从穿孔卡到云存储 数据存储这些年究竟经历了怎样的心路历程

随着科技的发展，数据信息成指数上涨。互联网、社交网络、各种形式的应用程序等的普及，数据信息的存储十分重要。

存储行业一直默默的支撑科技网络的发展，与人类生活息息相关。从最早的穿孔卡，应用于纺织行业图案的存储，到后来用于调查人口时的信息存储。存储介质在历史的长河中也是不断的更迭演变。唱片、磁带、碟片的诞生，音乐和影视行业进入了大家的视野，风靡一时。半导体、硬盘、闪存等的出现，推进了信息时代的发展进步。

数据存储默默的支撑着我们人类进步的发展，让我们来了解一下数据存储的发展历史。

1、穿孔卡

（穿孔卡）

这个是最早的数据存储媒介，在1725年由Basile Bouchon发明出来，用来贮存纺织机工作过程控制的信息。但是关于它的第一个专利权，是美国统计专家赫曼·霍列瑞斯（H.Hollerith）博士在1888年申请的。穿孔卡是早期计算机的信息输入设备，通常可以储存80列数据。它是一种很薄的纸片，面积为190×84毫米。

霍列瑞斯同期发明了自动制表机。这种机电式计数装置，比传统纯机械装置更加灵敏，因而被1890年后历次美国人口普查选用，获得了巨大的成功。平均每台机器可代替500人工作，全国的数据统计仅用了1年多时间（之前数据统计需要7年半时间）。

制表机穿孔卡第一次把数据转变成二进制信息。

2、穿孔纸带

Alexander Bain（传真机和电传电报机的发明人）在1846年最早使用了穿孔纸带。穿孔纸带也叫指令带，是早期计算机的输入系统。也用于数控装置作为控制介质。穿孔纸带上必须用规定的代码,以规定的格式排列，并代表规定的信息。纸带上每一行代表一个字符，属二进制编码：带孔为1，无孔为0，经过光电扫描输入电脑。

（穿孔纸带）

3、答题卡

① 打孔答题卡

在机器中放置打孔卡以进行评分

威廉 · 桑德斯（William E. Sanders）发明了给教育机构使用的答题卡，可以增加考试阅卷效率。和打孔纸卡有些类似，学生需要用打孔器在答题卡上戳洞。阅卷时，每一个答案的选项位置，都会有一个金属棒对应。如果答案是正确的，金属帮就会从答题纸的孔穿下去。如果答案错误，金属棒是穿不下去的。最终根据答题纸的称量结果换算出得分。

使用这个装置时，学生们需要用打孔器在答题卡上戳洞。但是戳洞之后就没办法改动答案了，这也让学生们很头疼。

② 涂写答题卡

答题卡（又称信息卡），信息卡将用户需要的信息转化为可选择的选项，供用户涂写。光标阅读机（OMR）设备根据信息点的涂与未涂和格式文件设置将信息还原。

光标阅读机（OMR即是“Optical Mark Reader”），是用光学扫描的方法来识别按一定格式印刷或书写的标记，并将其转换为计算机能接受的电信号的设备。

迈克尔 · 索科尔斯基（Michael Sokolski）充分利用了石墨的不透明性，在答题卡上，使用石墨填涂对应位置，然后用一束光扫描答题卡。利用石墨只会吸收和反射光线，而不会让光线透过它。被涂写的部分就会向外反射出光线。在反射出的方向上有捕捉光线的传感器，答卷数据就会被系统获取并计算出得分。

答题卡一般由基本信息栏、导引道和很多信息位构成。

4、唱片

老式唱片是将声音信号通过调制设备转变为机械信号（振动），将振动记录在盘式胶木唱片（密纹唱片）的轨道上，还原声音的关键设备是拾音器，它有一根针，在密纹唱片的轨道上相对滑行（拾音器本身只作轴向运动，唱片在唱盘上匀角速旋转），将轨道上凹凸不平的坑所产生的振动转化为电信号，然后再通过一系列解调、放大最终到喇叭单元，驱动喇叭产生声音信号。

1877年爱迪生用一张锡箔包裹一个金属圆筒，手动扭转曲柄，成功地在留声机上记录及播放了清晰的声音。

爱迪生发明的第一台录音机

录下的是爱迪生朗读的《玛丽有只小羊》的歌词：“玛丽抱着羊羔，羊羔的毛像雪一样白。”总计8秒钟的声音。

1887年世界上第一张唱片是由美国工程师埃米尔·别尔利赫尔灌制而成。这张唱片现存于美国华盛顿国家博物馆里。早期的唱片中间有两个孔，唱针由里向外转动。唱片只录一面，背面贴有文字说明卡。

1888年德国商人柏林纳发明碟式唱片，唱片逐渐淘汰了唱筒，但这种唱片每次只能连续播放5分钟。唱片用两个手摇转轮带动。

1891年 伯利纳研制成功以虫胶为原料的唱片，发明了制作唱片的方法。

1908年，哥伦比亚开始大量生产双面唱片，此后成为业界标准。

1931年 美国无线电公司(RCA)试制成功331/3转/分的密纹唱片(LongPlay，简称LP)。原来唱片转速为每分钟78转，密纹唱片为每分钟33.5转。大大延长了播放时间。在材料上，由于氯醋共聚树脂代替了紫胶树脂，唱片的颗粒变细，微小的振动也能录制下来，这样高保真的效果得到进一步体现。

1945年 英国台卡公司用预加重的方法扩展高频录音范围，录制了78转/分的粗纹唱片(StandardPlay，简称SP)。

1948年开始，33又3分之1转的唱片发行，经过几年的发展，单面可录音时间将近30分钟，比以往长了很多，故以Long-Playing称之。现在通行的唱片几乎都是33转，所以黑胶唱片就被直接称为“LP”。

1998年国内最后一条黑胶生产线关闭。

2015年12月，黑胶唱片生产再度回归国内，第一条黑胶生产线在番禺正式投产。

5、盘式磁带

磁带是一种用于记录声音、图像、数字或其他信号的载有磁层的带状材料，是产量最大和用途最广的一种磁记录材料。通常是在塑料薄膜带基（支持体）上涂覆一层颗粒状磁性材料或蒸发沉积上一层磁性氧化物或合金薄膜而成。曾使用纸和赛璐珞等作带基，现主要用强度高、稳定性好和不易变形的聚酯薄膜。

在1950年代，IBM最早把盘式磁带用在数据存储上。因为一卷磁带可以代替1万张打孔纸卡，于是它马上获得了成功，成为直到80年代之前最为普及的计算机存储设备。在80年代末的时候，大家都聚在一起看老电影，当时看待巨大的圆盘来回转，这就是盘式磁带。

6、盒式录音磁带

盒式录音带（英语：Compact Audio Cassette，又叫卡带、盒带、卡式录音带，或者简单称为录音带）是一种用于存储声音的磁带。盒式录音带最早用于听写，但在其保真度得到改进后作为盘式录音带的补充广泛用于各种非专业的场合。

盒式录音带上有两个卷轴，控制一条带有磁性涂层的塑料带在其间传递并绕卷。为了保护卷轴和磁带，所有零件被封装在一个硬塑料外壳中。磁带上可以录制两对立体声或单声道音轨。

1963年，飞利浦公司研制成了全球首盘盒式磁带，磁带双面都由塑料外壳包裹，可最大程度保护其中的数据，每一面可容纳30到45分钟的立体声音乐。

1965年，8声轨磁带诞生。

1868年，TDK的超级动态系列上市，宣告了第一款“高保真”磁带诞生。

1970年，第一盘120分钟磁带诞生，即每一面可容纳60分钟的音频数据。

1971年，Advent公司推出了201型磁带机——其搭载杜比B型降噪系统，磁带才被更加认真地用于录制音乐，为之后开始的高保真卡带和播放器时代奠定了坚实基础。

20世纪80年代，以索尼Walkman系列为代表的便携式随身听出现，造就了磁带在全世界范围内的风靡。正是在这个时期，音乐磁带的销售开始取代密纹唱片，随身听一跃成为便携式音乐市场的象征。

7、计数电子管

（计数电子管）

1946年RCA公司启动了对计数电子管的研究，这是用在早期巨大的电子管计算机中的，一个管子长达25厘米，能够保存4KB的数据。但它极其昂贵，很快就消失了，在市场上昙花一现。

8、磁鼓存储器

（磁鼓存储器）

1953年，第一台磁鼓应用于IBM701，它是作为内存储器使用的。磁鼓长度为16英寸，有40个磁道，每分钟可旋转12500转，可存储10KB数据。

磁鼓是利用铝鼓筒表面涂覆的磁性材料来存储数据的。鼓筒旋转速度很高，因此存取速度快。它采用饱和磁记录，从固定式磁头发展到浮动式磁头，从采用磁胶发展到采用电镀的连续磁介质。这些都为后来的磁盘存储器打下了基础。

磁鼓最大的缺点是存储容量太小。一个大圆柱体只有表面一层用于存储，而磁盘的两面都可用来存储，显然利用率要高得多。因此，当磁盘出现后，磁鼓就被淘汰了。

9、汞延迟线

（汞延迟线）

“水银（汞）延迟线存储器”就是最早最早的计算机的内存！在半导体存储器（RAM）磁芯存储器发明之前，水银延迟线存储器就是作为最早的计算机的内存（主存器）来使用的。

水银延迟线存储器可以称得上是史上最笨重的主存储器。使用的水银管称之为：汞槽[mercury tank]是一根直径10mm、长150cm的管子，内部有很多充满水银的管道，使每个汞槽重量超过一吨！

1951年3月，由ENIAC的主要设计者莫齐利和埃克特设计的第一台通用自动计算机UNIVAC-1使用了水银延迟线存储装置。UNIVAC-1使用的水银延迟线是一根直径10mm、长150cm的管子，内部充满水银，两端各有一个转换器分别进行电-声转换和声-电转换，这样，脉冲信号从管子的一端进入，转换成超声波，960ms后超声波到达管子的另一端，然后再转换成电信号输出，不过，要实现存储功能，还需要一些额外的电路：经调制的脉冲信号从管子的一端进入，960ms后从管子的另一端输出，由变换器接收后，经检测、放大、整形和再生，重新反馈到发送端。

一个延迟线电路称作一个通道（channel），每个通道可存储10个91位的字，差不多1000个脉冲，UNIVAC系统中共有100个这样的通道。为了让存储系统稳定工作，水银的温度需要保持在40℃左右，因此要将水银管置于一个类似混凝土搅拌机的容器中，容器中设置有加热器用来加热水银管。

10、硬盘

① 世界第一款硬盘机

1956年9月13日，IBM发布了305 RAMAC硬盘机。与之相关的计算机平平无奇，可是在存储容量方面有着革命性的变化－－它可以存储“海量”的数据，“高达”4.4MB（5百万个字符），这些数据保存在50个24英寸的硬磁盘上。

上吨重的硬盘机，需要飞机托运

1973年，温彻斯特（Winchester）硬盘诞生。

这种硬盘拥有几个同轴的金属盘片，盘片上涂着磁性材料。它们与能够移动的磁头共同密封在一个盒子里面，磁头从旋转的盘片上读出磁信号的变化。

这就是我们今天使用的硬盘的祖先——IBM把它叫做温彻斯特（Winchester）硬盘，也称温盘。

1979年IBM发明薄膜磁头技术，这项技术能显著减少磁头和磁片的距离，增加数据密度。减小体积。读写速度更快，容量更大。

1980年，真正的第一款GB级容量硬盘是由IBM 于1980年推出的IBM 3380，容量达2.5GB。

1991年，硬盘技术取得巨大突破。

在20世纪80年代末，IBM公司推出MR(Magneto Resistive磁阻)技术，这种新型磁头采取磁感应写入、磁阻读取的方式，令磁头灵敏度大大提升，大幅度提高硬盘的工作效率，与此同时盘片的储存密度较之前的20Mbpsi(bit/每平方英寸)提高了数十倍，为硬盘容量的巨大提升奠定了基础。

1997年，划时代技术“GMR巨磁阻效应磁头”诞生。

在1997年时，GMR巨磁阻效应磁头诞生了。新磁头相比MR磁头而言更加敏感，如果说用MR磁头能够达到3～5 Gb/inch2的存储密度，那么使用GMR之后，存储密度可以达到10～40Gb/inch2，相对于以前提高了8倍之多，这使硬盘的存储密度又上了一个台阶。

② 机械硬盘

机械硬盘即是传统普通硬盘，主要由：盘片，磁头，盘片转轴及控制电机，磁头控制器，数据转换器，接口，缓存等几个部分组成。

机械硬盘中所有的盘片都装在一个旋转轴上，每张盘片之间是平行的，在每个盘片的存储面上有一个磁头，磁头与盘片之间的距离比头发丝的直径还小，所有的磁头联在一个磁头控制器上，由磁头控制器负责各个磁头的运动。

信息通过离磁性表面很近的磁头，由电磁流来改变极性方式被电磁流写到磁盘上，信息可以通过相反的方式读取。硬盘作为精密设备，尘埃是其大敌，所以进入硬盘的空气必须过滤。

③ 固态硬盘

固态驱动器（Solid State Disk或Solid State Drive，简称SSD），俗称固态硬盘。存储介质分为两种，一种是采用闪存（FLASH芯片）作为存储介质，另外一种是采用DRAM作为存储介质。

基于闪存的固态硬盘（IDEFLASH DISK、Serial ATA Flash Disk）：采用FLASH芯片作为存储介质，这也是通常所说的SSD。这种SSD固态硬盘最大的优点就是可以移动，而且数据保护不受电源控制，能适应于各种环境，适合于个人用户使用。

基于DRAM类：采用DRAM作为存储介质，应用范围较窄。它仿效传统硬盘的设计，可被绝大部分操作系统的文件系统工具进行卷设置和管理，并提供工业标准的PCI和FC接口用于连接主机或者服务器。应用方式可分为SSD硬盘和SSD硬盘阵列两种。它是一种高性能的存储器，而且使用寿命很长，美中不足的是需要独立电源来保护数据安全。

机械硬盘与固态硬盘优缺点对比：

1、防震抗摔性：固态硬盘是使用闪存颗粒制作而成，所以SSD固态硬盘内部不存在任何机械部件，在发生碰撞和震荡时能够将数据丢失的可能性降到最小。相较机械硬盘，固硬占有绝对优势。

2、数据存储速度：固态硬盘相对机械硬盘性能提升2倍多。

3、功耗：固态硬盘的功耗上也要低于机械硬盘。

4、重量：固态硬盘在重量方面更轻，与常规1.8英寸硬盘相比，重量轻20-30克。

5、噪音：由于固硬属于无机械部件及闪存芯片，所以具有了发热量小、散热快等特点，工作噪音值为0分贝。机械硬盘就要逊色很多。

6、价格：固态硬盘比起机械硬盘价格较为昂贵，性价比较低。

7、容量：固态硬盘目前最大容量为100TB 3.5英寸

8、使用寿命：SLC只有10万次的读写寿命，成本低廉的MLC，读写寿命仅有1万次。因此相对于固态硬盘，机械硬盘寿命更长。

④ 磁盘阵列

磁盘阵列（Redundant Arrays of Independent Drives，RAID）是由很多块独立的磁盘，组合成一个容量巨大的磁盘组。

RAID技术主要有以下三个基本功能：

1）通过对磁盘上的数据进行条带化，实现对数据成块存取，减少磁盘的机械寻道时间，提高了数据存取速度。

2）通过对一个阵列中的几块磁盘同时读取，减少了磁盘的机械寻道时间，提高数据存取速度。

3）通过镜像或者存储奇偶校验信息的方式，实现了对数据的冗余保护。

在RAID中，可以让很多磁盘驱动器同时传输数据，而这些磁盘驱动器在逻辑上又是一个磁盘驱动器，所以使用RAID可以达到单个磁盘驱动器几倍、几十倍甚至上百倍的速率。这也是RAID最初想要解决的问题。因为当时CPU的速度增长很快，而磁盘驱动器的数据传输速率无法大幅提高，所以需要有一种方案解决二者之间的矛盾。RAID最后成功了。

⑤ 微硬盘

微硬盘（Microdrive）最早是由IBM公司开发的一款超级迷你硬盘机产品。其最初的容量为340MB和512MB，而现在的产品容量有8GB、16GB以及30GB等。与以前相比，目前的微硬盘降低了转速（4200rpm降为3600rpm），从而降低了功耗，但增强了稳定性。

微硬盘采用比硬盘更高技术来制作，保证了它的使用寿命，可反复抹写30万次以上，通常能稳定工作五年。同时具有缓存功能，提高数据传输率一般产品都配有128KB容量数据缓存。微硬盘的功耗极小，连接USB就可以用了。具有接口广泛兼容性以及可以进行高速传输数据。

⑥ 移动硬盘

移动硬盘(Mobile Hard disk)是以硬盘为存储介质，计算机之间交换大容量数据，强调便携性的存储产品。因为采用硬盘为存储介质，因此移动硬盘在数据的读写模式与标准硬盘是相同的。随着技术的发展，移动硬盘将容量越来越大，体积越来越小。

11、半导体存储器

用半导体集成电路工艺制成的存储数据信息的固态电子器件。简称半导体存储器。它由大量相同的存储单元和输入、输出电路等构成。

每个存储单元有两个不同的表征态“ 0 ”和“1”，用以存储不同的信息 。半导体存储器是构成计算机的重要部件。同磁性存储器相比，半导体存储器具有存取速度快、存储容量大、体积小等优点，并且存储单元阵列和主要外围逻辑电路兼容，可制作在同一芯片上，使输入输出接口大为简化。因此，在计算机高速存储方面，半导体存储器已全部替代过去的磁性存储器。

动态随机存取内存DRAM

动态随机存取内存DRAM

动态随机存取内存(DRAM)是在1966年发明，是以电容来储存信息；带电的电容代表1、未带电的则代表0，而所谓的“动态“并非意味着内部的什么功能，而是指电容终究会丧失电荷，并必须定期刷新(refreshed)。

同步动态随机存取内存SDRAM

同步动态随机存取内存SDRAM

同步动态随机存取内存(SDRAM)在1970年代的应用很有限，但在1993年时开始被广泛采用──在那之前，RAM虽然能尽可能快速变更已输入资料，SDRAM则是采用计算机的时脉，在资料被储存时进行调节，这让资料能被分配至不同的区域(bank)，可以一次同步执行数个内存任务。

可抹除式可编程只读存储器EPROM

EPROM

可抹除式可编程只读存储器(EPROM)是在1971年由英特尔(Intel)的Dov Frohman 所开发，该种内存是非挥发性的，也就是说尽管关闭电源，内存的状态不会改变。这种内存芯片是电气可编程，信息在暴露在紫外线下时可抹除。

电气可抹除式可编程只读存储器EEPROM

电气可抹除式可编程只读存储器EEPROM

电气可抹除式可编程只读存储器(EEPROM)是在1978年诞生，它胜过电气可编程只读存储器(EPROM)的优势，就是除了在使用中可编程、也能抹除；EEPROM的唯一缺点就是可重复编程的次数有限，但其读写性能在今日已经越来越有进步。

12、CD（光盘、激光唱片）

CD代表小型镭射盘，是一个用于所有CD媒体格式的一般术语。现在市场上有的CD格式包括声频CD，CD-ROM，CD-ROM XA，照片CD，CD-I和视频CD等等。

在这多样的CD格式中，最为人们熟悉的一个或许是声频CD，它是一个用于存储声音信号轨道如音乐和歌的标准CD格式。

1958年，光盘技术诞生了。

1972年，飞利浦（Philips）公司的研究人员开始使用激光光束来进行记录和重放信息的研究并取得了成功。1978年投放市场。最初的产品就是大家所熟知的激光视盘（LD,Laser Vision Disc）系统。此时光盘是只读的。

1979年，SONY公司和飞利浦公司联合发布，在1982年上市。一张典型的5寸光盘（CD），可以保存700MB数据。CD光盘是可读写的。

1993年，由索尼、飞利浦、JVC、松下等电器生产厂商联合制定。在光碟（Compact Disk）上存储视频信息。VCD即 Video Compact Disc 的缩写：视频压缩盘片。它是采用MPEG-1的压缩方法来压缩图像。经该方式压缩和还原后，即使是受过训练的专业试听师也无法分辨出与原来的CD片音质上的差别。这种压缩方式是一种非破坏性的压缩。

1995年，DVD(Digital Video Disc)，又被称为高密度数字视频光盘。它是比VCD更新一代的产品。DVD分别采用MPEG—2技术和AC—3标准对视频和音频信号进行压缩编码。它可以记录135分钟的图像画面。与VCD不同的是它的图像清晰度可达720线。

DVD是使用了不同激光技术的CD，它采用了780纳米的红外激光（标准CD则采用625－650纳米的红色激光），这种激光技术使得DVD可以在同样的面积中保存更多的数据。一张双层DVD容量可达8.5GB。

HVD是英文High-definition Versatile Disc的缩写。HVD代表了中国高清数字视频的未来。HVD集强大的功能、清晰的图像、低廉的价格、优越的向下兼容能力、关键技术、自主知识产权于一身。

13、软盘

软盘（Floppy Disk）是个人计算机（PC）中最早使用的可移介质。软盘的读写是通过软盘驱动器完成的。软盘驱动器设计能接收可移动式软盘。

软盘存取速度慢，容量也小，但可装可卸、携带方便。作为一种可移贮存方法，它是用于那些需要被物理移动的小文件的理想选择。

几种不同型号的软盘

1967年 IBM公司推出世界上第一张“软盘”，直径32英寸。

1971年 Alan Shugart推出一种直径8英寸的表面涂有金属氧化物的塑料质磁盘，这就是我们常说的标准软盘的鼻祖，容量仅为81KB。

1976年 Alan Shugart研制出5.25英寸的软盘。Alan Shugart后离开IBM创办了希捷(Seagate)公司，他也被尊为磁盘之父。

1979年索尼公司推出3.5英寸的双面软盘，容量875KB，到1983年已达1MB。

20世纪90年代 3.5英寸/1.44MB软盘一直是PC的标准的数据传输方式之一新的发展趋势。

14、闪存

快闪存储器（英语：flash memory），在1984年，东芝公司的发明人舛冈富士雄首先提出了快速闪存存储器（此处简称闪存）的概念。

与传统电脑内存不同，闪存的特点是非易失性（也就是所存储的数据在主机掉电后不会丢失），其记录速度也非常快。

同时这是一种电子式可清除程序化只读存储器的形式，允许在操作中被多次擦或写的存储器。这种科技主要用于一般性数据存储，以及在计算机与其他数字产品间交换传输数据，如储存卡与U盘。闪存是一种特殊的、以宏块抹写的EEPROM。早期的闪存进行一次抹除，就会清除掉整颗芯片上的数据。

Intel是世界上第一个生产闪存并将其投放市场的公司。1988年，公司推出了一款256K bit闪存芯片。它如同鞋盒一样大小，并被内嵌于一个录音机里。闪存存取比较快速，无噪音，散热小。

优盘

SD卡

闪存类的产品一般有：U盘、CF卡、SM卡、SD/MMC卡、记忆棒、XD卡、MS卡、TF卡、PCIe闪存卡。闪存还被应用在计算机中的BIOS、PDA、数码相机、录音笔、手机、数字电视、游戏机等电子产品中。

15、云存储

云存储是一种网上在线存储（Cloud storage）的模式，即把数据存放在通常由第三方托管的多台虚拟服务器，而非专属的服务器上。托管（hosting）公司运营大型的数据中心，需要数据存储托管的人，则透过向其购买或租赁存储空间的方式，来满足数据存储的需求。

云存储这项服务可以通过云盘/网盘应用程序、网页化的用户界面或者手机APP来进行访问。云存储就是将储存资源放到云上供人存取的一种新兴方案。使用者可以在任何时间、任何地方，透过任何可连网的装置连接到云上方便地存取数据。

存储管理可以实现自动化和智能化。

提高了存储效率，通过虚拟化技术解决了存储空间的浪费，可以自动重新分配数据，提高了存储空间的利用率，同时具备负载均衡、故障冗余功能。

云存储能够实现规模效应和弹性扩展，降低运营成本，避免资源浪费。

结语

数据存储已经发展了270多个年头，一直伴随着人类社会的发展。未来云计算、大数据、物联网、人工智能等信息技术的发展，数据量更是呈现几何级增长，全球数据总量将从2016年的16.1ZB增长到2022年的175ZB。

面对这即将到来的信息量，数据存储未来又会如何发展，值得我们一起共同见证。

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编译者/作者：引擎矿机

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