حافظه‌ هاي ذخيره سازي اطلاعات در گذشته به چه صورت بودند؟

در طول تاريخ رايانه، "فضاي ذخيره‌سازي دايم" يكي از جنبه‌هاي دردسرآفرين بوده است و بيش از هر عامل ديگري براي متخصص، ايجاد محدوديت كرده است. از زماني كه رايانه‌ها از كارت‌هاي پانچ‌‌ و نوارهاي مغناطيسي براي دريافت داده‌هاي ورودي و ذخيره‌سازي آن‌ها در هارد ديسكي به اندازه‌ي يخچال استفاده مي‌كردند، تا دنياي ديجيتال امروز استفاده از حافظه‌هاي غير فرار از موارد مورد اهميت بوده است.

براي درك تفاوت ميان سيستم ذخيره‌سازي رايانه و حافظه­‌ي رايانه (‌حافظه‌ي فرار: DRAM) بايد به گذشته برگرديم. زماني كه IBM كارت پانچ‌هاي معروفش را به دنيا معرفي كرد‌.

خيلي سال‌ها قبل‌تر از اين كه رايانه‌هاي ديجيتالي در سال ۱۹۴۰ پديدار شوند، كارت‌هاي پانچ جهت ذخيره‌ي داده‌هاي ورودي به داخل سيستم‌هاي مكانيكي، از دستگاه‌هاي بافندگي و پيانو گرفته تا ماشين‌هاي جدول‌بندي داده، مورد استفاده قرار مي‌گرفت و درست نقطه‌ي شروع ماجرا از همين‌جا آغاز شد.

چنانچه به سال‌هاي ۱۹۲۰ و ۱۹۳۰ برگرديم شاهد اين موضوع خواهيم بود كه IBM شركتي متخصص در عرصه‌ي ساخت كارت پانچ و ماشين‌هاي جدول‌بندي است. اين ماشين‌ها و كارت‌ها به موسسات مجاز مانند دولت آمريكا اجازه مي‌دادند كه حجم زيادي از اطلاعات مانند اطلاعات مربوط به مشاغل، امنيت اجتماعي و نتايج حاصل از سرشماري‌ها را پردازش كنند. سال ۱۹۳۷ بود كه IBM روزانه ۱۰ ميليون كارت پانچ توليد مي‌كرد. البته با در انديشه متخصصين گرفتن اين نكته كه توليد آن‌ها تا سال ۱۹۵۰ بيشتر طول نكشيد، اين آمار تعجب‌آور نخواهد بود.

كارت پانچ با استاندارد ۸۰ ستون ( در تصوير بالا ) تنها قادر به ذخيره‌سازي ۷۰ بايت داده بود. از اين رو كل آن ۱۰ميليون كارت پانچ، تنها قادر بود كه ۶۷۹ مگابايت داده را ذخيره كند.

سال ۱۹۵۱ نخستين رايانه‌ي تجاري با نام يونيواك UNIVAC عرضه شد كه شامل بخشي به نام يونيورسو UNIVERSO بود. يونيورسو اطلاعات نوار مغناطيسي را بازخواني مي‌كرد. اين نوار از يك رشته‌ي نازك مسي نيكل‌اندود ساخته شده بود. (به جاي پلاستيكي فلزي بود) اين نوار مغناطيسي در مقايسه با كارت‌هاي پانچ از توانايي بيشتري براي ذخيره‌ي داده برخوردار بود و مي‌توانست ۷۲۰۰ كاراكتر در ثانيه را انتقال دهد.

در همان زمان بود كه IBM در زمينه‌ي ذخيره‌سازي اطلاعات روي نوار پلاستيكي پوشيده شده از مواد فرومغناطيس مشغول به كار شد. اين نوع نوار شباهت زيادي به نوار كاست‌هاي صوتي داشت. نوارهاي جديد IBM در ۷۰۰ رايانه مورد استفاده قرار گرفت و در سال ۱۹۵۲ معرفي شد. موفقيت تجاري و سهولت توليد اين نوارها باعث شد كه به سرعت جايگزين كارت‌هاي پانچ شوند و براي ذخيره‌ي اطلاعات رايانه‌ها مورد استفاده قرار گيرند.

درام مغناطيسي تشكيل دهنده‌ي ‌هارد ديسك است كه سيلندرهاي فلزي آن از مواد ضبط كننده‌ي فرومغناطيس پوشيده شده و مشابه نوارهاي مغناطيسي است. مانند يك هارد ديسك، درام‌هاي مغناطيسي هم داراي چند هد هستند. با اين تفاوت كه هدهاي درام مغناطيسي به جاي جستجوي اطلاعات در انتظار قرارگيري سكتور مغناطيسي در جهت درست هستند. اندازه و سرعت درام‌ها متفاوت است. يكي از موفق‌ترين مدل‌هاي اين نوع درام‌ها، مدل كوچكي از IBM است كه ۴ اينچ قطر و ۱۶ اينچ طول دارد. اين درام‌ها با چرخش ۱۲۵۰۰ دور بر ثانيه اطلاعات را به شكل سريعي جستجو مي‌كنند. درام‌هاي مغناطيسي به طور گسترده در ظرفيت‌هاي متنوع، موجود هستند اما در حالت كلي مي‌توانند چند هزار بايت اطلاعات را ذخيره كنند.

درام‌هاي مغناطيسي، حافظه‌ي اصلي تمام رايانه‌هاي الكتريكي موجود تا پايان دهه‌ي ۱۹۵۰ بودند. زماني كه حافظه‌ي مغناطيسي هسته‌اي و ديسك‌هاي سخت پديد آمد.

براي مدت زمان بسيار طولاني تا دهه‌ي ۱۹۸۰، تنها راه خواندن و نوشتن داده‌هاي غير فرار استفاده از مغناطيس كنترلي بود. كارت‌هاي پانچ و نوار مغناطيسي مورد استفاده در آن‌ها براي داده‌هاي ورودي به كار گرفته مي‌شد اما از سرعت بسيار كمي ‌برخوردار بودند. با ورود حافظه‌ي مغناطيسي هسته‌اي، اولين حافظه‌ي غير فرار تصادفي (RAM) وارد عرصه شد.

حافظه‌ي مغناطيسي هسته‌اي با تنظيم خاصيت مغناطيسي بسيار كوچك حلقه‌هاي فريت (‌به ضخامت ۲mm) توانايي خواندن و نوشتن داده‌ها را دارد. با قرار دادن حافظه‌ي هسته‌اي زير لنز ميكروسكوپ مي‌توان فهميد كه اين ساختار با دست هم قابل ساختن است. در ابتدا توليدكنندگان پوشاك از حافظه‌ي هسته‌اي براي فرآيندهاي توليد خود در ساخت محصولات كاملا يكسان استفاده مي‌كردند. هر چند كه حافظه‌ي اصلي اوايل دهه‌ي ۵۰ اختراع شد اما باز هم جايگزين درام‌هاي مغناطيسي نشد. با اين وجود، در دهه‌ي ۶۰ بود كه ارزش اين نوع حافظه ارزان‌تر شد و توانست روي كار بيايد.

در حالي كه حافظه‌ي مغناطيسي هسته‌اي جايگزين درام مغناطيسي براي حافظه‌ي تصادفي رايانه (RAM) شد، نوار مغناطيسي هنوز هم تنها گزينه‌ي موجود براي ذخيره‌سازي طولاني مدت اطلاعات بود. از اين رو بنا به انديشه متخصصين IBM به نوع جديدي از حافظه نياز بود كه حد فاصل RAM و نوار مغناطيسي عمل كند. راه حل كار، ذخيره‌سازي با دسترسي تصادفي بود (آنچه كه ما امروز آن را به عنوان ذخيره‌سازي ثانويه مي‌شناسيم). بنابراين، در سال ۱۹۵۳ پس از گذر سال‌ها تجربه‌ي درام مغناطيسي و نوار، آي بي ام موفق به توليد درايو‌ هارد ديسك شد.

اولين درايو هارد ديسك در سال ۱۹۵۶ در محصول IBM 305 RAMAC به كار گرفته شد. ابعاد خود رايانه با اندازه‌هاي ۹.۵ متر در ۱۵ متر حجيم محسوب مي‌شد و حجم درايو ذخيره‌سازي كه اولين هارد ديسك تجاري بود به ۱.۵ مترمكعب مي‌رسيد. اين درايو شامل ۵۰ پلاتر (ديسك گردان) به قطر ۲۴ اينچ (معادل ۶۱ سانتي‌متر) بود كه ظرفيت كل آن به ۵ ميليون كاراكتر (۵ مگابايت) مي‌رسيد. اين مقدار معادل استفاده از ۶۴۰۰۰ كارت پانچ بود. در اين هارد ديسك فقط از دو هد براي خواندن و نوشتن آرايه‌هاي كل پلاتر استفاده مي‌شد. پلاترها تنها ۱۲۰۰ دور بر دقيقه مي‌چرخيدند كه همين امر، متوسط زمان دسترسي به اطلاعات را خيلي كند مي‌كرد.

سال ۱۹۶۱، IBM ديسك ذخيره‌سازي ۱۳۰۱ را عرضه كرد. اين ديسك اولين درايوي بود كه علاوه بر هد متحرك، از يك هد به ازاي هر صفحه‌ي پلاتر استفاده مي‌كرد. ديگر ويژگي‌هاي فيزيكي ديسك‌هاي سخت از آن زمان تا كنون ثابت باقي مانده است.

اواخر دهه‌ي ۶۰، زماني كه هنوز از كارت‌هاي پانچ و نوارهاي مغناطيسي براي انتقال اطلاعات رايانه استفاده مي‌شد، IBM دست به ارايه‌ي ابزاري قابل حمل، ارزان‌ارزش و قابل اعتماد به نام فلاپي ديسك زد. اولين فلاپي ديسك، كه در سال ۱۹۷۱ منتشر شد، داراي قطر ۸ اينچ بود و مي‌توانست تنها ۸۰ كيلوبايت اطلاعات را فقط به صورت خواندني ذخيره كند. (تصوير آن را در بالا مشاهده مي‌كنيد). پس از آن در سال ۱۹۷۲ شركت مموركس (Memorex) اولين فلاپي ديسك خواندني/ نوشتني را ابداع كرد و در سال ۱۹۷۳ شركت IBM شروع به جايگزيني كارت پانچ خوان‌ها با درايوهاي فلاپي كرد.

با گذر زمان، معلوم شد كه ديسك‌هاي ۸ اينچي براي استفاده در ريزرايانه‌ها بسيار بزرگ هستند. از اين رو در دهه‌ي ۷۰ بود كه ديسك‌هاي ۱/۴ ۵ اينچي به عرصه‌ي ظهور رسيدند. هر چند كه اين درايوها قادر به ذخيره‌ي كمتري از داده‌ها بودند، اما توليد ارزان‌تري داشتند.

اوايل دهه‌ي ۸۰، درايوهاي مقرون به صرفه و فلاپي‌ها نقش مهمي در روي كار آوردن رايانه‌هاي خانگي و اداري مانند IBM PC و Commodore 64 ايفا كردند. اين گونه بود كه درام‌هاي مغناطيسي و كارت‌هاي پانچ به تاريخ پيوستند و تا پايان قرن از فلاپي براي توزيع و ذخيره‌ي نرم‌افزارها استفاده مي‌شد.

باور كنيد يا نه، ديسك‌هاي نوري قبل از سال ۱۹۵۸ اختراع شده بودند. سال ۱۹۷۲ بود كه از اولين نمونه‌ي متخصصدي اين ديسك‌ها به شكل يك ديسك ليزري با عرض ۱۲ اينچ رونمايي شد! هر چند كه تا قبل از سال ۱۹۷۸ اين نوع ديسك نتوانست به بازار راه پيدا كند. البته آن زمان نوارهاي ارزان ارزش VHS چندين سال بود كه در بازار جولان مي‌دادند و ديسك ليزري در اين ميان دست و پا گير و گران‌ارزش محسوب مي‌شد. از اين رو هيچ گاه شانس اين را پيدا نكرد كه حضور فعالي در بازار از خود نشان دهد و به عنوان يك فضاحت تجاري بزرگ شناخته شد.

با اين حال، زندگينامه‌ي خويشاوندان نسل بعد ديسك ليزري كمي پايان خوش‌تري داشت. اولين ديسك صوتي در سال ۱۹۸۲ خود را معرفي كرد و برنده‌ي رقابت با نوارهاي مغناطيسي موجود در آن دوران شد. اوايل دهه‌ي ۸۰ بود كه ديسك‌هاي خواندني CD-ROM وارد بازار شدند و در سال ۱۹۹۰ سوني و فيليپس اولين محصول CD-R را ارايه دادند. اواسط دهه‌ي ۹۰ زمزمه‌هايي مبني بر كافي بودن درايوهاي CD-ROM براي توزيع سيستم عامل‌هايي مانند ويندوز ۹۵ پيچيد و اينچنين شد كه تا پايان دهه‌ي ۱۹۹۰‌، ديسك‌هاي نوري جايگزين برادران خود يعني فلاپي‌ها شدند.

شروع اين سفر از ابزارهاي ذخيره‌سازي مغناطيسي شروع شد و به پيوند مبارك تكنولوژي ترانزيستورهاي سيليكوني و حافظه‌ي غيرفرار ختم شد. اولين ترانزيستور سيليكوني در سال ۱۹۵۴ توسط كمپاني "تگزاس اينسترومنتس" (Texas Instrument) ساخته شد و چند سال بعد در سال ۱۹۵۸، نخستين مدار يكپارچه به وسيله‌ي همين شركت توليد شد. در دهه‌هاي ۶۰ و ۷۰ ميلادي هزاران ترانزيستور به شكل تراشه‌هاي سيليكوني فشرده شدند و انقلابي عظيم در ارزش رايانه به راه انداختند. به طوري كه هزينه را از ميليون‌ها دلار به هزاران دلار كاهش دادند!

سپس در سال ۱۹۸۰ شركت توشيبا اولين تراشه‌ي فلش مموري را توليد كرد. نام "فلش" از اين واقعيت اقتباس شد كه اطلاعات ذخيره شده تنها به وسيله اشعه‌ي ماوراي بنفش قابل پاك شدن است. پس از سال‌ها انتظار در سال ۱۹۹۴ اولين كارت حافظه‌هاي CompactFlash از نوع NOR و در سال ۱۹۹۵ كارت حافظه‌هاي SmartMedia از نوع NAND وارد بازار شدند. در تراشه‌هاي مدرن فلش مموري از يك ترانزيستور عايق با گيت شناور استفاده شده است كه با به دام انداختن موثر الكترون‌ها، ميزان ارزش باينري آن‌ها را حفظ مي‌كند. ظرفيت حافظه‌ي اين فلش‌ها از ۲ مگابايت شروع شد و به سرعت با بهبود فرآيندهاي ساخت و توليد و كاهش سايز ترانزيستورها افزايش پيدا كرد.

كارت‌هاي مالتي مديا (MultiMediaCard)، سكيور ديجيتال (Secure Digital cards)، مموري استيك (Memory Stick)، ميني اس‌دي (miniSD)، ميكرو اس‌دي (microSD)، درايوهاي USB thumb/pen و درايو حالت جامد (SSD) نيز در مسيري رو به آينده حركت مي‌كنند. پس بايد منتظر آن زمان باقي ماند تا روند اين پيشرفت و توسعه را از زبان آن‌ها شنيد.