與時間賽跑
——數據存儲的發展故事

◆本刊綜合

人類文明誕生以來，人們一直在尋找有效存儲信息的方法。從四萬年前的洞穴壁畫、六千年前的楔形文字，到今天的云存儲、量子存儲、DNA存儲技術等，人類對信息存儲的探索從未停止。

機械化存儲

19世紀初，法國人巴斯勒·布喬發明了打孔卡，打孔卡是存儲了“圖案程序”的存儲器，通過存儲的打孔圖案控制紡織機織造圖案。這一發明標志著信息機械化存儲形式的開啟。1801年，約瑟夫·馬里爾·雅卡爾將打孔卡按一定順序捆綁成帶狀，應用于提花織機，創造了穿孔紙帶的雛形。

1890年，德裔美國人赫爾曼·何樂禮發明了打孔卡制表機，用于收集和統計人口普查數據。在當年的人口普查中，通過打孔制片和打孔機，僅6周就完成了人工需要花費7年才能完成的統計工作。打孔卡制表機開創了一種記錄和理解信息的全新方式，標志著半自動化數據處理系統時代的到來。

磁性存儲

磁帶是單位存儲信息成本較低、容量較大、標準化程度較高的存儲介質。

1928年，弗里茨·普弗勒默運用磁帶在移動過程中被磁化的程度也隨音頻信號電流的強弱而變化這一原理，將聲音記錄在磁帶上，標志著磁性存儲時代的到來。

1932年，奧地利工程師古斯塔夫·陶謝克發明了磁鼓存儲器，它包含一個大型金屬圓柱體，外表面涂有鐵磁記錄材料。磁鼓上有許多靜態磁頭，只需等待磁扇旋轉就位便可進行讀取。磁鼓存儲器開始廣泛用于計算機內存，被認作是硬盤驅動器的前身。

20世紀40年代后，人類電子數字計算機技術得以發展。1942年，世界上第一臺電子數字計算機ABC測試成功，它使用IBM的80列打孔卡作為輸入和輸出，以及再生電容磁鼓存儲器存儲數據。1951年，磁帶首次被用在計算機上存儲數據，UNIACO是商用計算機史上的第一臺磁帶機。

磁帶庫是基于磁帶的備份系統，它具備連續備份、自動搜索磁帶的功能。在驅動管理軟件控制下，還能實現智能恢復、實時監控和統計，這使整個數據存儲備份過程完全擺脫了人工干涉。

姍姍來遲的硬盤時代

1956年，世界上第一個硬盤驅動器IBM 350 RAMAC問世。這款質量超過1噸，容量卻僅有5 MB的硬盤，標志著硬盤時代的到來。

1973年，Winchester（溫徹斯特）硬盤3340問世，它使用了密封組件、潤滑主軸和小質量磁頭，成為現代硬盤的原型。隨著巨磁電阻效應的被發現，基于該效應研究的GMR巨磁阻效應磁頭技術以及SMR瓦楞式堆疊磁盤技術，使機械硬盤的磁道密度得以提升上百倍。

2007年，日立率先推出TB級硬盤，成為存儲技術發展史上的重要里程碑。該硬盤采用了垂直存儲技術，將平行于盤片的磁場方向變為垂直，充分利用了存儲空間。此外，垂直存儲技術還能改善數據抵抗熱退減的能力，提高硬盤的可靠性。

存儲介質的“后浪”

隨著5G、云計算、人工智能、量子信息等數字技術的出現，人類逐步邁入智能時代。

2000年，Trek公司發布了世界上第一個商用USB閃存驅動器，就是我們俗稱的U盤。U盤集閃存介質迅速增強的數據存儲能力與小巧的尺寸于一體，成為廣受歡迎的移動存儲介質。

2006年起，各大軟件運營商紛紛推出自己的云存儲產品，云存儲是一種把數據存放在由第三方托管的多臺虛擬服務器的網絡在線存儲模式，這種模式將存儲引入了一個新的時代。

如今，量子存儲技術成為存儲、變換及控制量子信息的核心技術。DNA分子具有存儲密度大、保存時間長的特點，能將面臨老化破損危機的人類文化遺產信息和各種重要信息保存千萬年，是世界上最可靠的數據存儲介質之一。