История «мягких» накопителей
Сегодня для хранения информации мы используем HDD, SSD, SD-карты, USB-флэшки. Уже намного реже мы вставляем в ноутбуки лазерные диски. У меня лично дома ни одного устройства, поддерживающего этот носитель, нет.
Многие из нас давно не видели аудио и видеокассет, бобин с магнитными плёнками, дискет, и тем более перфокарт и перфолент. Эти носители, некоторые из которых известны ещё с XVIII века, почти исчезли.
Но только почти. Сегодня мы поговорим о временах, когда в ходу были «мягкие» носители данных, и о том, что все они до сих пор живы благодаря прочному укоренению в государственных и военных учреждениях и исследовательских центрах.
Перфокарты и перфоленты
Перфокарты, которые мы знаем как способ хранения и передачи информации для компьютеров в 1920–1950-х годах, корнями уходят в докомпьютерное время. А именно — в 1725 год, когда перфорированную бумагу начали использовать для управления ткацким станком.
Базиль Бушон, сын сборщика орга́нов, адаптировал используемую для автоматического проигрывания музыки систему («развернул» цилиндр с штырьками/калками) под нужды ткацкого дела.
Он использовал перфорированную бумагу в рулоне, чтобы станок воспроизводил рисунок на ткани. Коллега Бушона, Жан-Баптист Фалькон, заменил бумажную ленту на скреплённые между собой перфорированные карты.
Ткацкий станок Базиля Бушона
Механизм усовершенствовал Жозеф Мари Жаккар. Свой ткацкий станок для крупноузорчатых тканей он создал в 1804 году. Перфорировнные карты позволяли в автоматическом режиме, практически без участия мастера, осуществлять определённое чередование подъёмов и опускания нитей основы, чтобы отобразить на ткани заданный узор.
Перфорированные карты в ткацком станке Жаккара
Результат работы Жаккардова станка
В ткацком деле до сих пор используются Жаккардовы станки, улучшенные, автоматизированные. Но перфокарты работают до сих пор. Ниже вы видите пример перфокарты с сайта по домоводству для станка Brother — с мотоциклистом для детского свитера.
Перфокарта для современной вязальной машины Brother
Чарльз Бэббидж в 1822 году построил первую модель своей разностной машины, которая состояла из валиков и шестерней, вращаемых при помощи специального рычага. Тогда же он попросил правительство Великобритании профинансировать его дальнейшую работу. В процессе он столкнулся со множеством проблем, так что через девять лет работа встала. Хотя частично машина функционировала и производила вычисления. Позже он возвращался к работе в 1847–1849 годах. Для этого огромного калькулятора Бэббидж даже разработал принтер, который в 2000 году запустили в лондонском Музее науки.
Основными частями аналитической машины были «склад» для хранения чисел, «мельница» для выполнения арифметических действий, устройство, управляющее операциями, и устройства ввода и вывода. Для ввода данных в память использовалиись перфокарты: один механизм с перфокартами задавал операции «мельнице», второй — управлял переносом данных между «мельницей» и «складом». Устройство вывода, то есть принтер, могли в одной или двух копиях воспроизводить результат в виде отпечатка или пробивать его на перфокартах.
Перфокарты для аналитической машины Бэббиджа
В те же годы, в первой половине XIX века, над механическими интеллекутальными машинами работал русский изобретатель Семён Корсаков. Он стал одним из пионеров применения перфорированных карт в информатике. В 1832 году он создал своё первое устройство, функционирующее на основе перфорированных таблиц и предназначенное для задач информационного поиска и классификации. Это был гомеоскоп с неподвижными частями.
Каждая строка гомеоскопа соответствует определённому признаку — симптому болезни. В вертикальном столбце был набор признаков — патологических симптомов, из которых один или несколько характеризовали болезнь. В нижней строке содержалось решение задачи — лекарство, которое поможет при заболевании.
Сам гомеоскоп представлял собой цилиндр с булавками. Оператор выбирал симптомы из первого столбца — например, кашель и насморк — и вдавливал булавки. Затем он проводил цилиндром по таблице вправо: при нахождении перфорированных в нужных местах ячеек гомеоскоп останавливался, и в нижней строке можно было прочесть информацию о лечении заболевания.
Это была своеобразная Excel-таблица (до электронных таблиц), заточенная под нужды врача.
Гомеоскоп с неподвижными частями
Подсчёты переписи населения США в 1880 году заняли восемь лет, а переписи 1890 года — всего год. Такая разница объясняется введением счётной машины, работающей на перфокартах.
В 1880-х изобретатель Герман Холлерит запатентовал оборудование для работы с перфокартами. Его статистический табулятор позволил ускорить перепись, после которой Холерит получил звание профессора в Колумбийском университете.
Покупателями табуляционных машин TMC, Tabulating Machine Company, стали железнодорожные управления и правительственные учреждения. В 1924 году компанию переименовали в IBM — International Business Machines.
Перфокарта Холлерита
IBM выпускала электрические табуляторы на перфокартах вплоть до 1976 года. Последней стала модель IBM 407. Её аренда обходилась от 800 американских долларов в месяц — это около 5 000 долларов на 2016 год.
IBM 407
Перфокарта для языка FORTRAN
В СССР выпускали табуляторы Т-5М, Т-5МУ, Т-5МВ и ТА80–1. Первые три работали с цифровой информацией, а четвертый — с алфавитно-цифровой. Для ввода информации использовали 80-колонные и 45-колонные перфорированные карты. Табуляторы работали с итоговыми, считывающими и репродукционными перфораторами, с электронными вычислительными и умножающими приставками на машиносчётных станциях.
Табулятор Т-5 МВ на машиносчётной станции: Источник
80-колонная перфокарта советского производства для табулятора IBM, 1980 год
В 1938 году немецкий инженер Конрад Цузе построил один из первых программируемых компьютеров в мире — Z1. Машина имела устройство ввода в виде клавиатуры, сделанной из пишущей машинки, электрический привод и была способна вычислять данные в десятичной системе в виде чисел с плавающей запятой. Данные выводились с помощью панели на лампах.
Машина выполняла умножение за 5 секунд. Тактовая частота составляла 1 Гц. Система работала за счёт двигателя пылесоса мощностью в 1 киловатт.
Z1 была оснащена устройством чтения перфоленты, которое предоставляло код операции для каждой инструкции.
Конрад Цузе и воссозданная после Второй мировой вычислительная машина Z1
Перфолента для вычислительной машины Z1
В 1940 годы американские артиллеристы использовали таблицы стрельбы, содержащие информацию о поправках прицела в соответствии с дистанциями до цели. Расчёты траекторий одним человеком для одного типа орудия и одного снаряда занимали более двух недель. Нужно было посчитать около трёх тысяч траекторий для множества комбинаций параметров — температуры воздуха, плотности почвы, скорости ветра и так далее. Учёный из Пенсильванского университета Джон Уильям Мокли задумал использовать вакуумные лампы в качестве элементной базы для электронной дифференцирующей машины. С этого начинается история ENIAC, а затем его улучшенной версии — EDVAC.
ENIAC собрали в 1945 году. Первой задачей было математическое моделирование термоядерного взрыва супер-бомбы по гипотезе Улама-Теллера. Задача была настолько сложной, что даже при игнорировании многих физических эффектов и максимальном упрощении уравнения для ввода программы в компьютер понадобился миллион перфокарт.
Для чтения перфокарт использовали табулятор IBM. Одной из проблем этого носителя информации была невысокая скорость работы: слишком много времени уходило на перфорацию на картах выведенных в процессе расчётов данных и их ввод в машину для дальнейших вычислений. Для решения этой проблемы изобретатели начали работать над новыми способами ввода и хранения данных — над магнитными лентами.
Первые программисты ENIAC: на корточках — Рут Лихтерман, стоит — Мэрлин Уэскофф. 1946 год. Источник
Бобины чистых перфолент советского производства. Источник
Магнитная лента
В 1898 году датский физик и инженер Вальдемар Поульсен запатентовал способ магнитной записи за проволоку. Устройство называлось «телеграфон». С усилителя сигнал подавался на записывающую головку, вдоль которой с постоянной скоростью перемещалась проволока и намагничивалась соответственно сигналу.
В 1927 году немецкий инженер Фриц Пфлеймер с помощью клея нанёс напыление порошка оксида железа на тонкую бумагу, и годом позже получил патент на применение магнитного порошка на бумаге или киноплёнке. Но патент отменили из-за того, что такое применение порошка было изложено в патенте Поульсена.
Идеи Поульсена и Пфлеймера использовала компания AEG, разработавшая прибор для магнитной записи «Магнетофон-К1». Магнитную ленту для «магнетофона» изготавливал химический концерн BASF. Устройство представили на радиовыставке в Берлине в 1935 году.
Патент США на записывающее устройство на магнитной проволоке. Источник
«Магнетофон-К1»
В 1951 году изобретатели компьютера ENIAC Джон Экерт и Джон Мокли работали над новой машиной. Ей стал первый условно коммерческий компьютер в США — UNIVAC I. Компьютер строили для нужд Военно-воздушных сил и топографической службы Армии США, а заказ был размещён от лица Бюро переписи населения. Всего были выпущены сорок шесть экземпляров UNIVAC I для установки в правительственных учреждениях, частных корпорациях и университетах. Второй экземпляр был установлен в Пентагоне. Последние экземпляры выключили в 1970 году после 13 лет службы в коммерческой страховой компании.
Стоимость машины начиналась со 159 000 долларов. Со временем цена составила от 1 250 000 до 1 500 000 долларов. В переводе на деньги 2016 года максимальная цена UNIVAC I составляла 12 480 000 долларов.
В качестве носителя данных в этом компьютере впервые использовали магнитную ленту. Одновременно можно было подключить до десяти ленточных накопителей UNISERVO.
UNISERVO стал первым ленточным накопителем для коммерческого компьютера и имел успех. Ленты UNIVAC из никелированной бронзы были шириной в половину дюйма и длиной до 450 метров. Данные записывались на восьми дорожках, где шесть были собственно для данных, одна — для контроля чётности, и ещё одна — для синхронизации. Одна лента вмещала 1 440 000 шестибитных символов.
Ленточные накопители UNISERVO для UNIVAC
В 1960 году в IBM разработали первую пластиковую карту с магнитной полосой. Штрих-коды и перфорация не отличались надёжностью, и для банковских карт было необходимо придумать новый способ хранения данных. Выбор пал на магнитную ленту. Сегодня все банковские карты имеют магнитную ленту, хотя всё чаще начинают использовать чипы и NFC.
Первые прототипы карт с магнитной полосой
В персональных компьютерах 1970–1980-х годов для хранения информации часто использовались аудиокассеты. Воспроизведение и запись программ осуществляли либо с помощью специальных накопителей, либо с помощью обычных бытовых аудиомагнитофонов. Попробуйте сказать вслух «аудиомагнитофон» — как-то необычно звучит, верно?
Sinclair ZX Spectrum+2
Магнитофон Atari XC12 для компьютеров Atari 65XE и 130XE. Источник
Многие уже забыли, как выглядят аудиокассеты и видеокассеты. Кто-то их никогда не видел и не держал в руках. Но для бизнеса и исследовательских центров магнитные ленты до сих пор имеют огромное значение.
CERN для хранения результатов работы Большого адронного коллайдера использует магнитную ленту, кроме них совмещают облака с манитными лентами НАСА и телеканал Discovery. Крупные корпорации также иногда выбирают магнитные ленты. Преимущество технологии состоит в цене — каждый гигабайт хранения стоит от двух до трёх центов. Скорость работы с файлами низкая из-за последовательного доступа — от нескольких десятков секунд до минуты. Но для данных, которые не требуют быстрого доступа, она идеально подходит. До 80% корпоративных данных можно записать на ленту, уверены в IBM.
IBM продолжают работать над улучшением форматов. В 2015 году учёные из компании смогли записать данные на магнитную ленту с эффективностью в 123 миллиарда бит на квадратный дюйм. Так они превысили в 88 существующий с 2012 года фрмат LTO-6, по которому можно записать 2,5 ТБ данных на плёнку среднего класса. Ещё ранее, в 2012 году, IBM совместно с Fujifilm начали разработку опытных образцов кассет размерами 10×10х2 сантиметра, способных хранить до 35 терабайт данных.
Флоппи-диск
Основной недостаток магнитной ленты — последовательный доступ к данным. Эту проблему в 1960-е годы решала команда Алана Шугарта в лаборатории IBM. Один из старших инженеров Дэвид Нобль в 1967 году предложил использовать гибкий магнитный диск с защитным кожухом. В 1971 году компания представила первую 8-дюймовую дискету и дисковод для неё.
8-дюймовая дискета IBM на 128 байт
Оператор ЭВМ использует 8-дюймовую дискету
Шугарт в 1971 году основал собственую компанию Shugart Technology и в 1976 году присоединился к разработке мини-флоппи дисков для персональных компьютеров. Компания выпустила дисковод для 5¼-дюймовых дискет, которые вытеснили с рынка ПК 8-дюймовые дисководы.
В 1981 году собственный вариант дискет, на этот раз диаметром 3½ дюйма, выпустила компания Sony. Их начали использовать в компьютерах HP, Macintosh, IBM, Atari, Commodore.
Первые версии дискет имели ёмкость 720 килобайт, в поздних дискетах этот показатель довели до 1,44 мегабайта. Результат улучшила компания Toshiba, представив в 1980-х годах диск на 2,88 мегабайт. Я помню только 1,44-мегабайтные дискеты — потому что формат от Toshiba не прижился.
Реклама дискет, 1986 год
Внешний дисковод с USB-интерфейсом
Три поколения гибких магнитных дисков
Hitachi прекратила производство дискет в 2009 году. Sony прикрыла фабрики в 2010 году, после продажи общим счётом сорока семи миллионов дискет.
Toshiba в 2014 году нашла новое применение своей фабрике по производству дискет: переоборудовала её в ферму для выращивания салата-латука, который не надо мыть.
Овощная ферма Toshiba — переоборудованный цех по производству флоппи-дисков. Источник
Казалось бы, эра дискет закончилась в декабре 2015 года, когда правительство Норвегии прекратило распространение списков пациентов клиник на дискетах. Но это не так. В июне 2016 года мы узнали, что в больницах Южной Австралии продолжают использовать медицинский софт на основе MS-DOS, разработанный ещё в 1980-е годы, а для хранения данных используют дискеты.
Но тут речь идёт о 3½ дискетах, относительно современном варианте. В то же время ядерным арсеналом США управляют с помощью 8-дюймовых гибких дисков! В инфраструктуре арсеналов были интегрированы IBM Series/1 в 1970-х годах, и эти системы работают до сих пор. Системы планируют заменить в 2017 году.
3,5 гигабайта врачебной информации на двух с половиной тысячах дискет. Норвегия, 2015 год
IBM Series/1
Сегодня магнитные ленты, перфокарты и дискеты кажутся вчерашним днём. Но их продолжают использовать. Магнитные ленты позволяют дешевле, чем при применении SSD и HDD, хранить данные. Дискеты никак не могут уйти из-за плотной интеграции в некоторых учреждениях, например, в системе здравоохранения некоторых стран. А один из самых первых носителей, перфокарта, до сих пор используется с той же целью, для которой его создали — в ткацких и вязальных станках.
