Девайсы / История «мягких» накопителей

Сегодня для хранения информации мы используем HDD, SSD, SD-карты, USB-флэшки. Уже намного реже мы вставляем в ноутбуки лазерные диски. У меня лично дома ни одного устройства, поддерживающего этот носитель, нет.



Многие из нас давно не видели аудио и видеокассет, бобин с магнитными плёнками, дискет, и тем более перфокарт и перфолент. Эти носители, некоторые из которых известны ещё с XVIII века, почти исчезли.

Но только почти. Сегодня мы поговорим о временах, когда в ходу были «мягкие» носители данных, и о том, что все они до сих пор живы благодаря прочному укоренению в государственных и военных учреждениях и исследовательских центрах.

Перфокарты и перфоленты

Перфокарты, которые мы знаем как способ хранения и передачи информации для компьютеров в 1920-1950-х годах, корнями уходят в докомпьютерное время. А именно — в 1725 год, когда перфорированную бумагу начали использовать для управления ткацким станком.

Базиль Бушон, сын сборщика органов, адаптировал используемую для автоматического проигрывания музыки систему («развернул» цилиндр с штырьками/калками) под нужды ткацкого дела.

Он использовал перфорированную бумагу в рулоне, чтобы станок воспроизводил рисунок на ткани. Коллега Бушона, Жан-Баптист Фалькон, заменил бумажную ленту на скреплённые между собой перфорированные карты.
История «мягких» накопителей
Ткацкий станок Базиля Бушона
Механизм усовершенствовал Жозеф Мари Жаккар. Свой ткацкий станок для крупноузорчатых тканей он создал в 1804 году. Перфорировнные карты позволяли в автоматическом режиме, практически без участия мастера, осуществлять определённое чередование подъёмов и опускания нитей основы, чтобы отобразить на ткани заданный узор.
Перфорированные карты в ткацком станке Жаккара
Результат работы Жаккардова станка
В ткацком деле до сих пор используются Жаккардовы станки, улучшенные, автоматизированные. Но перфокарты работают до сих пор. Ниже вы видите пример перфокарты с сайта по домоводству для станка Brother — с мотоциклистом для детского свитера.
Перфокарта для современной вязальной машины Brother

Чарльз Бэббидж в 1822 году построил первую модель своей разностной машины, которая состояла из валиков и шестерней, вращаемых при помощи специального рычага. Тогда же он попросил правительство Великобритании профинансировать его дальнейшую работу. В процессе он столкнулся со множеством проблем, так что через девять лет работа встала. Хотя частично машина функционировала и производила вычисления. Позже он возвращался к работе в 1847-1849 годах. Для этого огромного калькулятора Бэббидж даже разработал принтер, который в 2000 году запустили в лондонском Музее науки.

Основными частями аналитической машины были «склад» для хранения чисел, «мельница» для выполнения арифметических действий, устройство, управляющее операциями, и устройства ввода и вывода. Для ввода данных в память использовалиись перфокарты: один механизм с перфокартами задавал операции «мельнице», второй — управлял переносом данных между «мельницей» и «складом». Устройство вывода, то есть принтер, могли в одной или двух копиях воспроизводить результат в виде отпечатка или пробивать его на перфокартах.
Перфокарты для аналитической машины Бэббиджа

В те же годы, в первой половине XIX века, над механическими интеллекутальными машинами работал русский изобретатель Семён Корсаков. Он стал одним из пионеров применения перфорированных карт в информатике. В 1832 году он создал своё первое устройство, функционирующее на основе перфорированных таблиц и предназначенное для задач информационного поиска и классификации. Это был гомеоскоп с неподвижными частями.
Каждая строка гомеоскопа соответствует определённому признаку — симптому болезни. В вертикальном столбце был набор признаков — патологических симптомов, из которых один или несколько характеризовали болезнь. В нижней строке содержалось решение задачи — лекарство, которое поможет при заболевании.

Сам гомеоскоп представлял собой цилиндр с булавками. Оператор выбирал симптомы из первого столбца — например, кашель и насморк — и вдавливал булавки. Затем он проводил цилиндром по таблице вправо: при нахождении перфорированных в нужных местах ячеек гомеоскоп останавливался, и в нижней строке можно было прочесть информацию о лечении заболевания.

Это была своеобразная Excel-таблица (до электронных таблиц), заточенная под нужды врача.
Гомеоскоп с неподвижными частями

Подсчёты переписи населения США в 1880 году заняли восемь лет, а переписи 1890 года — всего год. Такая разница объясняется введением счётной машины, работающей на перфокартах.

В 1880-х изобретатель Герман Холлерит запатентовал оборудование для работы с перфокартами. Его статистический табулятор позволил ускорить перепись, после которой Холерит получил звание профессора в Колумбийском университете.

Покупателями табуляционных машин TMC, Tabulating Machine Company, стали железнодорожные управления и правительственные учреждения. В 1924 году компанию переименовали в IBM — International Business Machines.
Перфокарта Холлерита
IBM выпускала электрические табуляторы на перфокартах вплоть до 1976 года. Последней стала модель IBM 407. Её аренда обходилась от 800 американских долларов в месяц — это около 5 000 долларов на 2016 год.

[thumb]/uploads/posts/2016-10/1476088654_9971a2415a31421450f19076ba5f.jpeg[/img]
IBM 407
[img]/uploads/posts/2016-10/1476088737_10c051e261902ad9a216c66de3fd7.jpeg[/thumb]
Перфокарта для языка FORTRAN
В СССР выпускали табуляторы Т-5М, Т-5МУ, Т-5МВ и ТА80-1. Первые три работали с цифровой информацией, а четвертый – с алфавитно-цифровой. Для ввода информации использовали 80-колонные и 45-колонные перфорированные карты. Табуляторы работали с итоговыми, считывающими и репродукционными перфораторами, с электронными вычислительными и умножающими приставками на машиносчётных станциях.
Табулятор Т-5 МВ на машиносчётной станции
80-колонная перфокарта советского производства для табулятора IBM, 1980 год

В 1938 году немецкий инженер Конрад Цузе построил один из первых программируемых компьютеров в мире — Z1. Машина имела устройство ввода в виде клавиатуры, сделанной из пишущей машинки, электрический привод и была способна вычислять данные в десятичной системе в виде чисел с плавающей запятой. Данные выводились с помощью панели на лампах.

Машина выполняла умножение за 5 секунд. Тактовая частота составляла 1 Гц. Система работала за счёт двигателя пылесоса мощностью в 1 киловатт.

Z1 была оснащена устройством чтения перфоленты, которое предоставляло код операции для каждой инструкции.
[thumb]/uploads/posts/2016-10/1476088899_13d477eb41d05bb458743b477b54a.png[/img]
Конрад Цузе и воссозданная после Второй мировой вычислительная машина Z1
[img]/uploads/posts/2016-10/1476088902_1489d46fc71646ebc6f1f52453917.jpeg[/thumb]
Перфолента для вычислительной машины Z1

В 1940 годы американские артиллеристы использовали таблицы стрельбы, содержащие информацию о поправках прицела в соответствии с дистанциями до цели. Расчёты траекторий одним человеком для одного типа орудия и одного снаряда занимали более двух недель. Нужно было посчитать около трёх тысяч траекторий для множества комбинаций параметров — температуры воздуха, плотности почвы, скорости ветра и так далее. Учёный из Пенсильванского университета Джон Уильям Мокли задумал использовать вакуумные лампы в качестве элементной базы для электронной дифференцирующей машины. С этого начинается история ENIAC, а затем его улучшенной версии — EDVAC.

ENIAC собрали в 1945 году. Первой задачей было математическое моделирование термоядерного взрыва супер-бомбы по гипотезе Улама-Теллера. Задача была настолько сложной, что даже при игнорировании многих физических эффектов и максимальном упрощении уравнения для ввода программы в компьютер понадобился миллион перфокарт.

Для чтения перфокарт использовали табулятор IBM. Одной из проблем этого носителя информации была невысокая скорость работы: слишком много времени уходило на перфорацию на картах выведенных в процессе расчётов данных и их ввод в машину для дальнейших вычислений. Для решения этой проблемы изобретатели начали работать над новыми способами ввода и хранения данных — над магнитными лентами.

[thumb]/uploads/posts/2016-10/1476088992_153abe74edf07bb28d87d3fec0b87.png[/img]
Первые программисты ENIAC: на корточках — Рут Лихтерман, стоит — Мэрлин Уэскофф. 1946 год.
[img]/uploads/posts/2016-10/1476089004_16f40e13cb32dc21f3d0b95010899.jpeg[/thumb]
Бобины чистых перфолент советского производства
Магнитная лента

В 1898 году датский физик и инженер Вальдемар Поульсен запатентовал способ магнитной записи за проволоку. Устройство называлось «телеграфон». С усилителя сигнал подавался на записывающую головку, вдоль которой с постоянной скоростью перемещалась проволока и намагничивалась соответственно сигналу.

В 1927 году немецкий инженер Фриц Пфлеймер с помощью клея нанёс напыление порошка оксида железа на тонкую бумагу, и годом позже получил патент на применение магнитного порошка на бумаге или киноплёнке. Но патент отменили из-за того, что такое применение порошка было изложено в патенте Поульсена.

Идеи Поульсена и Пфлеймера использовала компания AEG, разработавшая прибор для магнитной записи «Магнетофон-К1». Магнитную ленту для «магнетофона» изготавливал химический концерн BASF. Устройство представили на радиовыставке в Берлине в 1935 году.
Патент США на записывающее устройство на магнитной проволоке
Магнетофон-К1

В 1951 году изобретатели компьютера ENIAC Джон Экерт и Джон Мокли работали над новой машиной. Ей стал первый условно коммерческий компьютер в США — UNIVAC I. Компьютер строили для нужд Военно-воздушных сил и топографической службы Армии США, а заказ был размещён от лица Бюро переписи населения. Всего были выпущены сорок шесть экземпляров UNIVAC I для установки в правительственных учреждениях, частных корпорациях и университетах. Второй экземпляр был установлен в Пентагоне. Последние экземпляры выключили в 1970 году после 13 лет службы в коммерческой страховой компании.

Стоимость машины начиналась со 159 000 долларов. Со временем цена составила от 1 250 000 до 1 500 000 долларов. В переводе на деньги 2016 года максимальная цена UNIVAC I составляла 12 480 000 долларов.

В качестве носителя данных в этом компьютере впервые использовали магнитную ленту. Одновременно можно было подключить до десяти ленточных накопителей UNISERVO.

UNISERVO стал первым ленточным накопителем для коммерческого компьютера и имел успех. Ленты UNIVAC из никелированной бронзы были шириной в половину дюйма и длиной до 450 метров. Данные записывались на восьми дорожках, где шесть были собственно для данных, одна — для контроля чётности, и ещё одна — для синхронизации. Одна лента вмещала 1 440 000 шестибитных символов.

[img]/uploads/posts/2016-10/1476089126_19917d80701234e14c4f0820bd9f6.jpeg[/img]
Ленточные накопители UNISERVO для UNIVAC
В 1960 году в IBM разработали первую пластиковую карту с магнитной полосой. Штрих-коды и перфорация не отличались надёжностью, и для банковских карт было необходимо придумать новый способ хранения данных. Выбор пал на магнитную ленту. Сегодня все банковские карты имеют магнитную ленту, хотя всё чаще начинают использовать чипы и NFC.

Первые прототипы карт с магнитной полосой
В персональных компьютерах 1970-1980-х годов для хранения информации часто использовались аудиокассеты. Воспроизведение и запись программ осуществляли либо с помощью специальных накопителей, либо с помощью обычных бытовых аудиомагнитофонов. Попробуйте сказать вслух «аудиомагнитофон» — как-то необычно звучит, верно?

Sinclair ZX Spectrum+2
Магнитофон Atari XC12 для компьютеров Atari 65XE и 130XE

Многие уже забыли, как выглядят аудиокассеты и видеокассеты. Кто-то их никогда не видел и не держал в руках. Но для бизнеса и исследовательских центров магнитные ленты до сих пор имеют огромное значение.

CERN для хранения результатов работы Большого адронного коллайдера использует магнитную ленту, кроме них совмещают облака с магнитными лентами НАСА и телеканал Discovery. Крупные корпорации также иногда выбирают магнитные ленты. Преимущество технологии состоит в цене — каждый гигабайт хранения стоит от двух до трёх центов. Скорость работы с файлами низкая из-за последовательного доступа — от нескольких десятков секунд до минуты. Но для данных, которые не требуют быстрого доступа, она идеально подходит. До 80% корпоративных данных можно записать на ленту, уверены в IBM.

IBM продолжают работать над улучшением форматов. В 2015 году учёные из компании смогли записать данные на магнитную ленту с эффективностью в 123 миллиарда бит на квадратный дюйм. Так они превысили в 88 существующий с 2012 года формат LTO-6, по которому можно записать 2,5 ТБ данных на плёнку среднего класса. Ещё ранее, в 2012 году, IBM совместно с Fujifilm начали разработку опытных образцов кассет размерами 10х10х2 сантиметра, способных хранить до 35 терабайт данных.

Флоппи-диск

Основной недостаток магнитной ленты — последовательный доступ к данным. Эту проблему в 1960-е годы решала команда Алана Шугарта в лаборатории IBM. Один из старших инженеров Дэвид Нобль в 1967 году предложил использовать гибкий магнитный диск с защитным кожухом. В 1971 году компания представила первую 8-дюймовую дискету и дисковод для неё.
8-дюймовая дискета IBM на 128 байт
Оператор ЭВМ использует 8-дюймовую дискету

Шугарт в 1971 году основал собственую компанию Shugart Technology и в 1976 году присоединился к разработке мини-флоппи дисков для персональных компьютеров. Компания выпустила дисковод для 5-дюймовых дискет, которые вытеснили с рынка ПК 8-дюймовые дисководы.

В 1981 году собственный вариант дискет, на этот раз диаметром 3 дюйма, выпустила компания Sony. Их начали использовать в компьютерах HP, Macintosh, IBM, Atari, Commodore.

Первые версии дискет имели ёмкость 720 килобайт, в поздних дискетах этот показатель довели до 1,44 мегабайта. Результат улучшила компания Toshiba, представив в 1980-х годах диск на 2,88 мегабайт. Я помню только 1,44-мегабайтные дискеты — потому что формат от Toshiba не прижился.
Внешний дисковод с USB-интерфейсом
Три поколения гибких магнитных дисков: 8, 5,25 и 3,5 дюйма

Hitachi прекратила производство дискет в 2009 году. Sony прикрыла фабрики в 2010 году, после продажи общим счётом сорока семи миллионов дискет.

Toshiba в 2014 году нашла новое применение своей фабрике по производству дискет: переоборудовала её в ферму для выращивания салата-латука, который не надо мыть.
Овощная ферма Toshiba — переоборудованный цех по производству флоппи-дисков

Казалось бы, эра дискет закончилась в декабре 2015 года, когда правительство Норвегии прекратило распространение списков пациентов клиник на дискетах. Но это не так. В июне 2016 года мы узнали, что в больницах Южной Австралии продолжают использовать медицинский софт на основе MS-DOS, разработанный ещё в 1980-е годы, а для хранения данных используют дискеты.

Но тут речь идёт о 3 дискетах, относительно современном варианте. В то же время ядерным арсеналом США управляют с помощью 8-дюймовых гибких дисков! В инфраструктуре арсеналов были интегрированы IBM Series/1 в 1970-х годах, и эти системы работают до сих пор. Системы планируют заменить в 2017 году.
[thumb]/uploads/posts/2016-10/1476089627_29c0c852e4136e5aca4e3dceb17b4.jpeg[/img]
3,5 гигабайта врачебной информации на двух с половиной тысячах дискет. Норвегия, 2015 год
[img]/uploads/posts/2016-10/1476089721_303e69fb1515861a006b9ff993a55.jpeg[/thumb]
IBM Series/1
Сегодня магнитные ленты, перфокарты и дискеты кажутся вчерашним днём. Но их продолжают использовать. Магнитные ленты позволяют дешевле, чем при применении SSD и HDD, хранить данные. Дискеты никак не могут уйти из-за плотной интеграции в некоторых учреждениях, например, в системе здравоохранения некоторых стран. А один из самых первых носителей, перфокарта, до сих пор используется с той же целью, для которой его создали — в ткацких и вязальных станках.
Иван Сычев @ivansychev, редактор Geektimes
0
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.