一直想寫(xiě)一下存儲(chǔ)的發(fā)展，從用烏龜殼記錄文字到我們?cè)斐鰜?lái)紙筆書(shū)寫(xiě)語(yǔ)言這其中有無(wú)數(shù)人在推動(dòng)文明的發(fā)展。漢語(yǔ)或者英語(yǔ)都是文化的延續(xù)，最終的目的是讓人讀懂。如何將這些文化存儲(chǔ)起來(lái)是人類一直以來(lái)不懈努力去解決的問(wèn)題，從龜殼，竹簡(jiǎn)，紙到如今的電子化設(shè)備每一個(gè)記錄工具的發(fā)展都是一段有趣的故事。我們一起走進(jìn)存儲(chǔ)的世界。
發(fā)條音樂(lè)盒
每一個(gè)孩子的幼年都離不開(kāi)一個(gè)發(fā)條音樂(lè)盒，媽媽哄睡覺(jué)的神器。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)發(fā)條音樂(lè)盒并不屬于存儲(chǔ)的范疇，拿到這里來(lái)說(shuō)，是因?yàn)檫@個(gè)工具在孩童時(shí)會(huì)讓我們以為音樂(lè)盒里存儲(chǔ)了一首歌。
從保存聲音開(kāi)始/音樂(lè)盒的組成有最重要的3個(gè)部分：SOUND
力源（發(fā)條）、芯片（彈簧片）、滾筒
最最重要的就是滾筒：
你能看到上面一個(gè)個(gè)斑斑點(diǎn)點(diǎn)，它的作用就是流動(dòng)的音符，通過(guò)預(yù)設(shè)的音符刻在滾筒上，彈簧片在滾筒滾動(dòng)時(shí)摩擦上面的凸起處發(fā)出聲音。所以你可以把滾筒理解為一段音符的存儲(chǔ)器皿。就這么個(gè)小小的零件，當(dāng)你上滿發(fā)條之后就能播放一段美麗的音樂(lè)。
你可以把它當(dāng)做歌曲播放器的雛形，正因?yàn)橛星叭说膭?chuàng)意才有后繼者用新時(shí)代的技術(shù)繼續(xù)發(fā)揚(yáng)光大。
留聲機(jī)
愛(ài)迪生這個(gè)“大燈泡”一輩子幾乎大部分時(shí)間都泡在實(shí)驗(yàn)室，研究電話和電報(bào)機(jī)的時(shí)候無(wú)意之中發(fā)現(xiàn)了記錄聲音和回放聲音的秘密，在這之前人類從未踏足保存聲音這個(gè)領(lǐng)域。
最先發(fā)明的是圓筒式機(jī)械錄音，圓筒式機(jī)械錄音是縱深式錄音，圓筒中間有一根螺絲作軸，用手搖引軸時(shí)圓筒會(huì)從一端移動(dòng)到另一端，圓筒表面涂有膠蠟，膠蠟上面有一根錄音刻針，與聲膜相連，聲膜連著喇叭口。
對(duì)著喇叭大聲說(shuō)話，聲膜振動(dòng)帶動(dòng)刻針在圓筒膠蠟上滑動(dòng)，圓筒隨轉(zhuǎn)而移動(dòng)就隨說(shuō)話聲音刻上深淺不同的螺旋聲紋。放音時(shí)先退回原位，搖動(dòng)轉(zhuǎn)軸刻針在聲紋里隨著振動(dòng)，帶著聲膜從喇叭發(fā)出說(shuō)話聲。
為了能很好錄音，錄音時(shí)必須大聲說(shuō)話。圓筒膠蠟在較高溫度下，接近熔化。放音時(shí)要冷凍低溫。這是沒(méi)有電子放音機(jī)技術(shù)制作的最早的留聲機(jī)。所以最開(kāi)始的留聲機(jī)限制于記錄聲音的材料導(dǎo)致聲音不清晰。
1887年，愛(ài)彌爾·柏林納制造了一種新型留聲機(jī)。它的特點(diǎn)是，用圓盤形的唱片代替了大唱筒，唱片用兩個(gè)手搖轉(zhuǎn)輪帶動(dòng)。這種唱片留聲機(jī)與唱筒留聲機(jī)相比性能有了明顯提高，是現(xiàn)代電唱機(jī)的雛形。
手搖圓盤唱片式
記錄聲音的材質(zhì)一直在發(fā)展，從一開(kāi)始愛(ài)迪生使用的的錫箔紙到蠟筒：
從蠟筒到圓盤式唱片的鼻祖-78轉(zhuǎn)蟲(chóng)膠唱片：
78轉(zhuǎn)蟲(chóng)膠唱片很重、很硬、也很脆弱，在運(yùn)輸、使用過(guò)程中極易破損。這使得它用來(lái)記錄聲音的凹槽數(shù)量十分有限，一旦刻紋變多就容易損毀。所以78轉(zhuǎn)蟲(chóng)膠唱片一面最多只能刻錄4-5分鐘的音樂(lè)，大部頭的古典樂(lè)壓根沒(méi)有辦法完整記錄下來(lái)，總是在精彩的樂(lè)章中斷。這才使得唱片公司將目光瞄準(zhǔn)后來(lái)出現(xiàn)的人工合成材料——聚氯乙烯，也就是如今常見(jiàn)的PVC塑料。
材料的變化讓記錄的聲音越來(lái)越清晰，越來(lái)越長(zhǎng)。電機(jī)替代了唱片機(jī)上的手搖桿，再也不用專人在機(jī)器邊上守著上發(fā)條。
新進(jìn)入電氣時(shí)代/ELECTRONIC
磁帶機(jī)
我們說(shuō)的磁帶、磁盤都屬于磁存儲(chǔ)的范疇，磁表面存儲(chǔ)器是在不同形狀(如盤狀、帶狀等)的載體上，涂有磁性材料層，工作時(shí)靠載磁體高速運(yùn)動(dòng)，由磁頭在磁層上進(jìn)行讀寫(xiě)操作，信息被記錄在磁層上，這些信息的軌跡就是磁道。磁盤的磁道是一個(gè)個(gè)同心圓，磁帶的磁道是沿磁帶長(zhǎng)度方向的直線。
磁存儲(chǔ)器通過(guò)磁頭和記錄介質(zhì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)完成讀寫(xiě)操作。寫(xiě)入時(shí)，記錄介質(zhì)在磁頭下方勻速通過(guò)，根據(jù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)的要求，對(duì)寫(xiě)入線圈輸入一定方向和大小的電流，使磁頭導(dǎo)磁體磁化，產(chǎn)生一定方向和強(qiáng)度的磁場(chǎng)。由于磁頭與磁層表面間距非常小，磁力線直接穿透到磁層表面，將對(duì)應(yīng)磁頭下方的微小區(qū)域磁化(叫作磁化單元)?？梢愿鶕?jù)寫(xiě)入驅(qū)動(dòng)電流的不同方向，使磁層表面被磁化的極性方向不同，以區(qū)別記錄0或者1。
電氣時(shí)代的存儲(chǔ)和“原始”時(shí)代有本質(zhì)的區(qū)別，存儲(chǔ)01要比存儲(chǔ)原始刻錄簡(jiǎn)單的多，所以這時(shí)候的存儲(chǔ)設(shè)備也逐漸變小，但是容量反而遞增。比如一個(gè)4mm寬的磁帶：
數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣燃s在~150 kB/s,到~500 kB/s之間，可存儲(chǔ)空間從1.3 GB到2.0 GB之間，硬件壓縮可使空間加倍。
磁帶發(fā)展之初我們主要用來(lái)錄音，因?yàn)闊洿艓У倪^(guò)程是讓磁帶繞線圈不斷旋轉(zhuǎn)以拉取后面未燒取的部分，所以磁帶這種存儲(chǔ)工具不具備隨機(jī)存儲(chǔ)的特性。在時(shí)代的洪流中雖然它不能提供快捷查找，但是對(duì)于冷數(shù)據(jù)的場(chǎng)景它非常適用。
如今的磁帶技術(shù)不僅沒(méi)有因?yàn)闀r(shí)代發(fā)展而摒棄反而發(fā)展的相當(dāng)矚目。在2018年發(fā)布的IBM 3592數(shù)據(jù)磁帶使用TS1160格式最大未壓縮容量可達(dá)20TB，而讀寫(xiě)速度也可以達(dá)到400MB/s，均超過(guò)現(xiàn)在的硬盤。
像博物館、科學(xué)研究的歷史數(shù)據(jù)、地址勘探的數(shù)據(jù)這些需要保存但又不經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)使用磁帶來(lái)保存就非常合適。價(jià)格比同級(jí)別的硬盤便宜，不占空間，適合存儲(chǔ)。
能動(dòng)的畫(huà)面-膠片
聲音的記錄我們已經(jīng)沒(méi)有什么問(wèn)題，接下來(lái)到了畫(huà)面的保存。這又是一個(gè)歷史性的時(shí)刻。
膠片的誕生要遲于照相機(jī)的發(fā)明。早在1826年，世界上第一架照相機(jī)便出現(xiàn)了-它由17世紀(jì)的一種便攜式繪圖儀器的暗箱脫胎而來(lái)，看上去有些笨重。聰明的法國(guó)人尼埃普斯對(duì)暗箱作了一番改造，加上鏡頭、光圈和毛玻璃，就制成了照相機(jī)，并在室外花了八個(gè)小時(shí)曝光，拍下了世界上第一張照片。他給它取了個(gè)好聽(tīng)的名字，叫“日光繪畫(huà)”。
這塊寬20厘米、高16.5厘米的錫版，是尼埃普斯拍攝的人類第一張存世照片《窗外風(fēng)景》，現(xiàn)存于哈里·蘭瑟姆中心。（圖片來(lái)蓋蒂博物館）
當(dāng)時(shí)使用的錫板成像曝光時(shí)間太長(zhǎng)，并且成像質(zhì)量也不太清晰，一位叫做達(dá)蓋爾的設(shè)計(jì)師通過(guò)銀鹽來(lái)感光，在曝光后用水銀蒸氣沖洗出潛在的影像，這種方式可以大大縮短曝光時(shí)間。成像之后使用硫代硫酸鈉定影液，即大蘇打或稱“海波”，這樣洗出來(lái)的照片可以留存很久的時(shí)間。
生化材料的發(fā)展也給處于不同歷史時(shí)期的人提供更多思路支撐，1851年英國(guó)人阿徹發(fā)明的火棉膠濕版法攝影工藝，采用玻璃作為片基，并在上面涂上蛋清、碘化鉀以及氯化鈉的混合液。
上圖：美國(guó)總統(tǒng)林肯肖像的玻璃濕版轉(zhuǎn)成正像。
下圖：1864年2月9日攝影師安東尼·伯berger)利用玻璃濕版拍攝的林肯肖像原版。
（上下圖片均來(lái)自Abraham Lincon at Gettysburg)
玻璃處于濕潤(rùn)的狀態(tài)下曝光和顯影，因此攝影師外出拍攝時(shí)，必須攜帶著遮光的帳篷、化學(xué)藥品、玻璃片、笨重的支架以及一壺水，全套裝備通常是整整一馬車。
在隨后的20年里，一項(xiàng)更偉大的發(fā)明誕生了：膠卷。
主要得益于在此前之前誕生的干版工藝，這種攝影工藝是英國(guó)人馬多克斯在1871年發(fā)明出來(lái)的，全名為溴化銀感光乳劑玻璃干版工藝，它讓攝影師解脫了濕版操作的麻煩。
1879年，美國(guó)紐約一位年輕的銀行職員喬治·伊斯曼計(jì)劃購(gòu)買一套相機(jī)外出旅行，那個(gè)時(shí)候玻璃干版攝影工藝還沒(méi)有在美國(guó)普及，市場(chǎng)上能買到的只有笨重且麻煩的濕版工藝。伊斯曼在學(xué)習(xí)使用這套設(shè)備期間產(chǎn)生了困惑：假如帶著它遠(yuǎn)足，一路上還有什么樂(lè)趣呢！于是他下決心研究更加方便的攝影方式。伊斯曼偶爾在一本英國(guó)攝影雜志上讀到了關(guān)于玻璃干版的介紹，這給他帶來(lái)了很大的啟發(fā)。1880年4月，伊斯曼辭去銀行職務(wù)，在羅徹斯特市創(chuàng)業(yè)，開(kāi)始研制照相干版。盡管干版比濕版方便了不少，但伊斯曼并不滿意，因?yàn)椴ＡС林囟乙姿椋膊灰讛y帶。1884年，伊斯曼就嘗試用紙張代替玻璃作為片基，制造出可以卷起來(lái)的紙基膠卷。后來(lái)他又開(kāi)始嘗試用透明的賽璐珞代替紙張作為片基。1888年，伊斯曼對(duì)外正式宣布，他已經(jīng)制造出可以卷起來(lái)的新型“伊斯曼膠卷”，這就是一直通用至今的標(biāo)準(zhǔn)透明片基膠卷。
至此，人類對(duì)于聲音和畫(huà)面的存儲(chǔ)已經(jīng)完成，從刀耕火種時(shí)代到數(shù)字化時(shí)代，我們一直在不斷進(jìn)步。
光盤
電氣化臨門一腳直接讓我們的信息量幾何倍數(shù)遞增，存儲(chǔ)當(dāng)然也不能落后。01表示的電子正負(fù)極稱為數(shù)字存儲(chǔ)的基石。二進(jìn)制編碼作為數(shù)字化存儲(chǔ)的底層編碼必然要求所有的存儲(chǔ)設(shè)備都以利于二進(jìn)制存儲(chǔ)的狀態(tài)出現(xiàn)。
我們想一下我們用什么形狀的容器來(lái)裝這些二進(jìn)制數(shù)據(jù)，我們假設(shè)用一個(gè)方形的容器來(lái)存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)據(jù)，是不是感覺(jué)很怪，當(dāng)你的探針移動(dòng)到右邊界之后還需要先走回來(lái)到左邊界才能開(kāi)始下一行的讀取，這很浪費(fèi)時(shí)間。
所以存儲(chǔ)容器的選擇最好是讓容器轉(zhuǎn)動(dòng)而探針不動(dòng)。符合這個(gè)特性的容器也就只有圓形。
有了容器我們就得想辦法把二進(jìn)制數(shù)據(jù)放上去。光盤是用極薄的鋁質(zhì)或金質(zhì)音膜加上聚氯乙烯塑料保護(hù)層制作而成的，表面有很多級(jí)細(xì)的凹凸不平的數(shù)據(jù)軌：
這些數(shù)據(jù)軌就是我們?cè)诠獗P上燒錄的數(shù)據(jù)，它里面的數(shù)據(jù)軌單位以微米記。所以你如果想用針戳，恐怕是做夢(mèng)。
想要讀取光盤上面的這些數(shù)據(jù)你需要用聚焦的氫離子激光束打到光盤表面通過(guò)記錄槽的長(zhǎng)短不同來(lái)判斷是0還是1。
常見(jiàn)的刻錄光盤主要有3種：CD、DVD和藍(lán)光光盤。普通的CD光盤的容量大概為700M，DVD的容量最大為17G，而藍(lán)光光盤單層最大能存儲(chǔ)27G，如果是多層的話，最大能達(dá)到400G。
TF卡和閃存技術(shù)
半導(dǎo)體芯片的發(fā)展又加速了存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展。光盤少說(shuō)直徑有15cm，而使用半導(dǎo)體芯片作為介質(zhì)存儲(chǔ)則可以把體積縮小到1cm。不僅便于攜帶，因?yàn)樗鼪](méi)有機(jī)械結(jié)構(gòu)，不怕碰撞，沒(méi)有噪音?；陔姴翆?xiě)方式可以做到比傳統(tǒng)機(jī)械讀寫(xiě)快很多倍的速度。
唯一的缺點(diǎn)就是價(jià)格比較貴！
常見(jiàn)基于閃存技術(shù)出現(xiàn)的產(chǎn)品有TF卡，SD卡。
閃存技術(shù)的底層實(shí)現(xiàn)又是什么呢？那就是三極管。
我們知道三極管具備導(dǎo)通和不導(dǎo)通兩種狀態(tài)，這兩種狀態(tài)可以用來(lái)表示數(shù)據(jù)0和數(shù)據(jù)1，因此利用三極管作為存儲(chǔ)單元的三極管陣列就可作為存儲(chǔ)設(shè)備。柵極與硅襯底之間有二氧化硅絕緣層，用來(lái)保護(hù)浮置柵極中的電荷不會(huì)泄漏。采用這種結(jié)構(gòu)，使得存儲(chǔ)單元具有了電荷保持能力，就像是裝進(jìn)瓶子里的水，當(dāng)你倒入水后，水位就一直保持在那里，直到你再次倒入或倒出，所以閃存具有記憶能力。
上圖我們看到閃存技術(shù)采用的浮珊場(chǎng)效應(yīng)管跟普通的不一樣，它有兩個(gè)珊極。
閃存技術(shù)是采用特殊的浮柵場(chǎng)效應(yīng)管作為存儲(chǔ)單元，它具有兩個(gè)柵極，一個(gè)如普通場(chǎng)管柵極一樣，用導(dǎo)線引出，稱為“選擇柵”；另一個(gè)則處于二氧化硅的包圍之中不與任何部分相連，這個(gè)不與任何部分相連的柵極稱為“浮柵”。通常情況下，浮柵不帶電荷，則場(chǎng)效應(yīng)管處于不導(dǎo)通狀態(tài)，場(chǎng)效應(yīng)管的漏極電平為高，則表示數(shù)據(jù)1。由于選擇柵加有高電壓，在電場(chǎng)作用下，這些電子又通過(guò)二氧化硅層到達(dá)浮柵，并在浮柵上形成電子團(tuán)。浮柵上的電子團(tuán)即使在掉電的情況下，仍然會(huì)存留在浮柵上，所以信息能夠長(zhǎng)期保存。擦除時(shí)，源極加上較高的編程電壓，選擇柵接地，漏極開(kāi)路。根據(jù)隧道效應(yīng)和量子力學(xué)的原理，浮柵上的電子將穿過(guò)勢(shì)壘到達(dá)源極，浮柵上沒(méi)有電子后，就意味著信息被擦除了。
閃存帶最小存儲(chǔ)單元是晶浮柵晶體管，對(duì)應(yīng)于磁盤中的一個(gè)bit的存儲(chǔ)單元，難以想象這么大點(diǎn)的TF卡里面到底有多少晶體管！
閃存卡發(fā)展之初是為了支撐便攜式設(shè)備的存儲(chǔ)，1997年推出的卡種只有128M，現(xiàn)在SDXC格式的存儲(chǔ)卡目前最大容量能支持64G，理論容量能支持2TB。
硬盤
終于說(shuō)到了目前存儲(chǔ)的終極形態(tài)：磁盤。同磁帶一樣都是基于電磁效應(yīng)，當(dāng)閉合電路內(nèi)的磁場(chǎng)發(fā)生變化（磁通量變化）時(shí)，閉合電路內(nèi)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。即閉合電路內(nèi)磁場(chǎng)的變化會(huì)使電路內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流。電流的方向與磁極方向有關(guān)。
絕命毒師第五季第一季中，記錄著老白制毒過(guò)程的筆記本電腦被警方獲得并放到了物證室里。老白利用電磁效應(yīng)，在物證室外弄了一個(gè)大‘磁鐵’破壞了筆記本里面的數(shù)據(jù)，就是上面的原理。
硬盤主要由碟片、磁頭、電機(jī)馬達(dá)、接口和控制電路控制芯片組成。
磁頭是一個(gè)外面被線圈纏繞著的U型磁芯，可以看出當(dāng)磁頭通電時(shí)便會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的方向隨電流方向的變化而變化。
磁頭在讀取數(shù)據(jù)時(shí)不與盤片接觸，但是又要越近越好，因?yàn)樘h(yuǎn)無(wú)法感應(yīng)到磁粉的極性，這個(gè)距離現(xiàn)在已經(jīng)可以做到人類頭發(fā)絲的千分之一，肉眼看上去是挨著的實(shí)則還有億點(diǎn)點(diǎn)距離！
當(dāng)給磁頭施加不同的電流方向時(shí)，使磁盤局部產(chǎn)生不同的磁極，產(chǎn)生的磁極在未受到外部磁場(chǎng)干擾下是不會(huì)改變的，這樣便將輸入數(shù)據(jù)時(shí)的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為磁信號(hào)持久化到磁盤上。在磁盤讀取時(shí)，磁頭就相當(dāng)于一個(gè)探測(cè)器，其“掃描”過(guò)磁盤面的各個(gè)區(qū)域時(shí)，各個(gè)區(qū)域中磁顆粒的不同磁化方向被感應(yīng)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，電信號(hào)的變化進(jìn)而被表達(dá)為“0”和“1”，成為所有數(shù)據(jù)的原始譯碼。通過(guò)這種雙向的電磁感應(yīng)作用便完成了磁盤數(shù)據(jù)的記錄和讀取。
碟片的表面涂有磁性材料，厚度一般在0.5mm左右。碟片安裝在主軸馬達(dá)的轉(zhuǎn)軸上，工作時(shí)碟片在主軸馬達(dá)的帶動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)。
盤片有電機(jī)帶動(dòng)做高速旋轉(zhuǎn)，常見(jiàn)的轉(zhuǎn)速為7200轉(zhuǎn)/分，就是指盤片每分鐘轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)。這樣磁頭就相對(duì)盤片做圓周運(yùn)動(dòng)，也就能夠按磁道來(lái)讀取數(shù)據(jù)。除此之外，磁頭的機(jī)械臂還由步進(jìn)電機(jī)控制，沿盤片半徑做直線運(yùn)動(dòng)，以讀取不同磁道的數(shù)據(jù)。一塊磁盤擁有多個(gè)盤片，每個(gè)盤片的上下面都可以讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，而且每個(gè)盤面都有對(duì)應(yīng)的磁頭讀寫(xiě)。例如，如果一塊磁盤有4個(gè)盤面，那么磁頭就有8個(gè)，分別編號(hào)0-7。雖然有多個(gè)磁頭在工作，但是同一時(shí)刻只能有一個(gè)磁頭在讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。在整個(gè)數(shù)據(jù)的讀取過(guò)程中，機(jī)械臂的移動(dòng)稱為尋道，尋道的時(shí)間和盤片旋轉(zhuǎn)的時(shí)間遠(yuǎn)大于半導(dǎo)體電路的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間，是阻礙磁盤讀寫(xiě)性能的最大因素。
盤片這么大，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)是怎么做到定位的呢？肯定是不是滿盤片跑吧！硬盤的設(shè)計(jì)者把一個(gè)盤片如同切西瓜一樣切成很多塊，每一塊被叫做扇區(qū)。
扇區(qū)是磁盤的最小邏輯存儲(chǔ)單元。早期每個(gè)扇區(qū)的大小被設(shè)定為512 kb，現(xiàn)在隨著Cache的發(fā)展，扇區(qū)大小也被標(biāo)定為4096 kb。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到扇區(qū)之后的尋找數(shù)據(jù)又是什么樣的過(guò)程呢？
在早期軟盤和硬盤的尋址方式被稱作「柱面-磁頭-扇區(qū)尋址」，簡(jiǎn)稱CHS尋址，是因?yàn)檫@三個(gè)參數(shù)是軟件交給硬件定位到某個(gè)具體扇區(qū)單元時(shí)使用的參數(shù)。首先柱面參數(shù)讓磁頭臂移動(dòng)到某個(gè)半徑上，尋址到某個(gè)柱面，然后激活某個(gè)磁頭，然后隨著盤面旋轉(zhuǎn)，磁頭定位到某個(gè)扇區(qū)上。
這種尋址方式帶來(lái)的問(wèn)題是，由于要求每個(gè)磁道的扇區(qū)數(shù)相等，而外道的周長(zhǎng)要大于內(nèi)道，所以外道的記錄密度要遠(yuǎn)低于內(nèi)道，不僅造成了硬盤空間的浪費(fèi)，也限制了硬盤的容量。柱面和扇區(qū)數(shù)是固定的，那么這就決定了CHS的最大尋址范圍：
255 _ 1023 _ 63*512/1048576=7.837 GB(1M=1048576 Bytes)
根據(jù)摩爾定律，硬盤存儲(chǔ)的密度越來(lái)越大原有的CHS映射方案已經(jīng)不能解決最大尋址范圍問(wèn)題，所以硬盤廠家引入了邏輯區(qū)位尋址的方案即LBA，操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)直接尋址一個(gè)連續(xù)地址空間中的扇區(qū)號(hào)，不再關(guān)心柱面和磁頭之類的物理參數(shù)，將這些物理細(xì)節(jié)交由磁盤控制器。對(duì)操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)這些上層軟件而言，LBA尋址的抽象仍然保證了連續(xù)讀寫(xiě)提供最快的讀寫(xiě)速度，文件系統(tǒng)仍然會(huì)嘗試根據(jù)LBA地址優(yōu)化，盡量連續(xù)讀寫(xiě)從而減少尋道時(shí)間。
如今的硬盤只有巴掌大一點(diǎn)，那你知道一開(kāi)始硬盤是什么樣子的嘛，可能會(huì)顛覆你的認(rèn)知：
沒(méi)錯(cuò)，就是這么大，一個(gè)盤片能大過(guò)你的臉！
雖然看著這么巨無(wú)霸，但是早起硬盤同現(xiàn)在的機(jī)械硬盤的運(yùn)行原理并無(wú)不同，只是存儲(chǔ)材質(zhì)的進(jìn)步使得單位存儲(chǔ)密度得到提升。
硬盤技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，存儲(chǔ)密度的提升，存儲(chǔ)材質(zhì)的提升都對(duì)存儲(chǔ)容量和讀寫(xiě)速度產(chǎn)生了巨大的改變。除了傳統(tǒng)的機(jī)械硬盤外，最新的硬盤科技還有SSD，固態(tài)硬盤。在固態(tài)硬盤里面，閃存顆粒則替代了機(jī)械磁盤成為了存儲(chǔ)單元。前面我們說(shuō)TF卡的時(shí)候已經(jīng)說(shuō)過(guò)閃存，體積小、存儲(chǔ)速度快是他的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然弱點(diǎn)就是價(jià)格貴！
目前行業(yè)內(nèi)單數(shù)據(jù)盤最大能支持32 TB，硬盤廠商N(yùn)imbus Data推出ExaDrive DC100系列固態(tài)硬盤，最大容量100TB。放在現(xiàn)在這也是一個(gè)巨大無(wú)比的容量，夠你把所有的島國(guó)小姐姐都放進(jìn)去。
最后未被破解的存儲(chǔ)之謎：人腦
我想沒(méi)有什么比人腦這種存儲(chǔ)介質(zhì)更為神奇的。宇宙中最超凡的東西就在你的頭顱里，哪怕你穿梭于外太空的每一寸說(shuō)不定都找不到任何比你頸脖之上這團(tuán)如海綿般柔軟的東西更為復(fù)雜、神奇的東西。
初始化的大腦就像一團(tuán)黑暗，寂靜的云，它從未有任何修飾，也未有任何感覺(jué)。從你面世的那天起，你看到了什么，聽(tīng)到了什么，做過(guò)了什么，都會(huì)在大腦中記憶，存儲(chǔ)，轉(zhuǎn)化。它不斷地給你提供搜索能力，整合能力，邏輯推理能力，預(yù)測(cè)能力，甚至是未知的能力。
光靜靜地坐著什么都不做，你的大腦在30秒內(nèi)處理的信息就超過(guò)了哈勃望遠(yuǎn)鏡30年的工作量。一塊1立方毫米的皮層就能容納2000TB的信息。
那拿當(dāng)前最先進(jìn)的電腦來(lái)說(shuō)如果問(wèn)你這是誰(shuí)，雖然這是張衛(wèi)健扮演的，但你還是會(huì)說(shuō)這是孫悟空。就這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，電腦也無(wú)法在這么快的時(shí)間內(nèi)做出如此迅捷的反應(yīng)。
這是目前做的最強(qiáng)大的仿真機(jī)器人，它也無(wú)法完全模仿人所有的動(dòng)作機(jī)能。比如在泡腳的同時(shí)背單詞和吃東西。
比如這樣的一幅美景，如果你是在現(xiàn)場(chǎng)看風(fēng)景，在你的眼里大概有幾億像素，可能比你看過(guò)最清晰的電影還要清晰幾百倍。像這樣的畫(huà)面你每天要看幾個(gè)小時(shí)，換成二進(jìn)制存儲(chǔ)每天最少就是TB級(jí)別的數(shù)據(jù)。而大腦能不間斷存儲(chǔ)幾十年，自動(dòng)壓縮，去重。能隨機(jī)提取，按場(chǎng)景提取，按特征提取。。。如果要用機(jī)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，可能你需要祭很多個(gè)程序員耗費(fèi)數(shù)千萬(wàn)資金才能實(shí)現(xiàn)這些功能。
重點(diǎn)不是人腦有這些功能，而是人能很輕松的同時(shí)去運(yùn)用這些功能。如果讓人類當(dāng)前創(chuàng)造的機(jī)器來(lái)做同樣的功能，那估計(jì)的把CPU跑爆也不一定能實(shí)現(xiàn)。
人類神經(jīng)感知元的操作是層層傳遞的，比如我們的手破了一層皮：
如果你的眼睛看到了手破皮，大腦會(huì)給出反饋破皮了然后告訴你疼，你會(huì)產(chǎn)生疼的反應(yīng)。
如果你的眼睛沒(méi)有看到的前提下，可能是真的疼觸發(fā)了手部的神經(jīng)元進(jìn)而告訴大腦疼，然后你的眼睛轉(zhuǎn)向手部看到破皮了。
試想這些操作如果用人類的程序來(lái)模擬實(shí)現(xiàn)代碼量是巨大的，但是對(duì)于人本體來(lái)說(shuō)你不會(huì)有什么負(fù)擔(dān)，這就是你作為人本來(lái)就應(yīng)該會(huì)的技能。
最早神經(jīng)科學(xué)家David Hubel和Torsten Wiesel對(duì)貓的視覺(jué)神經(jīng)系統(tǒng)的研究證實(shí)，視覺(jué)特征在大腦皮層的反應(yīng)是通過(guò)不同的細(xì)胞達(dá)成的。其中，簡(jiǎn)單細(xì)胞（Simple Cell）感知光照信息，復(fù)雜細(xì)胞（Complex Cell）感知運(yùn)動(dòng)信息。受此啟發(fā)1980年，日本學(xué)者福島邦彥（Kunihiko Fukushima）提出了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)模型“神經(jīng)認(rèn)知機(jī)（Neocognitron）。用以識(shí)別手寫(xiě)數(shù)字。這種網(wǎng)絡(luò)分成多層每層由一種神經(jīng)元組成。在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部?jī)煞N神經(jīng)元交替出現(xiàn)，分別用以提取圖形信息和組合圖形信息。這兩種神經(jīng)元到后來(lái)演化成了重要的卷積層（Convolution Layer）和提取層（Pooling Layer）。但是這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)元都是由人工設(shè)計(jì)而成，其神經(jīng)元也不會(huì)根據(jù)結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，因此也就不具有學(xué)習(xí)能力，只能限制在識(shí)別少量簡(jiǎn)單數(shù)字的初級(jí)階段。
1994年，計(jì)算機(jī)科學(xué)家Yann LeCun在Geoffrey Hinton組內(nèi)做博士后期間，結(jié)合神經(jīng)認(rèn)知機(jī)和反向傳播算法，提出了用于識(shí)別手寫(xiě)郵政編碼的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)LeNet，獲得了99%的自動(dòng)識(shí)別率，并且可以處理幾乎任意的手寫(xiě)形式。這一算法在當(dāng)時(shí)取得了巨大的成功，并被應(yīng)用于美國(guó)郵政系統(tǒng)中。
盡管如此，深度學(xué)習(xí)并沒(méi)有因此而熱門。原因之一，就是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要更新大量參數(shù)（僅2012年提出的AlexNet就需要65萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元和6000萬(wàn)個(gè)參數(shù)），需要強(qiáng)大的數(shù)據(jù)和算力的支持。
所以現(xiàn)如今的神經(jīng)科學(xué)并沒(méi)有發(fā)展，發(fā)展最多的還是深度學(xué)習(xí)和機(jī)器學(xué)習(xí)方向，我們的重心從人腦的研究方向轉(zhuǎn)到目前更加切近生活實(shí)際的領(lǐng)域，圖像識(shí)別，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，聲音識(shí)別，自動(dòng)駕駛等等。都是從基礎(chǔ)領(lǐng)域入手，一點(diǎn)點(diǎn)模仿人的行為。相信等到材料學(xué)下一次巨大進(jìn)步的時(shí)候，我們能夠?qū)崿F(xiàn)真正的”機(jī)器人“！
