是否還記得世界上第一個(gè)機(jī)械化存儲(chǔ)方式是什么？你又是否知道從磁盤的發(fā)明到SSD的應(yīng)用一共經(jīng)歷了多少個(gè)春夏秋冬？

一、外部存儲(chǔ)：60年登七重天

不同于人腦的記憶，機(jī)械記憶在很多應(yīng)用場(chǎng)景下都有著不可替代的作用。從移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)的發(fā)展來(lái)看，主要經(jīng)歷了：打孔卡、圓筒唱片、黑膠、磁帶、軟盤、光盤、USB幾個(gè)階段。

① 1M的跨越：從打卡機(jī)到愛迪生的留聲機(jī)

如果回溯整個(gè)人類歷史，我們發(fā)現(xiàn)第一個(gè)機(jī)械化的存儲(chǔ)方式，要追溯到1725年第一臺(tái)打孔卡的出現(xiàn)。打孔卡也叫作穿孔卡，其工作原理在于有空的地方為1，沒有空的地方是0，然后用光電或者機(jī)械觸點(diǎn)來(lái)檢測(cè)是否有孔。在19世紀(jì)末，打孔卡開始應(yīng)用到統(tǒng)計(jì)分析領(lǐng)域。例如，1890年美國(guó)人口普查正是依靠打孔卡進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化的統(tǒng)計(jì)與分析。（以下圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）

打孔卡

到了1877年，法國(guó)科學(xué)家查爾斯·克羅斯和愛迪生分別提出了關(guān)于留聲機(jī)的原理，并加工出一臺(tái)模型。而世界上第一張唱片是由美國(guó)工程師埃米爾·別爾利赫爾于1888年錄制而成，唱片中間有兩個(gè)孔，唱片只錄一面，唱針由里向外轉(zhuǎn)動(dòng)。1889年末至1890年初，市場(chǎng)上開始生產(chǎn)并銷售圓筒唱片，到1930年，美國(guó)無(wú)線電公司成功試制出密紋唱片，這種唱片轉(zhuǎn)速?gòu)脑瓉?lái)的每分鐘78轉(zhuǎn)，變成了每分鐘33.5轉(zhuǎn)，大大延長(zhǎng)了播放時(shí)間，提升了存儲(chǔ)容量和質(zhì)量。

密紋唱片

1963年，飛利浦公司發(fā)明了盒式錄音磁帶，這也成為80年代最珍貴的記憶。當(dāng)時(shí)，一些計(jì)算機(jī)也在使用磁帶存儲(chǔ)來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。彼時(shí)，一盤90分鐘的錄音帶只能存儲(chǔ)700KB到1M大小的數(shù)據(jù)。

② PC時(shí)代：從8英寸軟盤到隨身USB

同樣屬于外部存儲(chǔ)，軟盤不同于上面的影音存儲(chǔ)介質(zhì)，它的出現(xiàn)依賴于IBM需要為大型處理器和控制單元保存和傳送微代碼的新需求，在1971年推出8英寸，容量為81KB的磁盤后，又相繼推出5.25英寸軟盤和3.5英寸（最大容量1.2MB）軟盤。直到1987年，IBM推出基于386的IBM Personal System/2（PS/2）個(gè)人電腦系列，正式配置了3.5英寸的軟驅(qū)后，軟盤才成為個(gè)人電腦標(biāo)配的移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備。而在8寸軟盤剛剛出現(xiàn)時(shí)候，一個(gè)8寸軟盤驅(qū)動(dòng)器的價(jià)格，比一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)整機(jī)還貴。

各色軟盤，你還記得嗎？

飛利浦和索尼在1980年共同研制了數(shù)字光盤（CD），過(guò)了兩年開始大規(guī)模生產(chǎn)。1982年8月的最后一天，CD光盤改變了娛樂(lè)音頻的世界格局。應(yīng)用光盤的CD機(jī)也在一個(gè)月后發(fā)布，價(jià)格為168000日元。隨后，微軟公司和蘋果公司加入CD研發(fā)陣營(yíng)，并于1987年把CD變成了光盤只讀存儲(chǔ)器（CD-ROM）。

2000年的U盤

繼光盤之后，就是現(xiàn)在最為流行的移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備USB了。USB與前面的移動(dòng)設(shè)備最大的不同就是，USB全稱叫做USB閃存盤（USB flash disk），屬于數(shù)字存儲(chǔ)方式，而非機(jī)械模擬的存儲(chǔ)方式。在2000年左右，USB出現(xiàn)，由于技術(shù)限制，第一代U盤并不像現(xiàn)在這么便捷，而是在任何操作系統(tǒng)下都需要安裝驅(qū)動(dòng)。盡管如此，當(dāng)時(shí)的U盤價(jià)格卻也是現(xiàn)在無(wú)法想象的：16M大小的U盤價(jià)格約為1000元。而現(xiàn)在16GB的U盤只需要40元左右，原來(lái)的U盤價(jià)格相當(dāng)于現(xiàn)在的25640倍。

從最初笨拙的101010打孔卡，到后來(lái)用磁針記錄音樂(lè)，用磁帶承載回憶，再到現(xiàn)在人們?nèi)粘Ｉ钪械腢SB的應(yīng)用，移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)無(wú)論從價(jià)格層面，還是容量大小，都實(shí)現(xiàn)了蛻變。卡帶機(jī)是回憶，而USB半導(dǎo)體卻成為生活的必需。

二、內(nèi)存四步登天：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器完勝

書接上文，我們講了外部存儲(chǔ)的從無(wú)到有，今天我們一起聊聊內(nèi)部存儲(chǔ)的前世今生。相較于外部存儲(chǔ)單一的應(yīng)用模式，內(nèi)部存儲(chǔ)更為多樣化，既有手機(jī)上有內(nèi)存和運(yùn)行內(nèi)存之分，也有PC和服務(wù)器上有內(nèi)存、存儲(chǔ)空間和磁盤陣列之分。

最早期的計(jì)算機(jī)的常見存儲(chǔ)器是由各種磁芯制成的，當(dāng)時(shí)的磁芯存儲(chǔ)器只有幾百個(gè)字節(jié)的容量，小的驚人。因?yàn)榇判镜挠⑽拿Q就是core，所以磁芯存儲(chǔ)器就叫做core memory?，F(xiàn)如今，雖然磁芯存儲(chǔ)器已經(jīng)被淘汰，但很多人出于還是習(xí)慣把內(nèi)存叫做core。直到1949年，美籍華人王安博士利用這一思想成功研制的脈沖傳輸控制裝置（Pulsetransfer controlling device），并獲得了美國(guó)專利，開創(chuàng)了磁芯存儲(chǔ)器時(shí)代。目前，這種磁芯存儲(chǔ)器也已被微型集成電路塊上的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器所取代。

磁芯存儲(chǔ)器

ROM（Read Only Memory）存儲(chǔ)器屬于最早期的存儲(chǔ)方式，它于現(xiàn)在常見的存儲(chǔ)器最大的不同是，當(dāng)時(shí)的ROM存儲(chǔ)還是一種只讀存儲(chǔ)器，并不能實(shí)現(xiàn)寫入數(shù)據(jù)。而ROM的應(yīng)用場(chǎng)景也因?yàn)槠渲蛔x不寫的特性成為電子計(jì)算機(jī)中輸入輸出系統(tǒng)（BIOS）的重要存儲(chǔ)介質(zhì)。早期簡(jiǎn)單的ROM BIOS程序可以寫在128Kb的芯片中，后來(lái)，PentiumⅡ主板的ROM BIOS程序?qū)懺陂W速內(nèi)存里，大約有2Mb大小。而EPROM （Erasable Programmable ROM）的出現(xiàn)，因其可擦除的PROM因?yàn)樾酒梢远啻螐?fù)用，現(xiàn)在代替ROM在微型計(jì)算機(jī)中應(yīng)用比較廣泛。

比較古老的內(nèi)存

同樣作為半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，DRAM（Dynamic Random Access Memory）動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)高效簡(jiǎn)單，而受到歡迎，是最為常見的系統(tǒng)內(nèi)存。其主要的工作原理是利用電容內(nèi)存儲(chǔ)電荷的多寡來(lái)代表一個(gè)二進(jìn)制比特是1還是0，但其缺陷在于必須隔一段時(shí)間刷新一次，如果存儲(chǔ)單元沒有刷新，存儲(chǔ)的信息就會(huì)丟失，這就意味著，一旦機(jī)器故障導(dǎo)致關(guān)機(jī)，而數(shù)據(jù)沒有及時(shí)保存，所有信息將不復(fù)存在。

與動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器相對(duì)的是SRAM（Static Random-Access Memory）靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，SRAM靜態(tài)存儲(chǔ)器帶寬有很大改進(jìn)，由于兩條位線（Bit Line）反相，這種差分信號(hào)使得SRAM的抗噪聲干擾能力很強(qiáng)。因?yàn)镾RAM不需要刷新電路即能保存它內(nèi)部存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，所以它比DRAM的性能更高、功耗更小，但價(jià)格也更為昂貴。

三、金字塔篇：三級(jí)存儲(chǔ)架構(gòu)形成

除了上面的各種存儲(chǔ)方式之外，磁帶式存儲(chǔ)、機(jī)械硬盤HDD和固態(tài)硬盤SSD在全新的大數(shù)據(jù)和云計(jì)算時(shí)代，正呈現(xiàn)出百舸爭(zhēng)流的狀態(tài)。

誠(chéng)如上文所說(shuō)，20世紀(jì)五十年代，IBM開始把盤式磁帶用在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)上，因?yàn)橐痪泶艓Э梢源?萬(wàn)張打孔紙卡，所以磁帶存儲(chǔ)迅速成為最為普及的存儲(chǔ)設(shè)備。得益于磁帶存儲(chǔ)天然的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)和成指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的冷存儲(chǔ)數(shù)據(jù)需求（如：Facebook自身數(shù)據(jù)中心的89%都是冷數(shù)據(jù)），在此之后的幾十年中磁帶存儲(chǔ)逐漸成為“長(zhǎng)老”型存儲(chǔ)，長(zhǎng)期盤踞在企業(yè)存儲(chǔ)市場(chǎng)。

IBM 350 RAMAC

在磁帶存儲(chǔ)之外，機(jī)械硬盤也是企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)當(dāng)之無(wú)愧的老大哥。而如今動(dòng)輒幾TB的機(jī)械硬盤，在六十年前1956年IBM首次發(fā)布時(shí)，卻是一個(gè)由50塊24英寸磁盤構(gòu)成，體積龐大如冰箱，總?cè)萘繀s只有5Mb的大小的東西。

到了1980年，機(jī)械硬盤相關(guān)技術(shù)進(jìn)一步提升，并成功發(fā)布了世界上第一款容量超過(guò)1GB的硬盤（約2.52GB），它不僅體積依舊，重量約為250KG，在今天看來(lái)價(jià)格更可謂是天價(jià)：8-14萬(wàn)美元，平均每GB價(jià)格為四萬(wàn)美元，相當(dāng)于我們今天購(gòu)買硬盤價(jià)格（2TB硬盤600元）的9100倍。

固態(tài)硬盤

歷史的車輪總是不斷向前，盡管HDD已經(jīng)滿足了大部分存儲(chǔ)需求，但是從存儲(chǔ)原理上講，HDD仍然屬于機(jī)械模擬的存儲(chǔ)邏輯；SSD固態(tài)硬盤的出現(xiàn)則一改機(jī)械式存儲(chǔ)，將企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)引領(lǐng)想數(shù)字存儲(chǔ)時(shí)代。固態(tài)硬盤因?yàn)檠舆t更短、速度更快等特點(diǎn)，很快就贏得了市場(chǎng)的歡迎，而數(shù)字存儲(chǔ)的模式的先天優(yōu)勢(shì)，也讓SSD成為站在存儲(chǔ)金字塔頂端的存儲(chǔ)介質(zhì)。

自此，底層為磁帶存儲(chǔ)，中間為HDD機(jī)械硬盤，最上層為閃存的SSD的三級(jí)存儲(chǔ)模式逐漸形成。

結(jié)束語(yǔ)

人到60歲已為甲子，而于存儲(chǔ)而言，60年卻意味著一個(gè)新的開始，從第一個(gè)機(jī)械硬盤誕生到現(xiàn)在花費(fèi)了60年；我們可以設(shè)想，再過(guò)60年，存儲(chǔ)器還是不是機(jī)械硬盤的天下，還是SSD固態(tài)硬盤通過(guò)成本壓縮進(jìn)而統(tǒng)治存儲(chǔ)世界呢？