Home » Forskning » Datalagringens historie
Datalagringens historie

Datalagringens historie

Share

Historien om computerlagring bugner af skøre ideer

I en tid, hvor ram bliver målt i gigabyte, og harddiskplads måles i terabyte, er det svært at forestille sig dengang, da lagerkapacitet skulle bygges i hånden, og hver eneste bit var hellig.

Men computerens historie er også historien om vores evne til at gemme data på et mylder af forskellige måder. Man kan hævde, at den hurtige udvikling fra tidlig ram og permanente lagerenheder satte lige så meget gang i udviklingen af computerteknologien, som opfindelsen af transistoren gjorde for cpu-hastighederne. Men til at begynde med havde computerne ikke hukommelse i moderne forstand.

Da Manchester Baby-computeren første gang kørte i 1948, var den revolutionerende, fordi den gemte sine programmer i form af ram. Det lyder indlysende nu, men hvis man ville afvikle et nyt program på en computer dengang, krævede det som regel flere ugers arbejde med ledningsføring. Det vendte Baby op og ned på. Nu kunne man indlæse og køre programmer i løbet af få timer.

Babys imponerende evner skyldtes en sindrig lagerenhed, der hed et Williams-rør. Hukommelsen byggede på det princip, at når en strøm af elektroner blev sendt gennem et vakuumrør og ramte et fosforescerende lag i den anden ende, blev der opbygget små statiske ladninger der, hvor strømmen ramte fosforet. En række plader foran laget registrerede ladningerne.

Men fordi ladningerne hurtigt forsvandt, behøvede man et kredsløb til at aflæse, hvilke bit der var tale om, og bruge elektronstrømmen til at gendanne dem med få millisekunders mellemrum. Williams-rør kunne lagre cirka 1kB, og selv om det lyder bøvlet, er de beslægtede med nutidens DRAM-chips. De virker ved at lagre små elektriske ladninger i mikroskopiske kondensatorer, der bliver frisket op med få mikrosekunders mellemrum.

I efterkrigsårene brugte amerikanerne også fosfor til at lagre data. Radio Corporation of America (RCA) blev inspireret af Institute for Advanced Study’s computerpioner John von Neumann og begyndte at arbejde på Selectron-røret i 1946.

Denne enhed fra rumalderen fyldte omtrent det samme som et barns underarm. Der kørte en katode midt i den, og den var fyldt med elektronik. De forskellige modeller kunne lagre fra 256 til 4096bit data på individuelle fosforprikker. Selectron på 256bit blev budgetteret til en produktionspris på cirka 500 dollar, og den var både hurtigere og mere driftsikker end Williams-røret.

Selectron var imidlertid vanskelig at lave og dyr at producere, og ingeniørerne begyndte derfor at udvikle andre sære og prægtige former for hukommelse. Delay-lines, der blev opfundet af computerpioneren J. Presper Eckert, er en af de mærkeligste.

Meningen var at omdanne enkelte bit til mekaniske vibrationer og sende dem enkeltvis gennem et kompakt medium – for eksempel en beholder med kviksølv – så de bevægede sig relativt langsomt. Når hver enkelt vibration nåede den anden ende, blev den registreret af en piezoelektrisk krystal, konverteret tilbage til en elektrisk impuls og sendt tilbage til begyndelsen igen. Delayline-hukommelse kunne opfriskes, og i modsætning til moderne ram var der tale om seriel adgang.

Når computeren skulle have adgang til en bestemt mængde delayline-hukommelse, måtte den vente et par millisekunder, indtil den relevante vibration nåede enden af beholderen.

Delayline-hukommelse krævede også kompliceret udstyr for at kunne fokusere på vibrationerne, så de ikke blev kastet tilbage fra beholderens indvendige vægge og skabte interferens. Af den grund var delayline-hukommelse for uhåndterlig og begrænset til at kunne overleve. Både Selectron og Williams-røret blev overhalet af en langt mere praktisk og økonomisk form for hukommelse, der stod over for at tage verden med storm.

Den hårde kerne

Siden lanceringen i begyndelsen af 1950’erne blev den såkaldte ”kernehukommelse” hurtigt den dominerende teknologi. Den var ikke-flygtig og billig at lave, og den overlevede et godt stykke ind i 1970’erne – selv efter fremkomsten af DRAM-chips.

I en kernehukommelse føres ferromagnetiske ringe kun få millimeter over ledninger, der løber lodret, vandret og diagonalt i et stort net. De vandrette og lodrette ledninger kaldes henholdsvis X og Y, og de bruges til at kontakte enkelte bit til både læsning og skrivning. De diagonale ledninger kaldes ”sensewires”.

[pt id=’2004065′ size=’large’ link=’file’ html_attrs=’title=”Efterkrigstidens computerteknologi førte til ejendommelige lagerenheder som denne delayline med kviksølv.”‘]

Efterkrigstidens computerteknologi førte til ejendommelige lagerenheder som denne delayline med kviksølv.

En strøm, der repræsenterer de enkelte bits nuværende tilstand bliver sendt gennem disse sensewires, når X- og Y-ledningerne er aktive. Magnetisering kræver en vis mængde elektricitet, og når man kun leverer halvdelen af denne strøm til et enkelt par X- og Y-ledninger, forbliver de, der omgiver den bit, der skal læses, uændrede. Problemet er, at den kerne, der bliver kontaktet, også bliver overskrevet, når dens bit bliver læst.

Se også:  Ram-klodser falder i pris - sådan gør du de bedste køb

Når bittens værdi er blevet indlæst i sådan et system, skal den gendannes med en frisk strøm, der gentager kontaktproceduren og fører kernen tilbage til dens oprindelige magnetiske tilstand. På trods af denne komplicerede metode til at lagre og hente data havde tidlig kernehukommelse en læse/skrive-cyklustid på kun seks mikrosekunder.

Da kernehukommelsen havde indtaget førerpladsen inden for ram-teknologi, var adgangshastighederne nede på næsten et enkelt mikrosekund – kun 1,2ms. Men kernehukommelses dage var ved at være talte. Folkene på Bell-laboratorierne havde arbejdet på en revolutionerende teknologi – transistoren – siden 1948. 20 år senere skulle den teknologi ændre computerens væsen næsten fra den ene dag til den anden.

[pt id=’2004069′ size=’large’ link=’file’ html_attrs=’title=”RCA Selectron er en tidlig udgave af ram der kunne lagre op til 4.096 bit.”‘]

RCA Selectron er en tidlig udgave af ram, der kunne lagre op til 4.096 bit.

Den første ram-chip

De første kommercielle transistorer var små, billige og frem for alt pålidelige. Transistorer afløste snart de klodsede og upålidelige radiorør som hovedkomponenten i logiske porte, og man finder dem i cpu’er fra begyndelsen af 1950’erne. De kunne skifte ved langt højere frekvenser end rørene – hvilket gjorde cpu’erne hurtigere – men de krævede kun en brøkdel af den strøm, rørene brugte.

Men blandt andet på grund af den arbejdsmængde, det krævede at lave store hukommelsesenheder på basis af mange identiske transistorbaserede kredsløb, var det ikke før i 1970, at kernehukommelsen måtte se sin rolle som den dominerende form for ram truet for alvor.

[pt id=’2004066′ size=’large’ link=’file’ html_attrs=’title=”En sektion kernehukommelse. X- og Y-ledningerne bliver vist i rød og blå og sensewirerne er grønne.”‘]

En sektion kernehukommelse. X- og Y-ledningerne bliver vist i rød og blå, og sensewirerne er grønne.

Det var dengang, Intel lancerede sin første kommercielle DRAM-chip: model 1103. Den rummede 1024 bit, men dens fysiske størrelse (cirka 25 millimeter lang), lave strømforbrug og pålidelighed ændrede computerne lige så meget, som kernehukommelsen havde gjort det i 1950’erne.

Hver bit blev dannet fra kun en mikroskopisk transistor og kondensator på en siliciumchip, der indeholdt tusinder af identiske komponentpar, og derfor var 1103 så enkel at lave som en mikroprocessor. I 1974 muliggjorde kombinationen af stadig større DRAM-chips og billige mikroprocessorer de første masseproducerede hjemmecomputere. Atter engang havde lager ført an i den stigende globale computerkraft.

[pt id=’2004067′ size=’large’ link=’file’ html_attrs=’title=”Intels DRAM-chip fra 1970 1103 var et forvarsel om den computereksplosion der fulgte efter.”‘]

Intels DRAM-chip fra 1970, 1103, var et forvarsel om den computereksplosion, der fulgte efter.

Papirhukommelse

Udviklingen af hovedhukommelsen bliver fulgt op af behovet for permanent at gemme programmer, data og resultater, som man nemt kan få adgang til. Selv i slutningen af 1940’erne var det at skrive alle disse manuelt ind blevet en alvorlig flaskehals, der begrænsede det arbejde, den enkelte computer kunne udføre – selv hvis den arbejdede 24 timer i døgnet.

Efterhånden som videnskabsfolk og erhvervsfolk fik øjnene op for, hvad computere kunne gøre for dem, fandt man løsninger på problemer lige fra beregning af en samlet lønudbetaling med 100 procents nøjagtighed til de uhyrligt komplicerede udregninger, der lå bag brintbomben. Men det gik for langsomt. Og computerne voksede frem under den kolde krig. Et teknologisk efterslæb i Vesten kunne føre til dommedag.

Hulkort og papirbånd var de mest indlysende lavteknologiske løsninger til input af data og programmer, og de havde omfattende succes. De oprindelige Colossusmaskiner hos Bletchley Park brugte papirbåndsinput til at forhindre synkroniseringsproblemer.

[pt id=’2004068′ size=’large’ link=’file’]

 

[pt id=’2004068′ size=’large’ link=’file’ html_attrs=’title=”Papirbånd og hulkort var engang en inputmetode.”‘]

Papirbånd og hulkort var engang en inputmetode.

Efterhånden som den udbredte brug af computere eksploderede, overførte ydmyge dataansatte information fra skrevne sider. De slog huller i hulkort og papirbånd, så de kunne blive indlæst i computeren. Denne metode var billig, og det betød, at papirbaseret lager overlevede ind i slutningen 1970’erne.

Se også:  Ram-klodser falder i pris - sådan gør du de bedste køb

Hulkort havde en særlig ulempe: Hvert kort med 80 søjler svarede til et enkelt udsagn, og det færdige program bestod af en stak hulkort. Man fik problemer, hvis man tabte eller væltede stakken. I så fald skulle kortene lægges tilbage i den samme rækkefølge, før de kunne indlæses i computerens kortlæser.

Så bliver det magnetisk

Magnetiske bånd blev taget i brug i begyndelsen af 1950’erne som generelle lagerenheder. De var hurtige og kunne lagre langt flere data end papirbånd, og man kunne skrive på dem flere gange.

Men der var stadig kun tale om seriel adgang. Hvis man ville skrive noget ind i de data, der lå på båndet, skulle man normalt læse dataene på et bånddrev og skrive dem til et bånd, der lå på en anden. Når man nåede det rigtige sted, skrev man de nye oplysninger ind i datastrømmen.

Et stort båndbibliotek gav computerne adgang til enorme mængder lagerplads, men man havde også brug for en form for lager, der ikke krævede, at en ansat skulle hente det fra biblioteket. Og man havde brug for vilkårlig adgang til data.

Den første løsning var ”magnetic drum”-lager, der kom frem i midten af 1950’erne. Inden i enheden – der var dækket med jernoxid – roterede hver cylinder flere tusinde gange i minuttet. En række læse-/skrivehoveder gennemskar cylinderen – et for hvert spor – og læste eller skrev information hurtigt og efter behag.

[pt id=’2004070′ size=’large’ link=’file’ html_attrs=’title=”Magnetisk drum-lager førte hurtigt til udviklingen af den virtuelle hukommelse som vi stadig ser i moderne operativsystemer”‘]

Magnetisk drum-lager førte hurtigt til udviklingen af den virtuelle hukommelse, som vi stadig ser i moderne operativsystemer

Denne teknologi førte hurtigt til udviklingen af den virtuelle hukommelse, som vi stadig ser i moderne operativsystemer. Computerproducenterne så, at når et program kører, er det ikke nødvendigt, at dets kode eller arbejdsdata ligger i ram hele tiden.

Adgangen til de lagrede data var hurtig, og derfor kunne man frigøre ram ved at kopiere hukommelsesblokke, indtil operativsystemet skulle bruge dem. Pludselig kunne computerne have enorme ”virtuelle” hukommelser og køre programmer, der var for store til den fysiske ram.

Ind i rampelyset

Materialers fysiske egenskaber har været en rig arbejdsmark for computeringeniører, der ville øge både lagertætheden og dataadgangens hastighed. Videnskabsfolkene begyndte at undersøge mulighederne for at bruge lys som lagermedium i den ikke alt for fjerne fremtid.

Den datatæthed, som optisk lager kan tilbyde, overhalede langt pc’ernes harddiske, da cd’en blev lanceret i 1982. På en tid, da harddiske stadig rummede omkring 20MB, kunne de første cd-rom’er lagre 650MB.

Selv om magnetiske diske siden har generobret lagertronen, kan de optiske diske måske slå til igen. Videnskabsfolkene bliver stadig klogere på, hvordan man udnytter lysets egenskaber, og mulighederne for ikke blot lager og kommunikation, men også for computerteknik bliver mere og mere iøjefaldende.

Nye lysbaserede lagermetoder løber nemt fra harddiskenes kapacitet. Holografiske teknikker, for eksempel, lover optiske diske, der kan lagre 3,9TB. Forskningen i lysbaserede mikroprocessorer udvides hvert år, og på et tidspunkt får vi måske den ”hvidglødende teknologi”, man talte om i 1960’erne. Dengang var der ingen, der kunne forudsige, hvor langt lagerteknikkens historie allerede har ført os – og ingen aner, hvor vi vil være i 2050.

Nram: Tilbage til fremtiden?

Bliver ram sat i skyggen af nanorør og deres hukommelse?

Bittesmå gitre af kulstof, der minder om hønsenet på atomniveau, forventes at blive det næste store skridt inden for ram. Såkaldt nanorørshukommelse kan revolutionere ikke kun computere, men også en række andre enheder.

En udgave af nanorør virker som metaller, der kan lede elektricitet med meget ringe modstand. En anden version udgør fremragende elektriske isolatorer i bredden, samtidig med at de leder varme på langs.

En tredje variant er halvledere, der kører ved hastigheder, som langt overstiger silicium. Uanset hvilken form de fremstår i, kan nanorør også fungere glimrende ved temperaturer op til 2.800 grader i vakuum – hvilket gør dem ideelle til brug i verdensrummets ekstreme miljø.

[pt id=’2004064′ size=’large’ link=’file’ html_attrs=’title=”Bliver dette ”hønsenet på atomniveau” fremtiden for ram?”‘]

Bliver dette ”hønsenet på atomniveau” fremtiden for ram?

Et firma producerer allerede ram-chips, der bygger på nanorør. Nantero Inc. fra Woburn i Massachusetts har ret til begrebet nram. De chips, Nantero laver, bliver produceret ved hjælp af almindelige halvlederprocesser, og alligevel har de enkelte komponenter kun en bredde på få atomer. Det betyder, at datatætheden kan være langt højere end i almindelige ram-chips af silicium.

De enkelte bit i nram-chips bliver ladet ved hjælp af en elektrisk strøm, og de er ikke-flygtige – det minder lidt om højteknologiske udgaver af fortidens kernehukommelse.

[themepacific_accordion] [themepacific_accordion_section title=”Fakta”]

Fakta

[/themepacific_accordion_section] [themepacific_accordion_section title=”Fakta”]

Fakta

[/themepacific_accordion_section] [/themepacific_accordion]


TAGS
Datalagring
hukommelse

DEL DENNE
Share


Mest populære
Populære
Nyeste
Tags

Find os på de sociale medier

Modtag dagligt IT-nyhedsbrev

Få gratis tech-nyheder i din mail-indbakke alle hverdage. Læs mere om IT-UPDATE her

Find os på FaceBook

AOD/AOD.dk

Brogårdsvej 22
DK-2820 Gentofte
Telefon: 33 91 28 33
redaktion@aod.dk

Audio Media A/S

CVR nr. 16315648,
Brogårdsvej 22
DK-2820 Gentofte
Telefon: 33 91 28 33
info@audio.dk
Annoncesalg:
Lars Bo Jensen: lbj@audio.dk Telefon: 40 80 44 53
Annoncer: Se medieinformation her


AOD/AOD.dk   © 2020
Privatlivspolitik og cookie information - Audio Media A/S