از گيگابايت تا ترابايت
http://computernews.ir/Files/Article.../1001855_b.jpg ابراهيم حيوري ، مهيار ميزاپور
اشاره :
10 سال پيشرفت در فناوري ذخيره‌سازي اطلاعات
وقتي شرکت IBM در تاريخ 13 سپتامبر سال 1956 اولين هاردديسک دنيا را ساخت در حالي که به بزرگي يخچال بود، بيش از يک تن وزن داشت و از پلاترهايي به اندازه پيتزا استفاده مي‌کرد. اين هاردديسک‌ها کمپرسورهاي هواي ويژه‌اي داشتند تا از آسيب رساندن هد به داده هاي ذخيره شده جلوگيري شود.
امروزه اندازه هاردديسک‌ها تا حد يک کتاب جيبي کاهش يافته و ظرفيت آنها حدود 2 ترابايت (2000 گيگابايت) و يا بيشتر است.
در 10 سال گذشته فناوريهاي گوناگوني در عرصه هاردديسک‌ها به وجود آمده است. در اين سال‌ها، همواره ظرفيت افزايش يافته و از حجم فيزيکي نيز كاسته شده است. مثلا 10 سال پيش هاردديسک‌هاي 5،25 اينچي، فضايي حدود يک گيگابايت داشتند، در حالي که سال گذشته شرکتSeagate يک هاردديسک 3،5 اينچي را با ظرفيت 1،5 ترابايت عرضه کرد.
جالب‌تر آنکه فناوري اصلي و اوليه ساخت هاردديسک در يک دهه گذشته تغيير چنداني نداشته است. در اين فناوري همچنان از هد خواندن و نوشتن و صفحات چرخان استفاده مي‌شود. البته فناوري ساخت هاردديسک به طور کلي راکد نمانده است، بلکه اين تغييرات جديد، اغلب بيسر و صدا و در پشت صحنه انجام شده و از اين رو به چشم نمي‌آيد.
يکي از مهم‌ترين پيشرفت‌ها در هاردديسک‌هاي امروزي، پياده‌سازي فناوري ذخيره‌سازي مغناطيسي ستوني
ياPerpendicular Magnetic Recording) PMR) است. قبل از اين، بيشتر هاردديسک‌ها از فناوري ذخيره‌سازي مغناطيسي ـ مقاومتي يا
Giant Magneto Resistive) GMR)استفاده مي‌کردند. نحوه کار در هر دو روش يکسان و مبتني بر نرخ تغيير مغناطيسي است، اما در فناوري PMR قطب‌هاي عناصر مغناطيسي که نماينده بيت‌ها هستند، به صورت عمودي و ستوني در يک رديف صفحات مختلف قرار مي‌گيرند. مزيت اين کار در اين است که عنصرهاي مغناطيسي بيشتري مي‌توانند در يک ناحيه ديسک ذخيره شوند. به اين ترتيب تراکم و چگالي ذخيره‌سازي زيادتر شده و نهايتا اين کار منجر به افزيش ظرفيت هاردديسک مي‌شود(شکل1).
همانطور که مشاهده مي‌شود در روش جديد در همان فضا تعدا بيت‌هاي بيشتري ذخيره مي‌شود.
فناوري PMR ، هم ظرفيت را افزايش داده و هم باعث کوچک شدن اندازه هاردديسک شده است. با استفاده از صفحات فشرده‌تر، مي‌توان يک هاردديسک 3،5 اينچي را در اندازه 2،5 اينچ نيز توليد کرد. کاربرد اين فناوري را در حال حاضر مي‌توان با بررسي ابزارهاي پخش همراه چند رسانه‌اي مشاهده کرد. فکر مي‌کنيد شرکت Apple چگونه توانسته موفق به جاي دادن 160 گيگابايت فضا در iPod شود؟
هاردديسک علاوه بر تغييرات ايجاد شده در اندازه و ظرفيت، دست‌خوش تغييراتي در رابط کاربري و نحوه اتصال به كامپيوتر از حالت IDE به SATA نيز شده است. فناوري SATA در سال 2003 براي جايگزيني IDE معرفي شد. اين روش با استفاده از گذرگاه سريال پر سرعت خود، سرعت انتقال بسيار بالاتري فراهم مي‌کند، از قابليت Hot Swap پشتيباني مي‌نمايد و از فناوري تقسيم پورت‌ها يا Port Multiplexing هم بهره مي‌برد. ضريب اطمينان دستگاه‌هاي SATA بسيار بيشتر از IDE است و کابل‌هاي باريک آنها، کار را ساده‌تر ساخته است. دومين نسخه اين فناوري (SATA II) با قابليت انتقال 300 مگابايت اطلاعات در ثانيه، نه تنها توان عملياتي بيشتري ارائه مي‌کند، بلكه از فناوري(Native Command Queuing) NCQ هم پشتيباني مي‌کند و پشتيباني بهتر و کامل‌تري نيز از قابليت Hot Plugدارد.
فناوري NCQ باعث مي‌شود داده‌هاي مرتبطي که در صفحات هاردديسك قرار دارند، طوري چيده شوند که دسترسي به آنها با حداقل چرخش صفحات فراهم شود. اين روش همچنين اين توانايي را به هاردديسك مي‌دهد كه مديريت فايل‌هايي را كه سيستم خواستار دسترسي به آنهاست، شخصا به عهده بگيرد. در اين حالت داده‌ها سريع‌تر خوانده مي‌شوند.
گرچه قابليت انتقال اطلاعات در فناوري SATA II به 300 مگابايت در هر ثانيه رسيده است، اما در عمل به دليل محدوديت‌هاي مکانيکي، هاردديسک نمي‌توان اين ميزان سرعت را تجربه کرد. سرعت واقعي هاردديسک برابر سرعت دسترسي آن است. اين سرعت هم، بستگي به سرعت چرخش صفحات دارد و اين نقطه ضعف اصلي هاردديسک‌هاي معمولي و قديمي است.
همانند تمام چيزهايي که در دنياي ما وجود دارد، سرعت چرخش صفحات هاردديسک نيز توسط قوانين تغييرناپذير فيزيک محدود شده است. بدون آنکه وارد جزئيات شويم، همين را مي‌گوييم که در حال حاضر داشتن هاردديسک‌هايي که سريع‌تر بچرخند، ميسر نيست. چرا که در اين صورت به توان مصرفي بيشتري نياز خواهند داشت. علاوه بر اين بايد بسيار محکم‌تر و قوي‌تر باشند تا بتوانند نيروي گرانشي توليد شده توسط صفحات را تحمل کنند (شکل 2).
اين جا بود که نياز به درايوهاي حالت جامد (SSD) احساس شد. هر چند اين درايوها از چندين دهه پيش به شکل ديگري وجود داشته‌اند، اما به تازگي استفاده از آنها به علت کاهش هزينه‌هاي توليد، رواج بيشتري يافته است. البته هنوز حافظه‌هاي SSD بسيار گران هستند و تحليل‌گران پيش‌بيني مي‌کنند تا قبل از سال 2010 امکان فراهم شدن توانايي خريد آنها براي عموم کاربران وجود نداشته باشد.
با رايج شدن SSD، هاردديسک معمولي ارزان‌تر مي‌شود اما باز هم نمي‌توان به زودي منتظر منسوخ شدن اين گونه هاردديسک‌ها و جايگزيني آنها با فناوريهاي جديد بود.
البته زماني که صحبت از ذخيره‌سازي مي‌شود، منظور ما تنها محدود به هاردديسک‌ها نيست. گونه‌هاي متنوع ديگري از ابزارهاي ذخيره‌سازي ثانويه (مانند ديسک‌هاي نوري و يا حافظه‌هاي فلش) نيز وجود دارد. ديسک‌هاي Blu-ray به آهستگي اما به صورت قطعي جايگزين دي‌وي‌دي مي‌شوند و حافظه‌هاي فلش هم در دستگاه‌هاي بي‌شماري، از تلفن‌هاي همراه تا ابزارهاي پخش چند رسانه‌اي، کاربرد پيدا کرده‌اند.
واضح است که نياز کاربران به داشتن حافظه بيشتر به اين سادگي بر طرف نمي‌شود و تنها چيزي كه در کل تاريخ ذخيره‌سازي ثابت و بدون تغيير مانده است، همين مورد است. ما همچنان به گسترش و توسعه مرزهاي فناوري ذخيره‌سازي، چه از نظر فناوري و چه از نظر مکانيکي ادامه خواهيم داد.
در ادامه به تغييرات مختلفي که در 10 سال گذشته در حوزه ذخيره‌سازي اطلاعات رخ داده است، نگاه مي‌کنيم:
1997:
• در اين مقطع، فلاپي‌ديسک‌هاي سنتي و قديمي منسوخ شدند. آنها نه سرعت بالا و نه ظرفيت مناسب براي نيازهاي کاربران آن زمان داشتند.
«» دي‌وي‌دي به کاربران معرفي شد. فيلم‌ها و دستگاه‌هاي پخش دي‌وي‌دي به سرعت رواج يافتند. بسياري از فيلم‌ها هنوز به اين فرمت عرضه مي‌شوند و شمار بسيار زيادي از بازي‌ها و نرم‌افزارها نيز همچنان روي اين ديسک‌ها منتشر مي‌شوند.
1998:
• ديسک DeskStar 14GXP شرکت IBM با ظرفيت 14،4 گيگابايت به بازار آمد که از اولين نمونه‌هاي هاردديسک فناوريGMR بود. اين هاردديسک عملکرد خوبي داشت و در آن زمان ظرفيتش بسيار بالا بود، ضمن آنکه سريع و بيسر و صدا هم بود. شايد تنها ايرادش، قيمت ناچيز 798 دلار‌ي‌اش بود!
1999:
• در اين زمان کارت‌هاي حافظه، جزئي لاينفک در زندگي روزانه کاربران شده بودند.
فرمت (Secure Digital) SD که در حال حاضر محبوب‌ترين و پرطرفدارترين نوع کارت حافظه است، در اين سال متولد شد. تنها در عرض چند سال بعد، انواع ديگري از اين نوع کارت ( SDHCوmiscroSDHC ) با اندازه کوچکتر و ظرفيت بيشتر روانه بازار شدند.
2000:
• اولين درايو فلش که از رابط USB بهره مي‌برد، براي استفاده عموم روانه بازار شد.
2003:
• در اين سال، رابط SATA به عنوان جايگزين IDE معرفي شد. مزاياي اصلي SATA نسبت به PATAسرعت انتقال بالاتر، قابليت Hot Swap، کابل‌هاي رابط باريک‌تر و در نتيجه بهبود تهويه هواي درون کيس و در نهايت قابليت اطمينان بيشتر آن بود.
• البته SATAبي‌نقص هم نبود و از اين رو بعد از مدتي SATA II يا همان SATA 3.0Gbps وارد عرصه شد. مهم‌ترين پيشرفت درSATA II فناوري NCQ بود که انجام قابليت چندکاري (Multitasking) را بهبود مي‌بخشيد. قابليت انتقال آن هم 300 مگابايت در ثانيه، يعني دو برابر SATA اوليه بود.
• اندکي بعد از معرفي SATA شرکتSeagate از اولين هاردديسک SATA خود با نام Barracuda ATA V Plus پرده برداشت. اين هاردديسک با سرعت 7200 دور در دقيقه مي‌چرخيد.
• کمي بعد شرکت Western Digital، هاردديسک مدل Digital Raptor WD360GD را با رابط SATA معرفي کرد. اين مدل با سرعت 10000 دور در دقيقه مي‌چرخيد و عملکردي معادل SCSI را با قيمت مناسب در اختيار کاربر مي‌گذاشت.
• اولين درايو با سرعت 15000 دور در دقيقه با نام Cheetah 15K.3 توسط Seagate عرضه شد. البته افتخار اين دور بالا تنها در اختيار آنها نماند و شرکت Maxtor با ارائه مدل Atlas 15K، وارد رقابت با Seagate شد. در مقايسه‌اي که آن زمان توسط سايت Hardwarezone بين اين دو مدل انجام شده بود، مدل Cheetahوفاداري خود را به نامش ثابت کرد و تقريبا در همه تست‌ها Atlas را پشت سر گذاشت.
• در سال 2003 شاهد پيشرفت‌هاي بسيار زيادي در فناوري ساخت هاردديسک بوديم، هر چند که بعد از آن هم فناوريهاي بيشتري در راه بودند. هاردديسک Travelstar 7K60 شرکت هيتاچي نه تنها اولين هاردديسک 2،5 اينچي بود، بلکه اولين محصولي بود که با استفاده از فناوري GMR موفق شد به تراکم 50 گيگابايت در هر اينچ مربع دست پيدا کند. اين مدل، سرعت و عملکردي معادل هاردديسك‌هاي پرقدرت کامپيوترهاي روميزي را براي کاربران نوت‌بوک فراهم مي‌کرد.
• شرکت Western Digital مدل Raptor WD740GD را معرفي کرد که دنباله‌رو و نمونه کامل‌تري از مدل قبلي خود يعني Raptor WD360GD بود و سريع‌ترين هاردديسک براي کامپيوترهاي روميزي در زمان خود شناخته شد.
گرچه حافظه‌هاي فلش رواج فوق‌العاده‌اي يافته بودند، اما از نظر ظرفيت ذخيره‌سازي قابل رقابت با هاردديسک‌ها نبودند. در اين زمان بود که شرکت Seagate محصولي بسيار کوچک و منحصر به فرد به نام Seagate 5.0GB Pocket Hard Drive را روانه بازار ساخت که به راحتي در جيب جاي مي‌گرفت. اين وسيله امکان ذخيره‌سازي 5 گيگابايت اطلاعات را فراهم مي‌ساخت که در آن زمان فوق‌العاده بود. اين هاردديسک عملکرد خوبي داشت، اما نقطه ضعف آن قيمت بالايش بود.
• توشيبا و سامسونگ، شرکت فناوري ذخيره‌سازي ToshibaSamsung را بنا نهادند. هدف اصلي اين شرکت ساخت درايو ديسک‌هاي نوري بود. توشيبا 51 درصد از سهام اين شرکت و سامسونگ، 49 درصد باقي مانده را در اختيار دارند.
2005:
• به عنوان نخستين شركت، توشيبا موفق به ساخت هاردديسک تجاري با استفاده از فناوري ذخيره‌سازي مغناطيسي عمودي يا PMR شد. با استفاده از فناوري PMRمي‌توان ظرفيت ذخيره‌سازي فضاي هاردديسک را تا سه برابر بيشتر کرد. بعد از اين شرکت Seagate هم اعلام کرد که همه مدل‌هاي بعدي خود را با استفاده از اين فناوري روانه بازار مي‌کند.
• يکي ديگر از فناوريهاي جديد و جالب ذخيره‌سازي در آن سال، فناوري i-RAM ارائه شده از سوي شرکت گيگابايت بود.
i-RAM کارت حافظه‌اي بود که در اسلات PCI قرار مي‌گرفت. بر i-RAM چهار اسلات رم از نوع DDR وجود داشت. به اين ترتيب کاربر مي‌توانست تا 4 گيگابايت حافظه با سرعت بالا (براي ذخيره اطلاعات) را در اختيار داشته باشد. در حالي که ايده استفاده از حافظه‌هاي جامد (SSD) به جاي هاردديسک، ايده جديدي نبود، اما ايده گيگابايت يعني i-RAM نظر همه را جلب کرد.
در تستي که ميان اين فناوري جديد با هاردديسک مدل Raptor شرکت
Western Digital انجام شد، همانطور که انتظار مي‌رفت i-RAM مدل Raptor را شکست داد.i-RAM در سرعت بي‌همتا بود و عنوان مبتکرانه‌ترين ابزار و فناوري ارائه شده را از سايت Hardwarezone دريافت کرد.
2006:
• در اين سال، اولين پخش‌کننده‌هاي Blu-ray و HD DVD فروخته شدند. يک ديسکHD DVD يک لايه و يک طرفه مي‌تواند معادل 15 گيگابايت، يعني تقريبا سه برابر دي‌وي‌دي را در خود جاي دهد. يک ديسک Blu-ray يک لايه و يک طرفه مي‌تواند تقريبا 25 گيگابايت اطلاعات را در خود ذخيره کند که 5 برابر دي‌وي‌دي معمولي است.
• SD موقعيت خود را با ارائه SDHC تثبيت كرد. اين کارت حافظه پرظرفيت مي‌توانست تا 32 گيگابايت اطلاعات را در خود جاي دهد.
• شرکت‌هاي Sony و NEC که نمي‌خواستند از قافله عقب بمانند، با همکاري يکديگر شرکت Sony NEC Optiarc را تأسيس کردند که در آن همانند ديگر رقباي خود به ساخت و عرضه درايوهاي نوري براي شرکت‌هاي بزرگ سازنده کامپيوتر مي‌پرداختند.
• شرکت Seagate، شرکت Maxtor سومين سازنده بزرگ هاردديسک جهان را به مبلغ 1،9 ميليارد دلار خريد تا به بزرگ‌ترين توليدکننده هاردديسک دنيا تبديل شود.
2007:
• سرانجام هاردديسک‌هاي 3،5 اينچي توانستند به ظرفيت يک ترابايت برسند. اولين هاردديسک يک ترابايتي توسط هيتاچي و با استفاده از فناوريPMR ساخته شد.
2008:
• در چهارم ژانويه سال 2008 استوديوي فيلم‌سازي" برادران وارنر" متعهد شد که از Blu-ray پشتيباني کند انتشار فيلم‌هاي خود را با فرمت HD DVD متوقف كرد. با پشتيباني بزرگ‌ترين استوديوي فيلم‌سازي جهان ازBlu-ray، فناوري HD DVD نابود شد.
• شرکت Seagate با استفاده از فناوريPMR توانست يک هاردديسک 1،5 ترابايتي عرضه کند و ظرفيت هاردديسک‌هاي يک ترابايتي را 500 گيگابايت افزايش دهد و در نتيجه بزرگ‌ترين هاردديسک را در طول 5 دهه تکامل هاردديسک‌ها توليد نمايد.
در سال 1956 اولين هاردديسک توسط شرکت IBM وارد بازار شد. اين هاردديسک مي‌توانست با 5 ديسک 24 اينچي، 5 مگابايت ديتا را ذخيره کند. براي چندين سال استفاده از هاردديسک محدود به Mainframeها و کامپيوترهاي عظيم‌الجثه بود. اين تصوير يک سيستم RAMAC را نمايش مي‌دهد که براي برنامه نويسان کامپيوتري که در آن دوران کار کرده‌اند تصويري آشناست. در آن زمان افرادي که مسئول حفاظت از اين سيستم‌ها بودند بايد سيلندرهاي مستعمل را با سيلندرهاي جديد تعويض مي کردند تا افزايش حرارت به آنها آسيب نرساند. در اين قسمت بازوي کنترل کننده مدام در سيستم ديسک بالا و پايين مي‌رفت.
در سال 1973 هاردديسک IBM 3340 با ظرفيت 30 مگابايت به بازار آمد که به نام وينچستر معروف شد. قسمت هد اين هاردديسک روي سطحي از هوا به ضخامت 18 ميليونم اينچ حرکت مي‌کرد و ديتا را مي‌خواند. رکوردي که اين شرکت در اين سال به جاي گذاشت ساخت پلاترهايي بود که توانايي ذخيره سازي 1.7 مگابايت اطلاعات در هر اينچ مربع داشت. در آن زمان براي ذخيره هر مگابايت ديتا بايد 7.81 دلار هزينه مي‌شد!
در سال 1980 سي‌گيت اولين هارد ديسک 5.25 اينچي با ظرفيت 5 مگابايت را عرضه کرد.
در سال 1988 هيتاچي درايو 1.89 گيگابايتي ساخت که از ديسک هاي 9.5 اينچي تشکيل شده بود و نسبت کيلوگرم به گيگابايت را از 121 کيلوگرم در ازاي هر گيگابايت به 42 کيلوگرم رساند. اين درايو اولين هاردديسک يک Mainframe بود که به راحتي توسط انسان قابل حمل بود.
در اواسط دهه 1980 اندازه هاردديسک‌ها بسيار کوچکتر شد تا جايي که يک هاردديسک استاندارد 5.25 اينچي، تنها 3 اينچ ارتفاع داشت و يکي دو کيلوگرم بيشتر وزن نداشت. از سال 1987 هاردديسک‌هاي 3.5 اينچي پا به عرصه گذاشتند.
وزن اين هاردديسک‌ها در حدود نيم کيلوگرم بود. اين هاردديسک‌ها براي اولين بار در داخل کيس کامپيوترهاي شخصي وارد بازار شدند. سال‌ها بعد نيز از آنها در ساخت نوت‌بوک‌هاي 5.5 کيلوگرمي استفاده شد.
ميکرو درايوي به اندازه يک هامستر! شرکت IBM اين درايو را در سال 1999 با پلاترهاي يک اينچي ساخت ولي تا ورود iPod به بازار پليرها، نتوانست بازار مناسبي براي آن بيابد.
در اينجا تصوير ميکرو درايوهاي شرکت هيتاچي را مشاهده مي کنيد که از پلاترهايي به قطر يک اينچ برخوردار است. در حالي که شرکت توشيبا اين اندازه را به 0.85 اينچ کاهش داده است. هرچند امروزه شرکت ها تمايلي براي کوچکتر کردن اندازه درايوها ندارند و بيشتر به دنبال فشرده کردن هرچه بيشتر ديتا به کمک فناوري هاي جديد هستند.
