Eldre lagring og utviklingen av dataenheter

Informatec Digital » Ressurser » Eldre lagring og utviklingen av dataenheter

Gjennom historien har menneskeheten utviklet alle slags triks og dingser for å lagre informasjonFra leirtavler eller hullkort av papp til dataskyer spredt over hele kloden, er mengden data vi genererer i dag så svimlende at hjernen vår, uansett hvor utviklet den er, kommer til kort og trenger teknologisk hjelp.

Forstå hvordan vi har gått fra noen få kilobyte i et metallskap til Terabyte i lommen og zettabyte i distribuerte datasentre Det er ikke bare en historisk kuriositet: det forklarer hvorfor vi jobber slik vi gjør, hvordan vi konsumerer digital underholdning, og hvilken risiko vi står overfor for å miste minner, dokumenter eller kunnskap hvis vi velger feil medium.

Fra menneskets hukommelse til de første datalagringsmaskinene

Før vi diskuterer disker, bånd eller skyer, er det verdt å huske at den første lagringsenheten er Den menneskelige hjernen, med sin begrensede og ufullkomne biologiske hukommelseEvolusjonen økte størrelsen og kapasiteten deres: arter som Australopithecus afarensis De hadde omtrent 400–500 cm³ hjerne, Homo habilis Den nådde 600–700 cm³, den Homo erectus nådde 800–1100 cm³ og Neandertalerne hadde rundt 1200–1600 cm³Moderne mennesker, Homo sapiens, opererer på rundt 1230 cm³.

Det spranget gjorde det mulig å produsere verktøy, skape komplekse kulturer, ritualer og språkMen hukommelsen forblir skjør: vi glemmer, vi forvrenger minner, og vi klarer ikke å håndtere den nåværende skredet av data. Derfor behovet for Utvikle eksterne enheter som lagrer informasjon på en stabil måte, uten å være avhengig av nevronene våre.

Hulkort: hullenes språk

Det første store spranget mot digital lagring var mekanisk: Perforerte kortI 1725, den franske Basile Bouchon Han utviklet et system med hullkort for å kontrollere vevstoler. Det var ikke databehandling i moderne forstand, men det var en metode for koding og gjenbruk av instruksjoner.

I 1837, britene Charles Babbage designet sin berømte Analytisk motor, en regnemaskin med bevegelige deler som brukte hullkort for både kommandoer og resultater. Hullene fungerte som av/på-brytereforutse det binære.

Senere, den amerikanske Herman Hollerith Han satte denne ideen ut i livet med sin analytiske motor for folketellingen: perforeringene representerte instruksjoner og også data som maskinen kunne lese automatisk. I flere tiår var kort den standardstøtte for programmer og data på mange datamaskiner.

Fra 60-tallet og utover begynte de å bli erstattet av magnetiske teknologier, selv om De fortsatte å bli brukt langt inn på 80-tallet for oppgaver som standardiserte tester eller elektronisk avstemning på hullpapir.

Begynnelsen til magnetisme: bånd, trommer og kjerner

På 50-tallet omfavnet databehandling magnetisme for å lagre informasjon. Grunnideen er enkel: belegge en støtte med magnetiserbart materiale og organisere den i ørsmå domener (dipoler) som representerer biter.

I 1928, den tyske ingeniøren Fritz Pfleumer patenterte den Magnetisk teipInspirert av Valdemar Poulsens magnetiske kabel introduserte Mohawk Data Sciences en magnetbåndkoder i 1965 designet for gradvis erstatte hullkortBåndene tilbød mer kapasitet til en lavere pris, selv om tilgangen forble sekvensiell.

I 1932, den østerrikske Gustav Taushek oppfant magnetisk trommelen sylinder belagt med magnetiserbart materiale. Disse trommene lagres i størrelsesorden ti tusen ord og var direkte forgjengere til moderne harddisker, med raskere tilgang enn bånd.

Rundt samme tid dukket det opp teknologier for hovedminne. Mellom slutten av 40-tallet og 50-tallet utviklet magnetisk kjerneminne, også kalt toroidminne: små ringer av ferromagnetisk materiale krysset av ledende ledninger. Hver kjerne lagret én bit, og dens magnetiske tilstand kunne leses og skrives raskt.

I 1953 kjøpte MIT patentet og bygde datamaskinen Whirlwind, en pioner innen bruk av magnetisk kjerneminne som RAM. Det var mye raskere og mer pålitelig enn hullkort, men Produksjonen var kompleks og dyr, da det krever svært fin og arbeidskrevende montering.

Elektroniske minner: fra Williams-røret til halvlederen

Før transistorer revolusjonerte alt, fantes det mellomliggende elektroniske lagringsløsninger. I 1946, professor Fredrik C. Williams og Tom Kilburn utviklet den såkalte Williams-rør ved Universitetet i Manchester. Det var et modifisert katodestrålerør som tillot lagre binære data i form av lastemønstre på skjermenDen ble brukt som RAM i tidlige datamaskiner med lagrede programmer.

I 1948 dukket det opp en annen særegen teknologi: Selectron, en termionisk ventil som er i stand til å fungere som tilfeldig tilgangsminneDen ble utviklet av Jan A. Rajchman og teamet hans ved Radio Corporation of America (RCA). Selv om den er teknisk interessant, er dens kompleksitet og kostnader begrenset adopsjonen betydelig.

I 1949, den forsinkelseslinjeminne, basert på å utnytte tiden det tar for et signal å forplante seg gjennom et fysisk medium (for eksempel kvikksølv eller kvarts). Biter ble kodet som pulser som sirkulerte kontinuerlig gjennom mediet; Det var en genial løsning, men ikke særlig fleksibel. sammenlignet med bakre RAM.

På slutten av 50-tallet ble magnetisk kjerneminne etablert som den dominerende RAM-en, frem til 60- og 70-tallet da andre teknologier begynte å dukke opp. halvledereI 1966 begynte det nyopprettede Intel å selge 2000-bits halvlederminnebrikkerder hver celle inneholdt miniatyriserte transistorer eller kondensatorer.

I 1966, den DRAM (Dynamisk Random Access Memory)Dynamisk tilfeldig tilgangsminne (DRAM). I det lagres hver bit som elektrisk ladning i en kondensatorDet er et flyktig minne: hvis strømmen kuttes, går informasjonen tapt. Men det er veldig tett og billig, og det er derfor det ble standard hovedminne i personlige datamaskiner og servere.

I kontrast, den ROM (skrivebeskyttet minne) Den er permanent programmert og beholder dataene selv når utstyret er slått av, noe som er veldig nyttig for lagring av fastvare og oppstartsrutiner.

Avanserte magnetiske innovasjoner: Twistor og Bubble Memory

I 1957, forskeren Andrew Bobeck oppfunnet på Bell Labs Twistor-minneDenne teknologien involverte magnetbånd rundt en ledende ledning, i stedet for å bruke toroidformede kjerner, noe som reduserte vekt, forbruk og produksjonskostnader.

Bell Labs presenterte Twistor som et bedre alternativ til magnetiske kjerner: billigere, lettere og enklere å produsereDet kommersielle vinduet var imidlertid kort, fordi mer kompakte og skalerbare halvleder-RAM-brikker snart kom.

Basert på denne forskningen utviklet Bobeck det berømte [produktet/systemet/osv.] i 1980 Bobleminne eller bobleminne. I dette tilfellet ble det brukt en veldig tynn film av magnetisk materiale der små magnetiserte soner ble dannet, «bobler»hver av dem representerte en bit. Det var ikke-flyktig og ganske robustselv om det er komplisert å produsere i stor skala.

Magnetiske disker og bånd: fra IBM 350 til disketten

Det store spranget til det som er kjent for oss i dag kom med magnetiske diskerI 1951 hadde UNIVAC I allerede innlemmet båndstasjoner i stand til å lagre opptil 128 ord per tomme. Men kongen av det moderne partiet var harddisk.

I 1956 lanserte IBM IBM 350, regnet som den første moderne harddisken. Den hadde omtrent 4,4 MB kapasitetDen besto av femti 24-tommers plater som roterte med 1200 o/min og var omtrent på størrelse med et kjøleskap, og veide over et tonn. Likevel tilbød den svært rask tilfeldig tilgang sammenlignet med kassetter.

Over tid gjorde forbedringer i magnetisk opptaksteknologi harddisker De vil øke kapasiteten, synke i pris og bli miniatyriserte....frem til dagens harddisker for stasjonære og bærbare datamaskiner, med flere terabyte i 3,5- eller 2,5-tommers formater, en avgjørelse som nå sammenlignes med SSD vs. ekstern harddisk.

Ved siden av de store harddiskene promoterte IBM også disketterI 1971–1972 dukket det opp disketter. 8 inchesmed en startkapasitet på omtrent 80 KB. De besto av en fleksibel disk belagt med magnetisk oksid, inne i en beskyttende hylse.

S 1975, Allan Shugart utviklet 5,25 tommers diskettmer håndterbare for personlige datamaskiner. Disse diskene var rundt 110 KB i sine tidlige versjoner og var raskere og billigere enn de 8-tommers. I 1978 var det allerede et dusin produsenter som produserte 5,25-tommers enheter.

Tidlig på 80-tallet slo klassikeren igenom 3,5 tommers diskettDen hadde et stivt hus og en metallflik som beskyttet den magnetiske overflaten. mer holdbar, mer kompakt og med større kapasitet enn forgjengerne. Den ble så populær at selv i dag, i mange programmer, er «Lagre»-ikonet fortsatt en diskett.

Til tross for at den praktisk talt er foreldet i den hjemlige sfæren, Enkelte kritiske infrastrukturer, som visse militære eller atomkraftsystemer, har vedlikeholdt diskettstasjoner I overraskende mange år, nettopp på grunn av sin enkelhet og isolasjon, en praksis knyttet til hvordan ta vare på de gamle PC-ene dine.

Magnetbånd i databehandling: fra sikkerhetskopiering til lang levetid

Selv om den sekvensielle tilgangen til magnetbånd gjør det tregere enn disker, er det lavt kostnad/kapasitetsforhold og holdbarhet De har opprettholdt den som en stjernestøtte for massive sikkerhetskopier.

På 80-tallet ble formater som lydkassett tilpasset data, mye brukt i hjemmemikrodatamaskiner, og senere spesifikke sikkerhetskopieringsbånd som DAT (digital lydbånd)Utviklet av Sony i 1987, var det en redesignet kassett, med 4 mm tape i en kompakt kassett.

I 1989 lanserte Sony og Hewlett-Packard standarden DDS (digital datalagring), en videreutvikling av DAT fokusert på lagring av data på datamaskiner. Den tilbød økende kapasiteter i relativt små formater, ideelt for bedrifter.

Optiske plater: CD, DVD og Blu-ray

Mens magnetisk opptak dominerte, tok en annen revolusjonerende tilnærming form: optisk lagring ved bruk av laserPå 60-tallet, oppfinneren James T. Russell Han jobbet med ideen om å bruke lys til å spille inn og gjengi musikk. I årevis ble det ansett som lite mer enn en nyhet.

S 1975, Sony og Philips De investerte tungt i prosjektet hans og finansierte utviklingen av det. Resultatet var kompaktplate (CD), kommersielt lansert i 1980. For lyd kunne den lagre rundt 700 MB data i dataformat, en enorm mengde for den tiden sammenlignet med disketter.

I 1984 CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory)som brukte samme fysiske format som lyd-CD-en, men kodet data fra datamaskinen. Dataene ble registrert på plastoverflaten av platen. mikrosprekker (groper) og flate områder (landområder), som laseren tolker som biter.

Senere dukket det opp opptaksbare varianter: CD-R, kun for skriving, og CD-RW, omskrivbar, introdusert i 1995. Dette tillot enhver bruker registrere og slette data flere ganger på samme plate.

I 1995 kom DVD (Digital Versatile Disc)noe som økte informasjonstettheten betraktelig. En enkeltlags-DVD oppnådde 4,7 GBog dobbeltlags dobbelt så mye. Det ble standarden for hjemmevideo og storskala programvaredistribusjon.

Som en forsøkt rival dukket formatet opp i 2005 HD-DVD, promotert av Toshiba, NEC og Sanyo. Den tilbød HD, men den kommersielle kampen ble til slutt vunnet av Blu-ray, utgitt i 2003 og basert på en kortere bølgelengde blåfiolett lasersom gjør at mer informasjon kan lagres på samme fysiske plass.

Blu-ray etablerte seg som et medium for HD-video og lagring med høy tetthet, med kapasitet på 25 GB per lag og flerlagsvarianter som når titalls gigabyte per disk.

Magneto-optiske medier og hybridformater

Mellom ren magnetisme og optiske plater oppsto en hybridfamilie: magneto-optiske platerDe ble introdusert rundt 1990, og kombinerte magnetiske og optiske teknikker å lagre og lese data.

Disse diskene, ofte 3,5 eller 5,25 tommer i patroner, brukte en laser til å varme opp overflaten lokalt og et magnetfelt for å orientere domenene. Avlesningen var basert på variasjoner av polarisering av reflektert lys (Kerr-effekten)De tilbød god holdbarhet og omskrivbarhetselv om det koster mer og er mer komplisert enn CD-er eller DVD-er.

90-tallet så også flyktige, men interessante formater. I 1992, Minidisc fra Sony, designet for bytte ut lydkassetten og lagrer også data (i MD Data-versjoner), med omtrent 140 MB. I 1994 lanserte Iomega Zip og senere Jaz, flyttbare disker med høy kapasitet for den tiden (100 MB til 1 GB), som forsøkte å fylle gapet mellom disketten og de første eksterne diskene.

Flashminne og USB-stasjoner: det store spranget med bærbare enheter

På slutten av 90-tallet kom en stille revolusjon: Flashminneen type ikke-flyktig elektronisk lagring. Selv om den opprinnelig ble unnfanget med kameraer og bærbare enheterDet spredte seg snart til alt.

Den ble introdusert i 1993 CompactFlash (CF)Et kort som integrerte flashminne i et robust format. Det ble mye brukt som intern lagring i digitale kameraer og noen innebygde datamaskinerKort tid etter kom de frem Smartmedia (Toshiba, 1995) og Multimediekort (MMC) av Siemens og SanDisk i 1997.

I 1999 kom Mikrostasjoner IBMs miniharddisk på størrelse med et kompaktkort, og i 2000 Secure Digital (SD)-kortmed innebygd kryptering og standardstørrelser på 32 x 32 x 2,1 mm. SD-kort ble de facto-standarden for mobiltelefoner, kameraer og en rekke bærbare enheter.

Det største vendepunktet for den gjennomsnittlige brukeren var USB-pinneRundt år 2000 introduserte det singaporeanske selskapet Trek 2000 International USB-minnepinneDen regnes som den første kommersielt vellykkede USB-minnepinnen. NAND flash-minne og koblet direkte til en USB-port, uten behov for ekstern strøm eller kompliserte kontrollere, selv om det noen ganger er nyttig å vite problemer med USB-huberDisse enhetene, også kalt USB-minnepinne, USB-pinne eller minnepinneDe tilbød kapasiteter som startet på noen få megabyte og snart vokste til titalls gigabyte. De hadde ingen bevegelige deler og støttet tusenvis av skrivesykluser og var svært motstandsdyktige mot støt og elektromagnetisk interferensMed dette erstattet de disketter og begynte å overskygge CD-er og DVD-er som medium for datautveksling.

Solid State-disker (SSD-er) og SMR-er: Akselerer og press kapasiteten

Den samme flashminneteknologien ga opphav til solid state-stasjoner (SSD-er)Disse enhetene fungerer som harddisker fra operativsystemets synspunkt, men internt er de sammenkoblede flash-brikkesettuten fat eller hoder; hvis du er interessert i forskjellen med andre teknologier som NVMe-lagringDet viser seg å være avslørende.

De første vellykkede kommersielle SSD-ene kom fra selskaper som SanDisk og spredte seg raskt til bærbare datamaskiner og stasjonære datamaskiner, og fortrengte harddisker der tilgangshastighet og redusert energiforbruk De er viktige. Brikkene deres er forskjellige fra de som vanligvis finnes i USB-stasjoner, og tilbyr forbedret ytelse, holdbarhet og slitasjekontroll, noe som betyr en høyere pris per gigabyte.

I mellomtiden har tradisjonelle harddisker fortsatt å utvikle seg. En av de nyere teknologiene er Shingled magnetisk opptak (SMR)I stedet for å skrive separate spor, overlapper de delvis som om de var takstein på et tak, trimmer spor uten å miste relevant innhold.

Dette tillater øke kapasiteten i samme fysiske romSMR er allerede tilstede i mange moderne harddisker, spesielt i høykapasitetsområder beregnet for masselagring og arkivering, og opprettholder lave kostnader og utnytter den eksisterende HDD-infrastrukturen.

Fra fysisk lager til datasenter: siloer, innsjøer og stordata

Den eksplosive veksten av digital informasjon førte til at organisasjoner skapte store logiske lagringssystemer. Dette ga opphav til... Datasiloersom er sett med informasjon lagret for en bestemt avdeling eller et bestemt system, inkompatibel eller dårlig integrert med resten av selskapet.

I starten ble disse siloene sett på som merkelige øyer av data; over tid ble de verdifull informasjonskilde for stordataved å kunne kombinere og analysere store mengder historisk informasjon. Senere ble konseptet med Data Lake.

Un datossjøen lagrer informasjon i din originalt, ubehandlet formatDisse systemene administreres vanligvis ved hjelp av NoSQL-databaser, og godtar strukturerte, semistrukturerte og ustrukturerte data, slik at analytikere og AI-algoritmer kan utføre komplekse operasjoner. behandle informasjon på forespørsel.

Ifølge initiativer som BBVA OpenMind bruker datasjøer flate arkitektureruten rigide hierarkiske strukturer, for å legge til rette for fleksibel tilgang og holde kostnadene nede. De har blitt grunnleggende komponenter for stordata- og kunstig intelligens-prosjekter.

Skyen og nettlagring: data overalt

Den neste store vendingen var ikke så mye et nytt fysisk medium som en modellbytte takket være høyhastighetsnettverkForbedringen i båndbredde og reduksjonen i kostnadene for diskkapasitet gjorde det mulig å sette opp enorme datasentre tilgjengelige via Internett.

Slik ble født Cloud Computing og med den, den sky lagringFra brukerens synspunkt tilbyr skyen Så godt som ubegrenset kapasitet, tilgjengelig fra alle enheter og steder, mot et gebyr eller til og med gratis hvis begrensninger aksepteres.

I praksis er «skyen» en et massivt utvalg av servere, diskarrayer, SSD-er, bånd og interne nettverkDen brukes til sikkerhetskopier som for primær lagring av dokumenter, bilder og videoerHvis du har e-post, sosiale medier eller strømmetjenester, bruker du allerede skylagring daglig.

Leverandørene har måttet forsterke sikkerhet gjennom kryptering, autentisering og tilgangskontrollFordi en delt arkitektur skaper utfordringer med konfidensialitet. Sektorer som bankvirksomhet er underlagt strenge reguleringer for å redusere disse risikoene.

I tillegg til generell nettbasert lagring finnes det spesifikke løsninger for Trådløs lagring hjemmeEt historisk eksempel er Apple AirPort-tidskapsel, en Wi-Fi-enhet som integrerte en ruter og en harddisk på opptil 3 TB, designet for automatiske sikkerhetskopier og trådløs datatilgang fra Apple-enheter.

Nye grenser: hologrammer, DNA og materialer med ultralang levetid

Stilt overfor den forventede tsunamien av data i de kommende tiårene, utforsker lagringsforskning veier som er svært forskjellige fra disker eller flashminne. En av dem er... holografisk minne, som lagrer digitale data i volumet av et materiale som krystaller eller fotopolymerer, i stedet for å være begrenset til overflaten.

Den store fordelen med holografisk minne er at det kan utnytt tykkelsen på støtten til å lagre 3D-informasjon (Bragg-volum), og oppnår enorme tettheter. Selv om prototyper finnes, er det ennå ikke en mye brukt teknologi, men den fremstår som en av de mulige langsiktige løsningene for arkivering med svært høy tetthet.

Et annet fascinerende felt er DNA-lagringDNA, livets molekyl, kan kode en enorm mengde informasjon: det er anslått at 2,2 petabyte per gramI teorien ville alle dataene generert av menneskeheten passe inn i én DNA-skje.

Dessuten er DNA en ekstremt langvarig støtteDen er i stand til å bevare informasjon i tusenvis av år hvis den lagres riktig. Det nåværende problemet er kostnad og hastighet: koding av mindre enn 100 KB data kan koste rundt 1500 dollar, og syntese- og sekvenseringsprosessene er fortsatt trege.

Bruken av Kunstig DNA eller modifiserte biomolekylære molekyler for å redusere kostnadene og få fart på disse operasjonene, men det er fortsatt i en eksperimentell fase. Ideen er imidlertid klar: å gå fra disker og brikker til virkelig molekylær lagring.

Parallelt åpner nanoteknologi dører som bruk av karbonisotoper (for eksempel karbon-12-atomer for «0» og karbon-13-atomer for «1») eller spesielt stabile mineralmaterialer. I 2023, selskapet Cerabyte annonserte et system som bruker en laser for gravering av tredimensjonale datamatriser som ligner på QR-koder på et mineralsubstrat, motstandsdyktig mot ekstreme temperaturer, branner, flom og overspenninger, med en estimert holdbarhet på mer enn 5000 år.

Pålitelighet, bitråte og kopier: den mindre glamorøse siden av lagring

Uansett plattform har de alle ett felles problem: De har begrenset levetid og er utsatt for svikt.Disker kan bli støtt, bånd kan bli avmagnetiserte, optiske plater kan svekkes, og flashminne kan miste strøm over tid.

Et mye omtalt fenomen er litt råte, den stille fornedringen der Noen biter endrer verdi uten å være umiddelbart merkbareDette påvirker spesielt langtidslagringsmedier som gamle harddisker, bånd eller flash-minne som går mange år uten å bli lest.

Derfor anbefales det få tilgang til lagringsmediet med jevne mellomrom (for eksempel lese en USB-stasjon av og til)og gjenskape informasjonen i nye medier med noen års mellomrom. Systemer som RAID med feilrettingskoder De tillater rekonstruksjon av skadede data ved å innføre redundans, men de eliminerer aldri risikoen fullstendig.

Når det gjelder klassifisering, skiller vi vanligvis mellom primærlagring (RAM, hurtigbuffer), ultrarask, men ustabil og direkte tilgjengelig for prosessoren, og sekundær lagring (disker, SSD-er, bånd, skylagring), tregere, men ikke-flyktige. Innen sekundærlagring skiller vi videre mellom sekvensiell tilgang (kassetter) og tilfeldig tilgang (disker, SSD, flash), avhengig av om vi kan hoppe direkte til dataene vi ønsker eller må gå gjennom alt fra begynnelsen.

Uansett teknologi er det eneste virkelige forsvaret mot datatap fortsatt redundans og godt planlagt sikkerhetskopieringOg når vi snakker om sensitiv informasjon, spiller følgende inn: kryptografi, både offentlig nøkkel (RSA, osv.) og symmetrisk nøkkel (AES, DES), spesielt relevant i skylagringssammenhenger.

Samlet sett tar lagringshistorien oss fra enorme maskiner med noen få kilobyte til bittesmå brikker som kan håndtere terabyte og distribuerte systemer som administrerer zettabyte; og likevel leter vi fortsatt. nye, tettere, mer holdbare og sikrere støtterFra hologrammer til DNA eller eksotiske mineralmaterialer tyder alt på at, akkurat som det har skjedd frem til nå, vil de neste sprangene kombinere fysiske innovasjoner med stadig mer intelligente nettverksarkitekturer for å fortsette å gi oss muligheten til å lagre og hente, nesten uten å innse det, den enorme mengden data vi produserer hver dag.