Что такое байт память компьютера

Что такое бит, байт килобайт, мегабайт, гигабайт, терабайт и как они связаны между собой?

Приветствую, на связи Алексей! Все, кто так или иначе работает или с компьютером, или с планшетом, сталкивается с такими понятиями, как «бит», «байт», «мегабайт» и пр.

А не сталкиваться с ними невозможно, поскольку это единицы измерения информации, которую мы получаем в интернете, копируем на флешки или переносим на диски. Представляя себе этот самый объем файлов, мы сможем выбирать необходимый носитель, чтобы хватило места для копируемых файлов.

В противном случае вы, просто на просто, не сможете сохранить информацию. Любой файл имеет свой определенный объем или, как еще говорят, «вес». Таким образом, байт, мегабайт, гигабайт, терабайт, петабайт и пр. определяют емкостное количество любого цифрового хранилища. У этих единиц есть родственные: мегабит, мегабайт и гигабит и многие их путают. Но, в отличие от битов, байтов, мегабит и мегабайт применимы при изменении скорости передачи данных, т. е. интернета.

Итак, давайте разберемся, что это за единицы объема информации, что они означают и как переводятся одна в другую.

Единицы измерения информации, история возникновения

Для чего нужны единицы измерения информации? Ведь это такое эфемерное понятие… До этого уже измеряли практически все, что можно измерить. Но вот как быть с информацией? Казалось бы, как можно измерить информацию заключенную, например, на листочке бумаги или же выраженную звуком. Однако можно. Для нее была придумана такая минимальная единица, как бит. И ввел ее в 1948 году Клод Элвуд Шеннон.

В своей статье «Математическая теория связи» он впервые ввел такое слово, как «bit», которым и обозначил наименьшую единицу количества информации. Правда слово это он позаимствовал у Джона Тьюки, который использовал это слово, как сокращенное от «binary digit». Родился Клод Шеннон в 1916 году в городе Гэйлорде штата Мичиган. С детства он увлекался техникой и математикой.

Это казалось бы рядовое событие явилось одним из тех кирпичиков, на котором стоит фундамент того, что мы называем «информационные технологии». С появлением единиц измерения информации, человечество постепенно осознало, что все знания на земле можно перевести в цифровые значения; в этом же виде информацию можно передать на расстояние хранить и обрабатывать.

В 1940 году Клод Шеннон защитил диссертацию, в которой доказал, что работу переключателей и реле в электрических схемах можно представить методами алгебры. Эта работа, впоследствии, стала основополагающей для развития такого раздела кибернетики, как теория информации. Таким образом, это понятие исчисления количества информации прижилось и сейчас имеет очень широкое применение.

Наравне с битом, существует и еще одна единица количества информации – байт.

Что такое бит и байт?

Что же такое эти самые бит и бай?. Как говорилось ранее, бит – это сокращенное слово от «binary digit», что означает двоичное или бинарное число. Таким образом бит воспринимает два числа – 0 или 1.

Но восемь бит представляют собой уже символ и называется это – байт. Таких последовательностей, состоящих из восьми бит 256. Этого вполне достаточно, что бы представить любой символ.

Таким образом, каждый символ равен восьми битам или одному байту. Термин «байт» был введен гораздо позже термина «бит». В 1964 году его ввел Вернер Бухгольц, который работал в IBM.

Название этого термина произошло от названия BInary digiT Eight, что означает двоичное число восемь. Что бы не путать новое название с уже имеющимся BIT (BInary digiT), буква I была заменена на букву Y. В результате и появилось новое название BYTE (байт).

Как и другие системы исчисления, веса, объема, расстояния, единицы измерения информации имеют несколько вариантов, обозначающихся приставками: килобайт, мегабайт, терабайт и пр.

Так же как, скажем граммы переводятся в килограммы и наоборот, единицы информации тоже могут переходить одна в другую. Используя их, мы можем четко определять каков у нас объем необходимой информации, и какое хранилище хорошо подойдет для ее переноса или хранения.

Способы перевода битов в байты

Самой маленькой единицей именно хранения информации, считается мегабайт, которое обозначается, как МБ. Например, одна песня занимает в среднем от 3 до 5 Мб. Популярные некогда CD-диски были объемом в 650 Мб. Впрочем, и самая «весомая» флешка была в 250 Мб. Сейчас эти объемы уже никого не устроят. В переводе мер, 1 мегабайт равен 1024 Килобайтам.

Сейчас оптимальной единицей хранения информации считается гигабайт – Гб. Посмотрите на свои накопители информации, они все измеряются в гигабайтах. Пришедший на смену CD-диску DVD-диск имеет объем уже в 4,7 ГБ. Жесткие диски компьютеров измеряются уже минимум в 500 Гб.

Но развитие технических характеристик носителей не стоит на месте и сейчас уже в ходу новые объемы, такие как «терабайты». При покупке нового компьютера жесткий диск в ГБ нас уже не устраивает, подавай в ТБ. На сегодня, практически вся информация, которая «гуляет» по сети интернет уже измеряется в терабайтах. Все эти единицы легко переводятся друг в друга.

Но и это еще не предел. Существуют такие единицы, как Петабайты Пб. В одном петабайте находится уже 1024 Тб, в одном Тб – 1024 ГБ, в одном Гб – 1024 Мб, в одном Мб – 1024 Кб. Можно подсчитать, сколько таких Кб будет содержаться в одном Пб.

Например, в стандартный лист А4 формата содержится около 100 килобайт печатного текста. В одном же Пб содержится уже пятьсот миллиардов страниц такого текста. И еще одна, самая большая единица хранения информации – Эксабайт Эб. В одном Эб содержится уже 1024 петабайтов. Это достаточно огромное хранилище, которое пока вряд ли необходимо рядовому пользователю.

Например, в 1 ЭБ можно «уместить» одиннадцать миллионов видео в стандарте высокого разрешения. Кто-то может облизнется от такого объема. Но, не отчаивайтесь, не далеко то время, когда наши компьютеры будут снабжены такими жесткими дисками.

Кстати, если говорить о звуках, то примерно подсчитано, что все слова, произнесенные людьми можно уместить в 5Эб. Что бы самостоятельно определить сколько в байтах битов, в гигабайтах килобайт и т.д., можно воспользоваться такой схемой.

Если вы не хотите заморачиваться математическими подсчетами, можно или в табличном редакторе MS Excel создать форму для пересчета, или же воспользоваться онлайн конвертерами.

Как видите, ничего сложного в понятии количества информации нет. Но представлять себе это необходимо, поскольку мы всегда храним нужную информацию, переносим ее с одного места на другое. От этого зависит выбор хранилища для нашей информации. Успехов!

Источник

Разбираемся в размерах памяти: байты, килобайты, мегабайты, гигабайты, терабайты и петабайты

Если вы новичок в компьютерах (или даже не новичок), названия, которые применяются к разным объемам памяти, могут показаться странными, а некоторым даже незнакомыми. Мы говорим: 8-мегабайтная карта памяти, 500-гигабайтный жесткий диск или 1-терабайтный SSD-накопитель — но что означают эти абстрактные цифры? И как точно определить, сколько места занимает гигабайт, терабайт или даже петабайт?

Что такое байт?

Чтобы понять, как работают большие блоки памяти, нужно знать, что они состоят из меньших блоков — байтов. Проще говоря, один байт состоит из восьми двоичных цифр — 1 или 0. Некоторые компьютерные системы имеют байты другой длины, но большинство современных компьютеров сегодня основаны на восьмибитной двоичной системе.

Что такое килобайт?

Префикс «кило» обычно означает 1000. Но поскольку компьютеры хранят данные, используя двоичную систему (2^10 – будет 1024), то фактическое количество байтов в килобайте равно 1024.

Из таблицы ниже вы можете ознакомиться, как работает двоичная система:

Возьмем 200-страничную книгу в качестве примера. Как правило, каждая страница в книге содержит около 300 слов на странице. Таким образом вся книга состоит примерно из 60 000 слов. В среднем, слово составляет около 6 знаков. Это означает, что 60 000 слов в книге насчитывает около 360 000 знаков. Для хранения этой книги в электронном виде, нам потребуется 360,000 байт. Если представить это в килобайтах, разделив 360 000 байт на 1024, мы узнаем, что книга с объемом 60 000 слов потребует около 351.56 килобайт цифровой памяти.

Что такое мегабайт?

Мера мегабайт более привычна для современных пользователей. Один мегабайт равен 1024 килобайтам. Больше мегабайт означает большую емкость, объем памяти, возможности обработки. Большинство мультимедийных устройств хранения измеряют объем памяти в МБ, например, компакт-диски 700 МБ.

Что такое гигабайт?

В метрической системе счисления префикс «Гига» означает единицу измерения 10^9, или 1 000 000 000. Но помните, что для того, чтобы представить это в компьютерной двоичной системе, необходимо учитывать двоичный коэффициент. Итак, нам нужно будет пройти весь путь до 2^30, чтобы получить первое число свыше 1 миллиарда, то есть 1 073 741 824 байта.
Один гигабайт (ГБ) может хранить около 230 музыкальных треков, или почти 600 пятимегапиксельных фотографий. Вы даже можете сохранить стандартный 1,5-часовой фильм, который требует памяти около 1 гигабайт.

Что такое терабайт?

Следующая единица измерения количества данных (информации) равна триллиону. Приставка для триллиона — «тера» означает 10^12 или 1 000 000 000 000, представленная в двоичном виде. Это значит, что 1 терабайт (ТБ) равен 1024 гигабайт. Большинство современных жестких дисков имеют половину этого объема. Терабайт — триллион байт — это очень много информации. Но в последние годы производители начали выпускать новые компьютеры с одним или двумя терабайтными дисками. Обычному пользователю было бы очень сложно заполнить такой объем, если только он не производит ежедневно много часов видео высокой четкости.
Стандартная дискета в 1990-х годах могла вмещать только тысячи байт. CD-ROM мог хранить 700 мегабайт, а DVD-ROM — 4.7 ГБ. Но современные жесткие диски хранят триллионы байт. Диск вместимостью 1 терабайт может хранить данные 217 DVD-ROM(ов). Да, мы прошли долгий путь.

Что такое петабайт?

Приставка «пета» является единицей измерения для одного квадриллиона, или 10^15. Один петабайт эквивалентен 1024 терабайтам или одному квадриллиону байт. Можно подумать, что такой объем информации никогда не будет использован. Однако сегодня через компьютерные системы и сети проходят петабайты информации, как бы трудно в это ни верилось.

Рассмотрим следующие современные применения технологии с размером петабайта:

Один петабайт может хранить более чем 10 000 часов телевизионных программ. Фактически, все книги созданные человечеством можно уместить в 50 петабайтах. Это очень много данных.

Поскольку технология продолжает развиваться, возможно скоро будут задействованы новые единицы памяти, например, эксабайт (1,024 петабайт), 1 эксабайт, чтобы можно было себе представить — это 250 миллионов DVD дисков.

Источник

Сколько битов в байте, Кб, Мб, Гб и Тб

Что такое байт. Сколько бит в байте

Единицы информации

Таблица байтов:

Почему на диске, карте памяти или флешке всегда меньше памяти, чем написано на упаковке?

Емкость проданных твердотельных накопителей, жестких дисков, флеш-накопителей и карт памяти указывается в гигабайтах (ГБ) или терабайтах (ТБ). Например, покупая SSD-накопитель заявленной емкостью 512 ГБ, мы должны получить ровно столько же места для наших данных. Однако после установки накопителя в компьютер оказывается, что у нас около 476 ГБ. Почему в реальности такое значение?

Основная причина в том, как рассчитывается емкость диска. Люди используют десятичную систему счисления, основание которой равно 10. Компьютеры, однако, работают в двоичной системе, в которой основанием является число 2. Наименьшей единицей памяти, используемой в информатике, является байт. Обычно используемые десятичные префиксы (из системы СИ): кило (k) для тысячи, мега (M) для миллиона, гига (G) для миллиарда и тера (T) для триллиона. Таким образом, мы получаем один килобайт (тысяча байтов), мегабайт (миллион байтов), гигабайт (миллиард байтов) и терабайт (один триллион байтов) соответственно.

Следовательно, по заявлению производителей, емкость SSD на 512 ГБ составляет ровно 512 000 000 000 байт (512 байт x 1000 x 1000 x 1000).

Однако для компьютеров и бинарных файлов, которые они используют, вычисление этих значений немного отличается. 1 килобайт равен 102 байтам. 1 мегабайт равен 1 048 576 байтам (1024 x 1024), а 1 гигабайт равен 1 073 731 824 байтам (1024 x 1024 x 1024). Таким образом, диск с заявленным производителем объемом 512 ГБ фактически имеет емкость 476,84 ГБ. Рассчитываем это так: 512000000000 / 1024/1024/1024 = 476,84 ГБ.

Подводя итог. Производители дисков считают 1 ГБ = 1 000 000 000 (миллиардом) байтов, а в двоичных файлах 1 ГБ = 1 073 731 824 байта. Этим объясняется разница в заявленной и реальной емкости SSD, дисковых накопителей и других носителей данных. Стоит отметить, что в 1998 году была предпринята попытка преодолеть эту двусмысленность. Международная электротехническая комиссия (IEC) предложила обозначить кратность 1024, добавив букву «i» после знака множителя (KiB вместо KB, MiB вместо MB) и изменив префикс, заканчивающийся на «bi» (kibibyte вместо килобайт, мебабайт вместо мегабайта). Новые имена, однако, не получили широкого распространения, и по сей день используются префиксы SI, которые проще использовать.

Источник

Что такое байт память компьютера

Байт (англ. byte ) — единица хранения и обработки цифровой информации; совокупность битов, обрабатываемая компьютером одномоментно. В современных вычислительных системах байт считается равным восьми битам, в этом случае он может принимать одно из 256 (2 8 ) различных значений (состояний, кодов). Однако в истории компьютеров известны решения с другим размером байта (например, 6 битов, 32 бита, 36 битов), поэтому иногда в компьютерных стандартах и официальных документах для обозначения 8-битного слова используется термин «октет» (лат. octet ).

В большинстве вычислительных архитектур байт — это минимальный независимо адресуемый набор данных.

Содержание

История

Название «байт» (слово byte представляет собой сокращение словосочетания BinarY TErm — «двоичный терм») было впервые использовано в 1956 году В. Бухгольцем (англ. Werner Buchholz ) при проектировании первого суперкомпьютера IBM 7030 (англ.) для пучка одновременно передаваемых в устройствах ввода-вывода шести битов. Позже, в рамках того же проекта, байт был расширен до восьми бит.

Ряд ЭВМ 1950-х и 1960-х годов (БЭСМ-6, М-220) использовали 6-битовые символы в 48-битовых или 60-битовых машинных словах. В некоторых моделях ЭВМ производства Burroughs Computer Corporation (англ.) (ныне Unisys) размер символа был равен 9 битам. В советской ЭВМ Минск-32 использовался 7-битный байт.

Байтовая адресация памяти была впервые применена в системе IBM System/360. В более ранних компьютерах адресовать можно было только целиком машинное слово, состоявшее из нескольких байтов, что затрудняло обработку текстовых данных.

8-битные байты были приняты в System/360, вероятно, из-за использования BCD-формата представления чисел: одна десятичная цифра (0-9) требует 4 бита (тетраду) для хранения; один 8-битный байт может представлять две десятичные цифры. 6-битные байты могут хранить только по одной десятичной цифре, два бита остаются незадействованными.

По другой версии, 8-битный размер байта связан с 8-битным же числовым представлением символов в кодировке EBCDIC.

По третьей версии, из-за двоичной системы кодирования в компьютерах наиболее выгодными для аппаратной реализации и удобными для обработки данных являются длины слов кратные степеням 2, в том числе и 1 байт = 2 3 = 8 битов, системы и компьютеры с длинами слов не кратными степеням 2 отпали из-за невыгодности и неудобства.

Постепенно 8-битные байты стали стандартом де-факто и с начала 1970-х в большинстве компьютеров байты состоят из 8 бит и размер машинного слова кратен 8 битам.

Из соображений удобства единицы нетекстовых типов данных также делают кратными 8 битам, например:

Количество состояний (кодов) в байте

Количество состояний (кодов, значений), которое может принимать 1 восьмибитный байт с позиционным кодированием, определяется в комбинаторике, равно количеству размещений с повторениями и вычисляется по формуле:

Производные единицы

Иногда десятичные приставки используются и в прямом смысле, например, при указании ёмкости жёстких дисков: у них гигабайт может обозначать не 1 073 741 824=1024 3 байтов, а миллион килобайтов (то есть 1 024 000 000 байтов), а то и просто миллиард байтов.

Обозначение

Межгосударственный (СНГ) стандарт ГОСТ 8.417-2002 [1] («Единицы величин») в «Приложении А» для обозначения байта регламентирует использование русской заглавной буквы «Б». Кроме того, констатируется традиция использования приставок СИ вместе с наименованием «байт» для указания множителей, являющихся степенями двойки (1 Кбайт = 1024 байт, 1 Мбайт = 1024 Кбайт, 1 Гбайт = 1024 Мбайт и т. д., причём вместо строчной «к» используется заглавная «К»), и упоминается, что подобное использование приставок СИ не является корректным.

Использование заглавной буквы «Б» для обозначения байта соответствует требованиям ГОСТ и позволяет избежать путаницы между сокращениями от байт и бит. Однако следует учитывать, что в стандарте нет сокращения для «бит», поэтому использование записи вроде «Гб» как синонима для «Гбит» недопустимо.

Склонение

Источник

Путешествие байта данных во времени

По мере появления все более быстрых и совершенных носителей информации меняются и способы сохранения на них байта данных. Байт — это единица цифровой информации, состоящая из восьми бит. Бит, в свою очередь, представляет уже минимальную единицу и может быть выражен как логический 0 или 1. В течение статьи будут встречаться группы бит разного размера, так как количество бит в байте зависит от архитектуры носителя информации и с течением времени изменялось.

Есть еще стандарт UTF-8, служащий для представления символов в восьмибитной кодировке, что позволяет каждой кодовой точке между 0 и 127 храниться в одном байте. Если, опять же, говорить об ASCII, то этот вариант отлично подходит для английских символов, символы же других языков часто выражаются с помощью двух или более байт. Далее идут стандарты UTF-16 и UTF-32, выражающие символы в 16 и 32 битной кодировке, соответственно. В ASCII каждый символ – это байт, но в Unicode это не всегда так, поскольку символ может быть представлен несколькими байтами.

Динамика изменения всемирного объема хранимой информации в байтах по типу носителя

Впереди вас ждет погружение в прошлое, в ходе которого мы вспомним различные типы носителей информации. Сразу оговорюсь, что все виды устройств мы здесь не затронем, так как статья подразумевает больше развлекательное путешествие, а не энциклопедический обзор.
Давайте для начала представим, что у нас есть байт данных, который мы хотим сохранить. Им будет буква j, которая в Unicode обозначается как 6a, а в двоичной кодировке как 01001010. В процессе нашего путешествия во времени мы будем периодически прикидывать возможность сохранения этого байта с помощью различных технологий.

Теперь переместимся в 21 мая 1952 года, когда руководство IBM анонсировало их первое запоминающее устройство на магнитной ленте, IBM 726. Теперь нашу единицу данных можно было переместить с металлической ленты UNISERVO на магнитную ленту IBM. Новое место жительства показалось бы для скромного байта очень просторным и комфортным, так как здесь могло хранится уже до 2 миллионов цифр. Магнитная лента имела 7 дорожек и перемещалась со скоростью 180 см/сек, обеспечивая передачу до 12 500 цифр 5 или 7 500 знаков 6 (тогда называемых группами копирования) в секунду. К сравнению, в этой статье содержится около 32 000 знаков.

Далее мы переносимся в 1963, год появления недорогого и надежного магнитного носителя DECtape. В основе этого названия лежит аббревиатура компании Digital Equipment Corporation (DEC), которая произвела не одно поколение компьютеров с применением этой технологии. Данный вид носителя представлял собой ламинированную ленту шириной в 2 см, зажатую между двумя слоями майлара в десятисантиметровой катушке.

Apollo Guidance Computer

Дискеты 8”, 5.25” и 3.5”

В том же 1984 году Фудзио Масуока изобрел новый вид памяти с плавающим затвором, так называемую флэш-память, которая допускала множественные циклы стирания и перезаписи.
Давайте немножко глубже разберем принцип работы такой памяти. Работает она на транзисторах, которые содержат электрические затворы, способные открываться и закрываться. Поскольку каждый транзистор может находится в двух противоположных состояниях (открыт/закрыт), то и хранить он может два разных значения: 0 и 1. Плавающий же затвор — это второй затвор, добавленный в середину транзистора и изолированный тонким оксидным слоем (диэлектриком). В упрощенном виде принцип работы транзистора подразумевает подачу на основной затвор невысокого напряжения, которое определяет его открытие и закрытие, что, в свою очередь, трактуется как 0 или 1.

Говоря об этом виде памяти, нам также следует затронуть отличие между ее разновидностью NOR и NAND. Мы знаем, что в ней информация сохраняется в ячейках памяти, представленных транзисторами с плавающим затвором. Названия же упомянутых разновидностей NOR и NAND непосредственно связаны с тем, как эти ячейки памяти организованы.

Одним из моих любимых носителей информации, которым я пользовалась еще в детстве, был Zip Disk. Выпускать их начала компания Iomega в 1994 году. Внешне это были картриджи 3.5” чуть толще обычной дискеты, изначально способные хранить 100 Мб данных. Более поздние версии могли вмещать уже до 2Гб информации. Их основным преимуществом был небольшой размер, сопоставимый с габаритами дискеты, но вмещавший уже намного больше данных. Наш с вами байт данных на такой диск можно было записать со скоростью 1.4Мб/сек. К сравнению, в то время на привычные 3.5” дискеты объемом в 1.44Мб запись осуществлялась со скоростью 16Кб/сек. В Zip-дисководе головки, по аналогии с HDD, производили чтение/запись без контакта с поверхностью диска, что завидно отличало их от аналогов. Тем не менее в связи с низкой надежностью этой технологии и более высокой доступностью CD, в конечном счете Zip-диски утратили свою актуальность.

Через еще три года появился перезаписываемый (RW) компакт-диск. Он использовался для хранения данных, а также резервного копирования и переноса файлов между устройствами. Перезаписать такой диск можно всего около 1000 раз, что на то время не являлось проблемой, так как пользователи редко прибегали к частой перезаписи данных на одном диске.

Следующим этапом стал 1999 год, в который IBM представили самый маленький на тот момент в мире жесткий диск: IBM Microdrive с объемом в 170Мб и 340Мб. Это были очень компактные винчестеры размером в 1”, спроектированные для установки в слоты CompactFlash Type II. Они задумывались как устройства для использования по аналогии с CompactFlash, но с большим объемом памяти. Как бы то ни было, на смену этой разработке вскоре пришли USB-накопители и более вместительные карты CompactFlash. По технической части микровинчестеры также, как и их старшие HDD-братья, были механическими и внутри использовали маленькие вращающиеся пластины.

До PMR использовалась продольная магнитная запись (LMR), обуславливавшая втрое меньшую плотность хранилища. Принципиальное же их отличие в том, что структура кристаллов и магнитная ориентация сохраненных данных на PMR носителе имеет столбчатый вид, а не продольный. PMR также отличается повышенной термостабильностью и улучшенным соотношением сигнал/шум (SNR) за счет однородности и более эффективного разделения кристаллов. При этом усиленные магнитные поля головок и лучшее магнитное выравнивание носителя повышают показатели чтения/записи. Как и LMR, основные ограничения PMR упираются в термическую стабильность записываемых битов данных и необходимость достаточного показателя SNR для обратного считывания информации.

Все ближе и ближе приближаясь к сегодняшнему дню мы попадаем в год появления первого HDD от компании Hitachi Global Storage Technologies, имевшего 1Тб памяти. В модели Hitachi Deskstar 7K1000 использовались 3.5” пластины по 200Гб, вращавшиеся со скоростью 7 200 RPM. Такое технологическое достижение разительно контрастирует с первым жестким диском IBM 305 RAMAC, имевшим объем памяти около 3.75Мб. Человечество за пройденные пол века, действительно, сделало огромный скачок прогресса, но ведь и это еще не все.

Hitachi Deskstar 7K1000

Современный мир и будущее

Storage class memory (SCM)

Для решения проблем с плотностью и утечкой энергии разрабатываются несколько SCM-технологий: память на фазовых переходах (PCM), память с записью посредством переноса спинового момента (STT-RAM), а также резистивная память (ReRAM). Положительной объединяющей все эти технологии особенностью является многоуровневость ячеек (MLC), которые в отличие от одноуровневых способны хранить два бита информации. Обычная ячейка памяти состоит из одного МОП-транзистора. В MLC же для хранения того же объема данных, что и в SLC, требуется меньше таких транзисторов, в связи с чем повышается плотность памяти, и при меньших размерах обеспечивается та же емкость. Далее мы рассмотрим принцип действия каждой из трех перечисленных технологий.

Память на фазовых переходах (PCM)

Мы уже разбирали принцип работы фазового перехода в CD-RW. В PCM все аналогично. В качестве соединения здесь применяется сплав Ge-Sb-Te, иначе называемый как GST. Он также может существовать в двух состояниях: аморфном и кристаллическом. Аморфное отличается повышенным сопротивлением и обозначает 0, в отличие от кристаллического, имеющего меньшее сопротивление и выражающего 1. Путем присваивания значений данных промежуточным показателям сопротивления, PCM можно использовать для хранения нескольких состояний (MLC).

Схематичное сечение ячейки памяти с фазовым переходом

Память с записью посредством спинового переноса (STT-RAM)

STT-RAM состоит из двух ферромагнитных постоянно намагниченных слоев, разделенных диэлектриком, выступающим в качестве изолятора, способного передавать напряжение при отсутствии проводимости. В такой памяти биты данных хранятся на основе разницы магнитной направленности.

Один магнитный слой, называемый эталонным, имеет фиксированную направленность, в то время как направленность другого, называемого свободным, управляется подачей тока. Для записи 1 направленность намагничивания слоев устанавливается одинаковой, а для 0 противоположной.

Резистивная память (ReRAM)

Ячейка ReRAM состоит из двух электродов, разделенных метал-оксидным слоем. Эта структура чем-то напоминает разработанную Масуока структуру флэш-памяти, в которой электроны проходят через оксидный слой и фиксируются у плавающего затвора либо наоборот. Однако в ReRAM состояние ячейки определяется на основе концентрации в метал-оксидном слое кислородных вакансий.

В августе 2015 года компания Intel выпустила накопители под маркой Optane, разработанные на базе 3D XPoint (произносится как 3D cross-point), скорость которых по заявлению компании в 1000 раз превышает скорость NAND SSD. Стоят же они они примерно в пять раз дороже. Выпуск Optane подтверждает, что storage class memory – это не просто экспериментальная разработка, и можно с интересом понаблюдать за развитием этих технологий.

Жесткие диски (HDD)

Гелиевые жесткие диски (HHDD)

HHDD – это винчестеры большого объема, которые в процессе производства заполняются гелием и герметично запаковываются. Аналогично другим рассмотренным нами ранее HDD, по принципу действия они напоминают проигрыватель с вращающейся пластиной, покрытой магнитным материалом. При этом в обычных HDD внутри содержится воздух, который при вращении пластин оказывает им некоторое сопротивление.

Здесь будет кстати вспомнить накачанные гелием шары, которые взлетают в небо. Это происходит, потому что данный газ намного легче воздуха и, фактически, обладает 1/7 от его плотности, что в случае с винчестером позволяет уменьшить сопротивление вращению пластин, а следовательно, и количество затрачиваемой на это вращение энергии. Тем не менее это не главная особенность применения гелия. Основное его преимущество в том, что он позволяет разместить в тот же форм-фактор корпуса 7 пластин вместо привычных 5, устанавливаемых в стандартных HDD. Если же попробовать эти 7 пластин установить в обычный винчестер, то при их быстром вращении возникнет турбулентность, что согласуется с приведенной ранее аналогией самолета, взлетающего за счет подъема воздухом. Гелий же вызывает меньшее сопротивление при вращении, и эффект турбулентности в этом случае отсутствует.

Помимо прочего, в корпусах гелиевых устройств возможна установка дисков, использующих PMR, а также применение магнитной записи с помощью микроволн (MAMR) или с помощью нагрева (HAMR). Говоря более обобщенно, гелий позволяет применение любой магнитной технологии хранения информации. В 2014 году компания HGST совместила две передовые разработки в гелиевом HDD 10ТБ, где использовалась управляемая хостом черепичная магнитная запись (SMR). Давайте получше разберем принцип работы этого вида записи, после чего рассмотрим MAMR и HAMR.

Черепичная магнитная запись (SMR)

Мы уже разобрали принцип работы перпендикулярной магнитной записи (PMR), которая была предшественницей SMR. В противоположность PMR, при записи новых дорожек в SMR они частично накладываются друг на друга, в результате чего повышается общая плотность. Слово «черепичная» в названии указывает на аналогию с укладкой кровельного материала, который происходит «внахлест».

Технология SMR существенно усложняет процесс записи, так как запись в одну дорожку вызывает перезаписывание смежной. Этого не происходит только в случае последовательной записи данных на пустой диск. Если же выполняется запись в последовательность дорожек, уже содержащих данные, эти данные неизбежно перезаписываются. Такая схема функционирования во многом напоминает NAND.

Магнитная запись с помощью микроволн (MAMR)

MAMR – это технология магнитной памяти, основанная на использовании энергии микроволн. В таких устройствах пластины бомбардируются круговым микроволновым полем с частотой 20-40ГГц, которое снижает их коэрцитивность, т.е. сопротивление магнитного материала к изменению намагничивания. Как мы уже знаем, намагниченность разных областей пластины изменяется для обозначения 0 или 1, а значит, снижение сопротивления позволяет производить более плотную запись данных на диск. В основе этой технологии лежит генератор спинового момента, создающий микроволновое поле без ущерба для надежности.

Магнитная запись путем нагрева (HAMR)

HAMR – это технология магнитной записи с применением нагревающего поверхность пластин лазера, позволяющая существенно увеличить объем хранимых на устройстве данных. Благодаря нагреву биты информации размещаются намного ближе друг к другу, в следствии чего повышается плотность данных и, соответственно, емкость устройства.

Магнитная запись путем нагрева

Конец ленты. Перемотка

Мы начали наш путь с 1951 года и завершаем его, заглянув краем глаза в будущее технологий хранения информации. В течение рассмотренного периода эти технологии очень сильно изменялись. Все началось с перфолент, после которых были металлические и магнтиные пленки, «веревочная память», вращающиеся и оптические диски, флэш-накопители и другие виды устройств. В ходе этого прогресса разрабатывались все более быстрые, компактные и производительные системы хранения данных.

К сравнению, скорость считывания NVMe на 486,111% превосходит аналогичный параметр металлической пленки UNISERVO 1951 года. Если же мы сравним NVMe с моими любимыми Zip-дисками из детства, то превосходство в скорости составит 213,623%.

Что не меняется, так это 0 и 1, для сохранения которых разрабатываются все новые и новые средства. Надеюсь, что при следующей записи другу CD-RW с музыкой или при сохранении домашнего видео на Optical Disc Archive 52 вы сможете представить себе, как неотражающие выступы переводятся в 0, а отражающие площадки в 1. Если же вы возьметесь записать что-то на старую-добрую кассету, помните, что она тесно связана с Datasette, использованной когда-то в Commodore PET.

Источник