存储技术的前世今生：从打孔卡到硬盘，信息技术爆炸式发展

介绍:大家好，我是小枣君在今天的文章中，我们来谈谈存储

说到存储，大家都会想到硬盘。

硬盘

实际上，存储既是一个微观概念，也是一个宏观概念。

微观上是指数据存储，计算机存储和硬盘存储在宏观层面上，所有货物和信息的保管和保存都可以称为存储

人类文明史其实就是基于存储技术的进化。

在古代，早期人类通过系绳子记东西和龟甲兽骨点燃人类文明的火种。

后来伴随着技术的进步，竹简，木简，纸帛逐渐有了人们可以更好地记录信息，从而延续和传承文明

18世纪，工业革命开始萌芽，从而将人类的信息存储技术推向了一个新的阶段——穿孔卡片时代。

穿孔卡片时代

1725年，一位法国人Bathlebgio发明了用于织布机的穿孔卡片。

穿孔卡片织机

你可能对这个东西有点陌生有点像我们现在考试用的答题卡

在织机的编织过程中，织针会来回滑动根据穿孔卡片上的小孔，织针可以钩住经线，从而画出图案换句话说，穿孔卡片是一个存储器，存储着控制织机的花样程序

这项发明标志着人类机械化信息存储形式的开始。

1801年，法国织布机工匠Joseph Marilyakar升级了打孔卡。

他把穿孔卡片按一定顺序绑起来，变成丝带，创造了穿孔纸带的雏形这种纸带用于提花织机

1846年，传真机和电传机的发明者亚历山大·贝恩将穿孔纸带技术引入自己的电报机，大大提高了工作效率。

这个东西，小枣君很多年前亲眼所见。

1890年，一个伟人的出现进一步推动了打卡技术这个人是德裔美国人赫尔曼·霍勒里

赫尔曼·霍尔里

在穿孔卡片的基础上，这个人发明了穿孔卡片制表机，专门用来收集和统计人口普查数据。

穿孔卡片制表机

这台制表机的统计速度更快据史料记载，1890年美国人口普查，通过打卡打孔，仅用6周就完成了统计此前，美国1880年的人口普查，数据都是手工处理，耗时7年才得出最终结果

如此巨大的效率提升，制表师在各个行业迅速普及它标志着半自动数据处理系统时代的开始

穿孔卡片技术直到20世纪60年代仍被广泛使用。

后来，在1896年，赫尔曼·霍勒里创立了制表机公司这家公司是著名的IBM公司的前身

磁存储时代

穿孔卡片制表机属于机械存储技术虽然效率相比传统人力有了很大的提高，但仍然存在故障率高，存储容量低等问题

于是，在19世纪电信号技术的推动下，一种新的存储技术逐渐开始兴起，那就是磁介质存储。

欧柏林·史密斯

1898年，丹麦工程师瓦蒂玛·保尔森将奥柏林·史密斯的想法付诸实践。

他在电报中首次使用了磁线技术，使其成为第一台实用的磁声记录和复制设备。

瓦蒂玛·保尔森的电磁线电报

这种磁记录装置的工作原理并不复杂:该装置有一个磁头，声音的电信号传到磁头上，产生类似于信号的磁化模式，用于记录读取时，磁头从磁线获得磁场的变化，并将其转换成电信号

1928年，德国工程师弗里茨·弗罗默发明了可以存储模拟信号的录音磁带，标志着磁存储时代的正式开启。

这种录音磁带的工作原理也很简单:将碾碎的磁粉粘在一张纸条上，制成磁带在移动磁带的过程中，伴随着音频信号的强弱，磁带的磁化程度也会发生变化，从而记录声音

有意思的是，后来德国人之所以大力推动磁带技术的改进，是为了更好地传播希特勒的演讲美国人后来为了传播流行音乐，积极引进了这项技术

1932年，磁存储技术又有了重大突破。

这一年，奥地利工程师古斯塔夫·图塞克发明了磁鼓存储器。

磁鼓记忆/存储

这种记忆有点像马达它包含一个大的金属圆筒，其外表面涂有铁磁记录材料

在内存外壳的内部，有大量的静态磁头这些磁头不是寻找数据，而是等待磁性风扇原地旋转并进行读取可以看到，磁力线变成了磁面，越来越像后来的磁盘

当时，古斯塔夫·图塞克的原始磁鼓存储器容量约为500，000比特。

进入20世纪40年代后，人类电子数字计算机技术开始爆发。

1942年，爱荷华州立学院的约翰·文森特·阿塔纳索夫教授和他的学生克利福德·贝里发明了世界上第一台电子数字计算机——ABC。

字母表

ABC二进制数用于表示所有的数字和数据，电子元件用于计算，运算和内存分离这些都是现代计算机的要素

很多读者一定会问:世界上第一台数字电子计算机不是ENIAC吗。

其实ENIAC只能排第11而且，ENIAC的设计者窃取了Atanasoff的设计1973年，美国法院裁定取消ENIAC的专利

ABC用IBM的80列穿孔卡作为输入输出，用真空管处理二进制格式的数据数据存储使用的是再生电容鼓式存储器

在第一台电子计算机问世后，美国科技管理系统的创始人，IEEE爱迪生奖获得者万尼瓦尔·布什做出了一个预测:

人类最终会发明一种储存所有人类知识如书籍，记录和交流的机器。

是棵弯曲的技术树

除了磁存储，在20世纪40年代，人类还拓展了其他几种存储技术路线。

1946年，波兰天才发明家简·亚历山大·拉克曼发明了一种选择性静电存储管——S电子管。

扬·亚历山大·拉克曼和他的选择管

它是人类第一个真正的数字，随机存取高速存储器它利用静电荷在真空管中存储数据，可以短时间存储约4000字节的数据

1947年，弗雷迪·威廉姆斯和汤姆·基尔本用类似的原理发明了威廉姆斯—基尔本管，并投入商业使用。

IBM的第一台商用科学计算机701使用72个电子管作为内存。

比以上两种存储器更著名的，是二战期间约翰·皮斯·普埃克发明的水银延迟线存储器。

这种延迟线存储器的原理是利用压力波的传播延迟来存储数据。

拿一根管子，装满水银扬声器放在管子的一端，麦克风放在另一端

当扬声器发出脉冲时，会产生压力波压力波传播到另一端的麦克风需要时间，麦克风会将压力波转换成电信号

有一个压力波代表1，而不是0通过内部电路连接麦克风和扬声器，然后用放大器弥补信号弱，实现一个循环存储数据

开发这项技术后，埃克特和他的同事约翰·莫奇利设计了ENIAC后来，他们制造了一种更大更好的计算机，叫做EDVAC

EDVAC

EDVAC总共使用了128条延迟线，每条延迟线可以存储352bit，总共45，000bit它是最早的存储程序计算机之一

延迟线存储器有一个很大的缺点:一次只能读取一位数据，而且只能顺序读取。

所以到了50年代中期，延迟线存储器基本过时了。

一种新的存储技术的兴起取代了延迟线存储器，即性能和可靠性更高，成本更低的磁芯存储器。

说白了，存储技术又回到了磁存储的技术路线。

1947年，美国工程师弗雷德里克·诺瑟首先申请了磁芯存储器专利。

1948年，中国传奇科学家王安发明了脉冲传输控制装置，实现了磁芯存储器的先写后读1949年，王安申请了专利，以50万美元的价格卖给了IBM

你应该听说过这个王安，他就是传说中的IT公司王安电脑的创始人。

其实磁芯的原理和磁鼓存储器差不多，都是利用通电时磁化的变化来表示0和1来记录数据。

通过缠绕导线和施加电流，磁芯可以沿一个方向磁化如果电流被切断，磁芯仍然被磁化如果反方向施加电流，磁化方向就会反转，可以用来不同地存储1和0

磁心存储器

磁芯的第一次大规模应用是1953年麻省理工学院的Whirlwind 1计算机。

后来，Jeforrest完善了磁芯存储技术，推出了第一个可靠的计算机高速随机存取存储器。

磁芯在70年代被广泛用作计算机的主存储器，直到Intel的半导体DRAM存储器量产。

值得一提的是，在1951年，磁带首次用于在商业计算机上存储数据，并被用作UNIVAC计算机上的主要I/O设备。

UNIVAC

UNIVAC的磁带机

UNIVAC采用了磁带技术，这引起了IBM的注意。

不久之后，IBM发明了一种新的磁带机构，利用真空柱隔离来保证磁带在加速或减速过程中不容易被撕裂。

1952年，IBM发布了一款全新的磁带存储设备，与IBM 701计算机一起销售。

迟来的硬盘时代

日前，IBM的一次新闻发布会上展示了一个巨大的柜子。

这个柜子看起来像一个水族馆高约2米，重近1吨柜子里面是一层层的碟片，有点像叠放的唱片

这个柜子是干什么用的。

回答:是IBM 350 RAMAC，后来被称为人类历史上第一块硬盘。

更准确地说，M350RAMAC是一种商用计算机，它使用带有移动磁头的硬盘驱动器。

IBM 350 RAMAC的存储空间极小，只有5MB它的读写速率更低，只有97.6 KB/s

可是就是这样一款弱鸡设备，当时售价高达35400美元，而且还不一定有货。

众所周知，IBM 350 RAMAC的诞生具有深远的意义——它标志着人类正式进入硬盘时代伴随着数字技术的飞速发展，另一个重要的谜题已经完成

此后，作为存储技术的开创者和领导者，IBM继续引领着硬盘的发展。

1962年，IBM发布了第一个可移动硬盘驱动器1311，它有6个14英寸的磁盘，可以存储2.6MB的数据。

IBM1311，看起来有点像灶台。

1973年，IBM发明了Winchester硬盘3340，使用了密封组件，润滑主轴和低质量磁头。

其特点是工作时，磁头悬浮在高速旋转的磁盘上方，不与磁盘直接接触，这就是现代硬盘的雏形。

这个硬盘之所以叫温彻斯特，主要是因为它的两个30MB的存储单元恰好是当时著名的温彻斯特步枪的口径和装药。

温彻斯特架构与现在的硬盘非常相似。

温彻斯特磁盘驱动器诞生后，确立了现代硬盘的基本结构此后，硬盘的主要发展方向是容量越来越大，体积越来越小

换句话说，你现在用的HDD硬盘在架构上和1973年的没有太大区别。

1980年，IBM推出了第一款GB存储硬盘同年，一家名不见经传的公司发明了一种廉价硬盘产品，开始挑战IBM的地位

这家名为希捷的公司成立于1979年。

希捷推出的硬盘型号是ST—506磁盘尺寸为5.25英寸，比IBM的3340小很多这种硬盘可以存储5MB的数据，价格在1500美元左右不久之后，希捷推出了10MB容量的ST—412

ST—412

1983年，苏格兰公司Rodime发布了世界上第一款3.5英寸硬盘，同样意义深远。

小尺寸硬盘的出现为个人PC的诞生奠定了基础，也为家庭和中小企业的数字化创造了条件。

大家都知道半导体领域有一个摩尔定律其实硬盘也有自己的规律，就是硬盘的容量密度每年都在翻倍左右

上世纪90年代，诺贝尔奖得主艾伯特·费尔和彼得·格伦伯格发现了巨磁阻效应。

基于这种效应研究的GMR巨磁电阻效应磁头技术和SMR波纹叠盘技术，成功地将机械硬盘的磁道密度提高了数百倍。

2007年，日立率先推出TB级硬盘，这是存储技术的重要里程碑。

硬盘采用垂直存储技术，将平行于磁盘的磁场方向改为垂直，充分利用存储空间此外，垂直存储技术能耗低，降低了发热量，提高了数据抵抗热降解的能力，提高了硬盘的可靠性

2010年氦封装技术量产，不仅增加了硬盘容量，还降低了温度和功耗，大大提高了耐用性和稳定性。

2022年初，希捷确认将推出22TB容量的机械硬盘，有望刷新机械硬盘最大单盘容量纪录。

软盘和光盘

接下来，我们简单说一下软盘和光盘。

世界上第一张软盘，也来自IBM，诞生于1971年当时这张软盘的直径是8英寸，容量是80KB它是只读的，无法写入四年后，可读软盘诞生了，容量增加到256KB

后来伴随着技术的发展，一种5.25英寸的软盘诞生了，并广泛应用于Apple II，IBM PC等兼容机。

1980年，日本索尼公司开发出3.5英寸软盘，成为市场标准1984年，苹果开始在MAC电脑上使用3.5英寸软盘当时软盘的容量不到1MB后来1.44MB软盘成为市场主流

2005年，小枣君还在上大学的时候，用的就是这个软盘，很容易损坏。

后来软盘容量高达250MB可是，伴随着CD和u盘的出现，软盘很快从市场上消失了

再看CD。

与软盘相比，光盘的寿命要长得多。

美国物理学家罗素于1965年发明了第一张光盘/CD，并于1966年提交了专利申请，这就是后来的CD/DVD的前身。

1982年，索尼和飞利浦发布了世界上第一款商用CD音频播放器CDP—101，CD—ROM开始流行标准的120型光盘最大容量为700MB

DVD是数字视频光盘的缩写1995年，IBM率先将高容量光盘标准统一到DVD中，并重新定义为数字通用光盘当时DVD的容量可以达到4.7GB

蓝光DVD推出后，每张光盘的容量高达25GB或27GB多层的话，可以达到惊人的400GB

其实光盘的工作原理并不是利用磁性，而是雕刻凹坑——光盘表面有很多凹坑，引起光的不同反射，会被光学传感器捕捉到，解码为1和0。

结论

进入21世纪后，信息技术以爆炸式的速度发展。

伴随着互联网的普及和手机的兴起，整个社会的数字化进程大大加快由此带来的数据增长也是惊人的

传统HDD硬盘虽然在不断提升容量和性能，但还是满足不了时代的需求。

因此，一种新型的存储技术迅速崛起，并开始取代硬盘这项技术就是半导体存储

到底什么是半导体存储你经常听说DRAM，闪存，NAND，SSD...你到底是什么意思

敬请期待下一集:

存储技术的前世:半导体存储的最强介绍

好了，谢谢你的耐心，下次见！

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