Что измеряется в байтах

Сколько битов в байте, Кб, Мб, Гб и Тб

Что такое байт. Сколько бит в байте

Единицы информации

Таблица байтов:

Почему на диске, карте памяти или флешке всегда меньше памяти, чем написано на упаковке?

Емкость проданных твердотельных накопителей, жестких дисков, флеш-накопителей и карт памяти указывается в гигабайтах (ГБ) или терабайтах (ТБ). Например, покупая SSD-накопитель заявленной емкостью 512 ГБ, мы должны получить ровно столько же места для наших данных. Однако после установки накопителя в компьютер оказывается, что у нас около 476 ГБ. Почему в реальности такое значение?

Основная причина в том, как рассчитывается емкость диска. Люди используют десятичную систему счисления, основание которой равно 10. Компьютеры, однако, работают в двоичной системе, в которой основанием является число 2. Наименьшей единицей памяти, используемой в информатике, является байт. Обычно используемые десятичные префиксы (из системы СИ): кило (k) для тысячи, мега (M) для миллиона, гига (G) для миллиарда и тера (T) для триллиона. Таким образом, мы получаем один килобайт (тысяча байтов), мегабайт (миллион байтов), гигабайт (миллиард байтов) и терабайт (один триллион байтов) соответственно.

Следовательно, по заявлению производителей, емкость SSD на 512 ГБ составляет ровно 512 000 000 000 байт (512 байт x 1000 x 1000 x 1000).

Однако для компьютеров и бинарных файлов, которые они используют, вычисление этих значений немного отличается. 1 килобайт равен 102 байтам. 1 мегабайт равен 1 048 576 байтам (1024 x 1024), а 1 гигабайт равен 1 073 731 824 байтам (1024 x 1024 x 1024). Таким образом, диск с заявленным производителем объемом 512 ГБ фактически имеет емкость 476,84 ГБ. Рассчитываем это так: 512000000000 / 1024/1024/1024 = 476,84 ГБ.

Подводя итог. Производители дисков считают 1 ГБ = 1 000 000 000 (миллиардом) байтов, а в двоичных файлах 1 ГБ = 1 073 731 824 байта. Этим объясняется разница в заявленной и реальной емкости SSD, дисковых накопителей и других носителей данных. Стоит отметить, что в 1998 году была предпринята попытка преодолеть эту двусмысленность. Международная электротехническая комиссия (IEC) предложила обозначить кратность 1024, добавив букву «i» после знака множителя (KiB вместо KB, MiB вместо MB) и изменив префикс, заканчивающийся на «bi» (kibibyte вместо килобайт, мебабайт вместо мегабайта). Новые имена, однако, не получили широкого распространения, и по сей день используются префиксы SI, которые проще использовать.

Источник

Что измеряется в байтах

Байт (англ. byte ) — единица хранения и обработки цифровой информации; совокупность битов, обрабатываемая компьютером одномоментно. В современных вычислительных системах байт считается равным восьми битам, в этом случае он может принимать одно из 256 (2 8 ) различных значений (состояний, кодов). Однако в истории компьютеров известны решения с другим размером байта (например, 6 битов, 32 бита, 36 битов), поэтому иногда в компьютерных стандартах и официальных документах для обозначения 8-битного слова используется термин «октет» (лат. octet ).

В большинстве вычислительных архитектур байт — это минимальный независимо адресуемый набор данных.

Содержание

История

Название «байт» (слово byte представляет собой сокращение словосочетания BinarY TErm — «двоичный терм») было впервые использовано в 1956 году В. Бухгольцем (англ. Werner Buchholz ) при проектировании первого суперкомпьютера IBM 7030 (англ.) для пучка одновременно передаваемых в устройствах ввода-вывода шести битов. Позже, в рамках того же проекта, байт был расширен до восьми бит.

Ряд ЭВМ 1950-х и 1960-х годов (БЭСМ-6, М-220) использовали 6-битовые символы в 48-битовых или 60-битовых машинных словах. В некоторых моделях ЭВМ производства Burroughs Computer Corporation (англ.) (ныне Unisys) размер символа был равен 9 битам. В советской ЭВМ Минск-32 использовался 7-битный байт.

Байтовая адресация памяти была впервые применена в системе IBM System/360. В более ранних компьютерах адресовать можно было только целиком машинное слово, состоявшее из нескольких байтов, что затрудняло обработку текстовых данных.

8-битные байты были приняты в System/360, вероятно, из-за использования BCD-формата представления чисел: одна десятичная цифра (0-9) требует 4 бита (тетраду) для хранения; один 8-битный байт может представлять две десятичные цифры. 6-битные байты могут хранить только по одной десятичной цифре, два бита остаются незадействованными.

По другой версии, 8-битный размер байта связан с 8-битным же числовым представлением символов в кодировке EBCDIC.

По третьей версии, из-за двоичной системы кодирования в компьютерах наиболее выгодными для аппаратной реализации и удобными для обработки данных являются длины слов кратные степеням 2, в том числе и 1 байт = 2 3 = 8 битов, системы и компьютеры с длинами слов не кратными степеням 2 отпали из-за невыгодности и неудобства.

Постепенно 8-битные байты стали стандартом де-факто и с начала 1970-х в большинстве компьютеров байты состоят из 8 бит и размер машинного слова кратен 8 битам.

Из соображений удобства единицы нетекстовых типов данных также делают кратными 8 битам, например:

Количество состояний (кодов) в байте

Количество состояний (кодов, значений), которое может принимать 1 восьмибитный байт с позиционным кодированием, определяется в комбинаторике, равно количеству размещений с повторениями и вычисляется по формуле:

Производные единицы

Иногда десятичные приставки используются и в прямом смысле, например, при указании ёмкости жёстких дисков: у них гигабайт может обозначать не 1 073 741 824=1024 3 байтов, а миллион килобайтов (то есть 1 024 000 000 байтов), а то и просто миллиард байтов.

Обозначение

Межгосударственный (СНГ) стандарт ГОСТ 8.417-2002 [1] («Единицы величин») в «Приложении А» для обозначения байта регламентирует использование русской заглавной буквы «Б». Кроме того, констатируется традиция использования приставок СИ вместе с наименованием «байт» для указания множителей, являющихся степенями двойки (1 Кбайт = 1024 байт, 1 Мбайт = 1024 Кбайт, 1 Гбайт = 1024 Мбайт и т. д., причём вместо строчной «к» используется заглавная «К»), и упоминается, что подобное использование приставок СИ не является корректным.

Использование заглавной буквы «Б» для обозначения байта соответствует требованиям ГОСТ и позволяет избежать путаницы между сокращениями от байт и бит. Однако следует учитывать, что в стандарте нет сокращения для «бит», поэтому использование записи вроде «Гб» как синонима для «Гбит» недопустимо.

Склонение

Источник

Единицы измерения объёма информации

Одной из характеристик любой информация является ее объем. Например, небольшую заметку может характеризовать количество слов ее составляющих, а книги обычно меряют уже страницами. В электронных устройствах есть свои единицы объема информации, которые показывают, сколько нужно места для ее хранения.

Здесь придется сделать небольшое отступление, чтобы объяснить, как вообще хранится в компьютерах информация. Из информатики нам известно, что обычные компьютеры распознают только два состояния, включено и выключено (высокий и низкий сигнал). Для описания этих состояний достаточно всего двух цифр 0 (выключено или ложь) и 1 (включено или истина). Все остальное получается из комбинации нулей и единиц. Это так называемая двоичная система счисления.

С другой стороны, мы все обычно пользуемся десятичной системой счисления, которая использует уже десять цифр: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Отсюда у простых людей есть определенные трудности в понимании, как оперируют информацией компьютеры. К счастью, в контексте этой статьи, нам ненужно вникать во все эти тонкости. Достаточно запомнить, что компьютеры оперируют только 0 и 1 и это соответствует одному биту.

Бит (bit) — минимальный объем информации в двоичной системе счисления, равен 0 или 1. Это конечно хорошо, но как нам записать, что то более осмысленное? Выход находится в комбинировании нескольких бит. Если взять два бита, то вместе они уже имеют не два состояния (0 или 1), а четыре: 00, 01, 10, 11. Восемь последовательных бит дают в сумме 256 (2 8 ) возможных комбинаций нуля и единицы. Такое количество комбинаций достаточно, чтобы закодировать все буквы алфавита, цифры, знаки препинания и остальные служебные вещи.

Таблица соответствия двоичных кодов некоторым ASCII кодам

Фраза «Привет, мир!» в двоичном коде в кодировке Windows-1251 выглядит так:

Что такое байт

Байт (byte) — восемь последовательных битов образуют 1 байт. Это минимальный объем информации, к которому можно обратится напрямую и с которым имеют дело компьютерные программы. В современной компьютерной технике 1 байт равен 8 битам, но есть исключения, поэтому его еще иногда называют «октет» для полной однозначности. Теперь вы знаете, сколько бит в байте.

Именно в байтах измеряют объем любой информации неважно текст, изображение и видео. Поэтому в Проводник показывает вес (объем) файла в байтах, о существовании битов обычные пользователи компьютера могут даже не догадываться. Объем накопителей для хранения данных так же выражается в байтах.

В школе изучают эти приставки и все знают, что приставка «кило» означает тысяча (10 3 ), например километр (1 000 метров), килограмм (1 000 грамм). Приставка «мега» означает миллион (10 6 ), например мегагерц (1 000 000 герц), мегаом (1 000 000 ом). Есть и многие другие широко распространенные в нашей жизни приставки. Именно в этот момент у изучающих компьютер начинается путаница. Дело в том, что в компьютерах используют те же приставки, то есть килобайт, мегабайт, гигабайт и так далее, но они кратны 1 024 (2 10 ). Согласитесь, неожиданный поворот. На эту тему есть даже древний анекдот:

— В чем отличие программиста от простого человека?
— Программист думает, килограмм картошки — это 1 024 грамма, а простой человек полагает, что в килобайте 1 000 байт.

На самом деле, для обозначения единиц компьютерной информации существуют свои собственные приставки, которые устраняют эту чехарду, правда ими практически никто не пользуется. Считается, что в силу их громоздкости и труднопроизносимости. Образуются заменой последнего слога стандартной приставки на «би», кибибайт, мебибайт, гибибайт, тебибайт и так далее.

Это самые распространенные на сегодняшний день объемы отдельных файлов встречающиеся в компьютерах обычных пользователей. Остальные единицы измерения информации, такие как терабайт, петабайт, эксабайт и так далее пока не встречаются в домашних компьютерах, за исключением терабайта. Вы можете посмотреть в таблице, а так же воспользоваться онлайн калькулятором расположенным ниже для их пересчета.

Разобрались, что такое килобайт, мегабайт, гигабайт и так далее? Хорошо, однако, это еще не вся путаница, которая подстерегает чайника в компьютерах. Все еще интереснее и веселее.

Почему объем жесткого диска меньше, чем написано на этикетке

Вы возможно уже сталкивались с ситуацией, когда вы купили жесткий диск емкостью 500 ГБ, а операционная система видит заметно меньше, например, только 465 ГБ. Ответ кроется все в тех же приставках и бардаке в их применении. Зато маркетологи знают, как можно буквально по мановению волшебной палочки увеличить емкость дисков своей компании. Достаточно посчитать ее по своей собственной методике.

Производитель может придерживаться при расчетах объема диска международной системы СИ, где гигабайт это 10 9 и напишет на этикетке диска емкостью 500 млрд. байт, что он на 500 ГБ. Когда вы его подключите к компьютеру, то Windows будет считать в двоичной системе и насчитает только 465 ГБ. Причем чем больше емкость диска, тем больше разница между этикеткой и реально доступным объемом. Более того, производитель может посчитать каким-нибудь еще способом, допустим, гигабайт окажется равным 1 млн. килобайт.

В чем измеряется скорость интернета

Вы еще не потерялись во всех этих хитросплетениях? Тогда новая порция чудес ждет вас. Дело в том, что скорость передачи данных в компьютерных сетях измеряется в битах в секунду. Именно в битах, а не в байтах. Это достаточно просто проверить, достаточно посмотреть, что пишет Windows в свойствах вашего подключения к интернету, там окажется, скорее всего, 100 Мбит/с или 1 Гбит/с.

Провайдеры точно так же указывают в тарифах именно биты в секунду. Причем здесь повторяется ситуация с байтами. Согласно международной системе СИ 1 Мбит это 1 000 000 бит, а в двоичной системе он должен называться мебибит и равняться 1 048 576 бит. Поэтому, что на самом деле имеет человек в виду говоря «мегабит», сказать однозначно нельзя.

Чтобы не мучиться с калькулятором, пересчитывая одни единицы в другие, вы можете воспользоваться нашим конвертером величин. Просто введите в поле число и выберите в выпадающем списке, в какой оно единице измерения. Нажмите кнопку «Пересчитать» и калькулятор сам пересчитает его в другие единицы измерения объема информации.

Конечно, новичкам трудно сразу разобраться во всей этой путанице, с другой стороны это особо и не требуется. Главное помнить, что 8 бит равно 1 байту, остальные величины кратны 1 024, вес файлов измеряется в байтах, а скорость интернета в битах. Этого вполне достаточно для нормальной работы за компьютером. А чтобы вам было легче сориентироваться, насколько много весит тот или иной файл, приведем в качестве справки объем некоторых носителей информации.

Вот собственно и все, что мы вам хотели рассказать про единицы измерения информации в операционной системе компьютера. Рекомендуем сохранить данную страницу в закладки, чтобы иметь возможность быстро перевести килобайты в другие единицы измерения информации с помощью нашего конвертера.

Источник

Компьютерная грамотность с Надеждой

Заполняем пробелы — расширяем горизонты!

Единицы измерения объема информации

Для измерения длины есть такие единицы, как миллиметр, сантиметр, метр, километр. Известно, что масса измеряется в граммах, килограммах, центнерах и тоннах. Бег времени выражается в секундах, минутах, часах, днях, месяцах, годах, веках. Компьютер работает с информацией и для измерения ее объема также имеются соответствующие единицы измерения.

Бит и байт — минимальные единицы измерения информации

Мы уже знаем, что компьютер воспринимает всю информацию через нули и единички.

Бит – это минимальная единица измерения информации, соответствующая одной двоичной цифре («0» или «1»).

Бит — это только 0 («ноль») или только 1 («единичка»). С помощью одного бита можно записать одно из двух состояний: 0 (ноль) или 1 (один). Чтобы записать два состояния, потребуется два бита. Бит — это минимальная ячейка памяти, меньше не бывает. В этой ячейке может храниться либо нолик, либо единичка.

Байт состоит из восьми бит. Используя один байт, можно закодировать один символ из 256 возможных (256 = 2 8 ). Таким образом, один байт равен одному символу, то есть 8 битам:

1 символ = 8 битам = 1 байту.

Буква, цифра, знак препинания — это символы. Одна буква — один символ. Одна цифра — тоже один символ. Один знак препинания (либо точка, либо запятая, либо вопросительный знак и т.п.) — снова один символ. Один пробел также является одним символом.

Кроме бита и байта, конечно же, есть и другие, более крупные единицы измерения информации.

Таблица байтов:

1 Кб (1 Килобайт) = 2 10 байт = 2*2*2*2*2*2*2*2*2*2 байт =
= 1024 байт (примерно 1 тысяча байт – 10 3 байт)

1 Мб (1 Мегабайт) = 2 20 байт = 1024 килобайт (примерно 1 миллион байт – 10 6 байт)

1 Гб (1 Гигабайт) = 2 30 байт = 1024 мегабайт (примерно 1 миллиард байт – 10 9 байт)

1 Тб (1 Терабайт) = 2 40 байт = 1024 гигабайт (примерно 10 12 байт). Терабайт иногда называют тонна.

1 Пб (1 Петабайт) = 2 50 байт = 1024 терабайт (примерно 10 15 байт).

1 Эксабайт = 2 60 байт = 1024 петабайт (примерно 10 18 байт).

1 Зеттабайт = 2 70 байт = 1024 эксабайт (примерно 10 21 байт).

1 Йоттабайт = 2 80 байт = 1024 зеттабайт (примерно 10 24 байт).

Такое приближение (или округление) вполне допустимо и является общепринятым.

Ниже приводится таблица байтов с английскими сокращениями (в левой колонке):

10 3 b = 10*10*10 b= 1000 b – килобайт

10 6 b = 10*10*10*10*10*10 b = 1 000 000 b – мегабайт

10 21 b – зеттабайт

10 24 b – йоттабайт

Выше в правой колонке приведены так называемые «десятичные приставки», которые используются не только с байтами, но и в других областях человеческой деятельности. Например, приставка «кило» в слове «килобайт» означает тысячу байт. В случае с километром она соответствует тысяче метров, а в примере с килограммом она равна тысяче грамм.

Продолжение следует…

Возникает вопрос: есть ли продолжение у таблицы байтов? В математике есть понятие бесконечности, которое обозначается как перевернутая восьмерка: ∞.

Напоследок парочка примеров по устройствам, на которые можно записать терабайты и гигабайты информации.

Есть удобный «терабайтник» – внешний жесткий диск, который подключается через порт USB к компьютеру. На него можно записать терабайт информации. Особенно удобно для ноутбуков (где смена жесткого диска бывает проблематична) и для резервного копирования информации. Лучше заранее делать резервные копии информации, а не после того, как все пропало.

CD-диски могут вмещать 650 Мб, 700 Мб, 800 Мб и 900 Мб.

DVD-диски рассчитаны на большее количество информации: 4.7 Гб, 8.5 Гб, 9.4 Гб и 17 Гб.

Упражнения по компьютерной грамотности

Статья закончилась, но можно еще прочитать:

Нашли ошибку? Выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник

Путешествие байта данных во времени

По мере появления все более быстрых и совершенных носителей информации меняются и способы сохранения на них байта данных. Байт — это единица цифровой информации, состоящая из восьми бит. Бит, в свою очередь, представляет уже минимальную единицу и может быть выражен как логический 0 или 1. В течение статьи будут встречаться группы бит разного размера, так как количество бит в байте зависит от архитектуры носителя информации и с течением времени изменялось.

Есть еще стандарт UTF-8, служащий для представления символов в восьмибитной кодировке, что позволяет каждой кодовой точке между 0 и 127 храниться в одном байте. Если, опять же, говорить об ASCII, то этот вариант отлично подходит для английских символов, символы же других языков часто выражаются с помощью двух или более байт. Далее идут стандарты UTF-16 и UTF-32, выражающие символы в 16 и 32 битной кодировке, соответственно. В ASCII каждый символ – это байт, но в Unicode это не всегда так, поскольку символ может быть представлен несколькими байтами.

Динамика изменения всемирного объема хранимой информации в байтах по типу носителя

Впереди вас ждет погружение в прошлое, в ходе которого мы вспомним различные типы носителей информации. Сразу оговорюсь, что все виды устройств мы здесь не затронем, так как статья подразумевает больше развлекательное путешествие, а не энциклопедический обзор.
Давайте для начала представим, что у нас есть байт данных, который мы хотим сохранить. Им будет буква j, которая в Unicode обозначается как 6a, а в двоичной кодировке как 01001010. В процессе нашего путешествия во времени мы будем периодически прикидывать возможность сохранения этого байта с помощью различных технологий.

Теперь переместимся в 21 мая 1952 года, когда руководство IBM анонсировало их первое запоминающее устройство на магнитной ленте, IBM 726. Теперь нашу единицу данных можно было переместить с металлической ленты UNISERVO на магнитную ленту IBM. Новое место жительства показалось бы для скромного байта очень просторным и комфортным, так как здесь могло хранится уже до 2 миллионов цифр. Магнитная лента имела 7 дорожек и перемещалась со скоростью 180 см/сек, обеспечивая передачу до 12 500 цифр 5 или 7 500 знаков 6 (тогда называемых группами копирования) в секунду. К сравнению, в этой статье содержится около 32 000 знаков.

Далее мы переносимся в 1963, год появления недорогого и надежного магнитного носителя DECtape. В основе этого названия лежит аббревиатура компании Digital Equipment Corporation (DEC), которая произвела не одно поколение компьютеров с применением этой технологии. Данный вид носителя представлял собой ламинированную ленту шириной в 2 см, зажатую между двумя слоями майлара в десятисантиметровой катушке.

Apollo Guidance Computer

Дискеты 8”, 5.25” и 3.5”

В том же 1984 году Фудзио Масуока изобрел новый вид памяти с плавающим затвором, так называемую флэш-память, которая допускала множественные циклы стирания и перезаписи.
Давайте немножко глубже разберем принцип работы такой памяти. Работает она на транзисторах, которые содержат электрические затворы, способные открываться и закрываться. Поскольку каждый транзистор может находится в двух противоположных состояниях (открыт/закрыт), то и хранить он может два разных значения: 0 и 1. Плавающий же затвор — это второй затвор, добавленный в середину транзистора и изолированный тонким оксидным слоем (диэлектриком). В упрощенном виде принцип работы транзистора подразумевает подачу на основной затвор невысокого напряжения, которое определяет его открытие и закрытие, что, в свою очередь, трактуется как 0 или 1.

Говоря об этом виде памяти, нам также следует затронуть отличие между ее разновидностью NOR и NAND. Мы знаем, что в ней информация сохраняется в ячейках памяти, представленных транзисторами с плавающим затвором. Названия же упомянутых разновидностей NOR и NAND непосредственно связаны с тем, как эти ячейки памяти организованы.

Одним из моих любимых носителей информации, которым я пользовалась еще в детстве, был Zip Disk. Выпускать их начала компания Iomega в 1994 году. Внешне это были картриджи 3.5” чуть толще обычной дискеты, изначально способные хранить 100 Мб данных. Более поздние версии могли вмещать уже до 2Гб информации. Их основным преимуществом был небольшой размер, сопоставимый с габаритами дискеты, но вмещавший уже намного больше данных. Наш с вами байт данных на такой диск можно было записать со скоростью 1.4Мб/сек. К сравнению, в то время на привычные 3.5” дискеты объемом в 1.44Мб запись осуществлялась со скоростью 16Кб/сек. В Zip-дисководе головки, по аналогии с HDD, производили чтение/запись без контакта с поверхностью диска, что завидно отличало их от аналогов. Тем не менее в связи с низкой надежностью этой технологии и более высокой доступностью CD, в конечном счете Zip-диски утратили свою актуальность.

Через еще три года появился перезаписываемый (RW) компакт-диск. Он использовался для хранения данных, а также резервного копирования и переноса файлов между устройствами. Перезаписать такой диск можно всего около 1000 раз, что на то время не являлось проблемой, так как пользователи редко прибегали к частой перезаписи данных на одном диске.

Следующим этапом стал 1999 год, в который IBM представили самый маленький на тот момент в мире жесткий диск: IBM Microdrive с объемом в 170Мб и 340Мб. Это были очень компактные винчестеры размером в 1”, спроектированные для установки в слоты CompactFlash Type II. Они задумывались как устройства для использования по аналогии с CompactFlash, но с большим объемом памяти. Как бы то ни было, на смену этой разработке вскоре пришли USB-накопители и более вместительные карты CompactFlash. По технической части микровинчестеры также, как и их старшие HDD-братья, были механическими и внутри использовали маленькие вращающиеся пластины.

До PMR использовалась продольная магнитная запись (LMR), обуславливавшая втрое меньшую плотность хранилища. Принципиальное же их отличие в том, что структура кристаллов и магнитная ориентация сохраненных данных на PMR носителе имеет столбчатый вид, а не продольный. PMR также отличается повышенной термостабильностью и улучшенным соотношением сигнал/шум (SNR) за счет однородности и более эффективного разделения кристаллов. При этом усиленные магнитные поля головок и лучшее магнитное выравнивание носителя повышают показатели чтения/записи. Как и LMR, основные ограничения PMR упираются в термическую стабильность записываемых битов данных и необходимость достаточного показателя SNR для обратного считывания информации.

Все ближе и ближе приближаясь к сегодняшнему дню мы попадаем в год появления первого HDD от компании Hitachi Global Storage Technologies, имевшего 1Тб памяти. В модели Hitachi Deskstar 7K1000 использовались 3.5” пластины по 200Гб, вращавшиеся со скоростью 7 200 RPM. Такое технологическое достижение разительно контрастирует с первым жестким диском IBM 305 RAMAC, имевшим объем памяти около 3.75Мб. Человечество за пройденные пол века, действительно, сделало огромный скачок прогресса, но ведь и это еще не все.

Hitachi Deskstar 7K1000

Современный мир и будущее

Storage class memory (SCM)

Для решения проблем с плотностью и утечкой энергии разрабатываются несколько SCM-технологий: память на фазовых переходах (PCM), память с записью посредством переноса спинового момента (STT-RAM), а также резистивная память (ReRAM). Положительной объединяющей все эти технологии особенностью является многоуровневость ячеек (MLC), которые в отличие от одноуровневых способны хранить два бита информации. Обычная ячейка памяти состоит из одного МОП-транзистора. В MLC же для хранения того же объема данных, что и в SLC, требуется меньше таких транзисторов, в связи с чем повышается плотность памяти, и при меньших размерах обеспечивается та же емкость. Далее мы рассмотрим принцип действия каждой из трех перечисленных технологий.

Память на фазовых переходах (PCM)

Мы уже разбирали принцип работы фазового перехода в CD-RW. В PCM все аналогично. В качестве соединения здесь применяется сплав Ge-Sb-Te, иначе называемый как GST. Он также может существовать в двух состояниях: аморфном и кристаллическом. Аморфное отличается повышенным сопротивлением и обозначает 0, в отличие от кристаллического, имеющего меньшее сопротивление и выражающего 1. Путем присваивания значений данных промежуточным показателям сопротивления, PCM можно использовать для хранения нескольких состояний (MLC).

Схематичное сечение ячейки памяти с фазовым переходом

Память с записью посредством спинового переноса (STT-RAM)

STT-RAM состоит из двух ферромагнитных постоянно намагниченных слоев, разделенных диэлектриком, выступающим в качестве изолятора, способного передавать напряжение при отсутствии проводимости. В такой памяти биты данных хранятся на основе разницы магнитной направленности.

Один магнитный слой, называемый эталонным, имеет фиксированную направленность, в то время как направленность другого, называемого свободным, управляется подачей тока. Для записи 1 направленность намагничивания слоев устанавливается одинаковой, а для 0 противоположной.

Резистивная память (ReRAM)

Ячейка ReRAM состоит из двух электродов, разделенных метал-оксидным слоем. Эта структура чем-то напоминает разработанную Масуока структуру флэш-памяти, в которой электроны проходят через оксидный слой и фиксируются у плавающего затвора либо наоборот. Однако в ReRAM состояние ячейки определяется на основе концентрации в метал-оксидном слое кислородных вакансий.

В августе 2015 года компания Intel выпустила накопители под маркой Optane, разработанные на базе 3D XPoint (произносится как 3D cross-point), скорость которых по заявлению компании в 1000 раз превышает скорость NAND SSD. Стоят же они они примерно в пять раз дороже. Выпуск Optane подтверждает, что storage class memory – это не просто экспериментальная разработка, и можно с интересом понаблюдать за развитием этих технологий.

Жесткие диски (HDD)

Гелиевые жесткие диски (HHDD)

HHDD – это винчестеры большого объема, которые в процессе производства заполняются гелием и герметично запаковываются. Аналогично другим рассмотренным нами ранее HDD, по принципу действия они напоминают проигрыватель с вращающейся пластиной, покрытой магнитным материалом. При этом в обычных HDD внутри содержится воздух, который при вращении пластин оказывает им некоторое сопротивление.

Здесь будет кстати вспомнить накачанные гелием шары, которые взлетают в небо. Это происходит, потому что данный газ намного легче воздуха и, фактически, обладает 1/7 от его плотности, что в случае с винчестером позволяет уменьшить сопротивление вращению пластин, а следовательно, и количество затрачиваемой на это вращение энергии. Тем не менее это не главная особенность применения гелия. Основное его преимущество в том, что он позволяет разместить в тот же форм-фактор корпуса 7 пластин вместо привычных 5, устанавливаемых в стандартных HDD. Если же попробовать эти 7 пластин установить в обычный винчестер, то при их быстром вращении возникнет турбулентность, что согласуется с приведенной ранее аналогией самолета, взлетающего за счет подъема воздухом. Гелий же вызывает меньшее сопротивление при вращении, и эффект турбулентности в этом случае отсутствует.

Помимо прочего, в корпусах гелиевых устройств возможна установка дисков, использующих PMR, а также применение магнитной записи с помощью микроволн (MAMR) или с помощью нагрева (HAMR). Говоря более обобщенно, гелий позволяет применение любой магнитной технологии хранения информации. В 2014 году компания HGST совместила две передовые разработки в гелиевом HDD 10ТБ, где использовалась управляемая хостом черепичная магнитная запись (SMR). Давайте получше разберем принцип работы этого вида записи, после чего рассмотрим MAMR и HAMR.

Черепичная магнитная запись (SMR)

Мы уже разобрали принцип работы перпендикулярной магнитной записи (PMR), которая была предшественницей SMR. В противоположность PMR, при записи новых дорожек в SMR они частично накладываются друг на друга, в результате чего повышается общая плотность. Слово «черепичная» в названии указывает на аналогию с укладкой кровельного материала, который происходит «внахлест».

Технология SMR существенно усложняет процесс записи, так как запись в одну дорожку вызывает перезаписывание смежной. Этого не происходит только в случае последовательной записи данных на пустой диск. Если же выполняется запись в последовательность дорожек, уже содержащих данные, эти данные неизбежно перезаписываются. Такая схема функционирования во многом напоминает NAND.

Магнитная запись с помощью микроволн (MAMR)

MAMR – это технология магнитной памяти, основанная на использовании энергии микроволн. В таких устройствах пластины бомбардируются круговым микроволновым полем с частотой 20-40ГГц, которое снижает их коэрцитивность, т.е. сопротивление магнитного материала к изменению намагничивания. Как мы уже знаем, намагниченность разных областей пластины изменяется для обозначения 0 или 1, а значит, снижение сопротивления позволяет производить более плотную запись данных на диск. В основе этой технологии лежит генератор спинового момента, создающий микроволновое поле без ущерба для надежности.

Магнитная запись путем нагрева (HAMR)

HAMR – это технология магнитной записи с применением нагревающего поверхность пластин лазера, позволяющая существенно увеличить объем хранимых на устройстве данных. Благодаря нагреву биты информации размещаются намного ближе друг к другу, в следствии чего повышается плотность данных и, соответственно, емкость устройства.

Магнитная запись путем нагрева

Конец ленты. Перемотка

Мы начали наш путь с 1951 года и завершаем его, заглянув краем глаза в будущее технологий хранения информации. В течение рассмотренного периода эти технологии очень сильно изменялись. Все началось с перфолент, после которых были металлические и магнтиные пленки, «веревочная память», вращающиеся и оптические диски, флэш-накопители и другие виды устройств. В ходе этого прогресса разрабатывались все более быстрые, компактные и производительные системы хранения данных.

К сравнению, скорость считывания NVMe на 486,111% превосходит аналогичный параметр металлической пленки UNISERVO 1951 года. Если же мы сравним NVMe с моими любимыми Zip-дисками из детства, то превосходство в скорости составит 213,623%.

Что не меняется, так это 0 и 1, для сохранения которых разрабатываются все новые и новые средства. Надеюсь, что при следующей записи другу CD-RW с музыкой или при сохранении домашнего видео на Optical Disc Archive 52 вы сможете представить себе, как неотражающие выступы переводятся в 0, а отражающие площадки в 1. Если же вы возьметесь записать что-то на старую-добрую кассету, помните, что она тесно связана с Datasette, использованной когда-то в Commodore PET.

Источник