Muistiopas osa 5: Reikäkorteista flash-muistiin – Muistien historia

Tämä artikkeli on toteutettu yhteistyössä Samsungin kanssa.

Nykyään ei ole juttu eikä mikään kantaa useita teratavuja taskussa tai ladata asiakirjoja pilveen. Siksi on myös mielenkiintoista muistella sitä, kuinka pitkälle ulkoinen tallennustila on päässyt vuosikymmenien teknisen kehityksen aikana. Tässä artikkelissa muistellaan ulkoisen tallennustilan juuria ja tärkeitä välietappeja, mitkä on käyty läpi nykyisen tekniikan saavuttamiseksi.

Ensimmäiset tietokoneet: Reikäkortti ja magneettinauha

Tietoja haluttiin siirtää tietokoneiden välillä jo kauan ennen kuin yksityinen henkilö osti ensimmäisen kotikoneensa. Jo 1900-luvun alkupuolella, kun tietokoneet täyttivät kokonaisia huoneita, tarvittiin tallennuspaikka ohjelmien kirjoittamiseen, tuloksien tallentamiseen ja tietojen siirtämiseen tietokoneesta toiseen. Tämä oli kauan ennen kuin internet mahdollisti eri paikoissa sijaitsevien tietokoneiden kommunikoinnin suoraan keskenään. Tietokoneet eivät yleensä tuolloin sisältäneet sisäistä tallennustilaa. Kiintolevyt tulivat vasta paljon myöhemmin, ja sisäänrakennettu muisti säilytti tietoja tallessa vain sen aikaa, kun tietokone oli käynnissä. Sisäinen tallennustila oli rajoittunut ja kallis ratkaisu.

Ensimmäinen käytetty tietojen tallennusmenetelmä oli reikäkortit: ne olivat fyysisiä kortteja paperista tai muovista, joissa oli tietyissä paikoissa reikiä, jotka edustivat tietoja tai ohjeita. Kortit olivat erittäin hitaita tämän päivän mittasuhteissa, eikä niitä alun perin oltu edes tarkoitettu tietokoneille. Reikäkortteja alettiin käyttää jo 1800-luvulla automaattisten tehdaskoneiden tai kangaspuiden ohjelmien tallentamiseen. Kuriositeettina voidaan kertoa, että nykyisin ohjelmistopäivitystä kutsutaan usein ”patchiksi” – kun paperikortit tarvitsivat päivitystä, vanhojen reikien päälle laitettiin paikkalappu (= englanniksi patch).

Kuinka paljon reikäkortille mahtui tietoa?

Reikäkortteissa käytettiin useita erilaisia standardeja, mikä vaikutti siihen, miten paljon tietoja niille voitiin tallentaa. Yleinen standardi oli Hollerith-kortti, jossa oli 80 saraketta, joissa yhdessä oli 12 reikää. Jos jokainen reikä edusti yhtä bittiä, tarkoitti se jopa 960 bittiä dataa. Nopeimmat lukijat pystyivät lukemaan lähes 1 000 korttia minuutissa, mikä vastasi suunnilleen noin 2 000 t/s tai 2 kt/s. Suurin osa lukijoista jäi kuitenkin nopeudessa alle puoleen edellä mainitusta.

1950-luvulta lähtien aina ensimmäisten kotitietokoneiden markkinoille tuloon asti magneettinauhoja käytettiin suurempien tietomäärien tallentamiseen. Jokaisessa nauhassa on sarja pieniä magneettialueita, joissa magneettikentän suuntaa symboloi 1 tai 0. Nauhat säilytettiin suurilla keloilla, joita voitiin siirtää tietokoneelta toiselle tai tallentaa arkistoitavaksi. Samanlaisia nauhoilla varustettuja keloja käytetään edelleenkin arkistointiin, tosin nykyaikaisemmassa versiossa. Samaa perusperiaatetta käytetään edelleen kiintolevyissä, mutta nauha on korvattu levyssä olevilla mikroskooppisilla urilla.

Reikäkortti on sen sijaan kadonnut käytännössä kokonaan. Tietokoneiden tallennusmetodit siirtyivät vähitellen suurempiin magneettinauhoihin, päätenäyttöihin tai tekstin tulostamiseen paperille. Reikäkortteja käytetään kuitenkin edelleen joissakin vanhoissa teollisuuskoneissa.

Kasetti: Musiikkimedia, joka tallentaa tietoja

1950- ja 1960-luvuilla tietokoneet olivat edelleen pääasiallisesti suuria ja kalliita koneita yliopistoilla tai suurissa yrityksissä. Magneettinauhat ja 1960-luvulla jopa ensimmäiset kiintolevyt olivat edelleen ensisijainen tallennusmuoto. Ulkoisista kiintolevyistä ei kuitenkaan ollut kyse, vaan jättiläismäisistä laitteista, jotka painoivat lähemmäksi tonnin ja niihin pystyi tallentamaan 3–10 Mt dataa.

Jos kelaamme aikaa eteenpäin 1970- ja 1980-luvun puoliväliin saakka, ulkoisella tallennustilalla on jälleen keskeinen tehtävä. Tuolloin näimme PC:n eli henkilökohtaisen tietokoneen (tai mikrotietokoneen, kuten niitä silloin kutsuttiin) syntymän. Yritykset, kuten Apple, IBM ja Commodore toivat tietokoneet laboratoriosta toimistoihin ja olohuoneisiin.

Kiintolevyt tai flash-tallennusvälineet, sellaisina kuin tunnemme ne nykyisin, olivat vielä monien vuosien päässä, ja kesti vielä kauan, ennen kuin tietokoneisiin rakennettiin sisäinen muisti. Sovelluksia ei voitu asentaa tai ajaa kiintolevyltä. Tämä tarkoitti, että jos halusit pelata peliä, jouduit kirjoittamaan sen itse. Sen aikaiset tietokonelehdet sisälsivät usein lähdekoodia pienille peleille, jotka piti itse kirjoittaa näppäimistöllä.

Kuinka paljon levykkeelle mahtuu?

Eri tietokoneet koodasivat tietonsa kaseteille eri tavoin, mikä vaikutti siihen, kuinka paljon niille voitiin tallentaa. Tallennusnopeus oli yleensä 500 – 2000 bittiä sekunnissa. Kasetissa, jolla oli 90 minuuttia ääntä, tämä vastasi yhteensä 330–1300 kilobitin tallennuskapasiteettia.

Pelin kirjoittaminen jokaista pelikertaa varten ei ollut pidemmän päälle järkevää, joten käyttöön otettiin halpa ja suosittu ratkaisu musiikkiteollisuudesta. Samoja kasettinauhoja, joita käytettiin musiikin ja äänen nauhoittamiseen ja jakamiseen aina 90-luvulle saakka, käytettiin sekä ohjelmien että asiakirjojen tallentamiseen. Ykköset ja nollat tallennettiin äänen muutoksina kasetissa olevalle ääninauhalle.

Yksi kasetti 1400 eurolla

Microsoftin ensimmäinen tuote jo kauan ennen Windowsin olemassaoloa, oli BASIC-ohjelmointikielen toteutus yhdelle ensimmäisistä Altair 8800 -kotitietokoneista. Kieli lanseerattiin vuonna 1975 kasettinauhalle 350 dollarilla. Nykyrahassa se maksaisi noin 1 400 euroa.

Lerput: Levykkeet 70-luvulta eteenpäin

Ensimmäiset levykkeet olivat kahdeksan tuuman (203 mm) kokoisia ja niiden suojakuoret tehtiin pehmeämmästä, joustavasta muovista (tästä lempinimi ”lerppu”), jonka sisällä oli ohut magneettinen levy. Magneettilevy näkyi pienestä ”ikkunasta”, josta voitiin lukea tai kirjoittaa tietoja. Koska levykkeet olivat ohuita, niitä oli helppo säilyttää ja halpa kuljettaa. Tässä muodossa pelejä ja muita ohjelmistoja ostettiin kaupoista ja ne olivat hyvin suosittuja.

Formaatti löi läpi kunnolla 5,25-tuumaisilla levykkeillä, jotka olivat yleisesti käytössä koko 1980-luvun ajan. Niitä seurasi pienempi 3,5 tuuman levyke, jota käytettiin pitkälle 1990-luvulle. Mutta tietokoneiden muistin käyttö ja kehittyneempien ohjelmien kasvava tarve kasvoi nopeammin kuin mitä levykkeitä pystyttiin kehittämään ja jo 1990-luvun alkupuolella suuret ohjelmat vaativat usein kymmenen tai vieläkin useamman levykkeen käyttämistä.

Kuinka paljon levykkeelle mahtuu?

Vanhoista 8-tuumaisista levykkeistä 3,5-tuumaisiin levykkeisiin muistitila kehittyi samoin joka sukupolvessa tallennustiheyden kasvaessa. Ensimmäisten versioiden tilavuus on noin 160 kt, kun taas myöhempien versioiden tila oli enintään 1,2 Mt 8- tai 5,25 tuuman levyillä ja enintään 1,44 Mt 3,5 tuuman levyillä.

Levykkeitä käytettiin laajasti asiakirjojen ja muiden pienempien tiedostojen tallentamiseen aina vuosituhannen vaihteeseen saakka ja niitä käytetään edelleen tietojen tallentamisen symbolina monissa laitteissa. Esimerkiksi useissa tekstinkäsittelyohjelmissa tallennussymboli on edelleen kuva 3,5 tuuman levykkeestä.

Optinen media: CD ja DVD

Koska CD-levyt (compact disc) löivät läpi tallennusmuotona, jolla voitiin ostaa hyvälaatuista musiikkia ja ne olivat vain murto-osa vinyylilevyn koosta, niistä tuli lopulta suosittu tallennusmuoto myös tietokoneilla. CD-levyllä oleva musiikki yleistyi jo 1980-luvulla, mutta levyjä käytettiin laajalti tietokoneissa vasta sitten, kun edulliset ja luotettavat kirjoittavat CD-asemat saatiin kuluttajien saataville. CD-levyillä on satoja kertoja enemmän tietoa kuin levykkeellä, ja ne soveltuvat digitaalisten kuvien, ohjelmien ja pelien säilömiseen.

CD:n jälkeen tuli DVD (Digital Versatile Disc), josta tuli hallitseva väline elokuvien myynnissä 2000-luvun alkupuolella. Tällöin PC-koneiden tallentavat CD/DVD-asemat olivat yleistyneet ja niitä voitiin käyttää suurempien tiedostojen, musiikin ja muun datan tallentamiseen. Jotkut fyysisessä muodossa tietokoneelle myytävät pelit myydään edelleen (yleensä useilla) DVD-levyillä.

Vuonna 2006 lanseerattu Blu-Ray on edelleen hallitseva fyysinen tallennusstandardi teräväpiirtoelokuvissa. Blu-Ray perustuu pohjimmiltaan samantyyppiseen tekniikkaan kuin CD ja DVD. Blu-Ray-levy ei koskaan yleistynyt kuluttajien keskuudessa tavallisessa tiedostojen tallennuksessa, sillä ulkoiset kiintolevyt ja flash-tallennustilat tulivat suosituiksi samaan aikaan ja tarjosivat enemmän joustavuutta.

USB lyö läpi: Varhaiset flash-tallennusratkaisut ja ulkoiset kiintolevyt

Yksi vanhempia tallennusmuotoja rajoittava tekijä oli se, että niiden käyttöön tarvittiin erityisiä lukijoita, kirjoittimia ja niihin liittyviä ajureita. Levyke tarvitsee levykeaseman, CD tarvitsee CD-aseman ja kasetti tarvitsee kasettiaseman. Kun USB tuli markkinoille vuonna 1994, asemaa ei hiljalleen enää tarvittu.

USB-kiintolevyn oli aika ottaa paikkansa parrasvalossa. Siihen mennessä ulkoisia kiintolevyjä oli jo olemassa rajoitetummassa muodossa. Apple julkaisi jo vuonna 1983 ulkoisen kiintolevyn ProFile Apple II -tietokoneelle. Sen sijaan vasta USB:n myötä ulkoisista kiintolevyistä tuli hiljalleen yleisiä.

USB 3.2 Gen 2×1

Kotitietokoneiden ensimmäisen USB-standardin, USB 1.0:n, teoreettinen maksiminopeus oli 1,5 Mt/s. Vertailun vuoksi Samsung T5:n, jolla on USB 3.2 Gen 2 × 1 -tuki, enimmäislukunopeus on 520 Mt/s.

Ensimmäiset ulkoiset kiintolevyt olivat yleensä paikallaan olevia. Liitäntä oli USB, mutta kiintolevy vaati ulkoista virtaa pistorasiasta. Kun USB-tekniikka pystyi toimittamaan enemmän virtaa ja kiintolevyt tulivat pienemmiksi ja energiatehokkaammiksi, tuotiin markkinoille malleja, joita käytetiin pelkästään USB:n kautta. Kun on kulunut vuosikymmeniä kasettinauhojen ja -levyjen ajoista, dataa voidaan kantaa satoja gigatavua pelkästään taskussa.

Varhaiset USB-muistitikut ilmestyivät markkinoille pian vuosituhannen vaihteen jälkeen ja ensimmäisten saataville tulleiden mallien tallennustila oli aluksi 8 Mt. USB-muistitikku ei tarvinnut erityistä lukijaa, sen käyttämiseen tarvittiin vain USB-portti. Tähän mennessä USB-porteista oli tullut jo suhteellisen yleisiä kotitietokoneissa ja niitä käytettiin yleensä hiirien, näppäimistöjen ja muiden yksinkertaisten lisälaitteiden liittämiseen.

Vaikka USB-muistitikuissa oli hieman enemmän tilaa kuin vanhanaikaisessa levykkeessä, oli fiksumpaa ”polttaa” CD-RW-levy, joten flash-tekniikka kehittyi edullisemmaksi nopeasti. Kuten hyvin tiedetään, muistitikkuja käytetään yhä nykyään tiedostojen siirtämiseen tai käyttöjärjestelmien asentamiseen, mutta tallennustila on kasvanut tuhatkertaiseksi.

Thunderbolt 3

Thunderbolt 3 käyttää samaa fyysistä liitäntää (USB Type-C) kuin uusimman sukupolven USB. Protokolla yltää kuitenkin huomattavasti suurempiin nopeuksiin. Sen avulla Thunderbolt 3 -pohjaiset ulkoiset SSD-levyt, kuten Samsung X5, voivat siirtää tietoja 2 800 Mt/s nopeuteen saakka – noin viisi kertaa nopeammin kuin vastaavat USB-liitäntäiset SSD-levyt.

USB-liitäntäisten laitteiden rinnalla nykyisin on saatavilla vielä nopeampi standardi: Thunderbolt. Thunderbolt perustuu pohjimmiltaan PCI Expressiin, samaan tekniikkaan, joka mahdollistaa esimerkiksi näytönohjainten kommunikoinnin tietokoneen prosessorin kanssa. Intel ja Apple kehittivät ensimmäisen Thunderbolt-tekniikan koodinimellä Light Peak ja se lanseerattiin kaupallisesti vuonna 2011. Tämän päivän liitäntätapa on nimeltään Thunderbolt 3 ja se toimii jopa 40 Gt/s nopeudella, joka on sopiva esimerkiksi huippunopeaan flash-tallennukseen.

Ulkoinen SSD: tilava, nopea ja joustava

Ulkoiset kiintolevyt mullistivat kyvyn siirtää paljon tietoa ulkoisten tallennuslaitteiden avulla. Vaikka kiintolevyt ovat gigatavuja per euro -mittapuulla kohtuuhintaisia, ne eivät sovi erityisen hyvin matkakäyttöön. Kiintolevyn magneettikiekkoa kiertävä moottori on suhteellisen paljon virtaa käyttävä ja kiintolevyt ovat tunnetusti herkkiä iskuille ja tärinälle.

Erityisesti 2010-luvun aikana SSD (Solid State Drive) on muuttunut kuluttajaelektroniikan ensisijaiseksi tallennusmuodoksi. Pohjimmiltaan sama tekniikka, jota käytettiin ensimmäisissä USB-muistitikuissa, on kehittynyt tarpeeksi pitkälle tarjotakseen satoja gigatavuja kohtuulliseen hintaan. SSD tarjoaa kovalevyä suuremmat nopeudet ja koska flash-tekniikka ei sisällä liikkuvia osia, se ei ole samalla tavalla herkkä iskuille ja tärinälle.

Kestävä tallennustila

Koska SSD-levyllä ei ole liikkuvia osia, se ei ole erityisen altis iskuille ja tärinälle. Lisäksi esimerkiksi Samsung SSD T5:ssa on vankka alumiinikuori, joten se kestää pudotuksen 2 metrin korkeudesta.

Kun SSD siirtyi ulos tietokoneesta ja sai virtansa USB:n kautta, syntyi ulkoinen SSD, joka tarjoaa monella tapaa parasta monesta eri maailmasta. Ulkoinen SSD on vähän virtaa kuluttava, painaa vähemmän kuin kiintolevy, se on kestävämpi ja melkein viisi kertaa nopeampi kuin ulkoinen kiintolevy. Nykyaikaisten ulkoisten SSD-levyjen avulla voit tallentaa jopa 2 Tt laitteeseen, joka on pienempi kuin matkapuhelin.

Internet ja ulkoisen tallennuksen tarve

Magneettinauhojen ja reikäkorttien ajoista lähtien ulkoisen tallennusvälineen siirtonopeus ja kapasiteetti on lisääntynyt eksponentiaalisesti. Samoin ovat myös käyttäjien vaatimukset. Koko Windows 95 -käyttöjärjestelmä käytti muistia noin 50 Mt. Tietokoneessa, jota NASA käytti kuuhun laskeutuessaan, oli noin 76 kt:n sisäinen muisti (josta 4 kt oli kirjoitettavissa). Vertailun vuoksi pakkaamaton Blu-ray-elokuva käyttää noin 5 Mt/s (40 Mt/s) ja voi käyttää jopa 25 tai 50 Gt tilaa tai nelinkertaisia määriä 4K-resoluutiolle.

Samaan aikaan Internetiä käytetään nykyään useiden tehtävien samanaikaiseen suorittamiseen, joissa aiemmin tarvittiin ulkoisia tallennuslaitteita. Esimerkiksi nykyisin on yleistä ladata pelejä suoraan jakelijalta sen sijaan, että niitä ostettaisiin fyysisillä tallennusmedioilla. Pienemmät tiedostot lähetetään helpommin Internetin välityksellä kuin USB-muistitikulla.

Tehokkaita ulkoisia tallennusratkaisuja voidaan käyttää parantamaan liikkuvan työn tehokkuutta, varsinkin kun kannettavissa tietokoneissa on rajoitettu sisäinen tallennustila. Videon tai kuvien työstäminen saattaa vaatia suuria määriä dataa, jota suuri osa nykypäivän Internet-yhteyksistä ei edelleenkään kykene käsittelemään kokonaan verkon yli. Suuret kymmenien tai joskus satojen gigatavujen projektit voivat sijaita suurella ulkoisella SSD-levyllä, joka mahtuu laukkuun tai taskuun ja joka voidaan jakaa useiden tietokoneiden kesken – esimerkiksi pöytätietokoneen ja kannettavan tietokoneen välillä.

Piditkö tämän artikkelin tuotteita kiinnostavina? Alla on linkit Samsung T5- ja X5 Portable SSD-levyyn, joita on saatavana 250 Gt – 2 Tt versioina!

• Samsung T5 Portable SSD
• Samsung X5 Portable SSD