Сегодня пользователи уже привыкли оперировать терабайтами в контексте накопителей для различных устройств. При этом даже в простых ПК все чаще можно встретить современный твердотельный диск.
Однако новое поколение уже не застало начальные этапы развития устройств для хранения информации, которые в то время кардинально отличались от современных дисков. Ниже будут рассмотрены основные типы носителей информации, которые были популярны в разные годы.
Перфокарты
Одна из первых успешных попыток хранения данных в удобном для обработки виде – перфокарты. Причем появились они задолго до появления компьютеров. Еще в 14 веке они успешно использовались в механических звонницах.
Позднее их начали использовать в ткацких станках для формирования нужного рисунка. Наибольшую популярность получили станки, разработанные Жозефом Мари Жаккаром. В 1837 году был представлен простой механический калькулятор, который использовал для работы перфокарты – устройство разработал Чарльз Бэббидж.
Более совершенную версию устройства впоследствии представил Герман Холлерит. Вычислительная машина, получившая название табулятор, была способна считывать данные с перфокарт, обрабатывать их и выводить результат на бумажный носитель. Именно это устройство массово использовалось в рамках переписи населения в США и Российской Империи.
Значительный вклад во внедрение перфокарт в компьютеры внесла компания IBM, которая также разработала для них стандарт IBM-80. Физически такой носитель представлял собой картонку определенного размера с набором прорезей для кодирования данных в виде последовательности нулей и единиц. Однако уже тогда разметку сложно было назвать простой – кроме области непосредственно с информацией, были выделены специальные области со служебными данными. Классическая перфокарта могла хранить не более 80 байт данных, поэтому относительно быстро стала очевидна необходимость в переходе на более емкие накопители. В качестве современной альтернативы начали активно использовать магнитную ленту, которая имела ряд важных преимуществ.
Магнитные ленты
Первые прототипы накопителей на основе магнитной ленты появились еще в 1927 году. Тогда инженер Фриц Плеймер (Германия) изучал возможность записи данных на пленку из оксида железа, которая напылялась на обычную бумагу.
Уже через год общественности было продемонстрировано рабочее устройство, в котором магнитная запись использовалась для длительного хранения информации. Однако тогда не было предпосылок для активного перехода на новый тип накопителя – возможностей перфокарт было вполне достаточно.
Массовое внедрение таких накопителей началось только в 1951 году. Первые модули для компьютеров, использующие магнитную пленку, начала выпускать компания Eckert-Mauchly Computer Corporation. Лента представляла собой тонкую полоску никелированной бронзы.
На территории России для хранения данных массово использовались обычные аудиокассеты – такой способ использовали популярные массовые устройства, включая легендарные ZX Spectrum, Дельта и другие. Стоит отметить, что ленточные накопители используются и сегодня – в сфере долговременного хранения значительных массивов данных.
Более того компании продолжают модернизировать данную технологию. В 2020 году специалистам Fujifilm и IBM в очередной раз удалось повысить плотность записи на магнитную поверхность – до 317 Гбит на один квадратный дюйм. Емкость всей катушки с лентой была увеличена до 580 Тбайт.
Дискеты
Массовый выпуск дискет был начат в 1971 году компанией IBM. Изначально новые накопители планировалось использовать для рассылки обновлений к ПО. Дискеты представляли собой защитный пластиковый корпус, внутри которого находился полимерный диск со специальным магнитным слоем.
Первые версии использовали формат корпуса 8 дюймов, а максимальная емкость составляла 80 Кбайт, что в то время было неплохим результатом. В 1973 году за счет увеличения плотности записи данный параметр был увеличен до 256 Кбайт, планка в 1 Мбайт была достигнута в 1975 году. Менялся и физический размер дискет – сначала появился стандарт 5,25 дюйма, на смену которому пришел формат 3,5 дюйма. Первые версии накопителей формата 3,5 дюйма могли хранить не более 720 Кбайт, позднее емкость была увеличена до 2,88 Мбайт.
Оптические накопители
Первые полноценные оптические накопители начали выпускаться даже раньше дискет. Начиная с 1969 года компания Philips использовала диски Laserdisc для записи фильмов. Технология имела ряд существенных преимуществ перед популярными тогда кассетами VHS, но стать массовой ей так и не удалось.
Больших успехов смог добиться стандарт CD (Compact Disc), над которым совместно работали специалисты Philips и Sony. В качестве основы для таких дисков использовалась пластина из поликарбоната, на которую наносился слой металла для хранения данных и слой лака для его защиты. Первые CD не предоставляли возможность записи данных – они физически наносились на соответствующий слой на этапе производства.
Позднее появился формат CD-R, который поддерживал возможность однократной записи. Следующий этап развития – стандарт CD-RW, который поддерживал многократную перезапись. Первые версии дисков имели объем 650 Мбайт, в дальнейшем объем был увеличен до 800 Мбайт. В 1996 году был анонсирован формат DVD (Digital Versatile Disc). Общий принцип был аналогичен диску CD, однако плотность записи была заметно увеличена за счет перехода на лазер с длиной волны 650 нм. Такой диск уже мог хранить до 4,7 Гбайт на одном рабочем слое.
Жесткие диски
Классический жесткий много лет массово используется в компьютерах и других устройствах для длительного хранения данных. Первый рабочий прототип жесткого диска был продемонстрирован еще в 1956 году специалистами IBM. Именно тогда был реализован принцип хранения данных, который используется и сегодня.
Для хранения информации использовались пластины из алюминия – 50 дисков диаметром 61 см, вес всей конструкции составлял почти тонну. Вместимость составляла 5 Мбайт, что по тем временам выглядело внушительно. Метод записи и считывания был аналогичен работе стандартной магнитной ленты. Главное отличие – быстрый доступ к нужному участку с данными.
Напомним, накопитель с катушкой магнитной ленты вынужден перед считыванием данных перематывать соответствующую часть ленты, что могло занимать длительное время. При использовании дисков считывающая головка не привязана к дорожке с данными. Более того, для каждого диска используется собственная считывающая головка, что также сокращает время от запроса до старта считывания данных.
Переход уже к современной реализации жесткого диска произошел в 1973 году. Тогда начался выпуск накопителя IBM 3340, в котором использовались две пластины, каждая из которых могла хранить до 30 Мбайт информации. В народе за ними закрепилось название «30-30», что в то время у многих ассоциировалось с популярными винтовками Winchester 30/30. Поэтому за накопителями закрепилось название «винчестер», которое часто используется и сегодня.
Следующий важный этап развития жестких дисков произошел в 1983 году. Тогда был анонсирована 3,5-дюймовая версия накопителя. Формат 2,5 дюйма появился через 5 лет. Габариты оказались удачными и много лет используются в ПК. Дальнейшее развитие подразумевало увеличение плотности записи, скорости работы, модификацию интерфейсов, обработку ошибок и работу над другими параметрами.
Blu-ray и HD DVD
Длительное время DVD- и CD-диски были очень популярны, однако активное расширение форматов видео, которое подразумевало увеличение качества и размера файлов, потребовало увеличения вместимости данного типа накопителей. Многие компании пытались реализовать новые стандарты, однако наиболее удачными оказались только два (Blu-ray и HD DVD), которые пытались завоевать рынок. Первый из них поддерживался консорциумом Blu-ray Disc Association (Samsung, LG, Sony, Panasonic и ряд других компаний). Развитием второго занимались специалисты Toshiba, Sanyo и NEC.
Довольно быстро стало очевидно, что формат Blu-ray лидирует и имеет лучший потенциал для дальнейшего развития. Первые версии дисков позволяли хранить до 50 Гбайт, в дальнейшем данный показатель был увеличен до 100 Гбайт. В 2008 году представители Toshiba официально подтвердили прекращение поддержки стандарта HD DVD.
Твердотельные накопители
Для современных компьютеров уже становится своеобразным стандартом использование SSD. Стоимость одного гигабайта места на таком накопителе заметно выше, чем у классических жестких дисков, (хотя, с приходом SSD из китая, стоимость практически уравнялась) да и максимальный объем у них также больше. Для оптимизации часто используют связку из двух дисков – SSD для системного раздела, HDD для файлов пользователя.
Полноценная флеш-память была анонсирована еще в 1984 году. В 1989 году был представлен стандарт флеш-памяти NAND (трехмерная организация хранения). Первые версии памяти данного типа использовали ячейки, способные сохранить только один бит (технология SLC), далее количество битов было увеличено до четырех (QLC). Также появилась технологии 3D NAND и V-NAND, которые позволяли упаковать ячейки памяти в несколько независимых слоев. В процессе развития появился новый интерфейс – диски M.2 SSD PCIe 4.0 обеспечивают более высокую скорость, по сравнению с устройствами на базе SATA.
