Какие устройства внешней памяти использовались в эвм второго поколения перфокарты магнитные

Обновлено: 04.07.2024

Окунёмся в историю форматов хранения данных. Взглянем на то, как они рождались, развивались и умирали. Начну рассказ с перфокарт.

Перфокарты начали повсеместно использоваться в конце XIX века и оставались массовым инструментом вплоть до 60-х годов XX-го. Однако мало кто знает, что их история началась задолго до появления компьютера.

Одним из наиболее важных музыкальных инструментов средневековья были колокола. Однако традиционная звонница не особенно проста в управлении. Сложности с большим количество верёвок, прикрепленных к языкам инструмента, испытывали даже обученные звонари.

Фото — Oliver Raupach — CC BY-SA — Карильон в Олимпийском парке Мюнхена

Для решения этой проблемы появились карильоны — механические звонницы. Педальный механизм приводил в движение сложную систему рычагов, позволяя управлять инструментом усилиями одного человека.

Фото — Uwe Aranas — CC BY-SA — Барабан карильона на колокольне города Брюгге

В XIV веке для дальнейшего удобства карильоны начали автоматизировать. Они получили металлический цилиндр с зубьями, двигавший рычаги в нужной последовательности по мере вращения. Этот прорыв положил основу Европейской традиции механических инструментов. В частности, по схожему принципу работают шарманки.

Со временем этот принцип барабанной автоматизации начал проникать и в другие сферы деятельности человека. В частности, его вариация нашла применение в текстильной промышленности. Текстильщик Базиль Бушон в XVIII веке автоматизировал ткацкий станок для вышивки сложных рисунков на китайских шелковых платьях.

Фото — Dogcow — CC BY-SA — Автоматизированный станок Базиля Бушона

Бушон «перевернул» знакомый ему с детства принцип барабанной автоматизации. В карильонах и шарманках рычаги управляются зубьями, закреплёнными на барабане. В машинах Базиля рисунок «программировался» отверстиями на бумажной ленте, через которые проходили челноки. Так, появилась первая «перфокарта».

Модель, созданная Бушоном, не была идеальна — для движения перфоленты требовался отдельный оператор. Но у технологии имелся потенциал. Поэтому, когда в начале XIX века такие станки оптимизировал другой француз — Жозеф Мари Жакар — они приобрели популярность. Жаккардовы устройства распространились по всей Европе. При этом перфокарты используются в текстильном производстве и по сей день.

Именно Жаккардовым станком вдохновлялся Чарлз Бэббидж при проектировании своей знаменитой аналитической машины — перфокарты показались ему идеальным методом ввода данных.

Предполагалось использование перфокарт трёх типов — с входными данными, информацией о планируемой арифметической операции, и инструкциями для выгрузки информации из оперативной памяти.

Однако при жизни Бэббиджа полноценный прототип не был реализован, сохранились лишь перфокарты, предположенные для демонстрации.

Фото — Alan Levine — CC BY — Карты Чарльза Беббиджа

В массовое пользование перфокарты вошли значительно позже, с изобретением табуляторов — электромеханических машин для авторизации обработки данных. Их потенциал в сферах статистики и бухгалтерского учёта стал гарантией коммерческого успеха и поспособствовал росту IBM.

Правительство США закупило ряд таких машин для проведения переписи населения в 1890 году. Эксперимент оказался удачным и их примеру последовало множество стран. Например, в 1897 году табуляторы использовались в единственной в истории переписи Российской Империи.

Используемые во время переписи населения перфокарты имели всего 24 колонки в ширину и создавались из непрочной бумаги. Более того, они умели хранить лишь примитивную информацию из опросников, например, в каком поле при ответе на вопрос человек поставил галочку. Со временем этого оказалось недостаточно и появилась необходимость в кодировках, которые бы позволили хранить на перфокартах больше информации.

Первый стандарт перфокарты для вычислительных систем, стал самым массовым — это был IBM-80. Такие карты имели 80 колонок и позволяли с помощью комбинаций прокалываний кодировать символы латинского алфавита и цифры. Со временем в стандарт были добавлены комбинации для знаков пунктуации и специальных символов. Используемая кодировка называлась EBCDIC (Extended Binary Code Decimal Interchange Code).

Фото — Gwern — PD — Пробитая перфокарта стандарта IBM-80

Для удобства пользователей мейнфреймов IBM также изготавливался мобильный вариант этих карт, состоявший из 40 колонок.

Фото — George Shuklin — CC BY-SA — Пробитая отечественная перфокарта

В Советском Союзе использовались кириллические перфокарты, изготовленные по ГОСТ 10859-64. Стандарт был введён в 1964 году, и в 1969 году обновлён для кодирования 7-битных данных.

Перфокарты — это лучше, чем ничего. Но особенности формата создают целый ряд проблем. Обращаться с программами, написанными на перфокартах, было попросту неудобно.

Для одной программы зачастую требовались десятки, сотни или даже тысячи перфокарт. Если ветер разбросал стопку карт по комнате, несчастным программистам приходилось вручную восстанавливать их порядок. Конечно, существовали машины автоматической сортировки перфокарт — вроде IBM 82 — но они были дорогими. Их в основном использовали в больших компьютерных центрах для распределения задач по важности.

Фото — waelder — CC BY-SA — Сортировщик перфокарт IBM 82

Из-за большого количества неудобств от этого формата хранения данных отказались. Перфокарты заменила магнитная лента, которая до сих пор используется в дата-центрах. О ней поговорим в следующей части.

С древнейших времен люди искали способы записи и хранения различной информации. Сначала они рисовали на скалах и глине. Затем появился пергамент, а позже — бумага. В XX веке с появлением первых компьютеров хранить информацию стало легче, но эволюция носителей информации лишь ускорилась. Казалось бы, еще вчера мы записывали нужные нам файлы на дискеты. А сегодня мы уже пользуемся 256-гигабайтными флешками! В общем, развитие технологий хранения информации не стоит на месте. Поэтому в этот раз мы вспоминаем, с чего же началась история компьютерных носителей информации, и расскажем о том, каких результатов добилась индустрия к концу XX века.

В таком виде сохраняли информацию в былые времена

Станок Жаккара. Перфокарты

История носителей информации берет свое начало в начале XIX века. Причем в роли прародителя запоминающих устройств выступает — кто бы мог подумать! — ткацкий станок. Автором первого изобретения в области хранения данных стал французский изобретатель Жозеф Мари Жаккар. Долгое время он работал со станками в качестве подмастерья, ткача и наладчика, поэтому богатый опыт значительно помог ему в дальнейшей изобретательской деятельности. Итак, в чем же заключалась инновационная идея Жаккара? Несмотря на то, что производство ткани в то время являлось довольно сложным процессом, по своей сути оно представляло собой постоянное повторение одних и тех же действий. Жаккар пришел к выводу, что этот процесс можно автоматизировать.

Жозеф Мари Жаккар — создатель ткацкого станка, использующего перфокарты

Французский изобретатель придумал такую систему, которая использовала в своей работе специальные твердые пластины с отверстиями. Они и являлись первыми в мире перфокартами. Прежде подобные пластины использовались в станках Вокансона и Бушона, однако эти устройства были слишком дороги в производстве и по этой причине так и не прижились. В своей же разработке Жаккар учел все недостатки этих аппаратов. В пластинах было увеличено количество рядов отверстий, что обеспечило обработку большего числа нитей, а, следовательно, и повышение производительности станка. Кроме этого, был значительно упрощен процесс подачи пластин в считывающее устройство — набор щупов, связанных со стержнями нитей. При проходе пластины щупы проваливались в отверстия, поднимая вверх соответствующие нити и образуя основные перекрытия в ткани. Таким образом, определенная комбинация отверстий на пластине позволяла создать ткань с нужным узором.

Ткацкий станок Жаккара

Первый автоматизированный станок Жаккар создал в 1801 году и на протяжении еще нескольких лет дорабатывал его. За свои достижения изобретатель получил пенсию в 3000 франков и одобрение Наполеона. Однако ни сам Жаккар, ни французский император не имели ни малейшего понятия, насколько важным станет это изобретение в будущем.

В 30-х годах XIX века на разработанные Жаккаром перфокарты обратил внимание английский математик Чарльз Бэббидж. В то время ученый ум трудился над созданием аналитической машины и решил использовать в ее конструкции перфокарты. Для этого англичанин даже совершил путешествие во Францию с целью подробно изучить станки Жаккара. Увы, но из-за низкого уровня технологий и недостатка финансовых средств аналитическая машина Бэббиджа так и не увидела свет. Тем не менее, ее конструкция стала впоследствии прообразом современных компьютеров.

Кроме этого, перфокарты использовались в табуляторе, разработанном в 1890 году Германом Холлеритом. Табулятор являлся механизмом для обработки статистических данных и использовался на благо Бюро переписи населения США. Кстати, созданная Холлеритом компания Tabulating Machine Company в конечном итоге была переименована в International Business Machines (IBM). На протяжении нескольких десятков лет IBM развивала и продвигала технологию перфокарт. В середине XX века они использовались повсеместно, получив особенно широкое распространение в компьютерной технике и различных станках. Закат эпохи перфокарт пришелся на 1980-е годы, когда на смену им пришли более совершенные магнитные носители информации. Интересно, что отдел исследования перфокарт компании IBM существовал вплоть до 2000-х годов. Например, в 2002 году в IBM изучали создание перфокарты размером с почтовую марку, которая могла бы содержать до 25 миллионов страниц информации.

Магнитные диски

Несмотря на то, что перфокарты отличались простотой изготовления, они обладали и целым рядом довольно существенных недостатков. Во-первых, это небольшая емкость. Стандартная перфокарта вмещала в себе около 80 символов, что соответствовало 100 байтам информации. Это очень мало. Судите сами: для хранения одного мегабайта данных потребовалось бы свыше десяти тысяч таких перфокарт. Во-вторых, это низкая скорость чтения и записи. Даже самые совершенные считывающие устройства могли обрабатывать не более одной тысячи перфокарт в минуту. То есть за секунду они считывали лишь 1,6 Кбайт данных. Ну и в-третьих, это невысокая надежность и невозможность повторной записи. Конечно, понятие «надежность» не совсем корректно использовать по отношению к перфокартам. Однако, согласитесь, повредить изготовленную из тонкого картона пластину не составляет никакого труда. Вдобавок к этому делать отверстия в картах нужно было очень аккуратно и внимательно: одна лишняя «дырка» — и перфокарта приходила в негодность, а хранящаяся на ней информация безвозвратно пропадала.

К хранению данных требовался новый подход. И в середине XX века были созданы первые магнитные носители информации. Эпоху данного типа накопителей открыла магнитная пленка, разработанная немецким инженером Фрицем Пфлюмером. Патент на это устройство был выдан еще в 1928 году, но немецкие власти так долго «скрывали» технологию внутри страны, что за пределами державы о ней стало известно лишь после окончания Второй мировой войны. Магнитная пленка изготавливалась из тонкого слоя бумаги, на который напылялся порошок оксида железа. При записи информации пленка попадала под воздействие магнитного поля, и на поверхности ленты сохранялась определенная намагниченность. Это свойство затем и использовали считывающие устройства.

Магнитная лента использовалась в компьютере UNIVAC-I

Впервые магнитная лента была применена в коммерческом компьютере UNIVAC-I, выпущенном в 1951 году. Кстати, его первый экземпляр попал в то же самое Бюро переписи населения США. Магнитная пленка, используемая в UNIVAC-I, была намного более емкой, нежели перфокарты. Ее объем равнялся емкости десяти тысяч перфокарт, то есть он составлял примерно 1 Мбайт.

Развитие технологии магнитных лент продолжалось до 1980-х годов. В течение этого времени подобные накопители использовались в основном в мейнфреймах и мини-компьютерах. Ну а с 80-х годов магнитная лента использовалась лишь для резервного хранения данных. Этому способствовало то, что ленточные картриджи оставались надежным и очень дешевым носителем информации. Но даже несмотря на эти преимущества, к концу 2000-х годов специалисты предрекали конец эпохи магнитных лент — цены на жесткие диски продолжали падать. Вдобавок они предлагали высокую плотность записи. Начиная с 2008 года, рынок ленточных накопителей уменьшался примерно на 14% в год, и даже ярые сторонники технологии признавали, что у нее нет шансов на выживание. Однако ситуация резко изменилась в 2011 году. В Таиланде произошло наводнение, продолжавшееся, по официальным данным, 175 дней. В результате наводнения было затоплено несколько индустриальных зон, где были расположены заводы по производству жестких дисков таких компаний, как Seagate, Western Digital и Toshiba. Как итог, цены на продукцию возросли на 60%, а объемы производства упали. Так магнитная лента получила вторую жизнь.

Магнитная лента IBM

Стоит отметить, что ленточные накопители, как правило, используются в тех сферах, где необходимо хранить очень большое количество информации. Например, в каких-либо крупных исследованиях. Так, магнитную ленту используют для записи результатов исследований на Большом адронном коллайдере. О преимуществах технологии в свое время рассказывал Альберто Пейс (Alberto Pace) — глава подразделения обработки и хранения данных CERN. Он отметил, что магнитная лента имеет четыре основных преимущества над жесткими дисками. Прежде всего, это скорость. Несмотря на то, что специализированному роботу требуется до 40 секунд, чтобы выбрать нужную кассету и вставить ее в считыватель, чтение данных из ленты происходит в четыре раза быстрее, чем с жесткого диска. Еще одним преимуществом магнитной ленты, по словам Пейса, является ее надежность. Если она рвётся, то ее можно легко склеить. В этом случае теряется лишь несколько сотен мегабайт данных. Когда выходит из строя жесткий диск, теряются абсолютно все данные. Глава подразделения CERN привел некоторые статистические данные, касающиеся надежности устройств. Так, в среднем за год в CERN из 100 петабайт данных, хранящихся на магнитных лентах, теряется лишь несколько сотен мегабайт. На жестких дисках располагается около 50 петабайт информации, и каждый год организация теряет до нескольких сотен терабайт в результате неисправностей HDD. Третьим преимуществом магнитной ленты является ее энергоэффективность, а точнее, экономичность. Сами ленты хранятся в неактивном состоянии, следовательно, они не потребляют энергию. Наконец, четвертое — это безопасность. Если злоумышленники получат доступ к жестким дискам, то они смогут уничтожить всю информацию за считанные минуты. В случае с магнитными лентами на это может уйти не один год.

Хранилище магнитных лент в CERN

Еще на два преимущества ленточных накопителей указал Эвангелос Элефтеро — руководитель отдела технологий хранения данных исследовательской лаборатории IBM в Цюрихе. Он отметил, что магнитные ленты все еще дешевле, чем жесткие диски. 1 Гбайт HDD стоит примерно 10 центов, тогда как стоимость аналогичной емкости магнитной ленты оценивается в 4 цента. Также Элефтеро обратил внимание на долговечность лент. Такой накопитель будет служить верой и правдой даже через 30 лет, в то время как рабочий цикл жесткого диска составляет всего 5 лет.

Тем не менее, стоит понимать, что магнитные ленты уже никогда не будут использоваться как единственная система хранения данных. Они занимают важное место в иерархической структуре хранения информации, но не являются (и не будут) ее основным звеном.

Дискеты

По своей конструкции дискета представляла собой диск из полимерных материалов, на который наносилось магнитное покрытие. Пластиковый кожух имел несколько отверстий. Центральное предназначалось для шпинделя дисковода, малое отверстие являлось индексным, то есть позволяло определить начало сектора. Наконец, через прямоугольное отверстие с закругленными углами магнитные головки дисковода работали непосредственно с диском.

Идея написать статью появилась довольно неожиданно, по мотивам небольшой дискуссии в комментариях к статье "Ферритовая память. Как это работало? Просто о сложном".

Сегодня пойдет разговор об использовании магнитных лент в качестве внешней памяти вычислительных машин.Накопители на магнитной ленте, или сокращенно НМЛ, использовались практически во всех машинах. До недавнего времени. Но и сегодня они не ушли окончательно в прошлое. В современных машинных залах, дата-центрах, они все еще используются для ведения архивных копий.

Но теперь это не отдельные накопители, а роботизированные ленточные библиотеки самых разных размеров. Например, довольно малогабаритная библиотека Qualstar RLS-8500, монтируемая в стойку.

Давайте посмотрим, как устроены и как работают НМЛ. И чем они отличаются от других устройств магнитной записи на лентах. Это довольно интересно, хоть и несколько потеряло сегодня актуальность.

Я отношу эту статью не к серии "история ЭВМ", а к серии "Как устроены и работают ЭВМ". И речь пойдет на конкретных ЭВМ или моделях накопителей, а о принципах их работы. Хотя многие моменты, пожалуй, имеют уже больше исторический интерес.

В статье будут рассматриваться общие принципы работы накопителей на магнитной ленте, более подробно 9-дорожечная лента (основной тип ленты в ЕС и СМ ЭВМ), и немного однодорожечные ленты.

И да, статья написана по памяти, на основе личного опыта работы с НМЛ. Таблицу группового кодирования уточнил в стандарте, поскольку "по памяти" вспомнить уже не получилось. Склероз.

Не смотря на то, что бытовые магнитофоны видели практически все, за исключением, возможно, самых молодых читателей, в машинных залах и дата-центрах бывали немногие. А накопители на магнитной ленте, которые используются в ЭВМ, и выглядят, и работают, совсем не так. Да и сам процесс обмена информацией между процессором и лентой отнюдь не прост.

Я постараюсь, максимально простым языком, рассказать как устроены и работают накопители на магнитной ленте (НМЛ), какие этапы обработки проходит информация между процессором и лентой, какие хитрости и тонкости, не видные невооруженным глазом, здесь есть.

Ссылка на статью, комментарии к которой и стали причиной данного рассказа

Аналоговый магнитофон, цифровой магнитофон, НМЛ

Давайте сначала посмотрим, какие основные требования предъявляются к разным типами устройств магнитной записи на ленте. Это поможет нам понять, почему они настолько разные даже внешне.

Аналоговый магнитофон

Аналоговые магнитофоны больше всего известны как устройства звукозаписи. Они были и катушечными, и кассетными, и бытовыми, и профессиональными. Да и в качестве носителя не всегда использовалась лента, применялась и стальная проволока.

Общие требования к таким магнитофонам, вне зависимости от деталей реализации, таковы:

Линейность передачи аналогового сигнала в процессе "запись-воспроизведение", отсутствие искажений. Это самое очевидное требование. Мы хотим, что воспроизводимый сигнал был максимально близок к записанному.
Записываемый сигнал представляет из себя переменное напряжение/ток, причем его спектр находится в ограниченном частотном диапазоне . Это менее очевидно требование, зачастую воспринимаемое как ограничение. на магнитную ленту нельзя записать сигнал постоянного тока, и даже слишком низкой частоты.
Записываемая на ленту информация не имеет структуры . Действительно, можно записать всю ленту один спектакль, а можно несколько альбомов любимого исполнителя. В последнем случае, с точки зрения человека, некоторая структурированность есть, но с точки зрения магнитофона структура отсутствует.
В режимах записи и воспроизведения лента движется с постоянной скоростью длительное время . Другими словами, режим движения ленты "непрерывный длительный". Другими словами, включили и слушаем, или записываем.
Режимов работы всего 4 . Запись, воспроизведение, ускоренная перемотка вперед, ускоренная перемотка назад.

Скорость движения ленты относительно магнитных головок могла быть разной. И сами головки могли быть подвижными, например, в видеомагнитофонах.

Цифровой магнитофон

Цифровые магнитофоны от аналоговых отличаются, в первую очередь, типом записываемого сигнала. Теперь важны только пороговые значения сигнала, а не промежуточные уровни. И записываемый сигнал является импульсами.

В остальном все примерно так же, как в аналоговом магнитофоне. То, что теперь записываемая информация может иметь некоторую структуру, не оказывает существенного влияния. Да, запись идет, например, побайтно, или блоками из определенного количества байт. Но лента все равно движется непрерывно с постоянной скоростью.

Здесь возможно следует сделать небольшое уточнение. Я говорю о цифровых магнитофонах, которые должны были вытеснить аналоговые из звукозаписи и видеозаписи. В таких магнитофонах информация рассматривалась как поток бит/байт

Это цифровой магнитофон, но требования к его функциональности существенно иные.

Записываемый сигнал является цифровым . Это совершенно естественное в данном случае требование
Запись информации выполняется блоками, которые могут иметь фиксированную или переменную длину . Переменная длина означает, что разные блоки могут иметь разную длину. По сути, запись отдельными блоками означает наличие структуры информации.
Лента движется в режиме старт/стоп . Это очень важный момент. ЭВМ может выполнить запись/считывание одного блока. И после окончания операции лента должна остановиться. Время старта и стопа должно быть малым, а во время выполнения записи/чтения блока лента должна двигаться с постоянной скоростью.
Основные режимы работы : запись блока, чтение блока, пропуск блока вперед, пропуск блока назад, перезапись блока, перемотка вперед до конца ленты, перемотка назад до конца ленты. Дополнительно могут быть реализованы другие операции, например, поиск блока вперед, поиск блока назад.

То есть, для НМЛ уже важна структура записи - отдельные блоки . А режимы работы, выполняемые операции или команды, стали нетривиальными. Операций записи теперь две, как минимум. Перезапись отличается от записи тем, что перезаписываемый блок должен расположиться в точно отведенном ему месте не затронув ни предшествующий, ни последующий блоки.

Использование аналогового магнитофона в качестве цифрового или НМЛ

Да, было и такое. Большей частью в бытовых условиях. Но функциональность такой замены была очень ограниченной. По сути, информация рассматривалась как непрерывный поток бит. Можно было записать на ленту содержимое области памяти. Можно было загрузить запись с ленты в память. И собственно говоря, это все.

Для сохранения/загрузки программ в первых бытовых ЭВМ этой функциональности хватало. Можно было сохранять/загружать и данные, но только в ручном режиме. Полноценной, да даже упрощенной, заменой НМЛ это назвать было нельзя. Зато это было дешево и доступно обычным людям. И использование видеомагнитофона, которое позволяло увеличить скорость передачи информации и ее объем, ситуацию не меняло.

Лентопротяжный механизм

Фотографию обычного бытового магнитофона я не буду приводить. Уверен, все представляют, как такие магнитофоны выглядят. А вот как устроен лентопротяжный механизм, в общем виде, аналоговых и цифровых магнитофонов, нам вспомнить будет полезно.

Устройство лентопротяжного механизма аналоговых и цифровых магнитофонов. Общий вид. Иллюстрация моя Устройство лентопротяжного механизма аналоговых и цифровых магнитофонов. Общий вид. Иллюстрация моя

Вместо катушек можно нарисовать кассету, это ничего принципиально не изменит. Магнитных головок могло быть и больше, например, вместо универсальной использовались отдельные головки воспроизведения и записи. Это тоже не является принципиальным.

В режимах записи и воспроизведения лента двигалась с постоянной скоростью мимо магнитных головок. Направляющие ролики обеспечивали стабильность положения ленты по вертикали относительно рабочих зазоров магнитных головок. Движение ленты обеспечивал ведущий вал, на котором был закреплен маховик для стабилизации мгновенной скорости вращения. Лента к ведущему валу прижималась прижимным роликом.

В режимах перемотки магнитные головки и прижимной ролик отводились от ленты, а движение ленты обеспечивалось приводом катушек.

Направляющие ролики могли быть подпружиненными, для обеспечения необходимого натяжения ленты и его стабилизации. В более дорогих моделях имелся датчик обрыва ленты, зачастую механический, который останавливал работу лентопротяжного механизма.

Наличие головки стирания является принципиальным, хотя в дешевых и самодельных магнитофонах на заре магнитной записи вместо головки стирания иногда использовался постоянный магнит. Стирание обеспечивает размагничивание ленты. Это позволяет задавать точную остаточную намагниченность ленты от внешнего магнитного поля создаваемого головкой записи.

Почему же этот, всем привычный, механизм не подходит для НМЛ? Прежде всего, из-за старт-стопного режима движения ленты. Теперь мы не можем использовать ведущий вал с маховиком, так как это не позволит быстро приводить ленту в движение и останавливать ее. А значит, вместо простого и дешевого асинхронного двигателя, или коллекторного двигателя постоянного тока, нам нужен специальный двигатель.

Кроме того, инерция катушек не позволит ленте быстро разгоняться и останавливаться. А значит, нам нужен какой то механизм обхода этого ограничения. К счастью, такой механизм уже был известен, еще с механической эпохи.

В результате, лентопротяжный механизм НМЛ получается примерно таким

Лентопротяжный механизм НМЛ. Общий вид. Иллюстрация моя Лентопротяжный механизм НМЛ. Общий вид. Иллюстрация моя

Прежде всего, теперь у нас нет ведущего вала с маховиком. Вместо него ведущий ролик, который закреплен на валу двигателя с быстрым стартом и стопом. Причем скорость его вращения между стартом и стопом постоянная. Конструкция такого двигателя нам не важна.

Во вторых, в конструкции появились два демпфера. На иллюстрации демпферы показаны в виде подвижных (вверх/вниз) подпружиненных роликов. При резких изменениях мгновенной скорости движения ленты, во время старта и стопа, они обеспечат необходимый запас свободной ленты и сгладят колебания скорости ленты у катушек. Этот же способ используется в различных станках.

Демпферы не являются пассивными подпружиненными подвижными роликами. Их положение контролируется датчиками и используется для управления двигателями привода катушек. Лентопротяжный механизм НМЛ имеет раздельные двигатели привода каждой катушки и ведущего ролика. В некоторых накопителях, например, для машин серии ЕС, болгарского предприятия ИЗОТ (еще той Болгарии, когда существовал СССР) имели демпферы в виде вакуумных колонок. А более компактные модели для машин СМ имели демпферы в виде качающихся рычагов.

В некоторых НМЛ с низким быстродействием и низкой скоростью движения ленты, например, использующих кассеты бытового формата (да, были и такие), лентопротяжный механизм мог не иметь демпферов. Зато имел два ведущих вала и два прижимных ролика. Но и момент инерции бобышки с лентой в кассете гораздо меньше момента инерции большой и тяжелой катушки с 9-дорожечной лентой. Я не буду приводить схему такого лентопротяжного механизма.

Принцип записи цифровой информации на магнитную ленту

Нет, я не полезу сегодня глубоко в физику электромагнитных явлений. Речь пойдет о более высокоуровневых, и более прикладных, понятиях. Хотя совсем без физики не обойдется.

Как, нисколько не сомневаюсь, всем известно, магнитная запись основана на остаточной намагниченности нанесенного на ленту ферромагнитного слоя. Протекающий через обмотку записывающей головки ток создает в магнитопроводе головки магнитное поле. Головка имеет два зазора, рабочий (передний) и задний. Причем рабочий зазор выполняется строго заданной ширины, а задний стараются свести к минимуму.

В области рабочего зазора магнитное поле неравномерно. И оно частично проходит через ферромагнитный слой ленты. Вот это поле и обеспечивает намагничивание частиц ферромагнитного слоя. Чем выше ток через обмотку, тем больше напряженность магнитного поля, соответственно, выше и остаточная намагниченность ленты, при прочих равных условиях. А направление тока в обмотке определяет и знак намагниченности.

Во время считывания, переменное магнитное поле, создаваемое движущейся лентой, наводит в обмотке головки чтения ЭДС, которая после усиления и будет считанным сигналом.

Этот принцип един и для аналоговой, и для цифровой записи на магнитную ленту.

Однако, при записи цифровой информации возникает одна сложность. Если записываемая информация не изменяется, например,записывается цепочки нулей или единиц, остаточная намагниченность ленты тоже будет неизменной. А значит, на обмотке головки чтения не будет наводиться ЭДС, ведь магнитное поле не изменяется.

На этом с физикой мы заканчиваем и начинаем решать, как можно записывать любую информацию и обходить все проблемы. Уже на более высоком прикладном уровне. И начнем мы с записи одного байта информации на единственную дорожку магнитной ленты.

Итак, поскольку у нас сигнал цифровой, нас не интересует его точный уровень, нас интересуют только два пороговых уровня - "0" и "1". Как мы можем записывать их на ленту? Есть несколько вариантов, например, такие

Компьютерная грамотность предполагает наличие представления о пяти поколениях ЭВМ, которое Вы получите после ознакомления с данной статьей.

Когда говорят о поколениях, то в первую очередь говорят об историческом портрете электронно-вычислительных машин (ЭВМ).

Фотографии в фотоальбоме по истечении определенного срока показывают, как изменился во времени один и тот же человек. Точно так же поколения ЭВМ представляют серию портретов вычислительной техники на разных этапах ее развития.

Всю историю развития электронно-вычислительной техники принято делить на поколения. Смены поколений чаще всего были связаны со сменой элементной базы ЭВМ, с прогрессом электронной техники. Это всегда приводило к росту быстродействия и увеличению объема памяти. Кроме этого, как правило, происходили изменения в архитектуре ЭВМ, расширялся круг задач, решаемых на ЭВМ, менялся способ взаимодействия между пользователем и компьютером.

ЭВМ первого поколения

Они были ламповыми машинами 50-х годов. Их элементной базой были электровакуумные лампы. Эти ЭВМ были весьма громоздкими сооружениями, содержавшими в себе тысячи ламп, занимавшими иногда сотни квадратных метров территории, потреблявшими электроэнергию в сотни киловатт.

Например, одна из первых ЭВМ – ENIAC представляла собой огромный по объему агрегат длиной более 30 метров, содержала 18 тысяч электровакуумных ламп и потребляла около 150 киловатт электроэнергии.

Для ввода программ и данных применялись перфоленты и перфокарты. Не было монитора, клавиатуры и мышки. Использовались эти машины, главным образом, для инженерных и научных расчетов, не связанных с переработкой больших объемов данных. В 1949 году в США был создан первый полупроводниковый прибор, заменяющий электронную лампу. Он получил название транзистор.

ЭВМ второго поколения

В 60-х годах транзисторы стали элементной базой для ЭВМ второго поколения. Машины стали компактнее, надежнее, менее энергоемкими. Возросло быстродействие и объем внутренней памяти. Большое развитие получили устройства внешней (магнитной) памяти: магнитные барабаны, накопители на магнитных лентах.

В этот период стали развиваться языки программирования высокого уровня: ФОРТРАН, АЛГОЛ, КОБОЛ. Составление программы перестало зависеть от конкретной модели машины, сделалось проще, понятнее, доступнее.

В 1959 г. был изобретен метод, позволивший создавать на одной пластине и транзисторы, и все необходимые соединения между ними. Полученные таким образом схемы стали называться интегральными схемами или чипами. Изобретение интегральных схем послужило основой для дальнейшей миниатюризации компьютеров.

В дальнейшем количество транзисторов, которое удавалось разместить на единицу площади интегральной схемы, увеличивалось приблизительно вдвое каждый год.

ЭВМ третьего поколения

Это поколение ЭВМ создавалось на новой элементной базе – интегральных схемах (ИС).

ЭВМ третьего поколения начали производиться во второй половине 60-х годов, когда американская фирма IBM приступила к выпуску системы машин IBM-360. Немного позднее появились машины серии IBM-370.

В Советском Союзе в 70-х годах начался выпуск машин серии ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ) по образцу IBM 360/370. Скорость работы наиболее мощных моделей ЭВМ достигла уже нескольких миллионов операций в секунду. На машинах третьего поколения появился новый тип внешних запоминающих устройств – магнитные диски.

Успехи в развитии электроники привели к созданию больших интегральных схем (БИС), где в одном кристалле размещалось несколько десятков тысяч электрических элементов.

В 1971 году американская фирма Intel объявила о создании микропроцессора. Это событие стало революционным в электронике.

Микропроцессор – это миниатюрный мозг, работающий по программе, заложенной в его память.

Соединив микропроцессор с устройствами ввода-вывода и внешней памяти, получили новый тип компьютера: микро-ЭВМ.

ЭВМ четвертого поколения

Микро-ЭВМ относится к машинам четвертого поколения. Наибольшее распространение получили персональные компьютеры (ПК). Их появление связано с именами двух американских специалистов: Стива Джобса и Стива Возняка. В 1976 году на свет появился их первый серийный ПК Apple-1, а в 1977 году – Apple-2.

Однако с 1980 года «законодателем мод» на рынке ПК становится американская фирма IBM. Ее архитектура стала фактически международным стандартом на профессиональные ПК. Машины этой серии получили название IBM PC (Personal Computer). Появление и распространение ПК по своему значению для общественного развития сопоставимо с появлением книгопечатания.

С развитием этого типа машин появилось понятие «информационные технологии», без которых невозможно обойтись в большинстве областей деятельности человека. Появилась новая дисциплина – информатика.

ЭВМ пятого поколения

Они будут основаны на принципиально новой элементной базе. Основным их качеством должен быть высокий интеллектуальный уровень, в частности, распознавание речи, образов. Это требует перехода от традиционной фон-неймановской архитектуры компьютера к архитектурам, учитывающим требования задач создания искусственного интеллекта.

Таким образом, для компьютерной грамотности необходимо понимать, что на данный момент создано четыре поколения ЭВМ:

1-ое поколение: 1946 г. создание машины ЭНИАК на электронных лампах.
2-ое поколение: 60-е годы. ЭВМ построены на транзисторах.
3-ье поколение: 70-е годы. ЭВМ построены на интегральных микросхемах (ИС).
4-ое поколение: Начало создаваться с 1971 г. с изобретением микропроцессора (МП). Построены на основе больших интегральных схем (БИС) и сверх БИС (СБИС).

Пятое поколение ЭВМ строится по принципу человеческого мозга, управляется голосом. Соответственно, предполагается применение принципиально новых технологий. Огромные усилия были предприняты Японией в разработке компьютера 5-го поколения с искусственным интеллектом, но успеха они пока не добились.

Фирма IBM тоже не намерена сдавать свои позиции мирового лидера, например, Японии. Мировая гонка за создание компьютера пятого поколения началась еще в 1981 году. С тех пор еще никто не достиг финиша. Поживем – увидим.

Читайте также: