История внешних носителей информации

Новиков М.Г.
02.12.2006

Содержание:

Рост емкости внешних носителей информации

Давайте проследим, как с течением времени менялся объём и технология хранения информации на наиболее распространенных сменных носителях.

Условно все сменные носители информации можно разделить на следующие группы:

Принцип действия

Порядок ёмкости

Тип носителя

Ёмкость
Механический (перфорация) Десятки байт: Перфокарта 45 или 80 колонная 45 и 80 байт (из них 8 байт служебных)
неограниченно Перфолента (зависит от длинны)
Магнитный Десятки килобайт: Магнитный барабан 20K–100K (последние модели до 1 Гб)
неограниченно Магнитная лента (зависит от длинны)
Сотни килобайт: Дискета 8 дюймов 80К–1,6М
Дискета 5,25 дюймов 110К–1,2М
Единицы мегабайт: Дискета 3,5 дюйма 720К–2,88М
Десятки и сотни мегабайт: ZIP-дискета 100М–250М
Полупроводниковый Флэш-память 8М–128М (последние модели до 64Г)
Оптический Сотни мегабайт: Оптический диск CD 640М–800М (длина волны считывающего лазера — 780 нм (инфракрасный))
Единицы гигабайт Оптический диск DVD 4,7Г (длина волны считывающего лазера — 650 нм (красный))
Десятки гигабайт Оптический диск
BR-DVD (BD-ROM),
HD-DVD		 54Г (30Г) (длина волны считывающего лазера — 405 нм (фиолетовый))
Сотни гигабайт Оптический голографический диск HVD (Красный лазер) 200Г–1,6Т (длина волны считывающего лазера — 650 нм (красный))
Единицы терабайт Оптический голографический диск HVD (фиолетовый лазер) 3.9Т (длина волны считывающего лазера — 405 нм (фиолетовый))
Нано-оптический (атомный) Терабайты, пэтабайты, эксабайты В разработке Терабайты, пэтабайты, эксабайты (длина волны считывающего лазера — 210 нм (ультрафиолетовый))

[Вернуться в начало]

Механическая память (перфорация)

В 1725 году Базиль Бушон (Basile Bouchon) придумывает перфорированную бумажную ленту для записи программы, чтобы упростить изготовления сложных узоров на ткацком станке. Лионский ткач склеивает ленту в петлю и использует свое изобретение для программирования ткацких станков.

В 1728 году Жан-Баптист Фалькон (Jean-Baptiste Falcon) усовершенствует изобретение Бушона. Он заменяет перфорированную ленту карточками, соединенными в цепочку. Это позволяет легко заменять фрагменты программы.

Ткацкие станки Бушона-Фалькона были полуавтоматическими и требовали ручной подачи программы. Громадного успеха в автоматизации добился Жозеф Мари Жаккард (Joseph-Marie Jacquard), французский изобретатель, сын лионского ткача. В 1801 году он создал автоматический ткацкий станок, управляемый при посредстве перфокарт. Наличие или отсутствие отверстий в перфокарте заставляло нить подниматься или опускаться при ходе челнока, создавая тем самым запрограммированный рисунок. Станок Жаккарда был первым массовым промышленным устройством, автоматически работающим по заданной программе. Этот станок был отмечен медалью Парижской выставки, и вскоре только во Франции работало более 10 тысяч таких станков.

Перфокарты ткацких станков Жаккарда:

В 1884 году Herman Hollerith оформляет первый патент на хранение данных на перфокартах.

Среди компьютеров в середине XX века наибольшее распространение в СССР получила 80-колонная перфокарта, представленная ниже. Каждая колонка кодировала 1 байт. 8 байт из 80 были служебными. Также были ещё 45-колонные варианты перфокарт.

По ГОСТу, перфокарте предписывалось быть 187,4 миллиметра в длину и 82,5 миллиметра в ширину. Информация на нее заносилась двумерной матрицей, эдакой таблицей, состоящей, как правило, из 12 строк и 40 или 80 колонок.

Скорость обработки машинных перфокарт достигало 2000 карт в 1 мин. Воспроизведение (считывание) информации осуществлялось с помощью электромеханических считывателей или фотоэлементами. За рубежом применялись также перфокарты с 90, 40 и 21 колонкой с 6, 12 и 10 строками соответственно.

Как разновидность перфорированных носителей, применялись также перфорированные бумажные ленты. Большую систематизированную коллекцию перфокарт можно посмотреть на http://www.cs.uiowa.edu/~jones/cards/

[Вернуться в начало]

Магнитная память

Впервые мысль о том, что намагничивание может быть использовано для записи звука, была высказана неким Оверлингом Смитом в 1888 г. Описанное Смитом устройство имело все отличительные признаки магнитофона: магнитный носитель информации, механизм для его подачи и магнитную головку.

В 1898 году датчанин Вальдемар Пульсен создал и запатентовал телеграфон — аппарат для магнитной записи звука. Он представлял собой медный цилиндр, обмотанный тонкой стальной проволокой и движущийся вдоль него электромагнит. в 30-е годы 20 века в Германии вместе с идеей использовать для записи не проволоку, а ленту с напылённым на нее магнитным порошком.

В 1932 году австрийский ученый G. Taushek изобретает «Drum memory» — цилиндрическую память.

В 1952 году, в качестве внешнего носителя информации, в вычислительной машине IBM Model 701 впервые использовали магнитную ленту . Магнитная лента называлась Model 726. Первая магнитная лента могла содержать 1,4 Мбайт данных. Плотность ленты составляла 800 бит/дюйм, и была рассчитана на 9-дорожечную запись. Скорость считывания составляла 7500 байт/секунду, если учитывать также скорость ленты – 75 дюймов/сек. Лента была разработана компанией 3М (в последствии Imation). Примерно в это же время были изобретены и магнитные барабаны.

В 1962 году фирма IBM выпустила первые устройства внешней памяти со съемными дисками.

В 1967 компания IBM изобретает первую дискету. Гибкие диски фирма IBM стала разрабатывать после создания этой же фирмой в 1956 первого жесткого диска. 13 сентября 1956 года IBM начала поставки первого жесткого диска с произвольным доступом. Это устройство носило название RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control — «Метод учета и контроля с произвольным доступом»). Размером RAMAC был с приличный шкаф весом больше тонны. Объем памяти – 5 Мб. В состав накопителя входило 50 дисков диаметром 24 дюйма (61 см), которые вращались со скоростью 1200 об/мин. Головки чтения и записи поочередно подводились к каждому диску с помощью сервопривода. В среднем, время доступа в RAMAC составляло 0,6 секунды, скорость передачи данных могла достигать 9 Кбайт/с. Покрытие пластин было сделано из оксида железа. Опытный образец первой дискеты представлял собой диск без защитного конверта. После многочисленных доработок в 1971 году, компания IBM поставила на рынок 8-дюймовые гибкие диски, которые состояли из простого гибкого пластмассового диска, покрытого окисью железа и помещенного в картонный конверт.

На фотографии ниже представлены дискеты без защитных конвертов:

Появилось великое множество всевозможных магнитных и магнитооптических дисков, перечислять которые я не буду.

[Вернуться в начало]

Полупроводниковая память

В 1984 году появилась Flash-память (Flash Erase EEPROM). Первый вариант флэш-памяти был разработан компанией Toshiba, и только в 1988 году сходное решение представила компания Intel. Главное отличие flash от предшественников состояло в ином способе стирания информации: данные можно было обнулять или в определенном минимальном объеме (чаще всего берется блок размером 256 или 512 байт), или очищать сразу весь чип.

Первыми накопителями на флэш-памяти, появившимися на рынке, были карты ATA Flash. Эти накопители изготавливаются в виде стандартных карт PC Card. Карта имеет встроенный АТА контроллер. Благодаря чему карта при работе эмулирует обычный жесткий диск. Существует три типа PC-CARD ATA (I, II, III). Все они отличаются толщиной (3,3 5,0 и 10,5 мм соответственно). Все типы обратно совместимы между собой — в более толстом разъеме всегда можно использовать более тонкую карту, так как толщина разъемов у всех типов одинакова - 3,3 мм. Наибольшее применение получили карты ATA-flash Type I. Карты работают при напряжении 3,3В и 5В. PC-Card бывают объемом до 2GB. Вследствие больших своих размеров флэш-память этого стандарта не получила широкого применения. В настоящее время практически не используется.

USB-флэш-память (USB-память, «флэшка»), используемая вместо дискет для переноса информации между компьютерами — совершенно новый тип флэш-накопителей, появившийся на рынке только в 2001 г. По форме USB-память напоминает брелок продолговатой формы, состоящий из двух половинок — защитного колпачка и собственно накопителя с USB-разъемом (внутри него размещаются одна или две микросхемы флэш-памяти и USB-контроллер).

[Вернуться в начало]

Оптическая память

В 1972 году фирма Philips впервые представила устройство, в котором такая информация считывалась с прозрачного пластмассового диска оптическим способом. Новый носитель позволял записать 5...7-минутный видеоклип либо высококачественную стереофоническую звукозапись длительностью 70 минут. Запись и считывание осуществлялись в аналоговом виде.

В 1978 году той же фирмой Philips была создана система цифровой оптической звукозаписи с современным компакт-диском в роли носителя.

В 1981 году Philips совместно с фирмой Sony представила доработанную систему цифровой оптической звукозаписи, параметры которой стали мировым стандартом де-факто и в 1982 году были утверждены Международной электротехнической комиссией (МЭК). Эти стандартные параметры таковы: диаметр диска 120 мм; запись в виде непрерывной спиральной дорожки с началом у центра диска; ширина дорожки 1 мкм; шаг спирали 1,6 мкм; запись с постоянной линейной скоростью 1,2...1,4 м/с; поверхностная плотность записи 106 Мбит/см2; скорость считывания информации 2 Мбит/с; модуляция EFM; коррекция ошибок двойным кодом Рида-Соломона с перемежением. Для фиксации информации используется покадровая система записи. Компакт-диск получился настолько удачным и емким, что на него практически сразу же обратили внимание создатели персональных компьютеров. В 1986 году первые CD-ROM начали встраиваться в ПК.

Для пользователя оптические диски являются дешевой но некомпактной альтернативой флэш-памяти. До сих пор широко распространённые оптические носители CD-RW, записываемые инфракрасным полупроводниковым лазером (лазерным светодиодом), в настоящее время вытесняются DVD-RW, записываемые красным полупроводниковым лазером, формат которого был предложен ещё в 1995 году.

Также в настоящее время появляются первые устройства HD-DVD и BR-DVD, использующие фиолетовый полупроводниковый лазер лазер с длиной волны 405 нм.

Разрабатываются также гибридные диски, на которые возможно производить запись сразу в нескольких форматах. Кроме того, скоро ожидается появление голографических оптических дисков (HVD), хранящих страницы информации в объёмных голограммах. О них я уже рассказывал в соответствующей статье.

Существуют также и более отдалённые перспективы развития оптического способа записи. Например, атомно-голографическая запись, описанная у меня на сайте в соответствующей статье.

[Вернуться в начало]

Развитие технологии оптического хранения информации

В таблице, представленной ниже, даны сравнительные характеристики приводов и оптических дисков четырёх распространённых форматов:

Налицо динамика укорачивания длины волны полупроводникового лазера, что позволяет более плотно записывать информацию на оптические диски. Обозначается тенденция к переходу длин волн в ультрафиолетовый диапазон. Так, 17 мая 2006 года японские исследователи из лабораторий NTT Basic Research Laboratories создали ультрафиолетовый светодиод, длина волны которого составляет порядка 210 нм! Это самая короткая длина волны, свет которой может распространяться в воздухе. Это первый шаг к ультрафиолетовым лазерным светодиодам.

Схематично длины волн полупроводниковых лазеров, применяющихся в различных устройствах чтения-записи, можно увидеть на следующем рисунке:

Таким образом, в ближайшее время нам следует ждать голографические диски, информация на которых будет записываться лучом лазерного диода с длиной излучаемой волны порядка 210 нм.

[Вернуться в начало]