Что такое байты в информатике

Байты и биты 💡 — единицы измерения информации в информатике

Каждый, кто работал с компьютером, встречал два таких понятия, как бит и байт. Это и неудивительно, ведь это основные единицы измерения информации. Объем любого файла, хранящегося на жестком диске или съемном носителе, отображается при помощи этих двух величин. В этой статье мы разберем, кто ввел эти определения в информатику, как они связаны между собой и что они отображают.

Предыстория, определения и основные положения

Чтобы понять, как произошли единицы измерения информации надо знать определение термина информация. Итак:

Информация – это сведения о чем либо.

Как видно из определения, информация понятие широкое и эфемерное. Казалось бы, как её вообще можно измерить?

Это было и правда так, однако в 1948 году выдающийся американский ученый Клод Э́лвуд Ше́ннон (1916-2001г., США) — американский инженер, криптоаналитик и математик. Считается отцом информационного века.

Термин бит происходит от таких английских слов, как Binary digit (двоичное число). Ниже приведено более точное определение.

Бит (bit) – минимальная единица для измерения информации. Это сигнал или символ, который может находиться в двух различных состояниях.

Приведем несколько примеров, которые могут служить для обозначения бита в повседневной жизни:

Также для бита есть и другое определение:

Бит – количество информации нужной, чтобы ответить на вопрос, в котором допускаются только такие ответы, как да или нет (два состояния).

В качестве примера может послужить вопрос: идет ли сейчас дождь? На него мы можем ответить либо положительно, либо отрицательно. Третьего варианта здесь не дано.

Именно с этого термина начинается эра развития информационных технологий и вычислительной техники. Люди поняли, что любую информацию (графическую, звуковую или текстовую) можно представить в виде цифры. Это очень удобно, чтобы осуществлять с ней такие операции, как «хранение» и «передача».

А что же с байтом? С байтом все немного интереснее. Впервые это слово упоминается в 1956 году при проектировании компьютера IBM 7030. Ввел его немецко-американский ученый Вернер Бухгольц (1922г, США) — американский инженер, сотрудник компании IBM, автор термина байт.

Bite переводится с английского, как «кусок». В дальнейшем, чтобы не путать bite с bit, букву I заменили на y и получился byte.

На тот момент байт был равен шести битам. Однако с развитием информационных технологий его расширили до 8. В современной информатике:

1 байт = 8 битам (1 byte = 8 bits)

С помощью одного байта можно представить 256 различных значений или символов (​\( 2^8 \)​ = 256). Сейчас именно байты являются основной мерой для измерения информации.

Производные величины

Единицы информации можно переводить, как сантиметры в метры. Сейчас для этих целей, в основном, используется метрическая система СИ и такие приставки, как Кило (​ \( 10^3 \)​ ), Мега ( \( 10^6 \) ​ ​​), Гига ( \( 10^9 \) ​ ​​) и т.д. Однако используются они не как обычно. Так, например, 1 KByte содержит 1024 bytes, а в 1 MByte содержатся 1024 KBytes. Ниже Вы можете увидеть небольшую таблицу производных.

Перевод

С байтами все понятно – для перевода из килобайт в мегабайты, мегабайт в гигабайты и т.д. можно воспользоваться калькулятором или таблицей. Но как, например, связать мегабиты и мегабайты? Все очень просто 1 мегабайт = 8 мегабитам. Это следует из определения байта (смотреть выше). Стоит отметить, что это свойство используют интернет провайдеры, как маркетинговый ход 😁.

Заключение

Вот Вы и познакомились с основными единицами измерения информации в информатике – байтами (byte) и битами (bit). Сложного в этой теме ничего нет, однако на этих простых постулатах стоят цифровые технологии.

Источник

Бит и Байт — основные единицы измерения информации

Чтобы досканально разобраться что такое Биты, что такое Байты и зачем всё это нужно, давайте сначала стоит немного остановимся на понятии «Информация», так как именно на ней построена работа вычислительной техники и сетей передачи данных, в том числе и нашего любимого Интернета.
Для человека, Информация — это некие знания или сведения, которыми обмениваются люди в процессе общения. Сначала знаниями обменивались устно, передавая друг другу, затем появилась письменность и информацию стали передавать уже с помощью рукописей, а затем уже и книг. Для вычислительных систем Информация — это данные которые собираются, обрабатываются, сохраняются и передаются дальше между звеньями системы, либо между разными компьютерными системами. Но если раньше информация помещалась в книги и её объём можно было хоть как-то наглядно оценить, например в библиотеке, то в условиях цифровых технологий она стала вирутальной и её нельзя измерить с помощью обычной и привычной метрической системы, к которой мы привыкли. Поэтому были введены единицы измерения информации — Биты и Байты.

Бит информации

В компьютере информация хранится на специальных носителях. Вот самые основные и знакомые большинству из нас:

Ваш персональный компьютер или ноутбук получает информацию, в основном в виде файлов с различным объёмом данных. Каждый из этих файлов любой носитель данных на аппаратном уровне получает, обрабатывает, хранит и передаёт в виде последовательности сигналов. Есть сигнал — единица, нет сигнала — ноль. Таким образом вся храняшаяся на жестком диске информация — документы, музыка, фильмы, игры — предствалена в виде нулей: 0 и единиц: 1. Эта система исчисления называется двоичной (используется всего два числа).
Вот одна единица информации (без разницы 0 это или 1) и называеся бит. Само слово bit пришло к нам как аббревиатура от binary digit — двоичное число. Что примечательно, в английском языке есть слово bit — немного, кусочек. Таким образом, бит — это самая наименьшая единица объёма информации.

Сколько битов в Байте

Как Вы уже поняли выше, сам по себе, бит — это самая маленькая единица в системе измерения информации. Оттого и пользоваться ею совсем неудобно. В итоге, в 1956 году Владимир Бухгольц ввёл ещё одну единицу измерения — Байт, как пучок из 8 бит. Вот наглядный пример байта в двоичной системе:

Таким образом, вот эти 8 бит и есть Байт. Он представляет собой комбинацию из 8 цифр, каждая из которых может быть либо единицей, либо нулем. Всего получается 256 комбинаций. Вот как то так.

Килобайт, Мегабайт, Гигабайт

Со временем, объёмы информации росли, причём в последние годы в геометрической прогрессии. Поэтому, решено было использовать приставки метрической системы СИ: Кило, Мега, Гига, Тера и т.п.
Приставка «кило» означает 1000, приставка «мега» подразумевает миллион, «гига» — миллиард и т.д. При этом нельзя проводить аналогии между обычным килобитом и килобайтом. Дело в том, что килобайт — это отнюдь не тысяча байт, а 2 в 10-й степени, то есть 1024 байт.

Соответственно, мегабайт — это 1024 килобайт или 1048576 байт.
Гигабайт получается равен 1024 мегабайт или 1048576 килобайт или 1073741824 байт.

Для простоты можно использовать такую таблицу:

Для примера хочу привести вот такие цифры:
Стандартный лист А4 с печатным текстом занимает в средем около 100 килобайт
Обычная фотография на простой цифровой фотоаппарат — 5-8 мегабайт
Фотографии, сделанные на профессиональный фотоаппарат — 12-18 мегабайт
Музыкальный трек формата mp3 среднего качества на 5 минут — около 10 мегабайт.
Обычный фильм на 90 минут, сжатый в обычном качестве — 1,5-2 гигабайта
Тот же фильм в HD-качестве — от 20 до 40 гигабайт.

Источник

Что такое байт (килобайт, мегабайт, гигабайт, терабайт) и бит, а также особенности единиц измерения количества информации

Здравствуйте, уважаемые читатели блога Goldbusinessnet.com. В ходе развития современных компьютерных и интернет-технологий наиважнейшее значение приобретают единицы измерения, необходимые при хранении и передаче информации, коими являются бит и байт.

Все данные хранятся или передаются в закодированном цифровом формате, потому возможность измерить их объем позволяет обеспечить системность и устойчивость в работе с ними.

По аналогии с известными физическими единицами измерения, которые при большой их величине для удобства исчисления получают увеличительные приставки (1000 метров = 1 километр, 1000 грамм = 1 килограмм), байт тоже имеет свои производные (килобайт, мегабайт, гигабайт и т.д.).

Однако, в случае бита и байта существуют свои особенности, связанные с цифровой сущностью системы, которые ниже будут подробно разъяснены. Кроме того, будут рассмотрены соотношение между байтом и битом, суть понятия «машинное слово» и другие нюансы.

Единицы измерения информации бит (bit) и байт (byte)

Чтобы стало понятнее, придется изложить все поподробнее и начать, так сказать, с истоков. Однако, постараюсь донести информацию без заумных математических формул и терминов. Начнем с того, что существует несколько позиционных систем счисления. Все их перечислять нет необходимости, но для ясности остановимся на двух основных.

Десятичная и двоичная системы счисления

Самая известная из них, с которой мы все сталкиваемся ежедневно, это десятичная система. В ней любое число состоит из цифр (от 0 до 9), каждая из которых принадлежит определенному разряду. Разрядность увеличивается справа налево (единицы, десятки, сотни, тысячи и т.д.).

Возьмем для примера число 249, которое можно представить в виде суммы произведений цифр на 10 в степени, соответствующей данному разряду:

Таким образом, нулевой разряд — это единицы (10 0 ), первый — десятки (10 1 ), второй — сотни (10 2 ) и так далее. В компьютере, как и в других электронных устройствах, вся информация распределяется по файлам (здесь о файловой системе подробности) и кодируется соответствующим образом в цифровом формате, причем в силу простоты использования применяется двоичная система счисления, на которой остановлюсь отдельно.

В двоичной системе числа представляются посредством всего двух цифр: 0 и 1. Попробуем записать уже рассмотренное нами число 249 в двоичной системе, чтобы понять ее суть. Для этого делим его на 2, получив целое частное с остатком 1. Эта единичка и будет самым младшим разрядом, который будет, как и в случае десятичной системы, крайним справа.

Далее продолжаем операцию деления и каждый раз целые числа также делим на 2, получая при этом в остатке 0 или 1. Их последовательно и записываем справа налево, получив в итоге 249 в двоичной системе. Деленин следует проводить до тех пор, пока в итоге не появится нуль:

Теперь записываем нули и единички в остатке последовательно справа налево и получаем наше подопытное число в двоичной системе:

Чтобы не осталось темных пятен, проведем обратное действие и попробуем перевести то же самое число из двоичной в десятичную систему, проверив заодно правильность выше изложенных действий. Для этого умножаем опять же по порядку слева направо нуль или единицу на 2 в степени, соответствующей разряду (по аналогии с десятичной системой):

Как видите все получилось, и мы смогли преобразовать число, записанное в двоичной системе, на его запись в десятичной системе счисления.

Соотношение битов и байтов в информатике

Я не зря предоставил чуть выше краткий математический экскурс, поскольку именно двоичная система служит основой измерения, используемой в электронных устройствах. Базовой единицей количества информации, равной разряду в двоичной системе, как раз и является бит.

Этот термин происходит от английского словосочетания binary digit (bit), что означает двоичное число. Таким образом, бит может принимать лишь только два возможных значения: 0 или 1. В информатике это означает два совершенно равных с точки зрения вероятности результата («да» или «нет») и при этом не допускается никакого другого толкования.

Это очень важно с точки зрения корректной работы системы. Двигаемся дальше. Количество бит, которое обрабатывается компьютером в один момент, называется байтом (byte). 1 байт равен 8 битам и, соответственно, может принимать одно из 2 8 (256) значений, то есть от 0 до 255:

Итак, нам теперь доподлинно известно, что такое байт, и какую роль он играет в качестве единицы измерения при работе с информацией, хранящейся и обрабатываемой в цифровом виде. Кстати, в международном формате байт может обозначаться двумя способами — byte или B.

В меню «Вид» выбираете формат «Программист» и вводите желаемое число (например, 120):

Напротив опции «BIN» мы видим запись данного числа в двоичной системе:

На что здесь следует обратить внимание? Во-первых, в строке справа вверху представлены лишь семь разрядов (биты со значениями ноль или единица):

Здесь все просто. Если самый старший разряд (бит), расположенный крайним слева, принимает значение 0, то он просто не записывается. Два или более нулевых бита тоже опускаются (по аналогии с десятичными числами — ведь к сотням мы не прописываем 0 тысяч, например).

Доказательством может служить полная запись полученного числа напротив «BIN»:

Если вы внимательны, то увидите, что здесь во-вторых. Это способ записи в виде двух частей, каждая из которых состоит из четырех бит. В информатике используется еще такое понятие как полубайт, или ниббл (nibble). Это удобно тем, что ниббл можно представить как разряд в шестнадцатеричной системе, которая широко используется в программировании.

Понятие машинного слова

Выше мы поговорили о том, что байт содержит восемь бит. Это позволяет выразить 256 (два в восьмой степени) разных значений. Однако на практике в основном этого далеко не достаточно и во многих случаях приходится использовать не один, а несколько byte. В качестве примера воспользуемся еще раз калькулятором Windows и переведем число 1000 в двоичную систему:

Как видите, для этого пришлось отщипнуть пару разрядов из второго байта. На практике для обработки достаточно объемной информации в компьютерах применяется такое понятие как машинное слово, которое может содержать 16, 32, 64 bit.

Сколько байт в килобайте, мегабайте, гигабайте, терабайте

А теперь самое время перейти к производным байта и представить, какие приставки увеличения здесь используются. Ведь байт как единица очень маленькая величина, и для удобства очень даже полезно использовать аналоги, которые бы обозначали 1000 B, 1 000 000 B и т.д. Здесь тоже есть свои нюансы, о которых и поговорим ниже.

Строго говоря, для представления величин корректно использовать приставки для двоичной системы счисления, которые кратны 2 10 (1024). Это кибибайт, мебибайт, гебибайт и т.д.

Но данные словосочетания не прижились в широком использовании. Возможно, одной из причин стала их неблагозвучность. Поэтому пользователи (и не только) повсеместно употребляют вместо двоичных десятеричные приставки (килобайты, мегабайты, гигабайты, терабайты), что является не совсем корректным, поскольку по сути (в соответствии с правилами десятичной системы счисления) это означает следующее:

Но раз уж так сложилось, ничего не поделаешь. Важно лишь помнить, что на практике часто используются килобайт (Кбайт), мегабайт (Мбайт), гигабайт (Гбайт), терабайт (Тбайт) именно в качестве производных от байта как единицы измерения информации в двоичной системе. И в этом случае употребляют, например, термин «килобайт», имея ввиду именно 1024 байт.

Однако, очень часто производители накопителей (включая жесткие диски, флэшки, DVD- и CD-диски) при указании объема для хранения информации применяют именно десятичные приставки по прямому назначению (1 Кбайт = 1000 байт), в то время как тот же Виндовс, например, рассчитывает их размер в двоичной системе.

Отсюда и выходит некоторое несоответствие, которое может запутать простого пользователя. Скажем, в документации указана емкость диска 500 Гб, в то время как Windows показывает его объем равным 466,65 Гбайт.

По сути никакого расхождения нет, просто размер накопителя присутствует в разных системах счисления (тот же пень, только сбоку). Для неопытных юзеров это крайне неудобно, но, как я уже сказал, приходится с этим мириться.

Резюмируя, отмечу следующее. Скажем, вам зададут вопрос: сколько байт в килобайте? Теоретически корректным будет ответ: 1 килобайт равен 1000 байтам. Просто надо помнить, что на практике по большей части десятичные приставки используются в качестве двоичных, которые кратны 1024, хотя иногда они применяются по прямому назначению и кратны именно 1000.

Вот такая арифметика, надеюсь, что вы не запутались. В публикации я упомянул килобайт, мегабайт, гигабайт и терабайт, а что дальше? Какие еще более крупные единицы количества информации возможны? На этот вопрос ответит таблица, где указаны не только соотношение единиц в обеих системах, но и их обозначения в международном и российском форматах:

Ежели желаете быстро определить, например, сколько мегабайт в гигабайте (хотя опытный юзер легко обойдется в этом случае без таблицы), то ищите в таблице ячейки, соответствующее числу байт в мегабайте и гигабайте, а затем делите большее значение на меньшее.

Получается, что в 1 гигабайте 1000 мегабайт. Точно также можно переводить производные в двоичной системе — мебибайты в кибибайты, тебибайты в гибибайты и т.д.

Используем конвертер для перевода битов и байтов

Публикация была бы неполной, если бы я не привел инструмент, с помощью которого можно осуществить перевод byte в различные производные. В сети много разнообразных конвертеров, посредством которых можно произвести эти операции. Вот один из них, который мне приглянулся.

Этот конвертер удобен тем, что введя количество byte, можно сразу получить результат во всех возможных измерениях (в том числе перевести биты в байты):

Из данного примера следует, что 3072 байта равно 24576 битам, 3,0720 килобайтам или 3 кибибайтам. Кроме этого, чуть ниже расположены ссылки на миникалькуляторы, где вы сможете быстро произвести конкретный перевод из одной системы единиц в другую.

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