Informatikai alapok >>> Az adattárolás fejlődése



1980-ban az akkori JATE (ma Szegedi Tudományegyetem) kollégiumában egyik szobatársam állandóan 30-40 cm magas kartonlap-csomagokkal járkált. Fortranban programozott. Egy-egy lapocskáján annyi adat fért el, amennyi ezen cikk egyetlen sora. Ma bárki elővehet a zsebéből egy 4 Gb-os (nem mondtam sokat!) pendrive-ot, amin akár a Révai Nagy Lexikon teljes szövege elférne.

 

Az adattárolás fejlődése

 

Ebben a cikkben a lyukkártyáktól az SSD-ig (legújabb háttértár) szeretném végigvezetni az Olvasót, és biztosíthatom, hogy élvezetes utazásra hívok mindenkit.

Igazából a kőre vésett szövegeknél kellene kezdenem, és nagyapám vaskályhájánál. Az utóbbiról csak annyit kell tudni, hogy nem engedte elvinni a MÉH-be, mert, ha egyszer nem lesz gáz, olaj, és villany, azzal akkor is lehet majd fűteni. A kőlapokról meg annyit akartam írni, hogy segítségükkel tudhatjuk ma, hogy pár ezer évvel ezelőtt milyen törvényeket hozott Hammurabbi. Az alexandriai könyvtár már papirusz alapú volt, és legnagyobb bánatunkra leégett. Lám csak. A kő nem pusztult volna el. Ha megvalósulna a „Majmok bolygója”, mit tudnának kihalászni a régészek zsongó, félelmetes iramban fejlődő világunkból? A gigabájtokat tartalmazó DVD-nkről azt hihetnék, hogy vágószerszám lehetett. Azt hiszem, igaz az, hogy minél fejlettebb az adattárolásunk, annál sérülékenyebb. Persze, nem lehet mindent kőbe vésni, de a fontosabb dolgokat nem árt könyvben is megjelentetni. Ha valamelyik utódunknál nem lesz áram, elolvashassa az olajlámpa fényénél.

Tehát a lyukkártyák. Kevesen tudják, hogy már a középkor végén alkalmazták őket mechanikai szerkezetek vezérlésére. A legtöbb zenegép, harangjáték is ezzel működött. A könyvtári kartotékok között is alkalmazták úgy, hogy az azonos témájú könyvek kártyái ugyanott voltak kilyukasztva, így egy hosszú tűvel ki lehetett emelni az azonos témájú könyvek kártyáit. Több tűvel több szempont szerint is kereshettek.
 


lyukkártya

a lyukkártya

 

lyukkártya olvasó

lyukkártya - drive 1964-ből


 

De térjünk vissza a számítógépekhez. Az első gépeknél lyukkártyákon tárolták az adatokat is, és a programokat is. A kártyákon 80 sor volt, és egy sorban 12 hely. Emlékeztetőül: egy bit információ a 0-1 választásnak felel meg, esetünkben a kártyán egy helyen van lyuk, vagy nincs. Akkor egy karaktert 6 biten tároltak (ma 8 biten), tehát egy kártyán 160 betű lehetett volna, de sok bitet felhasználtak különleges információkhoz (pl.: sor eleje, program, vagy adat, stb.) így jött ki a kártyánkénti kb.80 karakter, ami valóban egy sornyi szöveget jelent. A 60-as években kezdte kiszorítani a mágnesszalag. Hogy akkoriban a fejlődés mennyivel lassúbb volt a mainál, jelzi, hogy kollégiumi szobatársam 1980-ban még lyukkártyákkal programozott a Kalmár László Számítástechnikai Laboratóriumban, ami az ország egyik legfejlettebb gépével rendelkezett. (Hogy pontos legyek, azt hiszem, volt már mágnesszalagjuk, de a diákok még a lyukkártyákat használták.)


A mágnesszalagról mindenki tud valamennyit, mivel még eléggé elterjedt a kazettás magnó. A mágnesszalagok, mint számítógépes háttértárak működését pedig bármelyik 70-es évekbeli Colombo filmen lehet látni. A Delta akkoriban szinte minden műsorában megemlítette, hogy mekkora adatmennyiség tárolható a legújabb szalagon (Ez akkor kb.: 108 bit volt, ami durván 10 MBájt). Egyébként a szalag tényleg jó. Még ma is jó!! A streamer, vagy DAT kazetta ma is használatban van, ugyanis olcsón sok adatot lehet rajtuk tárolni (Ma már akár 70 GB is lehet!). Egy hátrányuk van, hogy soros elérésűek, vagyis, ha keresünk valamit, előbb oda kell tekerni a szalagot. Ideális megoldást jelentenek a winchesterek rendszeres mentésére. Rendszergazdaként nekem is feladatom volt minden reggel kicserélni a szerver DAT egységében a kazettát, amire éjszaka elkészült a mentés.
 

mágnesszalag   szalagos egység

mágnesszalag és egy szalagos egység


Mágnes lemezek
. Ha az előbb a kazettás magnót említettem, most meg kell említenem a bakelit lemezt. (Fiatalabb olvasóim kérjék meg szüleiket, hogy mutassanak egyet, biztosan találnak a régi dolgok között. Illés:”Csillogó, fekete lemezeken Little Richard énekel…”).

Ez az adattároló már véletlen elérésű volt. Nem kellett végighallgatni az első 2 számot a 3. számért, egyszerűen oda kellett tenni a tűt. Ennek analógiájára született meg a mágneslemez, amely a gyors adatelérést volt hivatott megvalósítani. Csak, hogy visszautaljak a cikk elejére, a bakelit lemez már bizonyította, hogy 100 évig tartja az információt. Kíváncsi lennék, hogy a mai tárolóinkról leírhatnak-e majd ilyeneket? (Az adattárolók technikai fejlődése olyan gyors, hogy 50-60 év múlva, amikor pl. a winchester 100 éves lesz, lehet, hogy azt sem fogják tudni, mi is volt az?)

Működési elve a következő: A mágnesezhető lemezen sávokat alakítottak ki, azokat szektorokra osztották, és fenntartottak egyet a tartalomjegyzéknek. Ha a gép keres egy fájlt, megnézi a tartalomjegyzékben, hogy hányadik szektor, oda vezérli az olvasó fejet, és máris betölti a memóriába. Mivel a winchesterekről külön cikk olvasható ezen a honlapon (Merevlemez história), ezért erről itt többet nem írok. Kapacitásuk 5Mbit=625 KB-tal indult (Ne becsüljék le ezt az értéket! A 80-as évek elején a népszerű Commodore-64, 64 KB memóriával rendelkezett, vagyis az összes betölthető program mérete belefért ebbe a határba!), és a mai winchesterek a TB-ot is képesek meghaladni. (1 TB=1024 GB).

 

floppy disk floppy disk floppy disk floppy disk drive

a 8", a 5,25" és a 3,5" lemezek és meghajtóik
 


Eljutottunk az optikai tárolókig, ezek a CD, DVD, Blue-Ray. A működési elv egyszerű: a biteket egy felület fényvisszaverő képességével tárolják. Lézerfénnyel írják, és lézerrel olvassák. A két állapotnak megfelel: van visszavert fény=1, vagy nincs=0.

 

A lézerről annyit érdemes tudni, hogy több más előnyös tulajdonsága mellett rendkívül pontosan irányítható, így nagyon kicsi felületrész megvizsgálható fényvisszaverés szempontjából. Ellenpéldának gondoljanak egy zseblámpára. Mekkorára tudják összehúzni a fényét? Akkora felületet lehet vele külön vizsgálni. A lézerfény olyan picire zsugorítható, hogy egyetlen CD-n 750 MB=6,3Gbit információ tárolható, ami azt jelenti, hogy 6.300.000.000 pici területet tudnak külön vizsgálni!

 

A CD 25 éves születésnapja alkalmából szintén olvasható egy rövid megemlékezés ezen a honlapon. Amit kihangsúlyoznék, az a CD zajtalansága! Akármilyen jel akármilyen csatornán halad, mire a vevőhöz ér, olyan jeleket is tartalmaz, amik nem odavalók, ez a zaj. Ha valaki hallgatott már bakelit lemezt, az tudja, hogy sercegett. De ha rádiót, vagy számítógépet hallgatunk, abban is hallunk néha zajokat (pl. ha valaki mobilt használ a közelben). Nos a jó CD szinte zajtalan. Nem elég, hogy az olvasófej nem érintkezik a lemezzel (hiszen csak rávilágít messziről a lézer), de még hibajavító programokat is kidolgoztak hozzá. Ezek a programok a kiolvasott bitekből ellenőrző összeget, szorzatot, vagy más számtani műveletet végeznek, és, ha egy bit sérült, akkor azt ki tudják javítani. Emiatt még a kicsit karcos lemez is lejátszható, és még a kisebb rezgéseket is elviseli a szerkezet.

 

cd lemez blu-ray

A CD alkalmas volt egy teljes zenemű, vagy egy film tárolására, ezt múlta felül a DVD 1997-ben. Nemhogy átlépte az 1GB akkor óriásinak vélt korlátot, de rögtön 4,7 GB-nál kezdte. Ez az adathordozó biztosan közelebb áll a mai emberekhez, tehát biztosan nézett már mindenki filmet DVD-ről. Amellett, hogy egy házimozi rendszert is kiszolgál (Ez főleg a hang 5 csatornájának a külön-külön tárolását jelenti), még több nyelvű feliratozás, vagy szinkron is választható. Sőt, még a DVD-ből is születtek duplák, és HD-k 9GB, és 18 GB tároló kapacitással. Ez utóbbi, a HD DVD került szabadalmi harcba a blue-ray-jel, amiből a blue-ray került ki győztesen.

A blue-ray azért blue, mert a használt lézer színe kék, és azért ray, mert optikai eszköz. Igazából a név Blu-Ray, szándékosan elhagyva az e-betűt, mert egy köznapi név nem lehet védjegy. De minek ez a rengeteg hely?

Az előbb írtam, hogy a DVD egy filmet házimozi számára elfogadható minőségben képes tárolni. Megjelentek azonban a digitális TV adások! Nagyobb felbontás, és sokkal-sokkal több adat! Az a kb. 2 órás film, ami a DVD 4,7 GB-ján elfér, HDTV adásban 22 GB-ot kér! A Blu-Ray erre lett kifejlesztve. A fejlesztés a DVD-hez képest az, hogy nem vörös, hanem kék lézert alkalmaznak, ez jobban összehúzható, tehát sokkal kisebb helyen tárolható 1 bit, másrészt az adatokat egy nagyon jó tömörítési eljárással kevesebb biten tárolják.

 

Aki eleget ül gép előtt, az biztosan találkozott már tömörített állománnyal. A jele általában valami doboz, vagy átkötött csomag. Erről azt kell tudni, hogy sokkal kisebb, mint az eredeti fájl, de csak kicsomagolás után használható. Nos a Blu-Ray olyan gyors, hogy felvételkor a beérkező adatokat becsomagolja, és úgy írja a lemezre, lejátszáskor pedig kiolvasás után kicsomagolja, és úgy mutatja meg nekünk.

 

Egy közönséges Blu-Ray lemez 25 GB-os, de létezik dupla, ami 50 GB-ot képes tárolni, és olyan gyors, hogy a HDTV adást képes egy az egyben felvenni! (Pontosan 36 Mbit másodpercenként, ez a DVD-nél még 10 volt)
 

A DVD és Blu-ray összehasonlítása

 

A DVD és Blu-ray összehasonlítása

(forrás: Wikipedia)
 


Ennyit az optikai tárolókról, következzék a pendrive.

Addig, amíg ez meg nem jelent, semmi nem veszélyeztette a 3,5”-es floppy meghajtót. Igaz, hogy egyre kevesebben használták, de a gépek többsége még tartalmazta. Egy levelet, vagy képet, kisebb fájlokat könnyen fel lehetett rá venni (1,44 MB), és akár mentésként eltenni, akár átvinni egy másik gépre. Működési elve megegyezik a winchesterével.

Nos, úgy néz ki, ennek vége. A pendrive kisebb fizikai méretű, gyorsabban csatlakoztatható, csak egy USB port kell hozzá, és kapacitása sokkal nagyobb, 64 MB-tól 32 GB-ig terjedhet.

Tulajdonképpen egy USB csatlakozóval ellátott nyomtatott áramkör (precízen: flash memória), valamilyen burkolattal ellátva. Ez lehet ütésálló, cseppálló, stb. Ennél a háttértárnál nem okoz gondot a felhasználhatóság kérdése, a gyártók kereken megadják, hogy élettartamuk 10 év, és ez alatt egymillió írást, és törlést bírnak ki. Átviteli sebességük 1 Mbit/sec, de USB 2.0-val 3 Mbit/sec. Aki már használta, az tudja, hogy gyors, kényelmes, és minden ráfér. Ez a floppy kegyelemdöfése. Csak érdekességként írom le, hogy máig vitáznak a születésnapján, mert kifejlesztésének elsőségét több cég is magának igényli. Mindenesetre 1999-nél nem előbb, és 2000-nél nem később született.

pendrive

 

 Úgy tűnik, a winchester egyeduralma is a múlté, megjelent ugyanis az SSD, amely majdnem minden tekintetben annyival jobb, hogy a mágneslemezes adattárolás semmilyen fejlesztése nem éri utol. Az SSD a Solid State Disk rövidítése. Kifejlesztésekor a cél a winchesterek hátrányainak kiküszöbölése volt. Mik ezek? Elég nagy méret és súly, a mechanika miatti sérülékenység, érzékenység a rázkódásra, az adatkezelés lassúsága.

ssd, solid state disk


Az SSD-nek két fajtája van: az egyik a flash memória, ez nem felejt, a másik a DRAM, amely tulajdonképpen megegyezik a gép memóriájával, amiről köztudott, hogy csak addig őrzi az adatokat, amíg áram alatt van. Az ilyen típusú SSD-k ezért külön akkumulátorral készülnek.

 

Előnyök:

·         Gyorsaság. Nincs lemez, amit fel kell pörgetni, nincsenek olvasófejek, amiket pozícionálni kell.

·         Érzéketlen mechanikai behatásokra, magyarul, ha el nem törik, működik.

·         A fájlok töredezettsége nem lassítja a működést. (Ez a merevlemezeket lassítja, mert a fájlok kiolvasásakor sok pozícionálásra van szükség.)

·         Teljesen zajmentes

·         Nem melegszik

·         Kis súlyú

·         Kis fogyasztású.

 

Hátrányok:

·         Drágák. Egyelőre az ár/gigabájt értékük sokkal nagyobb a HDD-k nél.

·         Kapacitás. Még nem tudnak a winchesterekhez hasonlóan nagy SSD-ket gyártani.

·         Élettartam. Amint azt a pendrive-nál is említettem, a flash memóriák élettartama kb. 10 év, és 1000000 írást bírnak ki. A DRAM megoldásnál nincs ilyen korlát.

·         Az írás lassúsága. Ez is csak flash memóriáknál jelentkezik, hogy lassabban írhatók, mint a HDD-k. A DRAM-os megoldás gyorsabb.

·         A hirtelen áramszünetet, és az erős elektromos és mágneses teret rosszul viselik.

Látható, hogy a winchesterek még versenyben vannak, de erősen vesztésre állnak. A kis méret, kis súly, kis fogyasztás nagyon kívánatossá teszi az SSD-ket, főleg a hordozható gépek szempontjából, és biztos, hogy a nagyobb gépek is csak keveset várnak, hogy a hátrányokat csökkentse a technika fejlődése.



Eljutottunk a végéhez, ma itt tart az adattárolók fejlődése. Személyes véleményem kettős. Egyrészt mindig is örültem a fejlődésnek, és szeretnék mindig olyan gép előtt ülni, amelyikben a legjobb kütyük vannak. Másrészről kényelmetlen az adathordozók ilyen gyors cserélődése. Gyerekkoromtól kb. 30 éves koromig gyűjtöttem a bakelit lemezeket és a magnókazettákat. El sem tudtam volna képzelni, hogy egyszer nem fogom tudni lejátszani őket. Megjelent a CD, egy kis részét meg tudtam CD-n is szerezni, vagy kiírtam CD-re. Szerintem nem kell hozzá sok idő, és már CD lejátszó sem lesz. Most várjak, amíg a Blu-Ray olcsó lesz, és arra írjam, vagy várjak még egy kicsit, hátha az is elavul?

 

Lap tetejére

Forrás: http://www.rentit.hu/cikk/44/az-adattarolas-fejlodese.aspx