz vien parādījās kompaktākas un mērogojamākas pusvadītāju RAM mikroshēmas.
Balstoties uz šo pētījumu, Bobeks 1980. gadā izstrādāja slaveno burbuļu atmiņu (Bubble Memory). Šī tehnoloģija izmantoja ļoti plānu magnētiskā materiāla plēvi, kurā tika veidotas mazas magnetizētas zonas jeb "burbuļi" , katrs no kuriem attēloja vienu bitu. Tā bija nepastāvīga un diezgan izturīga , lai gan to bija grūti ražot lielā mērogā.
Magnētiskie diski un lentes: no IBM 350 līdz disketēm
Lielais lēciens uz to, ko mēs pazīstam šodien, notika ar magnētiskajiem diskiem . 1951. gadā UNIVAC I jau ietvēra lenšu diskdziņus, kas spēja uzglabāt līdz pat 128 vārdiem collā. Taču mūsdienu ballītes karalis bija cietais disks.
1956. gadā IBM laida klajā IBM 350 , kas tiek uzskatīts par pirmo mūsdienu cieto disku. Tā ietilpība bija aptuveni 4,4 MB , tas sastāvēja no piecdesmit 24 collu šķīvjiem, kas griezās ar ātrumu 1200 apgr./min, un bija aptuveni ledusskapja lielumā, sverot vairāk nekā tonnu. Tomēr tas piedāvāja ļoti ātru nejaušo piekļuvi salīdzinājumā ar lentēm.
Laika gaitā, uzlabojoties magnētiskās ierakstīšanas tehnoloģijai, cietie diski palielinājās ietilpībā, samazinājās to cena un tie kļuva miniaturizēti , galu galā radot mūsdienu galddatoru un klēpjdatoru cietos diskus ar vairākiem terabaitiem 3,5 vai 2,5 collu formātā, un tagad šo izvēli salīdzina ar SSD un ārējiem cietajiem diskiem.
Līdztekus lielajiem cietajiem diskiem IBM reklamēja arī disketes . 1971.–1972. gadā parādījās 8 collu disketes ar sākotnējo ietilpību aptuveni 80 KB. Tās sastāvēja no elastīga materiāla diska, kas pārklāts ar magnētisko oksīdu, un ievietots aizsargapvalkā.
1975. gadā Alans Šugarts izstrādāja 5,25 collu disketi , kas bija labāk piemērota personālajiem datoriem. Šo disku ietilpība agrīnajās versijās bija aptuveni 110 KB, un tie bija ātrāki un lētāki nekā 8 collu diski. Līdz 1978. gadam jau bija aptuveni desmit ražotāju, kas ražoja 5,25 collu diskus.
Astoņdesmito gadu sākumā parādījās klasiskā 3,5 collu diskete ar savu stingro korpusu un metāla cilni, kas aizsargāja magnētisko virsmu. Tā bija izturīgāka, kompaktāka un ar lielāku ietilpību nekā tās priekšgājēji. Tā kļuva tik populāra, ka pat mūsdienās daudzās programmās ikona "Saglabāt" joprojām ir diskete.
Neskatoties uz to, ka sadzīves sfērā tās ir praktiski novecojušas, dažas kritiskās infrastruktūras, piemēram, noteiktas militārās vai kodolieroču sistēmas, pārsteidzoši daudzus gadus ir uzturējušas diskešu diskus tieši to vienkāršības un izolācijas dēļ, kas ir prakse, kas saistīta ar veco datoru glabāšanu.
Magnētiskā lente skaitļošanā: no dublēšanas līdz ilgmūžībai
Lai gan magnētiskās lentes secīgā piekļuve padara to lēnāku nekā diskus, tās zemā izmaksu/ietilpības attiecība un izturība ir saglabājusi to kā iecienītu datu nesēju masveida dublējumkopijām.
Astoņdesmitajos gados parādījās tādi formāti kā datiem pielāgotas audiolentes , ko plaši izmantoja mājas mikrodatoros, un vēlāk specifiskas dublējuma lentes, piemēram, DAT (Digital Audio Tape) , ko 1987. gadā izstrādāja Sony. Tā bija pārveidota kasete ar 4 mm lenti kompaktā kasetnē.
1989. gadā Sony un Hewlett-Packard ieviesa DDS (Digital Data Storage) standartu — DAT evolūciju, kas koncentrējās uz datoru datu glabāšanu. Tas piedāvāja arvien lielākas ietilpības relatīvi mazos formātos , kas bija ideāli piemērots uzņēmumiem.
Optiskie diski: CD, DVD un Blu-ray
Kamēr dominēja magnētiskā ierakstīšana, veidojās vēl viena revolucionāra pieeja: optiskā glabāšana, izmantojot lāzerus . 60. gs. sešdesmitajos gados izgudrotājs Džeimss T. Rasels strādāja pie idejas par gaismas izmantošanu mūzikas ierakstīšanai un atskaņošanai. Gadiem ilgi tā tika uzskatīta par neko vairāk kā jaunumu.
1975. gadā Sony un Philips ieguldīja lielus līdzekļus viņa projektā un finansēja tā izstrādi. Rezultāts bija kompaktdisks (CD) , kas komerciāli tika laists klajā 1980. gadā. Audio ierakstu jomā tas varēja uzglabāt aptuveni 700 MB datu datora formātā, kas tolaik bija milzīgs apjoms, salīdzinot ar disketēm.
1984. gadā parādījās CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory — kompaktdisks) , kas izmantoja tādu pašu fizisko formātu kā audio kompaktdisks, bet kodēja datora datus. Uz diska plastmasas virsmas ir iegravēti mikrobedrītes un plakani laukumi (zemes) , kurus lāzers interpretē kā bitus.
Vēlāk parādījās ierakstāmi varianti: tikai rakstāmais CD-R un pārrakstāmais CD-RW , kas tika ieviests 1995. gadā. Tas ļāva jebkuram lietotājam vairākas reizes ierakstīt un dzēst datus vienā un tajā pašā diskā.
1995. gadā parādījās DVD (Digital Versatile Disc — digitālais universālais disks) , kas ievērojami palielināja datu glabāšanas ietilpību. Vienslāņa DVD disks saturēja 4,7 GB , bet divslāņu DVD diski — divreiz vairāk. Tas kļuva par standartu mājas video un liela mēroga programmatūras izplatīšanai.
Kā mēģinājums konkurēt ar HD-DVD formātu 2005. gadā parādījās Toshiba, NEC un Sanyo reklamētais formāts. Tas piedāvāja augstu izšķirtspēju, taču komerciālajā cīņā galu galā uzvarēja Blu-ray , kas tika laists klajā 2003. gadā un kura pamatā ir īsāka viļņa garuma zili violets lāzers , kas ļauj uzglabāt vairāk informācijas tajā pašā fiziskajā telpā.
Blu-ray disks ir kļuvis par augstas izšķirtspējas video un augsta blīvuma glabāšanas datu nesēju ar ietilpību 25 GB uz slāni un vairāku slāņu variantiem, kas sasniedz desmitiem gigabaitu uz disku.
Magnetooptiskie datu nesēji un hibrīdformāti
Starp tīro magnētismu un optiskajiem diskiem radās hibrīdu saime: magnetooptiskie diski . Tie tika ieviesti ap 1990. gadu, apvienojot magnētiskās un optiskās metodes datu glabāšanai un nolasīšanai.
Šie diski, bieži vien 3,5 vai 5,25 collu kasetēs, izmantoja lāzeru, lai lokāli uzsildītu virsmu, un magnētisko lauku, lai orientētu plates. Nolasīšana balstījās uz atstarotās gaismas polarizācijas variācijām (Kera efekts) . Tie piedāvāja labu izturību un pārrakstīšanas iespējas , lai gan bija dārgāki un sarežģītāki nekā kompaktdiski vai DVD diski.
90. gados pastāvēja arī daži īslaicīgi, bet interesanti formāti. 1992. gadā Sony izlaida MiniDisc , kas bija paredzēts audiokasetes aizstāšanai un arī datu glabāšanai (MD Data versijās), ar aptuveni 140 MB ietilpību. 1994. gadā Iomega laida klajā Zip un vēlāk Jaz — tā laika lielas ietilpības noņemamus diskus (no 100 MB līdz 1 GB), kas mēģināja aizpildīt robu starp disketēm un pirmajiem ārējiem cietajiem diskiem.
Zibatmiņa un USB diski: lielisks lēciens pārnēsājamām ierīcēm
Deviņdesmito gadu beigās ienāca klusa revolūcija: zibatmiņa — nepastāvīgas elektroniskās atmiņas veids. Lai gan sākotnēji tā bija paredzēta kamerām un portatīvajām ierīcēm , tā drīz vien izplatījās uz visu.
1993. gadā tika ieviesta CompactFlash (CF) — karte, kas integrēja zibatmiņu robustā formātā. Tā tika plaši izmantota kā iekšējā atmiņa digitālajās kamerās un dažos iegultajos datoros . Neilgi pēc tam nāca SmartMedia (Toshiba, 1995. gadā) un 1997. gadā Siemens un SanDisk multimediju karte (MMC) .
1999. gadā IBM izlaida Microdrive — mini cieto disku kompaktas kartes lielumā, un 2000. gadā populāras kļuva Secure Digital (SD) kartes ar iebūvētu šifrēšanu un standarta izmēriem 32 x 32 x 2,1 mm. SD kartes kļuva par faktisku standartu mobilajiem tālruņiem, kamerām un daudzām pārnēsājamām ierīcēm.
Galvenais pagrieziena punkts vidusmēra lietotājam bija USB zibatmiņas disks . Ap 2000. gadu Singapūras uzņēmums Trek 2000 International ieviesa ThumbDrive , kas tiek uzskatīts par pirmo komerciāli veiksmīgo USB zibatmiņu. Tajā tika izmantota NAND zibatmiņa un tā tika tieši pievienota USB portam , bez nepieciešamības pēc ārēja barošanas avota vai sarežģītiem kontrolleriem, lai gan dažreiz ir noderīgi apzināties iespējamās problēmas ar USB centrmezgliem . Šie diski, ko sauc arī par zibatmiņām, USB atmiņas kartēm vai zibatmiņām , piedāvāja ietilpību, sākot no dažiem megabaitiem un drīz vien pieaugot līdz desmitiem gigabaitu. Tiem nebija kustīgu daļu, tie varēja izturēt tūkstošiem rakstīšanas ciklu un bija ļoti izturīgi pret triecieniem un elektromagnētiskajiem traucējumiem . Ar to tie aizstāja disketes un sāka aizēnot kompaktdiskus un DVD diskus kā datu nesēju.
Cietvielu diski (SSD) un pusvadītāju diski (SMR): paātriniet un samaziniet jaudu
Tā pati zibatmiņas tehnoloģija radīja cietvielu diskus (SSD) . No operētājsistēmas viedokļa šīs ierīces darbojas līdzīgi kā cietie diski, taču iekšēji tās ir savstarpēji savienotas zibatmiņas mikroshēmu kopas bez plāksnēm vai lasīšanas/rakstīšanas galviņām; ja jūs interesē atšķirība no citām tehnoloģijām, piemēram, NVMe krātuves , tā ir diezgan atklājoša.
Pirmos komerciāli veiksmīgos SSD diskus radīja tādi uzņēmumi kā SanDisk , un tie ātri izplatījās klēpjdatoros un galddatoros, aizstājot cietos diskus (HDD), kuros galvenais ir piekļuves ātrums un samazināts enerģijas patēriņš . To mikroshēmas atšķiras no tām, kas parasti atrodamas USB zibatmiņās, piedāvājot augstāku veiktspēju, izturību un nodilumizturību , kas nozīmē augstāku cenu par gigabaitu.
Tikmēr tradicionālie cietie diski ir turpinājuši attīstīties. Viena no jaunākajām tehnoloģijām ir šindeļu magnētiskā ierakstīšana (SMR) . Tā vietā, lai ierakstītu atsevišķus ierakstus, tie tiek daļēji pārklāti kā jumta dakstiņi , tādējādi izgriežot ierakstus, nezaudējot atbilstošo saturu.
Tas ļauj palielināt ietilpību tajā pašā fiziskajā telpā , vienlaikus saglabājot zemas izmaksas un izmantojot esošo cieto disku infrastruktūru. SMR jau ir daudzos mūsdienu cietajos diskos, īpaši lielas ietilpības diapazonos, kas paredzēti lielapjoma glabāšanai un arhivēšanai.
No fiziskās noliktavas līdz datu centram: silosi, ezeri un lielie dati
Digitālās informācijas straujā izaugsme mudināja organizācijas izveidot lielas loģiskas glabāšanas sistēmas. Tas radīja datu silosus — informācijas kopas, kas glabājas konkrētai nodaļai vai sistēmai un ir nesaderīgas vai grūti integrējamas ar pārējo uzņēmumu.
Sākotnēji šīs silosas tika uzskatītas par dīvainām datu salām; laika gaitā tās kļuva par vērtīgu informācijas avotu lieldatiem , ļaujot apvienot un analizēt lielus vēsturisku datu apjomus. Vēlāk parādījās datu ezera koncepcija.
Datu ezers uzglabā informāciju tās sākotnējā, neapstrādātā formātā , ko parasti pārvalda, izmantojot NoSQL datubāzes. Šīs sistēmas pieņem strukturētus, daļēji strukturētus un nestrukturētus datus, ļaujot analītiķiem un mākslīgā intelekta algoritmiem apstrādāt informāciju pēc pieprasījuma.
Saskaņā ar tādām iniciatīvām kā BBVA OpenMind, datu ezeri izmanto plakanas arhitektūras bez stingrām hierarhiskām struktūrām, lai veicinātu elastīgu piekļuvi un samazinātu izmaksas. Tie ir kļuvuši par būtiskām sastāvdaļām lielo datu un mākslīgā intelekta projektos.
Mākonis un tiešsaistes krātuve: dati visur
Nākamā būtiskā pārmaiņa nebija tik daudz jauns fizisks datu nesējs, cik modeļa maiņa, pateicoties ātrgaitas tīkliem . Uzlabotā joslas platums un lētāka diska vieta ļāva izveidot milzīgus datu centrus, kas pieejami, izmantojot internetu.
Tā radās mākoņdatošana un līdz ar to arī mākoņkrātuve . No lietotāja viedokļa mākonis piedāvā praktiski neierobežotu jaudu, kas pieejama no jebkuras ierīces un atrašanās vietas , par maksu vai pat bez maksas, ja tiek pieņemti ierobežojumi.
Praksē "mākonis" ir milzīga serveru, disku masīvu, SSD disku, lentu un iekšējo tīklu kolekcija . To izmanto gan dokumentu, fotoattēlu un videoklipu dublēšanai , gan primārajai glabāšanai . Ja izmantojat e-pastu, sociālos medijus vai straumēšanas pakalpojumus, jūs jau katru dienu izmantojat mākoņkrātuvi.
Pakalpojumu sniedzējiem ir bijis jāpastiprina drošība, izmantojot šifrēšanu, autentifikāciju un piekļuves kontroli, jo koplietota arhitektūra rada konfidencialitātes problēmas. Tādām nozarēm kā banku darbība ir noteikti stingri noteikumi, lai mazinātu šos riskus.
Papildus vispārējas nozīmes tiešsaistes krātuvei pastāv arī īpaši bezvadu mājas krātuves risinājumi . Vēsturisks piemērs ir Apple AirPort Time Capsule — Wi-Fi ierīce, kurā integrēts maršrutētājs un cietais disks līdz pat 3 TB, kas paredzēta automātiskai dublēšanai un bezvadu datu piekļuvei no Apple ierīcēm.
Jaunas robežas: hologrammas, DNS un īpaši ilgi kalpojoši materiāli
Saskaroties ar gaidāmo datu cunami turpmākajās desmitgadēs, datu glabāšanas pētījumi meklē ceļus, kas ļoti atšķiras no diskiem vai zibatmiņām. Viens no tiem ir hologrāfiskā atmiņa , kas digitālos datus glabā materiāla, piemēram, kristālu vai fotopolimēru, tilpumā , nevis tikai tā virsmā.
Hologrāfiskās atmiņas lielākā priekšrocība ir tā, ka tā var izmantot datu nesēja biezumu, lai uzglabātu informāciju 3D formātā (Brega sējums), sasniedzot milzīgu blīvumu. Lai gan prototipi pastāv, tā vēl nav plaši izmantota tehnoloģija, taču tā kļūst par vienu no iespējamiem ilgtermiņa risinājumiem ļoti augsta blīvuma arhivēšanai.
Vēl viena aizraujoša joma ir DNS uzglabāšana . DNS, dzīvības molekula, var kodēt satriecošu informācijas daudzumu: aptuveni 2,2 petabaiti uz gramu . Teorētiski visi cilvēces ģenerētie dati varētu ietilpt vienā karotē DNS.
Turklāt DNS ir ārkārtīgi ilgstoša vide , kas, pareizi uzglabājot, spēj saglabāt informāciju tūkstošiem gadu. Pašreizējā problēma ir izmaksas un ātrums: mazāk nekā 100 KB datu kodēšana var izmaksāt aptuveni 1500 USD, un sintēzes un sekvencēšanas procesi joprojām ir lēni.
Tiek pētīta mākslīgās DNS vai modificētu biomolekulu izmantošana , lai samazinātu šo operāciju izmaksas un ātrumu, taču tā joprojām ir eksperimentālā stadijā. Tomēr ideja ir skaidra: pāriet no diskiem un mikroshēmām uz patiesi molekulāru uzglabāšanu.
Paralēli nanotehnoloģijas paver durvis tādiem pielietojumiem kā oglekļa izotopu izmantošana (piemēram, oglekļa-12 atomi “0” vietā un oglekļa-13 atomi “1” vietā) vai īpaši stabilu minerālu materiālu izmantošana. 2023. gadā uzņēmums Cerabyte paziņoja par sistēmu, kas izmanto lāzeru, lai uz minerālu substrāta iegravētu trīsdimensiju datu masīvus, kas līdzīgi QR kodiem , un ir izturīgi pret ekstremālām temperatūrām, ugunsgrēkiem, plūdiem un strāvas pārspriegumiem, un to paredzamais kalpošanas laiks pārsniedz 5000 gadus.
Uzticamība, sīku detaļu sabrukšana un kopijas: glabāšanas mazāk glaunā puse
Neatkarīgi no datu nesēja, tiem visiem ir viena problēma: to kalpošanas laiks ir ierobežots, un tie ir pakļauti bojājumiem . Cietie diski var tikt bojāti triecienu dēļ, lentes var demagnetizēties, optiskie diski var nolietoties, un zibatmiņa laika gaitā var zaudēt savu uzlādi.
Bieži pieminēta parādība ir bitu sabrukšana — klusa degradācija, kuras laikā daži biti maina vērtību, to uzreiz nemanot . Tas jo īpaši ietekmē ilgtermiņa datu nesējus, piemēram, vecus cietos diskus, lentes vai zibatmiņas diskus, kas daudzus gadus netiek nolasīti.
Tāpēc ieteicams periodiski piekļūt datu nesējiem (piemēram, ik pa laikam nolasīt USB disku) un ik pēc dažiem gadiem replicēt informāciju jaunā datu nesējā. Tādas sistēmas kā RAID ar kļūdu labošanas kodiem ļauj atjaunot bojātus datus, ieviešot redundanci, taču tās nekad pilnībā neizslēdz risku.
Attiecībā uz klasifikāciju mēs parasti nošķiram primāro atmiņu (RAM, kešatmiņu), kas ir īpaši ātra, bet nepastāvīga un procesors tai var tieši piekļūt, un sekundāro atmiņu (disku, SSD diskus, lentes, mākoņkrātuvi), kas ir lēnāka, bet nepastāvīga. Sekundārās atmiņas ietvaros mēs vēl vairāk nošķiram secīgu piekļuvi (lentes) un nejaušu piekļuvi (disku, SSD diskus, zibatmiņu) atkarībā no tā, vai varam tieši pāriet uz vēlamajiem datiem vai arī mums ir jāpārbauda visi dati no sākuma.
Neatkarīgi no tehnoloģijas, vienīgā reālā aizsardzība pret datu zudumu joprojām ir dublēšana un labi plānotas dublējumkopijas . Un, strādājot ar sensitīvu informāciju, tiek izmantota gan publiskās atslēgas (RSA u. c.), gan simetriskās atslēgas (AES, DES) kriptogrāfija , kas ir īpaši aktuāla mākoņkrātuves kontekstā.
Kopumā datu glabāšanas vēsture mūs ir novedusi no milzīgām mašīnām ar dažu kilobaitu ietilpību līdz niecīgiem mikroshēmām, kas spēj apstrādāt terabaitus, un izkliedētām sistēmām, kas pārvalda zettabaitus; un tomēr mēs turpinām meklēt jaunus, blīvākus, izturīgākus un drošākus datu glabāšanas līdzekļus , sākot no hologrammām līdz DNS vai eksotiskiem minerālu materiāliem. Viss liecina, ka, tāpat kā līdz šim, nākamie lēcieni apvienos fiziskas inovācijas ar arvien inteliģentākām tīkla arhitektūrām, lai turpinātu ļaut mums uzglabāt un izgūt, gandrīz neapzinoties, milzīgo datu apjomu, ko mēs radām katru dienu.
