Оригинал взят у в Когда появились станки с числовым программным управлением?
Ещё в XVIII веке. Правда, станки были не металлорежущими, а ткацкими.
В течение долгих лет перфокарты служили основными носителями для хранения и обработки информации. Перфокарты - предки дискет, дисков, винчестеров, флеш-памяти. Но появились они вовсе не с изобретением первых компьютеров, а гораздо раньше, в самом начале XIX века…
12 апреля 1805 года император Наполеон Бонапарт с супругой посетили Лион. Крупнейший в стране центр ткачества в XVI–XVIII веках изрядно пострадал от Революции и пребывал в плачевном состоянии.
Большинство мануфактур разорились, производство стояло, а международный рынок все больше заполнял английский текстиль. Желая поддержать лионских мастеров, в 1804 году Наполеон разместил здесь крупный заказ на сукно, а годом позже прибыл в город лично.
В ходе визита император посетил мастерскую некоего Жозефа Жаккара, изобретателя, где императору продемонстрировали удивительную машину. Установленная поверх обыкновенного ткацкого станка громада позвякивала длинной лентой из дырчатых жестяных пластин, а из станка тянулось, накручиваясь на вал, шелковое полотно с изысканнейшим узором.
При этом никакого мастера не требовалось: машина работала сама по себе, а обслуживать ее, как объяснили императору, вполне мог даже подмастерье.
Наполеону машина понравилась. Несколькими днями позже он распорядился передать патент Жаккара на ткацкую машину в общественное пользование, самому же изобретателю положить ежегодную пенсию в 3000 франков и право получать небольшое, в 50 франков, отчисление с каждого станка во Франции, на котором стояла его машина.
Впрочем, в итоге это отчисление сложилось в весомую сумму – к 1812 году новым приспособлением было оборудовано 18000 ткацких станков, а к 1825-му – уже 30000.
1728 год - станок Фалькона
Жан-Батист Фалькон создал свою машину на основе первого подобного станка конструкции Базиля Бушона. Он первым придумал систему картонных перфокарт, связанных в цепь.
Изобретатель прожил остаток дней в достатке, умер он в 1834 году, а шесть лет спустя благодарные горожане Лиона поставили Жаккару памятник на том самом месте, где когда-то была его мастерская. Жаккарова (или, в старой транскрипции, «жаккардова») машина была важным кирпичиком в фундаменте промышленной революции, не менее важным, чем железная дорога или паровой котел.
Но не все в этой истории просто и безоблачно. Например, «благодарные» лионцы, впоследствии почтившие Жаккара памятником, сломали его первый незаконченный станок и несколько раз покушались на его жизнь. Да и машину, если говорить по правде, изобрел вовсе не он.
Как работала машина
Для понимания революционной новизны изобретения необходимо в общих чертах представлять принцип работы ткацкого станка. Если рассмотреть ткань, можно увидеть, что она состоит из плотно переплетенных продольных и поперечных нитей. В процессе изготовления продольные нити (основа) протягиваются вдоль станка; половина из них через одну крепятся к рамке-«ремизке», другая половина– к другой такой же рамке.
Эти две рамки перемещаются вверх-вниз друг относительно друг друга, разводя нити основы, и в образовавшийся зев туда-сюда снует челнок, тянущий поперечную нить (уток). В результате получается простейшее полотно с нитями, переплетенными через одну.
Рамок-ремизок может быть больше двух, и двигаться они могут в сложной последовательности, поднимая или опуская нити группами, отчего на поверхности ткани образуется узор. Но количество рамок все равно невелико, редко когда бывает больше 32, поэтому узор получается простым, регулярно повторяющимся.
На жаккардовом станке рамок нет вообще. Каждая нить может перемещаться отдельно от других с помощью цепляющего ее стержня с кольцом. Поэтому на полотне можно выткать узор любой степени сложности, даже картину.
Последовательность движения нитей задается с помощью длинной зацикленной ленты перфокарт, каждая карта соответствует одному проходу челнока. Карта прижимается к «считывающим» проволочным щупам, часть из них уходит в отверстия и остается неподвижной, остальные утапливаются картой вниз. Щупы связаны со стержнями, управляющими движением нитей.
1900 год - ткацкий цех
Этот снимок сделан более века назад в заводском цеху ткацкой фабрики города Дарвела (Восточный Эйршир, Шотландия). Многие ткацкие цеха выглядят так и по сей день - не потому что хозяева фабрик жалеют средства на модернизацию, а потому что жаккардовы станки тех лет по-прежнему остаются наиболее универсальными и удобными.
Сложноузорчатые холсты умели ткать и до Жаккара, но это было по силам только лучшим мастерам, и работа была адская. Внутрь станка забирался работник-дергальщик и по команде мастера вручную поднимал или опускал отдельные нити основы, количество которых иногда исчислялось сотнями.
Процесс был очень медленным, требовал постоянно сосредоточенного внимания, и неизбежно случались ошибки. Кроме того, переоснащение станка с одного сложноузорчатого холста на другую работу растягивалось иногда на многие дни.
Станок Жаккара делал работу быстро, без ошибок - и сам. Единственным трудным делом теперь было набивать перфокарты. На производство одного комплекта уходили недели, зато однажды изготовленные карты могли использоваться снова и снова.
Челночный станок
В начале XIX века основным видом автоматического ткацкого устройства был челночный станок. Конструкция его была довольно проста: вертикально натягивались нити основы, а пулеобразный челнок летал между ними туда и обратно, протаскивая через основу поперечную (уточную) нить.
Испокон веков челнок протаскивался руками, в XVIII веке этот процесс был автоматизирован; челнок «выстреливался» с одной стороны, принимался другой, разворачивался – и процесс повторялся. Зев (расстояние между нитями основы) для пролета челнока обеспечивался с помощью бердо – ткацкого гребня, который отделял одну часть нитей основы от другой и приподнимал ее.
Предшественники
Как уже говорилось, «умный станок» придумал не Жаккар - он лишь доработал изобретения своих предшественников. В 1725 году, за четверть века до рождения Жозефа Жаккара, первое подобное устройство создал лионский ткач Базиль Бушон. Станок Бушона управлялся перфорированной бумажной лентой, где каждому проходу челнока соответствовал один ряд отверстий. Однако отверстий было мало, поэтому устройство меняло положение лишь небольшого числа отдельных нитей.
Следующего изобретателя, пытавшегося усовершенствовать ткацкий станок, звали Жан-Батист Фалькон. Он заменил ленту небольшими листами картона, связанными за углы в цепь; на каждом листе отверстия располагались уже в несколько рядов и могли управлять большим числом нитей. Станок Фалькона оказался успешнее предыдущего, и хотя он не получил широкого распространения, в течение жизни мастер успел продать около 40 экземпляров.
Третьим, кто взялся доводить ткацкий станок до ума, был изобретатель Жак де Вокансон, который в 1741 году был назначен инспектором шелкоткацких мануфактур. Вокансон работал над своей машиной много лет, однако его изобретение не имело успеха: слишком сложное и дорогое в изготовлении устройство по-прежнему могло управлять относительно небольшим числом нитей, и ткань с незамысловатым узором не окупала стоимости оборудования.
Удачи и неудачи Жозефа Жаккара
Жозеф Мари Жаккар родился в 1752 году в предместье Лиона в семье потомственных канутов - ткачей, работавших с шелком. Он был обучен всем премудростям ремесла, помогал отцу в мастерской и после смерти родителя унаследовал дело, однако ткачеством занялся далеко не сразу.
Жозеф успел сменить множество профессий, был судим за долги, женился, а после осады Лиона ушел солдатом с революционной армией, взяв с собой шестнадцатилетнего сына. И лишь после того как сын погиб в одном из сражений, Жаккар решил вернуться к фамильному делу.
Он возвратился в Лион и открыл ткацкую мастерскую. Однако бизнес был не слишком успешен, и Жаккар увлекся изобретательством. Он решил сделать машину, которая превзошла бы творения Бушона и Фалькона, была бы достаточно простой и дешевой и при этом могла делать шелковое полотно, не уступающее по качеству сотканному вручную. Поначалу конструкции, выходившие из-под его рук, были не слишком удачными.
Первая машина Жаккара, которая заработала как надо, делала не шелк, а... рыбацкие сети. В газете он прочел, что английское Королевское общество поддержки искусств объявило конкурс на изготовление такого приспособления. Награду от британцев он так и не получил, однако его детищем заинтересовались во Франции и даже пригласили на промышленную выставку в Париж. Это была знаковая поездка.
Во-первых, на Жаккара обратили внимание, он обзавелся нужными связями и даже раздобыл денег на дальнейшие изыскания, а во-вторых, он посетил Музей искусств и ремесел, где стоял ткацкий станок Жака де Вокансона. Жаккар увидел его, и недостающие детали встали на свои места в его воображении: он понял, как должна работать его машина.
1841 год - ткацкая мастерская Каркилля
Тканый рисунок (сделан в 1844 году) изображает сцену, произошедшую 24 августа 1841 года. Месье Каркилля, владелец мастерской, дарит герцогу д"Омалю полотно с портретом Жозефа Мари Жаккара, вытканное таким же образом в 1839 году. Тонкость работы невероятна: детали мельче, чем на гравюрах.
Невероятная точность станка Жаккара
Известная картина «Визит герцога д"Омаля в ткацкую мастерскую господина Каркилля»– это не гравюра, как может показаться, - рисунок полностью выткан на станке, оборудованном жаккардовой машиной. Размер холста - 109×87 см, работу выполнил собственноручно мастер Мишель-Мари Каркилля для фирмы «Дидье, Пти и Си».
Процесс mis en carte , или программирования, изображения на перфокартах, длился много месяцев, причем занимались этим несколько человек, а само изготовление полотна заняло восемь часов. Лента из 2400 (более тысячи двоичных ячеек на каждой) перфокарт была длиной в милю.
Картину воспроизводили только по специальным заказам, известно о нескольких полотнах подобного типа, хранящихся в разных музеях мира.
А один вытканный таким образом портрет Жаккара заказал себе декан кафедры математики Кембриджского университета Чарльз Бэббидж. К слову, герцог д"Омаль, изображенный на полотне, - не кто иной как младший сын последнего короля Франции Луи-Филиппа I.
Своими разработками Жаккар привлек к себе внимание не только парижских академиков. Лионские ткачи быстро смекнули, какую угрозу таит в себе новое изобретение. В Лионе, население которого к началу XIX века едва ли насчитывало 100,000, в ткацкой промышленности работало более 30,000 человек - то есть каждый третий житель города был если не мастером, то работником или подмастерьем при ткацкой мастерской. Попытка упростить процесс изготовления тканей лишила бы многих работы.
В итоге одним прекрасным утром в мастерскую Жаккара пришла толпа и сломала все то, что он строил. Самому изобретателю строго наказали оставить недоброе и заняться ремеслом, по примеру покойного отца. Вопреки увещеваниям братьев по цеху Жаккар не бросил своих изысканий, однако теперь ему приходилось работать скрытно, и следующую машину он закончил только к 1804 году.
Жаккар получил патент и даже медаль, однако самостоятельно торговать «умными» станками остерегся и по совету негоцианта Габриэля Детилле нижайше просил императора передать изобретение в общественную собственность города Лиона. Император удовлетворил просьбу, а изобретателя наградил. Окончание истории вам известно.
Эпоха перфокарт
Сам принцип жаккардовой машины - возможность менять последовательность работы станка, загружая в него новые карты - был революционным. Сейчас мы называем это словом «программирование». Очередность действий для жаккардовой машины задавалась двоичной последовательностью: есть отверстие – нет отверстия.
скоре после того как жаккардова машина получила широкое распространение, перфорированные карты (а также перфорированные ленты и диски) стали применять в разнообразных устройствах.
Но, пожалуй, самое известное из таких изобретений - и самое знаковое на пути от ткацкого станка к компьютеру - это «аналитическая машина» Чарльза Бэббиджа. В 1834 году Бэббидж, математик, вдохновленный опытом Жаккара с перфокартами, начал работу над автоматическим устройством для выполнения широкого спектра математических задач.
До этого он имел неудачный опыт постройки «разностной машины», громоздкого 14-тонного чудовища, заполненного шестеренками; принцип обработки цифровых данных с помощью шестеренок использовался со времен Паскаля, и вот теперь на смену им должны были прийти перфокарты.
1824 год - разностная машина Бэббиджа
Первый опыт постройки Чарльзом Бэббиджем аналитической машины был неудачным. Громоздкое механическое устройство, представляющее собой совокупность валов и шестерней, вычисляло довольно точно, но требовало слишком сложного обслуживания и высокой квалификации оператора.
В аналитической машине присутствовало все, что есть в современном компьютере: процессор для выполнения математических операций («мельница»), память («склад»), где хранились значения переменных и промежуточные результаты операций, было центральное управляющее устройство, которое также выполняло функции ввода-вывода.
В аналитической машине должны были использоваться перфокарты двух типов: большого формата, для хранения чисел, и поменьше - программные. Бэббидж работал над своим изобретением 17 лет, но так и не смог его закончить - не хватило денег. Действующую модель «аналитической машины» Бэббиджа построили только в 1906 году, поэтому непосредственным предшественником компьютеров стала не она, а устройства, называемые табуляторами.
Табулятор - это машина для обработки больших объемов статистической информации, текстовой и цифровой; информация вводилась в табулятор при помощи огромного количества перфокарт. Первые табуляторы были разработаны и созданы для нужд американского офиса переписи населения, но вскоре их использовали уже для решения самых разных задач.
С самого начала одним из лидеров в этой сфере стала компания Германа Холлерита, человека, который изобрел и изготовил в 1890 году первую электронную табулирующую машину. В 1924 году компания Холлерита была переименована в IBM.
1890 год - табулятор Холлерита
Табулирующая машина Германа Холлерита была построена для обработки результатов всеамериканской переписи населения 1890 года. Но оказалось, что возможности машины выходят далеко за рамки поставленной задачи.
Когда на смену табуляторам пришли первые ЭВМ, принцип управления с помощью перфокарт сохранился и здесь. Куда удобнее было загружать в машину данные и программы с помощью карточек, нежели переключая многочисленные тумблеры.
Кое-где перфокарты используются и по сей день. Таким образом, почти 200 лет главным языком, на котором человек общался с «умными» машинами, оставался язык перфокарт.
| Перфокарта
Перфокарта (перфорационная карта, перфорированная карта, от лат. perforo -пробиваю и лат. charta - лист из папируса; бумага) - носитель информации, предназначенный для использования в системах автоматической обработки данных. Сделанная из тонкого картона, перфокарта представляет информацию наличием или отсутствием отверстий в определённых позициях карты.
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 .
Жозеф Мари Жаккар
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.
В информатике перфокарты впервые были применены в «интеллектуальных машинах» коллежского советника С.Н. Корсакова (1832), механических устройствах для информационного поиска и классификации записей.
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
Современному человеку, имеющему возможность хранить многие терабайты информации на жестком диске своего домашнего компьютера, очень сложно себе представить, что когда-то людям было достаточно и пяти-трехдюймовой дискеты. За свою историю носители информации прошли грандиозный путь.
Каковы же были его этапы этого прогресса?
Перфокарта!
Это первый носитель информации, имевший форму бумажной, картонной или пластиковой прямоугольной пластинки с отверстиями, - появилась на свет еще в начале 19 века. О компьютерах в то время речи, конечно же, не шло, но зато активно использовались ткацкие станки французского изобретателя Жозефа-Мари Жаккарда, в которых и нашли применение перфокарты. При помощи них можно было управлять узором на ткани. В 30-х годах девятнадцатого века технология стала использоваться в первых вычислительных машинах Чарльзя Бэббиджа и в механических устройствах для классификации записей Семена Корсакова. А в 1890 году американский изобретатель Герман Холлерит придумал устройство, использовавшее перфокарты для обработки результатов проводившихся в 1890 и 1900 годах в Америке переписей населения. Разумеется, перфокарте суждено было стать носителем информации в первых компьютерах.
Наверняка, многие еще помнят эти карточки размерами 187,325 ? 82,55 мм и толщиной 0,178 мм с рядами цифр и отверстиями на определенных позициях - это наиболее распространенный формат IBM, введенный в обращение в 1928 году. Перфокарты широко использовались в компьютерной технике до начала 80-х годов, однако, неудобство их использования и потребность в хранении и обработке большего количества информации вынуждали специалистов искать новые решения. Поэтому перфокарты постепенно были вытеснены дискетами.
А потом пришла Дискета!
Она представляла собой гибкий диск, имевший ферромагнитное покрытие и спрятанный в пластиковый корпус, предназначенный для защиты от механических повреждений. В 1967 году в лаборатории компании IBM была создана первая дискета, имевшая диаметр 8 дюймов, а в 1971 году первая такая дискета объемом в 80 килобайт была представлена широкой аудитории. Курс развития гибких магнитных дисков был направлен на уменьшение физических размеров и увеличение объема памяти, в результате чего сначала дискеты уменьшились до 5? дюймов, а после - до 3?, а объем памяти к 1991 году достиг 2880 килобайт, хотя самым ходовым форматом оставалась 3?-дюймовая 1,44-мегабайтная дискета. К сожалению, дискеты нельзя было назвать надежным приспособлением для хранения информации в силу особенностей их устройства. Они легко размагничивались под воздействием магнитных полей различной природы, застревали в дисководе, были подвержены механическим повреждениям. В итоге, когда стали появляться более надежные носители информации, дискеты стали исчезать из обихода и в настоящий момент практически перестали использоваться.
Оптические диски!
Это устройства, данные с которых считываются при помощи оптического излучения. Первое поколение таких дисков использовалось, в основном, для хранения видеофайлов и музыки. Это всем известные лазерные и компакт-диски, а также магнитооптические диски, сочетавшие в себе свойства как оптических, так и магнитных носителей информации. Первые оптические диски увидели свет в конце 70-х годов. Ко второму поколению оптических носителей можно отнести, в частности, диски формата DVD, которые появились в 1996-1997 годах. Имея такой же внешний вид, как CD-диски, они могли хранить гораздо больший объем информации.
Стоит особо отметить возможность не только считывания информации, но и однократной либо многократной (в зависимости от типа диска) ее записи, существующую как у CD, так и у DVD. В настоящее время наряду с оптическими дисками второго поколения, широко используются диски третьего поколения, и здесь борьбу за лидерство долгое время вели два формата - HD DVD и Blu-ray. Однако, верх все же одержали производители второго типа дисков.
В настоящий момент, Blu-ray-диски способны вмещать от 23,3 до 128 гигабайт информации, в зависимости от количества слоев. Несомненным минусом всех оптических носителей информации можно считать их подверженность различным механическим повреждениям: даже мелкая царапина на поверхности диска может нанести непоправимый ущерб. Кроме того, скорость записи информации далеко не всегда удовлетворяет пользователя, а количество циклов перезаписи сильно ограничено физическими параметрами. Именно поэтому появились на свет и получили широкое распространение компактные быстрые и способные выдержать порядка 100 тысяч циклов перезаписи устройства, использующие для хранения информации флеш-память.
Флеш-память была в 1984 году Фудзио Масуокой, специалистом компании Toshiba.
Первый флеш-чип, предназначенный для коммерческого использования, был выпущен в 1988 году компанией Intel. Сейчас флеш-карты различных типов и объемов активно используются в мобильных телефонах, фотоаппаратах, mp3-плеерах, а также весьма популярны USB-флеш-накопители или, в народе, флешки, которые можно подключить к компьютеру или ноутбуку через USB-разъем и быстро скопировать необходимую информацию. В настоящее время стандартные устройства, использующие флеш-память, вмещают десятки гигабайт информации.
Жесткий диск.
НЖМД, накопитель на жестких магнитных дисках, винчестер, как и дискета, основан на принципах магнитной записи, однако, в нем запись производится на жесткие пластины, покрытые слоем ферромагнетика. Чаще всего, винчестер изначально встроен в системный блок компьютера. Первый прототип устройства, имевший объем памяти 5 мегабайт и невероятные, в сравнении с сегодняшними жесткими дисками, размеры появился в 1956 году в компании IBM. Эволюция НЖМД привела к уменьшению их физических размеров, увеличению скорости чтения/записи информации и объема памяти. Современные винчестеры хранят в себе до 3 терабайт информации и, наверняка, это еще не предел...
Темп жизни современных людей постоянно увеличивается, как увеличивается и количество информации, которую необходимо хранить. Поэтому человечество никогда не остановится на достигнутом, и кто знает, возможно, через пятьдесят лет объемы памяти, недостижимые для современных носителей, людям будущего покажутся такими же смешными, как кажется смешным нам количество информации, которую можно было считать с перфокарты.
В переди нас ждёт еще много интересного.
Современному человеку, имеющему возможность хранить терабайты информации на жестком диске своего домашнего компьютера, очень сложно себе представить, что когда-то людям было достаточно и трехдюймовой дискеты. За свою историю носители информации прошли грандиозный путь. Каковы же были его этапы?
Кажется невероятным, что – первый носитель информации, имевший форму бумажной, картонной или пластиковой прямоугольной пластинки с отверстиями, – появилась на свет еще в начале 19 века. О компьютерах в то время речи, конечно же, не шло, но зато активно использовались ткацкие станки французского изобретателя Жозефа-Мари Жаккарда, в которых и нашли применение перфокарты. При помощи них можно было управлять узором на ткани. В 30-х годах девятнадцатого века технология стала использоваться в первых вычислительных машинах Чарльзя Бэббиджа и в механических устройствах для классификации записей Семена Корсакова. А в 1890 году американский изобретатель Герман Холлерит придумал устройство, использовавшее перфокарты для обработки результатов проводившихся в 1890 и 1900 годах в Америке переписей населения. Разумеется, перфокарте суждено было стать носителем информации в первых компьютерах. Наверняка, многие еще помнят эти карточки размерами 187,325 × 82,55 мм и толщиной 0,178 мм с рядами цифр и отверстиями на определенных позициях – это наиболее распространенный формат IBM, введенный в обращение в 1928 году. Перфокарты широко использовались в компьютерной технике до начала 80-х годов, однако, неудобство их использования и потребность в хранении и обработке большего количества информации вынуждали специалистов искать новые решения. Поэтому перфокарты постепенно были вытеснены дискетами.
Кажется невероятным, что Дискета представляла собой гибкий диск, имевший ферромагнитное покрытие и спрятанный в пластиковый корпус, предназначенный для защиты от механических повреждений. В 1967 году в лаборатории компании IBM была создана первая дискета, имевшая диаметр 8 дюймов, а в 1971 году первая такая дискета объемом в 80 килобайт была представлена широкой аудитории. Курс развития гибких магнитных дисков был направлен на уменьшение физических размеров и увеличение объема памяти, в результате чего сначала дискеты уменьшились до 5¼ дюймов, а после – до 3½, а объем памяти к 1991 году достиг 2880 килобайт, хотя самым ходовым форматом оставалась 3½-дюймовая 1,44-мегабайтная дискета. К сожалению, дискеты нельзя было назвать надежным приспособлением для хранения информации в силу особенностей их устройства. Они легко размагничивались под воздействием магнитных полей различной природы, застревали в дисководе, были подвержены механическим повреждениям. В итоге, когда стали появляться более надежные носители информации, дискеты стали исчезать из обихода и в настоящий момент практически перестали использоваться.
Следующим этапом в развитии носителей информации стали оптические диски – устройства, данные с которых считываются при помощи оптического излучения. Первое поколение таких дисков использовалось, в основном, для хранения видеофайлов и музыки. Это всем известные лазерные и компакт-диски , а также магнитооптические диски , сочетавшие в себе свойства как оптических, так и магнитных носителей информации. Первые оптические диски увидели свет в конце 70-х годов. Ко второму поколению оптических носителей можно отнести, в частности, диски формата DVD, которые появились в 1996-1997 годах. Имея такой же внешний вид, как CD-диски, они могли хранить гораздо больший объем информации. Стоит особо отметить возможность не только считывания информации, но и однократной либо многократной (в зависимости от типа диска) ее записи, существующую как у CD, так и у DVD. В настоящее время наряду с оптическими дисками второго поколения, широко используются диски третьего поколения, и здесь борьбу за лидерство долгое время вели два формата – HD DVD и Blu-ray . Однако, верх все же одержали производители второго типа дисков. В настоящий момент, Blu-ray-диски способны вмещать от 23,3 до 128 гигабайт информации, в зависимости от количества слоев. Несомненным минусом всех оптических носителей информации можно считать их подверженность различным механическим повреждениям: даже мелкая царапина на поверхности диска может нанести непоправимый ущерб. Кроме того, скорость записи информации далеко не всегда удовлетворяет пользователя, а количество циклов перезаписи сильно ограничено физическими параметрами. Именно поэтому появились на свет и получили широкое распространение компактные быстрые и способные выдержать порядка 100 тысяч циклов перезаписи устройства, использующие для хранения информации флеш-память .
Изобретена флеш-память была в 1984 году Фудзио Масуокой, специалистом компании Toshiba. Первый флеш-чип, предназначенный для коммерческого использования, был выпущен в 1988 году компанией Intel. Сейчас флеш-карты различных типов и объемов активно используются в мобильных телефонах, фотоаппаратах, mp3-плеерах, а также весьма популярны USB-флеш-накопители или, в народе, флешки , которые можно подключить к компьютеру или ноутбуку через USB-разъем и быстро скопировать необходимую информацию. В настоящее время стандартные устройства, использующие флеш-память, вмещают десятки гигабайт информации.
Вышеперечисленные устройства являются съемными . Отдельно же стоит рассказать о встроенных носителях информации – жестких дисках .
Жесткий диск (НЖМД , накопитель на жестких магнитных дисках, винчестер), как и дискета, основан на принципах магнитной записи, однако, в нем запись производится на жесткие пластины, покрытые слоем ферромагнетика. Чаще всего, винчестер изначально встроен в системный блок компьютера. Первый прототип устройства, имевший объем памяти 5 мегабайт и невероятные, в сравнении с сегодняшними жесткими дисками, размеры появился в 1956 году в компании IBM. Эволюция НЖМД привела к уменьшению их физических размеров, увеличению скорости чтения/записи информации и объема памяти. Современные винчестеры хранят в себе до 3 терабайт информации и, наверняка, это еще не предел.
Темп жизни современных людей постоянно увеличивается, как увеличивается и количество информации, которую необходимо хранить. Поэтому человечество никогда не остановится на достигнутом, и кто знает, возможно, через пятьдесят лет объемы памяти, недостижимые для современных носителей, людям будущего покажутся такими же смешными, как кажется смешным нам количество информации, которую можно было считать с перфокарты.
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.
Табулятор Холлерита
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.
Небольшие перфокарты
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
Следующей ступенью развития магнитных носителей информации стала дискета, которая была представлена в 1971 году. Над созданием девайса трудилась компания IBM. В 1967 году у «голубого гиганта» появилась необходимость рассылать клиентам обновления софта, и команда инженеров под руководством Алана Шугарта предложила идею компактного и быстрого гибкого диска. Спустя несколько лет в стенах IBM была создана 8-дюймовая дискета объемом 80 Кбайт с возможностью одноразовой записи. Решение получилось не очень удачным, поскольку притягивало много пыли и было чересчур хрупким для карманного девайса. Поэтому разработчики решили упаковать гибкий диск в защитный пластиковый кожух с тканевой прокладкой.
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.
Эта огромная 8-дюймовая дискета вмещала всего 80 Кбайт информации
Для чтения дискет компьютеры начали оснащаться дисководами, однако стоимость таких девайсов была сопоставима со стоимостью всей системы. Поэтому многие продолжали использовать кассеты. Прошло немало времени, пока дискеты не вытеснили магнитные ленты.
После создания первой дискеты работа над этим стандартом продолжилась. В 1973 году емкость 8-дюймовой дискеты увеличилась до 256 Кбайт, а еще спустя два года ее объем составлял целых 1000 Кбайт. Главным недостатком дискеты тогда был ее размер. В диаметре диск достигал приличных 203 мм, и это без учета корпуса дискеты. Такой девайс в лучшем случае можно было уместить в рюкзак или средних размеров сумку. А ведь дискета задумывалась как карманное устройство! Поэтому в 1976 году Шугарт предложил новый формат - 5,25 дюймов.
Почему именно такой размер? Бытует мнение, что однажды Алан Шугарт сидел в баре вместе с Ан Вэнгом из Wang Laboratories. Инженеры обсуждали новый формат дискеты, и в ходе разговора возникла идея создать девайс размером с салфетку. Новые решения получили название mini-floppy.
5,25-дюймовые дискеты тоже имели внушительный размер
По своей конструкции 5,25-дюймовые дискеты лишь немного отличались от 8-дюймовых собратьев. Отчасти изменилось положение отверстий на дискете, а футляр стал прочнее. Края приводного отверстия были защищены пластиковым или металлическим кольцом. Изначально объем таких дискет составлял 110 Кбайт, однако к 1984 году он был увеличен до 1,2 Мбайт. Именно с 5,25-дюймовых решений началось повсеместное распространение дискет. Этому способствовала более низкая в сравнении с 8-дюймовыми девайсами цена.
В 1981 году дискета обрела привычный для нас формат - 3,5 дюйма. Такой дизайн предложила компания Sony. Изначально объем дискеты составлял 720 Кбайт, но спустя пару лет он был увеличен вдвое. Чуть позже появились и более вместительные решения емкостью 2,88 Мбайт. Многие крупные компании поддержали уменьшенный стандарт. Например, компания Apple уже в 1984 году устанавливала приводы для 3,5-дюймовых дискет на компьютеры Macintosh.
Три поколения дискет: 8’’, 5,25’’ и 3,5’’ (слева направо)
В начале 90-х годов емкость дискет удовлетворяла далеко не всех пользователей. Одновременно разрабатывался целый ряд различных стандартов, которые должны были прийти на смену 3,5-дюймовым дискетам. Наиболее популярным из них стал Iomega Zip. По своей конструкции такая дискета во многом повторяла существующие. Носитель Iomega Zip представлял собой полимерный диск, покрытый ферромагнитным слоем. Корпус дискеты изготавливался из пластика и имел защитную шторку. Объем таких решений составлял 100 или 250 Мбайт, а через некоторое время выпускались даже 750-мегабайтные девайсы! Кроме этого, Iomega Zip обеспечивали более высокую скорость записи и чтения. Тем не менее стандарт так и не смог потеснить 3,5-дюймовые дискеты с вершины. Виной всему - высокая цена устройств. Да и, скажем прямо, надежностью дискеты Zip вовсе не отличались.
Оптические накопители. CD
Параллельно с дискетами развивался и рынок оптических накопителей. Первой ласточкой в этой области стал девайс под названием Laserdisc (LD), разработанный в 1969 году компанией Philips. Носитель предназначался для домашнего просмотра кинофильмов. Он поддерживал аналоговую запись изображения и звука. Чуть позже звук стал цифровым. Laserdisc имел ряд преимуществ над кассетными стандартами VHS и Betamax, однако так и не смог заменить их. В основном формат был популярен в США и Японии. В Европе к нему отнеслись довольно прохладно. Кстати, первым фильмом, вышедшим на LD, стали «Челюсти». Это произошло в 1978 году в США. Последние фильмы на лазердисках были выпущены компанией Paramount в 2000 году. Несмотря на провал стандарта, используемые в нем технологии оказали влияние на развитие форматов следующего поколения.
Своими размерами Laserdisc напоминал виниловую пластинку
На смену Laserdisc пришел намного более успешный формат Compact Disc (CD). Стандарт CD разрабатывался совместными усилиями таких компаний, как Sony и Philips, и был выпущен в 1982 году. Изначально CD предполагалось использовать только для хранения аудиозаписей в цифровом виде, однако со временем на компакт-дисках начали хранить и распространять файлы любых типов. Этому способствовало и то, что, начиная с 1987 года, Microsoft и Apple начали использовать CD-приводы в своих персональных компьютерах.
Как же устроен компакт-диск? Он представляет собой поликарбонатную подложку, покрытую тонким слоем металла. Этот слой защищен лаком, на который, как правило, наносятся какие-либо картинки, логотипы и другие штуки. Информация на диск записывается в виде спиральной дорожки из углублений, или питов (от англ. pit - углубление), выдавленных в поликарбонатной основе. Как правило, размер пита в ширину составляет около 500 нм, в глубину - 100 нм, а его длина варьируется от 850 до 3500 нм. Расстояние между питами называется лендом. Ленд обычно равняется 1,6 мкм. Питы рассеивают или поглощают падающий на них свет, а подложка отражает его. Считывание информации с компакт-диска происходит с помощью лазерного луча, образующего световое пятно диаметром примерно 1,2 мкм. Если лазер попадает на ленд, то приемный фотодиод фиксирует максимальный сигнал. Это логическая единица. Если же свет попадает на пит, то фотодиод фиксирует свет меньшей интенсивности. И это уже будет логическим нулем.
Первые компакт-диски предназначались исключительно для чтения. В процессе производства на поликарбонатную подложку сразу наносились питы, а затем поверхность покрывали отражающим слоем и защитным лаком.