Эволюция носителей: от перфокарт до SSD

Мы уже давно привыкли измерять информацию в терабайтах данных, и даже в простеньком домашнем компьютере можно найти емкий жесткий диск, а зачастую и быстрый твердотельный накопитель. Неудивительно, что в наше время мало кто задумывается о том, какой огромный путь прошли носители информации. С чего все начиналось, и как мы дошли до такой жизни, рассказываем в нашей статье.

Содержание

• Перфокарты
• Магнитные ленты
• Дискеты
• Оптические накопители
• Жесткие диски
• HD DVD и Blu-ray
• Твердотельные накопители и флешки

Перфокарты

Перфокарты стали одной из первых попыток хранения информации в нативном для компьютеров машинном коде. Впервые они появились на свет еще в 14 веке и использовались в механических звонницах. Затем перфокарты нашли применение в ткацком станке Базиля Бушона, а технологию последнего усовершенствовал Жозеф Мари Жакар, и именно Жаккардовы устройства ткацких станков стали особенно популярны в Европе.

В 1837 году Чарльз Бэббидж разработал первую модель вычислительной машины на основе перфокарт. Им стал простейший калькулятор. Впоследствии эту идею доработал Герман Холлерит, создавший табулятор – первое устройство, способное считать информацию с перфокарты и вывести ее на бумажные носители. Именно его машина использовалась в переписи населения США, а в 1897 году и в переписи населения Российской Империи.

Что до непосредственно компьютерных технологий, то здесь перфокарты получили широкое распространение благодаря компании IBM, разработавшей для них специальный стандарт IBM-80. В привычном многим виде перфокарты представляют собой картонку с дырками, наличие или отсутствие которых в определенных местах перфокарты позволяло закодировать на них определенную информацию.

На перфокарту вмещалось 80 байт данных. Вес перфокарт с 1 Гбайт данных превышал 20 тонн, а их площадь – 860 гектаров. Поэтому неудивительно, что впоследствии от массового использования перфокарт отказались, а им на смену пришла магнитная лента.

Магнитные ленты

Первую магнитную ленту в 1927 году создал немецкий инженер Фриц Пфлеймер. В ней использовалась тонкая бумага с напылением из оксида железа. А год спустя он показал публике и первый прибор для магнитной записи. Но в те времена объема памяти перфокарт было еще достаточно, а их цена была заметно ниже магнитных лент. Поэтому широкое распространение они получили только в 1951 году и уже в другом виде.

Именно тогда компания Eckert-Mauchly Computer Corporation впервые использовала ее для записи компьютерных данных. Ну а в роли ленты выступила тонкая полоска металла из никелированной бронзы. Жителям же России наверняка запомнились обычные аудиокассеты с записанными на них компьютерными программами и играми, а звук считывания информации с таких носителей наверняка прочно врезался в память людей, заставших ZX Spectrum, Дельта и другие подобные компьютеры.

К слову, ленточные накопители никуда не исчезли, и до сих пор активно используются для долговременного хранения информации. А в 2020 году Fujifilm и IBM смогли увеличить плотность их записи до 317 Гбит на квадратный дюйм. Емкость ленточного накопителя выросла до 580 Тбайт.

Дискеты

В 1971 году на свет появились первые дискеты. Их разработала компания IBM, планировавшая использовать такие устройства для рассылки своим клиентам обновления ПО. Первые дискеты представляли собой полимерный диск с магнитным покрытием, заключенный в пластиковый кожух для защиты. Ну а вместе с дискетами в компьютерах начали появляться и устройства для работы с ними – дисководы.

Первые 8-дюймовые дискеты могли хранить только 80 Кбайт данных. В 1973 году их емкость увеличилась до 256 Кбайт, а в 1975 – до 1 Кбайт. В дальнейшем дискеты становились все компактнее. На место 8-дюймовых моделей пришли 5,25-дюймовые, а в 1981 году появился привычный массовому потребителю формат 3,5 дюйма. Изначально 3,5-дюймовая дискета вмещала 720 Кбайт данных, но со временем ее емкость росла и достигла 2,88 Мбайт.

Оптические накопители

Как это ни странно, но оптические накопители появились на свет даже чуть раньше дискет. Это произошло в 1969 году с легкой руки компании Philips. Диски Laserdisc использовались для записи и просмотра фильмов, но хотя они и во многом превосходили кассеты VHS, так и не смогли вытеснить их с рынка. А в 1982 году на место Laserdisc пришел куда более успешный стандарт Compact Disc (CD) совместной разработки Sony и Philips.

Технически такие диски представляли собой поликарбонатную основу с покрытием из металла и лака. Запись на них производилась выдавливанием небольших углублений по спирали. При этом первые CD-диски не имели возможности перезаписи. Затем на рынке появились диски CD-R с дополнительным слоем между поликарбонатом и отражателем, поддерживающим однократную запись на носитель. Вершиной же эволюции CD-дисков стал стандарт CD-RW с возможностью многократной записи информации. Емкость таких носителей начиналась от 650 Мбайт и в определенное время достигла 800 Мбайт.

Ну а в 1996 году свет увидел формат DVD (Digital Versatile Disc). Конструктивно такие диски мало чем отличаются от CD, но имеют в 6,5 раза большую плотность записи за счет использования красного лазера с длиной волны 650 нм, позволившего заметно уменьшить размер одной ячейки памяти. Ну а в итоге, на такой носитель можно было записать 4,7 Гбайт данных, а при использовании двухсторонних DVD и все 17 Гбайт.

Жесткие диски

Жесткие диски знакомы, пожалуй, всем современным пользователям компьютеров. Они устанавливаются в большинство систем и до сих пор активно используются пользователями для недорогого хранения больших объемов информации. Но мало кто знает, что первый в истории жесткий диск был показан еще в 1956 году компанией IBM. Он насчитывал 50 алюминиевых пластин диаметром 61 см, весил почти тонну и вмещал 5 Мбайт данных – на то время это была фантастическая цифра.

По принципу работу такой диск мало отличался от обычной магнитной ленты и такие использовал магнетизм. Чем он отличался, так это высокой скоростью работы за счет свободного перемещения считывающей головки по диску. Прародителем же современных HDD можно назвать появившийся в 1973 году IBM 3340 с двумя пластинами. Каждая из них имела емкость 30 Мбайт, а одна из пластин была съемной. Собственно, именно поэтому за ним закрепилось прозвище «30-30». А сами жесткие диски впоследствии стали называть винчестерами из-за сходства «30-30» с названием винтовки Winchester 30/30.

В 1983 году на рынке появились первые 3,5-дюймовые модели жестких дисков, а 5 лет спустя мир увидел и первые 2,5-дюймовые накопители. Оба форм-фактора HDD оказались настолько удачными, что они используются до сих пор. Впрочем, на этом развитие винчестеров не остановилось. Со временем они становились все быстрее, увеличивалась плотность их записи, менялись интерфейсы. Главной же вехой в их развитии стал 2005 год, когда производители внедрили в накопители метод перпендикулярной записи, позволивший кардинально увеличить их плотность.

HD DVD и Blu-ray

CD- и DVD-диски наглядно показали производителям большой спрос на такой тип носителей. Но со временем емкость даже двухсторонних DVD оказалась недостаточной. Так на свет появились два конкурирующих формата HD DVD и Blu-ray. Разработкой первого из них занимались японские компании NEC, Toshiba и Sanyo, а за последний отвечал консорциум Blu-ray Disc Association, включающий в себя Sony, Panasonic, LG, Hitachi, Samsung и другие компании.

Победителем из этого противостояния вышел формат Blu-ray, и в 2008 году Toshiba объявила о прекращении разработки HD DVD. Мир отдал предпочтение Blu-ray. И не в последнюю очередь благодаря заметно большей емкости таких дисков, на которые можно было записать до 50 Гбайт информации. Blu-ray продолжили развиваться, объем памяти дисков увеличился до 100 Гбайт, у них появилась поддержка 4К-видео на 60 к/с и 10-глубиной цвета.

Твердотельные накопители и флешки

Современный компьютер сложно представить без быстрого SSD хотя бы в роли системного накопителя. Но сама флеш-память появилась еще в далеком 1984 году. Тогда же она получила и свое название «flash». Это слово символизирует процесс стирания данных из ячеек памяти.

Современный стандарт трехмерной флеш-памяти – NAND – был представлен в 1989 году. Сначала ячейки памяти могли хранить только один бит информации (SLC), потом появились ячейки с двумя (MLC), тремя (TLC) и четырьмя (QLC) битами. Технологии V-NAND и 3D NAND  позволили размещать ячейки памяти в несколько слоев, и в наше время уже никого не удивить, например, 196-слойной памятью. Менялись интерфейсы и скорость работы SSD, и сейчас на рынке отлично уживаются и простенькие твердотельные накопители с интерфейсом SATA, и быстрые M.2 SSD PCIe 4.0.

Впрочем, говорить о том, что твердотельные накопители обязательно используют флеш-память в корне неверно. Точнее в наше время это кажется очевидным, но на самом деле SSD получили свое название благодаря полному отсутствию подвижных элементов. Первый же такой накопитель появился за восемь лет до выхода первой флеш-памяти и использовал RAM-память общим объемом 2 Мбайт.

Читайте также

• Как выбрать внешний накопитель: практические советы и рекомендации
• Почему реальный объем накопителя всегда меньше заявленного?