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，實現(xiàn)了機(jī)械化的統(tǒng)計與分析。（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。因為磁芯的英文名稱就是core，所以磁芯存儲器就叫做core memory?，F(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，并不能實現(xiàn)寫入數(shù)據(jù)。而ROM的應(yīng)用場景也因為其只讀不寫的特性成為電子計算機(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因為芯片可以多次復(fù)用，現(xiàn)在代替ROM在微型計算機(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)存取存儲器因為結(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)。因為SRAM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，因為一卷磁帶可以代替1萬張打孔紙卡，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)硬盤因為延遲更短、速度更快等特點，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？