数据库的前世今生（发展史）数据存储篇

给非计算机专业的管理类学生介绍数据库的发展史，用白话、说的通俗易懂确实有点挑战。闲言少叙，图文并茂，文章有点长，大家搬个板凳坐下看。

从人类社会产生，数据和信息的管理就一直伴随，无论是结绳记事，还是信息技术普及的今天，我们主要聊一下计算机出现后数据管理技术发展史，  在应用需求、 计算机软硬件发展推动下大体经历了三个发展阶段：

人工管理阶段（20世纪50年代中之前）

文件系统阶段（20世纪50年代末--60年代中）

数据库系统阶段（20世纪60年代末--现在）

数据是事物的符号记录，有了计算机后，记录成为了存储数据，那就先从数据数据存储发展变化来讲。

一、人工管理阶段（20世纪50年代中之前）开始时数据存储如下图，数据表示是用卡孔的数量和位置来表示的，就有点像大片《刺客联盟》中天命织布机的人名的表示。电流或者光通过小孔导通记为1，否则记为0，使用汇编语言将01组合的与字符和数据、公式、程序对应，就可以进行计算并得出结果。计算机主要用于科学计算。外部存储器只有卡片和纸带、磁带等，程序设计语言使用汇编语言。

▲打孔纸带

▲1951年 磁带首次用于计算机（Univac）数据存储

▲FORTRAN语言编程的卡片

人们在特定的位置上打洞或者不打洞，来代表“0”或者“1”。这样，要写的程序、要处理的数据，就变成一条条纸带或者一张张卡片，程序指令和数据是在一起的，每一次新数据和公式的加入都要重新打卡，之后再交给当时的计算机去处理，计算机逻辑器件为电子管，无操作系统，采用批处理方式。 

打孔卡表示数据灵感源自美国1890应用于普查数据的赫尔曼·霍尔瑞斯打孔，也是后来IBM卡的前身.

▲美国数据普查的打孔机、打孔卡

▲用纸卡表示图案的英国织布提花机卡-鼻祖

▲再给大家看老师上学时用过的饭卡

上面的卡孔位置和数量代表卡号，如果想花别人卡上的钱你知道怎么干吗：）

▲IBM考勤卡，这才是“打卡”的最初来历吧。

二、文件系统阶段（20世纪50年代末--60年代中）

▲磁鼓

IBM 650计算机上使用的磁鼓长度为16英寸，有40个磁道，每分钟可旋转12500转，可存储10KB数据。

▲磁带存储机

磁带是所有存储媒体中单位存储成本最低、容量最大、标准化程度最高的常用存储介质之一。它互换性好、易于保存，磁带存储器从早期的盘式磁带机发展到盒式磁带机，单元容量从百MB提高到GB甚至TB级别，可靠性和读写速度显著提高，维护成本大大下降。而磁带库通常内置数百至数千盒磁带，并可更换，理论上容量可无限扩展。磁带库内有机械手用于取出和放回磁带，有多台磁带读写机构用于读出和写入数据。

1956年，IBM发明了世界第一个HDD，350RAMAC。这个硬盘有50个24英寸盘片，只有5MB，但是却有两台冰箱一样大，重量超过一吨。被用于当时的工业领域。

▲左边是350RAMAC，右是IBM 1301

1962年，IBM推出1301 HDD，它第一次使用空气轴承，消除了摩擦，这个硬盘容量是28MB。上个世纪50、60年代初，机械硬盘HDD，体积巨大，容量奇小。

三、数据库系统阶段（20世纪60年代末--现在）

上世纪60、70年代，14英寸硬盘大如微波炉。

1960-1970年14英寸硬盘是市场的主流。

1973年IBM推出“温彻斯特”HDD，IBM 3340。“温彻斯特”硬盘，也称温盘。温盘，盘片开始涂磁性材料，并且在同一个轴上装了几片盘片。这使得HDD的体积也得到了减小。温盘是现代HDD的雏形。上世纪70年代-80年代，从8英寸硬盘开始，硬盘开始进入民用市场。

1978-1980年， Shugart Assaciates、Micropolis、priam和昆腾这些老牌硬盘厂商，推出了更小的8英寸HDD，不过容量仅为10M、20M、30M以及40M，相比14英寸硬盘而言要小了很多。然而8英寸的HDD因为容量小，并不受工业领域重视，于是8英寸HDD进入了民用市场。上世纪80年代初，5.25英寸硬盘的体积又缩小了，但是硬盘的容量并没有提升。

世界上第一台5.25英寸HDD ST-506

80、90年代，3.5英寸硬盘，从一开始的不受重视，逐渐成为市场主流。

80年代，3.5寸HDD成本高昂，容量较小，不被重视。直到90年代，3.5寸HDD走向辉煌，取代了5.25英寸HDD，成为台式计算机硬盘主流。80年代末期，2.5寸硬盘诞生。90年代各大厂商纷纷转入2.5寸硬盘生产。

2.5英寸HDD轻便、省电、体积小的特点很让当时的笔记本制造商看好，2.5英寸很快成为市场主流。1984年日本舛冈富士雄博士基于浮栅晶体管技术发明了闪存“Flash”（NorFlash、NandFlash）。在90年代Flash SSD诞生了，90年代末逐渐取代了70年代推出的RAM SSD。Flash SSD开始成为HDD的主要竞争对手。微硬盘时代上世纪90年代后移动数码设备的兴起，小于2.5寸的微硬盘逐渐诞生，进入微硬盘时代。

1992年， 1.8寸HDD诞生了。

2005年，日立推出最小的8GB 1英寸微HDD。

东芝发布的0.85英寸微型HDD。

（光威Msata SSD）

随着MLC、TLC闪存进入消费市场。更小体积更大容量的SSD成为可能。2010年 SATA协会推出msata接口。Msata SSD的出现让SSD也拥有了更小的体积，更适合移动设备使用。

（阿斯加特雷赤新月黄 NGFF M.2）

（阿斯加特NVME M.2 SSD）

2014年3D NAND开始量产。3D NAND让闪存的存储密度更高，这使得更大的容量，更小的体积的SSD成为可能。3D NAND的出现让比Msata SSD体积更小的NGFF规格大小的M.2 SSD成为风潮。

SSD的大小还在进化。随着3D NAND的层数的增加。更小体积的BGA SSD出现了。在2014年以后，三星、英特尔、镁光等相继推出了自己的BGA SSD。BGA SSD，是高密度封装的SSD。指甲盖这么大的BGA SSD容量可达到数百个G。想一想，如果笔记本能够集成一个BGA SSD，那么就可以节约出更多宝贵的空间了，也许笔记本最大的散热问题，就能够轻易解决了。而这只是BGA SSD的应用的一方面，未来BGA SSD将广泛的用于各个领域。

未来的硬盘

3D NAND到72层，已经接近物理极限，难以再进行微缩了。近年来，全世界都在寻找新的存储介质，开发新的存储技术，逐渐从硅基，向非硅基转变。

1、原子存储

在1959年，美国物理学家理查德费曼就提出过原子存储的概念。

在1990年，人们就能够掌握了控制原子的能力，物理学家DonEigler利用扫描隧道电子显微镜将35个氙原子排列成“IBM"字样。

在2012年IBM发现原子存储能够使得存储密度达到现有材料的100倍。

2016《自然纳米技术》报道称，理论上该技术能够在一平方英寸(大约一个SD卡大小)中存储500TB的数据。实际0.1平方毫米里已经可以存入1KB数据。

原子存储未来是非常具有前景的。要使得原子可控，必须保持液氦-196℃的低温环境，成本非常高昂。

2、三大存储技术

MRAM（磁性随机存储器）、PRAM（相变存储器）、RRAM（忆阻器）。这三大技术，可能彻底消除硬盘和内存的界限，让硬盘和内存合二为一。

你还在坚持看吗，明天继续数据与程序篇 ，帮各位追“术”小白继续扫盲。

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