Фиксированные полупроводниковые ПЗУ обеспечивают высокую плотность и низкую стоимость за бит

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) хранит информацию, которая должна быть зафиксирована на весь срок службы системы в генерациях символов, таблицах поиска, микропрограммном коде и других приложениях. Самые ранние полупроводниковые ПЗУ состояли из массивов дискретных диодных устройств, соединяющих строки и столбцы сигнальных проводов на печатных платах. Единица или ноль представлены наличием или отсутствием диода в матрице. В ПЗУ на интегральной схеме (ИС) последний этап процесса изготовления обеспечивает подключение только к определенным требуемым диодам. Поскольку диод образует наименьшую возможную ячейку памяти, устройства ПЗУ предлагают самую высокую плотность и самую низкую стоимость/бит полупроводниковой памяти.

Sylvania Electronic Components, Woburn, MA, произвела 256-битную биполярную TTL ROM для Honeywell в 1965 году. Коды программировались по одному биту за раз путем физического царапания металлических перемычек на выбранных диодах. Также в 1965 году General Microelectronics разработала 1024-битные программируемые ПЗУ с использованием технологии MOS. К началу 1970-х годов Fairchild, Intel, Motorola, Signetics и TI предложили 1024-битные высокоскоростные биполярные ПЗУ, в то время как AMD, AMI, Electronic Arrays, General Instrument, National, Rockwell и другие производили 4096-битные (4K) МОП-устройства.

Ранние крупномасштабные приложения ROM в настольных калькуляторах были превзойдены картриджами видеоигр, которые использовали сотни миллионов устройств 16K и больше от поставщиков из США и Японии. Производство только первой игры Nintendo Super Mario Brothers NES превысило 40 млн единиц. Чипы ROM содержали программную информацию для ранних проектов микропроцессоров.

Микроконтроллеры интегрировали функцию в чип ЦП для приложений, начиная от управления двигателем автомобиля и заканчивая открывателями гаражных ворот. В начале 1980-х годов программируемые пользователем ROM (PROM), использующие предохранители и ячейки энергонезависимой памяти EPROM (NVM), заменили программируемые по маске устройства в прототипировании и приложениях малого объема.

NCR CRAM была «первой коммерчески значимой подсистемой хранения больших объемов данных»

В 1957 году Potter Instruments поставила Univac три экспериментальных устройства трехмерной памяти, разработанных Джорджем Комстоком, которые хранили до 2 миллионов символов на съемных полосках магнитной ленты. Начиная с 1960-х годов несколько компаний представили коммерческие системы массового хранения, чтобы предложить онлайн-доступ к большей емкости. NCR была первой компанией, которая включила массовое хранение в качестве неотъемлемого элемента онлайн-запросов. Представленная в 1962 году система CRAM (Card Random Access Memory) хранила данные на майларовых картах размером 14 x 3,25 дюйма с магнитными дорожками записи. До 16 устройств, подключенных к мэйнфрейму NCR 315, предлагали емкость 80 миллионов символов. Другие системы начала 1960-х годов, основанные на магнитных полосах , включали IBM 2321 Data Cell (MARS) и RCA Magnetic Card File (MCF).

В рамках своей программы суперкомпьютера Stretch IBM разработала подсистему магнитной ленты, которая могла считывать и записывать данные в электронном виде со скоростью 1,5 миллиона символов в секунду. Установленная в Агентстве национальной безопасности США (АНБ) в 1962 году, система IBM 7955 Tractor вмещала до 650 запечатанных картриджей с лентой размером 1,75 дюйма, хранящихся в автоматизированной ленточной библиотеке. Чтобы заменить хранилище печатных документов, IBM в 1967 году поставила в Национальную лабораторию Лоуренса в Ливерморе (Калифорния) фотоцифровую систему хранения Model 1360. PDSS экспонировала, проявляла и хранила полосы фотопленки, содержащие до одного терабита данных в лотках, перемещаемых пневматическим роботом для онлайн-доступа.

Система хранения данных IBM 3850 Mass Storage System (1974) перемещала данные с картриджа на диск и обратно в небольших пулевидных картриджах с магнитной лентой, предназначенных для спиральной записи. Система StorageTek 4400 Automated Cartridge System (1987) интегрировала стандартные ленточные накопители и картриджи в библиотеку. Модульные библиотеки с вращающимся доступом были настроены и расширены в соответствии с требованиями пользователя.

Взаимозаменяемые пакеты порождают совместимых производителей штекеров (PCM)

В 1959 году Лу Стивенс, директор лаборатории разработки IBM в Сан-Хосе, нанял Джека Харкера, который нанял Джима Каротерса, Джека Клеменса, Эрика Солиста и других для разработки дискового накопителя, предлагающего вдвое меньший размер, производительность и стоимость устройства RAMAC .

В октябре 1962 года IBM анонсировала модель 1311, которая уменьшила диаметр носителя с 24 до 14 дюймов и представила концепцию сменного дискового пакета, который сочетал прямой доступ к дискам с преимуществами неограниченной автономной емкости, портативности между отдельными компьютерными системами и безопасного автономного хранения, характерного для ленточных устройств .

Дисковый пакет 1316 состоял из шести дисков диаметром 14 дюймов в съемной сборке. Четырехдюймовая стопка дисков с 10 магнитными поверхностями для хранения (верхняя и нижняя поверхности не использовались) имела емкость 2 миллиона символов. Сменный пакет весил 9,4 фунта с прикрепленными крышками из поликарбонатного пластика.

Улучшения в электронике вместе с подключением к новому компьютеру System/360 Model 40 сделали преемника Model 2311, анонсированного в 1964 году, значительным коммерческим успехом и породили новую отрасль IBM Plug Compatible Manufacturer (PCM), которая навсегда изменила характер рынка дисководов. К 1969 году Century Data, Memorex , Telex и другие предложили конкурентоспособные дисководы типа 2311, которые принимали пакеты дисков 1316. Устоявшиеся поставщики носителей, включая 3M, BASF, CDC и Memorex, а также стартапы Athana, Caelus и CFI, продавали совместимые пакеты.

Новые модели дисковых накопителей, включая несовместимые с IBM версии, такие как CDC Storage Module (SMD) , продолжали анонсироваться в 1980-х годах. Впервые поставленная в 1983 году, модель RA60 от Digital Equipment Corporation (DEC) была одним из последних значительных продуктов со сменными дисковыми накопителями, поступивших в производство. К середине 1990-х годов отрасль полностью вернулась к несменным носителям, чтобы обеспечить дальнейшее улучшение плотности записи.

Bryant Computer Products представляет устройства с объемом памяти до 205 МБ

Осознавая угрозу своему бизнесу, известные производители магнитных барабанов и ленточных накопителей начали разрабатывать конкурирующие устройства HDD.

Первыми участниками рынка стали Librascope, Бербанк, Калифорния; Bryant Computer Products, Уолд-Лейк, Мичиган, и Univac. Говорят, что подразделение Remington Rand, лицензировавшее иностранные права на патент Рабинова на диск , в Сент-Поле, штат Миннесота, было готово выпустить диск в 1956 году, но задержало продажи, поскольку это могло повредить их краткосрочным доходам от барабанов.

Компания Bryant Computer Products (ранее Chucking Grinder Co) начала работу над диском в 1959 году и отправила блок слайдерной технологии с летающей головкой в проект MOBIDIC Корпуса связи армии США в ноябре 1960 года. Показав первое коммерческое применение зональной записи, компания представила дисковые накопители серии 4000 в 1961 году. Зональная запись увеличивает емкость диска, размещая больше данных на длинных внешних дорожках, чем на коротких внутренних дорожках.

Среди физически самых больших приводов, когда-либо созданных, блоки Bryant вмещали до 26 дисков, каждый диаметром 39 дюймов, вращающихся со скоростью до 1200 об/мин. Общая емкость составляла до 205 МБ, а время доступа составляло от 50 до 205 миллисекунд. Компьютер CDC 6600, установленный в лабораториях Лоуренса в Ливерморе, штат Калифорния, использовал несколько дисковых блоков Bryant.

По словам профессора Гарвардской школы бизнеса CM Кристенсена, в период с 1956 по 1990 год в США и за рубежом в бизнес по производству дисковых накопителей вошло 138 фирм. Число активных производителей достигло пика в 1985 году — 75. К 1993 году более 100 из них обанкротились, поскольку отрасль стала одной из самых конкурентоспособных в сфере высоких технологий. По состоянию на 2015 год осталось только три: Seagate, Toshiba и Western Digital. Этот интенсивный уровень конкуренции привел к разработкам, которые привели к резкому увеличению плотности записи и, следовательно, снижению стоимости за бит, и сделали жесткие диски предпочтительной формой компьютерного хранения.

Коммерческий успех «слайдера» в IBM 1301 создал модель для всей отрасли

IBM, Сан-Хосе, Калифорния, начала проект Advanced Disk File (ADF) для достижения 10-кратной емкости хранения при 1/10 времени доступа устройства Model 350 RAMAC в 1957 году. Анонсированный в 1961 году и впервые отправленный клиентам в 1962 году, дисковое хранилище Model 1301 достигло этих целей с помощью специального рычага с аэродинамически контурированной электромагнитной головкой чтения/записи.

Называемая слайдером, головка «летала» над поверхностью каждого диска на слое движущегося воздуха, который образовывал гидродинамический подшипник. Основанный на концепции, описанной инженером IBM Джейком Хагопяном в 1954 году, накопитель Model 353, разработанный для системы 7030 (Stretch), и конкурирующее устройство от Bryant Computer Products поставлялись с летающими головками до 1301, но именно коммерческий успех последнего продукта установил комбинацию летающей головки с одной головкой на поверхность диска в качестве стандарта практически для всех будущих поколений систем HDD. В 2000 году Эл Шугарт назвал летающую головку одним из четырех самых значительных технических достижений в истории хранения данных.

Разработанная под руководством менеджера программы Шугарта, команда 1301 включала Билла Гросса, Кена Хогтона и Расса Бруннера под руководством Джека Харкера. Модуль 1301 состоял из двадцати пяти 24-дюймовых дисков, вращающихся со скоростью 1800 об/мин, которые хранили в общей сложности 28 миллионов символов. Несколько слайдеров, установленных на гребенчатой конструкции рычага, представляли собой отдельную головку для каждой поверхности диска, чтобы повысить скорость доступа к данным за счет устранения задержки, возникающей при перемещении головки с одного диска на другой.

Благодаря исключению внешней подачи сжатого воздуха 350, среднее расстояние от головки до поверхности уменьшилось с 800 до 250 микродюймов, а емкость хранения (плотность записи) увеличилась до 26 000 бит на квадратный дюйм, что в 13 раз больше числа RAMAC. Система бронирования авиабилетов SABRE, впервые разработанная American Airlines и IBM в 1960-х годах, использовала шестнадцать единиц 1301.

Модель 350 RAMAC хранит эквивалент 3,75 мегабайт данных на 50 больших дисках.

В 1954 году Рейнольд Джонсон собрал команду в лаборатории IBM R&D по адресу 99 Notre Dame Ave., Сан-Хосе, Калифорния, которая занималась разработкой быстрых систем хранения данных для замены перфокарт и магнитной ленты в приложениях бухгалтерского учета и управления запасами.

Информируемая идеями Джейкоба Рабинова в NBS, IBM разработала и отправила первый коммерческий жесткий диск (HDD), дисковый накопитель Model 350, в Zellerbach Paper, Сан-Франциско в июне 1956 года как часть системы IBM 305 RAMAC (метод произвольного доступа для учета и контроля).

HDD хранит цифровые данные в магнитном материале на жестких вращающихся дисках. Информация записывается на диск и восстанавливается с него подвижными блоками чтения и записи, называемыми головками. Электронные схемы и программное обеспечение управляют движением головок, обрабатывают формы сигналов и управляют общей работой системы. В модели 350 пятьдесят дисков диаметром 24 дюйма, установленных на шпинделе, вращающемся со скоростью 1200 об/мин, хранили 5 миллионов 6-битных символов с плотностью записи 2000 бит/кв. дюйм, что эквивалентно 3,75 мегабайтам емкости хранения данных.

Индуктивные магнитные головки чтения/записи с принудительной воздушной амортизацией на рычаге на высоте 800 микродюймов над поверхностью для создания гидростатического подшипника. Привод перемещал рычаг с диска на диск со средним временем доступа менее 1 секунды. Устройство высотой 5 футов и шириной 6 футов весило более одной тонны (включая отдельный воздушный компрессор, необходимый для работы) и сдавалось в аренду за 750 долларов в месяц.

Три поколения приводов RAMAC были разработаны для компьютеров 305, 650, 1401, 1410 и 7070, прежде чем IBM объявила о модели 1301 в 1961 году. Емкость удваивалась в каждом поколении. Работающий, восстановленный привод и дисковый стек выставлены в Галерее памяти и хранения Музея истории компьютеров.