История развития компьютерных носителей информации

Мы живем в век цифровых технологий, а вокруг нас вращаются колоссальные объемы информации. Терабайтные жесткие диски, флэш-накопители емкостью в несколько гигабайт, вместительные DVD-болванки по мизерной цене — это день сегодняшний. Современные носители данных отличаются высокой скоростью работы и удобством в использовании. Однако за всем этим стоит длительный эволюционный процесс, который стартовал сразу после появления первых компьютеров, а продолжается и по сей день.

Эпоха картона

Как известно, первые компьютеры были огромны и некрасивы и, по сути, представляли собой нагромождение шкафов, заполненных различными проводами и лампами. Носители информации в те времена не знали понятий «удобство» и «высокая плотность записи». Данные загружались при помощи перфокарт — картонных карточек с проделанными в них отверстиями. Информация записывалась и считывалась согласно определенным схемам, но в основе лежал двоичный код: наличие дырки — 1, отсутствие — 0.

Существовало приличное число форматов, но наибольшее распространение получили перфокарты «формата IBM», введенного в 1928 году. Его ключевые особенности: размеры карты составляли 187х83 мм, на ней располагалось 12 строк и 80 столбцов. Данные можно было записывать как в двоичном, так и в текстовом виде. Если перевести емкость перфокарты в классические единицы измерения, мы получим значение 120 байт.

Для ввода информации в компьютер перфокарты собирали в стопки строго определенной последовательности и подавали на вход считывающего устройства. Карты можно было менять местами, при необходимости удалять или заменять другими. Нарушение последовательности карт в колоде оборачивалось фатальными последствиями: восстановить информацию, если перфокарты не были пронумерованы, было практически невозможно.

В качестве альтернативы перфокартам выступали перфоленты. Смысл оставался почти тот же: информация в двоичном виде записывалась на бумажную ленту, на которой располагались несколько рядов для отверстий. У перфолент было два существенных недостатка: невозможность редактирования записанных данных и хрупкость бумажной ленты. В то же время данный носитель информации, будучи свернутым в аккуратный рулон, облегчал хранение данных и исключал ту путаницу, которая нередко происходила при сборке колоды перфокарт.

Триумф магнитных полей

На смену перфокартам пришли устройства магнитного хранения данных, основанные на явлении, именуемом электромагнетизмом. Суть его заключается в следующем: при пропускании электрического тока через проводник внутри последнего образуется магнитное поле. Обратное утверждение также верно: в проводнике, на который воздействует переменное магнитное поле, возникает электрический ток. Первое правило используется для записи данных, второе — для считывания.

В любом магнитном носителе информации есть поверхность, покрытая слоем ферромагнетика, и головка чтения/записи, состоящая из U-образного сердечника с обмоткой. Когда по обмотке протекает ток, в сердечнике появляется магнитное поле, полярность которого зависит от направления тока. Магнитное поле распространяется в окружающее пространство, и если вблизи есть другой ферромагнетик (рабочая поверхность носителя), то магнитные частицы в нем поляризуются в направлении действия поля, создавая остаточную намагниченность. Для изменения полярности этих частиц достаточно изменить направление протекания тока в обмотке. Воздействуя магнитными полями разной полярности на отдельные участки поверхности носителя (домены), можно записать информацию. При считывании данных головка регистрирует зоны, в которых изменяется направление остаточной намагниченности ферромагнетика. Таким образом, одному биту информации соответствует область на носителе, где размещена подобная зона.

Первыми накопителями этого типа были магнитные барабаны — большие металлические цилиндры, покрытые ферромагнетиком, вокруг которых располагался ряд считывающих головок, каждая на своей дорожке. Скорость работы устройства зависела от скорости вращения барабана. Сами головки не могли перемещаться произвольно, и контроллеру большую часть времени приходилось ждать, когда необходимые данные появятся под нужной головкой при повороте барабана. Сами понимаете, что время доступа у носителя было не на высоте.

Следующим на арену вышел жесткий диск. Случилось это в 1956 году, когда IBM начала продажи первой дисковой системы хранения данных — 305 RAMAC. Чудо инженерной мысли состояло из 50 дисков диаметром 60 см и весило около тонны. Объем жесткого диска по тем временам был просто феноменальным — целых 5 МБ! Главное преимущество новинки заключалось в высоком скорости работы: в системе RAMAC головка чтения/записи свободно «гуляла» по поверхности диска, так что данные записывались и извлекались заметно быстрее, чем в случае с магнитными барабанами.

Вконце шестидесятых годов IBM выпустила высокоскоростной накопитель с двумя дисками емкостью по 30 МБ. Объема в 60 МБ на тот момент было более чем достаточно, и производители накопителей стали работать над уменьшением габаритов моделей. К началу восьмидесятых винчестеры похудели до размеров сегодняшних 5,25-дюймовых приводов, а их цена упала до 2000 долларов за накопитель емкостью 10 МБ. К 1991 году максимальная емкость увеличилась до 100 МБ, к 1997 году — уже до 10 ГБ. В конце 2005 года был освоен метод перпендикулярной записи, который существенно увеличил плотность записи. Кроме того, скорость передачи данных за последние двадцать лет возросла почти в сто раз, а среднее время поиска уменьшилось в тридцать раз.

Впрочем, вернемся в прошлое. К магнитным носителям информации относится и такое известное устройство, как дискета или флоппи-диск. В отличие от жестких дисков, у этих накопителей слой ферромагнетика наносится на основу из лавсана — легкого, гибкого и дешевого материала.

Кажется невероятным, чтоДискета представляла собой гибкий диск, имевший ферромагнитное покрытие и спрятанный в пластиковый корпус, предназначенный для защиты от механических повреждений. В 1967 году в лаборатории компании IBM была создана первая дискета, имевшая диаметр 8 дюймов, а в 1971 году первая такая дискета объемом в 80 килобайт была представлена широкой аудитории. Курс развития гибких магнитных дисков был направлен на уменьшение физических размеров и увеличение объема памяти, в результате чего сначала дискеты уменьшились до 5¼ дюймов, а после – до 3½, а объем памяти к 1991 году достиг 2880 килобайт, хотя самым ходовым форматом оставалась 3½-дюймовая 1,44-мегабайтная дискета. К сожалению, дискеты нельзя было назвать надежным приспособлением для хранения информации в силу особенностей их устройства. Они легко размагничивались под воздействием магнитных полей различной природы, застревали в дисководе, были подвержены механическим повреждениям. В итоге, когда стали появляться более надежные носители информации, дискеты стали исчезать из обихода и в настоящий момент практически перестали использоваться.

Главное достоинство дискет — доступность. Первый флоппи-диск диаметром 8 дюймов (20,3 см) создали в конце шестидесятых годов в лабораториях компании IBM. К 1975 году его объем возрос с 80 КБ до 1 МБ, однако массовое признание изделие так и не получило. Золотое время для гибких дисков настало позже, когда группа инженеров, работавших над прототипом первой дискеты, покинула IBM и основала собственную компанию Shugart Associates. Именно она в 1976 году разработала гибкие диски формата 5,25 дюйма (13,34 см). Изначально их вместимость составляла 110 КБ, но к 1984 году возросла до 1,2 МБ. Низкая стоимость носителей и доступность соответствующих приводов сыграли свою роль: дискеты стали использовать повсеместно. В 1984 году началась экспансия гибких дисков формата 3,5 дюйма (8,9 см), разработанных компанией Sony. Изначальный объем составлял 720 КБ, через пару лет он возрос до 1440 КБ, а еще через четыре года — до 2880 КБ. Формат просуществовал достаточно долго, а приводы для 3,5-дюймовых дискет все еще можно встретить на современных компьютерах.