Магнитная запись информации - OXFORDST.RU

Магнитная запись информации

История хранения данных: вспоминаем магнитные ленты

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.

Магнитная запись информации

Первые указания на возможность регистрации электрических сигналов на магнитном носителе относятся к 1887 г.(П. Жанэ) – 1888 г. (О. Смит). Однако, первый действующий аппарат для магнитной записи и воспроизведения звука был создан датским инженером Вольдемаром Поульсеном.

Аппарат был назван телеграфоном и был запатентован в 1898 году. В качестве носителя в аппарате была использована стальная проволока диаметром 0.5 – 1.0 мм, намотанная на немагнитный цилиндр, диаметр которого 120 мм и длина 380 мм.

В процессе записи валик вращался и пишущая головка скользила по виткам проволоки, намагничивая её. Стальная проволока обладала низкой коэрцитивной силой, высокой остаточной индукцией и большим диаметром, что позволило осуществить магнитную запись без усиления сигналов. В качестве источника сигналов использовался угольный микрофон, а при воспроизведении головка соединялась с телефоном.

Скорость движения носителя была около 2 м/с. Основным недостатком стального носителя была большая масса на единицу времени записи (в 1908 г. на запись докладов конференции в Копенгагене в течение 14 часов было затрачено около 100 кг проволоки).

В 1925 г. И. Крейчману (СССР) и в 1928 г. Ф. Пфлеймеру (Германия) были выданы патенты на носитель в виде гибкой немагнитной ленты, на которую нанесен рабочий слой из ферромагнитного порошка.

С 1932 г. ленту начали делать из ацетилцелулезы, а рабочий слой – из карбонильного железа.

В 1934 г. немецкая фирма «IG Farben» выпустила первую промышленную партию магнитной ленты. В это же время были созданы достаточно эффективные усилители для записи и воспроизведения сигналов и кольцевые магнитные головки.

Аппарат для записи сигналов на порошковые ленты получил название магнитофон.

Профессиональная аппаратура магнитной записи начала использоваться в радиовещании с 40-х годов.

50-е годы прошлого столетия – период интенсивного развития магнитной записи. Начат выпуск бытовых магнитофонов (один из первых – катушечный магнитофон «Днепр»). С 1952 г. магнитную запись начинают применять для хранения информации в ЭВМ. С 1956 г. магнитофоны начали применять для записи телевизионных программ

С 1962 г. для хранения информации в ЭВМ начинают использовать магнитные диски. В 1963 г фирма «Philips» разработала и выпустила компакт-кассету, появляются кассетные магнитофоны. В 1967 г. выпущен первый в СССР кассетный магнитофон «Десна».

В 1965 г. в технической лаборатории японской радиовещательной компании NHK начаты планомерные исследования системы звукозаписи с применением импульсно-кодовой модуляции, а в 1967 г. продемонстрирован первый в мире цифровой звукозаписывающий аппарат.

Читайте также  Народные промыслы Центрального района России

В 1984 г. появился новый носитель – магнитный диск для перпендикулярной магнитной записи, который обеспечивает высокую (теоретически – до 20000 бит/мм) плотность записи.

Во второй половине 80-х г.г. появляются бытовые видеомагнитофоны (первый отечественный видеомагнитофон бытового назначения – «Электроника ВМ-12»). В 1987 г. принят стандарт на систему цифровой записи R-DAT (Digital Audio Tape) и началась продажа цифровых магнитофонов.

В это же время благодаря совместным усилиям фирм PHILIPS и SONY разработан стандарт оптической записи сигналов на компакт-диск (CD) и начат выпуск соответствующей аппаратуры. Система «компакт-диск» ( а позднее и система DVD) начала вытеснять системы магнитной записи.

Однако, и сегодня на студиях радио- и телевизионного вещания хранится огромное количество фонограмм и видеофильмов, эксплуатируется большое количество магнитофонов.

На студиях и в быту используются видеокамеры. В вычислительных устройствах широко применяется хранение информации на жестких магнитных дисках. Поэтому в наши дни магнитная запись информации не теряет свое значение. Этому способствуют следующие свойства магнитной записи:

— магнитная запись позволяет немедленно воспроизвести записанный сигнал (например, для контроля качества записи);

— обеспечивает высокое качество записи;

— допускает практически бесконечно большое число повторных воспроизведений без потери качества;

— простота эксплуатации аппаратуры;

— возможность монтажа фонограмм;

— возможность длительного хранения;

— самая низкая стоимость производства записи.

К недостаткам магнитной записи можно отнести:

— наличие искажений за счет копирэффекта;

— относительно небольшой срок службы магнитных головок из-за абразивного действия носителя;

— возможность ухудшения качества и, даже, полного уничтожения записи при воздействии внешних магнитных полей, резких изменений температуры или механических воздействий.

1. Основы магнитной записи

Магнитная запись электрических сигналов основана на способности некоторых ферромагнитных материалов намагничиваться под действием внешнего магнитного поля и сохранять приобретенную намагниченность практически бесконечно долго. Материалы, обладающие таким свойством, называют магнитно-жесткими.

Процесс записи осуществляется следующим образом. Намагничивающее поле создаётся электромагнитом, по обмотке которого протекает ток, изменяющийся во времени по закону записываемого сигнала. Этот электромагнит является пишущим элементом, его называют записывающей головкой.

Конструкция головки такова, что её магнитное поле имеет минимальную протяженность в пространстве при необходимой величине напряженности магнитного поля Н.

В магнитном поле головки равномерно движется носитель – магнитная лента, диск или проволока. В каждый момент времени на участок носителя, находящийся в магнитном поле головки, действует магнитное поле, напряженность которого пропорциональна мгновенному значению тока в обмотке головки.

После выхода этого участка носителя из магнитного поля головки, участок сохраняет намагниченность, пропорциональную величине мгновенного значения тока. Так образуется магнитная сигналограмма.

При воспроизведении магнитная сигналограмма равномерно протягивается мимо электромагнита, который называют воспроизводящей головкой. Каждый участок намагниченного носителя создаёт в сердечнике воспроизводящей головки магнитный поток.

При движении носителя магнитный поток изменяется и его изменения создают в обмотке э.д.с., которая воспроизводит закон изменения записанного на носитель сигнала.

Рассмотрим теперь более детально процессы, происходящие при магнитной записи и воспроизведении информации. Прежде всего напомним некоторые понятия и уравнения физики, относящиеся к разделу «Магнитное поле».

Магнитная запись информации

6.3.4. нбзойфоще опуйфемй йожптнбгйй, йи чйдщ

уБНЩН РЕТЧЩН ОПУЙФЕМЕН НБЗОЙФОПК ЪБРЙУЙ, ЛПФПТЩК ЙУРПМШЪПЧБМУС Ч БРРБТБФБИ рПХМШУЕОБ ОБ ТХВЕЦЕ 19-20 ЧЧ., ВЩМБ УФБМШОБС РТПЧПМПЛБ ДЙБНЕФТПН ДП 1 НН. ч ОБЮБМЕ 20 УФПМЕФЙС ДМС ЬФЙИ ГЕМЕК ЙУРПМШЪПЧБМБУШ ФБЛЦЕ УФБМШОБС ЛБФБОБС МЕОФБ. фПЗДБ ЦЕ (Ч 1906 З.) ВЩМ ЧЩДБО Й РЕТЧЩК РБФЕОФ ОБ НБЗОЙФОЩК ДЙУЛ. пДОБЛП ЛБЮЕУФЧЕООЩЕ ИБТБЛФЕТЙУФЙЛЙ ЧУЕИ ЬФЙИ ОПУЙФЕМЕК ВЩМЙ ЧЕУШНБ ОЙЪЛЙНЙ. дПУФБФПЮОП УЛБЪБФШ, ЮФП ДМС РТПЙЪЧПДУФЧБ 14-ЮБУПЧПК НБЗОЙФОПК ЪБРЙУЙ ДПЛМБДПЧ ОБ нЕЦДХОБТПДОПН ЛПОЗТЕУУЕ Ч лПРЕОЗБЗЕОЕ Ч 1908 З. РПФТЕВПЧБМПУШ 2500 ЛН ЙМЙ ПЛПМП 100 ЛЗ РТПЧПМПЛЙ 100 .

мЙЫШ УП ЧФПТПК РПМПЧЙОЩ 1920-И ЗЗ., ЛПЗДБ ВЩМБ ЙЪПВТЕФЕОБ РПТПЫЛПЧБС НБЗОЙФОБС МЕОФБ, ОБЮБМПУШ ЫЙТПЛПНБУЫФБВОПЕ РТЙНЕОЕОЙЕ НБЗОЙФОПК ЪБРЙУЙ. рЕТЧПОБЮБМШОП НБЗОЙФОЩК РПТПЫПЛ ОБОПУЙМУС ОБ ВХНБЦОХА РПДМПЦЛХ, ЪБФЕН — ОБ БГЕФЙМГЕММАМПЪХ, РПЛБ ОЕ ОБЮБМПУШ РТЙНЕОЕОЙЕ Ч ЛБЮЕУФЧЕ РПДМПЦЛЙ ЧЩУПЛПРТПЮОПЗП НБФЕТЙБМБ РПМЙЬФЙМЕОФЕТЕЖФБМБФБ (МБЧУБОБ). уПЧЕТЫЕОУФЧПЧБМПУШ ФБЛЦЕ Й ЛБЮЕУФЧП НБЗОЙФОПЗП РПТПЫЛБ. уФБМЙ ЙУРПМШЪПЧБФШУС, Ч ЮБУФОПУФЙ, РПТПЫЛЙ ПЛУЙДБ ЦЕМЕЪБ У ДПВБЧЛПК ЛПВБМШФБ, НЕФБММЙЮЕУЛЙЕ НБЗОЙФОЩЕ РПТПЫЛЙ ЦЕМЕЪБ Й ЕЗП УРМБЧПЧ, ЮФП РПЪЧПМЙМП Ч ОЕУЛПМШЛП ТБЪ ХЧЕМЙЮЙФШ РМПФОПУФШ ЪБРЙУЙ.

ч 1963 З. ЖЙТНПК Philips ВЩМБ ТБЪТБВПФБОБ ФБЛ ОБЪЩЧБЕНБС ЛБУУЕФОБС ЪБРЙУШ, РПЪЧПМЙЧЫБС РТЙНЕОСФШ ПЮЕОШ ФПОЛЙЕ НБЗОЙФОЩЕ МЕОФЩ. ч ЛПНРБЛФ-ЛБУУЕФБИ НБЛУЙНБМШОБС ФПМЭЙОБ МЕОФЩ УПУФБЧМСЕФ ЧУЕЗП 20 НЛН РТЙ ЫЙТЙОЕ 3,81 НН. ч ЛПОГЕ 1970-И ЗЗ. РПСЧЙМЙУШ НЙЛТПЛБУУЕФЩ ТБЪНЕТПН 50 И 33 И 8 НН, Б Ч УЕТЕДЙОЕ 1980-И ЗЗ. — РЙЛПЛБУУЕФЩ — ЧФТПЕ НЕОШЫЕ НЙЛТПЛБУУЕФ 101 .

у ОБЮБМБ 1960-И ЗЗ. ЫЙТПЛПЕ РТЙНЕОЕОЙЕ РПМХЮЙМЙ НБЗОЙФОЩЕ ДЙУЛЙ — РТЕЦДЕ ЧУЕЗП Ч ЪБРПНЙОБАЭЙИ ХУФТПКУФЧБИ ьчн. нБЗОЙФОЩК ДЙУЛ — ЬФП БМАНЙОЙЕЧЩК ЙМЙ РМБУФНБУУПЧЩК ДЙУЛ ДЙБНЕФТПН ПФ 30 ДП 350 НН, РПЛТЩФЩК НБЗОЙФОЩН РПТПЫЛПЧЩН ТБВПЮЙН УМПЕН ФПМЭЙОПК Ч ОЕУЛПМШЛП НЙЛТПО. ч ДЙУЛПЧПДЕ, ЛБЛ Й Ч НБЗОЙФПЖПОЕ, ЙОЖПТНБГЙС ЪБРЙУЩЧБЕФУС У РПНПЭША НБЗОЙФОПК ЗПМПЧЛЙ, ФПМШЛП ОЕ ЧДПМШ МЕОФЩ, Б ОБ ЛПОГЕОФТЙЮЕУЛЙИ НБЗОЙФОЩИ ДПТПЦЛБИ, ТБУРПМПЦЕООЩИ ОБ РПЧЕТИОПУФЙ ЧТБЭБАЭЕЗПУС ДЙУЛБ, ЛБЛ РТБЧЙМП, У ДЧХИ УФПТПО. нБЗОЙФОЩЕ ДЙУЛЙ ВЩЧБАФ ЦЈУФЛЙНЙ Й ЗЙВЛЙНЙ, УНЕООЩНЙ Й ЧУФТПЕООЩНЙ Ч РЕТУПОБМШОЩК ЛПНРШАФЕТ. йИ ПУОПЧОЩНЙ ИБТБЛФЕТЙУФЙЛБНЙ СЧМСАФУС: ЙОЖПТНБГЙПООБС ЈНЛПУФШ, ЧТЕНС ДПУФХРБ Л ЙОЖПТНБГЙЙ Й УЛПТПУФШ УЮЙФЩЧБОЙС РПДТСД.

бМАНЙОЙЕЧЩЕ НБЗОЙФОЩЕ ДЙУЛЙ — ЦЈУФЛЙЕ (ЧЙОЮЕУФЕТУЛЙЕ) ОЕУЯЈНОЩЕ ДЙУЛЙ — Ч ьчн ЛПОУФТХЛФЙЧОП ПВЯЕДЙОЕОЩ Ч ЕДЙОПН ВМПЛЕ У ДЙУЛПЧПДПН. пОЙ ЛПНРПОХАФУС Ч РБЛЕФЩ (УФПРЛЙ) ПФ 4 ДП 16 ЫФХЛ. ъБРЙУШ ДБООЩИ ОБ ЦЈУФЛЙК НБЗОЙФОЩК ДЙУЛ, ФБЛЦЕ ЛБЛ Й ЮФЕОЙЕ, ПУХЭЕУФЧМСЕФУС ОБ УЛПТПУФЙ ДП 7200 ПВПТПФПЧ Ч НЙОХФХ. іНЛПУФШ ДЙУЛБ ДПУФЙЗБЕФ УЧЩЫЕ 9 зВБКФ. ьФЙ ОПУЙФЕМЙ РТЕДОБЪОБЮЕОЩ ДМС РПУФПСООПЗП ИТБОЕОЙС ЙОЖПТНБГЙЙ, ЛПФПТБС ЙУРПМШЪХЕФУС РТЙ ТБВПФЕ У ЛПНРШАФЕТПН (УЙУФЕНОПЕ РТПЗТБННОПЕ ПВЕУРЕЮЕОЙЕ, РБЛЕФЩ РТЙЛМБДОЩИ РТПЗТБНН Й ДТ.).

зЙВЛЙЕ РМБУФНБУУПЧЩЕ НБЗОЙФОЩЕ ДЙУЛЙ (ЖМПРРЙ-ДЙУЛЙ, ПФ БОЗМ. floppy — УЧПВПДОП ЧЙУСЭЙК) ЙЪЗПФБЧМЙЧБАФУС ЙЪ ЗЙВЛПЗП РМБУФЙЛБ (МБЧУБОБ) Й ТБЪНЕЭБАФУС РП ПДОПНХ Ч УРЕГЙБМШОЩИ РМБУФЙЛПЧЩИ ЛБУУЕФБИ. лБУУЕФБ У ЖМПРРЙ-ДЙУЛПН ОБЪЩЧБЕФУС ДЙУЛЕФПК. оБЙВПМЕЕ ТБУРТПУФТБОЕОЩ ДЙУЛЕФЩ У ЖМПРРЙ-ДЙУЛБНЙ ДЙБНЕФТПН 3,5 Й 5,25 ДАКНБ. іНЛПУФШ ПДОПК ДЙУЛЕФЩ УПУФБЧМСЕФ ПВЩЮОП ПФ 1,0 ДП 2,0 нВБКФ. пДОБЛП ХЦЕ ТБЪТБВПФБОБ 3,5-ДАКНПЧБС ДЙУЛЕФБ ЈНЛПУФША 120 нВБКФ. лТПНЕ ФПЗП, ЧЩРХУЛБАФУС ДЙУЛЕФЩ, РТЕДОБЪОБЮЕООЩЕ ДМС ТБВПФЩ Ч ХУМПЧЙСИ РПЧЩЫЕООПК ЪБРЩМЈООПУФЙ Й ЧМБЦОПУФЙ 102 .

ыЙТПЛПЕ РТЙНЕОЕОЙЕ, РТЕЦДЕ ЧУЕЗП Ч ВБОЛПЧУЛЙИ УЙУФЕНБИ, ОБЫМЙ ФБЛ ОБЪЩЧБЕНЩЕ РМБУФЙЛПЧЩЕ ЛБТФЩ, РТЕДУФБЧМСАЭЙЕ УПВПК ХУФТПКУФЧБ ДМС НБЗОЙФОПЗП УРПУПВБ ИТБОЕОЙС ЙОЖПТНБГЙЙ Й ХРТБЧМЕОЙС ДБООЩНЙ. пОЙ ВЩЧБАФ ДЧХИ ФЙРПЧ: РТПУФЩЕ Й ЙОФЕММЕЛФХБМШОЩЕ. ч РТПУФЩИ ЛБТФБИ ЙНЕЕФУС МЙЫШ НБЗОЙФОБС РБНСФШ, РПЪЧПМСАЭБС ЪБОПУЙФШ ДБООЩЕ Й ЙЪНЕОСФШ ЙИ. ч ЙОФЕММЕЛФХБМШОЩИ ЛБТФБИ, ЛПФПТЩЕ ЙОПЗДБ ОБЪЩЧБАФ УНБТФ-ЛБТФБНЙ (ПФ БОЗМ. smart -ХНОЩК), ЛТПНЕ РБНСФЙ, ЧУФТПЕО ЕЭЈ Й НЙЛТПРТПГЕУУПТ. пО ДБЈФ ЧПЪНПЦОПУФШ РТПЙЪЧПДЙФШ ОЕПВИПДЙНЩЕ ТБУЮЈФЩ Й ДЕМБЕФ РМБУФЙЛПЧЩЕ ЛБТФЩ НОПЗПЖХОЛГЙПОБМШОЩНЙ 103 .

уМЕДХЕФ ЪБНЕФЙФШ, ЮФП, ЛТПНЕ НБЗОЙФОПЗП, УХЭЕУФЧХАФ Й ДТХЗЙЕ УРПУПВЩ ЪБРЙУЙ ЙОЖПТНБГЙЙ ОБ ЛБТФХ: ЗТБЖЙЮЕУЛБС ЪБРЙУШ, ЬНВПУУЙТПЧБОЙЕ (НЕИБОЙЮЕУЛПЕ ЧЩДБЧМЙЧБОЙЕ), ЫФТЙИ-ЛПДЙТПЧБОЙЕ, Б У 1981 З. — ФБЛЦЕ Й МБЪЕТОБС ЪБРЙУШ (ОБ УРЕГЙБМШОХА МБЪЕТОХА ЛБТФПЮЛХ, РПЪЧПМСАЭХА ИТБОЙФШ ВПМШЫПК ПВЯЈН ЙОЖПТНБГЙЙ, ОП РПЛБ ПЮЕОШ ДПТПЗХА 104 ).

дМС ЪБРЙУЙ ЪЧХЛБ Ч ГЙЖТПЧЩИ ДЙЛФПЖПОБИ ЙУРПМШЪХАФУС, Ч ЮБУФОПУФЙ, НЙОЙЛБТФЩ, ЙНЕАЭЙЕ РПДПВЙЕ ДЙУЛЕФ У ПВЯЈНПН РБНСФЙ 2 ЙМЙ 4 нВБКФ Й ПВЕУРЕЮЙЧБАЭЙЕ ЪБРЙУШ Ч ФЕЮЕОЙЕ 1 ЮБУБ.

ч ОБУФПСЭЕЕ ЧТЕНС НБФЕТЙБМШОЩЕ ОПУЙФЕМЙ НБЗОЙФОПК ЪБРЙУЙ ЛМБУУЙЖЙГЙТХАФ:

фЕИОПМПЗЙЙ Й НБФЕТЙБМШОЩЕ ОПУЙФЕМЙ НБЗОЙФОПК ЪБРЙУЙ РПУФПСООП УПЧЕТЫЕОУФЧХАФУС. ч ЮБУФОПУФЙ, ОБВМАДБЕФУС ФЕОДЕОГЙС Л ХЧЕМЙЮЕОЙА РМПФОПУФЙ ЪБРЙУЙ ЙОЖПТНБГЙЙ ОБ НБЗОЙФОЩИ ДЙУЛБИ РТЙ ХНЕОШЫЕОЙЙ ЕЗП ТБЪНЕТПЧ Й УОЙЦЕОЙЙ УТЕДОЕЗП ЧТЕНЕОЙ ДПУФХРБ Л ЙОЖПТНБГЙЙ 105 .

Читайте также  Доходы и расходы страховой компании 2

Эволюция носителей информации. Часть 1: от перфокарт до DVD

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.

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.

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.

Читайте также  Влияние занятий оздоровительным бегом на организм занимающихся

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.

МАГНИТНАЯ ЗАПИСЬ

МАГНИТНАЯ ЗАПИСЬ, система записи и воспроизведения информации, в к-рой запись осуществляется изменением остаточного магнитного состояния носителя или его отд. частей в соответствии с сигналами записываемой информации; при воспроизведении происходит обратное преобразование и вырабатываются сигналы информации, соответствующие указанным изменениям. М. з. очень распространена. Она применяется для записи звука (магнитофоны, диктофоны), изображения и его звукового сопровождения (видеомагнитофоны), сигналов измерения, управления и вычисления (точная запись) и т. д.

При М. з. (рис.) электрич. сигналы, поступающие на вход канала записи (напр., усилителя магнитофона), подвергаются усилению и различным преобразованиям для получения необходимого качества записи. Последним звеном канала является записывающая магнитная головка. Магнитное поле головки, рассеиваемое над рабочим зазором, пропорционально силе тока в её обмотке. Оно действует на движущийся носитель и, намагничивая его отд. участки в соответствии с записываемыми сигналами, образует дорожку магнитной записи. Носителем может быть хорошо намагничиваемое и длительно сохраняющее магнитное состояние ферромагнитное тело различной формы: нить (магнитная проволока), лента (магнитная лента), диск, барабан, лист. Сигналограмма, т. е. носитель с нанесённой дорожкой записи, соприкасаясь во время движения с рабочим зазором сердечника воспроизводящей магнитной головки, аналогичной по конструкции записывающей, возбуждает в нём магнитный поток, пропорциональный намагниченности отд. участков дорожки. Изменения потока вызывают появление (в обмотке головки) эдс, содержащей записанную информацию. В канал воспроизведения, кроме головки, входят устройства для усиления сигналов и их преобразований, обратных преобразованиям в канале записи. Стирание (уничтожение) записи осуществляется размагничиванием или однородным намагничиванием носителя до насыщения. Его производят или в спец. устройствах, где вся запись на носителе может быть стёрта одновременно, или во время записи — стирающей головкой, установленной до записывающей (по движению носителя). При этом через обмотку стирающей головки пропускают определённой силы постоянный или переменный ток. Качество М. з. тем выше, чем больше скорость записи. Для записи электрич. колебаний со звуковыми частотами от 30 гц до 16 кгц достаточна скорость движения ленты 9,5 см/сек. В видеомагнитофоне для записи сигналов в диапазоне частот до 10-15 Мгц скорость перемещения вращающейся головки относительно ленты повышается почти до 50 м/сек. Для увеличения плотности М. з. на носителе располагается неск. параллельных дорожек записи.

Схема устройства для магнитной записи и воспроизведения: Л — движущийся носитель; ГЗ — магнитная головка записи; ГВ — магнитная головка воспроизведения; ГС — магнитная головка стирания; ИС — источник электропитания головки стирания; УЗ — усилитель записываемых электрических сигналов; УВ — усилитель воспроизводимых электрических сигналов; K1, К2 — соответственно подающая и принимающая (магнитную ленту) катушки; Р1 Р2 — ролики, направляющие магнитную ленту Л.

Существует неск. способов М. з., различающихся: направлением намагничивания носителя, видами преобразования сигналов в каналах записи и воспроизведения и иногда подачей в обмотку записывающей головки, кроме тока сигнала, дополнит, постоянного или переменного тока подмагничивания (для достижения почти полной пропорциональности между намагниченностью носителя и силой тока сигнала). Так, напр., в магнитофонах подмагничивание носителя при записи осуществляется током с частотой 40-200 кгц (высокочастотное подмагничивание). В этом случае процесс записи становится процессом безгистерезисного намагничивания носителя полем записываемых сигналов и устраняются искажения, связанные с кривизной обычной (гистерезисной) характеристики ферромагнетика. Преимущество М. з. заключается в простоте аппаратуры, моментальной готовности записи, практич. неизнашиваемости сигналограммы и возможности многоразового использования носителя. К недостаткам М. з. относятся её невидимость, что в нек-рых случаях (напр., в звуковом кино) затрудняет монтаж сигналограммы, искажения информации из-за относительно больших шумов, возникающих от магнитной и механич. неоднородности носителя, и копирэффекта. Копии магнитных сигналограмм изготавливаются либо перезаписью (иногда на повышенной скорости), либо контактным копированием в тепловом или магнитном поле. Осн. направлением развития М. з. является совершенствование носителя с целью повышения плотности записи и увеличения её достоверности.

Лит.: физические основы магнитной звукозаписи, М., 1970; Техника магнитной видеозаписи, М., 1970. В. Г. Корольков.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: