在二十年前，计算机还是比较稀奇的东西，但今天基本上人手一台计算机了。而大家也都在使用计算机来存储个人数据，这些数据最常见包括相片、视频和其他个人资料。许多人可能并不能意识到自己每天都在使用计算机（智能手机），但事实是我们大多数人确实每天都在使用手机。
本文我们就介绍一下计算机数据存储的一些内容，重点是介绍一下计算机数据存储的发展史。让大家了解一下，在使用硬盘和闪存存储数据之前，计算机的数据是通过什么来存储的。
打孔卡
早期的计算机其实没有专门的存储设备来存储程序和数据，当时的程序和数据都是通过开关硬编码的。在计算机领域，最早用于存储数据的设备时打孔卡，具体如下所示。打孔卡的出现比电子计算机要早，在19世纪末和20世纪初，当时以及广泛应用在纺织领域。
通过上图打孔卡的实物图，我们可以推测出打孔卡存储的信息量非常少。原因很简单，这些空的大小是比较大的，所以一张卡片上的信息非常少。我看一个具体的例子吧，如下图是62500张打孔卡，他们存储的信息大概有5MB。折算下来，一个打孔卡也就能存储80字节的内容。
当年程序员编程并不能在计算机上直接编程，而是有一个专门给打孔卡打孔的设备。如下是IBM的打孔机，想想当时编程还是比较痛苦的！
打孔纸带一张一张的卡片，看似很酷，但是用起来非常不方便。制作好的卡片需要确保顺序的一致性，而计算机也需要专门的设备一张一张的读取打孔卡上的数据。一旦出现漏读的情况，将导致数据的混乱。
基于打孔卡，后来又发明了打孔纸带，如下图所示。打孔纸带可以理解为大量连接在一起的打孔卡，通过下图可以看到每一行最多可以打8个空，其实就对应着8bit的数据。也就是打孔纸带每一行可以存储1字节的数据。
细心的读者可能会发现，打孔纸带只能在一维空间存取数据。当读取某个位置的数据时，只能通过前后倒带的方式定位。同时，受媒介的影响，单位面积的数据存储量还是非常低的。
磁带估计很多人都不知道磁带为何物，但是对于70、80后应该是非常熟悉磁带的。想当初听歌并没有现在这么方便，大多是通过磁带来存储歌曲的，一盒磁带也就能存储几首歌。计算机领域的磁带与存储歌曲的磁带大同小异。
计算机领域磁带的应用还是比较早的，在20世纪50年代磁带就已经开始用于数据存储，如下图是磁带的一个实物图。相较于打孔纸带，磁带能够提供更大的存储容量。原因很简单，打孔纸带的空受物理尺寸的影响比较大，而磁带通过磁性材料存储数据，物理尺寸可以很小。
时至今日，很多大型企业还在用磁带作为数据存储的介质。前面打孔纸带知道一行只能存储1字节的数据，一行占用的物理空间大概有2-3毫秒长，30多毫米宽，折算下来每平方英寸大概可以放10字节的数据。磁带的存储密度要高得多，以IBM最早的 3420为例，其数据存储密度可以高达800BPI，也就是每平方英寸可以存储100字节的数据。所以，磁带的存储密度是打孔纸带的10倍左右。
而现在磁带的存储密度要高的多。比如，IBM和富士胶片在2017年共同开发出了一种新型磁带存储技术，其数据存储密度为201Gb/in²（千兆比特每平方英寸）,可以看出其存储密度是IBM 3420的百亿倍。
磁盘驱动器磁带的存储密度虽然很大，但是其缺点是定位数据局限性太大，跳转寻址非常耗时。其根源在于磁带中的数据在物理上是一维空间，读写数据只能前后寻址。1956年IBM发明了RAMAC 305-A，这个设备将存储介质的形态由带状改成了盘状，同时多个。由于改成了盘状，可以通过存储介质的旋转和磁头的移动在二维空间同时寻址，也就是实现了随机定位，寻址速度大大提示。如下图是其实物图，这个跟一个衣柜差不多大小的设备，其实只能存储5MB的数据。
如下图是其核心部件磁盘，可以看出，当时的盘片还是非常大的。据官方记载，当时的盘片是24英寸，总共有50个盘片。而且当时只有一个磁头读写数据，所以读写速度肯定要慢一些。
直到上个世纪80年代，IBM还在大型硬盘方面发力，而此时有一个名不见经传的公司推出了一款只有5.25英寸的硬盘，这个硬盘的容量有5MB。这个公司就是现在大名鼎鼎的Seagate。Seagate的推出的硬盘应该是现代硬盘的鼻祖，他采用双磁头来提高定位数据的速度。
光盘（CD/DVD）光盘是另外一种盘状的存储介质，他在20世纪80年代由索尼和和飞利浦共同研发。光盘最早用于存储音乐数据，1982年第一张商用的音乐CD在日本发售。后续光盘也逐渐应用在计算机存储领域，而且目前有专门的光盘管理系统，用于光盘数据的自动化检索。
磁盘基于磁性介质存储数据，也就是通过微型磁铁的南北极来表示0和1，光盘则是通过盘面上的凹槽来数据，由于凹槽会导致反射的光纤强弱发生变化，因此可以用来表示1或者0。
实际上光盘涉及很多技术细节，比如编码、解码、错误检测和修复等。每一部分内容都够我们学习好几天的。
固态硬盘/U盘/SD卡虽然大家将固态硬盘称为硬盘，但是固态硬盘的内部并没有像机械硬盘那样的盘状结构。如下图是机械硬盘和固态硬盘的内部结构对比图，可以看出SSD内部是通过闪存芯片来存储数据的。
SSD的闪存芯片本质上是海量的晶体管形成的矩阵，矩阵中的每个单元可以存储一个比特的数据（有些是多个比特），用于表示1或者0。相较于磁盘通过机械装置寻址，固态硬盘通过电路来寻址。光速与机械设备的速度的差异大家都很清楚，很容易理解固态硬盘要比机械硬盘快的多。
前面介绍的内容，无论是打孔卡、磁带还是硬盘，其实都是存储介质。而本节介绍的云存储其实并不是存储介质，而是一种不同的存储形态。在21世纪初，随着互联网技术的发展，云存储开始被广泛使用。云存储的数据存储在企业的数据中心，用户只要能联网就可以访问云端的数据。
云存储最大的特点是可以随时随地访问，当然前提条件是可以联网。同时，云存储对设备的类型没有要求，手机、个人PC或者服务器都可以访问。我们经常使用的各种网盘、iCloud、手机相册备份和一些云文档服务等，其底层都是云存储服务。
