“持久化” 可能没有想象的那么困难

一个 “能反复改写的状态”

• 当然，要能寻址 + 用电路改写

电磁感应：物理和数字世界的桥梁

1D 存储设备：把 Bits “卷起来” (磁带：1928)

• 纸带 (今天是塑料) 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：电磁头 (电磁铁) 改变磁畴磁化方向

磁带：可以密度很高，也可以密度不那么高

磁带：作为存储设备的分析

存储特性

• 价格低 (廉价材料，几乎不涉及大规模集成电路)
• 容量高
• 可靠性高 (适当封装)

读写性能

• 顺序读写勉强 (需要等待定位)
• 随机读写几乎完全不行

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)

疯狂内卷：磁盘 (Hard Disk, 1956)

1.5D → 2.5D (2D x n)

• 在二维平面上放置许多磁带

磁盘：克服各种工程挑战

磁盘：克服各种工程挑战 (cont'd)

磁盘：作为存储设备的分析

存储特性

• 价格低：高密度、低成本
• 容量高：2.5D，上万磁道
• 可靠性高 (高速运转的机械部件是潜在的威胁)

读写性能

• 顺序读写：较高
• 随机读写：勉强 (需要等待定位)

应用场景

• 计算机系统的主力数据存储 (便宜；坏了还有可能修)

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
  • 成为了历史的尘埃
• Advanced Host Controller Interface (AHCI); Native Command Queuing (NCQ)

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

曾经，软件是通过软盘发行的！

软盘：作为存储设备的分析

存储特性

• 价格低：极低成本
• 容量低：裸露介质，密度受限
• 可靠性低：不要抱有太大的期望

读写性能

• 顺序读写：低
• 随机读写：低

应用场景

• 存盘按钮