与时间赛跑——数据存储的发展故事

◆本刊综合

人类文明诞生以来，人们一直在寻找有效存储信息的方法。从四万年前的洞穴壁画、六千年前的楔形文字，到今天的云存储、量子存储、DNA存储技术等，人类对信息存储的探索从未停止。

机械化存储

19世纪初，法国人巴斯勒·布乔发明了打孔卡，打孔卡是存储了“图案程序”的存储器，通过存储的打孔图案控制纺织机织造图案。这一发明标志着信息机械化存储形式的开启。1801年，约瑟夫·马里尔·雅卡尔将打孔卡按一定顺序捆绑成带状，应用于提花织机，创造了穿孔纸带的雏形。

1890年，德裔美国人赫尔曼·何乐礼发明了打孔卡制表机，用于收集和统计人口普查数据。在当年的人口普查中，通过打孔制片和打孔机，仅6周就完成了人工需要花费7年才能完成的统计工作。打孔卡制表机开创了一种记录和理解信息的全新方式，标志着半自动化数据处理系统时代的到来。

磁性存储

磁带是单位存储信息成本较低、容量较大、标准化程度较高的存储介质。

1928年，弗里茨·普弗勒默运用磁带在移动过程中被磁化的程度也随音频信号电流的强弱而变化这一原理，将声音记录在磁带上，标志着磁性存储时代的到来。

1932年，奥地利工程师古斯塔夫·陶谢克发明了磁鼓存储器，它包含一个大型金属圆柱体，外表面涂有铁磁记录材料。磁鼓上有许多静态磁头，只需等待磁扇旋转就位便可进行读取。磁鼓存储器开始广泛用于计算机内存，被认作是硬盘驱动器的前身。

20世纪40年代后，人类电子数字计算机技术得以发展。1942年，世界上第一台电子数字计算机ABC测试成功，它使用IBM的80列打孔卡作为输入和输出，以及再生电容磁鼓存储器存储数据。1951年，磁带首次被用在计算机上存储数据，UNIACO是商用计算机史上的第一台磁带机。

磁带库是基于磁带的备份系统，它具备连续备份、自动搜索磁带的功能。在驱动管理软件控制下，还能实现智能恢复、实时监控和统计，这使整个数据存储备份过程完全摆脱了人工干涉。

姗姗来迟的硬盘时代

1956年，世界上第一个硬盘驱动器IBM 350 RAMAC问世。这款质量超过1吨，容量却仅有5 MB的硬盘，标志着硬盘时代的到来。

1973年，Winchester（温彻斯特）硬盘3340问世，它使用了密封组件、润滑主轴和小质量磁头，成为现代硬盘的原型。随着巨磁电阻效应的被发现，基于该效应研究的GMR巨磁阻效应磁头技术以及SMR瓦楞式堆叠磁盘技术，使机械硬盘的磁道密度得以提升上百倍。

2007年，日立率先推出TB级硬盘，成为存储技术发展史上的重要里程碑。该硬盘采用了垂直存储技术，将平行于盘片的磁场方向变为垂直，充分利用了存储空间。此外，垂直存储技术还能改善数据抵抗热退减的能力，提高硬盘的可靠性。

存储介质的“后浪”

随着5G、云计算、人工智能、量子信息等数字技术的出现，人类逐步迈入智能时代。

2000年，Trek公司发布了世界上第一个商用USB闪存驱动器，就是我们俗称的U盘。U盘集闪存介质迅速增强的数据存储能力与小巧的尺寸于一体，成为广受欢迎的移动存储介质。

2006年起，各大软件运营商纷纷推出自己的云存储产品，云存储是一种把数据存放在由第三方托管的多台虚拟服务器的网络在线存储模式，这种模式将存储引入了一个新的时代。

如今，量子存储技术成为存储、变换及控制量子信息的核心技术。DNA分子具有存储密度大、保存时间长的特点，能将面临老化破损危机的人类文化遗产信息和各种重要信息保存千万年，是世界上最可靠的数据存储介质之一。