是否還記得世界上第一個機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，機械記憶在很多應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：從打卡機到愛迪生的留聲機

如果回溯整個人類歷史，我們發(fā)現(xiàn)第一個機械化的存儲方式，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，然后用光電或者機械觸點來檢測是否有孔。在19世紀末，打孔卡開始應用到統(tǒng)計分析領域。例如，1890年美國人口普查正是依靠打孔卡進行統(tǒng)計，實現(xiàn)了機械化的統(tǒng)計與分析。（以下圖片來源于網(wǎng)絡）

打孔卡

到了1877年，法國科學家查爾斯·克羅斯和愛迪生分別提出了關于留聲機的原理，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。當時，一些計算機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配的移動存儲設備。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，比一臺微型計算機整機還貴。

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。應用光盤的CD機也在一個月后發(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備USB了。USB與前面的移動設備最大的不同就是，USB全稱叫做USB閃存盤（USB flash disk），屬于數(shù)字存儲方式，而非機械模擬的存儲方式。在2000年左右，USB出現(xiàn)，由于技術限制，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。卡帶機是回憶，而USB半導體卻成為生活的必需。

二、內(nèi)存四步登天：半導體存儲器完勝

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用模式，內(nèi)部存儲更為多樣化，既有手機上有內(nèi)存和運行內(nèi)存之分，也有PC和服務器上有內(nèi)存、存儲空間和磁盤陣列之分。

最早期的計算機的常見存儲器是由各種磁芯制成的，當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。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的應用場景也因為其只讀不寫的特性成為電子計算機中輸入輸出系統(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用，現(xiàn)在代替ROM在微型計算機中應用比較廣泛。

比較古老的內(nèi)存

同樣作為半導體存儲器，DRAM（Dynamic Random Access Memory）動態(tài)隨機存取存儲器因為結(jié)構高效簡單，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，一旦機器故障導致關機，而數(shù)據(jù)沒有及時保存，所有信息將不復存在。

與動態(tài)隨機存取存儲器相對的是SRAM（Static Random-Access Memory）靜態(tài)隨機存取存儲器，SRAM靜態(tài)存儲器帶寬有很大改進，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。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：三級存儲架構形成

除了上面的各種存儲方式之外，磁帶式存儲、機械硬盤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，機械硬盤也是企業(yè)級存儲當之無愧的老大哥。而如今動輒幾TB的機械硬盤，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，機械硬盤相關技術進一步提升，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仍然屬于機械模擬的存儲邏輯；SSD固態(tài)硬盤的出現(xiàn)則一改機械式存儲，將企業(yè)級存儲引領想數(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，從第一個機械硬盤誕生到現(xiàn)在花費了60年；我們可以設想，再過60年，存儲器還是不是機械硬盤的天下，還是SSD固態(tài)硬盤通過成本壓縮進而統(tǒng)治存儲世界呢？