数据字节的一生：存储技术演进史

一个字节的数据随着更新、更好、更快的存储介质出现，以多种不同方式被存储。字节是最常见的八位数字信息单位。位则是可表示为0或1的信息单位，代表逻辑状态。

在打孔卡时代，位以卡片特定位置是否有孔来存储。追溯到巴贝奇分析机时代，位以机械齿轮或杠杆的位置存储。对于磁带和磁盘等磁存储设备，位由磁膜特定区域的极性表示。在现代动态随机存取存储器（DRAM）中，位通常表示为电容器中存储的两个电荷级别。

1956年6月，Werner Buchholz创造了“字节”一词，指用于编码单个文本字符的位组。字符编码从ASCII开始，后来Unicode扩展了ASCII以支持其他语言。UTF-8、UTF-16和UTF-32是不同标准的字符表示方式。

1951年：UNIVAC UNISERVO磁带驱动器

故事始于1951年的UNIVAC UNISERVO磁带驱动器，这是首个商用计算机磁带驱动器。磁带是1200英尺长、½英寸宽的镀镍磷青铜带（称为Vicalloy），重三磅。数据字节以每秒7200字符的速度存储在磁带上。

1952年：IBM 726磁带单元

IBM推出首款磁带单元IBM 726，使用7轨磁带，每秒移动75英寸，传输速率达12500数字每秒。磁带使用“真空通道”方法保持循环，容量约1.1MB。

1956年：RAMAC硬盘驱动器

IBM完成RAMAC 305计算机系统，首次使用移动头硬盘驱动器。50个24英寸金属盘片可存储约500万字符，容量约3.75MB，支持实时随机存取。

1963年：DECtape

Digital Equipment Corporation推出DECtape，使用¾英寸磁带，层压在两层聚酯薄膜之间。数据传输速率达8325个12位字每秒。

1967年：IBM软盘驱动器

IBM团队开发出代号为Minnow的软盘驱动器，后成为IBM 23FD软盘驱动器系统。磁盘容量80KB，用户可轻松转移。

1969年：阿波罗引导计算机绳缆存储器

绳缆存储器用于阿波罗11号任务，手工制作，容量72KB。电线穿过圆形磁芯表示1，绕过表示0。

1977年：Commodore PET和Datasette

Commodore PET内置1530 Datasette，将数据转换为模拟声音信号存储在磁带上，传输速率约60-70字节每秒。

1978年：激光影碟

MCA和飞利浦推出激光影碟，使用模拟视频和模拟FM立体声，是CD和DVD的基础。

1979年：希捷科技成立

Alan Shugart和Finis Conner创立希捷科技，推出ST506硬盘驱动器，容量5MB，传输速率625KB每秒。

1981年：3½英寸软盘驱动器

索尼推出首款3½英寸软盘驱动器，后被惠普采用。单面容量161.2KB，双面版本随后推出。

1984年：CD-ROM

索尼和飞利浦宣布CD-ROM，容量550MB。首款产品是Grolier电子百科全书，仅占用12%磁盘空间。

1984年：闪存发明

舛冈富士雄发明闪存，使用浮栅晶体管存储数据。电子穿过氧化层被困在浮栅上表示0，无电子表示1。

NOR闪存和NAND闪存区别在于存储单元组织方式。NOR支持随机存取，适合只读应用；NAND牺牲随机存取换取更高存储密度。

1991年：固态硬盘原型

SanDisk为IBM制作SSD模块原型，容量20MB，售价约$1000，用于IBM ThinkPad笔式计算机。

1994年：Zip磁盘

Iomega发布Zip磁盘，容量100MB，后增至2GB。传输速率1.4MB每秒，比标准软盘快得多。

1994年：CompactFlash

SanDisk推出CompactFlash，广泛用于消费设备。传输速率基于“x”评级计算，如133x对应19.95MB每秒。

1997年：CD-RW

推出可重写光盘CD-RW，基于相变技术。化合物在晶态和非晶态间转换，表示0和1。

1999年：IBM微驱动器

IBM推出世界上最小硬盘驱动器微驱动器，容量170MB和340MB，1英寸大小，适合CompactFlash Type II插槽。

2000年：USB闪存驱动器

推出USB闪存驱动器，接口版本从USB 1.1到USB 3.1，传输速率逐步提升。

2005年：垂直磁记录

硬盘驱动器制造商开始使用垂直磁记录（PMR），存储密度比纵向磁记录（LMR）高三倍。

2007年：首款1TB硬盘驱动器

日立环球存储科技宣布首款1TB硬盘驱动器Hitachi Deskstar 7K1000，使用五个3.5英寸200GB盘片。

2009年：NVMe

开始技术工作于非易失性内存主机控制器接口规范（NVMHCIS），后发展为NVMe标准。现代NVMe驱动器读写速度达3500MB每秒和3300MB每秒。

当今与未来

存储级内存（SCM）

SCM提供优于或等同于主存的性能，以及字节可寻址能力。旨在解决SRAM密度低和DRAM需持续刷新等问题。主要技术包括：

相变内存（PCM）
使用GST材料，非晶态高阻表示0，晶态低阻表示1。可通过中间电阻存储多状态。

自旋转移扭矩随机存取存储器（STT-RAM）
由两个铁磁层组成，存储基于磁方向差异。两层磁化方向一致表示1，相反表示0。

电阻式随机存取存储器（ReRAM）
由两个金属电极和金属氧化物层组成，状态基于氧空位浓度决定。

2015年英特尔宣布Optane产品，基于3D XPoint技术，性能比NAND SSD快1000倍。

硬盘驱动器（HDD）

氦气硬盘驱动器（HHDD）
氦气密度为空气的1/7，减少盘片旋转阻力，允许更多盘片封装。制造商花了多年防止氦气泄漏。

叠瓦式磁记录（SMR）
新磁道重叠部分旧磁道，提高磁道密度。写入过程复杂，可能覆盖相邻磁道。

微波辅助磁记录（MAMR）
使用20-40GHz微波场降低盘片矫顽力，允许更高数据密度。西部数据和东芝推进此技术。

热辅助磁记录（HAMR）
使用激光加热盘片微小区域至750°F（400°C），使数据位更紧密，提高数据密度。希捷2013年演示此技术，2018年开始发货。

磁带终结，倒带

从1951年至今，存储技术从纸带、金属带、磁带、绳缆存储器、旋转磁盘、光盘到闪存不断发展。NVMe比1951年UNISERVO金属磁带每秒多读取486,111%数字，比1994年Zip磁盘多213,623%。

存储0和1的方式千变万化，但本质不变。下次刻录CD-RW或使用光盘存档时，请思考非反射凹凸如何转换为0，反射区域如何转换为1。制作卡式混音带时，记得它们与Commodore PET的Datasette密切相关。最后，记得善意倒带。