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计算机存储单位从小到大?电脑存储的变迁

时间:2023-12-31 16:37:22  作者:汇聚魔杖

1946年2月15日,世界上公认的第一台电子计算机ENIAC在美国宾夕法尼亚大学诞生。ENIAC长30.48米,宽6米,高2.4米,占地面积约170平方米,30个操作台,重达30英吨,耗电量150千瓦,造价48万美元。

第一台计算机ENIAC

1981年比尔盖茨在开发DOS系统的时候说过“640KB应该对任何人都够用了”。

1992年微软发表了这样的论断:Windows NT能够管理2GB的物理内存,我们无法想象还会有什么应用软件需要更大的空间。

我们可以从上面的数据看到,任何一个说我们的存储够用的人,都被自己说过的话无情的啪啪打脸了。我们对电脑数据的存储要求呈现出指数级别的增长,一直都不够用。正如摩尔所说的,当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将会提升一倍。我们很难想象以KB为存储单位的年代是勉强够,十几年我们还为自己拥有一个1MB的软盘而激动不已,而现在的硬盘就已经使用TB来计数了,现在很多人也有了几十GB甚至上百GB的U盘。

在电子管计算机时期(1949年~1957年),计算机主要用于科学计算。主存储器决定计算机技术面貌的主要因素。当时,主存储器有水银延迟线存储器、阴极射线示波管静电存储器、磁鼓和磁芯存储器等

在晶体管计算机时期(1958年~1964年)主存储器均采用磁芯存储器,磁鼓和磁盘开始用作主要的辅助存储器。不仅科学计算用的计算机继续发展,而且中、小型计算机,特别是廉价小型数据处理用计算机开始大量生产。

1964之后,在集成电路发展的同时,计算机也进入了产品系列化的发展时期半导体存储器逐步取代了磁芯存储器的主存储器地位,磁盘成了不可缺少的辅助存储器。

磁芯存储器

1948年华裔王安发明了磁芯存储器,最初的磁芯存储器只有几百个字节的容量。在铁氧体磁环里穿进一根导线,导线中流过不同方向的电流时,可使磁环按两种不同方向磁化,代表“1”或“0”的信息便以磁场形式储存下来。


磁芯存储器


水银延迟线存储器

1951年3月由ENIAC的主要设计者莫齐利和埃克特设计了第一台通用自动计算机UNIVAC-1使用了水银线存储装置。水银延迟线存储器可以称得上是历史上最笨重的主存储器。使用水银管称之为:汞槽是一根直径10mm、长150cm的管子,内部有很多充满水银的管道,使每个汞槽重量超过一吨。


水银延迟线存储器

磁带

1951年Eckert和Mauchly创立了公司,并设计了一台叫UNICAC的新电脑,它推出了一种新存储:磁带。磁带是一条磁性带子卷在轴上,磁带可以在“磁带驱动器”内前后移动,里面有一个“写头”绕了电线,电流通过产生磁场,导致磁带的一小部分被磁化,电流方向决定了极性,代表1和0,一卷磁带可以存储1.1MB数据。磁带的应用特别的广泛,如录音带、录像带等,这些都给我们的留下了特别深刻的印象。


磁带存储

直到今天,磁带存储技术依然没有停止前进的步伐,并且进步神速。现在一卷磁带可以存储15TB的数据,一个磁带库可以存储最多278PB数据(1PB=1024TB)。


磁带

2011年,Gmail因为一次更新时的Bug,意外删除了4万多个账号的信件,虽然Google一直有在多个资料中心用硬碟存储资料副本,但任然有部分数据无法恢复。所幸这些数据同时也有备份到磁带,才得以恢复所有数据。磁带的访问速度虽然慢很多。可是磁带更节能,不容易遗失和篡改。磁带存储依然应用广泛,包括存储基础科学数据(如:粒子物理学、射电天文学、人类文化遗产、重要电影、银行、保险、石油勘探等的数据)。

磁鼓

1953年,第一台磁鼓应用于IBM701,作为内存储器使用。它利用铝鼓筒表面覆盖的磁性材料来存储数据的。滚筒会持续旋转,周围有数十个读写头,等滚筒转到正确的位置读写头会读或者写1位(bit)数据,为了尽可能缩短延迟,鼓轮每分钟可以达到上千转。那时,市面上可以买到存80000位的“磁鼓存储器”,也就是10KB。

磁鼓存储器

硬盘

1956年,IBM制造了世界上第一块硬盘,它的容量只有5MB,但是却由50个直径24英寸的磁盘组成,相当于两个冰箱的体积。

1970年,IBM3340问世,它拥有“温彻斯特”这个绰号,来源于它两个30MB存储单元,恰好是当时出名的“温彻斯特来福枪”的口径和填弹量。

1980年,两位前IBM员工创立希捷科技公司开发5.25英寸规格5MB的硬盘ST506,这是首款面向台式机的产品。

2010年,氦气封装技术量产,让硬盘的容量变大外,温度和耗电量再降低,耐用度和稳定性获得了大幅提升,电源关闭及遇到较大震动时磁头会立刻移到安全区,防摔能力有了大幅进步。

机械硬盘

软盘

1967年,IBM公司推出世界上第一张“软盘”,直径32英寸。它还不是真正意义上的软盘。

1971年,Alan Shugart推出一种直径8英寸的表面涂有金属氧化物的塑料质磁盘,这就是我们常说的标准软盘的鼻祖,其容量仅为81KB。

1984年苹果在Mac机开始采用3.5寸软盘,此时容量还不到1MB,后来,由日本索尼的3.5寸软盘片容量由1.44MB所取代。后来,3.5英寸,1.44MB的软盘成为了标准的数据软盘,走向了它一生中最辉煌的时期。一直到2002年才噶然而止。

软盘存储

激光盘

随着光学存储器的出现,1972年第一块激光盘出现,也就是我们熟悉的(CD、DVD),功能和软盘、硬盘时一样的,都是存储数据,但用的不是磁性,光盘表面有很多小坑,造成光的不同反射,光学传感器就会捕捉到,并解码为1和0。CD的容量一般是700M左右,DVD单面单层是4.7G(单层双面9.4G),蓝光光盘单层为25G或27G。

光盘存储


U盘

1999年11月,深圳市朗科科技有限公司研发出全球第一款采用USB接口与闪存存储介质的移动存储产品,并取名“OnlyDisk”优盘。

由于U盘使用的是FLASH芯片作为存储核心,存储容量和读写速度上无法与硬盘相比,于是有人根据U盘的原理研发出了移动硬盘。移动硬盘虽然解决了容量与速度问题,但个头大不方便携带,而且由于移动硬盘采用磁存储技术,怕碰怕摔。所以还是很多人喜欢用U盘。

U盘存储


SSD固态硬盘

1984年,东芝公司首先提出了快速闪存存储器的概念。1988年,Intel公司推出了一款256KB闪存芯片NOR,不过很快被叫做NAND的闪存抢光风头。NAND闪存的写周期比NOR闪存短是被,保存与删除处理的速度也相对快很多,它常常被应用于CompactFlash、SmartMedia、SD、MMC、xD等存储卡上。

闪存的发展,也对固态硬盘(Solid State Drives)的发展有所促进。SSD用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘,由控制单元和存储单元(FLASH芯片、DRAM芯片)组成。

1970年,Sun Storage Tek开发了第一个固态硬盘。1989年,世界第一款固态硬盘出现。2006年3月三星率先发布一款32GB容量的固态硬盘笔记本电脑。

SSD固态硬盘

如今,我们用磁带存储器存储海量的信息,平常使用的电脑机械硬盘动不动就是几TB,SSD固态硬盘因其快速的存储速度迅速的融入我们的视野。可是我们的存储依然不够用,社交、搜索、电商、移动APP这些领域每天都在不断产生数据。据因特尔预测,全球数据总量2020年将达到44ZB(1ZB=10亿TB=1万亿GB),我们不由得惊叹一下,这就是一个数据互联的时代。

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