В компьютерах какого поколения для ввода и хранения информации начали применять магнитную ленту
Обновлено: 04.07.2024
В прошлый речь шла про то, как появились перфокарты. Сегодня попробуем разобраться в истории технологии магнитных лент.
В конце XIX века датский инженер Вальдемар Поульсен разработал метод магнитной записи звука на стальную проволоку.
Первые приборы на базе этого метода, которые назывались телеграфонами, не пользовались коммерческим успехом. Их недостатки были очевидны: качество звука страдало, а гаджеты сами по себе были далеки от совершенства и часто ломались.
В период Второй мировой войны какое-то время использовались «проволочные» диктофоны, однако и их популярность сошла на нет с появлением магнитной плёнки.
Первая магнитная лента была создана в 1928 году немцем Фрицем Пфлюмером. Изобретатель нанёс на бумажную ленту слой из оксида железа, который позволил ей сохранять заряд.
Успешной разработка стала далеко не сразу — первые версии магнитной пленки легко рвались и сильно шуршали. Технологии потребовалось несколько лет, чтобы «дозреть» и стать массовой.
Первые высококачественные магнитофоны были стратегическими инструментами немецкой машины пропаганды. Технологию держали в секрете, и уже после поражения Германии американские солдаты обнаружили немецкие магнитофоны и привезли их на родину, где магнитная плёнка зажила новой жизнью.
Первые американские магнитофоны, основанные на немецких разработках, выпускались под брендом Ampex. Технология совершила переворот в радиовещании, сделав возможными идентичные трансляции передач в разных часовых поясах.
И не прошло много времени, как магнитные ленты начали использоваться для хранения данных.
Первым устройством c поддержкой чтения и вывода данных на магнитную плёнку, и по совместительству первым коммерчески доступным компьютером американского производства, был UNIVAC 1. Он увидел свет в 1951 году. Один такой компьютер поддерживал до десяти цифровых «магнитофонов» UNISERVO.
Лента позволяла считывать данные на скорости 7 кбит/с . Сейчас это звучит смешно, но по сравнению с перфокартами эта цифра казалась гигантской. Но у UNISERVO был недостаток — сама пленка. Она делалась из металла с никелевым покрытием и, как следствие, была тяжелой и неудобной в обращении.
Плёнка, совместимая с мейнфреймами IBM больше напоминала своих аудиособратьев: она состояла из ацетата целлюлозы, покрытого тонким слоем оксида железа. IBM представили её в 1952 году вместе с компьютерным магнитофоном IBM 726.
Преимущества такого формата были очевидны, поэтому «тяжелые» пленки не получили дальнейшего распространения.
С 50-х годов до конца эпохи мейнфреймов было создано большое количество плёночных форматов. Внешних различий между ними было мало. Стандартная полудюймовая плёнка распространялась на больших бобинах диаметром до 10,5 дюймов.
На одну бобину помещалось до 730 метров плёнки толщиной в 1,5 миллиметра, и до 1100 метров тонкой майларовой плёнки — после её распространения в 80-е. Однако форматы отличало следующее:
Покрытие. На протяжении всей истории магнитной ленты производители искали надёжный базовый материал и покрытие для него. Ленты создавались из различных видов пластика, включая поливинил и полиэтилен. Вариантов покрытия тоже было много: от различных оксидов железа и хрома до тонкого слоя чистого железа.
Дорожки. В эпоху мейнфреймов большая часть магнитных носителей предназначалась для линейной записи с дорожками, параллельно пролегающими по всей длине ленты. Ранние ленты имели семь дорожек, а в 1964 году IBM представило формат с девятью дорожками. Несмотря на больший объём таких лент, они не захватили рынок целиком — плёнка с семью дорожками продолжала совершенствоваться и выпускаться ещё долго.
Кодирование. Для записи цифровой информации на дорожку передавался либо отрицательный, либо положительный заряд. Способ определения «нулей» и «единиц» на магнитной ленте влиял на плотность записи и срок службы носителя.
Первая коммерчески доступная плёнка IBM вмещала в себя чуть больше мегабайта, и имела плотность записи в 100 символов на дюйм. Она и другие ранние ленты производства IBM использовали модуляцию NRZI (Non Return to Zero Invertive).
Заряд менялся только тогда, когда на плёнку записывалась единица. При записи нуля ничего не происходило.
Плёнки UNIVAC, а впоследствии и 9-трековые ленты производства IBM, использовали кодировку, известную как PE (phase encoding) или манчестерский код. В отличие от NRZI, и нули и единицы в такой кодировке представлялись изменением заряда.
Логическая единица обозначалась сменой заряда с положительного на отрицательный, а логический ноль наоборот.
Пишущие головки и плотность записи. Способность головок быстрее и точнее прикладывать к ленте заряд напрямую влияла на объём носителя. За первые десять лет существования формата плотность записи магнитных лент возросла в сотни раз.
Учитывая количество факторов, выбор магнитофона и магнитных лент для работы с ним в основном зависел от компьютера, с которым его собирались использовать. Мало кто мог себе позволить просто переключиться с одного формата на другой.
Большая часть периферийных устройств имели очень ограниченную совместимость, переход на другой мейнфрейм стоил больших денег, а перевод данных в новый формат также занимал много времени.
По мере развития магнитных технологий появлялись всевозможные компактные плёночные форматы. Но ни один из них не был таким распространенным, как кассета Phillips. Поначалу кассеты обошли компьютерный рынок стороной, но с уменьшением размеров вычислительных машин, они также нашли свою нишу.
Одним из первых устройств, которое поставлялось с компактным магнитофоном, был офисный компьютер HP 9830A 1972 года.
С распространением домашних микрокомпьютеров в конце 70-х и начале 80-х хранение данных на компактных кассетах достигло пика своей популярности. В 1975 году был разработан Kansas City Standard, стандарт хранения, впоследствии использовавшийся в одном из ранних домашних компьютеров BBC Micro.
Советские микрокомпьютеры, многим знакомые с детства, тоже были совместимы с кассетными приводами. Для хранения и записи данных на кассеты к ним подключали обычные бытовые магнитофоны.
Если вы следите за новостями в мире IT, то знаете, что магнитная плёнка никуда не делась, а просто поменяла свою роль.
Сегодня еще используются картриджи форматов LTO — их применяют для архивации данных в дата-центрах. Магнитные картриджи последнего поколения имеют емкость в 12 терабайт , позволяя компактно и сравнительно дёшево архивировать данные или делать бэкапы — производители обещают срок жизни до 30 лет.
Как массовый продукт плёнка умерла — её заменили жесткие диски и оптические носители. О них речь пойдет в следующий раз.
Привет, Geektimes! Обычно в нашем блоге мы рассказываем про новые продукты и технологии компании OCZ. Однако сегодня речь пойдет о том, как эволюционировали технологии хранения данных на протяжении всей истории их существования, которая насчитывает уже более 200 лет.
Наш рассказ начинается, конечно же, с перфокарт. Многие ошибочно считают, что перфокарты являются открытием XX века, однако, это не так. Первые перфокарты появились ещё в начале XIX века и использовались в ткацком станке, созданном французским изобретателем Жозефом Мари Жаккаром.
Итак, что же придумал Жаккар. В XIX веке производство ткани представляло собой довольно трудоемкий процесс, однако по своей сути это было постоянное повторение одних и тех же действий. Имея за спиной огромный опыт работы в качестве наладчика станков, Жаккар подумал, почему бы этот процесс не автоматизировать.
Плодом его работы стала система, использующая огромные твердые пластины, в которых были проделаны несколько рядов отверстий. Эти пластины и были первыми в мире перфокартами. Справедливости ради нужно отметить, что Жаккар все же не был в этой области новатором. Французские ткачи-изобретатели Базиль Бушон и Жак Вокансон также пытались использовать продырявленные ленты в своих ткацких станках, но не смогли завершить начатое.
Принцип работы Жаккардовой машины заключался в том, что на вход в считывающее устройство, которое представляло собой набор щупов, связанных со стержнями нитей, подавались перфокарты. При проходе перфорированной ленты через считывающее устройство щупы проваливались в отверстия, поднимая вверх соответствующие нити. Так определенная комбинация дыр в перфокарте позволяла получить нужный узор на ткани.
Перфокарты также занимали центральное место в изобретениях американского инженера Германа Холлерита, который в 1890 году создал табулятор – устройство, предназначенное для обработки буквенных и числовых символов, записанных на перфокарту, и вывода результата на бумажную ленту. На первых порах табулятор Холлерита использовало Бюро переписи населения США, а несколько позже систему взяли на вооружение в железнодорожном управлении и правительстве. К слову, в 1896 году Холлерит основал компанию Tabulating Machine Company, которая в 1911 году стала частью конгломерата C-T-R, который в свою очередь в 1924 году был переименован в IBM.
Основным преимуществом перфокарт была простота и удобство манипуляции данными. В любом месте колоды можно было добавить или удалить карты, а также легко заменить одни карты другими. Но были и свои минусы, которые с течением времени начали перевешивать плюсы. Прежде всего, это малая ёмкость. Как правило, перфокарта вмещала в себе всего лишь 80 символов. Это значит, что для хранения 1 Мбайта данных потребовалось бы порядка 10 тысяч перфокарт. Также для перфокарт была характерна низкая скорость чтения и записи. Даже самые быстрые считывающие устройства не обрабатывали более тысячи перфокарт в минуту, что соответствует примерно 1,6 Кбайт/мин. И, конечно, надёжность. Повредить изготовленную из тонкого картона перфокарту или проделать лишнее отверстие было проще простого.
Пик развития перфокарт пришелся на середину XX века, а закат эпохи наступил в 1980-х годах, когда им на смену пришли более совершенные магнитные носители информации.
Первая магнитная пленка была создана в 1928 году немецким ученым Фрицем Пфлюмером. Такая пленка представляла собой тонкую бумагу, на которую был нанесен тонкий слой оксида железа. В том же году Пфлюмер показал прибор, предназначенный для магнитной записи на такую ленту. При записи информации на пленку оказывалось воздействие магнитным полем, и на её поверхности сохранялась намагниченность.
Первым коммерческим компьютером, который комплектовался магнитной лентой, был UNIVAC-I, выпущенный в 1951 году. В сравнении с перфокартами, магнитная плёнка UNIVAC-I была намного более вместительной – в нее можно было уместить порядка 1 Мбайта данных.
Рынок ленточных накопителей поддерживается ещё тем фактом, что такие запоминающие устройства до сих пор обходятся дешевле, чем современные жесткие диски. По словам Эвангелоса Элефтеро, руководителя отдела технологий хранения данных исследовательской лаборатории IBM в Цюрихе, 1 Гбайт магнитной ленты стоит примерно 4 цента, тогда как 1 Гбайт дискового пространства на HDD обходится как минимум в 2,5 раза дороже – 10 центов. По этой причине выбор в пользу магнитной плёнки делают, к примеру, крупные исследовательские лаборатории, где существует необходимость хранить огромные объемы информации. К примеру, для хранения результатов на Большом адронном коллайдере используется именно магнитная лента. Для хранения 28 петабайтов данных на жестких дисках организации CERN, ответственной за создание и работу коллайдера, пришлось бы раскошелиться более чем на 38 миллионов долларов. В то время как хранение такого же объема информации на магнитной ленте обошлось им всего лишь в 1,5 миллиона.
По словам главы подразделения обработки и хранения данных CERN Альберто Пейса, помимо дешевизны, у магнитной ленты есть ещё несколько преимуществ перед жесткими дисками. Во-первых, это надежность. В случае разрыва ленты её всегда можно склеить, потеряв при этом лишь несколько сотен мегабайт даных. А при поломке жесткого диска, скорее всего, будет утеряна вся информация. Во-вторых, это скорость доступа. Роботу, который выбирает нужную кассету и вставляет её в считыватель, требуется около 40 секунд для выполнения этой операции. Но даже это примерно в 4 раза быстрее, чем если бы данные приходилось считывать с жесткого диска. В-третьих, срок службы магнитных лент достигает 30 и более лет, тогда как жесткие диски могут работать на протяжении всего 5 лет.
Альберто Пейс выделил ещё один значимый плюс магнитных лент – их безопасность. В теории злоумышленники могут получить доступ к жестким дискам, тогда как онлайн-доступ к магнитной плёнке получить невозможно.
На самом деле первые дискеты вовсе не пользовались популярностью. Причина этого заключается в том, что стоимость дисководов, которые требовались для чтения дискет, едва ли не превышала стоимость целого компьютера.
И вот в 1976 году появился формат 5,25 дюймов. Нужно отметить, что этот стандарт разрабатывался основанной Шугартом компанией Shugart Associates в тесном сотрудничестве с организацией Wang Laboratories, которая планировала использовать уменьшенный формат в своих настольных компьютерах. Почему же 5,25"? Когда Ан Вэнг из Wang Laboratories вместе с Джимом Адкиссоном и Доном Массаро из Shugart Associates обсуждали будущий форм-фактор в баре, их внимание привлекла обычная салфетка. Так и родилась идея создать дискету с такими размерами. Она получила название mini-floppy.
Привычный 3,5-дюймовый формат дискета получила в 1981 году. Создателем формата выступила компания Sony. Первые 3,5" дискеты имели объем 720 Кбайт, но вскоре появились модели, вмещающие 1,44 Мбайт информации. Но к середине 90-х годов даже этого объема уже было недостаточно. Тем не менее дискеты ещё долго удерживались на рынке носителей информации, и лишь с появлением по доступной цене накопителей на основе флэш-памяти начали сдавать свои позиции.
Несмотря на все преимущества «флэшек» над дискетами, некоторые производители предпринимали попытки спасти устаревающий стандарт. Так, компания Iomega разработала дискету под названием Iomega Zip, которая отличалась о классических дискет увеличенным до 100 Мбайт объемом памяти и более высокой скоростью чтения и записи. Но из-за высокой стоимости и проблем с надежностью Iomega Zip так и не смогла потеснить на рынке ни 3,5" дискеты, ни накопители на основе флэш-памяти.
Сегодня мы мало задумываемся о том, какой путь прошли накопители, чтобы дойти до современных SSD или облачных дисков. Мы легко ворочаем десятки гигабайт информации за раз, даже не задумываясь о том, что пару десятков лет назад такой объем имели жесткие диски, а нужное для ее хранения количество дискет вы бы не смогли унести даже в рюкзаке. Поэтому давайте посмотрим, с чего начиналось «компьютерное» хранение данных, и к чему мы пришли почти за три столетия его развития.
Перфокарты были первой попыткой хранения данных на машинном языке. Они использовались для передачи информации оборудованию еще до разработки компьютеров: перфорированные отверстия изначально представляли собой «последовательность инструкций» для ткацких станков, с помощью которых можно было управлять узорами на тканях. Первую такую перфокарту разработал Базиль Бушон еще в 1725 году — больше чем за 200 лет до первого компьютера в привычном нам понимании.
В 1837 году, чуть более 100 лет спустя, Чарльз Бэббидж предложил свою идею аналитической машины, примитивного калькулятора с движущимися частями, который мог использовать перфокарты для получения инструкций. Однако лишь полстолетия спустя Герман Холлерит доработал эту идею и воплотил в жизнь первый табулятор — электромеханическую машину, способную как «читать» задачу с перфокарт, так и выдавать результаты на бумажную ленту или специальные бланки. Его машина использовалась для переписи населения США 1890 года, а в 1896 году Холлерит основал компанию Tabulation Machine.
Табулятор IBM 402. Удачи разобраться в проводках.
Видов перфокарт было множество, и самый известный — так называемый «формат IBM», введенный в 1928 году: каждая перфокарта имела размеры 187 х 83 мм и толщину в 0.178 мм, и на ней умещалось 12 строк и 80 колонок. Много это или мало? Для хранения 1 ГБ информации при помощи таких карт вам потребуется небольшая комната, а их вес превысит 22 тонны.
И если кто-то думает, что перфокарты давно уже нигде не используется, то это не так: еще в 2011 году в США существовала компания Cardamation, поставлявшая перфокарты и устройства для работы с ними. В основном она продавала их правительственным организациям, где древние по современным меркам компьютеры и даже табуляторы — совсем не редкость.
Нет, речь идет не о тех лентяях, зарабатывающих деньги, играя на Twitch и показывая это всему миру. В данном случае streamer можно перевести на русский язык как ленточный накопитель, использующий магнитную ленту для записи и хранения информации.
В 1927 году немецкий инженер Фриц Пфлеймер, после ряда экспериментов с различными материалами, пришел к напылению порошка оксида железа на тонкую бумагу и его фиксации с помощью клея. В 1928 году он демонстрирует свой прибор для магнитной записи с бумажной лентой публике. Бумажная лента хорошо намагничивалась и размагничивалась, с нее было просто считывать информацию и её можно было обрезать и склеивать. Однако перфокарты стоили дешевле, а их меньшие объемы хранения информации пока что всех устраивали.
Принцип ее работы был очень прост и заключается в том, что ферромагнетики (например, тоже железо) намагничиваются, будучи внесенными в магнитное поле, и сохраняют это состояние после его отключения. На этом и строилось хранение информации: записывающая головка была по сути сердечником, генерирующим определенное магнитное поле при подаче на него тока. Магнитное поле, в свою очередь, намагничивало металлические частицы на пленке в двух направлениях (и, возможно, на нескольких дорожках). Для считывания использовалась другая головка, в которой при проходе над намагниченными областями возникал ток, и его можно было интерпретировать как поток данных. Очевидный минус у такой технологии был только один — записанные кассеты по понятным причинам боялись магнитов.
Магнитная лента была впервые использована для записи компьютерных данных в 1951 году в компании Eckert-Mauchly Computer Corporation на ЭВМ UNIVAC I. В качестве носителя использовалась тонкая полоска металла шириной 12.65 мм, состоящая из никелированной бронзы (называемая Vicalloy). Плотность записи была 198 микрометров на символ в восемь дорожек. Из-за своего удобства и большой емкости магнитные ленты использовались вплоть до массового распространения жестких дисков, серьезно потеснив перфокарты.
Что касается ПК, то основным носителем информации в 70-ых и 80-ых годах были достаточно дешевые и доступные аудиокассеты: конечно, это было не очень удобно, но цена тут решала все. Аудиомагнитофон не был такой уж редкостью, а объема компакт-кассеты в 50-60 Мб с лихвой хватало для пользовательской информации в те года. В 90-ых в пользовательских компьютерах стали массово появляться жесткие диски, да и дискеты со схожим принципом работы оказались существенно удобнее, так что магнитные ленты полностью ушли из привычных нам устройств.
Привычная кассета — достаточно емкий хранитель информации.
Но не все о них забыли: к примеру, IBM продолжает развивать стандарт 3592, где картриджи могут иметь объем в 4 ТБ. Разумеется, в обычных серверах вы их не встретите — сказывается низкая скорость, которая в самом лучшем случае не превышает 140 МБ/c. Но для долгосрочного хранения архивной информации лучших накопителей просто не найти: к примеру, ленточная библиотека (автоматизированное хранилище с тысячами магнитных лент) на 6.6 петабайт потребует менее 700 тысяч долларов для поддержания работы в течение 5 лет, а вот традиционные жесткие диски и периферия к ним — более 14 млн.
Ленточная библиотека
Вакуумные трубки
К середине XX века стало понятно, что компьютерам требуется быстрая память, в которой можно, например, хранить промежуточным расчеты или же инструкции — так и родилось первое оперативное запоминающее устройство, или ОЗУ.
Произошло это в 1948 году, когда профессор Фредрик Уильямс и его коллеги разработали запоминающую электронно-лучевую трубку, также известную, как трубка Уильямса. Принцип ее работы был не очень прост и базировался на том, что люминофорный экран (схожий с экраном старых телевизоров) мог некоторое время хранить заряд при попадании на него электронного пучка. С другой стороны экрана стояло считывающее устройство, которое после прочитывания информации «обнуляло» экран. С учетом того, что люминофор хранил данные всего доли секунды, их приходилось постоянно перезаписывать — получился прадедушка современной энергозависимой DRAM-памяти.
К слову, объем первой лучевой трубки, использующейся в Манчестерской малой экспериментальной машине, составлял целых 1024 бит, или 32 32-битных слова.
Ферритовая память
Однако достаточно быстро стало понятно, что трубка Уильямса низкоэффективна и дорога, и чтобы хранить на ней хотя бы с десяток килобайт информации, ее размеры должны быть на уровне экранов ЭЛТ-телевизоров конца 80-ых — очевидно, что технологиями 40-ых годов создать такое было нереально.
Поэтому, когда в 1949 году Ван Ань и Во Вайдун, молодые сотрудники Гарвардского университета, изобрели сдвиговый регистр на магнитных сердечниках, его быстро стали использовать в производстве ферритовой памяти (причем настолько быстро, что к середине 50-ых, когда Ван получил на него патент, такую память активно использовала IBM, и последней пришлось выкупить патент за 500 тысяч долларов).
Принцип работы такой памяти был куда проще, чем у вакуумных трубок. Все базировалось на том, что ферритовое кольцо (сердечник) можно намагнитить, и направление намагниченности может хранить один бит. Через каждое такое кольцо проходит четыре провода: X и Y — провода возбуждения, провод запрета Z под углом в 45 градусов к ним и провод считывания S под углом в 90 градусов. Для считывания значения бита на провода возбуждения подается импульс тока определенным образом, после чего смотрят на ток на проводе считывания: если поменялась намагниченность ферритового кольца, то на нем возникнет индукционный ток. Если это произошло, значит, была записана 1. Если ток отсутствует, то есть намагниченность не поменялась и, значит, ее не было изначально — был записан 0.
Очевидно, для записи на провода возбуждения подается такой же импульс тока, но в обратном направлении — происходит намагничивание и запись логической единицы. И если нужно, чтобы сердечник хранил в себе логический ноль, то на провод запрета также подается ток в другом направлении. В итоге это приводит к тому, что суммы токов оказывается недостаточно, чтобы изменить намагниченность сердечника.
Все это выглядит, конечно, сложно, но на практике собиралось максимально просто: по сути эту память. ткали женщины, сидя за микроскопами и пропуская через кольца проводки. В итоге ее стоимость была куда дешевле, чем у вакуумных трубок, из-за чего она была популярной вплоть до середины 70-ых.
В 1953 году Массачусетский университет разработал первый компьютер, использующий эту технологию, получивший название Whirlwind. Его память могла хранить 2048 16-битных слов, то есть ее объем составлял целых 4 КБ — прогресс в 40 раз по сравнению с первой трубкой Вильямса пятилетней на тот момент давности.
Жесткие диски
Первый жесткий диск появился за 15 лет до изобретения дискеты, в 1956 году. Дедушкой современных HDD стал IBM 305 RAMAC — Random Access Method of Accounting and Control, или Метод случайного доступа к учету и контролю. По своим размерам он был сопоставим с парочкой шкафов, весил 970 кг и имел 50 алюминиевых, покрытых ферромагнетиком, пластин, каждая из которых была 61 см в диаметре и могла хранить аж 100 КБ — то есть общая емкость накопителя была 5 МБ.
Скорость вращения дисков была гигантской по тем временам — 1200 оборотов в минуту, это позволяло найти нужную информацию на одной пластинке за 600 мс, а средняя скорость передачи информации была на уровне 9 байт в секунду. Серьезных проблем у такого HDD было две: во-первых, пластин 50, а считывающая головка — одна. Так что если вам нужно перейти от первой пластине к, например, 20-ой, время задержки исчислялось уже секундами. Вторая проблема заключалась в том, что считывающая головка касалась поверхности пластины, что приводило к достаточно быстрому их износу.
Тем не менее, такие устройства были нарасхват: несмотря на стоимость в 10 000 долларов за штуку, IBM умудрилась продать около 1000 экземпляров, и это в 50-ых годах! Причина такого ажиотажа была вполне понятной: один такой HDD заменял 64 000 перфокарт и был быстрее накопителей на магнитных лентах.
Разумеется, за 60 лет изменилось многое: жесткие диски стали гораздо миниатюрнее, считывающие головки теперь не касаются пластин, а парят над ними. Сами короба стали герметичными или наполненные гелием для ускорения работы, емкости пластин выросли в миллионы раз и достигают терабайтов, ну и конечно же давно уже никто не использует одну головку для всех пластин. А вот скорости вращения выросли несильно, всего лишь в разы — сказывается предел прочности используемых материалов.
Пузырьковая память
Также она известна как память на цилиндрических магнитных доменах, и имела достаточно короткую, но яркую историю. Изобрел ее инженер Bell Labs Эндрю Бобек в 1967 году, а уже в середине 90-ых ее полностью вытеснила флеш-память. Плюс пузырьковой памяти по сравнению с магнитными лентами — компактные размеры, позволяющие использовать ее в небольших портативных устройствах, а также высокая плотность записи информации: так, «коробочка» площадью в пару квадратных сантиметров, выпущенная Texas Instuments в 1977 году, имела емкость 92304 бита, или чуть больше 11 КБ.
А вот принцип ее действия был достаточно сложен. Суть была в том, что некоторые материалы, такие как, например, гадолиниево-галлиевый гранат, могут намагничиваться только в одном направлении, и если вдоль него расположить магнитное поле, то намагниченные области соберутся в пузырьки — отсюда и название памяти.
Слева — магнитного поля нет, справа — есть.
Как это можно использовать? Взять непроводящую ток стеклянную подложку, напылить на нее металлические «буквы» T или V, и покрыть все сверху гадолиниево-галлиевым гранатом. Теперь, прикладывая к такому «чипу» магнитное поле в двух перпендикулярных направлениях, можно «гонять» получившиеся пузырьки по «буквам», тем самым получая хранилище информации.
Плюс такой памяти — она энергонезависима, то есть конфигурация пузырьков вне магнитного поля меняться не будет. Минус — чтобы получить доступ к информации на определенной «букве»-бите, нужно будет прогнать все пузырьки по кругу и понять, в каком же положении был пузырек на нужной «букве». Процесс этот был, очевидно, достаточно долгим. Конечно, в дальнейшем придумали многотрековую память, где можно было «считывать» пузырьки быстрее, но все еще появление Flash RAM за считанные годы похоронила такую интересную с физической точки зрения идею.
Однотрековая (вверху) и многотрековая пузырьковая память.
В следующей статье мы перейдем к более современным носителям информации, таким как дискеты, DRAM и оптические диски, ну а под конец поговорим про облачные хранилища и SSD.
Электронные вычислительные машины того времени представляли из себя массивные конструкции весом в несколько тонн. Каждый новый этап развития ЭВМ был связан не только с техническим прогрессом, но и с программным. Взять хотя бы Windows, который пришел на смену "бездушному" DOS.
Именно IBM, годом основания которой считается 1889 год, внесла огромный вклад в развитие компьютерной техники. Ее прародительница, корпорация CTR (Computing Tabulating Recording) включала в себя сразу три компании и выпускала самое различное электрическое оборудование: весы, сырорезки, приборы учета времени. После смены директора в 1914 году компания начала специализироваться на создании табуляционных машин (для обработки информации). Спустя 10 лет CTR поменяло свое название на International Business Machines или IBM.
Еще в 1888 году инженер Герман Холлерит, основатель IBM, создал первую электромеханическую счетную машину - табулятор, который мог считывать и сортировать данные, закодированные на перфокартах (бумажных карточках с отверстиями). Его даже использовали при переписи населения в 1890 году в США.
При этом история компьютеров IBM началась спустя более полувека, в 1941 году, когда был разработан и создан первый программируемый компьютер "Марк 1" весом порядка 4,5 тонн, 17 метров в длину, 2,5 метра – в высоту. Президент IBM вложил в него 500 тысяч долларов. Впервые "Марк 1" был запущен в Гарвардском университете в 1944 году. Чтобы понять, насколько сложна была конструкция машины, достаточно сказать, что общая длина проводов составила 800 км. При этом компьютер осуществлял три операции сложения и вычитания в секунду.
Первое поколение ЭВМ
Первая ЭВМ, основанная на ламповых усилителях, под названием "Эниак" была создана в США в 1946 году. По размерам она была больше, чем "Марк 1": 26 метров в длину, 6 метров в высоту, а ее вес составлял около 30 тонн. При этом по производительности "Эниак" в 1000 раз превышала "МАРК-1", а на ее создание ушло почти 500 тысяч долларов. Но у нее были существенные недостатки: очень мало памяти для хранения данных и долгое время перепрограммирования – от нескольких часов и до нескольких дней.
Кстати, среди создателей "Эниак" был ученый Джон фон Нейман, предложивший архитектуру ЭВМ, заложенную в компьютерах с конца 1940-х до середины 1950-х годов. Именно он осуществил переход к двоичной системе счисления и хранению полученной информации.
В 1951 году появился первый коммерческий компьютер UNIVAC, и уже в 1952 году вышел "IBM 701". Это был первый крупный ламповый научный коммерческий компьютер, причем создали его достаточно быстро – в течение двух лет. Его процессор работал значительно быстрее, чем у UNIVAC - 2200 операций в секунду против 455. В одну секунду процессор "IBM 701" мог выполнять почти 17 тысяч операций сложения и вычитания.
Второе поколение ЭВМ
Второе поколение ЭВМ использовало в своей основе транзисторы, созданные в 1947 году. Это была очередная революция, в результате которой существенно уменьшились размеры и энергопотребление компьютеров, так как сами биполярные транзисторы в разы меньше вакуумных ламп.
В 1959 году появились первые компьютеры IBM на транзисторах. Они были надежны, и ВВС США стали использовать их в системе раннего оповещения ПВО. А в 1960 году IBM разработала мощную систему Stretch или "IBM-7030". Она была и вправду сильна – создатели добились 100-кратного увеличения быстродействия. В течение трех лет он был самым быстрым компьютером в мире. Однако со временем IBM уменьшила его стоимость, а вскоре и вовсе сняла с производства.
Третье поколение ЭВМ
Третье поколение компьютеров связано с использованием интегральных схем (в которых используется от десятков до сотен миллионов транзисторов), впервые изготовленных в 1960 году американцем Робертом Нойсом.
В 1964 году IBM объявила о начале работы над целой линейкой IBM System/360.
System/360 хорошо продавалась даже спустя шесть лет после анонса системы. За 6 лет IBM выпустила более 30 тысяч машин. Однако затраты на разработку System/360 были очень велики - около пяти миллиардов долларов. Таким образом, System/360 заложила фундамент для следующих поколений, первым из которых был System/370.
Четвертое поколение ЭВМ
Четвертое поколение связано с использованием микропроцессоров. Первый такой микропроцессор под названием "Intel-4004" был создан в 1971 году компанией Intel, до сих пор остающейся в лидерах. Спустя 10 лет IBM выпустила первый персональный компьютер, который так и назывался IBM PC. Самая дорогая конфигурация стоила 3000 долларов и предназначалась для бизнеса, а конфигурация за 1500 долларов – для дома.
Процессор Intel 8088 работал на частоте 4,77 МГц (сейчас этот показатель в тысячи раз больше), а объем ОЗУ - 64 кбайта (сейчас – в миллионы раз больше). Для хранения информации использовались 5,25-дюймовые флоппи-дисководы. Жесткий диск нельзя было установить из-за недостаточной мощности блока питания.
Интересно, что разработкой компьютера занимались всего четыре человека. Причем IBM не запатентовала ни операционную систему DOS, ни BIOS, что породило огромное количество клонов. Уже в 1996 году IBM уступило первое место по продажам ПК на ею же основанном рынке.
Несмотря на то, что современные гаджеты сильно отличаются по характеристикам от своего предшественника, все они относятся к тому же поколению ЭВМ.
Основные толчки для развития компьютеров дала наука (появление ламп, а затем транзисторов). В настоящее время распространяется ввод информации с голоса, общения с машиной на человеческом языке (приложение Siri в iPhone) и активная работа над роботами. Основное мнение, что будущее – за квантовыми компьютерами, которые будут использовать в своей основе молекулы и нейрокомпьютерами, использующими центральную нервную систему человека и непосредственно его мозг. Однако для того, чтобы эти технологии появились, необходимо досконально изучить эти системы.
Читайте также: