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

一,、外部存儲：60年登七重天

不同于人腦的記憶,，機(jī)械記憶在很多應(yīng)用場景下都有著不可替代的作用,。從移動存儲介質(zhì)的發(fā)展來看，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)

如果回溯整個人類歷史,，我們發(fā)現(xiàn)第一個機(jī)械化的存儲方式,，要追溯到1725年第一臺打孔卡的出現(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)來檢測是否有孔,。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。（以下圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

打孔卡

到了1877年,，法國科學(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,，并加工出一臺模型。而世界上第一張唱片是由美國工程師埃米爾·別爾利赫爾于1888年錄制而成,，唱片中間有兩個孔,，唱片只錄一面，唱針由里向外轉(zhuǎn)動,。1889年末至1890年初,，市場上開始生產(chǎn)并銷售圓筒唱片，到1930年,，美國無線電公司成功試制出密紋唱片,，這種唱片轉(zhuǎn)速從原來的每分鐘78轉(zhuǎn)，變成了每分鐘33.5轉(zhuǎn),，大大延長了播放時間,，提升了存儲容量和質(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,，一些計(jì)算機(jī)也在使用磁帶存儲來存儲數(shù)據(jù),。彼時,，一盤90分鐘的錄音帶只能存儲700KB到1M大小的數(shù)據(jù),。

② PC時代：從8英寸軟盤到隨身USB

同樣屬于外部存儲,，軟盤不同于上面的影音存儲介質(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,，軟盤才成為個人電腦標(biāo)配的移動存儲設(shè)備,。而在8寸軟盤剛剛出現(xiàn)時候，一個8寸軟盤驅(qū)動器的價格,，比一臺微型計(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光盤改變了娛樂音頻的世界格局,。應(yīng)用光盤的CD機(jī)也在一個月后發(fā)布，價格為168000日元,。隨后,，微軟公司和蘋果公司加入CD研發(fā)陣營，并于1987年把CD變成了光盤只讀存儲器（CD-ROM）,。

2000年的U盤

繼光盤之后,，就是現(xiàn)在最為流行的移動存儲設(shè)備USB了。USB與前面的移動設(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)字存儲方式，而非機(jī)械模擬的存儲方式,。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。盡管如此,，當(dāng)時的U盤價格卻也是現(xiàn)在無法想象的：16M大小的U盤價格約為1000元,。而現(xiàn)在16GB的U盤只需要40元左右，原來的U盤價格相當(dāng)于現(xiàn)在的25640倍,。

從最初笨拙的101010打孔卡,，到后來用磁針記錄音樂,，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,，移動存儲介質(zhì)無論從價格層面,，還是容量大小，都實(shí)現(xiàn)了蛻變,?？◣C(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)體存儲器完勝

書接上文，我們講了外部存儲的從無到有,，今天我們一起聊聊內(nèi)部存儲的前世今生,。相較于外部存儲單一的應(yīng)用模式，內(nèi)部存儲更為多樣化,，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、存儲空間和磁盤陣列之分,。

最早期的計(jì)算機(jī)的常見存儲器是由各種磁芯制成的,，當(dāng)時的磁芯存儲器只有幾百個字節(jié)的容量，小的驚人,。因?yàn)榇判镜挠⑽拿Q就是core,，所以磁芯存儲器就叫做core memory。現(xiàn)如今,，雖然磁芯存儲器已經(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）,，并獲得了美國專利，開創(chuàng)了磁芯存儲器時代,。目前,，這種磁芯存儲器也已被微型集成電路塊上的半導(dǎo)體存儲器所取代。

磁芯存儲器

ROM（Read Only Memory）存儲器屬于最早期的存儲方式,，它于現(xiàn)在常見的存儲器最大的不同是,，當(dāng)時的ROM存儲還是一種只讀存儲器，并不能實(shí)現(xiàn)寫入數(shù)據(jù),。而ROM的應(yīng)用場景也因?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）的重要存儲介質(zhì),。早期簡單的ROM BIOS程序可以寫在128Kb的芯片中，后來，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)體存儲器,，DRAM（Dynamic Random Access Memory）動態(tài)隨機(jī)存取存儲器因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)高效簡單,，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)存儲電荷的多寡來代表一個二進(jìn)制比特是1還是0,，但其缺陷在于必須隔一段時間刷新一次，如果存儲單元沒有刷新,，存儲的信息就會丟失,，這就意味著，一旦機(jī)器故障導(dǎo)致關(guān)機(jī),，而數(shù)據(jù)沒有及時保存,，所有信息將不復(fù)存在。

與動態(tài)隨機(jī)存取存儲器相對的是SRAM（Static Random-Access Memory）靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器,，SRAM靜態(tài)存儲器帶寬有很大改進(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)部存儲的數(shù)據(jù),，所以它比DRAM的性能更高、功耗更小,，但價格也更為昂貴,。

三、金字塔篇：三級存儲架構(gòu)形成

除了上面的各種存儲方式之外,，磁帶式存儲,、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)算時代，正呈現(xiàn)出百舸爭流的狀態(tài),。

誠如上文所說,，20世紀(jì)五十年代，IBM開始把盤式磁帶用在數(shù)據(jù)存儲上,，因?yàn)橐痪泶艓Э梢源?萬張打孔紙卡,，所以磁帶存儲迅速成為最為普及的存儲設(shè)備。得益于磁帶存儲天然的性價比優(yōu)勢和成指數(shù)級增長的冷存儲數(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逐漸成為“長老”型存儲,，長期盤踞在企業(yè)存儲市場。

IBM 350 RAMAC

在磁帶存儲之外，機(jī)械硬盤也是企業(yè)級存儲當(dāng)之無愧的老大哥,。而如今動輒幾TB的機(jī)械硬盤,，在六十年前1956年IBM首次發(fā)布時，卻是一個由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1GB的硬盤（約2.52GB），它不僅體積依舊,，重量約為250KG,，在今天看來價格更可謂是天價：8-14萬美元，平均每GB價格為四萬美元,，相當(dāng)于我們今天購買硬盤價格（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)滿足了大部分存儲需求,，但是從存儲原理上講,，HDD仍然屬于機(jī)械模擬的存儲邏輯；SSD固態(tài)硬盤的出現(xiàn)則一改機(jī)械式存儲,，將企業(yè)級存儲引領(lǐng)想數(shù)字存儲時代,。固態(tài)硬盤因?yàn)檠舆t更短、速度更快等特點(diǎn),，很快就贏得了市場的歡迎,，而數(shù)字存儲的模式的先天優(yōu)勢，也讓SSD成為站在存儲金字塔頂端的存儲介質(zhì),。

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

結(jié)束語

人到60歲已為甲子，而于存儲而言,，60年卻意味著一個新的開始,，從第一個機(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60年,，存儲器還是不是機(jī)械硬盤的天下，還是SSD固態(tài)硬盤通過成本壓縮進(jìn)而統(tǒng)治存儲世界呢,？