Accueil » Dossier » De la carte perforée à la mémoire flash : la grande histoire du stockage

De la carte perforée à la mémoire flash : la grande histoire du stockage

L’histoire de l’informatique est souvent retracée à travers les progrès de la puissance de calcul des processeurs. Pourtant un CPU ne serait rien sans un moyen de stocker les données à traiter ou les programmes à exécuter !

L’histoire de l’informatique est souvent retracée à travers les progrès de la puissance de calcul des processeurs. Pourtant un CPU ne serait rien sans un moyen de stocker les données à traiter ou les programmes à exécuter. La mémoire informatique a connu des évolutions aussi fascinantes que les processeurs.

Si les adolescents d’aujourd’hui, la fameuse génération Y, râlent parce que leur smartphone n’a pas 128 Go de mémoire, leurs grands-parents baby-boomers comptaient en kilobits ! Que s’est-il passé en 60 ans ?

Image 1 : De la carte perforée à la mémoire flash : la grande histoire du stockage

1900 : la carte perforée

Image 2 : De la carte perforée à la mémoire flash : la grande histoire du stockage


Développée vers 1725 pour les ateliers de tissage, la carte perforée a été adaptée au stockage de données entre 1880 et 1890 par Hermann Hollerith, pour le recensement des USA de 1890. Le succès de la technique permis à Hollerith de fonder sa propre société qui finit par grandir et se renommer… IBM.

La version de la carte perforée d’Hollerith consistait en 80 colonnes contenant chacune 12 points de perforation, pour une capacité de stockage maximum de 960 bits. Les cartes perforées connurent leur plus grand succès dans les années 1930-1960, après quoi elles furent progressivement remplacées par les disquettes et bandes magnétiques.

1932 : le Magnetophon à bande magnétique

Image 3 : De la carte perforée à la mémoire flash : la grande histoire du stockage

En 1928, l’ingénieur allemand Fritz Pfleumer invente le concept de la bande magnétique. Sa première version est une fine bande de papier sur laquelle de la poudre d’oxide de fer est collée avec de la laque.

L’invention est rapidement utilisée par AEG, qui, en 1932 crée le premier enregistreur à bande, baptisé le Magnetophon. Il est exposé à l’IFA de 1935 (le même salon IFA qui se déroule aujourd’hui à Berlin chaque année !). Ce n’est que bien des années plus tard que la bande magnétique sera employée comme support pour des données informatiques.

1932 : le tambour magnétique

Image 4 : De la carte perforée à la mémoire flash : la grande histoire du stockage

Le tambour magnétique est l’ancêtre du disque dur. C’est en 1932 qu’un ingénieur autrichien Gustav Tauschek a l’idée de déposer une couche de matériau ferromagnétique à la surface d’un cylindre. Ce dernier tourne sous des têtes de lecture et d’écriture fixées à quelques microns au-dessus. Chacune modifie la polarisation de la zone qui passe sous elles, il y a donc autant de pistes mémoire que de têtes.

Les temps d’accès sont déterminés par la vitesse de rotation du cylindre – certains modèles monteront jusqu’à 12 500 tr/min. La circonférence et la longueur du cylindre fixent la capacité totale.

1947 : le tube Williams-Killburn

Image 5 : De la carte perforée à la mémoire flash : la grande histoire du stockage

Chercheurs à l’université de Manchester(Royaume-Uni), Freddie Williams et Tom Killburn développent la première mémoire entièrement électronique à haute vitesse. Il s’agissait d’un tube cathodique, identique à celui des premiers téléviseurs et moniteurs. Les données étaient représentées par des points affichés sur l’écran. Elles étaient lues par une grille métallique posée à la surface du tube qui détectait la charge électronique.

L’inconvénient du tube est que la lecture des données provoque leur effacement et qu’il faut un rafraîchissement constant. Toutefois le tube de Williams fut employé dans la plupart des ordinateurs du début des années 1950.

1951 : UNISERVO, premier système de stockage à bande magnétique

Image 6 : De la carte perforée à la mémoire flash : la grande histoire du stockage

En 1951, l’ordinateur UNIVAC est lancé avec un vaste système de stockage, l’UNISERVO. Il s’agit du premier système à bande magnétique pour un ordinateur commercial.

La bande utilisait un substrat métallique d’un demi-pouce de large (12,7 mm). Chaque rouleau mesurait 365 mètres et pouvait enregistrer près de 50 octets par centimètre sur ces huit pistes, à une vitesse de données de 12800 caractères à la seconde.

1953 : Whirlwind et la Magnetic Core Memory

Image 7 : De la carte perforée à la mémoire flash : la grande histoire du stockage

Dès 1949 au MIT, Jay Forrester a l’idée d’une mémoire à courants coïncidents. Ses travaux débouchent sur la création de la mémoire à tores magnétiques. Chaque bit est stocké sous la forme d’un petit anneau (un tore) de ferrite traversé par trois fils. Sous l’action d’un courant traversant les fils, le tore est magnétisé dans le sens des aiguilles d’une montre ou dans le sens opposé.

Comme dans le tube de Williams, la lecture des données est destructrice, mais la mémoire à tores magnétiques a un gros avantage : elle est non volatile. En 1953, le Whirldwind du MIT, fut le premier ordinateur à employer de la mémoire à tores magnétiques. Elle tomba en désuétude après l’invention de la DRAM, près de 20 ans plus tard.

1956 : RAMAC, le premier disque dur

Image 8 : De la carte perforée à la mémoire flash : la grande histoire du stockage

Le tout premier disque dur de l’histoire était celui du RAMAC 305, livré par IBM en 1956. Le disque IBM 350 était formé de 50 plateaux métalliques de 24 pouces de diamètre (61 cm) couverts de matériau magnétique.

100 faces possédant chacune 100 pistes, pour un total de 3,75 Mo. Les disques tournaient à 1200 tr/min. La lecture des données passait par une seule paire de têtes, déplacée en face d’un des 50 disques.

1963 : la cassette audio

Image 9 : De la carte perforée à la mémoire flash : la grande histoire du stockage

En 1963, Philips lance la cassette audio. Très compacte, cette cartouche de bande magnétique est la lointaine descendante du Magnetophon de 1932. La bande faite de polyester ne mesure que 3,81 mm de large et enregistre deux pistes – la première utilisation est l’enregistrement audio stéréo.

Rapidement, la cassette est détournée comme stockage informatique. Dès le début des années 1970, des calculateurs et des ordinateurs personnels ont un lecteur de cassette. L’un des plus célèbres exemples est le Commodore PET et son lecteur de Datasette, mais toute la première génération de microordinateurs (Amstrad, Apple II, PC…) y avait recours également.

1966 : la révolution de la DRAM

Image 10 : De la carte perforée à la mémoire flash : la grande histoire du stockage

1966 est une date clé dans l’histoire de l’informatique puisqu’elle voit l’invention de la mémoire vive dynamique, la DRAM. Nous la devons à Robert Dennard, chercheur pour IBM. C’est une révolution. Rapide, cette mémoire est surtout très dense : il suffit d’un transistor et d’un condensateur pour stocker un bit. La DRAM connut un succès très rapide et éclipsa la mémoire à tores magnétiques.

L’un des premiers fabricants de DRAM fut Intel, dont la puce Intel 1103 de 1 ko était la plus vendue au monde en 1972. En 1976, le gouvernement japonais décida de pousser son industrie vers la fabrication de DRAM, avec un tel succès que les entreprises américaines furent dépassées. Et c’est ce qui poussa Intel à se concentrer sur la fabrication de CPU.

1968 : IBM Minnow, la disquette 8 pouces

Image 11 : De la carte perforée à la mémoire flash : la grande histoire du stockage

En 1968, une équipe d’IBM se lance dans le projet Minnow, dont le but et d’inventer un remplaçant aux bandes de papier perforées, un nouveau moyen fiable et très peu cher de charger des programmes sur les gros ordinateurs de la marque. D’abord tentés par les bandes magnétiques, ils ont ensuite eu l’idée d’un disque souple en Mylar, pouvant être inséré dans un lecteur.

Le projet Minnow déboucha ainsi sur la création des premières disquettes de 8 pouces. Les toutes premières étaient nues, non-inscriptibles et pouvaient stocker 80 ko, soit l’équivalent de 3000 cartes perforées. Très rapidement, la disquette devient omniprésente.

1976 : Shugart invente la disquette 5,25″

Image 12 : De la carte perforée à la mémoire flash : la grande histoire du stockage

Shugart Associates, fondée par des anciens d’IBM, rendit un grand service à l’informatique personnelle en général, et à Apple en particulier. En 1976, Shugart présente la disquette de 5,25 pouces et son lecteur SA400. Beaucoup plus pratique que les disquettes 8 pouces, les 5,25″ vont taper dans l’oeil d’un certains Steve Jobs, qui, après les avoir découvertes lors d’une réunion du HomeBrew Computing Club, les choisit comme périphérique pour l’Apple II, lancé un an plus tard.

Une disquette 5,25 pouvait avoir 2 faces, 40 ou 80 pistes et une capacité de 360 ko à 1,2 Mo.

1977 – Les cartouches de jeu ROM

Image 13 : De la carte perforée à la mémoire flash : la grande histoire du stockage

En 1977, la console Atari 2600 ou Atari VCS (Video Computer System) commença une longue et belle carrière. Une de ses particularités, et peut-être l’une des raisons de son succès, était ses cartouches. Chaque jeu était stocké sur son propre support, sous forme de cartouche que l’on insérait dans la console au moment voulu.

Ce système devint tellement populaire que beaucoup de consoles l’ont repris. A l’intérieur des cartouches, les données étaient enregistrées sur circuits intégrés de mémoire ROM. Cette nom est resté dans les mémoires, et c’est pourquoi on doit « charger des ROM » dans les émulateurs modernes.

1978 : LaserDisc

Image 14 : De la carte perforée à la mémoire flash : la grande histoire du stockage

Bande, cassette, disque dur et disquette reposent tous sur un même phénomène physique : le magnétisme. En 1972, Philips est MCA font la première démonstration publique d’une toute nouvelle famille de supports de stockage, qu’on croirait tout droit sortie d’un film de science fiction : le disque laser. La technologie est pourtant plus vieille, esquissée dès 1958 par David Paul Gregg, mais Philips l’a largement améliorée.

Le LaserDisc est finalement mis en vente en décembre 1978, deux ans après la cassette VHS, mais quatre ans avant son petit frère, le Compact Disc. Les années suivantes verront l’introduction d’une longue suite de supports optiques : CD en 1980, CD-ROM en 1984, DVD en 1995, DVD-ROM en 1997, Blu-ray en 2003, etc. 45 ans après son invention, le disque optique est à peu près abandonné pour le stockage informatique.

1981 : Seagate ST506, premier disque dur pour microordinateur

Image 15 : De la carte perforée à la mémoire flash : la grande histoire du stockage

Alan Shugart, qui avait fondé Shugart Associates s’est fait débarqué par son conseil d’administration, et il fonda quelques années plus tard Shugart Technology, qui fut rapidement renommée Seagate.

En 1981, Seagate introduit sur le marché une petite révolution : le ST506. Il s’agit alors du premier disque dur pour les microordinateurs et le premier au format 5″1/4. Il occupait le même espace qu’un lecteur de disquette mais stockait 5 Mo, soit 5 fois plus. Le succès fut immédiat, Seagate vendit rapidement plusieurs millions d’exemplaires.

1981 : la disquette 3,5″ par Sony

Image 16 : De la carte perforée à la mémoire flash : la grande histoire du stockage

1981 connaît deux autres événements marquants pour l’informatique : IBM présente son PC en réponse à l’Apple ][ et Sony invente la disquette 3,5″. Toutefois, à l’époque, de nombreux autres fabricants ont mis au point un format de disquette plus compact que les 5,25″ : Shugart avait sa disquette 3,25″, Mitsumi sa Quick Disk 3″ (dont un lecteur fut créé pour la console Nintendo NES). Mais le format de Sony eu la chance d’être retenu par HP et en 1982, le poids du constructeur américain fit que la disquette 3,5″ de Sony fut choisie par le Microfloppy Industry Committee, un consortium de 23 industriels.

Ces disquettes contenaient un disque souple de 8,58 cm de diamètre protégées dans une coque rigide de 9 cm de côté. Chaque face contenaient 80 pistes, pour une capacité brute de 1000 ko, nominalement. Mais ce support physique pouvait être formaté de manière différente par les ordinateurs. Ainsi, sur le Macintosh, Apple obtenait 400 ko sur une face. Sur PC, IBM montait à 360 ko ou 720 ko. Au bout d’un moment, les disquettes double face haute densité de 1440 ko se sont imposées partout.

1983 : la Bernoulli Box de Iomega

Image 17 : De la carte perforée à la mémoire flash : la grande histoire du stockage

Alors que le monde entier découvrait la disquette 3,5″, Iomega sort un OVNI, la Bernoulli Box. Dans cette cartouche presque de la taille d’une feuille A4, un disque de plastique magnétisé tourne à 3000 tr/min au-dessus d’une tête de lecture. En tournant, le disque est aspiré à 1 µm au-dessus de la tête de lecture par l’effet Bernoulli, mais dès qu’il s’arrête il s’éloigne. Ainsi aucun risque d’écrasement des têtes de lecture sur le disque, comme dans un disque dur.

Non content d’être fiables, les cartouches Bernoulli offrent une grande capacité : 5, 10 et 20 Mo à l’origine. Les Bernoulli Box II seront disponibles entre 20 et 230 Mo. Très populaire, ces cartouches donneront naissance à deux autres systèmes à grand succès : les Iomega Zip et Jazz.

1984 : la mémoire flash

Image 18 : De la carte perforée à la mémoire flash : la grande histoire du stockage

En 1984, dans son laboratoire Toshiba, Fujio Masuoka met au point l’invention sans laquelle nous n’aurions ni baladeur mp3, ni smartphone, ni appareil photo numérique : la mémoire flash.

Tirant son nom du fait qu’elle peut être reprogrammée sous l’effet d’une tension forte, mais très brève, comme le flash d’un appareil photo, la mémoire flash a l’avantage d’être non volatile, mais facilement et rapidement réinscriptible.

1987 : Conner CP340A, premier disque dur 3,5″

Image 19 : De la carte perforée à la mémoire flash : la grande histoire du stockage

Au début des années 1980, les ordinateurs ont été miniaturisés, les mainframes cédant la place aux PC. Logiquement les disques durs doivent suivre le même chemin et en 1987, Conner lance le  disque dur au format 3,5″. Ce n’est pas le premier disque dur à ce format, mais tous les précédents ne parvenait pas à proposer un rapport capacité/prix compétitif face aux modèles 5,25″.

Conner parvient à augmenter la capacité grâce à une nouvelle méthode de suivi des pistes, et à baisser les coûts en remplaçant bon nombre de composants analogiques par un contrôle numérique. Le CP340A atteint 40 Mo. Le succès de Conner s’explique aussi par son modèle économique. La start-up a comme investisseur principal Compaq, un des plus gros vendeurs de PC à l’époque. Compaq fut le premier client de Conner, assurant ainsi au CP340A une large diffusion.

1992 : le MiniDisc

Image 20 : De la carte perforée à la mémoire flash : la grande histoire du stockage

Les disques magnétiques ont leurs avantages, les disques optiques aussi. Alors pourquoi ne pas tenter de les cumuler ? Au début des années 1990, plusieurs fabricants lancent des lecteurs de disques magnéto-optiques. Le plus connu restera le MiniDisc de Sony, qui concurrença fortement le CD pour l’enregistrement audio. Le NeXT était également livré avec un lecteur magnétooptique.

Les disques magnéto-optiques à destination des ordinateurs mesurent 90 mm ou 130 mm (3,5″ ou 5,25″) de diamètre. Ils stockaient à l’origine 128 Mo, mais les derniers modèles montent à 9 Go. Un MiniDisc contenait 60, 74 voire 80 minutes de musique.

1992 : premier SSD flash SunDisk

Image 21 : De la carte perforée à la mémoire flash : la grande histoire du stockage

Six ans après l’invention de la mémoire Flash, SunDisk (qui devint plus tard SanDisk) produit le premier SSD, un module de stockage à mémoire Flash, pour IBM. Au format 2,5″, ce module utilise des puces de 4 Mbit et totalise une capacité de 20 Mo.

Il est proposé en remplacement du disque dur de la tablette ThinkPad. Le prix ? 1000 $, soit 50 $ par Mo. Aujourd’hui, les SSD coûtent moins de 0,3 euros par Go.

1994 : carte CompactFlash

Image 22 : De la carte perforée à la mémoire flash : la grande histoire du stockage

Les premières cartes mémoire sont apparues au format PCMCIA, mais dès 1994, SanDisk lance la carte CompactFlash. Très rapidement, des fabricants d’appareils photos numériques l’adoptent grâce à sa petite taille, et la CompactFlash devient un standard de fait.

Dès l’origine, les vitesses sont exprimées en multiples de celle du CD audio (150 ko/s). La première CompactFlash de SanDisk fait 4 Mo.

1999 : IBM Microdrive

Image 23 : De la carte perforée à la mémoire flash : la grande histoire du stockage

En 1999, malgré des progrès constant, les cartes de mémoire Flash restent d’une capacité largement inférieure aux disques durs. Pour tenter de concilier les avantages des unes et des autres, IBM invente le Microdrive. Il s’agit d’un minuscule disque dur, au format CompactFlash. Lors de son lancement, le Microdrive est disponible en 170 Mo ou 340 Mo. Dès l’année suivante, IBM sort des modèles de 512 Mo et 1 Go.

De telles capacités sont idéales pour une nouvelle catégorie de produits : les baladeurs mp3. Le plus illustre d’entre eux, l’iPod, utilisait un Microdrive de 5 Go. Les Microdrive avaient cependant deux gros inconvénients : leur mécanique de précision était assez fragile et leurs débits de transfert plafonnaient à quelques mégaoctets par seconde.

2000 : la clé USB

Image 24 : De la carte perforée à la mémoire flash : la grande histoire du stockage

Vous ne connaissez sans-doute pas Trek Technology et pourtant vous utilisez tous les jours son invention : la clé USB. Au CeBIT 2000, Trek Technology, une toute petite entreprise de Singapour,  présente le ThumbDrive. Ce minuscule machin, de la taille d’un pouce, possède un port USB et cache des puces de mémoire Flash dans son boîtier de plastique.

L’idée est tellement géniale que le stand de la société reçoit d’innombrables visites. IBM signe un partenariat et en décembre 2000, les premières clés USB IBM DiskOnKey sont vendues aux USA. Mais de manière incroyable, Trek n’avait pas attendu d’obtenir des brevets sur son invention avant de la révéler au CeBIT. Le ThumbDrive a donc été copié sans scrupules et l’entreprise est tombée dans l’oubli !

Pour l’anecdote, nous avions publié dès février 2001 sur Tom’s Hardware le test d’un ThumbDrive 128 Mo. Verdict ? 700 ko/s en lecture et 150 ko/s en écriture !

2006 : le stockage cloud

Image 25 : De la carte perforée à la mémoire flash : la grande histoire du stockage

En soi, stocker des fichiers sur Internet est déjà bien banal en 2006, mais cette année là, Google invente le terme de stockage dans le nuage (Cloud storage). Ceci pour qualifier un nouvel usage du réseau, en tant que stockage intégré à son système d’exploitation, à son appareil.

Amazon fut le premier à utiliser cette solution, et aujourd’hui, de nombreux services le proposent. A commencer par Windows 10, qui prolonge le stockage du PC via OneDrive, ou Google et Apple qui se proposent de stocker toutes vos photos en ligne. Autre avantage de ce disque dur virtuel sur Internet : servir de stockage synchronisé entre plusieurs machines personnelles. Dernier avantage : pour les fournisseurs de service, toutes ces données stockées peuvent parfois servir de données d’étude (big data), surtout quand le service est gratuit…

2009 : le disque holographique

Image 26 : De la carte perforée à la mémoire flash : la grande histoire du stockage

Les disques optiques sont toujours en vigueur avec le Blu-ray, en faisant l’une des inventions les plus importantes du secteur. Le HVD (Holographic Versatile Disc) est techniquement toujours un disque optique, mais il apporte une invention de taille : les creux par les lasers (un bit chacun) sont désormais remplacés par de petits secteurs holographiques contenant beaucoup plus d’informations.

La technique apporte pour l’instant jusqu’à 200 Go par disque. Elle pourrait même monter à 5 To. Mais pour l’instant, ce type de stockage reste bien trop cher pour s’imposer. Commercialement, ce format est actuellement considéré comme un échec.

2015 : mémoire 3D XPoint

Image 27 : De la carte perforée à la mémoire flash : la grande histoire du stockage

La mémoire flash NAND est reine du secteur grâce à son rapport capacité-prix. Mais elle n’est pas encore assez rapide, pour combler le fossé de performance qui la sépare de la mémoire volatile (DRAM).

Intel et Micron ont mis au point la mémoire 3D Xpoint, qui n’est pas volatile, et qui est surtout beaucoup plus rapide, notamment pour les temps d’accès et donc en accès aléatoires. Cette mémoire est beaucoup plus chère, mais elle semble promise à un bel avenir si son rapport capacité-prix progresse.

Et après ?

Image 28 : De la carte perforée à la mémoire flash : la grande histoire du stockage

Depuis les années 2000, aucune grande invention n’est venue bousculer le monde du stockage. Les constructeurs ont concentré leurs efforts sur le perfectionnement des technologies existantes : augmentation du nombre de couches sur les Blu-ray, de la qualité des matériaux et miniaturisation de la taille des têtes dans les disques durs, progression de la finesse de gravure et procédés de correction d’erreur dans la mémoire flash.

Cette approche a donné de grands résultats : le stockage de masse n’est plus aujourd’hui le boulet qu’il représentait il y a 15 ans pour les processeurs. Mais les technologies existantes touchent à leur fin. Pour progresser encore en densité de stockage ou en vitesse, il faut découvrir une nouvelle mémoire. Les candidates sont nombreuses : FeRAM, NRAM, MRAM, PRAM, STTRAM, etc. Aucune ne n’est encore imposée. On prend des paris et on se donne rendez-vous dans dix ans ?