Еволюція комп’ютерних носіїв інформації

Потреба зберігати будь-яку інформацію в людини з'явилася ще в доісторичні часи, чому яскравий приклад — скельний живопис, який зберігся й донині. Наскельні малюнки можна по праву назвати найзносостійкішим носієм інформації на даний момент, хоча з портативністю та зручністю використання є деякі труднощі.

Паперові носії

У перших комп'ютерах використовувалася перфокарти та перфорована паперова стрічка, намотана на бобіни, так звана перфострічка. Її прабатьками були автоматизовані ткацькі верстати, зокрема машина Жаккара, фінальний варіант якої було створено винахідником (на честь якого її названо) у 1808 році. Для автоматизації процесу подачі ниток використовувалися перфоровані пластини:

Перфокарти - картонні картки, які використовували такий метод. Їх було багато різновидів як з отворами, які відповідали за "1" у двійковому коді, так і текстового вигляду. Найпоширенішим був формат IBM: розмір карти становив 187х83 мм, на ній інформація розташовувалася в 12 рядків та 80 стовпців. У сучасних термінах одна перфокарта зберігала 120 байт інформації. Для введення інформації перфокарти потрібно було подавати у певній послідовності.

У перфострічці використовується той самий принцип. Інформація зберігається у вигляді отворів. Перші комп'ютери, створені в 40-х роках минулого століття працювали як з даними, що вводяться за допомогою перфострічки в реальному часі, так і використовували певну подобу оперативної пам'яті, переважно з використанням електронно-променевих трубок. Паперові носії активно використовувалися у 20-50 роках, після чого поступово почали замінюватись магнітними носіями.

Магнітні носії

У 50-х роках розпочався активний розвиток магнітних носіїв. За основу було взято явище електромагнетизму (освіта магнітного поля в провіднику при пропусканні струму через нього). Магнітний носій складається з поверхні, покритої феромагнетиком і зчитує/пишучої головки (сердечник з обмоткою). По обмотці протікає струм, утворюється магнітне поле певної полярності (залежно від напрямку струму). Магнітне поле впливає на феромагнетик і магнітні частинки в ньому поляризуються у напрямку дії поля та створюють залишкову намагніченість. Для запису даних різні ділянки виробляється вплив магнітним полем різної полярності, а при зчитуванні даних реєструються зони, в яких змінюється напрямок залишкової намагніченості феромагнетика. Першими такими носіями були магнітні барабани: великі металеві циліндри, покриті феромагнетиком. Навколо них встановлювалися зчитувальні голівки.

Після них з'явився жорсткий диск у 1956 році, це був 305 RAMAC компанії IBM, який складався з 50 дисків діаметром 60 см, за розміром був порівнянний з великим холодильником сучасного формату Side-by-Side і важив трохи менше тонни. Його обсяг становив неймовірні на той час 5 МБ. Головка вільно переміщалася по поверхні диска та швидкістьроботи була вищою, ніж у магнітних барабанів. Процес навантаження 305 RAMAC у літак:

Обсяг швидко почав збільшуватися і наприкінці 60-х IBM випустила високошвидкісний накопичувач з двома дисками ємністю по 30 МБ. Виробники активно працювали над зменшенням габаритів і до 1980 жорсткий диск мав розміри 5.25-дюймового приводу. З тих часів конструкція, технології, об'єм, щільність та розміри зазнали колосальних змін і найпопулярнішими стали форм-фактори і 3.5, 2.5 дюйми, щонайменше — 1.8 дюйми, а обсяги вже досягають десятка терабайт на одному носії.

Деякий час використовувався формат IBM Microdrive, який представляв із себе мініатюрний жорсткий диск у форм-факторі карти пам'яті CompactFlash тип II. Випущений у 2003 році, пізніше проданий компанії Hitachi.

Паралельно розвивалася магнітна стрічка. З'явилася вона разом із виходом першого американського комерційного комп'ютера UNIVAC I 1951 року. Знову ж таки постаралася компанія IBM. Магнітна стрічка являла собою тонку пластикову смугу з магніточутливим покриттям. З тих часів використовувалася в різних форм-факторах.

Накопичувачі на магнітній стрічці під назвою Стрімери застосовуються і зараз, переважно у промисловості та великому бізнесі. На даний момент використовуються бобіни стандарту Linear Tape-Open (LTO), а рекорд цього року поставили IBM та FujiFilm, примудрившись записати на стандартну бобіну 154 терабайти інформації. Попередній рекорд – 2.5 терабайт, LTO 2012 року.

Ще один тип магнітних носіїв - дискети або флоппі-диск. Тут шар феромагнетика наноситься на гнучку, легку основу та поміщається у пластиковий корпус. Такі носії були прості з поглядувиготовлення та відрізнялися невисокою вартістю. Перша дискета мала форм-фактор 8 дюймів і з'явилася наприкінці 60-х. Автор - знову IBM. До 1975 року ємність досягла 1 МБ. Хоча популярність дискети заробили завдяки вихідцям з IBM, які заснували власну компанію Shugart Associates і в 1976 випустили дискету формату 5.25 дюйма, ємність становила 110 КБ. До 1984 року ємність вже становила 1.2 МБ, а Sony подсуетилась з компактнішим форм-фактором 3.5 дюйма. Такі дискети досі можна знайти в багатьох будинках.

Компанія Iomega випустила в 1980-х картриджі з магнітними дисками Bernoulli Box, ємністю 10 і 20 МБ, а в 1994 році - так звані Zip розміру 3.5 дюйма об'ємом 100 МБ, до кінця 90-х вони досить активно використовувалися, але конкурувати з компакт- дисками їм було не до зубів.

Оптичні носії

Оптичні носії мають форму дисків, читання їх ведеться з допомогою оптичного випромінювання, зазвичай лазера. Промінь лазера прямує на спеціальний шар і відбивається від нього. При відображенні промінь модулюється дрібними виїмками на спеціальному шарі, під час реєстрації та декодування цих змін відновлюється записана на диск інформація. Вперше технологію оптичного запису з використанням світлопропускного носія була розроблена Девідом Полом Греггом в 1958 році і запатентована в 1961 і 1990 роках, а в 1969 компанія Philips створила так званий LaserDisc, в якому світло відбивалося. Вперше публіці LaserDisc був показаний у 1972 році, а у продаж надійшов у 1978. За розміром він був близьким до вінілових платівок і призначався для фільмів.

У сімдесятих роках почалася розробка оптичних носіїв нового зразка, в результаті Philips та Sony представили у 1980 роціформат CD (Compact Disk), який був уперше продемонстрований у 1980 році. У продаж компакт-диски та апаратура надійшли у 1982 році. Спочатку використовувалися для аудіо, що містилося до 74 хвилин. У 1984 році Philips та Sony створили стандарт CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory) для будь-яких типів даних. Об'єм диска становив 650 МБ, пізніше – 700 МБ. Перші диски, які можна було записувати в домашніх умовах, а не на заводі були випущені в 1988 і отримали назву CD-R (Compact Disc Recordable), а CD-RW, що дозволяють багаторазовий перезапис даних на диску, з'явилися вже в 1997.

Форм-фактор не змінювався, збільшувалася щільність запису. У 1996 році з'явився формат DVD (Digital Versatile Disc), який мав ту ж форму і діаметр 12 см, а об'єм - 4.7 ГБ або 8.5 ГБ у двошарового. Для роботи з DVD-дисками були випущені відповідні приводи, обернено сумісні з CD. У наступні роки було випущено ще кілька стандартів DVD.

У 2002 році світові були представлені два різні та несумісні формати оптичних дисків нового покоління: HD DVD та Blu-ray Disc (BD). В обох випадках для запису та читання даних використовується блакитний лазер із довгою хвилі 405 нм, що дозволило ще збільшити щільність. HD DVD здатний зберігати 15 ГБ, 30 ГБ або 45 ГБ (один, два або три шари), Blu-ray – 25, 50, 100 та 128 ГБ. Останній став популярнішим і 2008 року компанія Toshiba (один із творців) відмовилася від HD DVD.

Напівпровідникові носії

У 1984 році компанія Toshiba запропонувала напівпровідникові носії, так звану флеш-пам'ять NAND, яка стала популярна через десятиліття після винаходу. Другий варіант NOR був запропонований Intel у 1988 році та використовується для зберігання програмних кодів,наприклад, BIOS. NAND-пам'ять використовується зараз у картах пам'яті, флешках, SSD-накопичувачах та гібридних жорстких дисках.

Технологія NAND дозволяє створювати чіпи з високою щільністю запису, вона компактна, менш енерговитратна у використанні та має більш високу швидкість роботи (порівняно з жорсткими дисками). Основним мінусом зараз є досить висока вартість.

Хмарні сховища

З розвитком всесвітньої мережі, збільшенням швидкостей та мобільного інтернету з'явилися численні хмарні сховища, де дані зберігаються на численних розподілених у мережі серверах. Дані зберігаються і обробляються в так званій віртуальній хмарі і користувач має доступ до них за наявності доступу в інтернет. Фізично сервери можуть бути віддалено один від одного. Є як спеціалізовані послуги типу Dropbox, так і варіанти компаній-виробників ПЗ або пристроїв. У Microsoft - OneDrive (раніше SkyDrive), iCloud у Apple, Google Диск і так далі.

Підписуйтесь на наш ненудний канал у Telegram, щоб нічого не пропустити.