Способы хранения данных Как человечество хранит информацию

Если человек – это его память, то Человечество – это массив накопленных им знаний. И чем более надежно эти данные сохраняются, тем эффективнее идет накопление суммарного опыта нашей цивилизации.

Современная форма данных – цифровая, в нее активно переводится вся информация, собранная людьми за их историю. Как именно хранятся эти данные?

Эволюция цифровых носителей

Эволюция цифровых систем хранения данных отражает историю развития вычислительной техники и технологий, характеризующуюся постоянными инновациями и стремлением к увеличению емкости, надежности и доступности.

Первые носители

Перфокарты и магнитная лента (конец 1800-х − 1950-е гг.)

Перфокарты. Изначально использовавшиеся в конце XIX века для управления текстильными станками, перфокарты были использованы для хранения данных в вычислительной технике в начале XX века. Они стали основным методом ввода и хранения данных в первой половине XX века.

Магнитная лента. Появившаяся в 1950-х магнитная лента использовалась для хранения данных в ранних компьютерах. Она позволяла хранить больше данных, чем перфокарты, и способствовала началу эры массового хранения данных.

Появление магнитных дисков

Дискеты и жесткие диски (1950-е − 1980-е гг.)

Жесткие диски (HDD). Компания IBM представила первый коммерческий жесткий диск в 1956 году, выпустив IBM 305 RAMAC. Его емкость составляла 5 МБ, и он ознаменовал начало использования магнитных дисков.

Дискеты. Дискеты, разработанные в конце 1960-х и получившие широкое распространение в 1970-х и 1980-х годах, стали стандартом для хранения и передачи персональных данных благодаря своей портативности и простоте использования. Их емкость варьировалась от 8-дюймовых дисков, хранящих 80 килобайт, до 3,5-дюймовых с объемом памяти до 1,44 МБ.

Оптические накопители

CD, DVD и Blu-ray Discs (1980-е − 2000-е гг.)

Компактные диски (CD). Появившиеся в продаже в 1982 году, компакт-диски ознаменовали собой значительный прогресс в области оптического хранения данных, первоначально использовавшиеся для аудио, а затем адаптированные для хранения данных (CD-ROM), емкость которых составляла около 700 МБ.

Цифровые универсальные диски (DVD). Выпущенные в 1995 году, DVD-диски значительно превосходили компакт-диски по емкости, удовлетворяя растущий спрос на цифровые видеохранилища.

Диски Blu-ray. Появившиеся в начале 2000-х годов диски Blu-ray еще больше увеличили емкость хранения, особенно для видео высокой четкости, предлагая емкость до 50 Гб на двухслойных дисках.

Твердотельные накопители и флеш-память

(конец 1990-х − настоящее время)

Флеш-память. Появившаяся в 1990-х годах флеш-память привела к созданию USB-накопителей и карт памяти, обеспечивающих надежное и портативное хранение данных без движущихся частей. Эта технология получила широкое распространение для персональных и мобильных устройств хранения данных.

Твердотельные накопители (SSD). Твердотельные накопители, в которых также используется флеш-память, но которые призваны заменить традиционные жесткие диски, обеспечивают более высокую скорость доступа к данным, меньшее энергопотребление и повышенную надежность. Они становятся все более популярными как для персональных, так и для корпоративных вычислений.

Облачные хранилища и не только

(2000-е − настоящее время)

Облачные хранилища. 2000-е годы ознаменовались появлением облачных хранилищ − модели, в которой данные хранятся на удаленных серверах, доступ к которым осуществляется через Интернет. Эта инновация изменила систему хранения данных, обеспечив масштабируемость, гибкость и удобство доступа к данным из любого места.

Какие цифровые носители актуальны сейчас?

Актуальность той или иной технологии хранения данных часто зависит от конкретных требований, таких как емкость, скорость, доступность и стоимость.

Твердотельные накопители (SSD)

Использование. В персональных компьютерах и серверах.

Актуальность. Твердотельные накопители стали предпочтительным выбором для первичной системы хранения данных в персональных вычислительных устройствах, включая ноутбуки и настольные компьютеры, благодаря более высокой скорости доступа к данным, меньшему энергопотреблению и более высокой надежности по сравнению с традиционными жесткими дисками (HDD). Они также все чаще используются в центрах обработки данных для приложений, требующих быстрого поиска данных.

Облачное хранилище

Использование. При хранении персональных данных, хранении бизнес-данных и для хостинга приложений.

Актуальность. Облачные хранилища обеспечивают масштабируемость, гибкость и удобство доступа к данным из любого места, где есть подключение к Интернету. Оно поддерживает целый ряд услуг − от обмена файлами и совместной работы до управления корпоративными данными и решений для резервного копирования. Популярные поставщики: VK-Cloud, Яндекс.Диск, Google Cloud и Microsoft Azure.

Жесткие диски (HDD)

Использование. Для резервного копирования, архивирования и некоторых решений для хранения корпоративных данных.

Актуальность. Несмотря на появление твердотельных накопителей, жесткие диски по-прежнему актуальны для резервного копирования и архивирования благодаря более низкой стоимости гигабайта. Они широко используются для внешнего резервного копирования и в центрах обработки данных для хранения больших объемов данных, не требующих быстрого доступа.

Network Attached Storage (NAS)

Использование. Для домашних сетей, малых предприятий и рабочих групп в крупных организациях.

Актуальность. Устройства NAS − это специализированные устройства хранения данных, подключенные к сети, которые позволяют нескольким пользователям и разнородным клиентским устройствам получать данные с централизованного дискового пространства. Они ценятся за удобство обмена файлами, избыточность данных и служат в качестве персонального облачного решения.

Флеш-память (USB-накопители и карты памяти)

Использование. Для переноса персональных данных, портативного хранения и хранения в мультимедийных устройствах.

Актуальность. Флеш-память остается актуальной для быстрой и удобной передачи файлов между устройствами, а также для расширения памяти в таких устройствах, как камеры, смартфоны и планшеты. Флеш-накопители USB и карты памяти обеспечивают портативность и простоту использования.

Гибридные решения для хранения данных

Использование. Для корпоративных центров обработки данных и в персональных компьютеров.

Актуальность. Гибридные системы хранения данных сочетают в себе скорость твердотельных накопителей с емкостью и экономичностью жестких дисков. В персональных компьютерах гибридные диски (SSHD) обеспечивают компромисс между производительностью и объемом памяти. В корпоративных системах гибридные облачные решения обеспечивают баланс между локальным контролем и масштабируемостью облака.

По мере развития технологий мы можем ожидать дальнейшего совершенствования решений для хранения данных, предлагающих повышенную производительность и новые возможности для удовлетворения растущих потребностей приложений, основанных на данных.

Перспективные носители цифровых данных

Цифровые системы хранения данных постоянно развиваются, и в настоящее время разрабатывается множество новых устройств и носителей. Эти разработки призваны удовлетворить растущий спрос на более емкие, скоростные, долговечные и эффективные решения для хранения данных.

Технология 3D XPoint

Разработанная компаниями Intel и Micron технология 3D XPoint по скорости и долговечности занимает место между традиционной флеш-памятью NAND и DRAM. Она предлагает энергонезависимую память с гораздо более быстрым временем доступа и более высокой выносливостью, чем флеш-память NAND. Optane от Intel − самый известный коммерческий продукт с использованием 3D XPoint, предназначенный для корпоративных систем хранения данных и высокопроизводительных персональных компьютеров.

ДНК-хранилища данных

Хранение данных в ДНК предполагает кодирование двоичных данных в синтетических нитях ДНК и их обратное декодирование в цифровой форме. Эта технология обещает чрезвычайно высокую плотность хранения данных: в одном грамме ДНК может храниться эксабайт данных, а ее долговечность может составлять тысячи лет.

Все еще находится на стадии исследований, и существуют значительные проблемы со скоростью записи и считывания данных и стоимостью. Однако прогресс налицо, и этот метод рассматривается как долгосрочное решение для архивного хранения.

Голографическое и 5D-оптическое хранение данных

Технологии голографического и 5D-оптического хранения данных используют лазеры для хранения данных в трех измерениях, обеспечивая значительно более высокую плотность хранения по сравнению с традиционными оптическими носителями, такими как CD и DVD.

Голографические устройства хранения данных все еще находятся в стадии разработки и совершенствования, в то время как 5D-оптические устройства хранения данных, в которых данные кодируются в стекле с помощью фемтосекундных лазеров, продемонстрировали потенциал огромной плотности данных и практически вечного срока службы.

Квантовое хранение данных

Квантовое хранение данных использует принципы квантовой механики для хранения данных в квантовых битах (кубитах). Это может произвести революцию в области хранения данных, обеспечив чрезвычайно высокую скорость операций и плотность данных.

Квантовые вычисления, включая хранение данных, находятся на ранней стадии развития, и им предстоит преодолеть значительные технические препятствия. Тем не менее, они несут в себе потенциал для революционных достижений в области вычислений и хранения данных.

Магнитные накопители нового поколения

Достижения в области магнитных накопителей, такие как тепловая магнитная запись (HAMR) и магнитная запись с использованием микроволн (MAMR), призваны значительно увеличить плотность хранения данных на жестких дисках.

Эти технологии находятся на разных стадиях разработки и внедрения, и потенциально могут расширить сферу применения жестких дисков в центрах обработки данных и архивных хранилищах за счет увеличения их емкости, значительно превышающей существующие пределы.

«Беговая память»

Racetrack memory (domain-wall memory (DWM)) − это тип энергонезависимой памяти, обеспечивающий высокую плотность и скорость хранения данных за счет хранения данных в доменных стенках магнитных нанопроводов. Она сочетает в себе долговечность флеш-памяти и скорость DRAM.

Все еще находится на экспериментальной стадии, а проводимые исследования направлены на преодоление технических проблем, связанных с разработкой и изготовлением нанопроволочных структур.

Эти разработки отражают продолжающиеся инновации в области хранения данных, вызванные экспоненциальным ростом объема данных и необходимостью в более эффективных способах хранения, доступа и управления информацией. Хотя некоторым из этих технологий могут потребоваться годы, чтобы стать коммерчески жизнеспособными; они представляют собой потенциальное будущее систем хранения данных, предлагая решения для удовлетворения постоянно растущих потребностей цифровой эпохи.