- Ewolucja pamięci masowej nastąpiła od kart perforowanych i taśm magnetycznych do dysków twardych, napędów optycznych i coraz bardziej kompaktowych i tańszych pamięci flash.
- Połączenie szybkich sieci i dużych centrów danych przyczyniło się do rozwoju technologii chmury, jezior danych i rozproszonego, ogromnego magazynu danych na potrzeby dużych zbiorów danych.
- Obecne wyzwania koncentrują się na trwałości, bezpieczeństwie i zarządzaniu wykładniczym wzrostem danych, a ich celem jest eksploracja takich technologii, jak pamięć holograficzna i przechowywanie DNA.
Na przestrzeni dziejów ludzkość wynalazła najróżniejsze sztuczki i urządzenia do przechowywania informacji : od glinianych tabliczek i perforowanych kartek po chmury danych rozsiane po całym świecie. Ilość generowanych przez nas danych jest tak ogromna, że nasze mózgi, niezależnie od stopnia rozwoju, nie wystarczają i potrzebują wsparcia technologicznego.
Zrozumienie, jak przeszliśmy od kilku kilobajtów w metalowej szafie do terabajtów w naszych kieszeniach i zettabajtów w rozproszonych centrach danych, to nie tylko ciekawostka historyczna: to wyjaśnienie, dlaczego pracujemy w taki sposób, w jaki korzystamy z cyfrowej rozrywki i jakie ryzyko wiąże się z utratą wspomnień, dokumentów lub wiedzy, jeśli wybierzemy niewłaściwy nośnik danych.
Od ludzkiej pamięci do pierwszych maszyn do przechowywania danych
Zanim przejdziemy do omówienia dysków, taśm czy chmur, warto przypomnieć, że pierwszym urządzeniem pamięci masowej jest ludzki mózg, z jego ograniczoną i niedoskonałą pamięcią biologiczną . Ewolucja zwiększyła jego rozmiar i pojemność: gatunki takie jak Australopithecus afarensis miały mózgi o objętości około 400-500 cm³, Homo habilis osiągnął 600-700 cm³, Homo erectus 800-1100 cm³, a neandertalczycy około 1200-1600 cm³ . Współczesny człowiek, Homo sapiens, ma mózgi o objętości około 1230 cm³.
Ten skok pozwolił nam na produkcję narzędzi, tworzenie kultur, rytuałów i złożonych języków , ale pamięć pozostaje krucha: zapominamy, zniekształcamy wspomnienia i nie jesteśmy w stanie poradzić sobie z obecną lawiną danych. Stąd potrzeba opracowania urządzeń zewnętrznych, które będą stabilnie przechowywać informacje , niezależnie od naszych neuronów.
Karty perforowane: język dziurek
Pierwszym znaczącym krokiem w kierunku cyfrowego przechowywania danych była technologia mechaniczna: karty perforowane . W 1725 roku Francuz Basile Bouchon opracował system kart perforowanych do sterowania krosnami. Nie była to technika komputerowa we współczesnym rozumieniu, ale metoda kodowania i ponownego wykorzystywania instrukcji.
W 1837 roku brytyjski matematyk Charles Babbage zaprojektował swoją słynną Maszynę Analityczną , maszynę liczącą z ruchomymi częściami, która wykorzystywała karty perforowane zarówno do poleceń, jak i wyników. Otwory w kartach pełniły funkcję przełączników , przewidując kod binarny.
Później Amerykanin Herman Hollerith wcielił ten pomysł w życie, opracowując swoją Maszynę Analityczną Spisu Ludności: dziurki w dziurkach oznaczały instrukcje, a także dane, które maszyna mogła odczytać automatycznie. Przez dziesięciolecia karty perforowane były standardowym nośnikiem programów i danych w wielu komputerach.
Od lat 60. XX wieku zaczęto je zastępować technologiami magnetycznymi, choć były one używane jeszcze w latach 80. XX wieku, na przykład w testach standaryzowanych lub do głosowania elektronicznego na papierze perforowanym.
Początki magnetyzmu: taśmy, bębny i rdzenie
W latach 50. XX wieku świat informatyki zaadaptował magnetyzm do przechowywania informacji. Podstawowy pomysł jest prosty: pokryć nośnik materiałem magnetycznym i zorganizować go w małe domeny (dipole) reprezentujące bity.
W 1928 roku niemiecki inżynier Fritz Pfleumer opatentował taśmę magnetyczną , zainspirowaną kablem magnetycznym Valdemara Poulsena. W 1965 roku Mohawk Data Sciences wprowadził koder taśmy magnetycznej, mający stopniowo zastąpić karty perforowane . Taśmy oferowały większą pojemność przy niższej cenie, choć dostęp do nich pozostał sekwencyjny.
W 1932 roku Austriak Gustav Taushek wynalazł bęben magnetyczny , cylinder pokryty materiałem magnetycznym. Bębny te mogły przechowywać około dziesięciu tysięcy słów i były bezpośrednimi poprzednikami współczesnych dysków twardych, oferując szybszy dostęp niż taśma.
Mniej więcej w tym samym czasie pojawiły się technologie pamięci głównej. Między końcem lat 40. a 50. XX wieku opracowano pamięć z rdzeniem magnetycznym , zwaną również pamięcią toroidalną: małe pierścienie z materiału ferromagnetycznego, pomiędzy którymi znajdowały się przewody przewodzące. Każdy rdzeń przechowywał jeden bit , a jego stan magnetyczny można było szybko odczytać i zapisać.
W 1953 roku MIT uzyskał patent i zbudował komputer Whirlwind , pionierski w wykorzystaniu pamięci z rdzeniem magnetycznym jako pamięci RAM. Był on znacznie szybszy i bardziej niezawodny niż karty perforowane, ale jego produkcja była skomplikowana i kosztowna , wymagając bardzo precyzyjnego i pracochłonnego montażu.
Pamięci elektroniczne: od lampy Williamsa do półprzewodnika
Zanim tranzystory zrewolucjonizowały wszystko, istniały pośrednie rozwiązania w zakresie elektronicznego przechowywania danych. W 1946 roku profesor Frederick C. Williams i Tom Kilburn opracowali na Uniwersytecie w Manchesterze tzw. lampę elektronopromieniową (CE) Williamsa . Była to zmodyfikowana lampa elektronopromieniowa, która umożliwiała zapisywanie danych binarnych w postaci wzorów ładunków na ekranie . Była ona wykorzystywana jako pamięć RAM we wczesnych komputerach z pamięcią programu.
W 1948 roku pojawiła się kolejna niezwykła technologia: Selectron , lampa termoelektronowa zdolna do pełnienia funkcji pamięci o dostępie swobodnym (RAM ). Została opracowana przez Jana A. Rajchmana i jego zespół w Radio Corporation of America (RCA). Choć technicznie interesująca, jej złożoność i koszt znacznie ograniczyły jej popularność.
W 1949 roku wprowadzono pamięć z linią opóźniającą , wykorzystującą czas potrzebny sygnałowi na propagację w medium fizycznym (na przykład rtęci lub kwarcu). Bity kodowano jako impulsy, które krążyły w sposób ciągły w tym medium; było to pomysłowe rozwiązanie, ale niezbyt elastyczne w porównaniu z późniejszą pamięcią RAM.
Pod koniec lat 50. XX wieku dominującą pamięcią RAM stała się pamięć z rdzeniem magnetycznym, aż do lat 60. i 70. XX wieku, kiedy to pojawiły się półprzewodniki . W 1966 roku nowo powstała firma Intel rozpoczęła sprzedaż 2000-bitowych układów pamięci półprzewodnikowych , w których każda komórka zawierała zminiaturyzowane tranzystory lub kondensatory.
W 1966 roku pojawiła się również pamięć DRAM (Dynamic Random Access Memory) . W pamięci DRAM każdy bit jest przechowywany w postaci ładunku elektrycznego w kondensatorze . Jest to pamięć ulotna: w przypadku zaniku zasilania informacje zostają utracone. Jest jednak bardzo gęsta i tania, dlatego stała się standardową pamięcią główną w komputerach osobistych i serwerach.
W przeciwieństwie do tego pamięć ROM (Read-Only Memory) jest zaprogramowana na stałe i zachowuje dane nawet po wyłączeniu urządzenia. Jest to bardzo przydatne do przechowywania oprogramowania sprzętowego i procedur rozruchowych.
Zaawansowane innowacje magnetyczne: Twistor i Bubble Memory
W 1957 roku badacz Andrew Bobeck wynalazł pamięć Twistor w Bell Labs . Technologia ta polegała na nawijaniu taśmy magnetycznej na przewodzący drut , zamiast stosowania rdzeni toroidalnych, co zmniejszyło wagę, zużycie energii i koszty produkcji.
Firma Bell Labs zaprezentowała Twistor jako lepszą alternatywę dla rdzeni magnetycznych: tańszą, lżejszą i łatwiejszą w produkcji . Jednak jego komercyjny potencjał był krótki, ponieważ wkrótce pojawiły się bardziej kompaktowe i skalowalne półprzewodnikowe układy RAM.
W oparciu o te badania, Bobeck opracował w 1980 roku słynną technologię Bubble Memory. Technologia ta wykorzystywała bardzo cienką warstwę materiału magnetycznego, w której formowały się małe, namagnesowane obszary – „bąbelki” , z których każdy reprezentował bit. Materiał był nielotny i dość wytrzymały , choć trudny do produkcji na dużą skalę.
Dyski i taśmy magnetyczne: od IBM 350 do dyskietek
Wielki skok w kierunku tego, co znamy dzisiaj, nastąpił wraz z dyskami magnetycznymi . Już w 1951 roku UNIVAC I zawierał napędy taśmowe zdolne do zapisu do 128 słów na cal. Jednak królem nowoczesności był dysk twardy.
W 1956 roku IBM wprowadził na rynek IBM 350 , uważany za pierwszy nowoczesny dysk twardy. Miał on pojemność około 4,4 MB , składał się z pięćdziesięciu 24-calowych talerzy obracających się z prędkością 1200 obr./min i był wielkości lodówki, ważąc ponad tonę. Mimo to oferował bardzo szybki, swobodny dostęp do danych w porównaniu z taśmami.
Z biegiem czasu udoskonalenia technologii zapisu magnetycznego sprawiły, że dyski twarde zwiększyły swoją pojemność, spadły ceny i stały się miniaturyzowane , co ostatecznie doprowadziło do powstania dzisiejszych dysków twardych do komputerów stacjonarnych i laptopów o pojemności kilku terabajtów w formacie 3,5 lub 2,5 cala. Obecnie decyzję tę porównuje się do wyboru dysku SSD lub zewnętrznego dysku twardego.
Oprócz dużych dysków twardych, IBM promował również dyskietki . W latach 1971-1972 pojawiły się dyskietki 8-calowe o początkowej pojemności około 80 KB. Składały się one z dysku wykonanego z elastycznego materiału pokrytego tlenkiem magnetycznym, umieszczonego w ochronnej koszulce.
W 1975 roku Allan Shugart opracował dyskietkę 5,25-calową , która była bardziej poręczna dla komputerów osobistych. Dyski te miały pojemność około 110 KB we wczesnych wersjach i były szybsze i tańsze niż dyski 8-calowe. Do 1978 roku było już około dziesięciu producentów produkujących dyski 5,25-calowe.
Na początku lat 80. XX wieku klasyczna dyskietka 3,5-calowa z impetem wkroczyła na rynek , ze sztywną obudową i metalową zatyczką chroniącą powierzchnię magnetyczną. Była trwalsza, bardziej kompaktowa i miała większą pojemność niż jej poprzedniczki. Stała się tak popularna, że nawet dziś w wielu programach ikona „Zapisz” nadal przedstawia dyskietkę.
Mimo że w gospodarstwach domowych są już praktycznie przestarzałe, w niektórych infrastrukturach o znaczeniu krytycznym, takich jak niektóre systemy wojskowe lub nuklearne, od zaskakująco wielu lat stosuje się napędy dyskietek , właśnie ze względu na ich prostotę i izolację. Jest to praktyka podobna do tej, jaką stosuje się w przypadku starych komputerów.
Taśma magnetyczna w komputerach: od kopii zapasowej do długowieczności
Mimo że sekwencyjny dostęp do taśm magnetycznych sprawia, że są one wolniejsze od dysków, niski stosunek ceny do pojemności i trwałość sprawiają, że są one doskonałym nośnikiem do tworzenia kopii zapasowych na dużą skalę.
W latach 80. XX wieku pojawiły się formaty takie jak kasety audio przystosowane do przechowywania danych, szeroko stosowane w domowych mikrokomputerach, a później specjalne taśmy do tworzenia kopii zapasowych, takie jak DAT (Digital Audio Tape) , opracowane przez firmę Sony w 1987 roku. Była to zmodernizowana kaseta z taśmą o szerokości 4 mm umieszczoną w kompaktowej kasecie.
W 1989 roku Sony i Hewlett-Packard wprowadziły standard DDS (Digital Data Storage) , będący rozwinięciem standardu DAT, skoncentrowanego na przechowywaniu danych komputerowych. Oferował on coraz większą pojemność w stosunkowo małych formatach , idealnych dla firm.
Płyty optyczne: CD, DVD i Blu-ray
Podczas gdy dominował zapis magnetyczny, kształtowało się inne rewolucyjne podejście: optyczny zapis z wykorzystaniem laserów . W latach 60. XX wieku wynalazca James T. Russell pracował nad koncepcją wykorzystania światła do nagrywania i odtwarzania muzyki. Przez lata uważano to za nic więcej niż nowość.
W 1975 roku firmy Sony i Philips zainwestowały znaczne środki w jego projekt i sfinansowały jego rozwój. Rezultatem była płyta kompaktowa (CD) , wprowadzona na rynek w 1980 roku. W przypadku plików audio, mogła ona pomieścić około 700 MB danych w formacie komputerowym, co stanowiło ogromną ilość w porównaniu z dyskietkami.
W 1984 roku pojawił się CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory) , który wykorzystywał ten sam format fizyczny co płyta audio CD, ale zakodował dane komputerowe. Na plastikowej powierzchni płyty wytrawione są mikrowgłębienia i płaskie obszary (pola) , które laser interpretuje jako bity.
Później pojawiły się wersje nagrywalne: płyta CD-R przeznaczona tylko do zapisu oraz płyta CD-RW z możliwością wielokrotnego zapisu , wprowadzona w 1995 r. Dzięki temu użytkownik mógł wielokrotnie zapisywać i usuwać dane na tej samej płycie.
W 1995 roku pojawił się DVD (Digital Versatile Disc) , który znacznie zwiększył pojemność pamięci. Jednowarstwowa płyta DVD miała pojemność 4,7 GB , a dwuwarstwowa dwukrotnie większą. Stała się ona standardem w dystrybucji domowego wideo i oprogramowania.
Jako rywala, format HD-DVD pojawił się w 2005 roku , promowany przez Toshibę, NEC i Sanyo. Oferował on wysoką rozdzielczość, ale ostatecznie wygrał komercyjny pojedynek Blu-ray , wprowadzony na rynek w 2003 roku i oparty na krótszej długości fali lasera niebiesko-fioletowego , co pozwala na zapisanie większej ilości informacji w tej samej przestrzeni fizycznej.
Technologia Blu-ray stała się nośnikiem wideo wysokiej rozdzielczości i pamięci masowej o dużej gęstości , z pojemnością 25 GB na warstwę i wariantami wielowarstwowymi sięgającymi dziesiątek gigabajtów na płytę.
Nośniki magnetooptyczne i formaty hybrydowe
Pomiędzy czystym magnetyzmem a dyskami optycznymi wyłoniła się rodzina hybrydowa: dyski magnetooptyczne . Wprowadzone około 1990 roku, łączyły one techniki magnetyczne i optyczne w celu przechowywania i odczytu danych.
Te dyski, często o średnicy 3,5 lub 5,25 cala w kasetach, wykorzystywały laser do miejscowego nagrzewania powierzchni oraz pole magnetyczne do orientowania talerzy. Odczyt opierał się na zmianach polaryzacji odbitego światła (efekt Kerra) . Oferowały one dobrą trwałość i możliwość wielokrotnego zapisu , choć były droższe i bardziej złożone niż płyty CD lub DVD.
Lata 90. przyniosły również kilka krótkotrwałych, ale interesujących formatów. W 1992 roku Sony wypuściło MiniDisc , zaprojektowany jako zamiennik kaset magnetofonowych i jednocześnie służący do przechowywania danych (w wersjach MD Data), o pojemności około 140 MB. W 1994 roku Iomega wprowadziła na rynek Zip , a później Jaz , dyski wymienne o dużej pojemności (od 100 MB do 1 GB), które miały wypełnić lukę między dyskietkami a pierwszymi zewnętrznymi dyskami twardymi.
Pamięci flash i dyski USB: wielki krok naprzód w dziedzinie mobilności
Pod koniec lat 90. XX wieku nastąpiła cicha rewolucja: pamięć flash , rodzaj nieulotnej pamięci elektronicznej. Choć początkowo zaprojektowana do aparatów fotograficznych i urządzeń przenośnych , wkrótce rozpowszechniła się w praktycznie każdym urządzeniu.
W 1993 roku wprowadzono kartę CompactFlash (CF) , która integrowała pamięć flash w solidnym formacie. Była ona szeroko stosowana jako pamięć wewnętrzna w aparatach cyfrowych i niektórych komputerach wbudowanych . Wkrótce potem pojawiły się SmartMedia (Toshiba, 1995) oraz Multimedia Card (MMC) od Siemensa i SanDiska w 1997 roku.
W 1999 roku IBM wypuściło Microdrive , miniaturowy dysk twardy wielkości kompaktowej karty, a w 2000 roku popularność zyskały karty Secure Digital (SD) z wbudowanym szyfrowaniem i standardowymi wymiarami 32 x 32 x 2,1 mm. Karty SD stały się faktycznym standardem w telefonach komórkowych, aparatach fotograficznych i wielu innych urządzeniach przenośnych.
Punktem zwrotnym dla przeciętnego użytkownika był dysk flash USB . Około roku 2000 singapurska firma Trek 2000 International wprowadziła na rynek dysk ThumbDrive , uważany za pierwszy komercyjnie udany dysk flash USB. Używał pamięci flash NAND i podłączał się bezpośrednio do portu USB , bez potrzeby zewnętrznego zasilania lub skomplikowanych kontrolerów, chociaż czasami warto być świadomym potencjalnych problemów z koncentratorami USB . Dyski te, zwane również pendrive'ami, pamięciami USB lub dyskami flash , oferowały pojemności zaczynające się od zaledwie kilku megabajtów i wkrótce wzrosły do dziesiątek gigabajtów. Nie miały ruchomych części, mogły wytrzymać tysiące cykli zapisu i były wysoce odporne na wstrząsy i zakłócenia elektromagnetyczne . Dzięki temu zastąpiły dyskietki i zaczęły przyćmiewać płyty CD i DVD jako nośniki danych.
Dyski półprzewodnikowe (SSD) i SMR: przyspieszenie i ograniczenie pojemności
Ta sama technologia pamięci flash dała początek dyskom półprzewodnikowym (SSD) . Urządzenia te działają jak dyski twarde z perspektywy systemu operacyjnego, ale wewnętrznie są połączonymi ze sobą zestawami chipów flash , bez talerzy ani głowic odczytu/zapisu. Jeśli interesuje Cię różnica w porównaniu z innymi technologiami, takimi jak pamięć NVMe , jest to dość oczywiste.
Pierwsze dyski SSD, które odniosły komercyjny sukces, pochodziły od firm takich jak SanDisk i szybko rozpowszechniły się w laptopach i komputerach stacjonarnych, wypierając dyski twarde, gdzie szybkość dostępu i niższe zużycie energii są kluczowe. Ich układy scalone różnią się od tych typowych dla dysków flash USB, oferując wyższą wydajność, trwałość i odporność na zużycie , co przekłada się na wyższą cenę za gigabajt.
Tymczasem tradycyjne dyski twarde nadal ewoluują. Jedną z najnowszych technologii jest Shingled Magnetic Recording (SMR) . Zamiast zapisywać oddzielne ścieżki, są one częściowo nakładane na siebie jak dachówki , co pozwala na cięcie ścieżek bez utraty istotnych danych.
Pozwala to na zwiększenie pojemności w tej samej przestrzeni fizycznej , przy zachowaniu niskich kosztów i wykorzystaniu istniejącej infrastruktury dysków twardych. Technologia SMR jest już obecna w wielu nowoczesnych dyskach twardych, zwłaszcza w modelach o dużej pojemności, przeznaczonych do pamięci masowej i archiwizacji.
Od fizycznego magazynu do centrum danych: silosy, jeziora i Big Data
Gwałtowny rozwój informacji cyfrowych skłonił organizacje do tworzenia dużych logicznych systemów przechowywania danych. Doprowadziło to do powstania silosów danych , czyli zestawów informacji przechowywanych dla konkretnego działu lub systemu, niekompatybilnych lub trudnych do zintegrowania z resztą firmy.
Początkowo silosy te postrzegano jako dziwne wyspy danych; z czasem stały się cennym źródłem informacji dla Big Data , umożliwiając łączenie i analizę dużych wolumenów danych historycznych. Później pojawiła się koncepcja jeziora danych (Data Lake ).
Jezioro danych przechowuje informacje w ich oryginalnym, nieprzetworzonym formacie , zazwyczaj zarządzanym za pomocą baz danych NoSQL. Systemy te akceptują dane ustrukturyzowane, częściowo ustrukturyzowane i nieustrukturyzowane, umożliwiając analitykom i algorytmom sztucznej inteligencji przetwarzanie informacji na żądanie.
Według inicjatyw takich jak BBVA OpenMind, jeziora danych wykorzystują architekturę płaską , bez sztywnych struktur hierarchicznych, aby ułatwić elastyczny dostęp i obniżyć koszty. Stały się one niezbędnymi elementami projektów Big Data i sztucznej inteligencji.
Chmura i przechowywanie danych online: dane wszędzie
Kolejną znaczącą zmianą nie było tyle nowe medium fizyczne, co zmiana modelu dzięki szybkim sieciom . Większa przepustowość i tańsza przestrzeń dyskowa umożliwiły budowę ogromnych centrów danych dostępnych przez internet.
W ten sposób narodziła się chmura obliczeniowa , a wraz z nią przechowywanie danych w chmurze . Z punktu widzenia użytkownika chmura oferuje praktycznie nieograniczoną pojemność, dostępną z dowolnego urządzenia i lokalizacji , za opłatą lub nawet za darmo, jeśli zaakceptuje ograniczenia.
W praktyce „chmura” to ogromny zbiór serwerów, macierzy dyskowych, dysków SSD, taśm i sieci wewnętrznych . Służy zarówno do tworzenia kopii zapasowych , jak i do podstawowego przechowywania dokumentów, zdjęć i filmów . Jeśli korzystasz z poczty e-mail, mediów społecznościowych lub usług streamingowych, korzystasz z pamięci masowej w chmurze każdego dnia.
Dostawcy usług musieli wzmocnić bezpieczeństwo poprzez szyfrowanie, uwierzytelnianie i kontrolę dostępu, ponieważ wspólna architektura stwarza wyzwania związane z poufnością. Sektory takie jak bankowość podlegają surowym regulacjom mającym na celu ograniczenie tych zagrożeń.
Oprócz uniwersalnych rozwiązań do przechowywania danych online, istnieją specjalistyczne bezprzewodowe rozwiązania do przechowywania danych w domu . Przykładem historycznym jest Apple AirPort Time Capsule , urządzenie Wi-Fi, które integrowało router i dysk twardy o pojemności do 3 TB, zaprojektowane do automatycznego tworzenia kopii zapasowych i bezprzewodowego dostępu do danych z urządzeń Apple.
Nowe granice: hologramy, DNA i materiały o bardzo dużej trwałości
W obliczu tsunami danych, którego można się spodziewać w nadchodzących dekadach, badania nad pamięciami masowymi eksplorują ścieżki zupełnie inne niż dyski czy dyski flash. Jedną z nich jest pamięć holograficzna , która przechowuje dane cyfrowe w objętości materiału, takiego jak kryształy czy fotopolimery , a nie ogranicza się do jego powierzchni.
Wielką zaletą pamięci holograficznej jest to, że może ona wykorzystać grubość nośnika danych do przechowywania informacji w przestrzeni trójwymiarowej (objętość Bragga), osiągając ogromne gęstości. Chociaż istnieją prototypy, technologia ta nie jest jeszcze powszechnie stosowana, ale wyłania się jako jedno z możliwych długoterminowych rozwiązań dla archiwizacji o bardzo wysokiej gęstości.
Inną fascynującą dziedziną jest przechowywanie DNA . DNA, cząsteczka życia, może zakodować oszałamiającą ilość informacji: szacuje się, że na gram przypada 2,2 petabajta . Teoretycznie wszystkie dane generowane przez ludzkość zmieściłyby się w łyżce DNA.
Co więcej, DNA jest niezwykle trwałym nośnikiem , zdolnym do przechowywania informacji przez tysiące lat, jeśli jest prawidłowo przechowywane. Obecnym problemem są koszty i szybkość: kodowanie danych o rozmiarze mniejszym niż 100 KB może kosztować około 1500 dolarów, a procesy syntezy i sekwencjonowania pozostają powolne.
Badania nad wykorzystaniem sztucznego DNA lub modyfikowanych biocząsteczek w celu obniżenia kosztów i przyspieszenia tych operacji są prowadzone , ale wciąż pozostają one w fazie eksperymentalnej. Idea jest jednak jasna: przejście od dysków i chipów do prawdziwie molekularnej pamięci masowej.
Równocześnie nanotechnologie otwierają drzwi do zastosowań takich jak wykorzystanie izotopów węgla (na przykład atomów węgla-12 dla „0” i atomów węgla-13 dla „1”) lub szczególnie stabilnych materiałów mineralnych. W 2023 roku firma Cerabyte ogłosiła system, który wykorzystuje laser do grawerowania trójwymiarowych tablic danych, podobnych do kodów QR, na podłożu mineralnym . System jest odporny na ekstremalne temperatury, ogień, powodzie i przepięcia, a jego żywotność szacowana jest na ponad 5000 lat.
Niezawodność, gnicie bitów i kopie: mniej atrakcyjna strona przechowywania danych
Niezależnie od nośnika danych, wszystkie mają jeden wspólny problem: mają ograniczoną żywotność i są podatne na awarie . Dyski twarde mogą ulec uszkodzeniu w wyniku uderzeń, taśmy mogą się rozmagnesować, dyski optyczne mogą ulec degradacji, a pamięć flash może z czasem stracić ładunek.
Często wspominanym zjawiskiem jest gnicie bitów (bit rot) , czyli cicha degradacja, w której niektóre bity zmieniają wartość bez natychmiastowego zauważenia . Dotyczy to szczególnie nośników pamięci długoterminowej, takich jak stare dyski twarde, taśmy czy dyski flash, które przez wiele lat nie były odczytywane.
Dlatego zaleca się okresowy dostęp do nośników danych (na przykład odczyt z dysku USB co jakiś czas) i replikację informacji na nowe nośniki co kilka lat. Systemy takie jak RAID z kodami korekcji błędów pozwalają na odtworzenie uszkodzonych danych poprzez wprowadzenie redundancji, ale nigdy nie eliminują całkowicie ryzyka.
Jeśli chodzi o klasyfikację, zazwyczaj rozróżniamy pamięć podstawową (RAM, pamięć podręczną), która jest ultraszybka, ale ulotna i bezpośrednio dostępna dla procesora, oraz pamięć dodatkową (dyski, dyski SSD, taśmy, pamięć masowa w chmurze), która jest wolniejsza, ale nieulotna. W obrębie pamięci dodatkowej rozróżniamy również dostęp sekwencyjny (taśmy) i losowy (dyski, dyski SSD, pamięć flash), w zależności od tego, czy możemy przejść bezpośrednio do potrzebnych danych, czy też musimy przeskanować wszystkie dane od początku.
Niezależnie od technologii, jedyną realną obroną przed utratą danych pozostaje redundancja i dobrze zaplanowane kopie zapasowe . W przypadku poufnych informacji do gry wchodzi kryptografia , zarówno z kluczem publicznym (RSA itp.), jak i symetrycznym (AES, DES), co jest szczególnie istotne w kontekście przechowywania danych w chmurze.
Ogólnie rzecz biorąc, historia pamięci masowej wiodła nas od ogromnych maszyn o pojemności kilku kilobajtów do maleńkich chipów zdolnych do obsługi terabajtów i rozproszonych systemów obsługujących zettabajty; a mimo to wciąż poszukujemy nowych, gęstszych, trwalszych i bezpieczniejszych nośników danych , od hologramów po DNA czy egzotyczne materiały mineralne. Wszystko wskazuje na to, że podobnie jak dotychczas, kolejne postępy połączą innowacje fizyczne z coraz inteligentniejszymi architekturami sieciowymi, aby umożliwić nam przechowywanie i odzyskiwanie, niemal nieświadomie, ogromnej ilości danych, które generujemy każdego dnia.
