與時(shí)間賽跑
——數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的發(fā)展故事

◆本刊綜合

人類(lèi)文明誕生以來(lái)，人們一直在尋找有效存儲(chǔ)信息的方法。從四萬(wàn)年前的洞穴壁畫(huà)、六千年前的楔形文字，到今天的云存儲(chǔ)、量子存儲(chǔ)、DNA存儲(chǔ)技術(shù)等，人類(lèi)對(duì)信息存儲(chǔ)的探索從未停止。

機(jī)械化存儲(chǔ)

19世紀(jì)初，法國(guó)人巴斯勒·布喬發(fā)明了打孔卡，打孔卡是存儲(chǔ)了“圖案程序”的存儲(chǔ)器，通過(guò)存儲(chǔ)的打孔圖案控制紡織機(jī)織造圖案。這一發(fā)明標(biāo)志著信息機(jī)械化存儲(chǔ)形式的開(kāi)啟。1801年，約瑟夫·馬里爾·雅卡爾將打孔卡按一定順序捆綁成帶狀，應(yīng)用于提花織機(jī)，創(chuàng)造了穿孔紙帶的雛形。

1890年，德裔美國(guó)人赫爾曼·何樂(lè)禮發(fā)明了打孔卡制表機(jī)，用于收集和統(tǒng)計(jì)人口普查數(shù)據(jù)。在當(dāng)年的人口普查中，通過(guò)打孔制片和打孔機(jī)，僅6周就完成了人工需要花費(fèi)7年才能完成的統(tǒng)計(jì)工作。打孔卡制表機(jī)開(kāi)創(chuàng)了一種記錄和理解信息的全新方式，標(biāo)志著半自動(dòng)化數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)時(shí)代的到來(lái)。

磁性存儲(chǔ)

磁帶是單位存儲(chǔ)信息成本較低、容量較大、標(biāo)準(zhǔn)化程度較高的存儲(chǔ)介質(zhì)。

1928年，弗里茨·普弗勒默運(yùn)用磁帶在移動(dòng)過(guò)程中被磁化的程度也隨音頻信號(hào)電流的強(qiáng)弱而變化這一原理，將聲音記錄在磁帶上，標(biāo)志著磁性存儲(chǔ)時(shí)代的到來(lái)。

1932年，奧地利工程師古斯塔夫·陶謝克發(fā)明了磁鼓存儲(chǔ)器，它包含一個(gè)大型金屬圓柱體，外表面涂有鐵磁記錄材料。磁鼓上有許多靜態(tài)磁頭，只需等待磁扇旋轉(zhuǎn)就位便可進(jìn)行讀取。磁鼓存儲(chǔ)器開(kāi)始廣泛用于計(jì)算機(jī)內(nèi)存，被認(rèn)作是硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的前身。

20世紀(jì)40年代后，人類(lèi)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)得以發(fā)展。1942年，世界上第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)ABC測(cè)試成功，它使用IBM的80列打孔卡作為輸入和輸出，以及再生電容磁鼓存儲(chǔ)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。1951年，磁帶首次被用在計(jì)算機(jī)上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，UNIACO是商用計(jì)算機(jī)史上的第一臺(tái)磁帶機(jī)。

磁帶庫(kù)是基于磁帶的備份系統(tǒng)，它具備連續(xù)備份、自動(dòng)搜索磁帶的功能。在驅(qū)動(dòng)管理軟件控制下，還能實(shí)現(xiàn)智能恢復(fù)、實(shí)時(shí)監(jiān)控和統(tǒng)計(jì)，這使整個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備份過(guò)程完全擺脫了人工干涉。

姍姍來(lái)遲的硬盤(pán)時(shí)代

1956年，世界上第一個(gè)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器IBM 350 RAMAC問(wèn)世。這款質(zhì)量超過(guò)1噸，容量卻僅有5 MB的硬盤(pán)，標(biāo)志著硬盤(pán)時(shí)代的到來(lái)。

1973年，Winchester（溫徹斯特）硬盤(pán)3340問(wèn)世，它使用了密封組件、潤(rùn)滑主軸和小質(zhì)量磁頭，成為現(xiàn)代硬盤(pán)的原型。隨著巨磁電阻效應(yīng)的被發(fā)現(xiàn)，基于該效應(yīng)研究的GMR巨磁阻效應(yīng)磁頭技術(shù)以及SMR瓦楞式堆疊磁盤(pán)技術(shù)，使機(jī)械硬盤(pán)的磁道密度得以提升上百倍。

2007年，日立率先推出TB級(jí)硬盤(pán)，成為存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展史上的重要里程碑。該硬盤(pán)采用了垂直存儲(chǔ)技術(shù)，將平行于盤(pán)片的磁場(chǎng)方向變?yōu)榇怪保浞掷昧舜鎯?chǔ)空間。此外，垂直存儲(chǔ)技術(shù)還能改善數(shù)據(jù)抵抗熱退減的能力，提高硬盤(pán)的可靠性。

存儲(chǔ)介質(zhì)的“后浪”

隨著5G、云計(jì)算、人工智能、量子信息等數(shù)字技術(shù)的出現(xiàn)，人類(lèi)逐步邁入智能時(shí)代。

2000年，Trek公司發(fā)布了世界上第一個(gè)商用USB閃存驅(qū)動(dòng)器，就是我們俗稱(chēng)的U盤(pán)。U盤(pán)集閃存介質(zhì)迅速增強(qiáng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力與小巧的尺寸于一體，成為廣受歡迎的移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)。

2006年起，各大軟件運(yùn)營(yíng)商紛紛推出自己的云存儲(chǔ)產(chǎn)品，云存儲(chǔ)是一種把數(shù)據(jù)存放在由第三方托管的多臺(tái)虛擬服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)在線(xiàn)存儲(chǔ)模式，這種模式將存儲(chǔ)引入了一個(gè)新的時(shí)代。

如今，量子存儲(chǔ)技術(shù)成為存儲(chǔ)、變換及控制量子信息的核心技術(shù)。DNA分子具有存儲(chǔ)密度大、保存時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，能將面臨老化破損危機(jī)的人類(lèi)文化遺產(chǎn)信息和各種重要信息保存千萬(wàn)年，是世界上最可靠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)之一。