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全球存储简史——数据存储的变迁

2016年,我整理编辑出来了全球存储简史(第一版)。
三年后,我再次整理出来了全球存储简史(第二版)。

谨以此文献给所有喜欢数据存储的朋友们!

一滴水可以折射出太阳的光辉,一个数据可以告知你整个世界。一花一世界,一叶一菩提。希望这篇17262字的小文章,可以带给你更多的认知。此外,不足之处,还望各位大师多多指正。

⊙ 1 盘古开天地:古代的数据,如何存储?

上古无文字,结绳以记事。

《易.系辞下》:“上古结绳而治,后世圣人易之以书契。”孔颖达疏曰:“结绳者,郑康成注云,事大大结其绳,事小小结其绳,义或然也。”

19世纪末,在殷代都城遗址今河南安阳小屯一带发现了,刻在龟甲兽骨上的甲骨文。

东汉时候,蔡伦发明了用植物纤维造纸的方法,他用树皮、麻头、破布、渔网等植物原料,经过挫、捣、抄、烘等工艺制造的纸,是现代纸的渊源。

⊙ 2 从本能到智能:现代数据存储百年变迁

从本能到智能,历经百年翻天覆地。

现代的数据存储历经了百年左右,发生了翻天覆地的变化,100年前的人怎么能想到现在IOPS可以到200万以上的全闪存阵列呢?

在18世纪末到19世纪后期,穿孔磁带和穿孔卡片被用于“程序化”的织机和其他工业机器。这项技术被赫尔曼·霍尔瑞斯特用于为1890年的人口普查中的数据存储中,他最初设计了一个12行24列数组的圆孔阵列原型。

1932年在奥地利出现了早期计算机的磁鼓内存,就是磁鼓存储器,主要包括旋转圆筒包围铁磁介质条和一排固定读/写磁头。

一个三维模拟的磁鼓存储器形成一个阵列,相当于一个硬盘,这是一种低成本的实现方法,它大幅提升了存储器的存储能力和速度。磁滚筒存储成功地运用在IBM 650超级计算机中,并于1953年发布。IBM 650长为16英寸,直径4英寸,鼓旋转速度为750千赫,可以存储高达8.5 KB的数据。

磁鼓存储器在1950至60年代用作计算机的主要外存储器。它利用电磁感应原理进行数字信息的记录(写人)与再生(读出),由作为信息载体的磁鼓筒,磁头,读写及译码电路和控制电路等主要部分组成。

不过,磁鼓是利用铝鼓筒表面涂覆的磁性材料来存储数据的。鼓筒旋转速度很高,因此存取速度快。它采用饱和磁记录,从固定式磁头发展到浮动式磁头,从采用磁胶发展到采用电镀的连续磁介质。这些都为后来的磁盘存储器打下了基础。

1946年1月,Rajchman和他的同事们在RCA发明了选数管,它是一个真空管建立的数字存储设备,存储数据的形式为静态电荷。它包括一个阴极封闭式的圆柱形网格线,同时是一个多层结构包围的金属板,关键部件是写板和阅读板。电线网格划分为写板到存储“孔”,单位为比特。

选择性地应用电压的两个正交双相邻的电线,允许定义任何一点积累(写)或释放(删除)静态电荷。如果读盘捕捉到了该电荷,随后的电子流将读出数据。这个宽76毫米,直径250毫米的长型设备每个存储容量为4096位。

1950年,世界上第一台具有存储程序功能的计算机EDSAC由冯.诺依曼博士领导设计。它的主要特点是采用二进制,使用汞延迟线作存储器,指令和程序可存入计算机中。

1951年3月,由ENIAC的主要设计者莱斯特·埃克特和莫奇利设计的第一台通用自动计算机UNIVAC-I交付使用。UNIVAC-I第一次采用磁带机作外存储器,首先用奇偶校验方法和双重运算线路来提高系统的可靠性,并最先进行了自动编程的试验。

为了寻找更好的存储器,人们费尽了心血,几乎所有能利用的物理现象,电、光、声、磁都被探索过来。研制ENIAC的工程师莫齐利(John W. Mauchly)想到了水银延迟线(Mercury Delay Line),也是二战期间为军用雷达开发的一种存储装置作为内存。

显然,这些存储技术的发展演变,是数据存储百年变迁的开端。

⊙ 3 磁带:一种经久不灭的介质

到了1980年代,录音机风靡一时,大家还记得TDK的磁带么,可以录音一个小时左右。

亲,你们还记得磁带转动的方向了么?似乎当时卡带,倒带的记忆还是那样清晰。这滚动的带子,是否勾起你的些许美好的回忆了呢?

还有这样的一堆磁带,曾经也习以为常放在很多人的书房里面。

磁带是很伟大,便宜容量也容易做大,也是所有存储器设备发展中单位存储信息成本最低、容量最大、标准化程度最高的常用存储介质之一。

谁还记得Sun StorageTek SL48磁带库,曾经的经典之作。

磁带库是基于磁带的备份系统,它能够提供同样的基本自动备份和数据恢复功能,但同时具有更先进的技术特点。它的存储容量可达到数百PB,可以实现连续备份、自动搜索磁带,也可以在驱动管理软件控制下实现智能恢复、实时监控和统计,整个数据存储备份过程完全摆脱了人工干涉。

照片不好找,各位将就看一下呀。

1950年美国物理学家王安提出了利用磁性材料制造存储器的思想。福雷斯特则将这一思想变成了现实。为了实现磁芯存储,福雷斯特需要一种物质,这种物质应该有一个非常明确的磁化阈值。他找到了这种电线的网格和芯子织在电线网上,被人称为芯子存储,它的有关专利对发展计算机非常关键。

不过,磁芯儿到底是什么呢?说起来它就是一个个小磁环,是五六十年代计算机的主流存储设备。

它的形状象甜甜圈,每一个小磁环可以通过电流赋予正向的或者反向的磁场,正向的,代表一个二进制的“1”,反向的代表一个“0”,把很多小磁环穿起来,可以以二进制的方式表达某种含义。比如阿拉伯数字“5”,在二进制中是 “101”。表达阿拉伯数字“5”,只需要三个磁芯儿,第一个带正向磁场,第二个带反向磁场,第三个带正向磁场,顺序排起来,这就是“5”。

用这种方式显然可以存储数据,但您可以想想表达个万八千儿的数字需要多少磁环,表达一句“我爱你”又得用多少磁环?

那么,各位熟知的1KB就是1024个Byte,需要这样的磁心存储板82块,穿磁芯儿8192个。如果需要1MB(1兆)呢,要穿多少个?1GB呢?1TB呢?……真要穿,会不会穿死人我就不知道了哈?

但是,在当时,这个方案不仅可靠而且稳定。磁化相对来说是永久的,所以在系统的电源关闭后,存储的数据仍然保留着。既然磁场能以电子的速度来阅读,这使交互式计算有了可能。更进一步,因为是电线网格,存储阵列的任何部分都能访问,也就是说,不同的数据可以存储在电线网的不同位置,并且阅读所在位置的一束比特就能立即存取。这称为随机存取存储器(RAM),它是交互式计算的革新概念。

磁芯存储从20世纪50年代、60年代,直至70年代初,一直是计算机主存的标准方式。自20世纪50年代以来,所有大型和中型计算机也采用了这一系统。(王安的影响还是非常深远的……)
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· 2019-08-11 10:01  本新闻来源自:鸿盈实业,版权归原创方所有

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