حافظه به عنوان جز جدا نشدنی از پردازش اطلاعات ، مورد توجه است. تاریخچه هارد دیسک مغناطیسی از اختراع تا پیشرفت ، یکی از جذاب ترین مباحث علوم رایانه و مورد توجه اکثر کاربران است . اولین هارد دیسک ها بزرگ و کند بودند، روند کوچک سازی و افزایش سرعت در همه جا دیده می شود. حافظه های غیر فرار نیز از این قاعده کلی مستثنا نیستند. اولین هارد های IBM اخترع شد، ولی با حافظه کم. البته حافظه 1 یا 10 مگابایتی در آن دوران کفایت می کرد؛ اماهر روز تعداد کاربران زیاد شد و انتظارات آنها رشد کرد. امروزه انواع هارد دیسک مغناطیسی 3.5 اینچی با ” ده ها ترابایت ” در دسترس هستند. هارد دیسک 2.5 اینچی برای لپ تاپ هنوز‌هم تولید می شود. اگر چه نسل جدید SSD همه را شگفت زده کرد اما حافظه مغناطیسی هنوز مقرون به صرفه و پرطرفدار هست.
این داستان با RAMAC شروع شد
سال 2021 شصت و پنجمین سالگرد قابل احترام برای درایو دیسک سخت (H.D.D) بوده. در حالی که رایانه های جدید به طور فزاینده ای برای ذخیره سازی اصلی به دیسک های حالت جامد (SSD) روی می آورند ، HDD همچنان قهرمان ذخیره سازی داده های کم هزینه و با ظرفیت بالا است. این دلیل بزرگی است برای اینکه : چرا ما هنوز از هارد دیسک مغناطیسی در محل ذخیره دیتای رایانه خود استفاده می کنیم. بیایید نگاهی به تاریخچه هارد دیسک ها بیندازیم. IBM اولین رایانه مبتنی بر درایو دیسک سخت تجاری را ساخت و آن را RAMAC نامید که مخفف : روش دسترسی تصادفی حسابداری و کنترل بود. سیستم ذخیره سازی آن IBM 350 نامیده می شد RAMAC بزرگ بود و برای کار به یک اتاق کامل احتیاج داشت. سیستم ذخیره سازی درایو دیسک سخت به تنهایی به اندازه دو یخچال بود و داخل آن 50 دیسک گردان 24 اینچی انباشته شده بود.
اولین نمونه هارد دیسک
اولین درایو دیسک سخت IBM Model 350 Disk File بود که در سال 1956 همراه با کامپیوتر IBM 305 RAMAC ارائه شد. این حافظه غیر فرار دارای 50 دیسک 24 اینچی با ظرفیت ذخیره سازی 5 میلیون فایل متنی بود این یعنی : کمی کمتر از 5 مگابایت. اولین هارد دیسکی که توانست مرز های ذخیره سازی اطلاعات را فراتر از انتظار بشر سوق دهد : با ظرفیت بیش از 1 گیگابایت IBM 3380 در سال 1980 ساخته شد. این حافظه می توانست 2.52 گیگابایت دیتا ذخیره کند. این میزان ذخیره سازی برای هر چیزی ( به جز آرشیو عکس ، موسیقی و فیلم های سینمایی ) فوق العاده و شگفت انگیز بود. جعبه سخت افزار آن به اندازه یخچال فریزر آشپزخانه شما بود ! و وزن آن 550 پوند ( معادل 250 کیلوگرم ) و قیمت آن هنگام معرفی از 81000 دلار تا 142،400 دلار تخمین زده شد .
مشتریان RAMAC با کمتر از 5 مگابایت فضای ذخیره سازی روبرو شدند درست است ، مگابایت بزرگ ترین واحد فضای ذخیره سازی.و قابل کاربرد برای RAMAC بود. بازاریابان IBM نمی خواستند RAMAC بیش از این اطلاعات ذخیره کند، زیرا هیچ ایده ای نداشتند که چگونه مشتری ها را متقاعد کنند که بیش از اینها به فضای ذخیره سازی بیشتری نیاز دارند.
IBM
مشتریان IBM بیش از 3200 دلار برای امتیاز دستیابی و ذخیره آن اطلاعات هزینه کردند.
این رقم فقط برای اجاره یک ماهه بود. شصت سال پیش ، ذخیره سازی اطلاعات برای هر مگابایت در هر ماه 640 دلار هزینه داشت. با نرخ ذخیره سازی IBM در سال 1956 ، یک آیفون 7 جدید ماهیانه حدود 20.5 میلیون دلار هزینه دارد . البته راماک در جیب شما جا نمی‌شد !این روزها می توانید 2 ترابایت را روی کارت SD به اندازه یک تمبر پستی قرار دهید ، اما نیم قرن پیش ، این داستان کاملاً متفاوت بود. IBM همچنان به اصلاح فضای ذخیره سازی درایو دیسک سخت ادامه داد ، اما سیستم ها همچنان بزرگ و دست و پا گیر بودند. در اوایل دهه 1960 مشتریان اصلی IBM تشنه ظرفیت ذخیره سازی بیشتر بودند ، اما آنها به راحتی فضای محیطی لازم برای نصب وسایل ذخیره سازی به اندازه یک یخچال را نداشتند بنابراین ، افراد هوشمند در IBM به یک راه حل رسیدند: ذخیره سازی قابل جابجایی.
IBM 1311 Disk Storage Drive در سال 1962 معرفی شد
ای سیستم امکان استفاده از IBM 1316 Disk Packs را ایجاد کرد که به مشتریان اصلی IBM اجازه می داد تا ظرفیت ذخیره سازی خود را به اندازه مورد نیاز ( در حد توان مالی خود) گسترش دهند IBM اندازه دیسک ها را به طرز چشمگیری کوچک کرد دیسک ها از قطر 24 اینچ به 14 اینچ کوچک شد. بسته های دیسک 9 پوندی در دستگاهی به اندازه یک ماشین لباسشویی مدرن قرار گرفتند. هر جعبه می توانست حدود 2 مگابایت فضا داشته باشد.
به یاد می آورم که در اواسط دهه 1970 در کودکی در یک مرکز داده گشت زدم و بسته های دیسک قابل جابجایی IBM را از نزدیک دیدم. ابعاد آنها تقریباً به همان اندازه و ابعادی بود که برای حمل کیک تولد استفاده می کنید: ظروف پلاستیکی بزرگ و مهر و موم شده که دسته های آن در قسمت بالای آن قرار دارد.
تولید رایانه ها از پکیج های رقابتی و تحریک کننده شروع شد
حس کنجکاوی مشتری با قیمت های گران در دنیای تجارت تا دستگاه های ضروری و فزاینده ای که برای انجام کار مورد نیاز است ، متمرکز شده اند. IBM’s System 360 ثابت کرده است که یک رایانه مرکزی بسیار محبوب و تأثیرگذار است. IBM مدل های مختلفی ایجاد کرد اما شدیدا به روند ” ذخیره سازی انعطاف پذیر” در سراسر خط تولید 360 نیاز داشت. بنابراین IBM یک اتصال استاندارد دستگاه دیسک سخت را ایجاد کرد. سایر تولیدکنندگان این فناوری را به کار گرفتند و یک صنعت متولد شد.
یک درایو دیسک سخت به نام SyQuest برای رایانه های شخصی در نظر گرفته شده بود و برای سالهای زیادی از نظر انتقال اسناد حجیم هیچ رقیب مناسبی نداشت. اولین SyQuest SQ306RD معرفی شده در سال 1983 دارای دیسک سخت 5 مگابایتی برای ذخیره اکثر انواع داده و حتی فایل صوتی و تصویری کاربرد داشت. در سال 1986 ، حافظه 44 مگابایتی مدل SQ555 و SQ400 در بازار موجود بود.
انقلاب PC به عنوان کامپیوتر های خانگی
تا دهه 1970 کامپیوترها وسایل عظیم ، گران قیمت و بسیار تخصصی ای بودند که تنها بزرگترین مشاغل ، دانشگاه ها و موسسات دولتی توانایی خرید آن را داشتند. افت قیمت قطعات الکترونیکی ، افزایش تراکم تراشه های حافظه و سایر عوامل باعث ایجاد یک صنعت کاملاً جدید شد: رایانه شخصی. در ابتدا ، رایانه های شخصی از قابلیت ذخیره سازی بسیار محدود و تقریباً ناچیز برخوردار بودند. برخی از آنها از نوار کاغذی سوراخ دار برای نگهداری استفاده می کردند. دیگران از کاست های صوتی استفاده می کردند. سرانجام ، رایانه های شخصی اطلاعات را بر روی درایوهای فلاپی دیسک می نویسند. با گذشت زمان هزینه تولید و ارائه درایوهای دیسک سخت به اندازه کافی کاهش یافت تا کاربران PC نیز بتوانند یکی از آنها را داشته باشند.
- در سال 1980 ، یک شرکت تازه کار جوان به نام Shugart Technology یک هارد دیسک مغناطیسی 5 مگابایتی را معرفی کرد که متناسب با رایانه های شخصی آن روز بود. قطر آن 5.25 اینچ و هزینه این درایو در آن زمان معادل 1500 دلار بوده است.
- سازنده متوجه شد که محبوبیت کافی برای تبدیل شدن هارد PC به یک استاندارد عملی برای رایانه های شخصی در سراسر دهه 1980 وجود دارد. شوگارت نام خود را به Seagate Technology تغییر داد. بله اون سیگیت امروزی هست!
- در طی 25 سال ، فناوری هارد دیسک از دستگاهی به اندازه یخچال به قطری کمتر از 6 اینچ کاهش یافته بود اما این کاهش نسبت به آنچه در 25 سال آینده اتفاق می افتد ، هیچ نیست
ظهور RAID
در اواخر دهه 1980 ، هنگامی که سه دانشمند کامپیوتر از دانشگاه برکلی در مقاله تحقیقاتی ارائه شده در کنفرانس SIGMOD ، اصطلاح “RAID” را ابداع کردند ، یک فصل مهم در پس زمینه های Backblaze ظاهر می شود ، یک رویداد سالانه که امروزه نیز اتفاق می افتد. RAID مخفف کلمه Redundant Array of Inexpensive Disks است. ایده RAID این است که شما می توانید چندین دستگاه ذخیره سازی مجزا تهیه کرده و آنها را برای یک واحد منطقی یکسان ترکیب کنید. تقسیم کار نوشتن و خواندن داده ها بین چندین دستگاه می تواند باعث حرکت سریعتر داده ها شود. همچنین می تواند احتمال از دست رفتن داده ها را کاهش دهد.
RAID برای سرور ها از اهمیت خاصی برخوردار هست
- RAID در واقع نحوه ساخت Storage Pods است . آخرین طراحی Storage Pod ما شامل 60 هارد دیسک مجزا است که در چهار آرایه RAID جمع شده اند. سپس BackBlaze با پیاده سازی مکانیزم رمزگذاری پاک کردن Reed-Solomon برای کار کردن در سراسر خزانه های Backblaze ، این مفهوم را بیشتر پیش برد .
- با آخرین طراحی Storage Pod یک دیتا سنتر حدود 800 ترابایت را در یک شاسی فشرده می‌کند که حدود 7 اینچ ارتفاع عمودی را در یک قفسه تجهیزات اشغال‌می‌کند. این فاصله زیادی از فضای ذخیره سازی RAMAC به اندازه 5 مگابایت در ابعاد یخچال و فریزر دارد. این تیجه: در واقع 96 میلیون برابر فضای ذخیره سازی بیشترنسبت به پکیج های اولیه IBM است.
بزرگتر ، بهتر ، سریعتر ، بیشتر
در طول دهه 1980 و 1990 ، سازندگان هارد دیسک و رایانه های شخصی دست به نو آوری زد ه و بازار خرید حافظه رایانه را به طور غیرقابل تصوری تغییر دادند. درایوهای 5.25 اینچی خیلی زود جای خود را به درایوهای 3.5 اینچی داد . در Backblaze ما هنوز از درایوهای 3.5 اینچی طراحی شده برای رایانه های رومیزی مدرن در Storage Pods استفاده می کنیم.
وقتی محبوبیت لپ تاپ ها بیشتر شد ، فرم فاکتور درایوها دوباره به 2.5 اینچ کاهش یافت
اگر امروز از لپ تاپی استفاده می کنید که دارای هارد دیسک است ، احتمال اینکه داری یک مدل از هارد دیسک 2.5 اینچی باشد وجود دارد. نیاز به فضای ذخیره سازی بهتر ، سریعتر ، قابل اطمینان تر و انعطاف پذیر نیز باعث ایجاد رابط های مختلفی شد IDE ، SCSI ، ATA ، SATA ، PCIe به عنوان درگاه های رابط هارد دیسک با سیستم به سرعت ارتقاء یافت!پورت های IDE در 2.5 و 3.5 اینچ متفاوت هستند اما پورت SATA برای همه فرم فاکتور ها یکسان است.
سازندگان درایو با افزایش سرعت اسپیندل – سرعت موتوری که هارد را می چرخاند را از نظر عملکرد بهبود بخشیدند.
در نسل های اولیه 5400 دور در دقیقه (RPM) استاندارد بود ، اما 7200 دور ، عملکرد بهتری داشت. خیلی زود, Seagate Western Digital وسایر تولید کننده‌گان با معرفی 10،000 RPM و در نهایت 15،000 RPM سرعت چرخش دیسک و خواندن و نوشتن دیتا را افزایش دادند. IBM پیشگام هارد دیسک تجاری بود و در طول دهه های گذشته تعداد بی شماری از ابتکارات درایو دیسک سخت را به بازار عرضه کرد. در سال 2003 ، IBM بخش ذخیره سازی خود را به هیتاچی فروخت. بسیاری از درایوهای هیتاچی که ما در اینجا در Backblaze استفاده می کنیم می توانند اصل و نسب آنها را به IBM برسانند.
درایوهای حالت جامد در مقابل هارد دیسک مغناطیسی
حتی وقتی دیسک های سخت جایگاهی در سیستم های رایانه ای اولیه پیدا می کردند ، سیستم های ذخیره سازی مبتنی بر RAM نیز در حال ایجاد بودند. در روند افزایش ناگهانی و نیاز بالای حافظه کامپیوتر ؛ پیچیدگی فناوری ، اندازه و نیاز به برق در کارکرد قطعات، باعث می شود که فرایند ذخیره سازی مبتنی بر حافظه RAM دشوار به نظر رسد ؛ اما این روند بسیار تخصصی است و سیستم های گران قیمت در بازارهای ابر رایانه ، ناگزیر ازآن استفاده می کنند.
سرانجام RAM غیر فرار به اندازه کافی سریع ، قابل اعتماد و ارزان شد که SSD ها می توانند به صورت انبوه تولید شوند
SSD ها فوق العاده گران بودند. در اوایل دهه 1990 ، شما می توانستید یک SSD 20 مگابایتی برای کامپیوتر با قیمت 1000 دلار خرید کنید. این یعنی در ازای هر مگابایت حدود 50 دلار پرداخت می شد. اگر بخواهیم قیمت‌ها را مقایسه کنیم ؛ هزینه یک دیسک سخت چرخشی ( هارد دیسک مغناطیسی ) به زیر 1 دلار برای هر مگابایت کاهش یافته و حتی بیشتر سقوط خواهد کرد.
- موفقیت واقعی با معرفی SSD های مبتنی بر فلش اتفاق افتاد.
- در اواسط دهه 2000 ، سامسونگ ، SanDisk و دیگران SSD های فلش را به بازار آوردند که به عنوان جایگزینی برای درایوهای دیسک سخت عمل می کنند.
- حافظه اس اس دی باعث افت هارد دیسک می شود زیرا : آنها سریعتر ، کوچکتر و فراوانتر شده اند.
- اکنون رایانه های شخصی ، مک و تلفن های هوشمند همه از حافظه فلش با هر شکل و اندازه ای برخوردار هستند و به حرکت در آن جهت ادامه می دهند.
- حافظه های SSD عملکرد بهتر ، بهره وری بهتری را ارائه می دهند و طراحی های سبک و نازک رایانه های قابل حمل را امکان پذیر می کنند.
هارد دیسک محترم در حال چرخش که اکنون 60 سال از عمر آن می گذرد هنوز هم مثل ربات کار می‌کند.
- سازندگان SSD در حال نزدیک شدن قیمت به برابری با هارد دیسک ها هستند ، اما هنوز سالها با رسیدن به این نقطه فاصله دارند.
- فروشنده یک هارد دیسک در حال چرخش به سبک قدیمی هنوز بهترین پیشنهاد را به شما می دهد.
- می توانیم درباره دیتا سنتر ها رویا ببینیم. آنها به ما وعده حافظه های نسل جدید SSD را می دهند.
- امیدوارم هارد های هیبریدی به عنوان اس اس دی ” واقعی ” مخفی کاری نشود.
اندی کلاین در Backblaze به این فکر افتاد که SSD جدید 60 ترابایتی Seagate در یکی از Storage Pod ها چگونه می تواند باشد؟! او مجبور بود قیمت را حدس بزند اما بر اساس برآوردهای فعلی بازار ، یک حافظه ذخیره سازی درایو مبتنی بر SSD با میزان ذخیره سازی 60 گیگابایتی حدود 1.2 میلیون دلار برای Backblaze هزینه دارد. اندی با این خبر در بخش حسابداریشرکتشان هیچ دوستی پیدا نکرد ، بنابراین احتمالاً امتحان کردن حافظه 60 گیگابایتی به این زودی ها اتفاق نمی افتد.
backblaze.com
آینده حافظه های ذخیره سازی چه اتفاقی می افتد
از آنجا که رایانه ها و دستگاه های تلفن همراه برای ذخیره دیتا روی هارد دیسک مغناطیسی و حافظه اس اس دی متمرکز شده اند ، کاهش استفاده از هارد دیسک مغناطیسی به عنوان یک فناوری قدیمی که به زودی در کنار هم قرار خواهد گرفت ، به آسانی پیش بینی می شود. هرچند پارتاکو کاربران را برای احتیاط در برابر هارد دیسک تشویق می کند، به نظر می رسد هر چند سال یکبار کسی هارد دیسک را مرده اعلام می کند. در همین حال سازندگان هارد دیسک مداوم در جستجوی راه هایی برای حفظ آن هستند.
هیچ شکی نیست که بازار هارد دیسک در دوره افول و گذار است
فروش هارد دیسک سال به سال کاهش می یابد و مصرف کنندگان به SSD روی می آورند ؛ یا کلاً از Mac و PC دور می شوند و کارهای بیشتری را روی دستگاه های تلفن همراه انجام می دهند. صرف نظر از این ، نوآوری و توسعه درایوهای سخت به سرعت ادامه می یابد. دیتا سنتر ها Storage Pods خود را با دیسک های سخت 8 الی 15 ترابایتی جمع می کنند . هارد دیسک های 10 ترابایتی هم اکنون در حال ارسال و دریافت داده هستند و حتی درایوهای 3.5 اینچی با ظرفیت بالاتر نیز در معرض دید هستند.
سازندگان هارد دیسک به طور مداوم تراکم ذخیره داده را بهبود می بخشند.
فضای مقدار اطلاعاتی که می توانید به طور فیزیکی روی دیسک قرار دهید بیشتر و بهتر می‌شود. آنها همچنین روشهایی را پیدا کرده اند که می توانند دیسکای چرخان بیشتری را به یک مکانیزم واحد هدایت کنند و سپس آن را با هلیوم پر کنند . متأسفانه این هم باعث نمی شود که درایو شناور شود و قابل دسترسی تصادفی بهبود یابد و تخیلات درباره ایجاد یک مرکز داده سریع را ناخوشایند می کند.
آیا SSD تنها آینده ذخیره اطلاعات است؟
- Seagate همچنان قاطعانه به آینده هارددیسک ها اعتقاد دارد. CFO تخمین می زند که درایو های سخت 15-20 سال دیگر وجود داشته باشد.
- محققان پیش بینی می کنند که هارد دیسک هایی که طی دهه آینده به بازار می آیند ، به مقیاس بیشتری از داده ها را ذخیره می کنند . مثلا : 100 ترابایت یا بیشتر.
تصور کنید که یک هارد دیسک 10 ترابایتی را در سال 1956 به یک اپراتور RAMAC تحویل دهید و به آنها بگویید دستگاه 3.5 اینچی موجود در دست آنها " دو میلیون برابر" بیشتر از جعبه بزرگی که در مقابل آنها قرار دارد ، داده دارد. آنها فکر می کنند شما شیرین و یا بانمک هستید. اما من به شما خواهم گفت که شاید در آینده " اهمیت ذخیره داده " از بین برود.