“持久化” 可能没有想象的那么困难

我们只需要一个 “能反复改写的状态”

  • 当然，要能寻址 + 用电路改写

磁带 (Magnetic Tape, 1928)

1D 存储设备

  • 把 Bits “卷起来”
    • 纸带上均匀粘上铁磁性颗粒
  • 只需要一个机械部件 (转动) 定位
    • 读取：放大感应电流
    • 写入：电磁铁磁化磁针

磁带：作为存储设备的分析

分析

  • 价格
    • 非常低 - 都是廉价的材料
  • 容量
    • 非常高
  • 读写速度
    • 顺序读取：勉强 - 需要等待定位
    • 随机读取：几乎完全不行
  • 可靠性
    • 存在机械部件、需要保存的环境苛刻

今天的应用场景

  • 冷数据的存档和备份

磁鼓 (Magnetic Drum, 1932)

1D → 1.5D (1D x n)

  • 用旋转的二维平面存储数据
    • 无法内卷，容量变小
  • 读写延迟不会超过旋转周期
    • 随机读写速度大幅提升

磁盘 (Hard Disk, 1956)

1D → 2.5D (2D x n)

  • 在二维平面上放置许多磁带 (内卷)

磁盘 (cont'd)

克服许多工程挑战

磁盘：作为存储设备的分析

分析

  • 价格
    • 低 - 密度越高，成本越低
  • 容量
    • 高 (2.5D) - 平面上可以有数万个磁道
  • 读写速度
    • 顺序读取：较高
    • 随机读取：勉强
  • 可靠性
    • 存在机械部件，磁头划伤盘片导致数据损坏

今天的应用场景

  • 计算机系统的主力数据存储 (海量数据：便宜才是王道)

磁盘：性能调优

为了读/写一个扇区

  1. 读写头需要到对应的磁道
    • 7200rpm → 120rps → “寻道” 时间 8.3ms
  2. 转轴将盘片旋转到读写头的位置
    • 读写头移动时间通常也需要几个 ms

通过缓存/调度等缓解

  • 例如著名的 “电梯” 调度算法
  • 现代 HDD 都有很好的 firmware 管理磁盘 I/O 调度
    • /sys/block/[dev]/queue
    • [mq-deadline] none (读优先；但写也不至于饿死)

软盘 (Floppy Disk, 1971)

把读写头和盘片分开——实现数据移动

  • 计算机上的软盘驱动器 (drive) + 可移动的盘片
    • 8" (1971), 5.25" (1975), 3.5" (1981)
      • 最初的软盘成本很低，就是个纸壳子
      • 3.5 英寸软盘为了提高可靠性，已经是 “硬” 的了

软盘：作为存储设备的分析

分析

  • 价格
    • 低 - 塑料、盘片和一些小材料
  • 容量
    • 低 (暴露的存储介质，密度受限)
  • 读写速度
    • 顺序/随机读取：低
  • 可靠性
    • 低 (暴露的存储介质)

今天的应用场景

  • 躺在博物馆供人参观
  • 彻底被 USB Flash Disk 杀死