حافظه‌ های ذخیره سازی اطلاعات در گذشته به چه صورت بودند؟

در طول تاریخ رایانه، "فضای ذخیره‌سازی دایم" یکی از جنبه‌های دردسرآفرین بوده است و بیش از هر عامل دیگری برای کاربر، ایجاد محدودیت کرده است. از زمانی که رایانه‌ها از کارت‌های پانچ‌‌ و نوارهای مغناطیسی برای دریافت داده‌های ورودی و ذخیره‌سازی آن‌ها در هارد دیسکی به اندازه‌ی یخچال استفاده می‌کردند، تا دنیای دیجیتال امروز استفاده از حافظه‌های غیر فرار از موارد مورد اهمیت بوده است.

برای درک تفاوت میان سیستم ذخیره‌سازی رایانه و حافظه­‌ی رایانه (‌حافظه‌ی فرار: DRAM) باید به گذشته برگردیم. زمانی که IBM کارت پانچ‌های معروفش را به دنیا معرفی کرد‌.

خیلی سال‌ها قبل‌تر از این که رایانه‌های دیجیتالی در سال ۱۹۴۰ پدیدار شوند، کارت‌های پانچ جهت ذخیره‌ی داده‌های ورودی به داخل سیستم‌های مکانیکی، از دستگاه‌های بافندگی و پیانو گرفته تا ماشین‌های جدول‌بندی داده، مورد استفاده قرار می‌گرفت و درست نقطه‌ی شروع ماجرا از همین‌جا آغاز شد.

چنانچه به سال‌های ۱۹۲۰ و ۱۹۳۰ برگردیم شاهد این موضوع خواهیم بود که IBM شرکتی متخصص در عرصه‌ی ساخت کارت پانچ و ماشین‌های جدول‌بندی است. این ماشین‌ها و کارت‌ها به موسسات مجاز مانند دولت آمریکا اجازه می‌دادند که حجم زیادی از اطلاعات مانند اطلاعات مربوط به مشاغل، امنیت اجتماعی و نتایج حاصل از سرشماری‌ها را پردازش کنند. سال ۱۹۳۷ بود که IBM روزانه ۱۰ میلیون کارت پانچ تولید می‌کرد. البته با در نظر گرفتن این نکته که تولید آن‌ها تا سال ۱۹۵۰ بیشتر طول نکشید، این آمار تعجب‌آور نخواهد بود.

کارت پانچ با استاندارد ۸۰ ستون ( در تصویر بالا ) تنها قادر به ذخیره‌سازی ۷۰ بایت داده بود. از این رو کل آن ۱۰میلیون کارت پانچ، تنها قادر بود که ۶۷۹ مگابایت داده را ذخیره کند.

سال ۱۹۵۱ نخستین رایانه‌ی تجاری با نام یونیواک UNIVAC عرضه شد که شامل بخشی به نام یونیورسو UNIVERSO بود. یونیورسو اطلاعات نوار مغناطیسی را بازخوانی می‌کرد. این نوار از یک رشته‌ی نازک مسی نیکل‌اندود ساخته شده بود. (به جای پلاستیکی فلزی بود) این نوار مغناطیسی در مقایسه با کارت‌های پانچ از توانایی بیشتری برای ذخیره‌ی داده برخوردار بود و می‌توانست ۷۲۰۰ کاراکتر در ثانیه را انتقال دهد.

در همان زمان بود که IBM در زمینه‌ی ذخیره‌سازی اطلاعات روی نوار پلاستیکی پوشیده شده از مواد فرومغناطیس مشغول به کار شد. این نوع نوار شباهت زیادی به نوار کاست‌های صوتی داشت. نوارهای جدید IBM در ۷۰۰ رایانه مورد استفاده قرار گرفت و در سال ۱۹۵۲ معرفی شد. موفقیت تجاری و سهولت تولید این نوارها باعث شد که به سرعت جایگزین کارت‌های پانچ شوند و برای ذخیره‌ی اطلاعات رایانه‌ها مورد استفاده قرار گیرند.

درام مغناطیسی تشکیل دهنده‌ی ‌هارد دیسک است که سیلندرهای فلزی آن از مواد ضبط کننده‌ی فرومغناطیس پوشیده شده و مشابه نوارهای مغناطیسی است. مانند یک هارد دیسک، درام‌های مغناطیسی هم دارای چند هد هستند. با این تفاوت که هدهای درام مغناطیسی به جای جستجوی اطلاعات در انتظار قرارگیری سکتور مغناطیسی در جهت درست هستند. اندازه و سرعت درام‌ها متفاوت است. یکی از موفق‌ترین مدل‌های این نوع درام‌ها، مدل کوچکی از IBM است که ۴ اینچ قطر و ۱۶ اینچ طول دارد. این درام‌ها با چرخش ۱۲۵۰۰ دور بر ثانیه اطلاعات را به شکل سریعی جستجو می‌کنند. درام‌های مغناطیسی به طور گسترده در ظرفیت‌های متنوع، موجود هستند اما در حالت کلی می‌توانند چند هزار بایت اطلاعات را ذخیره کنند.

درام‌های مغناطیسی، حافظه‌ی اصلی تمام رایانه‌های الکتریکی موجود تا پایان دهه‌ی ۱۹۵۰ بودند. زمانی که حافظه‌ی مغناطیسی هسته‌ای و دیسک‌های سخت پدید آمد.

برای مدت زمان بسیار طولانی تا دهه‌ی ۱۹۸۰، تنها راه خواندن و نوشتن داده‌های غیر فرار استفاده از مغناطیس کنترلی بود. کارت‌های پانچ و نوار مغناطیسی مورد استفاده در آن‌ها برای داده‌های ورودی به کار گرفته می‌شد اما از سرعت بسیار کمی ‌برخوردار بودند. با ورود حافظه‌ی مغناطیسی هسته‌ای، اولین حافظه‌ی غیر فرار تصادفی (RAM) وارد عرصه شد.

حافظه‌ی مغناطیسی هسته‌ای با تنظیم خاصیت مغناطیسی بسیار کوچک حلقه‌های فریت (‌به ضخامت ۲mm) توانایی خواندن و نوشتن داده‌ها را دارد. با قرار دادن حافظه‌ی هسته‌ای زیر لنز میکروسکوپ می‌توان فهمید که این ساختار با دست هم قابل ساختن است. در ابتدا تولیدکنندگان پوشاک از حافظه‌ی هسته‌ای برای فرآیندهای تولید خود در ساخت محصولات کاملا یکسان استفاده می‌کردند. هر چند که حافظه‌ی اصلی اوایل دهه‌ی ۵۰ اختراع شد اما باز هم جایگزین درام‌های مغناطیسی نشد. با این وجود، در دهه‌ی ۶۰ بود که قیمت این نوع حافظه ارزان‌تر شد و توانست روی کار بیاید.

در حالی که حافظه‌ی مغناطیسی هسته‌ای جایگزین درام مغناطیسی برای حافظه‌ی تصادفی رایانه (RAM) شد، نوار مغناطیسی هنوز هم تنها گزینه‌ی موجود برای ذخیره‌سازی طولانی مدت اطلاعات بود. از این رو بنا به نظر IBM به نوع جدیدی از حافظه نیاز بود که حد فاصل RAM و نوار مغناطیسی عمل کند. راه حل کار، ذخیره‌سازی با دسترسی تصادفی بود (آنچه که ما امروز آن را به عنوان ذخیره‌سازی ثانویه می‌شناسیم). بنابراین، در سال ۱۹۵۳ پس از گذر سال‌ها تجربه‌ی درام مغناطیسی و نوار، آی بی ام موفق به تولید درایو‌ هارد دیسک شد.

اولین درایو هارد دیسک در سال ۱۹۵۶ در محصول IBM 305 RAMAC به کار گرفته شد. ابعاد خود رایانه با اندازه‌های ۹.۵ متر در ۱۵ متر حجیم محسوب می‌شد و حجم درایو ذخیره‌سازی که اولین هارد دیسک تجاری بود به ۱.۵ مترمکعب می‌رسید. این درایو شامل ۵۰ پلاتر (دیسک گردان) به قطر ۲۴ اینچ (معادل ۶۱ سانتی‌متر) بود که ظرفیت کل آن به ۵ میلیون کاراکتر (۵ مگابایت) می‌رسید. این مقدار معادل استفاده از ۶۴۰۰۰ کارت پانچ بود. در این هارد دیسک فقط از دو هد برای خواندن و نوشتن آرایه‌های کل پلاتر استفاده می‌شد. پلاترها تنها ۱۲۰۰ دور بر دقیقه می‌چرخیدند که همین امر، متوسط زمان دسترسی به اطلاعات را خیلی کند می‌کرد.

سال ۱۹۶۱، IBM دیسک ذخیره‌سازی ۱۳۰۱ را عرضه کرد. این دیسک اولین درایوی بود که علاوه بر هد متحرک، از یک هد به ازای هر صفحه‌ی پلاتر استفاده می‌کرد. دیگر ویژگی‌های فیزیکی دیسک‌های سخت از آن زمان تا کنون ثابت باقی مانده است.

اواخر دهه‌ی ۶۰، زمانی که هنوز از کارت‌های پانچ و نوارهای مغناطیسی برای انتقال اطلاعات رایانه استفاده می‌شد، IBM دست به ارایه‌ی ابزاری قابل حمل، ارزان‌قیمت و قابل اعتماد به نام فلاپی دیسک زد. اولین فلاپی دیسک، که در سال ۱۹۷۱ منتشر شد، دارای قطر ۸ اینچ بود و می‌توانست تنها ۸۰ کیلوبایت اطلاعات را فقط به صورت خواندنی ذخیره کند. (تصویر آن را در بالا مشاهده می‌کنید). پس از آن در سال ۱۹۷۲ شرکت ممورکس (Memorex) اولین فلاپی دیسک خواندنی/ نوشتنی را ابداع کرد و در سال ۱۹۷۳ شرکت IBM شروع به جایگزینی کارت پانچ خوان‌ها با درایوهای فلاپی کرد.

با گذر زمان، معلوم شد که دیسک‌های ۸ اینچی برای استفاده در ریزرایانه‌ها بسیار بزرگ هستند. از این رو در دهه‌ی ۷۰ بود که دیسک‌های ۱/۴ ۵ اینچی به عرصه‌ی ظهور رسیدند. هر چند که این درایوها قادر به ذخیره‌ی کمتری از داده‌ها بودند، اما تولید ارزان‌تری داشتند.

اوایل دهه‌ی ۸۰، درایوهای مقرون به صرفه و فلاپی‌ها نقش مهمی در روی کار آوردن رایانه‌های خانگی و اداری مانند IBM PC و Commodore 64 ایفا کردند. این گونه بود که درام‌های مغناطیسی و کارت‌های پانچ به تاریخ پیوستند و تا پایان قرن از فلاپی برای توزیع و ذخیره‌ی نرم‌افزارها استفاده می‌شد.

باور کنید یا نه، دیسک‌های نوری قبل از سال ۱۹۵۸ اختراع شده بودند. سال ۱۹۷۲ بود که از اولین نمونه‌ی کاربردی این دیسک‌ها به شکل یک دیسک لیزری با عرض ۱۲ اینچ رونمایی شد! هر چند که تا قبل از سال ۱۹۷۸ این نوع دیسک نتوانست به بازار راه پیدا کند. البته آن زمان نوارهای ارزان قیمت VHS چندین سال بود که در بازار جولان می‌دادند و دیسک لیزری در این میان دست و پا گیر و گران‌قیمت محسوب می‌شد. از این رو هیچ گاه شانس این را پیدا نکرد که حضور فعالی در بازار از خود نشان دهد و به عنوان یک فضاحت تجاری بزرگ شناخته شد.

با این حال، زندگینامه‌ی خویشاوندان نسل بعد دیسک لیزری کمی پایان خوش‌تری داشت. اولین دیسک صوتی در سال ۱۹۸۲ خود را معرفی کرد و برنده‌ی رقابت با نوارهای مغناطیسی موجود در آن دوران شد. اوایل دهه‌ی ۸۰ بود که دیسک‌های خواندنی CD-ROM وارد بازار شدند و در سال ۱۹۹۰ سونی و فیلیپس اولین محصول CD-R را ارایه دادند. اواسط دهه‌ی ۹۰ زمزمه‌هایی مبنی بر کافی بودن درایوهای CD-ROM برای توزیع سیستم عامل‌هایی مانند ویندوز ۹۵ پیچید و اینچنین شد که تا پایان دهه‌ی ۱۹۹۰‌، دیسک‌های نوری جایگزین برادران خود یعنی فلاپی‌ها شدند.

شروع این سفر از ابزارهای ذخیره‌سازی مغناطیسی شروع شد و به پیوند مبارک تکنولوژی ترانزیستورهای سیلیکونی و حافظه‌ی غیرفرار ختم شد. اولین ترانزیستور سیلیکونی در سال ۱۹۵۴ توسط کمپانی "تگزاس اینسترومنتس" (Texas Instrument) ساخته شد و چند سال بعد در سال ۱۹۵۸، نخستین مدار یکپارچه به وسیله‌ی همین شرکت تولید شد. در دهه‌های ۶۰ و ۷۰ میلادی هزاران ترانزیستور به شکل تراشه‌های سیلیکونی فشرده شدند و انقلابی عظیم در قیمت رایانه به راه انداختند. به طوری که هزینه را از میلیون‌ها دلار به هزاران دلار کاهش دادند!

سپس در سال ۱۹۸۰ شرکت توشیبا اولین تراشه‌ی فلش مموری را تولید کرد. نام "فلش" از این واقعیت اقتباس شد که اطلاعات ذخیره شده تنها به وسیله اشعه‌ی ماورای بنفش قابل پاک شدن است. پس از سال‌ها انتظار در سال ۱۹۹۴ اولین کارت حافظه‌های CompactFlash از نوع NOR و در سال ۱۹۹۵ کارت حافظه‌های SmartMedia از نوع NAND وارد بازار شدند. در تراشه‌های مدرن فلش مموری از یک ترانزیستور عایق با گیت شناور استفاده شده است که با به دام انداختن موثر الکترون‌ها، میزان ارزش باینری آن‌ها را حفظ می‌کند. ظرفیت حافظه‌ی این فلش‌ها از ۲ مگابایت شروع شد و به سرعت با بهبود فرآیندهای ساخت و تولید و کاهش سایز ترانزیستورها افزایش پیدا کرد.

کارت‌های مالتی مدیا (MultiMediaCard)، سکیور دیجیتال (Secure Digital cards)، مموری استیک (Memory Stick)، مینی اس‌دی (miniSD)، میکرو اس‌دی (microSD)، درایوهای USB thumb/pen و درایو حالت جامد (SSD) نیز در مسیری رو به آینده حرکت می‌کنند. پس باید منتظر آن زمان باقی ماند تا روند این پیشرفت و توسعه را از زبان آن‌ها شنید.