数据存储(1)：从数据存储看人类文明-数据存储器发展历程
傳統(tǒng)文本存儲
泥版/鐘鼎/甲骨/莎草紙/羊皮紙等文字存儲
傳統(tǒng)的考古學家和歷史學家認為，楔形文字起源于美索不達米亞特殊的漁獵生活方式。這是較為通行的看法，西方的各種百科全書大都持這一觀點。約在公元前3400年左右，楔形文字雛形產(chǎn)生，多為圖像。到公元前 500 年左右， 這種文字甚至成了西亞大部分地區(qū)通用的商業(yè)交往媒介。楔形文字一直被使用到公元元年前后，使用情景如同現(xiàn)今的拉丁文。
有了文字后，人類有又了記錄過往數(shù)據(jù)的能力。但是，都是靠手工存儲。
這些歷史，這里不做過多種贅述
造紙與活字印刷術(shù)
造紙術(shù)與應刷術(shù)是中國四大發(fā)明之一。
公元105年（西漢），蔡倫改進了造紙術(shù)，隨后就是對造紙術(shù)的改進過程，唐朝利用竹子為原料制成的竹紙，標志著造紙技術(shù)取得了重大的突破。隨后就是西方一些列的改進了。
公元1041年-1048年(北宋)，畢昇發(fā)明的泥活字。標志著活字印刷術(shù)的誕生。隨后也是漫長的改進，傳入歐洲400以后，
1440年到1445年之間，德國人約翰內(nèi)斯·古騰堡的鉛活字，凸版印刷技術(shù)——維克多·雨果稱印刷術(shù)為世界上最大的發(fā)明。
在中世紀初期，書是財富的象征。如果誰家有一個圖書室。那實在是太富有了，因為在當時書是人們用手工辛辛苦苦抄寫出來的。僧侶和抄寫員經(jīng)常被雇來做這項工作，當然費用相當可觀。印刷機的出現(xiàn)改變了這一切，并在文藝復興時期加快了知識和文化的傳播。
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穿孔卡帶紙存儲
最早期的存儲媒介——打孔紙卡
這個是最早的數(shù)據(jù)存儲媒介了，在1725年由Basile Bouchon發(fā)明出來，用來保存印染布上的圖案。但是關(guān)于它的第一個真正的專利權(quán)，IBM的創(chuàng)始人赫爾曼·霍爾瑞斯教授（Herman Hollerith）在1884年9月23日申請的，這個發(fā)明用了將近100年，一直用到了20世紀70年代中期。
他于1888年發(fā)明自動制表機——首個使用打孔卡技術(shù)的數(shù)據(jù)處理機器。自動制表機(打孔卡數(shù)據(jù)處理技術(shù))用于1890年以及后續(xù)的美國人口普查，并獲得巨大成功。
IBM的前身——計算制表計時公司（CRT-Computing-Tabulating-Recording Company）創(chuàng)辦于1911年，從事量表、計時設備和制表機的生產(chǎn)。1923年，CTR發(fā)明了首款電動打孔機，與手動打孔機相比，速度和精確度有了很大提升。1920年代末，IBM發(fā)明了一種80列打孔卡，稱得上當時的“高密度存儲設備”。“IBM打孔卡”成為業(yè)界標準。
老湯姆·沃森(Tom Watson Sr.)在1914年至1956年間主管公司業(yè)務，這位雄心勃勃的領軍人在1924年將公司更名為“國際商用機器”，即日后聞名世界的IBM。
在軟件領域，IBM亦有卓越貢獻。它研發(fā)了FORTRAN、COBOL和SQL編程語言，發(fā)明了關(guān)系數(shù)據(jù)庫和語音識別軟件。
從1960年代到1980年代初，IBM在計算領域占據(jù)統(tǒng)治地位，但它的成功卻引來了反壟斷調(diào)查。1990年代初，外界干擾和盲目擴張導致IBM幾近崩潰，不過如今依然是巨頭。
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上圖是打孔紙卡的典型例子－－它制成于1972年，上面可以打90列孔。顯然你可以看出，這張卡片上能存儲的數(shù)據(jù)少的可憐，事實上幾乎沒有人真的用它來存數(shù)據(jù)。一般它是用來保存不同計算機的設置參數(shù)的。
打孔卡存儲原理
有空的地方為1，無孔的地方為零。檢測有無孔洞可以用光電，或者機械觸點。
輸入就是鑿孔，用錐子，用打孔機都可以，我就用錐子改過紙帶，用在線切割機床的控制上。
早期穿孔卡/紙帶，讀取器里面是一組彈簧固定的探針，首先把所有探針拉起，紙帶移動，然后探針松開落下，如果有紙帶無孔那么探針就會被擋住，對應的電路斷開；否則探針可以穿過孔落下，電路通路。每個探針對應一個電位計，通路為1，斷路為0。讀取后，所有探針拉起，紙帶前移，然后探針松開，循環(huán)。
容量比打孔紙卡大——穿孔紙帶
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Alexander Bain（傳真機和電傳電報機的發(fā)明人）在1846年最早使用了穿孔紙帶。紙帶上每一行代表一個字符，顯然穿孔紙帶的容量比打孔紙卡大多了。
從錄音機看存儲發(fā)展
聲波振記器
1857年，法國發(fā)明家斯科特(Scott)發(fā)明了聲波振記器，并于1857年3月25日取得專利。斯科特的聲波振記器是最早的原始錄音機，是留聲機的鼻祖。它能將聲音轉(zhuǎn)錄到一種可視媒介，但無法在錄音后播放。剛開始時，這臺聲波記振儀是將錄音轉(zhuǎn)到一塊玻璃板上。后來的一種版本用一張紙放在鼓面或滾筒上。另一種版本將一條代表聲波的線拉到一卷紙上。這臺聲波記振儀是在實驗室研究聲學時發(fā)明的。它被用來測定一個音調(diào)的頻率和研究聲音及語言，直到發(fā)明留聲機之后，人們它才得到普遍的了解，由聲波記振儀記錄下來的波形是一種只需一個重放裝置來重現(xiàn)聲音的聲波記錄。
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留聲機
1877年11月21日，美國發(fā)明家愛迪生宣布發(fā)明世界上第一臺留聲機——一可以將聲波變換成金屬針的震動，然后將波形刻錄在圓筒形臘管的錫箔上。當針再一次沿著刻錄的軌跡行進時，便可以重新發(fā)出留下的聲音。從此錄音技術(shù)使人類獲得了記錄、貯存、重放聲音信息的手段。
1878年 愛迪生成立制造留聲機的公司，生產(chǎn)商業(yè)性的錫箔唱筒。這是世界第一代聲音載體和第一臺商品留聲機。
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平面式留聲機
1887年旅美德國人伯利納(Emil·Berliner)獲得了一項留聲機的專利，研制成功了圓片形唱片(也稱蝶形唱片)和平面式留聲機。
1891年 伯利納研制成功以蟲膠為原料的唱片，發(fā)明了制作唱片的方法。
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工作原理
先把聲音的振動屬性記錄在唱片上，就是在唱片上劃出一些彎彎曲曲的槽子（這里的“彎彎曲曲”就記錄了音源的屬性），我們在放音的時候，就把唱針放入槽中，當唱片轉(zhuǎn)動的時候，唱片上的槽子就會迫使唱針振動起來，這樣就有了聲音。
還原聲音的關(guān)鍵設備是拾音器，它有一根針，在密紋唱片的軌道上相對滑行（拾音器本身只作軸向運動，唱片在唱盤上勻角速旋轉(zhuǎn)），將軌道上凹凸不平的坑所產(chǎn)生的振動轉(zhuǎn)化為電信號，然后再通過一系列解調(diào)、放大最終到喇叭單元，驅(qū)動喇叭產(chǎn)生聲音信號。
磁性錄音機
1898年，丹麥科學家浦耳生(V.Poulsen）利用剩磁原理發(fā)明了磁性錄音機(鋼絲錄音機)。即鐵可以磁化和消磁，但消磁后仍會殘留極小的磁性，稱作剩磁。最初施以的磁力越大，剩磁就越強；最初施以的磁力越小，剩磁也越弱。那么把聲波的變化變?yōu)殡娏鞯淖兓?#xff0c;再通過電磁鐵把電流的變化變?yōu)榇判缘淖兓?#xff0c;把這種磁力施加在鐵線上，便留有剩磁。這樣，聲音的變化就變成了剩磁的變化，也就能錄音了。當時把聲波變成電流的裝置的研究尚未突破，隨著電話研究的進展，才使這一問題得到解決，并立即用于浦爾生的錄音裝置。
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個人認為，這可能是硬盤的始祖
磁帶錄音機
1928年德國Fritz Pfleumer公司發(fā)明的錄音介質(zhì) 磁帶。
1935年，德國通用電氣公司制成了磁帶錄音機，
在柏林的1935收音機展覽會上，錄音電話和磁帶首次被展示。從此磁帶做為最新式的"聲音儲存"媒介進入我們的視線。
日本科學家于1938年發(fā)現(xiàn)的交流偏磁錄音原理
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磁帶錄音原理
磁帶錄音磁頭實際上是個蹄形電磁鐵，兩極相距很近，中間只留個狹縫。整個磁頭封在金屬殼內(nèi)。錄音磁帶的帶基上涂著一層磁粉，實際上就是許多鐵磁性小顆粒。磁帶緊貼著錄音磁頭走過，音頻電流使得錄音頭縫隙處磁場的強弱、方向不斷變化，磁帶上的磁粉也就被磁化成一個個磁極方向和磁性強弱各不相同的“小磁鐵”，聲音信號就這樣記錄在磁帶上了。 放音頭的結(jié)構(gòu)和錄音頭相似。當磁帶從放音頭的狹縫前走過時，磁帶上“小磁鐵”產(chǎn)生的磁場穿過放音頭的線圈。由于“小磁鐵”的極性和磁性強弱各不相同，它在線圈內(nèi)產(chǎn)生的磁通量也在不斷變化，于是在線圈中產(chǎn)生感應電流，放大后就可以在揚聲器中發(fā)出聲音。普通錄音機的錄音和放音往往合用一個磁頭。
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電子應用——計數(shù)電子管
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1946年RCA公司啟動了對計數(shù)電子管的研究，這是用在早期巨大的電子管計算機中的，一個管子長達10英寸（25厘米），能夠保存4096bits的數(shù)據(jù)。糟糕的是，它極其昂貴，所以在市場上曇花一現(xiàn)，很快就消失了。
同年，ENIAC計算機于1946年誕生。這部計算機采用的是真空電子管系統(tǒng)。ENIAC計算機體積龐大。它在賓夕法尼亞大學的一座建筑里占據(jù)了差不多170平方米的面積。ENIAC和以往的任何計算機都不一樣。至少和老式計算機相比，它的數(shù)字處理過程是閃電般的迅速快捷。
計數(shù)器原理，可以參看《計數(shù)器,計數(shù)器的工作原理是什么?》
大型磁帶記錄——盤式磁帶
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磁帶首次用于數(shù)據(jù)存儲是在1951年。磁帶設備被稱為UNISERVO，它是UNIVAC I型計算機的主要輸入/輸出設備。UNISERVO的有效傳輸效率大約是每秒7200個字符。磁帶裝置是金屬，全長1200英尺（365米），因此非常重。
因為一卷磁帶可以代替1萬張打孔紙卡，于是它馬上獲得了成功，成為直到80年代之前最為普及的計算機存儲設備。在80年代末的時候，大家都聚在一起看老電影，當時看待巨大的圓盤來回轉(zhuǎn)，這就是盤式磁帶。
最珍貴的回憶——盒式錄音磁帶
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盒式錄音磁帶應該是80年代人，小時候珍貴的記憶之一。它顯然也是磁帶的一種，可是它實在是太普及了，所以要專門說一下。這是飛利浦公司在1963年發(fā)明的，可是直到1970年代才開始流行開來。
它是70年代晚期和80年代時期個人電腦的非常流行數(shù)據(jù)存儲方式，如ZX Spectrum,Commodore 64和Amstrad CPC使用它來存儲數(shù)據(jù)。
典型盒帶的典型數(shù)率是2kb/s，每面大約可以存儲660KB數(shù)據(jù)，時間約為90分鐘。
現(xiàn)在的一張DVD9光盤，可以保存4500張這樣老式磁帶的數(shù)據(jù)，如果現(xiàn)在要把這些數(shù)據(jù)全部讀出來，那要整整播放281天。所以磁帶逐漸被淘汰了。
但是 現(xiàn)在索尼最新的磁帶每平方英寸的存儲容量已經(jīng)達到了令人難以置信的18.5GB，是IBM在2010年所達到的記錄的五倍。比一般用在歸檔存儲的磁帶的容量大74倍。有了這樣的存儲密度，一個小小的磁帶就可以保存185TB的數(shù)據(jù)。但是目前還是不可能挽回市場。
目前大型博物館保持資料，還是首推磁帶。成本便宜。卻點就是讀取滿。不過用作存檔備份。問題不大。
日本富士膠片公司和瑞士蘇黎世的研究人員研發(fā)出一種新型超密磁帶，被稱之為“線性磁帶文件系統(tǒng)”。帶盒長10厘米，寬10厘米，高2厘米，能夠存儲35TB數(shù)據(jù)。這項存儲技術(shù)可能首先用于世界上最大的射電望遠鏡陣列平方公里陣列。這個陣列將建在南半球，由數(shù)千個天線構(gòu)成。平方公里陣列將于2024年投入使用，每天產(chǎn)生的壓縮數(shù)據(jù)估計可達到1PB(100GB)。根據(jù)信息存儲行業(yè)協(xié)會的估計，如果使用存儲量達到3TB，壽命可達到10年的硬盤，每年至少需要12萬個硬盤。
根據(jù)美國新罕布什爾州萊耶的技術(shù)咨詢機構(gòu)The Clipper Group 2010年進行的一項研究，使用硬盤的數(shù)據(jù)中心的耗電量是同等規(guī)模磁帶庫的200倍。
超長的存儲設備——磁鼓
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一支磁鼓有12英寸長，一分鐘可以轉(zhuǎn)1萬2千5百轉(zhuǎn)。它在IBM 650系列計算機中被當成主存儲器，每支可以保存1萬個字符（不到10K）。
硬盤存儲
現(xiàn)在電腦的主流存儲數(shù)據(jù)，還是機械硬盤。VeryCD掛了2-3年，成本原因，還是硬盤劃算。
“重”大突破——世界上第一臺硬盤機
1956年9月13日，IBM發(fā)布了305 RAMAC硬盤機。與之相關(guān)的計算機平平無奇，可是在存儲容量方面有著革命性的變化－－它可以存儲“海量”的數(shù)據(jù)，“高達”4.4MB（5百萬個字符），這些數(shù)據(jù)保存在50個24英寸的硬磁盤上。直到1961年，IBM生產(chǎn)了1000臺305計算機，IBM出租這些計算機的價格是每個月3千5百美元。
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上圖可以看到，世界第一款硬盤機重量達到1噸以上，而現(xiàn)在的硬盤最小僅有0.85英寸，重量10克都不到。
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該硬盤的工作電壓為+3.0V。讀寫時的標準耗電量為0.65W。外形尺寸為3.3×32.0×24.0mm3，重量不足10g。對于耐沖擊性，硬盤工作時在2ms的時間里能夠承受1000G的加速度。
光盤存儲
據(jù)說VCD是中國西安某研究發(fā)明的，然后沒有申請專利。但是光盤，在外面小時是看片必備。
第一張視頻光盤——LD光盤
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1958年就發(fā)明光盤技術(shù)了，可是直到1972年，第一張視頻光盤才問世，6年后的1978年它開始在市場上賣。那個時候的光盤是只讀的，雖然不能寫，但是能夠保存達到VHS錄像機水準的視頻，使得它很有吸引力。
光盤原理
一次性記錄的CD-R光盤主要采用(酞菁)有機染料，當此光盤在進行燒錄時，激光就會對在基板上涂的有機染料，進行燒錄，直接燒錄成一個接一個的"坑"，這樣有"坑"和沒有"坑"的狀態(tài)就形成了‘0'和‘1'的信號，這一個接一個的"坑"是不能回復的，也就是當燒成"坑"之后，將永久性地保持現(xiàn)狀，這也就意味著此光盤不能重復擦寫。這一連串的"0"、"1"信息，就組成了二進制代碼，從而表示特定的數(shù)據(jù)。
對于可重復擦寫的CD-RW而言，所涂抹的就不是有機染料，而是某種碳性物質(zhì)，當激光在燒錄時，就不是燒成一個接一個的"坑"，而是改變碳性物質(zhì)的極性，通過改變碳性物質(zhì)的極性，來形成特定的"0"、"1"代碼序列。這種碳性物質(zhì)的極性是可以重復改變的，這也就表示此光盤可以重復擦寫。
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體積更小、容量更大——小光盤
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我們常見的5寸光盤，是從LD光盤發(fā)展來的，可是它更小、容量更大。它是SONY公司和飛利浦公司在1979年聯(lián)合發(fā)布的，在1982年上市。一張典型的5寸光盤，可以保存700MB數(shù)據(jù)。
采用紅外激光——DVD光盤
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DVD是使用了不同激光技術(shù)的CD，它采用了780納米的紅外激光（標準CD則采用625－650納米的紅色激光），這種激光技術(shù)使得DVD可以在同樣的面積中保存更多的數(shù)據(jù)。一張雙層DVD容量可達8.5GB
最先進的存儲——藍光DVD、HD-DVD
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現(xiàn)在最引人矚目的，是藍光DVD和HD-DVD這兩種競爭的光盤技術(shù)。藍色激光使得存儲的容量進一步增長，目前看起來，好像藍光DVD更流行一些。不過如果我們目光放更長遠一些，也許一種被稱為“Holographic Versatile Disc”的光盤，可以提供比藍光DVD大160倍的容量－－高達3.9TB，相當于保存4600到11900小時的MPEG4格式的電影。
因為人們的生活，信息開始越來越膨脹，使得信息存儲猶為重要。致使數(shù)據(jù)存儲得到快速的發(fā)展。最后，我們用現(xiàn)在流行的DVD存儲與以前的存儲產(chǎn)品相比較，就可以直觀的看出數(shù)據(jù)存儲的發(fā)展。現(xiàn)在的DVD相當于9千萬張打孔紙卡、6千張軟磁盤、四千五百合磁帶。
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軟磁盤存儲
1969年IBM發(fā)明了軟盤，當時是一張8英寸的大家伙，可以保存80K的只讀數(shù)據(jù)。4年以后的1973年一種小一號但是容量為256K的軟盤誕生了：它的特點是可以反復讀寫。從此一個趨勢開始了磁盤直徑越來越小，而容量卻越來越大。到了1990年代后期，我們可以找到容量為250MB的3.5英寸軟盤。
20世紀70年代中期到21世紀初是最主要的存儲設備。
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軟盤數(shù)據(jù)的記錄格式
軟盤存放數(shù)據(jù)時，需要將軟盤按一定的格式劃分成若干個小區(qū)域。盤面劃分成若干個同心圓，即磁道，每個磁道分割成若干扇區(qū)，每個扇區(qū)可存放一定字節(jié)的數(shù)據(jù)。為方便存取文件必須對扇區(qū)進行編號，這編號稱為軟盤地址。軟盤地址由磁道號、面(頭)號和扇區(qū)號三部分組成。
(1)面(磁頭)號。0面對應00號磁頭，1面對應01號磁頭。
(2)磁道號。從軟盤的最外側(cè)00道開始，由外向里排列，3.5英寸高密軟盤共80個磁道。
(3)扇區(qū)號。各個扇區(qū)的順序號即為扇區(qū)號，盡管外磁道和內(nèi)磁道的記錄密度不同，但扇區(qū)數(shù)相同。3.5英寸高密軟盤每個磁道有18個扇區(qū)。每個扇區(qū)512個字節(jié)，容量為2×80×18×512=1474560字節(jié)。
(4)簇。系統(tǒng)將扇區(qū)分組，構(gòu)成簇(Cluster)。文件在軟盤上以簇為單位存放，不以扇區(qū)為單位存放，這樣可減少FAT的信息量。一個簇由2n(n=0、1、…、6)個扇區(qū)組成，一個簇含的扇區(qū)數(shù)與盤容量及FAT表的格式有關(guān)，2M以下的磁盤一個簇只有一個扇區(qū)。一個文件至少占一個簇。
軟盤扇區(qū)格式如圖6-3所示。每條磁道由前置區(qū)、區(qū)段區(qū)及后置區(qū)三部分組成，每個扇區(qū)都有識別標志(ID)字段、數(shù)據(jù)字段和兩個間隙(GAP)。軟盤的磁道號、磁頭號、扇區(qū)號就記錄在ID字段內(nèi)。
軟盤的格式化
軟盤格式化是在軟盤上劃分記錄區(qū)；寫入各種標志信息和地址信息；確定數(shù)據(jù)記錄在磁盤上的方式；確定每個磁盤的磁道數(shù)，每道的扇區(qū)數(shù)目以及間隙、同步字段和識別標志的字節(jié)數(shù)，這一過程稱為軟盤的物理格式化。同時，格式化還要在軟盤上建立磁盤的系統(tǒng)格式，稱為系統(tǒng)格式化。軟盤經(jīng)格式化后，數(shù)據(jù)才能存放到這張盤片上。
經(jīng)重新格式化后的軟盤，其盤上的數(shù)據(jù)將被全部清除。
閃存，半導體存儲器
固態(tài)硬盤
固態(tài)驅(qū)動器（Solid State Disk或Solid State Drive，簡稱SSD），俗稱固態(tài)硬盤，固態(tài)硬盤是用固態(tài)電子存儲芯片陣列而制成的硬盤，因為臺灣英語里把固體電容稱之為Solid而得名。SSD由控制單元和存儲單元（FLASH芯片、DRAM芯片）組成。固態(tài)硬盤在接口的規(guī)范和定義、功能及使用方法上與普通硬盤的完全相同，在產(chǎn)品外形和尺寸上也完全與普通硬盤一致。被廣泛應用于軍事、車載、工控、視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡監(jiān)控、網(wǎng)絡終端、電力、醫(yī)療、航空、導航設備等諸多領域。
相比機械硬盤速度快2-3倍。
傳統(tǒng)文本存儲
泥版/鐘鼎/甲骨/莎草紙/羊皮紙等文字存儲
傳統(tǒng)的考古學家和歷史學家認為，楔形文字起源于美索不達米亞特殊的漁獵生活方式。這是較為通行的看法，西方的各種百科全書大都持這一觀點。約在公元前3400年左右，楔形文字雛形產(chǎn)生，多為圖像。到公元前 500 年左右， 這種文字甚至成了西亞大部分地區(qū)通用的商業(yè)交往媒介。楔形文字一直被使用到公元元年前后，使用情景如同現(xiàn)今的拉丁文。
有了文字后，人類有又了記錄過往數(shù)據(jù)的能力。但是，都是靠手工存儲。
這些歷史，這里不做過多種贅述
造紙與活字印刷術(shù)
造紙術(shù)與應刷術(shù)是中國四大發(fā)明之一。
公元105年（西漢），蔡倫改進了造紙術(shù)，隨后就是對造紙術(shù)的改進過程，唐朝利用竹子為原料制成的竹紙，標志著造紙技術(shù)取得了重大的突破。隨后就是西方一些列的改進了。
公元1041年-1048年(北宋)，畢昇發(fā)明的泥活字。標志著活字印刷術(shù)的誕生。隨后也是漫長的改進，傳入歐洲400以后，
1440年到1445年之間，德國人約翰內(nèi)斯·古騰堡的鉛活字，凸版印刷技術(shù)——維克多·雨果稱印刷術(shù)為世界上最大的發(fā)明。
在中世紀初期，書是財富的象征。如果誰家有一個圖書室。那實在是太富有了，因為在當時書是人們用手工辛辛苦苦抄寫出來的。僧侶和抄寫員經(jīng)常被雇來做這項工作，當然費用相當可觀。印刷機的出現(xiàn)改變了這一切，并在文藝復興時期加快了知識和文化的傳播。
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穿孔卡帶紙存儲
最早期的存儲媒介——打孔紙卡
這個是最早的數(shù)據(jù)存儲媒介了，在1725年由Basile Bouchon發(fā)明出來，用來保存印染布上的圖案。但是關(guān)于它的第一個真正的專利權(quán)，IBM的創(chuàng)始人赫爾曼·霍爾瑞斯教授（Herman Hollerith）在1884年9月23日申請的，這個發(fā)明用了將近100年，一直用到了20世紀70年代中期。
他于1888年發(fā)明自動制表機——首個使用打孔卡技術(shù)的數(shù)據(jù)處理機器。自動制表機(打孔卡數(shù)據(jù)處理技術(shù))用于1890年以及后續(xù)的美國人口普查，并獲得巨大成功。
IBM的前身——計算制表計時公司（CRT-Computing-Tabulating-Recording Company）創(chuàng)辦于1911年，從事量表、計時設備和制表機的生產(chǎn)。1923年，CTR發(fā)明了首款電動打孔機，與手動打孔機相比，速度和精確度有了很大提升。1920年代末，IBM發(fā)明了一種80列打孔卡，稱得上當時的“高密度存儲設備”。“IBM打孔卡”成為業(yè)界標準。
老湯姆·沃森(Tom Watson Sr.)在1914年至1956年間主管公司業(yè)務，這位雄心勃勃的領軍人在1924年將公司更名為“國際商用機器”，即日后聞名世界的IBM。
在軟件領域，IBM亦有卓越貢獻。它研發(fā)了FORTRAN、COBOL和SQL編程語言，發(fā)明了關(guān)系數(shù)據(jù)庫和語音識別軟件。
從1960年代到1980年代初，IBM在計算領域占據(jù)統(tǒng)治地位，但它的成功卻引來了反壟斷調(diào)查。1990年代初，外界干擾和盲目擴張導致IBM幾近崩潰，不過如今依然是巨頭。
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上圖是打孔紙卡的典型例子－－它制成于1972年，上面可以打90列孔。顯然你可以看出，這張卡片上能存儲的數(shù)據(jù)少的可憐，事實上幾乎沒有人真的用它來存數(shù)據(jù)。一般它是用來保存不同計算機的設置參數(shù)的。
打孔卡存儲原理
有空的地方為1，無孔的地方為零。檢測有無孔洞可以用光電，或者機械觸點。
輸入就是鑿孔，用錐子，用打孔機都可以，我就用錐子改過紙帶，用在線切割機床的控制上。
早期穿孔卡/紙帶，讀取器里面是一組彈簧固定的探針，首先把所有探針拉起，紙帶移動，然后探針松開落下，如果有紙帶無孔那么探針就會被擋住，對應的電路斷開；否則探針可以穿過孔落下，電路通路。每個探針對應一個電位計，通路為1，斷路為0。讀取后，所有探針拉起，紙帶前移，然后探針松開，循環(huán)。
容量比打孔紙卡大——穿孔紙帶
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Alexander Bain（傳真機和電傳電報機的發(fā)明人）在1846年最早使用了穿孔紙帶。紙帶上每一行代表一個字符，顯然穿孔紙帶的容量比打孔紙卡大多了。
從錄音機看存儲發(fā)展
聲波振記器
1857年，法國發(fā)明家斯科特(Scott)發(fā)明了聲波振記器，并于1857年3月25日取得專利。斯科特的聲波振記器是最早的原始錄音機，是留聲機的鼻祖。它能將聲音轉(zhuǎn)錄到一種可視媒介，但無法在錄音后播放。剛開始時，這臺聲波記振儀是將錄音轉(zhuǎn)到一塊玻璃板上。后來的一種版本用一張紙放在鼓面或滾筒上。另一種版本將一條代表聲波的線拉到一卷紙上。這臺聲波記振儀是在實驗室研究聲學時發(fā)明的。它被用來測定一個音調(diào)的頻率和研究聲音及語言，直到發(fā)明留聲機之后，人們它才得到普遍的了解，由聲波記振儀記錄下來的波形是一種只需一個重放裝置來重現(xiàn)聲音的聲波記錄。
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留聲機
1877年11月21日，美國發(fā)明家愛迪生宣布發(fā)明世界上第一臺留聲機——一可以將聲波變換成金屬針的震動，然后將波形刻錄在圓筒形臘管的錫箔上。當針再一次沿著刻錄的軌跡行進時，便可以重新發(fā)出留下的聲音。從此錄音技術(shù)使人類獲得了記錄、貯存、重放聲音信息的手段。
1878年 愛迪生成立制造留聲機的公司，生產(chǎn)商業(yè)性的錫箔唱筒。這是世界第一代聲音載體和第一臺商品留聲機。
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平面式留聲機
1887年旅美德國人伯利納(Emil·Berliner)獲得了一項留聲機的專利，研制成功了圓片形唱片(也稱蝶形唱片)和平面式留聲機。
1891年 伯利納研制成功以蟲膠為原料的唱片，發(fā)明了制作唱片的方法。
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工作原理
先把聲音的振動屬性記錄在唱片上，就是在唱片上劃出一些彎彎曲曲的槽子（這里的“彎彎曲曲”就記錄了音源的屬性），我們在放音的時候，就把唱針放入槽中，當唱片轉(zhuǎn)動的時候，唱片上的槽子就會迫使唱針振動起來，這樣就有了聲音。
還原聲音的關(guān)鍵設備是拾音器，它有一根針，在密紋唱片的軌道上相對滑行（拾音器本身只作軸向運動，唱片在唱盤上勻角速旋轉(zhuǎn)），將軌道上凹凸不平的坑所產(chǎn)生的振動轉(zhuǎn)化為電信號，然后再通過一系列解調(diào)、放大最終到喇叭單元，驅(qū)動喇叭產(chǎn)生聲音信號。
磁性錄音機
1898年，丹麥科學家浦耳生(V.Poulsen）利用剩磁原理發(fā)明了磁性錄音機(鋼絲錄音機)。即鐵可以磁化和消磁，但消磁后仍會殘留極小的磁性，稱作剩磁。最初施以的磁力越大，剩磁就越強；最初施以的磁力越小，剩磁也越弱。那么把聲波的變化變?yōu)殡娏鞯淖兓?#xff0c;再通過電磁鐵把電流的變化變?yōu)榇判缘淖兓?#xff0c;把這種磁力施加在鐵線上，便留有剩磁。這樣，聲音的變化就變成了剩磁的變化，也就能錄音了。當時把聲波變成電流的裝置的研究尚未突破，隨著電話研究的進展，才使這一問題得到解決，并立即用于浦爾生的錄音裝置。
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個人認為，這可能是硬盤的始祖
磁帶錄音機
1928年德國Fritz Pfleumer公司發(fā)明的錄音介質(zhì) 磁帶。
1935年，德國通用電氣公司制成了磁帶錄音機，
在柏林的1935收音機展覽會上，錄音電話和磁帶首次被展示。從此磁帶做為最新式的"聲音儲存"媒介進入我們的視線。
日本科學家于1938年發(fā)現(xiàn)的交流偏磁錄音原理
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磁帶錄音原理
磁帶錄音磁頭實際上是個蹄形電磁鐵，兩極相距很近，中間只留個狹縫。整個磁頭封在金屬殼內(nèi)。錄音磁帶的帶基上涂著一層磁粉，實際上就是許多鐵磁性小顆粒。磁帶緊貼著錄音磁頭走過，音頻電流使得錄音頭縫隙處磁場的強弱、方向不斷變化，磁帶上的磁粉也就被磁化成一個個磁極方向和磁性強弱各不相同的“小磁鐵”，聲音信號就這樣記錄在磁帶上了。 放音頭的結(jié)構(gòu)和錄音頭相似。當磁帶從放音頭的狹縫前走過時，磁帶上“小磁鐵”產(chǎn)生的磁場穿過放音頭的線圈。由于“小磁鐵”的極性和磁性強弱各不相同，它在線圈內(nèi)產(chǎn)生的磁通量也在不斷變化，于是在線圈中產(chǎn)生感應電流，放大后就可以在揚聲器中發(fā)出聲音。普通錄音機的錄音和放音往往合用一個磁頭。
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電子應用——計數(shù)電子管
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1946年RCA公司啟動了對計數(shù)電子管的研究，這是用在早期巨大的電子管計算機中的，一個管子長達10英寸（25厘米），能夠保存4096bits的數(shù)據(jù)。糟糕的是，它極其昂貴，所以在市場上曇花一現(xiàn)，很快就消失了。
同年，ENIAC計算機于1946年誕生。這部計算機采用的是真空電子管系統(tǒng)。ENIAC計算機體積龐大。它在賓夕法尼亞大學的一座建筑里占據(jù)了差不多170平方米的面積。ENIAC和以往的任何計算機都不一樣。至少和老式計算機相比，它的數(shù)字處理過程是閃電般的迅速快捷。
計數(shù)器原理，可以參看《計數(shù)器,計數(shù)器的工作原理是什么?》
大型磁帶記錄——盤式磁帶
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磁帶首次用于數(shù)據(jù)存儲是在1951年。磁帶設備被稱為UNISERVO，它是UNIVAC I型計算機的主要輸入/輸出設備。UNISERVO的有效傳輸效率大約是每秒7200個字符。磁帶裝置是金屬，全長1200英尺（365米），因此非常重。
因為一卷磁帶可以代替1萬張打孔紙卡，于是它馬上獲得了成功，成為直到80年代之前最為普及的計算機存儲設備。在80年代末的時候，大家都聚在一起看老電影，當時看待巨大的圓盤來回轉(zhuǎn)，這就是盤式磁帶。
最珍貴的回憶——盒式錄音磁帶
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盒式錄音磁帶應該是80年代人，小時候珍貴的記憶之一。它顯然也是磁帶的一種，可是它實在是太普及了，所以要專門說一下。這是飛利浦公司在1963年發(fā)明的，可是直到1970年代才開始流行開來。
它是70年代晚期和80年代時期個人電腦的非常流行數(shù)據(jù)存儲方式，如ZX Spectrum,Commodore 64和Amstrad CPC使用它來存儲數(shù)據(jù)。
典型盒帶的典型數(shù)率是2kb/s，每面大約可以存儲660KB數(shù)據(jù)，時間約為90分鐘。
現(xiàn)在的一張DVD9光盤，可以保存4500張這樣老式磁帶的數(shù)據(jù)，如果現(xiàn)在要把這些數(shù)據(jù)全部讀出來，那要整整播放281天。所以磁帶逐漸被淘汰了。
但是 現(xiàn)在索尼最新的磁帶每平方英寸的存儲容量已經(jīng)達到了令人難以置信的18.5GB，是IBM在2010年所達到的記錄的五倍。比一般用在歸檔存儲的磁帶的容量大74倍。有了這樣的存儲密度，一個小小的磁帶就可以保存185TB的數(shù)據(jù)。但是目前還是不可能挽回市場。
目前大型博物館保持資料，還是首推磁帶。成本便宜。卻點就是讀取滿。不過用作存檔備份。問題不大。
日本富士膠片公司和瑞士蘇黎世的研究人員研發(fā)出一種新型超密磁帶，被稱之為“線性磁帶文件系統(tǒng)”。帶盒長10厘米，寬10厘米，高2厘米，能夠存儲35TB數(shù)據(jù)。這項存儲技術(shù)可能首先用于世界上最大的射電望遠鏡陣列平方公里陣列。這個陣列將建在南半球，由數(shù)千個天線構(gòu)成。平方公里陣列將于2024年投入使用，每天產(chǎn)生的壓縮數(shù)據(jù)估計可達到1PB(100GB)。根據(jù)信息存儲行業(yè)協(xié)會的估計，如果使用存儲量達到3TB，壽命可達到10年的硬盤，每年至少需要12萬個硬盤。
根據(jù)美國新罕布什爾州萊耶的技術(shù)咨詢機構(gòu)The Clipper Group 2010年進行的一項研究，使用硬盤的數(shù)據(jù)中心的耗電量是同等規(guī)模磁帶庫的200倍。
超長的存儲設備——磁鼓
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一支磁鼓有12英寸長，一分鐘可以轉(zhuǎn)1萬2千5百轉(zhuǎn)。它在IBM 650系列計算機中被當成主存儲器，每支可以保存1萬個字符（不到10K）。
硬盤存儲
現(xiàn)在電腦的主流存儲數(shù)據(jù)，還是機械硬盤。VeryCD掛了2-3年，成本原因，還是硬盤劃算。
“重”大突破——世界上第一臺硬盤機
1956年9月13日，IBM發(fā)布了305 RAMAC硬盤機。與之相關(guān)的計算機平平無奇，可是在存儲容量方面有著革命性的變化－－它可以存儲“海量”的數(shù)據(jù)，“高達”4.4MB（5百萬個字符），這些數(shù)據(jù)保存在50個24英寸的硬磁盤上。直到1961年，IBM生產(chǎn)了1000臺305計算機，IBM出租這些計算機的價格是每個月3千5百美元。
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上圖可以看到，世界第一款硬盤機重量達到1噸以上，而現(xiàn)在的硬盤最小僅有0.85英寸，重量10克都不到。
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該硬盤的工作電壓為+3.0V。讀寫時的標準耗電量為0.65W。外形尺寸為3.3×32.0×24.0mm3，重量不足10g。對于耐沖擊性，硬盤工作時在2ms的時間里能夠承受1000G的加速度。
光盤存儲
據(jù)說VCD是中國西安某研究發(fā)明的，然后沒有申請專利。但是光盤，在外面小時是看片必備。
第一張視頻光盤——LD光盤
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1958年就發(fā)明光盤技術(shù)了，可是直到1972年，第一張視頻光盤才問世，6年后的1978年它開始在市場上賣。那個時候的光盤是只讀的，雖然不能寫，但是能夠保存達到VHS錄像機水準的視頻，使得它很有吸引力。
光盤原理
一次性記錄的CD-R光盤主要采用(酞菁)有機染料，當此光盤在進行燒錄時，激光就會對在基板上涂的有機染料，進行燒錄，直接燒錄成一個接一個的"坑"，這樣有"坑"和沒有"坑"的狀態(tài)就形成了‘0'和‘1'的信號，這一個接一個的"坑"是不能回復的，也就是當燒成"坑"之后，將永久性地保持現(xiàn)狀，這也就意味著此光盤不能重復擦寫。這一連串的"0"、"1"信息，就組成了二進制代碼，從而表示特定的數(shù)據(jù)。
對于可重復擦寫的CD-RW而言，所涂抹的就不是有機染料，而是某種碳性物質(zhì)，當激光在燒錄時，就不是燒成一個接一個的"坑"，而是改變碳性物質(zhì)的極性，通過改變碳性物質(zhì)的極性，來形成特定的"0"、"1"代碼序列。這種碳性物質(zhì)的極性是可以重復改變的，這也就表示此光盤可以重復擦寫。
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體積更小、容量更大——小光盤
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我們常見的5寸光盤，是從LD光盤發(fā)展來的，可是它更小、容量更大。它是SONY公司和飛利浦公司在1979年聯(lián)合發(fā)布的，在1982年上市。一張典型的5寸光盤，可以保存700MB數(shù)據(jù)。
采用紅外激光——DVD光盤
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DVD是使用了不同激光技術(shù)的CD，它采用了780納米的紅外激光（標準CD則采用625－650納米的紅色激光），這種激光技術(shù)使得DVD可以在同樣的面積中保存更多的數(shù)據(jù)。一張雙層DVD容量可達8.5GB
最先進的存儲——藍光DVD、HD-DVD
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現(xiàn)在最引人矚目的，是藍光DVD和HD-DVD這兩種競爭的光盤技術(shù)。藍色激光使得存儲的容量進一步增長，目前看起來，好像藍光DVD更流行一些。不過如果我們目光放更長遠一些，也許一種被稱為“Holographic Versatile Disc”的光盤，可以提供比藍光DVD大160倍的容量－－高達3.9TB，相當于保存4600到11900小時的MPEG4格式的電影。
因為人們的生活，信息開始越來越膨脹，使得信息存儲猶為重要。致使數(shù)據(jù)存儲得到快速的發(fā)展。最后，我們用現(xiàn)在流行的DVD存儲與以前的存儲產(chǎn)品相比較，就可以直觀的看出數(shù)據(jù)存儲的發(fā)展。現(xiàn)在的DVD相當于9千萬張打孔紙卡、6千張軟磁盤、四千五百合磁帶。
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軟磁盤存儲
1969年IBM發(fā)明了軟盤，當時是一張8英寸的大家伙，可以保存80K的只讀數(shù)據(jù)。4年以后的1973年一種小一號但是容量為256K的軟盤誕生了：它的特點是可以反復讀寫。從此一個趨勢開始了磁盤直徑越來越小，而容量卻越來越大。到了1990年代后期，我們可以找到容量為250MB的3.5英寸軟盤。
20世紀70年代中期到21世紀初是最主要的存儲設備。
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軟盤數(shù)據(jù)的記錄格式
軟盤存放數(shù)據(jù)時，需要將軟盤按一定的格式劃分成若干個小區(qū)域。盤面劃分成若干個同心圓，即磁道，每個磁道分割成若干扇區(qū)，每個扇區(qū)可存放一定字節(jié)的數(shù)據(jù)。為方便存取文件必須對扇區(qū)進行編號，這編號稱為軟盤地址。軟盤地址由磁道號、面(頭)號和扇區(qū)號三部分組成。
(1)面(磁頭)號。0面對應00號磁頭，1面對應01號磁頭。
(2)磁道號。從軟盤的最外側(cè)00道開始，由外向里排列，3.5英寸高密軟盤共80個磁道。
(3)扇區(qū)號。各個扇區(qū)的順序號即為扇區(qū)號，盡管外磁道和內(nèi)磁道的記錄密度不同，但扇區(qū)數(shù)相同。3.5英寸高密軟盤每個磁道有18個扇區(qū)。每個扇區(qū)512個字節(jié)，容量為2×80×18×512=1474560字節(jié)。
(4)簇。系統(tǒng)將扇區(qū)分組，構(gòu)成簇(Cluster)。文件在軟盤上以簇為單位存放，不以扇區(qū)為單位存放，這樣可減少FAT的信息量。一個簇由2n(n=0、1、…、6)個扇區(qū)組成，一個簇含的扇區(qū)數(shù)與盤容量及FAT表的格式有關(guān)，2M以下的磁盤一個簇只有一個扇區(qū)。一個文件至少占一個簇。
軟盤扇區(qū)格式如圖6-3所示。每條磁道由前置區(qū)、區(qū)段區(qū)及后置區(qū)三部分組成，每個扇區(qū)都有識別標志(ID)字段、數(shù)據(jù)字段和兩個間隙(GAP)。軟盤的磁道號、磁頭號、扇區(qū)號就記錄在ID字段內(nèi)。
軟盤的格式化
軟盤格式化是在軟盤上劃分記錄區(qū)；寫入各種標志信息和地址信息；確定數(shù)據(jù)記錄在磁盤上的方式；確定每個磁盤的磁道數(shù)，每道的扇區(qū)數(shù)目以及間隙、同步字段和識別標志的字節(jié)數(shù)，這一過程稱為軟盤的物理格式化。同時，格式化還要在軟盤上建立磁盤的系統(tǒng)格式，稱為系統(tǒng)格式化。軟盤經(jīng)格式化后，數(shù)據(jù)才能存放到這張盤片上。
經(jīng)重新格式化后的軟盤，其盤上的數(shù)據(jù)將被全部清除。
閃存，半導體存儲器
固態(tài)硬盤
固態(tài)驅(qū)動器（Solid State Disk或Solid State Drive，簡稱SSD），俗稱固態(tài)硬盤，固態(tài)硬盤是用固態(tài)電子存儲芯片陣列而制成的硬盤，因為臺灣英語里把固體電容稱之為Solid而得名。SSD由控制單元和存儲單元（FLASH芯片、DRAM芯片）組成。固態(tài)硬盤在接口的規(guī)范和定義、功能及使用方法上與普通硬盤的完全相同，在產(chǎn)品外形和尺寸上也完全與普通硬盤一致。被廣泛應用于軍事、車載、工控、視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡監(jiān)控、網(wǎng)絡終端、電力、醫(yī)療、航空、導航設備等諸多領域。
相比機械硬盤速度快2-3倍。
參考文章：
存儲器原理及歷史?https://blog.csdn.net/yang889999888/article/details/73549940
百年IBM的24個瞬間：從制表機到超級計算機 news.mydrivers.com/1/196/196557.htm
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轉(zhuǎn)載本站文章《數(shù)據(jù)存儲(1)：從數(shù)據(jù)存儲看人類文明-數(shù)據(jù)存儲器發(fā)展歷程》,
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的数据存储(1)：从数据存储看人类文明-数据存储器发展历程的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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