Эволюция носителей

Наверное, всякому понятно, что информация, записанная в привычном нам с вами виде (например, напечатанная на странице «Мегабайта»), для компьютеров малочитабельна. Компьютерам информацию желательно сразу подавать в виде последовательности нулей и единиц. Но эти нули с единицами, которые компьютеры обрабатывают быстрее всего, должны быть на что-то записаны. На что — об этом и пойдёт речь ниже.

Первым машинным носителем информации, применённым в вычислительной технике, стала перфокарта (картонная карточка с пробитыми в ней отверстиями). Перфокарты известны с 1728 года, когда во Франции Ж. -Б. Фалькон применил их для управления ткацким станком. Как носитель информации для вычислительных машин перфокарты предложил использовать в 1822 году Ч. Бэббидж. Первое практическое применение перфокарт в качестве машинного носителя датируется 1888 годом, когда в США Г. Холлерит создал табулятор — механический компьютер, обрабатывающий данные с перфокарт, впоследствии с успехом применив его при обработке данных очередной переписи населения.

В 1928 году фирма IBM разработала формат перфокарты, ставший стандартным: прямоугольник со срезанным уголком из плотного тонкого высококачественного картона. Данные переносились на перфокарты в виде матрицы отверстий размерностью 12×80 либо 12×45. Соответственно перфокарты именовались 80- и 45-колонными. В электронных компьютерах применялись 80-колонные перфокарты, а 45-колонные перфокарты лично мне довелось видеть при изучении советского механического компьютера (перфорационного вычислительного комплекса) в студенческие годы.

Данные считывались, когда перфокарты по очереди протягивались либо между металлической пластиной и дюжиной пружинных контактов, либо между источником света и дюжиной же фотоэлементов.
«Звёздный час» перфокарт — применение механических перфокарточных компьютеров (производства всё той же фирмы IBM) в «Манхэттенском проекте». В настоящее время перфокарты в вычислительной технике не применяются.
Второй машинный носитель, на который информация наносилась в виде отверстий, — перфолента. Придумана перфолента в 1725 году: француз Б. Бушон применил её для управления опять-таки ткацким станком.
В качестве носителя информации перфоленту в 1939 году применил К. Цузе в Германии. Правда, не бумажную ленту, а использованную 35-мм киноплёнку: на неё Цузе заносил программы для построенного им компьютера Z-2.
Перфолента быстро изнашивалась, поэтому её, как правило, комбинировали с перфокартами.
На закате эпохи перфоносителей перфоленту пытались делать из полимерных материалов (новое— хорошо забытое старое). Но на пятки перфоносителям уже наступали конкуренты, имевшие перед ними громадное преимущество. Ведь дырку в носителе можно пробить лишь один раз, и, если в записанные данные вкралась ошибка — носитель испорчен. Поиск же, скажем, дефектной перфокарты в объёмистой колоде — задача нетривиальная. Поэтому, когда появились магнитные носители информации, армия обслуживающего компьютеры персонала вздохнула с облегчением.
Магнитные носители поначалу использовались главным образом как неотъемлемая часть самих компьютеров. Таковы были магнитные барабаны (цилиндры с нанесённым на их боковую поверхность ферромагнитным покрытием). На рабочей поверхности магнитных барабанов имелось множество кольцевых дорожек — и на каждую дорожку полагался свой комплект магнитных головок. Магнитными барабанами оснащались советские компьютеры вплоть до БЭСМ-6. Большинство машин ЕС-10xx имело накопители на магнитных дисках и на магнитной ленте.

Дисковые накопители были различной конструкции. У одних блок дисков был несъёмный, у других его можно было менять. Сами диски были металлические, с ферромагнитным покрытием. Дорожки на дисках располагались концентрически. К нужной дорожке в нужный момент подводился блок головок.
В настоящее время такие накопители повсеместно списаны и разобраны. Диски большей частью пошли на изготовление телеантенн, известных в народе как «чебурашки».
В персональных компьютерах столь громоздкие устройства были неприменимы. Поэтому для них были разработаны устройства меньшие по габаритам — и соответствующих размеров носители. Прежде всего, таковыми стали гибкие магнитные диски (дискеты). Их разработка началась в компании IBM в 1967 году. Прототип дискеты, предложенный Д. Ноублом, диаметром 8 дюймов и ёмкостью 80 Кбайт, привычного нам пластикового конверта не имел. Идея упаковать новинку в защитный пластик пришла в голову начальнику Ноубла А. Шугарту. Шугарт впоследствии основал собственную компанию, которая и начала производство дискет. Большинство персональных компьютеров стало оснащаться приводами для разработанных компанией Шугарта дискет размером 5,25 дюйма. Ёмкость таких дискет возросла до 1,2 Мбайт. Однако пластик защитного конверта был тонкий, пользователи, обманувшись эпитетом «гибкий» в названии носителя, пытались его сгибать… Поэтому инженеры-разработчики на следующем этапе миниатюризации упаковали носитель в жёсткий и принципиально негнущийся кожух. Размеры дискеты удалось уменьшить до 3,5 дюйма, а ёмкость — поднять до 1,44 Мбайт (и даже до 2,88 Мбайт — но таких дискет лично мне не попадалось) .
Однако дискеты с важными данными легко было потерять, нечаянно стереть… И следующее поколение ПК обзавелось встроенными магнитными дисками, конструктивно объединёнными с приводом и блоком головок. Всё это хозяйство помещалось изготовителем в герметичный металлический корпус. Устройство получило грозное название: «винчестер».
Первые винчестеры занимали даже по два 5,25-дюймовых отсека в корпусе ПК. В дальнейшем их размеры уменьшились до размеров приводов для 3,5-дюймовых дискет. В настоящее время популярны винчестеры ещё меньших размеров, первоначально предназначавшиеся для ноутбуков. Ёмкость винчестеров, поставляемых в розничную торговлю, достигла 1 терабайта — и на подходе устройства ёмкостью 1,5–2 терабайта.

Теперь — о магнитной ленте.
В больших компьютерах применялась лента по ширине примерно такая же, как и в кассетах для видеомагнитофонов — но на специальных катушках довольно большого диаметра.
Когда появились первые советские «бытовые» компьютеры, дискеты и приводы для них в СССР были редкостью. Поэтому домашние ПК в качестве накопителя имели бытовой магнитофон— кассетный или катушечный. Бытовые аудиокассеты как машинный носитель применялись даже в профессиональной технике (например, в бухгалтерском терминале «Нева-501»).
Одно время среди российских пользователей ПК была известна система «Арвид»: в качестве накопителя использовался бытовой видеомагнитофон.
За рубежом переделывались в ленточные накопители цифровые аудиомагнитофоны (DAT-магнитофоны). DAT-кассеты были не крупнее своих «аналоговых» сестричек, но ёмкость их была многократно выше: запись велась почти по всей поверхности плёнки…
Дискеты тоже совершенствовались. Для повышения точности позиционирования блока головок использовались лазеры. Ёмкость дисков удалось увеличить до сотен мегабайт. Вершиной же технологии магнитных носителей информации, на мой взгляд, стали магнитооптические диски. При их записи луч лазера разогревал участок ферромагнитного слоя выше точки Кюри, поле, создаваемое магнитной головкой, перемагничивало нагретое место, оставляя холодные соседние области нетронутыми. Ёмкость при этом — до 4,6 Гбайт у 130-мм диска и до 1,3 Гбайт у 90-мм диска. Считывание информации производилось… всё тем же лазером: магнитное поле диска меняло поляризацию отражённого луча, что регистрировал фотоприёмник со специальной оптической системой. Такой вот изощрённый способ.
Но у магнитооптических систем была альтернатива – чисто оптические носители информации. Сперва — СD, а затем — DVD.
Оптические носители и приводы были конструктивно проще магнитооптических: никакой магнитной головки, оптика — без всяких там фильтров-поляризаторов, сам диск — из прозрачной пластмассы… Относительная простота конструкции приводов, думаю, и открыла оптическим носителям путь в массы.
Диски CD были разработаны для цифровой записи музыки, диски DVD — для цифровой записи видео. Но оптические диски (как ранее — DAT-магнитофоны) оказались подходящими и для компьютерной информации. Началось их совершенствование: увеличивалась ёмкость, появилась возможность перезаписи… Последний писк моды — формат BluRay: насколько мне известно, при записи и чтении таких оптических дисков применяется лазер с длиной волны меньшей, чем в приводах для CD и для DVD, что позволяет лучше сфокусировать луч — и соответственно добиться большей плотности записи.
Но у всех рассмотренных выше носителей есть общий недостаток: механика приводов. Как правило, она сконструирована по принципу «сломалось — выбросить». Поэтому лучше… отказаться от механики.
Современные компьютеры информацию, необходимую им для начала работы, хранят в энергонезависимой перезаписываемой памяти, называемой «флэш-памятью». И грех не попытаться применить флэш-память как носитель информации.
Когда для субноутбуков, КПК и цифровых фотокамер потребовались компактные носители информации, то в этом качестве были применены карты памяти CompactFlash. Применялись (на разъём для карт CompactFlash) и устройства MicroDrive, но в массовом масштабе они до России не добрались. Лично мне довелось ещё увидеть флэш-карты формата SmartMedia; сейчас же распространены форматы MMC и SD. Фирма Sony использует собственный формат флэш-карт.
Для подключения флэш-карт к компьютерам были попытки использовать даже… приводы для 3,5-дюймовых дискет (через специальный адаптер). Затем появились кард-ридеры для флэш-карт наиболее распространённых форматов, подключаемые к компьютеру через порт USB. А если взять чип флэш-памяти, посадить его на плату USB-контроллера, снабдить стандартным USB-разъёмом, вставить это хозяйство в красивый корпус… Что-то знакомое вышло… флэшка.
Флэшки пока сильно проигрывают винчестерам по стоимости единицы ёмкости. Но в популярных сейчас нетбуках встроенный носитель информации чаще всего именно флэш-память. Осмелюсь предположить, что в будущем все связанные с механикой носители машинной информации останутся лишь на стационарных компьютерах. Если вообще не станут достоянием истории.

При написании статьи использованы книги «Аппаратные средства IBM РС» (М. Гук) и «Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман!» (Р. Фейнман), материалы сайтов dic.academic.ru, infoman.ru и chernyh.net, а также личный опыт автора.


Рекомендуем почитать: