La vida de un byte de datos

 

La vida de un byte de datos

FUENTE: MICROSIERVOS.COM
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Un byte de datos se ha almacenado de diferentes maneras a medida que se introdujeron medios de almacenamiento m√°s nuevos, mejores y m√°s r√°pidos. Un byte es una unidad de informaci√≥n digital que com√ļnmente se refiere a ocho bits. Un bit es una unidad de informaci√≥n que se puede expresar como 0 o 1 y representa un estado l√≥gico.

En el caso de las tarjetas de papel, un bit se almacenaba como la presencia o ausencia de un agujero en la tarjeta en un lugar espec√≠fico. Si retrocedemos a√ļn m√°s en el tiempo, hasta el motor anal√≠tico de Babbage, un bit se almacenaba como la posici√≥n de un engranaje o palanca mec√°nica. Para dispositivos de almacenamiento magn√©tico, como cintas y discos, un bit est√° representado por la polaridad de una determinada √°rea de la pel√≠cula magn√©tica. En la memoria din√°mica de acceso aleatorio (DRAM) moderna, un bit suele representarse como dos niveles de carga el√©ctrica almacenados en un condensador, un dispositivo que almacena energ√≠a el√©ctrica en un campo el√©ctrico.

En junio de 1956, Werner Buchholz 1 acu√Ī√≥ la palabra byte 2 para referirse a un grupo de bits utilizados para codificar un √ļnico car√°cter de texto 3 . Repasemos un poco la codificaci√≥n de caracteres. Comenzaremos con el C√≥digo Est√°ndar Americano para el Intercambio de Informaci√≥n o ASCII. ASCII se bas√≥ en el alfabeto ingl√©s, por lo tanto, cada letra, d√≠gito y s√≠mbolo (az, AZ, 0–9, +, -, /, “, ! etc) se representaron como un entero de 7 bits entre 32 y 127. Esto fue No es muy amigable con otros idiomas. Para admitir otros idiomas, Unicode extendi√≥ ASCII. Con Unicode, cada car√°cter se representa como un punto de c√≥digo o car√°cter, por ejemplo, una j min√ļscula es U+006A, donde U representa Unicode y despu√©s es un n√ļmero hexadecimal.

UTF-8 es el est√°ndar para representar caracteres como ocho bits, lo que permite almacenar cada punto de c√≥digo entre 0 y 127 en un solo byte. Si pensamos en ASCII, esto est√° bien para los caracteres en ingl√©s, pero los caracteres de otros idiomas a menudo se expresan como dos o m√°s bytes. UTF-16 es el est√°ndar para representar caracteres de 16 bits y UTF-32 es el est√°ndar para representar caracteres de 32 bits. En ASCII cada car√°cter es un byte, y en Unicode, eso a menudo no es cierto, un car√°cter puede tener 1, 2, 3 o m√°s bytes. A lo largo de este art√≠culo habr√° agrupaciones de bits de diferentes tama√Īos. La cantidad de bits en un byte var√≠a seg√ļn el dise√Īo del medio de almacenamiento en el pasado.

Este art√≠culo viajar√° en el tiempo a trav√©s de varios medios de almacenamiento como un ejercicio de inmersi√≥n en c√≥mo hemos almacenado datos a lo largo de la historia. De ninguna manera esto incluir√° todos los medios de almacenamiento jam√°s fabricados, vendidos o distribuidos. Este art√≠culo pretende ser divertido e informativo sin ser enciclop√©dico. Empecemos. Supongamos que tenemos un byte de datos para almacenar: la letra j, o como un byte codificado 6ao en binario 01001010. A medida que viajamos en el tiempo, nuestro byte de datos entrar√° en juego en algunas de las tecnolog√≠as de almacenamiento que cubrimos. Finalmente, el art√≠culo concluir√° con una mirada a las tecnolog√≠as de almacenamiento actuales y futuras.

1951

UNIVAC

Fuente de la imagen: http://www.ricomputermuseum.org/Home/interesting_computer_items/univac-magnetic-tape

Nuestra historia comienza en 1951 con la unidad de cinta UNIVAC UNISERVO para la computadora UNIVAC 1. Esta fue la primera unidad de cinta fabricada para una computadora comercial. La cinta era de tres libras de una tira delgada de ½ pulgada de ancho de bronce f√≥sforo niquelado, llamada Vicalloy, que ten√≠a 1,200 pies de largo. Nuestro byte de datos podr√≠a almacenarse a una velocidad de 7200 caracteres por segundo 4 en una cinta que se mueve a 100 pulgadas por segundo. En este momento de la historia, se pod√≠a medir la velocidad de un algoritmo de almacenamiento por la distancia que recorr√≠a la cinta.

1952

IBM 726

Fuente de la imagen: https://www.ibm.com/ibm/history/exhibits/storage/storage_PH5-24.html

Avancemos un a√Īo hasta el 21 de mayo de 1952, cuando IBM anunci√≥ su primera unidad de cinta magn√©tica, la IBM 726. Nuestro byte de datos ahora pod√≠a pasarse de la cinta met√°lica de UNISERVO a la cinta magn√©tica de IBM. Este nuevo hogar ser√≠a muy acogedor para nuestro peque√Īo byte de datos, ya que la cinta podr√≠a almacenar hasta 2 millones de d√≠gitos. Esta cinta magn√©tica de 7 pistas se mov√≠a a 75 pulgadas por segundo con una velocidad de transferencia de 12.500 d√≠gitos 5 o 7.500 caracteres 6  (llamados grupos de copia en ese momento) por segundo. Como referencia, este art√≠culo tiene 34.128 caracteres.

Las cintas de 7 pistas ten√≠an seis pistas para datos y una para mantener la paridad asegurando que el n√ļmero total de 1 bits en la cadena fuera par o impar. Los datos se registraron a 100 bits por pulgada lineal. Este sistema utilizaba un m√©todo de “canal de vac√≠o” para mantener un bucle de cinta circulando entre dos puntos. Esto permiti√≥ que la unidad de cinta iniciara y detuviera la cinta en una fracci√≥n de segundo. Esto se hizo colocando largas columnas de vac√≠o entre los carretes de cinta y los cabezales de lectura/escritura para absorber aumentos repentinos de tensi√≥n en la cinta, sin los cuales la cinta normalmente se habr√≠a roto. Un anillo de pl√°stico extra√≠ble en la parte posterior del carrete de cinta proporcionaba protecci√≥n contra escritura. En un carrete de cinta se podr√≠an almacenar aproximadamente 1,1 megabytes 7 .

Si recuerda las cintas VHS, ¿qu√© se requer√≠a antes de devolver una pel√≠cula a Blockbuster? ¡Rebobinando la cinta! Lo mismo podr√≠a decirse de las cintas utilizadas para ordenadores. Los programas no pod√≠an saltar sobre una cinta ni acceder a datos aleatoriamente, ten√≠an que leer y escribir en orden secuencial.

1956

RAMAC

Fuente de la imagen: https://www.computerhistory.org/revolution/memory-storage/8/233

Si avanzamos unos a√Īos hasta 1956, la era del almacenamiento en disco magn√©tico comenz√≥ cuando IBM complet√≥ un sistema inform√°tico RAMAC 305 para entregarlo a Zellerbach Paper en San Francisco 8 . Esta computadora fue la primera en utilizar una unidad de disco duro de cabezal m√≥vil. La unidad de disco RAMAC constaba de cincuenta platos met√°licos de 24 pulgadas de di√°metro recubiertos magn√©ticamente, capaces de almacenar alrededor de cinco millones de caracteres de datos, 7 bits por car√°cter, y girar a 1200 revoluciones por minuto. La capacidad de almacenamiento era de unos 3,75 megabytes.

RAMAC permit√≠a memoria de acceso aleatorio en tiempo real a grandes cantidades de datos, a diferencia de la cinta magn√©tica o las tarjetas perforadas. IBM anunci√≥ que el RAMAC pod√≠a almacenar el equivalente a 64.000 tarjetas perforadas 9 . Antes de RAMAC, las transacciones se reten√≠an hasta que se acumulaba un grupo de datos y se procesaba por lotes. RAMRAC introdujo el concepto de procesar continuamente las transacciones a medida que se produc√≠an para que los datos pudieran recuperarse inmediatamente cuando estuvieran actualizados. Ahora se pod√≠a acceder a nuestro byte de datos en la RAMAC a 100.000 bits por segundo 10 . Antes de esto, con las cintas, ten√≠amos que escribir y leer datos secuenciales y no pod√≠amos saltar aleatoriamente a varias partes de la cinta. El acceso aleatorio a los datos en tiempo real fue verdaderamente revolucionario en ese momento.

1963

dectape

Fuente de la imagen: https://www.computerhistory.org/timeline/1963/

Avancemos hasta 1963 cuando se introdujo DECtape. Su hom√≥nimo proviene de Digital Equipment Corporation, conocida como DEC para abreviar. DECtape era econ√≥mico y confiable, por lo que se us√≥ en muchas generaciones de computadoras DEC. Era una cinta de ¾ de pulgada laminada y colocada entre dos capas de mylar en un carrete de cuatro pulgadas.

DECtape se pod√≠a llevar en la mano, a diferencia de sus pesados ​​y grandes predecesores, lo que lo hac√≠a ideal para computadoras personales. A diferencia de la cinta de 7 pistas, DECtape ten√≠a 6 pistas de datos, 2 pistas de marcas y dos pistas de reloj. Los datos se registraron a 350 bits por pulgada. Nuestro byte de datos, que es de 8 bits pero podr√≠a ampliarse a 12, podr√≠a transferirse a DECtape a 8.325 palabras de 12 bits por segundo con una velocidad de cinta de 93 +/-12 pulgadas por segundo 11 . Esto es un 8% m√°s de d√≠gitos por segundo que la cinta met√°lica UNISERVO en 1952.

1967

pececillo

Fuente de la imagen: https://www.computerhistory.org/revolution/memory-storage/8/261/1080

Cuatro a√Īos m√°s tarde, en 1967, un peque√Īo equipo de IBM comenz√≥ a trabajar en la unidad de disquete de IBM, con nombre en c√≥digo Minnow 12 . En ese momento, al equipo se le asign√≥ la tarea de desarrollar una forma confiable y econ√≥mica de cargar microc√≥digo en los mainframes IBM System/370 13 . Luego, el proyecto fue reasignado y reutilizado para cargar microc√≥digo en el controlador de IBM 3330 Direct Access Storage Facility, con nombre en c√≥digo Merlin.

Nuestro byte de datos ahora podr√≠a almacenarse en discos Mylar flexibles de s√≥lo lectura de 8 pulgadas recubiertos con material magn√©tico, que hoy se conocen como disquetes. En el momento de su publicaci√≥n, el resultado del proyecto se denomin√≥ Sistema de unidad de disquete IBM 23FD. Los discos podr√≠an contener 80 kilobytes de datos. A diferencia de los discos duros, un usuario podr√≠a transferir f√°cilmente un disquete con su funda protectora de un disco a otro. M√°s tarde, en 1973, IBM lanz√≥ una unidad de disquete de lectura/escritura, que luego se convirti√≥ en un est√°ndar de la industria 14 .

1969

apolo-cuerda-memoria.jpg

Fuente de la imagen: https://spectrum.ieee.org/tech-history/space-age/software-as-hardware-apollos-rope-memory

En 1969, la memoria de cuerda de solo lectura Apollo Guidance Computer (AGC) fue lanzada al espacio a bordo de la misi√≥n Apolo 11, que llev√≥ a los astronautas estadounidenses a la Luna y de regreso. Esta memoria de cuerda fue hecha a mano y pod√≠a contener 72 kilobytes de datos. La fabricaci√≥n de memorias de cuerda era laboriosa, lenta y requer√≠a habilidades an√°logas al trabajo textil; Podr√≠a llevar meses tejer un programa en la memoria de la cuerda 15 . Pero en ese momento era la herramienta adecuada para el trabajo de resistir los duros rigores del espacio. Cuando un cable pasaba por uno de los n√ļcleos circulares representaba un 1. Los cables que pasaban alrededor de un n√ļcleo representaban un 0. Nuestro byte de datos le tomar√≠a a un humano unos minutos (estimado) para tejer la cuerda.

1977

conjunto de datos

Fuente de la imagen: https://en.wikipedia.org/wiki/File:Commodore-Datasette-C2N-Mk2-Front.jpg

Avancemos r√°pidamente hasta 1977, cuando se lanz√≥ el Commodore PET, la primera computadora personal (exitosa) para el mercado masivo. Integrado en el PET hab√≠a un Commodore 1530 Datasette, es decir, datos m√°s casete. El PET convert√≠a los datos en se√Īales de sonido anal√≥gicas que luego se almacenaban en casetes 16 . Esto result√≥ en una soluci√≥n de almacenamiento rentable y confiable, aunque muy lenta. Nuestro peque√Īo byte de datos podr√≠a transferirse a una velocidad de alrededor de 60 a 70 bytes por segundo 17 . Los casetes pod√≠an contener unos 100 kilobytes por cara de 30 minutos, con 2 caras por cinta. Por ejemplo, podr√≠a colocar aproximadamente 2 de estas im√°genes de 55 KB 18 en un lado del casete. El conjunto de datos tambi√©n apareci√≥ en el Commodore VIC-20 y el Commodore 64.

1978

Disco l√°ser

Fuente de la imagen: https://www.youtube.com/watch?v=PRFQm0eUvzs

Avancemos un a√Īo hasta 1978, cuando MCA y Philips introdujeron el LaserDisc como “Discovision”. Tibur√≥n fue la primera pel√≠cula vendida en LaserDisc en Norteam√©rica. La calidad de audio y v√≠deo de un LaserDisc era mucho mejor que la de la competencia, pero demasiado cara para la mayor√≠a de los consumidores. A diferencia de la cinta VHS, que los consumidores pod√≠an utilizar para grabar programas de televisi√≥n, no se pod√≠a escribir en el LaserDisc. Los LaserDisc utilizaban v√≠deo anal√≥gico con sonido est√©reo FM anal√≥gico y modulaci√≥n de c√≥digo de pulso 19 , o PCM, audio digital. Los discos ten√≠an 12 pulgadas de di√°metro y estaban compuestos por dos discos de aluminio de una cara recubiertos de pl√°stico. El LaserDisc se recuerda hoy como la base sobre la que se crearon los CD y DVD.

1979

st506

Fuente de la imagen: https://www.computerhistory.org/storageengine/seagate-5-25-inch-hdd-becomes-pc-standard/

Un a√Īo despu√©s, en 1979, Alan Shugart y Finis Conner fundaron la empresa Seagate Technology con la idea de reducir una unidad de disco duro al mismo tama√Īo que un disquete de 5 ¼ pulgadas, que en ese momento era el est√°ndar. Su primer producto, en 1980, fue el disco duro Seagate ST506, el primer disco duro para microcomputadoras. El disco conten√≠a cinco megabytes de datos, lo que en aquel momento era cinco veces m√°s que un disquete est√°ndar. Los fundadores lograron su objetivo de reducir la unidad al tama√Īo de una unidad de disquete de 5 ¼ pulgadas. Era un plato met√°lico r√≠gido recubierto por ambos lados con una fina capa de material magn√©tico para almacenar datos. Nuestro byte de datos podr√≠a transferirse a una velocidad de 625 kilobytes por segundo 20 al disco. Eso es aproximadamente un gif animado de 625 KB a 21 por segundo.

1981

3.5 disquete

Fuente de la imagen: https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_the_floppy_disk#/media/File:Floppy_disk_300_dpi.jpg

Avancemos un par de a√Īos hasta 1981, cuando Sony present√≥ las primeras unidades de disquete de 3 ½ pulgadas. Hewlett-Packard fue el primero en adoptar esta tecnolog√≠a en 1982 con su HP-150. Esto puso el disquete de 3 ½ pulgadas en el mapa y le dio una amplia distribuci√≥n en la industria 22 . Los discos eran de una sola cara con una capacidad formateada de 161,2 kilobytes y una capacidad sin formato de 218,8 kilobytes. En 1982, la versi√≥n de doble cara estuvo disponible y el Comit√© de la Industria de Microfloppy (MIC), un consorcio de 23 compa√Ī√≠as de medios, bas√≥ una especificaci√≥n para un disquete de 3 ½ pulgadas en los dise√Īos originales de Sony, consolidando el formato en la historia tal como lo conocemos 23 . Nuestro byte de datos ahora podr√≠a almacenarse en la primera versi√≥n de uno de los medios de almacenamiento m√°s ampliamente distribuidos: el disquete de 3 ½ pulgadas. M√°s tarde, un par de disquetes de 3 ½ pulgadas que conten√≠an el contenido de The Oregon Trail ser√≠an fundamentales para mi infancia.

1984

CD ROM

Fuente de la imagen: https://en.wikipedia.org/wiki/CD-ROM#/media/File:CD-ROM.png

Poco despu√©s, en 1984, Sony y Philips anunciaron el disco compacto con memoria de s√≥lo lectura (CD-ROM), que conten√≠a 550 megabytes de datos pregrabados. Este formato surgi√≥ de los discos compactos de audio digital, o CD-DA, que se utilizaban para distribuir m√ļsica. El CD-DA fue desarrollado por Sony y Philips en 1982 y tiene una capacidad de 74 minutos. Cuando Sony y Philips estaban negociando el est√°ndar para un CD-DA, cuenta la leyenda que una de las cuatro personas insisti√≥ en que pudiera contener toda la Novena Sinfon√≠a 24 . El primer producto publicado en CD-ROM fue la Enciclopedia Electr√≥nica de Grolier, que apareci√≥ en 1985. La enciclopedia conten√≠a nueve millones de palabras que s√≥lo ocupaban el 12% del espacio disponible en el disco, que era de 553 mebibytes 25 . Tendr√≠amos espacio m√°s que suficiente para la enciclopedia y nuestro byte de datos. Poco despu√©s, en 1985, las empresas de inform√°tica y electr√≥nica trabajaron juntas para crear un est√°ndar para los discos, de modo que cualquier computadora pudiera acceder a la informaci√≥n.

1984

En 1984, Fujio Masuoka inventó un nuevo tipo de memoria de puerta flotante, llamada memoria flash, que podía borrarse y reprogramarse varias veces.

Repasemos un poco la memoria de puerta flotante. Los transistores son puertas el√©ctricas que se pueden encender y apagar individualmente. Dado que cada transistor puede estar en dos estados distintos (encendido o apagado), puede almacenar dos n√ļmeros diferentes: 0 y 1. La puerta flotante se refiere a la segunda puerta agregada al transistor del medio. Esta segunda puerta est√° aislada por una fina capa de √≥xido. Estos transistores utilizan un peque√Īo voltaje, aplicado a la puerta del transistor, para indicar si est√° encendido o apagado, lo que a su vez se traduce en 0 o 1.

Con una puerta flotante, cuando se aplica un voltaje adecuado a trav√©s de la capa de √≥xido, los electrones la atraviesan y quedan atrapados en la puerta flotante. Por lo tanto, incluso si se desconecta la alimentaci√≥n, los electrones permanecen presentes en la puerta flotante. Cuando no hay electrones en la puerta flotante, representa un 1, y cuando los electrones quedan atrapados en la puerta flotante, representa un 0. Invertir este proceso y aplicar un voltaje adecuado a trav√©s de la capa de √≥xido en la direcci√≥n opuesta hace que los electrones se salgan de la puerta en forma de t√ļnel. puerta flotante y restaurar el transistor a su estado original. Por lo tanto, las c√©lulas se hacen programables y no vol√°tiles 26 . Nuestro byte de datos podr√≠a programarse en los transistores como 01001010, con electrones atrapados en las puertas flotantes para representar los ceros.

El dise√Īo de Masuoka era un poco m√°s asequible pero menos flexible que la PROM borrable el√©ctricamente (EEPROM), ya que requer√≠a borrar varios grupos de celdas juntas, pero esto tambi√©n explicaba su velocidad. En ese momento, Masuoka trabajaba para Toshiba. Termin√≥ dejando Toshiba poco despu√©s para convertirse en profesor en la Universidad de Tohoku porque no estaba contento con que la empresa no lo recompensara por su trabajo. Demand√≥ a Toshiba, exigiendo una compensaci√≥n por su trabajo, que resolvi√≥ en 2006 con un pago √ļnico de 87 millones de yenes, equivalente a 758.000 d√≥lares. Esto todav√≠a parece ligero dado el impacto que ha tenido la memoria flash en la industria.

Ya que estamos en el tema de la memoria flash, también podríamos cubrir la diferencia entre flash NOR y NAND. Ya sabemos por Masuoka que la memoria flash almacena información en celdas de memoria formadas por transistores de puerta flotante. Los nombres de las tecnologías están directamente relacionados con la forma en que están organizadas las células de memoria.

En NOR flash, las celdas de memoria individuales est√°n conectadas en paralelo permitiendo el acceso aleatorio. Esta arquitectura permite los cortos tiempos de lectura necesarios para el acceso aleatorio a las instrucciones del microprocesador. NOR Flash es ideal para aplicaciones de baja densidad que en su mayor√≠a son de solo lectura. Esta es la raz√≥n por la que la mayor√≠a de las CPU cargan su firmware, normalmente, desde la memoria flash NOR. Masuoka y sus colegas presentaron la invenci√≥n del flash NOR en 1984 y del flash NAND en 1987 27 .

Por el contrario, los dise√Īadores de NAND Flash renunciaron a la capacidad de acceso aleatorio a cambio de obtener un tama√Īo de celda de memoria m√°s peque√Īo. Esto tambi√©n tiene los beneficios de un tama√Īo de chip m√°s peque√Īo y un menor costo por bit. La arquitectura de la memoria flash NAND consta de una serie de ocho transistores de memoria conectados en serie. Esto conduce a una alta densidad de almacenamiento, un tama√Īo de celda de memoria m√°s peque√Īo y una escritura y borrado m√°s r√°pidos, ya que puede programar bloques de datos a la vez. Esto tiene el costo de tener que sobrescribir datos cuando no se escriben secuencialmente y los datos ya existen en un bloque 28 .

1991

Saltemos hasta 1991, cuando IBM cre√≥ un prototipo de m√≥dulo de disco de estado s√≥lido (SSD) para su evaluaci√≥n por parte de SanDisk, en ese momento conocido como SunDisk 29 . Este dise√Īo combinaba una matriz de almacenamiento flash, chips de memoria no vol√°tiles, con un controlador inteligente para detectar y corregir autom√°ticamente las celdas defectuosas. El disco ten√≠a 20 megabytes en un formato de 2 ½ pulgadas y se vendi√≥ por alrededor de 1.000 d√≥lares 30 . Esto acab√≥ siendo utilizado por IBM en el ordenador port√°til ThinkPad 31 .

1994

disco zip

Fuente de la imagen: https://www.amazon.com/Iomega-100MB-Zip-Plus-Drive/dp/B003UI8POM

Uno de mis medios de almacenamiento favoritos de mi infancia fueron Zip Disks. En 1994, Iomega lanz√≥ el Zip Disk, un cartucho de 100 megabytes en un formato de 3 ½ pulgadas, aproximadamente un poco m√°s grueso que un disco est√°ndar de 3 ½ pulgadas. Las versiones posteriores de los discos pod√≠an almacenar hasta 2 gigabytes. Estos discos ten√≠an la ventaja de ser tan peque√Īos como un disquete pero con la capacidad de contener una mayor cantidad de datos, lo que los hac√≠a atractivos. Nuestro byte de datos podr√≠a escribirse en un disco Zip a 1,4 megabytes por segundo. En aquel momento, un disquete de 1,44 megabytes y 3 ½ pulgadas escrib√≠a a unos 16 kilobytes por segundo. En una unidad Zip, los cabezales son de lectura/escritura sin contacto y vuelan sobre la superficie, lo cual es similar a un disco duro pero a diferencia de otros disquetes. Debido a problemas de confiabilidad y la asequibilidad de los CD, los discos Zip eventualmente quedaron obsoletos.

1994

Flash compacto

Fuente de la imagen: https://en.wikipedia.org/wiki/CompactFlash#/media/File:CompactFlash_Memory_Card.svg

Tambi√©n en 1994, SanDisk introdujo CompactFlash, que fue ampliamente adoptado en dispositivos de consumo como c√°maras digitales y de v√≠deo. Al igual que los CD-ROM, la velocidad de CompactFlash se basa en clasificaciones “x”, como 8x, 20x, 133x, etc. La velocidad de transferencia m√°xima se calcula bas√°ndose en la velocidad de transferencia del CD de audio original de 150 kilobytes por segundo. Esto termina pareci√©ndose a R = K ⨉ 150 kB/s, donde R es la tasa de transferencia y K es la clasificaci√≥n de velocidad. Entonces, para CompactFlash 133x, nuestro byte de datos se escribir√≠a a 133 ⨉ 150 kB/s o alrededor de 19.950 kB/s o 19,95 MB/s. La Asociaci√≥n CompactFlash se fund√≥ en 1995 para crear un est√°ndar industrial para tarjetas de memoria basadas en flash 32 .

1997

Unos a√Īos m√°s tarde, en 1997, se introdujo el disco compacto regrabable (CD-RW). Este disco √≥ptico se utiliz√≥ para el almacenamiento de datos, as√≠ como para realizar copias de seguridad y transferir archivos a varios dispositivos. Los CD-RW s√≥lo se pueden reescribir unas 1.000 veces, lo que, en ese momento, no era un factor limitante ya que los usuarios rara vez sobrescrib√≠an datos con tanta frecuencia en un disco.

Los CD-RW se basan en tecnolog√≠a de cambio de fase. Durante un cambio de fase de un medio determinado, ciertas propiedades del medio cambian. En el caso de los CD-RW, los cambios de fase en un compuesto especial, compuesto de plata, telurio e indio, provocan “tierras reflectantes” y “protuberancias no reflectantes”, cada una de las cuales representa un 0 o un 1. Cuando el compuesto est√° en un En estado cristalino, es transl√ļcido, lo que indica un 1. Cuando el compuesto se funde a un estado amorfo, se vuelve opaco y no reflectante, lo que indica un 0 33 . Podr√≠amos escribir nuestro byte de datos 01001010como “protuberancias no reflectantes” y “tierras reflectantes” de esta manera.

Los DVD finalmente superaron gran parte de la cuota de mercado de los CD-RW.

1999

Avancemos r√°pidamente hasta 1999, cuando IBM present√≥ los discos duros m√°s peque√Īos del mundo en ese momento: el microdrive IBM en capacidades de 170 MB y 340 MB. Se trataba de discos duros peque√Īos, de 1 pulgada de tama√Īo, dise√Īados para encajar en ranuras CompactFlash Tipo II. La intenci√≥n era crear un dispositivo que pudiera usarse como CompactFlash pero con m√°s capacidad de almacenamiento. Sin embargo, pronto fueron reemplazadas por unidades flash USB, que se tratan a continuaci√≥n, y tarjetas CompactFlash m√°s grandes una vez que estuvieron disponibles. Al igual que otros discos duros, los microdrives eran mec√°nicos y conten√≠an peque√Īos platos de disco giratorios.

2000

Un a√Īo despu√©s, en 2000, se introdujeron las unidades flash USB. Estas unidades consist√≠an en memoria flash encerrada en un factor de forma peque√Īo con una interfaz USB. Dependiendo de la versi√≥n de la interfaz USB utilizada, la velocidad var√≠a. USB 1.1 est√° limitado a 1,5 megabits por segundo, mientras que USB 2.0 puede manejar 35 megabits por segundo y USB 3.0 puede manejar 625 megabits por segundo 34 . Las primeras unidades USB 3.1 tipo C se anunciaron en marzo de 2015 y ten√≠an velocidades de lectura/escritura de 530 megabits por segundo 35 . A diferencia de los disquetes y los discos √≥pticos, los dispositivos USB son m√°s dif√≠ciles de rayar, pero a√ļn ofrecen los mismos casos de uso de almacenamiento de datos y transferencia y copia de seguridad de archivos. Debido a esto, las unidades para disquetes y discos √≥pticos han desaparecido desde entonces en favor de los puertos USB.

2005

disco duro

Fuente de la imagen: https://en.wikipedia.org/wiki/Hard_disk_drive#/media/File:Laptop-hard-drive-exposed.jpg

En 2005, los fabricantes de unidades de disco duro (HDD) comenzaron a enviar productos utilizando grabaci√≥n magn√©tica perpendicular o PMR. Curiosamente, esto ocurri√≥ al mismo tiempo que el iPod Nano anunci√≥ el uso de flash en lugar de los discos duros de 1 pulgada del iPod Mini, lo que provoc√≥ un poco de alboroto en la industria 36 .

Un disco duro t√≠pico contiene uno o m√°s discos r√≠gidos recubiertos con una pel√≠cula magn√©ticamente sensible que consta de peque√Īos granos magn√©ticos. Los datos se registran cuando un cabezal de escritura magn√©tico vuela justo encima del disco giratorio, muy parecido a un tocadiscos y un disco, excepto que una aguja de registro est√° en contacto f√≠sico con el disco. A medida que los platos giran, el aire en contacto con ellos crea una ligera brisa. As√≠ como el aire en el ala de un avi√≥n genera sustentaci√≥n, el aire genera sustentaci√≥n en el perfil aerodin√°mico de la cabeza 37 . El cabezal de escritura invierte r√°pidamente la magnetizaci√≥n de una regi√≥n magn√©tica de granos para que su polo magn√©tico apunte hacia arriba o hacia abajo, para indicar un 1 o un 0.

El predecesor del PMR fue el registro magn√©tico longitudinal o LMR. PMR puede ofrecer m√°s de tres veces la densidad de almacenamiento de LMR. La diferencia clave entre PMR y LMR es que la estructura del grano y la orientaci√≥n magn√©tica de los datos almacenados en los medios PMR son columnares en lugar de longitudinales. PMR tiene una mejor estabilidad t√©rmica y una mejor relaci√≥n se√Īal-ruido (SNR) debido a una mejor separaci√≥n y uniformidad del grano. Tambi√©n se beneficia de una mejor capacidad de escritura debido a campos de cabeza m√°s fuertes y una mejor alineaci√≥n magn√©tica de los medios. Al igual que LMR, las limitaciones fundamentales de PMR se basan en la estabilidad t√©rmica de los bits de datos escritos magn√©ticamente y la necesidad de tener suficiente SNR para leer la informaci√≥n escrita.

2007

Saltemos al a√Īo 2007, cuando se anunci√≥ la primera unidad de disco duro de 1 TB de Hitachi Global Storage Technologies. El Hitachi Deskstar 7K1000 usaba cinco platos de 3,5 pulgadas y 200 gigabytes y giraba a 7200 RPM. Esto contrasta marcadamente con el primer disco duro del mundo, el IBM RAMAC 350, que ten√≠a una capacidad de almacenamiento de aproximadamente 3,75 megabytes. ¡Oh, qu√© lejos hemos llegado en 51 a√Īos! Pero espera hay mas.

2009

En 2009, se inici√≥ el trabajo t√©cnico sobre la memoria no vol√°til express, o NVMe 38 . La memoria no vol√°til (NVM) es un tipo de memoria que tiene persistencia, a diferencia de la memoria vol√°til que necesita energ√≠a constante para retener datos. NVMe satisfizo la necesidad de una interfaz de controlador de host escalable para unidades de estado s√≥lido basadas en interconexi√≥n r√°pida de componentes perif√©ricos (PCIe) 39 , de ah√≠ el nombre NVMe. M√°s de 90 empresas formaron parte del grupo de trabajo para desarrollar el dise√Īo. Todo esto se bas√≥ en un trabajo previo para definir la especificaci√≥n de la interfaz del controlador de host de memoria no vol√°til (NVMHCIS). Al abrir un servidor moderno, es probable que se encuentren algunas unidades NVMe. Las mejores unidades NVMe de la actualidad pueden realizar alrededor de 3500 megabytes por segundo de lectura y 3300 megabytes por segundo de escritura 40 . Para el byte de datos con el que comenzamos, el car√°cter j, que es extremadamente r√°pido en comparaci√≥n con un par de minutos para tejer a mano la memoria de la cuerda para la computadora de gu√≠a Apollo.

Hoy y el futuro

Memoria de clase de almacenamiento (SCM)

Ahora que hemos viajado un poco en el tiempo (¡ja!), echemos un vistazo al estado del arte actual de la memoria de clase de almacenamiento (SCM). SCM, al igual que NVM, es persistente, pero SCM va m√°s all√° al proporcionar tambi√©n un rendimiento mejor o comparable al de la memoria primaria, as√≠ como capacidad de direccionamiento de bytes 41 . SCM tiene como objetivo abordar algunos de los problemas que enfrentan las cach√©s hoy en d√≠a, como la baja densidad de la memoria est√°tica de acceso aleatorio (SRAM). Con la memoria din√°mica de acceso aleatorio (DRAM) 42 , podemos obtener una mejor densidad, pero esto tiene el costo de tiempos de acceso m√°s lentos. La DRAM tambi√©n requiere energ√≠a constante para actualizar la memoria. Analicemos esto un poco. Se necesita energ√≠a, ya que la carga el√©ctrica de los condensadores se va perdiendo poco a poco, es decir, sin intervenci√≥n, los datos del chip se perder√≠an pronto. Para evitar esta fuga, la DRAM requiere un circuito de actualizaci√≥n de memoria externa que reescribe peri√≥dicamente los datos en los condensadores, restableci√©ndolos a su carga original.

Para resolver los problemas de densidad y fuga de energ√≠a, se est√°n desarrollando algunas tecnolog√≠as SCM: memoria de cambio de fase (PCM), memoria de acceso aleatorio de par de transferencia de esp√≠n (STT-RAM) y memoria de acceso aleatorio resistiva (ReRAM). Lo bueno de todas estas tecnolog√≠as es su capacidad para funcionar como c√©lulas multinivel o MLC. Esto significa que pueden almacenar m√°s de un bit de informaci√≥n, en comparaci√≥n con las celdas de un solo nivel (SLC) que pueden almacenar solo un bit por celda o elemento de memoria. Normalmente, una celda de memoria consta de un transistor de efecto de campo semiconductor de √≥xido met√°lico (MOSFET). Los MLC reducen la cantidad de MOSFET necesarios para almacenar la misma cantidad de datos que los SLC, haci√©ndolos m√°s densos o m√°s peque√Īos para ofrecer la misma cantidad de almacenamiento que las tecnolog√≠as que utilizan SLC. Repasemos c√≥mo funciona cada una de estas tecnolog√≠as SCM.

Memoria de cambio de fase (PCM)

Anteriormente vimos c√≥mo funciona el cambio de fase para los CD-RW. PCM es similar. Su material de cambio de fase suele ser Ge-Sb-Te, tambi√©n conocido como GST, que puede existir en dos estados diferentes: amorfo y cristalino. El estado amorfo tiene una resistencia mayor, que denota un 0, que el estado cristalino que denota un 1. Al asignar valores de datos a resistencias intermedias, el PCM se puede utilizar para almacenar m√ļltiples estados como un MLC 43 .

Memoria de acceso aleatorio de par de transferencia de giro (STT-RAM)

STT-RAM consta de dos capas ferromagn√©ticas y magn√©ticas permanentes separadas por un diel√©ctrico, es decir, un aislante que puede transmitir fuerza el√©ctrica sin conducci√≥n. Almacena bits de datos basados ​​en diferencias en direcciones magn√©ticas. Una capa magn√©tica, llamada capa de referencia, tiene una direcci√≥n magn√©tica fija, mientras que la otra capa magn√©tica, llamada capa libre, tiene una direcci√≥n magn√©tica que se controla mediante el paso de la corriente. Para un 1, la direcci√≥n de magnetizaci√≥n de las dos capas est√° alineada. Para un 0, las dos capas tienen direcciones magn√©ticas opuestas.

Memoria de acceso aleatorio resistiva (ReRAM)

Una celda ReRAM consta de dos electrodos met√°licos separados por una capa de √≥xido met√°lico. Podemos pensar que esto es ligeramente similar al dise√Īo de memoria flash original de Masuoka, donde los electrones atravesar√≠an la capa de √≥xido y quedar√≠an atrapados en la puerta flotante o viceversa. Sin embargo, con ReRAM, el estado de la celda se determina en funci√≥n de la concentraci√≥n de ox√≠geno vacante en la capa de √≥xido met√°lico.

Si bien estas tecnolog√≠as son prometedoras, todav√≠a tienen desventajas. PCM y STT-RAM tienen altas latencias de escritura. Las latencias de PCM son diez veces mayores que las de DRAM, mientras que STT-RAM tiene diez veces m√°s que las de SRAM. PCM y ReRAM tienen un l√≠mite en la resistencia de escritura antes de que ocurra un error grave, lo que significa que un elemento de memoria se atasca en un valor particular 44 .

En agosto de 2015, Intel anunci√≥ Optane, su producto basado en 3DXPoint, pronunciado 3D cross-point 45 . Optane afirma tener un rendimiento 1000 veces m√°s r√°pido que los SSD NAND con 1000 veces m√°s rendimiento, y al mismo tiempo cuesta entre cuatro y cinco veces el precio de la memoria flash. Optane es una prueba de que la memoria de clase de almacenamiento no es s√≥lo experimental. Ser√° interesante observar c√≥mo evolucionan estas tecnolog√≠as.

Unidades de disco duro (HDD)

Unidad de disco duro de helio (HHDD)

Una unidad de helio es una unidad de disco duro (HDD) de alta capacidad que se llena con helio y se sella herméticamente durante la fabricación. Al igual que otros discos duros, como vimos anteriormente, se parece mucho a un tocadiscos con un plato con revestimiento magnético que gira. Las unidades de disco duro típicas solo tendrían aire dentro de la cavidad, sin embargo, ese aire provoca cierta resistencia en el giro de los platos.

Los globos de helio flotan, por lo que sabemos que el helio es más ligero que el aire. De hecho, el helio tiene 1/7 de la densidad del aire, por lo que reduce la cantidad de resistencia al giro de los platos, lo que provoca una reducción en la cantidad de energía necesaria para que los discos giren. Sin embargo, esto era en realidad una característica secundaria, la característica principal del helio era permitir empaquetar 7 platos en el mismo factor de forma que normalmente solo albergaría 5. Al intentar esto con unidades llenas de aire, causaría turbulencias. Si recordamos nuestra analogía anterior con el ala de un avión, esto encaja perfectamente. Dado que el helio reduce la resistencia, esto elimina la turbulencia.

Lo que tambi√©n sabemos sobre los globos es que despu√©s de unos d√≠as, los globos llenos de helio comienzan a hundirse porque el helio se escapa de los globos. Lo mismo podr√≠a decirse de estas unidades. Pasaron a√Īos antes de que los fabricantes crearan un contenedor que impidiera que el helio escapara del factor de forma durante la vida √ļtil de la unidad. Backblaze experiment√≥ y descubri√≥ que, mientras que los discos duros de helio ten√≠an una tasa de error anualizada m√°s baja del 1,03%, los discos duros est√°ndar arrojaban un 1,06%. Por supuesto, se trata de una diferencia tan peque√Īa que resulta dif√≠cil sacar conclusiones importantes de ella 46 .

Un factor de forma lleno de helio puede tener una unidad de disco duro encapsulada que utiliza PMR, que ya analizamos anteriormente, o podría contener una unidad de grabación magnética asistida por microondas (MAMR) o de grabación magnética asistida por calor (HAMR). Puedes combinar cualquier tecnología de almacenamiento magnético con helio en lugar de aire. En 2014, HGST combinó dos tecnologías de vanguardia en su disco duro de helio de 10 TB que utilizaba grabación magnética shingled administrada por el host, o SMR. Repasemos un poco sobre SMR y luego podremos cubrir MAMR y HAMR.

Grabación magnética en tejas (SMR)

Anteriormente repasamos la grabación magnética perpendicular (PMR), que fue el predecesor de SMR. A diferencia de PMR, SMR escribe nuevas pistas que se superponen a parte de la pista magnética previamente escrita, lo que a su vez hace que la pista anterior sea más estrecha, lo que permite una mayor densidad de pistas. El nombre de esta tecnología se debe al hecho de que los carriles superpuestos se parecen mucho a los de las tejas del tejado.

SMR resulta en un proceso de escritura mucho más complejo ya que escribir en una pista termina sobrescribiendo una pista adyacente. Esto no entra en juego cuando un plato de disco está vacío y los datos son secuenciales. Pero una vez que escribe en una serie de pistas que ya contienen datos, este proceso es destructivo para los datos adyacentes existentes. Si una pista adyacente contiene datos válidos, se debe reescribir. Esto es bastante similar al flash NAND como cubrimos anteriormente.

Los dispositivos SMR administrados por dispositivos ocultan esta complejidad al hacer que el firmware del dispositivo los administre, lo que genera una interfaz como cualquier otro disco duro que pueda encontrar. Por otro lado, los dispositivos SMR administrados por host dependen del sistema operativo para saber cómo manejar la complejidad de la unidad.

Seagate comenz√≥ a distribuir unidades SMR en 2013, afirmando tener una densidad un 25 % mayor que la PMR 47 .

Grabación magnética asistida por microondas (MAMR)

MAMR es una tecnolog√≠a de almacenamiento magn√©tico asistida por energ√≠a, como HAMR que cubriremos a continuaci√≥n, que utiliza frecuencias de 20 a 40 GHz para bombardear el plato del disco con un campo de microondas circular, lo que reduce su coercitividad, lo que significa que el plato tiene una menor resistencia de su campo magn√©tico. material a cambios en la magnetizaci√≥n. Aprendimos anteriormente que los cambios en la magnetizaci√≥n de una regi√≥n del plato se utilizan para indicar un 0 o un 1, por lo que esto permite que los datos se escriban de manera mucho m√°s densa en el disco, ya que tiene una menor resistencia a los cambios en la magnetizaci√≥n. El n√ļcleo de esta nueva tecnolog√≠a es el oscilador de par de giro utilizado para generar el campo de microondas sin sacrificar la confiabilidad.

Western Digital, tambi√©n conocida como WD, present√≥ esta tecnolog√≠a en 2017 48 . Toshiba le sigui√≥ poco despu√©s, en 2018 49 . Mientras WD y Toshiba est√°n ocupados con MAMR, Seagate apuesta por HAMR.

Grabación magnética asistida por calor (HAMR)

HAMR es una tecnología de almacenamiento magnético asistido por energía para aumentar considerablemente la cantidad de datos que se pueden almacenar en un dispositivo magnético, como un disco duro, mediante el uso de calor entregado por un láser para ayudar a escribir datos en la superficie de un disco duro. plato. El calor hace que los bits de datos estén mucho más juntos en el plato del disco, lo que permite una mayor densidad y capacidad de datos.

Esta tecnolog√≠a es bastante dif√≠cil de lograr. Un l√°ser de 200 mW calienta una peque√Īa √°rea de la regi√≥n a 750 °F (400 °C) r√°pidamente antes de escribir los datos, sin interferir ni corromper el resto de los datos en el disco 50 . El proceso de calentamiento, escritura de datos y enfriamiento debe completarse en menos de un nanosegundo. Estos desaf√≠os requirieron el desarrollo de plasmones de superficie a nanoescala, tambi√©n conocidos como l√°ser guiado por superficie, en lugar de calentamiento directo basado en l√°ser, as√≠ como nuevos tipos de platos de vidrio y recubrimientos de control de calor para tolerar el calentamiento puntual r√°pido sin da√Īar la superficie. cabezal de grabaci√≥n o cualquier dato cercano, y varios otros desaf√≠os t√©cnicos que deb√≠an superarse 51 .

Seagate demostr√≥ por primera vez esta tecnolog√≠a, a pesar de muchos esc√©pticos, en 2013 52 . Comenzaron a enviar las primeras unidades en 2018 53 .

Fin de la cinta, rebobinar

Comenzamos este art√≠culo en 1951 y concluimos despu√©s de analizar el futuro de la tecnolog√≠a de almacenamiento. El almacenamiento ha cambiado mucho con el tiempo, desde cintas de papel hasta cintas met√°licas, cintas magn√©ticas, memorias de cuerda, discos giratorios, discos √≥pticos, flash y otros. El progreso ha llevado a dispositivos para almacenar datos m√°s r√°pidos, m√°s peque√Īos y con mayor rendimiento.

Si comparamos NVMe con la cinta metálica UNISERVO de 1951, NVMe puede leer un 486,111% más de dígitos por segundo. Si comparamos NVMe con mi favorito de la infancia en 1994, los discos Zip, NVMe puede leer un 213,623% más de dígitos por segundo.

Una cosa que sigue siendo cierta es el almacenamiento de 0 y 1. Los medios por los que lo hacemos var√≠an mucho. Espero que la pr√≥xima vez que grabes un CD-RW con una mezcla de canciones para un amigo o guardes v√≠deos caseros en un archivo de disco √≥ptico 54 , pienses en c√≥mo las protuberancias no reflectantes se traducen en 0 y las zonas reflectantes del disk se traduce a 1. O si est√° creando un mixtape en un casete, recuerde que est√°n muy relacionados con el Datasette utilizado en el Commodore PET. Por √ļltimo, recuerda ser amable y rebobinar 55 .

¡Gracias a Robert Mustacchi y Rick Altherr por los detalles (no puedo evitarlo) a lo largo de este art√≠culo!


  1. http://archive.computerhistory.org/resources/text/IBM/Stretch/pdfs/06-07/102632284.pdf [volver]
  2. https://archive.org/stream/byte-magazine-1977-02/1977_02_BYTE_02-02_Usable_Systems#page/n145/mode/2up [volver]
  3. https://web.archive.org/web/20170403130829/http://www.bobbemer.com/BYTE.HTM [volver]
  4. https://www.computerhistory.org/storageengine/tape-unit-developed-for-data-storage/ [volver]
  5. https://www.ibm.com/ibm/history/exhibits/701/701_1415bx26.html [volver]
  6. https://www.ibm.com/ibm/history/exhibits/storage/storage_fifty.html [volver]
  7. https://spectrum.ieee.org/computing/hardware/why-the-future-of-data-storage-is-still-magnetic-tape [volver]
  8. https://www.ibm.com/ibm/history/exhibits/650/650_pr2.html [volver]
  9. https://www.youtube.com/watch?v=zOD1umMX2s8 [volver]
  10. https://www.ibm.com/ibm/history/ibm100/us/en/icons/ramac/ [volver]
  11. https://www.pdp8.net/tu56/tu56.shtml [volver]
  12. https://www.ibm.com/ibm/history/ibm100/us/en/icons/floppy/ [volver]
  13. https://archive.org/details/ibms360early370s0000pugh/page/513 [volver]
  14. https://web.archive.org/web/20100707221048/http://archive.computerhistory.org/resources/access/text/Oral_History/102657926.05.01.acc.pdf [volver]
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  16. http://wav-prg.sourceforge.net/tape.html [volver]
  17. https://www.c64-wiki.com/wiki/Datassette [volver]
  18. Ser√°s rick rodado por una foto fija. [devolver]
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  20. https://www.pcmag.com/encyclopedia/term/st506#:~:text=ST506,usando%20the%20MFM%20encoding%20method . [devolver]
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  38. https://www.flashmemorysummit.com/English/Collaterals/Proceedings/2013/20130813_A12_Onufryk.pdf [volver]
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  45. https://www.anandtech.com/show/9541/intel-announces-optane-storage-brand-for-3d-xpoint-products [volver]
  46. https://www.backblaze.com/blog/helium-filled-hard-drive-failure-rates/ [volver]
  47. https://www.anandtech.com/show/7290/seagate-to-ship-5tb-hdd-in-2014-using-shingled-magnetic-recording/ [volver]
  48. https://www.storagereview.com/news/wd-unveils-its-microwave-assisted-magnetic-recording-technology [volver]
  49. https://www.theregister.co.uk/2018/12/07/toshiba_goes_to_mamr/ [volver]
  50. https://fstoppers.com/originals/hamr-and-mamr-technologies-will-unlock-hard-drive-capacity-year-326328 [volver]
  51. https://www.seagate.com/www-content/ti-dm/tech-insights/en-us/docs/TP707-1-1712US_HAMR.pdf [volver]
  52. https://www.computerworld.com/article/2485341/seagate--tdk-show-off-hamr-to-jam-more-data-into-hard-drives.html [volver]
  53. https://blog.seagate.com/craftsman-ship/hamr-next-leap-forward-now/ [volver]
  54. S√≠, has o√≠do bien: https://pro.sony/en_GB/products/optical-disc . [devolver]
  55. Este es un homenaje a Blockbuster, pero todav√≠a existen formatos abiertos para usar cinta en la actualidad: https://en.wikipedia.org/wiki/Linear_Tape-Open . [devolver]

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