La historia del desarrollo de la memoria
1. Línea de retardo de mercurio para el desarrollo de dispositivos de almacenamiento
La línea de retardo de mercurio se basa en el hecho de que el mercurio es a la vez un líquido y un conductor a temperatura ambiente. de datos está representado por la cresta (1) y el valle (0) de la onda mecánica. La onda mecánica comienza desde un extremo de la columna de mercurio, y un cierto espesor de mercurio metálico fundido se transmite longitudinalmente de un extremo al otro a través de un diafragma vibratorio, de ahí el nombre "línea de retardo de mercurio". En el otro extremo del tubo, un sensor toma cada bit de información y la devuelve al punto de partida. Imagine que Mercurio obtiene estos datos y los retrasa para poder almacenarlos. Este proceso es una maravillosa combinación de mecánica y electrónica. La desventaja es que, debido a las limitaciones de las condiciones ambientales, este método de memoria se verá afectado por varios factores ambientales y es inexacto.
En 1950, el Dr. von Neumann diseñó el primer ordenador del mundo con función de programa almacenado, EDVAC. Su característica principal es el uso de binario y el uso de líneas de retardo de mercurio como memoria, se pueden almacenar instrucciones y programas en la computadora.
En marzo de 1951 se puso en funcionamiento el primer ordenador automático de uso general UNIVAC-I diseñado por Mockley y Eckert, los principales diseñadores de ENIAC. No sólo puede realizar cálculos científicos, sino también procesar datos.
2. Cintas para el desarrollo de dispositivos de almacenamiento
La primera vez, UNIVAC-I utilizó unidades de cinta como almacenamiento externo. Primero, se utilizó el método de verificación de paridad y el circuito de doble operación para mejorar la confiabilidad del sistema, y se realizó por primera vez el experimento de programación automática.
La cinta es uno de los medios de almacenamiento habituales con menor coste, mayor capacidad y mayor grado de estandarización en el desarrollo de todos los dispositivos de almacenamiento. Tiene buena intercambiabilidad y es fácil de almacenar. En los últimos años, debido a la adopción de tecnología de codificación con fuertes capacidades de corrección de errores y tecnología de canales con fuertes capacidades de lectura y escritura, la confiabilidad y la velocidad de lectura y escritura del almacenamiento en cinta han mejorado enormemente. Según el principio de funcionamiento de las cintas de lectura y escritura, se puede dividir en tecnología de escaneo en espiral, tecnología de grabación lineal (flujo de datos), tecnología DLT y tecnología LTO más avanzada.
Según el principio de funcionamiento de lectura y escritura de cintas, las unidades de cinta se pueden dividir en seis especificaciones. Entre ellos, dos métodos de lectura y escritura de escaneo en espiral son unidades de cinta DAT (4 mm) para niveles de grupo de trabajo y unidades de cinta de 8 mm para niveles de departamento. Los otros cuatro son dispositivos diseñados con tecnología de almacenamiento de flujo de datos. Son métodos de lectura y escritura de un solo cabezal para aplicaciones de gama baja, series Travan y DC con anchos de cinta de 1/4 de pulgada, y métodos de lectura y escritura de cabezales múltiples con anchos de cinta de 1/2 pulgada para aplicaciones de gama alta.
Una biblioteca de cintas es un sistema de copia de seguridad basado en cintas que proporciona las mismas capacidades básicas de copia de seguridad automatizada y recuperación de datos, pero con características técnicas más avanzadas. Su capacidad de almacenamiento puede alcanzar cientos de PB. Bajo el control del software de administración de unidades, puede realizar copias de seguridad continuas, búsqueda automática de cintas, recuperación inteligente, monitoreo y estadísticas en tiempo real. Todo el proceso de almacenamiento y copia de seguridad de datos no requiere intervención manual.
Las bibliotecas de cintas no solo tienen una capacidad de almacenamiento de datos mucho mayor, sino que también tienen ventajas incomparables en eficiencia de respaldo y ocupación manual. En los sistemas de red, las bibliotecas de cintas pueden formar un sistema de almacenamiento en red a través de un sistema SAN (red de área de almacenamiento), lo que proporciona una sólida garantía para el almacenamiento empresarial. El acceso remoto a datos, la copia de seguridad del almacenamiento de datos o la copia de seguridad de bibliotecas en múltiples cintas se pueden completar fácilmente mediante la tecnología de duplicación de cintas. Sin duda, es un buen dispositivo de almacenamiento para aplicaciones de red a gran escala, como almacenes de datos y ERP.
3. El ritmo del desarrollo de los dispositivos de almacenamiento
En 1953, con el desarrollo de los dispositivos de memoria, se utilizó el primer tambor magnético en el IBM 701 como memoria. Los tambores magnéticos utilizan material magnético recubierto en la superficie de un tambor de aluminio para almacenar datos. El tambor gira a alta velocidad, por lo que la velocidad de acceso es rápida. Utiliza grabación magnética de saturación, desde cabezales fijos hasta cabezales flotantes, desde pegamento magnético hasta medios magnéticos continuos galvanizados. Estos sentaron las bases para el almacenamiento en disco posterior.
La mayor desventaja del tambor magnético es su baja tasa de utilización. El cilindro grande tiene solo una superficie que se usa para almacenamiento, mientras que ambos lados del disco se usan para almacenamiento. Obviamente la tasa de utilización es mucho mayor. Tan pronto como apareció el disco, se eliminó el tambor.
4. Núcleo para el desarrollo de dispositivos de almacenamiento
El físico estadounidense An Wang propuso en 1950 la idea de utilizar materiales magnéticos para crear recuerdos. Forrest Gump hizo realidad esta idea.
Para lograr el almacenamiento del núcleo magnético, Forrest necesitaba una sustancia que tuviera un umbral de magnetización muy claro. Encontró a un viejo experto en cerámica alemán de una empresa de Nueva Jersey que fabricaba convertidores de ferrita para televisores y utilizaba óxidos y minerales de hierro fundido para obtener un magnetismo específico.
El umbral de magnetización claro es clave para el diseño. La malla y el núcleo de este hilo se tejen sobre una malla metálica y se denominan almacenamiento del núcleo. Sus patentes fueron muy importantes para el desarrollo de las computadoras. La solución es confiable y estable. La magnetización es relativamente permanente, por lo que los datos almacenados permanecen después de que se apaga el sistema. Dado que los campos magnéticos se pueden leer a la velocidad de los electrones, esto hace posibles los cálculos interactivos. Además, debido a que es una rejilla de alambre, se puede acceder a cualquier parte de la matriz de memoria, es decir, se pueden almacenar diferentes datos en diferentes ubicaciones de la rejilla de alambre, a los que se puede acceder inmediatamente leyendo una cadena de bits en esa ubicación. Se trata de la denominada Memoria de Acceso Aleatorio (RAM), un concepto innovador en informática interactiva en el desarrollo de dispositivos de almacenamiento. Forest transfirió las patentes al MIT, que recibió entre 150.000 y 20 millones de dólares al año en función de las patentes.
IBM fue la primera empresa en licenciar estas patentes y finalmente ganó un contrato comercial para instalar el "Tornado" en bases militares de defensa de América del Norte. Es más, a partir de la década de 1950, todos los ordenadores grandes y medianos adoptaron este sistema. El almacenamiento con núcleo magnético fue el método estándar de memoria principal de las computadoras desde las décadas de 1950 y 1960 hasta principios de la de 1970.
5. Discos utilizados para el desarrollo de dispositivos de almacenamiento
La primera memoria de disco duro del mundo fue inventada por IBM en 1956. El modelo fue el IBM 350 Ramac (Random Access Memory for Accounting and Control). ). método). La capacidad total de este sistema es de sólo 5 MB, utilizando 50 discos de 24 pulgadas de diámetro. En 1968, IBM propuso la tecnología "Winchester/Winchester". El punto clave es sellar el disco giratorio de alta velocidad, el cabezal magnético y su mecanismo de búsqueda en una carcasa libre de polvo para formar un conjunto de cabezal-disco (HDA). Está aislado del ambiente externo, para evitar la contaminación por polvo. Adopta un control deslizante de cabeza magnética miniaturizado y más delgado, y la superficie del disco está recubierta con lubricante para lograr el inicio y la parada por contacto. En 1979, IBM inventó el cabezal magnético de película delgada, que redujo aún más el peso del cabezal magnético e hizo posible velocidades de acceso más rápidas y una mayor densidad de almacenamiento. A finales de la década de 1980, IBM hizo otra gran contribución al desarrollo de los dispositivos de almacenamiento e inventó el cabezal MR (magnetor-resistivo), que era bastante sensible a los cambios de señal al leer datos, aumentando la densidad de almacenamiento del disco en varios dígitos. veces. En 1991, el disco duro de 3,5 pulgadas producido por IBM utilizaba cabezales MR, lo que hizo que la capacidad del disco duro alcanzara 1 GB por primera vez. Desde entonces, la capacidad de los discos duros ha alcanzado el nivel de GB. IBM también inventó la tecnología de lectura de señales PRML (Partial Response Maximum Likelihood), que mejora en gran medida la sensibilidad de la detección de señales, aumentando así en gran medida la densidad de grabación.
En la actualidad, la densidad de área de los discos duros ha alcanzado más de 100 Gb por pulgada cuadrada, lo que los convierte en el dispositivo de almacenamiento con mayor capacidad y rentabilidad. Por lo tanto, entre los dispositivos de almacenamiento externo de computadoras, ningún otro dispositivo de almacenamiento puede desafiar su dominio en los últimos años. Los discos duros no sólo se utilizan en varias computadoras y servidores, sino que también son las unidades de almacenamiento básicas en matrices de discos y varios sistemas de almacenamiento en red. Vale la pena señalar que la aparición y el rápido desarrollo de los microdiscos duros en los últimos años han proporcionado medios de almacenamiento ideales para el almacenamiento móvil. En el campo del almacenamiento móvil de gran capacidad que los chips de memoria flash no pueden permitirse, los discos microduro pueden mostrar su talento. El tamaño actual del disco duro es de 1 pulgada y la capacidad de almacenamiento alcanza los 4 GB y 10 GB. Próximamente también llegarán discos duros de 1 pulgada. Los discos duros se utilizan ampliamente en cámaras digitales, dispositivos MP3 y diversos dispositivos electrónicos portátiles.
Otro tipo de dispositivo de almacenamiento en disco es el disquete, que va desde los primeros disquetes de 8 pulgadas, disquetes de 5,25 pulgadas hasta disquetes de 3,5 pulgadas, que se utilizan principalmente para el intercambio de datos y de pequeña capacidad. respaldo. Entre ellos, el disquete de 3,5 pulgadas y 1,44 MB ha ocupado la posición de configuración estándar de las computadoras durante casi 20 años, y luego aparecieron los disquetes de transición de alta densidad y los productos de unidad de disquete de 24 MB, 100 MB y 200 MB. Sin embargo, debido a la aparición de la memoria flash con interfaz USB, la posición dominante de los disquetes como intercambio de datos y copias de seguridad de pequeña capacidad se ha visto sacudida y está a punto de retirarse de la etapa histórica de desarrollo de dispositivos de almacenamiento.
6. Discos ópticos utilizados para el desarrollo de dispositivos de almacenamiento
Los discos ópticos se dividen principalmente en discos de solo lectura y discos de lectura y escritura. Solo lectura significa que el contenido del disco es fijo y no se puede escribir ni modificar, solo se puede leer el contenido. El tipo de lectura y escritura permite a las personas modificar el contenido del disco, borrar el contenido original y escribir contenido nuevo. Las microcomputadoras utilizan principalmente CD-ROM, CD-R/W y DVD-ROM.
En la década de 1960, investigadores de la empresa holandesa Philips comenzaron a utilizar rayos láser para grabar y reproducir información. Su investigación tuvo éxito en 1972 y se lanzó al mercado en 1978. El producto inicial fue el conocido sistema Laser Disc (LD).
Desde el nacimiento del LD al CD-ROM para ordenadores, ha pasado por tres etapas: disco láser LD, disco láser CD-DA y CD-ROM. La siguiente es una breve introducción a las características del producto de estos tres dispositivos de memoria en diferentes etapas de desarrollo.
El disco láser LD, comúnmente conocido como LCD, tiene un diámetro máximo de 12 pulgadas y puede grabar información por ambas caras, pero la señal que graba es analógica. El mecanismo de procesamiento de señales analógicas significa que tanto las señales de imagen de TV analógicas como las señales de sonido analógicas son moduladas en frecuencia FM (frecuencia modulada), superpuestas linealmente y luego limitadas y amplificadas. La señal de recorte está representada por una longitud de hoyo de 0,5 micrones de ancho.
Aunque el disco láser CD-DA LD tuvo éxito, su desarrollo y producción implicó una costosa inversión de capital desde el principio porque no existía un estándar unificado de antemano. En 1982, Philips y Sony desarrollaron el estándar Libro Rojo del disco de vídeo láser CD-DA. Así nació un nuevo tipo de CD. El método de grabación del disco láser CD-DA es diferente al del sistema LD. El sistema de disco láser CD-DA primero digitaliza la señal de audio analógica mediante PCM (modulación de código de pulso), luego la codifica con EMF (modulación de 8 ~ 14 bits) y la graba en el disco. Las ventajas de la grabación digital frente a la analógica son que es insensible a las interferencias y al ruido y puede corregir errores causados por defectos, rayones o contaminación en el propio disco.
Tras el éxito del sistema CD-DA, Philips y Sony naturalmente pensaron en utilizar CD-DA como una memoria de sólo lectura de gran capacidad para ordenadores.
Sin embargo, para utilizar CD-DA como memoria de computadora, se deben resolver dos cuestiones importantes: establecer una estructura de datos adecuada para la lectura y escritura en computadora y reducir la tasa de error de CD-DA del actual 10-9 a menos de 10-. 12. Produce el estándar CD Yellow Book. La idea central de este estándar es organizar los datos en el disco en forma de bloques de datos, y cada bloque debe tener una dirección para que los datos en el disco se puedan encontrar rápidamente en cientos de megabytes de espacio de almacenamiento. Para reducir la tasa de errores de bits, se adopta un esquema para aumentar la detección y corrección de errores. La detección de errores utiliza códigos de detección de redundancia cíclica, el llamado CRC, y la corrección de errores utiliza códigos Reed Solomon. El Libro Amarillo estableció la estructura física del disco óptico. Para hacerlo totalmente compatible en las computadoras, posteriormente se formuló el estándar de sistema de archivos para discos ópticos, a saber, ISO 9660.
A mediados de la década de 1980, los equipos de almacenamiento en discos ópticos se desarrollaron rápidamente y se introdujeron sucesivamente nuevas variedades, como los discos WORM, los discos magnetoópticos (MO) y los discos de cambio de fase (PCD). En la década de 1990, los DVD-ROM, CD-R y CD-R/W comenzaron a aparecer y hacerse populares, y ahora se han convertido en dispositivos de almacenamiento estándar para computadoras.
La tecnología de discos ópticos se está desarrollando aún más hacia la alta densidad, y Blu-ray Disc es la próxima generación de discos ópticos de alta densidad que se lanzará pronto. El laboratorio está trabajando en discos ópticos multicapa y discos de almacenamiento holográficos, que se espera que estén en el mercado dentro de cinco años.
7. Nanoalmacenamiento para el desarrollo de dispositivos de almacenamiento
Nano es una unidad de longitud y su símbolo es nm. 1 nm = 1 nm, aproximadamente 10 átomos de longitud. Supongamos que el diámetro de un cabello es de 0,05 mm, que está dividido en 50.000 cabellos en promedio en la dirección radial y que el grosor de cada cabello es de aproximadamente 1 nm. Los principales avances relacionados con el nanoalmacenamiento son los siguientes.
En 65438-0998, la Universidad de Minnesota y la Universidad de Princeton en Estados Unidos prepararon con éxito discos cuánticos: sistemas de nanoarrays compuestos de nanobarras magnéticas. Un disco cuántico equivale a nuestros 65438+100.000 ~ 65438+100.000 discos actuales, pero el consumo de energía se reduce 65438+100.000 veces.
En 1988, los franceses descubrieron por primera vez el efecto de magnetorresistencia gigante. En 1997, Estados Unidos había producido dispositivos nanoestructurados basados en el principio de magnetorresistencia gigante, que tenían amplias perspectivas de aplicación en almacenamiento magnético, memoria magnética y cabezales de lectura y escritura de computadoras.
En septiembre de 2002, un equipo de investigación de la Universidad de Wisconsin anunció que habían desarrollado un material de almacenamiento de silicio a nivel atómico manipulando átomos individuales a temperatura ambiente. Su densidad de almacenamiento de información es 654,38+ que la del óptico actual. discos 00000 veces. Este es un avance importante en la investigación de la tecnología de materiales de almacenamiento nanométrico. Según una investigación publicada en la revista Nanotechnology, el nuevo material de memoria está construido sobre la superficie del silicio. Los investigadores primero sublimaron oro en la superficie del material de silicio para formar orbitales atómicos precisos; luego sublimaron los elementos de silicio y los ordenaron de acuerdo con los orbitales atómicos mencionados anteriormente, finalmente, con la ayuda de una sonda de microscopio de efecto túnel, extrajeron silicio a intervalos; de estos átomos de silicio cuidadosamente dispuestos, la parte evacuada representa "0" y los átomos de silicio restantes representan "1", formando así un material de almacenamiento a nivel atómico equivalente a la función de un transistor de computadora. Todo el estudio experimental se realizó a temperatura ambiente. El profesor Helmsar, líder del equipo de investigación, afirmó que no es fácil manipular un lote de átomos a temperatura ambiente. Es más, el espacio entre las líneas de átomos de silicio en el material de memoria es de un tamaño atómico. Esto asegura el nivel atómico del material de la memoria. El profesor Helmsar dijo que el nuevo material de almacenamiento de silicio tiene la misma función de almacenamiento que el material de almacenamiento de silicio actual, pero la diferencia es que el primero es de tamaño atómico y los materiales de almacenamiento de computadora fabricados con él son más pequeños y densos. Esto permitirá que las computadoras del futuro sean miniaturizadas y más potentes para almacenar información.
Estos son los siete períodos clave en el desarrollo de los dispositivos de memoria que te presentamos en este artículo.