«Чтоб тебе жить в эпоху перемен» - весьма лаконичное и вполне понятное проклятие для человека скажем старше 30 лет. Современный этап развития человечества сделал нас невольными свидетелями уникальной «эпохи перемен». И тут даже играет роль не то что бы масштаб современного научного прогресса, по значимости для цивилизации переход от каменных орудий труда к медным очевидно был куда более знаковым, нежели удвоение вычислительных способностей процессора, которое само по себе будет явно более технологичным. Та огромная, все нарастающая скорость изменений в техническом развитии мира просто обескураживает. Если еще лет сто назад каждый уважаемый себя джентльмен просто обязан был быть в курсе всех «новинок» мира науки и техники, чтоб не выглядеть в глазах своего окружения глупцом и деревенщиной, то сейчас учитывая объемы и скорость порождения этих «новинок» отслеживать их всецело просто невозможно, даже вопрос так не ставится. Инфляция технологий, еще до недавно не мыслимых, и связанных с ними возможностей человека, фактически убили прекрасное направление в литературе – «Техническая фантастика». В ней отпала нужда, будущее стало многократно ближе, чем, когда либо, задуманный рассказ о «чудесной технологии» рискует дойти до читателя позже, нежели что-то подобное уже будет сходить с конвейеров НИИ.
Прогресс технической мысли человека всегда наиболее быстро отображался именно в сфере информационных технологий. Способы сбора, хранения, систематизации, распространения информации проходят красной нитью через всю историю человечества. Прорывы будь то в сфере технических, или гуманитарных наук, так или иначе, отзывались на ИТ. Пройденный человечеством цивилизационный путь, это череда последовательных шагов усовершенствования способов хранения и передачи данных. В данной статье попробуем более детально разобраться и проанализировать основные этапы в процессе развития носителей информации, провести их сравнительный анализ, начиная от самых примитивных - глиняных табличек, вплоть до последних успехов в создании машинно-мозгового интерфейса.
Задача поставлена действительно не шуточная, ишь на что замахнулся, скажет заинтригованный читатель. Казалось бы, каким образом можно, при соблюдении хотя бы элементарной корректности, сравнивать существенно разнящиеся между собой технологии прошлого и сегодняшнего дня? Поспособствовать решению этого вопроса может тот факт, что способы восприятия информации человеком собственно не сильно и претерпели изменения. Формы записи и формы считывания информации по средствам звуков, изображений и кодированных символов (письма) остались прежними. Во многом именно эта данность стала так сказать общим знаменателем, благодаря которому возможно будет провести качественные сравнения.
Методология
Для начала стоит воскресить в памяти прописные истины, которыми мы и будем далее оперировать. Элементарным носителем информации двоичной системы есть «бит», в то время как минимальной единицей хранения и обработки компьютером данных является «байт» при этом в стандартной форме, последний включает в себя 8 бит. Более привычный для нашего слуха мегабайт соответствует: 1 мбайт = 1024 кбайт = 1048576 байт.Приведенные единицы на данный момент являются универсальными мерилами объема цифровых данных размещенных на том или ином носителе, поэтому их будет весьма легко использовать в дальнейшей работе. Универсальность состоит в том, что группой битов, фактически скоплением цифр, набором значений 1 / 0, можно описать любое материальное явление и тем самым его оцифровать. Неважно, будь это самый мудреный шрифт, картина, мелодия все эти вещи состоят из отдельных компонентов, каждому из которых присваивается свой уникальный цифровой код. Понимание этого базового принципа делает возможным наше продвижение дальше.
Тяжелое, аналоговое детство цивилизации
Само эволюционное становления нашего вида кинуло людей в объятие аналогового восприятия окружающего их пространства, что во многом и предрешило судьбу нашего технологического становления.
При первом взгляде современного человека, технологии, зарождавшиеся на самой заре человечества весьма примитивны, не искушенному в деталях именно так и может представится само существование человечества до перехода в эру «цифры», но так ли это, такое ли уж «детство» было тяжелое? Задавшись изучением поставленного вопроса, мы можем лицезреть весьма незатейливые технологии способов хранения и обработки информации на этапе их появления. Первым в своем роде носителем информации, созданным человеком, стали переносные площадные объекты с нанесенными на них изображениями. Таблички и пергаменты давали возможность не только сохранять, но и более эффективно, чем когда-либо до этого, эту информацию обрабатывать. На этом этапе появившаяся возможность концентрировать огромное количество информации в специально отведенных для этого местах – хранилищах, где эту информацию систематизировали и тщательно оберегали, стала основным толчком к развитию всего человечества.
Первые известные ЦОДы, как бы мы их назвали сейчас, до недавнего времени именующиеся библиотеками, возникли на просторах ближнего востока, между реками Нил и Евфрат, еще около II тысяч лет до н.э. Сам формат носителя информации все это время существенно определял способы взаимодействия с ним. И тут уже не столь важно, глинобитная дощечка это, папирусный свиток, или стандартный, целлюлозно-бумажный лист формата А4, все эти тысячи лет были тесно объединены аналоговым способом внесения и считывания данных с носителя.
Период времени на протяжении, которого доминировал именно аналоговый способ взаимодействия человека с его информационным скарбом успешно продлился в плоть до наших дней, лишь совсем недавно, уже в ХХI веке, окончательно уступив цифровому формату.
Очертив приблизительные временные и смысловые рамки аналогового этапа нашей цивилизации, мы теперь можем вернуться к поставленному, в начале этого раздела вопросу, уж таки они не эффективные эти методы хранения данных, что мы имели и до самого недавнего времени использовали, не ведая про iPad, флешки и оптические диски?
Давайте произведем расчет
Если откинуть последний этап упадка технологий аналогового хранения данных, который продлился последних лет 30, можно с прискорбием заметить, что эти сами технологии по большему счету тысячами лет не претерпевали существенных изменений. Действительно прорыв в этой сфере пошел сравнительно не давно, это конец ХIХ века, но об этом чуть ниже. До середины заявленного века, среди основных способов записи данных можно выделить два основных, это письмо и живопись. Существенное различие этих способов регистрации информации, абсолютно независимо от носителя, на котором она осуществляется, кроется в логике регистрации информации.Изобразительное искусство
Живопись представляется наиболее простым способом передачи данных, не требующим, каких-то дополнительных знаний, как на этапе создания, так и пользования данными, тем самым фактически являясь исходным форматом воспринимаемым человеком. Чем более точно идет на поверхность холста передача отраженного света от поверхности окружающих предметов на сетчатку глаза писца, тем более информативное будет это изображение. Не доскональность техники передачи, материалов, которые использует создатель изображения, являются тем шумом, который в дальнейшем будет мешать для точного чтения зарегистрированной таким способом информации.
Сколь же информативно изображение, какое количественное значение информации несет рисунок. На этом этапе осознания процесса передачи информации графическим способом мы наконец можем окунуться в первые расчеты. В этом к нам на помощь придет базовый курс информатики.
Любое растровое изображение дискретно, это всего на всего набор точек. Зная это его свойство, мы можем перевести отображенную информацию, которую оно несет, в понятные для нас единицы. Поскольку присутствие / отсутствие контрастной точки фактически является простейшим бинарным кодом 1 / 0 то и, следовательно, каждая эта точка приобретает 1 бит информации. В свою очередь изображение группы точек, скажем 100х100, будет вмещать в себе:
V = K * I = 100 x 100 x 1 бит = 10 000 бит / 8 бит = 1250 байт / 1024 = 1.22 кбайт
Но давайте не забывать, что выше представленный расчет корректен только лишь для монохромного изображения. В случае куда более часто используемых цветных изображений, естественно, объем передаваемой информации существенно возрастет. Если принять условием достаточной глубины цвета 24 битную (фотографическое качество) кодировку, а она, напомню, имеет поддержку 16 777 216 цветов, следовательно мы получим, куда больший объем данных для того же самого количества точек:
V = K * I = 100 x 100 x 24 бит = 240 000 бит / 8 бит = 30 000 байт / 1024 = 29.30 кбайт
Как известно точка не имеет размера и в теории любая площадь, отведенная, под нанесение изображения может нести бесконечно большое количество информации. На практике же есть вполне определенные размеры и соответственно можно определить объем данных.
На основе множества проведенных исследований было установлено, что человек со среднестатистической остротой зрения, с комфортного для чтения информации расстояния (30 см), может различит около 188 линий на 1 сантиметр, что в современной технике приблизительно соответствует стандартному параметру сканирования изображения бытовыми сканерами в 600 dpi. Следовательно, с одного квадратного сантиметра плоскости, без дополнительных приспособлений, среднестатистический человек может считать 188:188 точек, что будет равноценно:
Для монохромного изображения:
Vm = K * I = 188 x 188 x 1 бит = 35 344 бит / 8 бит = 4418 байт / 1024 = 4.31 кбайт
Для изображения фотографического качества:
Vc = K * I = 188 x 188 x 24 бит = 848 256 бит / 8 бит = 106 032 байт / 1024 = 103.55 кбайт
Для большей наглядности, на основе полученных расчетов, можем легко установить сколько информации несет в себе такой привычный нам листок формата как А4 с габаритами 29.7/21 см:
VА4 = L1 x L2 x Vm = 29.7 см х 21 см х 4.31 кбайт = 2688.15 / 1024 = 2.62 мбайт – монохромной картинки
VА4 = L1 x L2 x Vm = 29.7 см х 21 см х 103.55 кбайт = 64584.14 / 1024 = 63.07 мбайт – цветной картинки
Письменность
Если с изобразительным искусством «картина» более-менее ясна, то с письмом не так все просто. Очевидные различие в способах передачи информации между текстом и рисунком диктуют различный подход в определении информативности этих форм. В отличии от изображения, письмо – это вид стандартизированной, кодированной передачи данных. Не зная заложенного в письмо кода слов и формирующих их букв информативная нагрузка, скажем шумерской клинописи, для большинства из нас вообще равна нулю, в то время как древние изображения на руинах того же Вавилона будут вполне корректно восприняты даже человеком абсолютно не сведущим о тонкостях древнего мира. Становится вполне очевидным, что информативность текста чрезвычайно сильно зависит от того в чьи руки он попал, от дешифрирования ее конкретным человеком.
Тем не менее, даже при таких обстоятельствах, несколько размывающих справедливость нашего подхода, мы можем вполне однозначно рассчитать то количество информации, которое размещалось в текстах на разного рода плоских поверхностях.
Прибегнув к уже знакомой нам двоичной системе кодирования и стандартному байту, письменный текст, который можно себе представить, как набор букв, формирующий слова и предложения, очень легко привести к цифровому виду 1 / 0.
Привычный для нас 8 битный байт, может обретать до 256 разных цифровых комбинаций, чего собственно должно хватить для цифрового описания любого существующего алфавита, а также цифр и знаков препинания. Отсюдова напрашивается вывод, что любой нанесенный стандартный знак алфавитного письма на поверхность, занимает 1 байт в цифровом эквиваленте.
Немного по-другому дело обстоит с иероглифами, которые также широко используются уже несколько тысяч лет. Заменяя одним знаком целое слово, эта кодировка явно куда более эффективнее использует отведенную ей плоскость с точки зрения информационной нагрузки нежели это происходит в языках, основанных на алфавите. В тоже время, количество уникальных знаков, каждому из которых нужно присвоить не повторную комбинацию сочетания 1 и 0 в разы большее. В самых распространенных существующих иероглифических языках: китайском и японском, по статистике, фактически используется не более 50 000 уникальных знаков, в японском и того менее, на данный момент министерство просвещения страны, для повседневного использования, определило всего 1850 иероглифов. В любом случае 256-ю комбинациями вмещающиеся в один байт тут уже не обойтись. Один байт хорошо, а два еще лучше, гласит видоизмененная народная мудрость, 65536 – именно столько цифровых комбинаций мы получим, используя два байта, чего в принципе становится достаточным для перевода активно используемого языка в цифровую форму, тем самым присваивая абсолютному большинству иероглифов два байта.
Существующая практика использования письма гласит нам о том, что на стандартный лист формата А4 можно разместить около 1800 читабельных, уникальных знака. Проведя не сложные арифметические вычисления можно установить сколько в цифровом эквиваленте будет нести информации один стандартный машинописный листок алфавитного, и более информативного иероглифического письма:
V = n * I = 1800 * 1 байт = 1800 / 1024 = 1.76 кбайт либо 2.89 байта / см2
V = n * I = 1800 * 2 байт = 3600 / 1024 = 3.52 кбайт либо 5.78 байта / см2
Индустриальный скачок
XIX век стал переломным, как для способов регистрации, так и хранения аналоговых данных, это стало следствием появления революционных материалов и методик записи информации, которым предстояло изменить ИТ-мир. Одним из главных новшеств стала технология записи звука.
Изобретение фонографа Томасом Эдисоном породило существование сначала цилиндров, с нанесенными на них бороздами, а в скором и пластинок - первых прообразов оптических дисков.
Реагируя на звуковые вибрации, резец фонографа неустанно проделывал канавки на поверхности как металлических, так и чуть позднее полимерных. В зависимости от уловленной вибрации резец наносил на материале закрученную канавку разной глубины и ширины, что в свою очередь давало возможность записывать звук и чисто механическим способом обратно воспроизводить, уже однажды выгравированные звуковые вибрации.
На презентации первого фонографа Т. Эдисоном в Парижской Академии Наук случился конфуз, один не молодой, ученный-лингвист, чуть было услышав репродукцию человеческой речи механическим устройством, сорвался с места и возмущенный бросился с кулаками на изобретателя, обвинив его в мошенничестве. По словам этого уважаемого члена академии, метал никогда не смог бы повторить мелодичности человеческого голоса, а сам Эдисон является обыкновенным чревовещателем. Но мы то с вами знаем, что это конечно не так. Более того в ХХ веке люди научились хранить звуковые записи в цифровом формате, и сейчас мы окунемся в некоторые цифры, после чего станет вполне понятно сколько информации умещается на обычной виниловой (материал стал самым характерным и массовом представителем этой технологии) пластинке.
Точно также, как и ранее с изображением, здесь мы будем отталкиваться от человеческих способностей улавливать информацию. Широко известно, что чаще всего человеческое ухо способно воспринимать звуковые колебания от 20 до 20 000 Герц, на основе этой константы, для перехода на цифровой формат звука, была принята величина в 44100 Герц, поскольку для корректного перехода, частота дискретизации колебания звука должна быть в два раза выше его исходного значения. Также не маловажным фактором тут является глубина кодировки каждого из 44100 колебаний. Параметр этот на прямую влияет на количество битов присущих одной волне, чем большее положение звуковой волны записано в конкретную секунду времени, тем большим количеством битов оно должно быть закодировано и тем более качественным будет звучать оцифрованный звук. Соотношением параметров звука, выбранным для самого распространенного на сегодняшний день формата, не искаженным сжатиями, применяемом на аудио дисках, является его 16 битная глубина, при дискретности колебаний 44.1 кГц. Хотя есть и более «емкие» соотношения приведенных параметров, вплоть до 32бит / 192 кГц, которые может быть были бы и более сопоставимы с фактическим качеством звучания грамм записи, но мы в расчеты включим соотношение 16 бит / 44.1 кГц. Именно выбранное соотношение в 80-90х годах ХХ столетия нанесло сокрушительный удар по индустрии аналоговой аудиозаписи, став фактически полноценной альтернативой ей.
И так, приняв за исходные параметры звука оглашенные величины можем рассчитать цифровой эквивалент объема аналоговой информации, которую несет в себе технология грамзаписи:
V = f * I = 44100 Герц * 16 бит = 705600 бит/сек / 8 = 8820 байт/сек / 1024 = 86.13 кбайт/сек
Расчетным путем мы получили необходимый объем информации для кодирования 1 секунды звучания качественной грамзаписи. Поскольку размеры пластинок варьировались, точно также как и густота бороздок на ее поверхности, объем информации на конкретных представителях такого носителя также существенно отличался. Максимальное время качественной записи на виниловую пластинку диаметром 30 см составляло менее 30 минут на одной стороне, что было на гране возможностей материала, обычно же это значение не превышало 20-22 минут. Имея эту характеристику, следует, что на виниловой поверхности могло разместиться:
Vv = V * t = 86.13 кбайт/сек * 60 сек * 30 = 155034 кбайт / 1024 = 151.40 мбайт
А по факту размещалось не более:
Vvf = 86.13 кбайт/сек * 60 сек * 22 = 113691.6 кбайт / 1024 = 111.03 мбайт
Общая площадь такой пластинки составляла:
S = π* r^2 = 3.14 * 15 см * 15 см= 706.50 см2
Фактически, на один квадратный сантиметр пластинки приходится 160.93 кбайт информации, естественно пропорция для разных диаметров будет изменяться не линейно, так как тут взята не эффективная площадь записи, а всего носителя.
Магнитная лента
Последним и, пожалуй, наиболее эффективным носителем данных, наносимых и читаемых аналоговыми методами, стала магнитная лента. Лента фактически единственный носитель, который довольно успешно пережил аналоговую эру.
Сама технология записи информации способом намагничивания, была запатентована еще в конце ХIХ века датским физиком Вольдемаром Поультсеном, но к сожалению, тогда она широкого распространения не приобрела. Впервые, технология в промышленном масштабе была использована только лишь в 1935 году немецкими инженерами, на ее базе был создан первый пленочный магнитофон. За 80 лет своего активного использования магнитная лента претерпела существенные изменения. Использовались разные материалы, разные геометрические параметры самой ленты, но все эти усовершенствования базировались на едином принципе, выработанном еще 1898 году Поультсеном, магнитной регистрации колебаний.
Одним из наиболее широко используемых форматов стала лента, состоящая из гибкой основы, на которую наносилась одна из окисей метала (железо, хром, кобальт). Ширина ленты, использующаяся в бытовых аудио магнитофонах, обычно была одно дюймовая (2.54 см), толщина ленты начиналась от 10 мкм, что касается протяженности ленты, то она существенно варьировалась в разных мотках и чаще всего составляла от сотен метров до тысячи. Для примера на бобину диаметром в 30 см могло вместится около 1000 м ленты.
Качество звучания зависело от многих параметров, как самой ленты, так и считывающей ее аппаратуры, но в общем при правильном сочетании этих самых параметров на магнитную ленту удавалось делать высококачественные студийные записи. Более высокое качество звучания добивались использованием большего объема ленты для записи единицы времени звука. Естественно, чем больше ленты используется для записи момента звучания, тем более широкий спектр частот удалось перенести на носитель. Для студийных, высококачественных материалов скорость регистрации на ленту составляла не менее 38.1 см/сек. При прослушивании записей в быту, для достаточно полного звучания хватало записи, осуществленной на скорости в 19 см/сек. Как результат, на 1000 м бобине могло разместится до 45 минут студийного звучания, либо до 90 минут приемлемого, для основной массы потребителей, контента. В случаях технических записей, либо речей, для которых ширина частотного диапазона при воспроизведении не играла особой роли, при расходе ленты в 1.19 см/сек на вышеупомянутую бобину, существовала возможность записать звуков аж на 24 часа.
Имея общее представление об технологиях записи на магнитную ленту во второй половине ХХ века, можно более-менее корректно перевести емкость бобинных носителей в понятные нам единицы измерения объема данных, как мы это уже совершали для грамзаписи.
В квадратном сантиметре подобного носителя разместится:
Vo = V / (S * n) = 86.13 кбайт/сек / (2.54 см * 1 см * 19) = 1.78 Kбайт/см2
Общий объем катушки с 1000 метрами пленки:
Vh = V * t = 86.13 кбайт/сек * 60 сек * 90 = 465102 кбайт / 1024 = 454.20 Мбайт
Не стоит забывать, что конкретный метраж ленты в бобине был весьма разным, это зависело, прежде всего, от самого диаметра бобины и толщины ленты. Довольно распространенными, в следствии приемлемых габаритов, широко использовались бобины, вмещающие в себя 500…750 метров пленки, что для рядового меломана было эквивалентом часового звучания, чего было вполне достаточно для теражирования среднестатистического музыкального альбома.
Довольно короткой, но от того не менее яркой была жизнь видео кассет, в которых использовался все тот же принцип регистрации аналогового сигнала на магнитную ленту. Ко времени промышленного использования этой технологии плотность записи на магнитную ленту кардинально возросла. На полудюймовую пленку длиной в 259.4 метра умещалось 180 минут видеоматериала с весьма сомнительным, как на сегодняшний день, качеством. Первые форматы видеозаписи выдавали картинку на уровне 352х288 линий, наилучшие образцы показывали результат на уровне 352х576 линий. В пересчете на битрейд, наиболее прогрессивные методы воспроизведения записи давали возможность приблизится к значению в 3060 кбит/сек, при скорости считывания информации с ленты в 2.339 см/сек. На стандартной трехчасовой кассете могло разместиться около 1724.74 Мбайт, что в общем не так и дурно, как результат видеокассеты массово оставались востребованными еще до самого недавнего времени.
Волшебная цифра
Появление и повсеместное внедрение цифры (бинарного кодирования) целиком и полностью обязано ХХ веку. Хотя сама философия кодирования двоичным кодом 1 / 0, Да / Нет, так или иначе витала среди человечества в разные времена и на разных континентах, набирая порою самых удивительных форм, окончательно материализовалась она именно в 1937 году. Студент Массачусетского Технологического Университета – Клод Шаннон, базируясь на работах великого британского (ирландского) математика Георга Буле, применил принципы Буленовской алгебры к электрическим цепям, что фактически и стало отправной точкой для кибернетики в том виде в котором мы знаем ее сейчас.
Менее чем за сто лет, как аппаратная, так и программная составная цифровых технологий претерпели огромное количество серьезных изменений. То же самое справедливо будет сказать и для носителей информации. Начиная от сверх неэффективных – бумажных носителей цифровых данных, мы пришли к сверх эффективным – твердо тельным хранилищам. В общем, вторая половина прошлого века прошла под знаменем экспериментов и поиска новых форм носителей, что можно лаконично назвать всеобщим бардаком формата.
Перфокарта
Перфокарты стали, пожалуй, первой ступенькой на пути взаимодействия ЭВМ и человека. Такое общение длилось довольно долго, порою даже сейчас этот носитель можно встретить в специфических НИИ раскиданных на просторах СНГ.
Одним из самых распространенных форматом перфокарт, был формат IBM введен еще в 1928 году. Этот формат стал базовым и для советской промышлености. Габариты такой перфокарты по ГОСТу составляли 18.74 х 8.25 см. Вмещалось на перфокарту не более 80 байт, на 1 см2 приходилось всего 0.52 байта. В таком исчислении, для примера, 1 Гигабайт данных был бы равен примерно 861.52 Гектарам перфокарт, а вес одного такого Гигабайта составлял чуть менее 22 тонн.
Магнитные ленты
Во 1951 году были выпущены первые образцы носителей данных базирующихся на технологии импульсного намагничивания ленты специально для регистрации на нее «цифры». Такая технология позволяла вносить на один сантиметр полудюймовой металлической ленты до 50 символов. В дальнейшем технология серьезно усовершенствовалась, позволяя во много крат увеличивать количество единичных значений на единицу площади, а также как можно более удешевлять материал самого носителя.
На данный момент, по самым последним заявлениям корпорации Sony, их нано разработки позволяют разместить на 1 см2 объем информации равен 23 Гигабайтам. Такие соотношения цифр наталкивают на мысль, что данная, технология ленточной магнитной записи себя не отжила и имеет довольно радужные перспективы дальнейшей эксплуатации.
Грамм запись
Наверное, наиболее удивительный метод хранения цифровых данных, но лишь на первый взгляд. Идея записи действующей программы на тонкий слой винила возникла в 1976 году в компании Processor Technology, что базировалась в Канзас Сити, США. Суть задумки состояла в том, чтоб максимально удешевить носитель информации. Сотрудники компании взяли аудио ленту, с записанными данными в уже существующем звуковом формате «Канзас Сити Стандарт», и перегнали ее на винил. Кроме удешевления носителя, данное решение позволило подшить выгравированную пластинку к обычному журналу, что позволило массово распространять небольшие программы.
В мае 1977 года подписчики журналов, в первые получили в своем номере пластинку, на которой размещался интерпретатор 4К BASIC для процессора Motorola 6800. Время звучания пластинки составляло 6 минут.
Данная технология в силу понятных причин не прижилась, официально, последняя пластинка, так званный Floppy-Rom, увидела свет в сентябре 1978 года, это был ее пятый выпуск.
Винчестеры
Первый винчестер был представлен компанией IBM в 1956 году, модель IBM 350 шла в комплекте с первым массовым компьютером компании. Общий вес такого «жесткого диска» составлял 971 кг. По габаритам он был сродни шкафу. Располагалось в нем 50 дисков, диаметр которых составлял 61 см. Общий объем информации, который мог разместиться на этом «винчестере» равнялся скромным 3.5 мегабайтам.
Сама технология записи данных была, если можно так сказать, производной от грамзаписи и магнитных лент. Диски, размещенные внутри корпуса, хранили на себе множество магнитных импульсов, которые вносились на них и считывались подвижной головкой регистратора. Словно патефонному волчку в каждый момент времени регистратор перемещались по площади каждого из дисков, получая доступ к необходимой ячейке, что несла в себе магнитный вектор определенной направленности.
На данный момент вышеупомянутая технология также жива и более того активно развивается. Менее года назад компания Western Digital выпустила первый в мире «винчестер» объемом в 10 Тбайт. В середине корпуса разместилось 7 пластин, а вместо воздуха в середину его был закачан гелий.
Оптические диски
Обязаны своим появлением партнерству двух корпораций Sony и Philips. Оптический диск был презентован в 1982 году, как годная, цифровая альтернатива аналоговым аудио носителям. При диаметре 12 см на первых образцах можно было разместить до 650 Мбайт, что при качестве звука 16 бит / 44.1 кГц, составляло 74 минуты звучания и это значение было выбрано не зря. Именно 74 минуты длится 9-я симфония Бетховена, которую чрезмерно любил толи один из совладельцев Sony, толи один из разработчиков со стороны Philips, и теперь она могла целиком вместится на один диск.Технология процесса нанесения и считывания информации весьма проста. На зеркальной поверхности диска выжигаются углубления, которые при считке информации, оптическим способом, однозначно регистрируются как 1 / 0.
Технология оптических носителей также процветает и в нашем 2015 году. Технология известная нам как Blu-ray disc с четырех слойной записью вмещает на своей поверхности около 111.7 Гигабайт данных, при своей не слишком высокой цене, являясь идеальными носителями для весьма «емких» фильмов повышенной разрешающей способности с глубокой передачей цветов.
Твердотельные накопители, флэш память, SD карты
Все это детище одной технологии. Разработанный еще в 1950-х годах принцип записи данных на основе регистрации электрического заряда в изолированной области полупроводниковой структуры. Долгое время он не находил своей практической реализации для создания на его базе полноценного носителя информации. Главной причиной этому были большие габариты транзисторов, которые при максимально возможной их концентрации не могли породить на рынке носителей данных конкурентный продукт. О технологии помнили и периодически пытались ее внедрить на протяжении 70х-80х годов.
Действительно звездный час для твердотельных накопителей настал с конца 80-х, когда размеры полупроводников начали достигать приемлемых размеров. Японская Toshiba в 1989 году презентовала абсолютно новый тип памяти «Flash», от слова «Вспышка». Само это слово весьма хорошо символизировало главные плюсы и минусы носителей, реализованных на принципах данной технологии. Небывалая ранее скорость доступа к данным, довольно ограниченное количество циклов перезаписи и необходимость присутствия внутреннего источника питания для некоторых из такого рода носителей.
К сегодняшнему дню наибольшей концентрации объема памяти производители носителей достигли благодаря стандарту карт SDCX. При габаритах 24 х 32 х 2.1 мм они могут поддерживать до 2 Тбайт данных.
Передний край научного прогресса
Все носители, с которыми мы имели дело до этого момента, были из мира не живой природы, но давайте не забывать, что самый первый накопитель информации, с которым мы все имели дело это мозг человека.
Принципы функционирования нервной системы в общих чертах на сегодня уже ясны. И как бы это не могло звучать удивительно, физические принципы работы мозга вполне сопоставимы с принципами организации современных ЭВМ.
Нейрон – структурно функциональная единица нервной системы, она и формирует наш мозг. Микроскопическая клетка, весьма сложной структуры, являющаяся фактически аналогом, привычного нам, транзистора. Взаимодействие между нейронами происходит благодаря различным сигналам, которые распространяются с помощью ионов, в свою очередь генерирующих электрические заряды, таким образом создавая не совсем обычную электроцепь.
Но еще более интересным является сам принцип работы нейрона, как и его кремниевый аналог, эта структура зыблется на бинарном положении своего состояния. К примеру, в микропроцессорах за условный 1 / 0 принимают разницу уровней напряжения, нейрон в свою очередь обладает разностью потенциалов, фактически он в любой момент времени может обретать одно и двух возможных значений полярности: либо «+», либо «-». Существенное отличие нейрона от транзистора состоит в граничной скорости первого обретать противоположные значения 1 / 0. Нейрон в следствии своей структурной организации, в которую не будем вдаваться через чур подробно, в тысячи раз инертней от своего кремниевого собрата, что естественно сказывается на его быстродействии – количестве обработки запросов за единицу времени.
Но не все так печально для живых существ, в отличии от ЭВМ где выполнение процессов осуществляется в последовательном режиме, миллиарды нейронов, объеденных в мозг, решают поставленные задачи параллельно, что дает целый ряд преимуществ. Миллионы этих вот низкочастотных процессоров вполне успешно дает возможность, в частности человеку, взаимодействовать с окружающей средой.
Изучив структуру человеческого мозга, научное сообщество пришло к выводу – фактически головной мозг является цельной структурой, в которую уже входят и вычислительный процессор, и моментальная память, и память долговременная. В силу самой нейронной структуры мозга между этими аппаратными составными четких, физических границ нет, лишь розмытые зоны спецификации. Такое утверждение подтверждается десятками прецедентов из жизни, когда в силу определенных обстоятельств людям удаляли часть мозга, вплоть до половины общего объема. Пациенты после таких вмешательств, кроме того, что не превращались в «овощ», в некоторых случаях, со временем, восстанавливали все свои функции и счастливо доживали до глубокой старости, тем самым являясь живим доказательством глубины гибкости и совершенства нашего мозга.
Возвращаясь к теме статьи, можем прийти к интересному выводу: структура мозга человека фактически схожа с твердотельным накопителем информации, о котором речь шла чуть выше. После такого сравнения, помня о всех его упрощениях, мы можем задаться вопросом, какой же объем данных в таком случае может разместится в этом хранилище? Может быть опять же к удивлению, но мы можем получить вполне однозначный ответ, давайте же произведем расчет.
В результате проведенных в 2009 году научных экспериментов нейробиологом, доктором Бразильского университета в Рио-Де-Жанейро – Сюзанной Геркулано-Хаузел, было установлено, что в среднем человеческом мозге, весом около полтора килограмма, можно насчитать приблизительно 86 миллиардов нейронов, напомню, ранее ученные считали, что эта цифра для среднего значения равняется 100 миллиардам нейронов. Отталкиваясь от этих цифр и приравняв каждый отдельный нейрон фактически к одному биту, мы получим:
V = 86 000 000 000 бит / (1024 * 1024*1024) = 80.09 гбит / 8 =10.01 гигабайт
Много это или мало и насколько может быть конкурента эта среда для хранения информации? Сказать пока весьма сложно. Научное сообщество с каждым годом все больше нас радует продвижением в изучении нервной системы живых организмов. Можно даже встретить упоминания об искусственном внедрении информации в память млекопитающих. Но по большему счету секреты мышления мозга пока еще остаются для нас тайной.
Итог
Хотя в статье были представлены далеко не все виды носителей данных, коих огромное множество, наиболее характерные представители нашли в ней место. Подводя итог представленного материала можно четко проследит закономерность – вся история развития носителей данных базируется на наследственности этапов, предшествующих текущему моменту. Прогресс последних 25 лет в сфере носителей данных крепко опирается на полученный опыт, как минимум, последних 100…150 лет, при этом скорость роста емкости носителей за эти четверть века возрастает в геометрической прогрессии, что является уникальным случаем на протяжении всей известной нам истории человечества.Не смотря на кажущеюся нам сейчас архаичность аналоговой регистрации данных, вплоть до конца ХХ века это был вполне конкурентный метод работы с информацией. Альбом с качественными изображениями мог вмещать в себе гигабайты цифрового эквивалента данных, которые до начала 1990-х просто физически было невозможно разместить на столь же компактном носителе, не говоря уже об отсутствии приемлемых способов работы с такими массивами данных.
Первые ростки записи на оптические диски и стремительное развитие накопителей HDD конца 1980-х, только за одно десятилетие сломили конкуренцию множества форматов аналоговых записей. Хотя первые музыкальные оптические диски и не отличались качественно от тех же виниловых пластинок, имея 74 минуты записи против 50-60 (двухсторонняя запись), но компактность, универсальность и дальнейшее развития цифрового направления ожидаемо, окончательно похоронило аналоговый формат для массового использования.
Новая эра носителей информации, на пороге которой мы стоим, может существенно повлиять на мир, в котором мы окажемся через 10…20 лет. Уже сейчас передовые работы в биоинженерии дают нам возможность поверхностно понимать принципы работы нейронных сетей, управлять в них определенными процессами. Хотя потенциал размещения данных на структурах схожих с мозгом человека, не так уж и велик, есть вещи, про которые не стоит забывать. Само функционирование нервной системы все еще довольно загадочно, как следствие малой ее изученности. Принципы размещения и хранения в ней данных уже при первом приближении очевидно, что действуют по несколько другим законом, нежели это будет справедливо к аналоговому и цифровому методу обработки информации. Как и при переходе от аналогового этапа развития человечества к цифровому, при переходе к эре освоения биологических материалов, два предыдущих этапа сослужат роль фундамента, некого катализатора для очередного скачка. Необходимость активизации на биоинженерном направлении была очевидна и ранее, но только сейчас технологический уровень человеческой цивилизации поднялся до того уровня, когда подобные работы действительно могут увенчаться успехом. Поглотит ли этот новый этап развития ИТ технологий этап предыдущий, как мы уже имели честь - это наблюдать, или будет идти параллельно, предсказывать рано, но то что он радикально изменит нашу жизнь – очевидно.
Рост емкости внешних носителей информации
Давайте проследим, как с течением времени менялся объём и технология хранения информации на наиболее распространенных сменных носителях.
Условно все сменные носители информации можно разделить на следующие группы:
Принцип действия |
Порядок ёмкости |
Тип носителя |
|
|---|---|---|---|
| Механический (перфорация) | Десятки байт: | Перфокарта 45 или 80 колонная | 45 и 80 байт (из них 8 байт служебных) |
| неограниченно | Перфолента | (зависит от длинны) | |
| Магнитный | Десятки килобайт: | Магнитный барабан | 20K–100K (последние модели до 1 Гб) |
| неограниченно | Магнитная лента | (зависит от длинны) | |
| Сотни килобайт: | Дискета 8 дюймов | 80К–1,6М | |
| Дискета 5,25 дюймов | 110К–1,2М | ||
| Единицы мегабайт: | Дискета 3,5 дюйма | 720К–2,88М | |
| Десятки и сотни мегабайт: | ZIP-дискета | 100М–250М | |
| Полупроводниковый | Флэш-память | 8М–128М (последние модели до 64Г) | |
| Оптический | Сотни мегабайт: | Оптический диск CD | 640М–800М (длина волны считывающего лазера - 780 нм (инфракрасный)) |
| Единицы гигабайт | Оптический диск DVD | 4,7Г (длина волны считывающего лазера - 650 нм (красный)) | |
| Десятки гигабайт | Оптический диск BR-DVD (BD-ROM), HD-DVD |
54Г (30Г) (длина волны считывающего лазера - 405 нм (фиолетовый)) | |
| Сотни гигабайт | Оптический голографический диск HVD (Красный лазер) | 200Г–1,6Т (длина волны считывающего лазера - 650 нм (красный)) | |
| Единицы терабайт | Оптический голографический диск HVD (фиолетовый лазер) | 3.9Т (длина волны считывающего лазера - 405 нм (фиолетовый)) | |
| Нано-оптический (атомный) | Терабайты, пэтабайты, эксабайты | В разработке | Терабайты, пэтабайты, эксабайты (длина волны считывающего лазера - 210 нм (ультрафиолетовый)) |
Механическая память (перфорация)
В 1725 году Базиль Бушон (Basile Bouchon) придумывает перфорированную бумажную ленту для записи программы, чтобы упростить изготовления сложных узоров на ткацком станке. Лионский ткач склеивает ленту в петлю и использует свое изобретение для программирования ткацких станков.
В 1728 году Жан-Баптист Фалькон (Jean-Baptiste Falcon) усовершенствует изобретение Бушона. Он заменяет перфорированную ленту карточками, соединенными в цепочку. Это позволяет легко заменять фрагменты программы.
Ткацкие станки Бушона-Фалькона были полуавтоматическими и требовали ручной подачи программы. Громадного успеха в автоматизации добился Жозеф Мари Жаккард (Joseph-Marie Jacquard), французский изобретатель, сын лионского ткача. В 1801 году он создал автоматический ткацкий станок, управляемый при посредстве перфокарт. Наличие или отсутствие отверстий в перфокарте заставляло нить подниматься или опускаться при ходе челнока, создавая тем самым запрограммированный рисунок. Станок Жаккарда был первым массовым промышленным устройством, автоматически работающим по заданной программе. Этот станок был отмечен медалью Парижской выставки, и вскоре только во Франции работало более 10 тысяч таких станков.
Перфокарты ткацких станков Жаккарда:
В 1884 году Herman Hollerith оформляет первый патент на хранение данных на перфокартах.
Среди компьютеров в середине XX века наибольшее распространение в СССР получила 80-колонная перфокарта, представленная ниже. Каждая колонка кодировала 1 байт. 8 байт из 80 были служебными. Также были ещё 45-колонные варианты перфокарт.
По ГОСТу, перфокарте предписывалось быть 187,4 миллиметра в длину и 82,5 миллиметра в ширину. Информация на нее заносилась двумерной матрицей, эдакой таблицей, состоящей, как правило, из 12 строк и 40 или 80 колонок.
Скорость обработки машинных перфокарт достигало 2000 карт в 1 мин. Воспроизведение (считывание) информации осуществлялось с помощью электромеханических считывателей или фотоэлементами. За рубежом применялись также перфокарты с 90, 40 и 21 колонкой с 6, 12 и 10 строками соответственно.
Магнитная память
Впервые мысль о том, что намагничивание может быть использовано для записи звука, была высказана неким Оверлингом Смитом в 1888 г. Описанное Смитом устройство имело все отличительные признаки магнитофона: магнитный носитель информации, механизм для его подачи и магнитную головку.
В 1898 году датчанин Вальдемар Пульсен создал и запатентовал телеграфон — аппарат для магнитной записи звука. Он представлял собой медный цилиндр, обмотанный тонкой стальной проволокой и движущийся вдоль него электромагнит. в 30-е годы 20 века в Германии вместе с идеей использовать для записи не проволоку, а ленту с напылённым на нее магнитным порошком.
В 1932 году австрийский ученый G. Taushek изобретает «Drum memory» — цилиндрическую память.
В 1952 году, в качестве внешнего носителя информации, в вычислительной машине IBM Model 701 впервые использовали магнитную ленту. Магнитная лента называлась Model 726. Первая магнитная лента могла содержать 1,4 Мбайт данных. Плотность ленты составляла 800 бит/дюйм, и была рассчитана на 9-дорожечную запись. Скорость считывания составляла 7500 байт/секунду, если учитывать также скорость ленты – 75 дюймов/сек. Лента была разработана компанией 3М (в последствии Imation). Примерно в это же время были изобретены и магнитные барабаны.
В 1962 году фирма IBM выпустила первые устройства внешней памяти со съемными дисками.
В 1967 компания IBM изобретает первую дискету. Гибкие диски фирма IBM стала разрабатывать после создания этой же фирмой в 1956 первого жесткого диска. 13 сентября 1956 года IBM начала поставки первого жесткого диска с произвольным доступом. Это устройство носило название RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control — «Метод учета и контроля с произвольным доступом»). Размером RAMAC был с приличный шкаф весом больше тонны. Объем памяти – 5 Мб. В состав накопителя входило 50 дисков диаметром 24 дюйма (61 см), которые вращались со скоростью 1200 об/мин. Головки чтения и записи поочередно подводились к каждому диску с помощью сервопривода. В среднем, время доступа в RAMAC составляло 0,6 секунды, скорость передачи данных могла достигать 9 Кбайт/с. Покрытие пластин было сделано из оксида железа. Опытный образец первой дискеты представлял собой диск без защитного конверта. После многочисленных доработок в 1971 году, компания IBM поставила на рынок 8-дюймовые гибкие диски, которые состояли из простого гибкого пластмассового диска, покрытого окисью железа и помещенного в картонный конверт.
На фотографии ниже представлены дискеты без защитных конвертов:
Появилось великое множество всевозможных магнитных и магнитооптических дисков, перечислять которые я не буду.
Полупроводниковая память
В 1984 году появилась Flash-память (Flash Erase EEPROM). Первый вариант флэш-памяти был разработан компанией Toshiba, и только в 1988 году сходное решение представила компания Intel. Главное отличие flash от предшественников состояло в ином способе стирания информации: данные можно было обнулять или в определенном минимальном объеме (чаще всего берется блок размером 256 или 512 байт), или очищать сразу весь чип.
Первыми накопителями на флэш-памяти, появившимися на рынке, были карты ATA Flash. Эти накопители изготавливаются в виде стандартных карт PC Card. Карта имеет встроенный АТА контроллер. Благодаря чему карта при работе эмулирует обычный жесткий диск. Существует три типа PC-CARD ATA (I, II, III). Все они отличаются толщиной (3,3 5,0 и 10,5 мм соответственно). Все типы обратно совместимы между собой — в более толстом разъеме всегда можно использовать более тонкую карту, так как толщина разъемов у всех типов одинакова - 3,3 мм. Наибольшее применение получили карты ATA-flash Type I. Карты работают при напряжении 3,3В и 5В. PC-Card бывают объемом до 2GB. Вследствие больших своих размеров флэш-память этого стандарта не получила широкого применения. В настоящее время практически не используется.
USB-флэш-память (USB-память, «флэшка»), используемая вместо дискет для переноса информации между компьютерами - совершенно новый тип флэш-накопителей, появившийся на рынке только в 2001 г. По форме USB-память напоминает брелок продолговатой формы, состоящий из двух половинок - защитного колпачка и собственно накопителя с USB-разъемом (внутри него размещаются одна или две микросхемы флэш-памяти и USB-контроллер).
Оптическая память
В 1972 году фирма Philips впервые представила устройство, в котором такая информация считывалась с прозрачного пластмассового диска оптическим способом. Новый носитель позволял записать 5...7-минутный видеоклип либо высококачественную стереофоническую звукозапись длительностью 70 минут. Запись и считывание осуществлялись в аналоговом виде.
В 1978 году той же фирмой Philips была создана система цифровой оптической звукозаписи с современным компакт-диском в роли носителя.
В 1981 году Philips совместно с фирмой Sony представила доработанную систему цифровой оптической звукозаписи, параметры которой стали мировым стандартом де-факто и в 1982 году были утверждены Международной электротехнической комиссией (МЭК). Эти стандартные параметры таковы: диаметр диска 120 мм; запись в виде непрерывной спиральной дорожки с началом у центра диска; ширина дорожки 1 мкм; шаг спирали 1,6 мкм; запись с постоянной линейной скоростью 1,2...1,4 м/с; поверхностная плотность записи 106 Мбит/см2; скорость считывания информации 2 Мбит/с; модуляция EFM; коррекция ошибок двойным кодом Рида-Соломона с перемежением. Для фиксации информации используется покадровая система записи. Компакт-диск получился настолько удачным и емким, что на него практически сразу же обратили внимание создатели персональных компьютеров. В 1986 году первые CD-ROM начали встраиваться в ПК.
Для пользователя оптические диски являются дешевой но некомпактной альтернативой флэш-памяти. До сих пор широко распространённые оптические носители CD-RW, записываемые инфракрасным полупроводниковым лазером (лазерным светодиодом), в настоящее время вытесняются DVD-RW, записываемые красным полупроводниковым лазером, формат которого был предложен ещё в 1995 году.
Также в настоящее время появляются первые устройства HD-DVD и BR-DVD, использующие фиолетовый полупроводниковый лазер лазер с длиной волны 405 нм.
Разрабатываются также гибридные диски, на которые возможно производить запись сразу в нескольких форматах. Кроме того, скоро ожидается появление голографических оптических дисков (HVD), хранящих страницы информации в объёмных голограммах. О них я уже рассказывал в соответствующей статье .
Существуют также и более отдалённые перспективы развития оптического способа записи. Например, атомно-голографическая запись, описанная у меня на сайте в соответствующей статье .
Развитие технологии оптического хранения информации
В таблице, представленной ниже, даны сравнительные характеристики приводов и оптических дисков четырёх распространённых форматов:
Налицо динамика укорачивания длины волны полупроводникового лазера, что позволяет более плотно записывать информацию на оптические диски. Обозначается тенденция к переходу длин волн в ультрафиолетовый диапазон. Так, 17 мая 2006 года японские исследователи из лабораторий NTT Basic Research Laboratories создали ультрафиолетовый светодиод, длина волны которого составляет порядка 210 нм! Это самая короткая длина волны, свет которой может распространяться в воздухе. Это первый шаг к ультрафиолетовым лазерным светодиодам.
Схематично длины волн полупроводниковых лазеров, применяющихся в различных устройствах чтения-записи, можно увидеть на следующем рисунке:
Таким образом, в ближайшее время нам следует ждать голографические диски, информация на которых будет записываться лучом лазерного диода с длиной излучаемой волны порядка 210 нм.
Скачать в ZIP (3.66 Кб)Файлы: 1 файл
Электронные носители информации-2.doc (14.31 Кб) - Открыть , Скачать
Носители информации 20-го века
Технология
записи информации на магнитные носители
появилась сравнительно недавно - примерно
в середине 20-го века (40-ые - 50-ые годы). Но
уже несколько десятилетий спустя - в 60-ые
- 70-ые годы - это технология стала очень
распространённой во всём мире.
Магнитная
лента состоит из полоски плотного вещества,
на которую напыляется слой ферромагнетиков.
Именно на этот слой "запоминается"
информация. Процесс записи также похож
на процесс записи на виниловые пластинки
- при помощи магнитной индукционной катушки
вместо специального аппарата на головку
подаётся ток, который приводит в действие
магнит. Запись звука на плёнку происходит
благодаря действию электромагнита на
плёнку. Магнитное поле магнита меняется
в такт со звуковыми колебаниями, и благодаря
этому маленькие магнитные частички (домены)
начинают менять своё местоположение
на поверхности плёнки в определённом
порядке, в зависимости от воздействия
на них магнитного поля, создаваемого
электромагнитом. А при воспроизведении
записи наблюдается процесс обратный
записи: намагниченная лента возбуждает
в магнитной головке электрические сигналы,
которые после усиления поступают дальше
в динамик.
Компа́кт-кассе́та
(аудиокассе́та или просто кассе́та) --
носитель информации на магнитной ленте,
во второй половине XX века -- распространённый
медианоситель для звукозаписи. Применялся
для записи цифровой и аудиоинформации.
Впервые компакт-кассета была представлена
в 1964 году компанией Philips. По причине своей
относительной дешевизны долгое время
(с начала 1970-х по 1990-е годы) компакт-кассета
была самым популярным записываемым аудионосителем,
однако, начиная с 1990-х годов,была вытеснена
компакт-дисками.
Сейчас
в мире присутствует множество различных
типов магнитных носителей: дискеты для
компьютеров, аудио- и видеокассеты, бобинные
ленты и т.д. Но постепенно открываются
новые законы физики, и вместе с ними -
новые возможности записи информации.
Всего пару десятков лет назад появилось
множество носителей информации, базирующихся
на новой технологии - считывания информации
при помощи линз и лазерного луча.
Развитие
материальных носителей идёт по пути непрерывного
поиска объектов с высокой долговечностью,
большой информационной ёмкостью при
минимальных физических размерах носителя.
Начиная с 1980-х годов, всё более широкое распространение получают оптические (лазерные) диски. Это пластиковые или алюминиевые диски, предназначенные для записи и воспроизведения информации при помощи лазерного луча.
По технологии применения компакт-диски делятся на 3 основных класса:
1. Диски, допускающие однократную запись и многократное воспроизведение сигналов без возможности их стирания (CD-R)
2. Реверсивные оптические диски, позволяющие многократно записывать, воспроизводить и стирать сигналы (CD-RW)
3. Цифровые универсальные видеодиски DVD с большой ёмкостью (до 17 Гбайт).
Работа с информацией в наше время не мыслима без компьютера, так как он изначально создавался как средство обработки информации и только теперь он стал выполнять множество других функций: хранение, преобразование, создание и обмен информацией.
Необходимо устройство с помощью которого компьютер будет запоминать информацию, затем требуется носитель информации, на котором ее можно будет переносить с места на мест. Некоторые из их:
1. Устройство чтения перфокарт: предназначено для хранения программ и наборов данных с помощью перфокарт - картонных карточек с пробитыми в определенной последовательности отверстиями.
2. Накопитель на магнитной ленте (стриммер): основан на использовании устройства магнитофонного типа, и кассет с магнитной пленкой.
3. Накопитель на гибких магнитных дисках (НГМД - дисковод). Это устройство использует в качестве носителя информации гибкие магнитные диски - дискеты, которые могут быть 5-ти или 3-х дюймовыми.
4. Накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД - винчестер): является логическим продолжением развития технологии магнитного хранения информации.
5. CD и DVD-диски.
6. Флеш-память.
Краткое описание
Технология записи информации на магнитные носители появилась сравнительно недавно - примерно в середине 20-го века (40-ые - 50-ые годы). Но уже несколько десятилетий спустя - в 60-ые - 70-ые годы - это технология стала очень распространённой во всём мире.
Магнитная лента состоит из полоски плотного вещества, на которую напыляется слой ферромагнетиков. Именно на этот слой "запоминается" информация. Процесс записи также похож на процесс записи на виниловые пластинки - при помощи магнитной индукционной катушки вместо специального аппарата на головку подаётся ток, который приводит в действие магнит. Запись звука на плёнку происходит благодаря действию электромагнита на плёнку. Магнитное поле магнита меняется в такт со звуковыми колебаниями, и благодаря этому маленькие магнитные частички (домены) начинают менять своё местоположение на поверхности плёнки в определённом порядке, в зависимости от воздействия на них магнитного поля, создаваемого электромагнитом. А при воспроизведении записи наблюдается процесс обратный записи: намагниченная лента возбуждает в магнитной головке электрические сигналы, которые после усиления поступают дальше в динамик.
Человеческая цивилизация за время своего существования нашла множество способов фиксировать информацию. С каждым годом ее объемы растут в По этой причине меняются и носители. Именно об этой эволюции и пойдет речь ниже.
Пережитки прошлого
Древнейшими памятниками человеческой деятельности можно считать наскальные рисунки, на которых изображались животные, бывшие целями охоты. Первые материальные носители информации были природного происхождения.
Настоящим прорывом можно считать появление письменности у шумеров, живших в современном Ираке и использовавших не камень, а глиняные таблички, которые обжигались после письма. Таким образом, их сохранность значительно увеличивалась. Однако скорость, с которой фиксировались знания, была крайне малой.
Также можно отметить египетский папирус, воск, шкуры, на которых впервые начали писать в Персии. В Азии использовался бамбук и шелк. Древние индейцы имели уникальную систему узелкового письма. На Руси в ходу была береста, которую и сегодня находят археологи.
Бумага
Бумажные носители информации совершили переворот, масштаб которого сложно переоценить. Несмотря на то что первые аналоги целлюлозного материала были получены китайцами еще во II веке, общедоступным он стал только в XIX столетии.
С бумагой связано и появление книг. В 1450-ых немецкий изобретатель изобрел ручной типографский станок, с помощью которого издал два экземпляра Библии. Эти события послужили точкой отсчета для новой эпохи массового книгопечатания. Именно благодаря ему знание перестало быть уделом тонкой прослойки человечества, а стало доступным для каждого желающего.
Сегодняшняя бумага бывает газетной, офсетной, мелованной и т. д. Ее выбор зависит от конкретных целей. И хотя белое полотно пользуется спросом как никогда, свое инновационное положение оно уже уступило.
Перфокарты и перфоленты
Следующий толчок в своем развитии информационные носители получили в начале XIX века, когда появились первые картонные перфокарты. В определенных местах ставились отверстия, с помощью которых считывались данные. Первоначально технология использовалась для управления
Интерес к новинке возрос после того, как в США ее стали использовать для более удобного и быстрого подсчета результатов переписи населения страны в 1890 году. Производством карт занималась компания IBM в будущем ставшая пионером компьютерных технологий. Расцвет технологии пришелся на середину XX века. Именно тогда стала распространяться систематизировавшая и обобщившая самые разные данные.
Первые машинные носители информации представляли собой также и перфоленты. Производились они из бумаги и использовались в телеграфах. Благодаря своему формату ленты позволяли легко производить ввод и вывод. Это сделало их незаменимыми вплоть до появления магнитных конкурентов.
Магнитная лента
Как бы не были хороши прежние внешние носители информации, они не могли воспроизводить то, что фиксировали. Данная проблема была решена с появлением магнитной ленты. Она представляла собой гибкую основу, покрытую несколькими слоями, на которых и записывается информация. В качестве рабочей среды выступали различные химические элементы: железо, кобальт, хром.
Магнитные носители информации сделали рывок в звукозаписи. Именно эта инновация позволила новой технологии быстро прижиться в Германии в 30-ые годы. Прежние устройства (фонографы, граммофоны, патефоны) отличались механическим характером и были не практичны. Большое распространение получили магнитофоны катушечного и кассетного типа.
В 50-ые годы были предприняты попытки использовать данные разработки как компьютерные носители информации. Магнитные ленты внедрялись в персональные компьютеры в 80-ые годы. Их популярность в целом объяснялась такими преимуществами. как большая емкость, сравнительная дешевизна производства и низкое энергопотребление.
Недостатком лент можно считать срок годности. С течением времени они размагничиваются. В лучшем случае данные сохраняются на 40 - 50 лет. Тем не менее, это не помешало формату стать популярным во всем мире. Отдельно стоит упомянуть о видеокассетах, расцвет которых пришелся на окончание XX века. Магнитные носители информации стали основой теле и радиовещания нового типа.
Жесткие диски
Тем временем развитие отрасли продолжалось. Информационные носители большого объема требовали модернизации. Первые жесткие диски или винчестеры были созданы в 1956 году силами IBM. Однако они были непрактичны. Их размер превышал ящик, а вес почти равнялся тонне. При этом объем хранимых данных не превышал 3,5 мегабайт. Однако в дальнейшем стандарт развивался, и к 1995 году была преодолена планка в 10 гигабайт. А еще через 10 лет в продаже появились модели Hitachi объемом в 500 гигабайт.
В отличие от гибких аналогов жесткие диски содержали алюминиевые пластины. Данные воспроизводятся посредством считывающих головок. Они не прикасаются к диску, а работают на расстоянии нескольких нанометров от него. Так или иначе принцип работы винчестеров похож на характеристики магнитофонов. Основная разница заключается в физических материалах, используемых для производства устройств. Жесткие диски стали основой персональных компьютеров. Со временем подобные модели стали выпускаться совмещенно вместе с накопителями, приводами и блоком электроники.
Помимо основной памяти, необходимой для содержания данных, жесткие диски обладают определенным буфером, необходимым для сглаживания скоростей чтения с устройства.
3,5-дюймовые дискеты
Одновременно с этим шло движение вперед в сфере малых форматов. Знание магнитных свойств пригодилось при создании дискет, данные с которых считывались с помощью специального дисковода. Первый подобный аналог был представлен IBM в 1971 году. Плотность записи на такие информационные носители составляла до 3 мегабайт. Основой дискеты был гибкий диск, покрывавшийся специальным слоем из ферромагнетиков.
Главное достижение - уменьшение физических размеров носителя - сделало данный формат главным на рынке на протяжении четверти века. Только в США в 80-е ежегодно производилось до 300 миллионов новых дискет.
Несмотря на массу преимуществ, новинка имела и недостатки - чувствительность к магнитному воздействию и малая емкость по сравнению с все увеличивающимися потребностями рядового пользователя компьютера.
Компакт-диски
Первым поколением оптических носителей стали компакт-диски. Их прообразом были еще грампластинки. Однако новые внешние носители информации производились из поликарбоната. Диск из этого вещества получил тончайшее покрытие из металла (золото, серебро, алюминий). Для защиты данных он покрывался специальным лаком.
Пресловутый CD был разработан силами Sony и запущен в массовое производство в 1982 году. В первую очередь формат получил бешеную популярность за счет удобной звукозаписи. Объем в несколько сот мегабайт позволил вытеснить сначала виниловые проигрыватели, а после и магнитофоны. Если первые уступали в объеме информации, то вторые отличались худшим качеством звука. Кроме того новый формат отправил в прошлое дискеты, которые не только вмещали меньше данных, но и были не слишком надежны.
Компакт-диски стали причиной революции в сфере персональных компьютеров. Со временем все гиганты отрасли (например, Apple) перешли на производство ПК вместе с дисководами, поддерживающими формат CD.
DVD и Blue-Ray
Оптические информационные носители первого поколения продержались на Олимпе хранения данных недолго. В 1996 году появился DVD, который по объему был больше своего предка в шесть раз. Новый стандарт позволил записывать видео большей длительности. Под него быстро подстроилась киноиндустрия. Фильмы на DVD стали общедоступными по всему миру. Принцип работы и кодирования информации по сравнению с компакт-дисками остался тот же.
Наконец в 2006 году был запущен новый, на сегодняшний день последний формат оптического носителя информации. Объем стал исчисляться сотнями гигабайт. Благодаря этому обеспечивается лучшее качество записи звука и видео.
Войны форматов
На протяжении последних лет участились конфликты между несовместимыми форматами хранения информации. Внешние носители разных производителей на очередном витке развития отрасли конкурируют между собой за монополию в формате.
Одним из первых подобных примеров можно назвать конфликт между фонографом Эдисона и граммофоном Берлинера в 10-е годы XX века. В дальнейшем подобные споры возникали между компакт-кассетами и 8-дорожечными аудиокассетами; VHS и Betamax; MP3 и AAC и т. д. Последней в этом ряду стала «война» между HD DVD и Blue-Ray, которая окончилась победой последнего.
Флеш-накопители
Примеры носителей информации не могут обойтись без упоминания USB-флеш-накопителей. Первый Universal Serial Bus был разработан в середине 90-х годов. На сегодняшний день существует уже третье поколение этого Шина позволяет присоединить к персональному компьютеру периферийное устройство. И хотя эта проблема существовала задолго до появления USB, решена она была только в последнее десятилетие.
Сегодня каждый компьютер обладает узнаваемым гнездом, с помощью которого к компьютеру можно подключить мобильный телефон, плеер, планшет и т. д. Быстрая передача данных любого формата сделало USB действительно универсальным инструментом.
Наибольшую популярность на основе данного интерфейса получили флеш-накопители или в просторечии флешки. Такое устройство обладает USB-разъемом, микроконтроллером, микросхемой, и светодиодом. Все эти детали сделали возможным держать в одном кармане гигабайты информации. По своему размеру флешка уступает даже дискетами, обладавшим объемом в 3 мегабайта. В разы увеличился объем устройств, где осуществляется хранение информации. Носители информации, напротив, имеют тенденцию к физическому уменьшению.
Универсальность разъема позволяет накопителям работать не только с персональными компьютерами, но и с телевизорами, DVD-проигрывателями и другими устройствами, обладающими технологией USB. Огромным преимуществом по сравнению с оптическими аналогами стала меньшая восприимчивость к внешнему воздействию. Флешке не страшны царапины и пыль, бывшие смертельной угрозой для CD.
Виртуальная реальность
В последние годы компьютерные носители информации уступают позиции виртуальной альтернативе. Так как сегодня легко подключить ПК к Глобально Сети, информация хранится на общих серверах. Удобства неоспоримы. Теперь чтобы получить доступ к своим файлам, пользователю вовсе не нужен физический носитель. Для взаимодействия с данными на расстоянии достаточно находиться в зоне доступа беспроводного Wi-Fi соединения и т. д.
Кроме того, данное явление помогает избежать недоразумений с выходом из строя физических накопителей, уязвимых к повреждениям. Удаленные сервера, связь с которыми поддерживается сигналом, не пострадают, а в случае непредвиденных ситуаций там существуют резервные хранилища данных.
Вывод
На протяжении всей истории - от наскальных рисунков до виртуальных бит - человек стремился сделать информационные носители объемнее, надежнее и доступнее. Это стремление привело к тому, что сегодня мы живем в эпоху, которую не без основания называют веком информационного общества. Прогресс дошел до того, что теперь люди в своей повседневной жизни просто захлебываются в потоке данных. Возможно информационные носители, виды которых все множатся, кардинально изменятся, согласно требованиям современенного человека.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФГБОУ ВПО ТУВИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИСТОРИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
Кафедра документоведения и архивоведения
Тема: Эволюция материальных носителей информации
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы заключается в том, что понятие "носитель информации" основано на двуединстве информации (сведений) и материального носителя (в виде символов, знаков, букв, волн и т. д.). Информация фиксируется в документах, которые придают ей организационную форму и перемещают ее во времени и пространстве.
Сведения "закрепляются" на материальном носителе или даже "привязываются" к нему и тем самым обособляются от создателя информации. В итоге мы получаем в качестве зафиксированной информации книгу, статью в журнале, картину, кинофильм, банк данных или иной массив документов (данных) на бумажном, машиночитаемом и иных носителях.
Материальный носитель - документ, содержащий данные с записанной на нем информацией, предназначенный для ее передачи во времени и пространстве. В качестве носителей, на которых вырезались, высекались и писались документы, использовались самые разные материалы.
Эволюция - развитие явления или процесса, в результате постепенных изменений, переходящих одно в другое без скачков и перерывов. Развитие наблюдается практически везде, и конечно эволюция не обошла стороной материальные носители информации.
Объектом исследования является материальный носитель информации.
Предмет работы - эволюция материальных носителей информации. Цель работы заключается в изучении эволюции материальных носителей информации.
раскрыть виды материальных носителей информации;
определить значение документов, полученных на различных материальных носителях;
изучить развитие материальных носителей, используемых в ДОУ.
Данная работа состоит из введения, двух глав, заключения, приложения и списка литературы.
Работа разделена по принципу:
в первой главе рассматриваются виды материальных носителей до ХХ века и их использование в ДОУ;
во второй главе - новейшие носители информации.
В ходе проделанной работы были изучены труды ведущих ученых в области документоведения и информатики: Н.Н. Кушнаренко, Д.С. Чернавского, Ф.А. Гедровича, Ю.А. Василевского.
ГЛАВА 1. ЭВОЛЮЦИЯ МАТЕРИАЛЬНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ИНФОРМАЦИИ С 40 ТЫСЯЧЕЛЕТИЯ ДО Н.Э. ПО ХХ В. Н.Э.
Человечество за тысячелетия своего существования накопило огромное количество информации. Мозг человека не в состоянии хранить такой объем ее и без искажения передавать. Появление письменности - одной из первых информационных технологий - стимулировало поиски и изобретение специальных материалов для письма. Однако на первых порах человек использовал для этой цели наиболее доступные материалы, которые можно было без особых усилий найти в окружающей природной среде: пальмовые листья, раковины, древесная кора, черепаховые щитки, кости, камень, бамбук и т.д.
Носители информации непрерывно совершенствовались, появились: пергамент, папирус, береста, бумага, фотопленка, перфорационные носители, магнитные, оптические носители. Любой вид материального носителя информации имеет свои достоинства и недостатки. Способы документирования информации и формы передачи информации модернизируются, становятся все более удобными в использовании .
Носители информации - это любой материальный объект (или среда), содержащий информацию, способный достаточно длительное время сохранять в своей структуре занесенную в него информацию - глина, камень, пергамент, папирус, кость, береста, бумага и другие носители. Носители информации в быту, науке (библиотеки), технике, общественной жизни применяются для записи, хранения, чтения, передачи (распространения).
Классификация носителей информации:
По основному назначению:
общего (широкого) назначения, например, бумага;
специализированные (например, только для цифровой записи);
По количеству циклов записи:
для однократной записи;
для многократной записи;
По долговечности:
для кратковременного хранения (накопления);
для долговременного хранения .
Появление письменности стимулировало поиски и изобретение специальных материалов для письма. Однако на первых порах человек использовал для этой цели наиболее доступные материалы, которые можно было без особых усилий найти в окружающей природной среде.
В настоящее время в музеях мира, частных коллекциях храниться не менее 500 тыс. носителей информации, обнаруженных археологами при раскопках древних городов Ассирии, Вавилона, Шумера .
1.1 Естественные носители информации
Стены пещер и камни как носители информации
Первыми носителями информации были стены пещер в эпоху палеолита. Наскальные изображения (рис. 1) и петроглифы (от греч. petros- камень и glyphe - резьба) изображали животных, охоту и бытовые сцены. К числу самых древних изображений на стенах пещер эпохи палеолита относятся и оттиски рук человека, и беспорядочные переплетения волнистых линий, продавленных в сырой пальцами той же руки. Это самые старые носители информации, известные сейчас, появление их относят примерно к 40 тысячелетию до н.э. .
Камень как носитель информации и зубило как инструмент для письма, в применении крайне неудобны. Хотя камень повысил сохранность информации, ее скорость и передача оставляли желать лучшего. Поэтому люди стали писать на том материале, который легче найти или изготовить. Вместе с тем позднее на камне выбивались письмена религиозного содержания, государственные указы, тексты культового назначения .
Глиняные таблички
Примерно в VII веке до н. э. в качестве материальных носителей информации стала пользоваться глина.
Глина - материальный носитель знаков письма, который обладал достаточной прочностью, к тому же был недорогим и легко доступным, а пластичность, удобство записи позволяла повысить эффективность записи, можно было без особого труда, ясно и отчетливо изображать знаки письма.
Глиняная табличка (рис.2) является древнейшим письменным инструментом, просуществовавшим почти без изменений тысячелетия. Такие таблички появились там, где возникла первая письменность - в Египте и Месопотамии. Они представляли собой деревянные дощечки со слоем сырой глины на лицевой поверхности. На глиняной табличке писали тростниковыми или костяными палочками. Затем табличку подсушивали. Благодаря тому, что слой глины был достаточно тонким, табличка при высыхании не растрескивалась и сохранялась в целости довольно долго. Надпись стирали, смачивая табличку водой и выравнивая глиняную поверхность. Если же письмена надо было сохранить надолго, табличку обжигали в печи. Надписи на обожженных табличках использовались для сохранения информации на долгое время, а таблички с сырой глиной - для повседневных целей .
Для изготовления глиняной таблички не требовалось ни специальной мастерской, ни денег. С глиняной табличкой связано возникновение первых школ и зарождение литературы. Глиняная табличка способствовала развитию общественного уклада, торговли, науки и искусства.
Именно они составили основы первых в истории библиотек, наиболее известной из которых является библиотека ассирийского царя Ашшурбанипала Ниневии.
Глина была тяжела для больших текстов, потребность в которых возрастала. Поэтому на смену ей должен был появиться другой носитель .
Металлические и костяные пластины
В качестве писчего материала египтяне, греки и римляне использовали для письма костяные и металлические пластины из бронзы или свинца. Путешественник Павсаний упоминает в своем труде «Описание Эллады» о поэмах Гесиода, записанных на свинцовых пластинах. На небольших пластинках из свинца писали письма - одно из таких посланий открыто на острове Березань совсем недавно. Древние греки, например, небольшие свинцовые пластинки с текстами, содержащими заклинания, или магическими формулами, отпугивающими злых духов, вкладывали вместе с покойником в могилу. Свинец имел определенные преимущества перед другими материалами - он надолго сохранял нанесенные на него знаки письма и меньше поддавался влиянию внешней среды. Писали по свинцу острым стержнем, металлическим или костяным .
Использование кости и металла содействовало дальнейшему развитию общественных отношений и прогрессу человеческой культуры. В Риме законы и постановления сената гравировались на бронзовых пластинах и выставлялись на всеобщее обозрение на Форуме. Ветераны римской армии при выходе в отставку получали документ о привилегиях, начертанный на двух бронзовых пластинах. Однако производство металлических пластин занимало много времени и требовало больших затрат, поэтому они использовались в особых случаях и были доступны только высшему сословию .
Восковые таблички
Более доступный материал для письма был придуман в Древнем Риме. Восковая табличка (рис. 3) - дощечка из твердого материала (самшит, бук, кость) с выдолбленным углублением, куда заливался темный воск. Готовились эти таблички из дерева или слоновой кости. На дощечке писали, нанося на воск знаки острой металлической палочкой - стилусом. В случае необходимости надписи можно было стереть, загладить, и воспользоваться дощечкой вторично.
В Древнем Риме употреблялись для письма, в Средневековье использовались главным образом для черновых заметок, деловых записей, писем, денежных расчетов. Складывались воском вовнутрь и соединялись по две (диптих) или три (триптих) штуки или по нескольку штук кожаным ремешком (полиптих) и получалась книжка, прообраз средневековых кодексов и дальний предок современных книг .
В условиях жаркого климата записи на восковых дощечках были недолговечны, однако некоторые оригиналы восковых табличек сохранились до наших дней (например, с записями французских королей). Сохранились и миниатюры с изображениями людей Средневековья, пишущих на них (например, изображение писательницы XII веке Хильдегарды Бингенской).
Кстати, выражение «с чистого листа» - «tabularasa» произошло благодаря тому, что периодически воскс дощечек счищали и покрывали им заново .
Во второй половине третьего тысячелетия появляется папирус (рис. 4), как материальный носитель информации.
Деревянные или бамбуковые «книги» были неудобны и тяжелы. Китайским императорам приходилось подписывать по 50 кг «документов» в день. Научившись склеивать из полосок тростника листы папируса, египтяне облегчили труд чиновника .
Папирус (греч. ???????), или Би?блиос это писчий материал, в древности использовавшийся в Египте и других странах, для изготовления папируса использовалось растение семейства Осоковых.
Сырьем для изготовления папируса служил тростник, растущий в долине реки Нил. При изготовлении писчего материала стебли папируса очищали от коры, сердцевину разрезали вдоль на тонкие полоски. Получившиеся полоски раскладывали внахлестна ровной поверхности.
На них выкладывали под прямым углом еще один слой полосок и помещали под большой гладкий камень, а потом оставляли под палящим солнцем. После сушки лист папируса отбивали молотком и выглаживали. Затем получившиеся листы папируса приклеивали один к другому; передний из них назывался протоколон (греч. ???????????). Листы в окончательной форме имели вид длинных лент и потому сохранялись в свитках (а в более позднее время - соединялись в книги (лат. codex)). Сторона, на которой волокна шли горизонтально, была лицевой (лат. recto) .
Когда основной текст становился не нужен, обратная сторона могла быть, например, использована для записи литературных произведений (часто, впрочем, ненужный текст просто смывали). В Древнем Египте папирусы появились еще в додинастическую эпоху, вероятно, одновременно с изобретением письма. На папирусах писали скорописью, сначала иератическим письмом, а в I тыс. до н. э. - демотическим. Так, например, один из папирусов сохранил для нас «Афинскую политию» Аристотеля, от которой, в противном случае, было бы, известно, только название. На папирусах до нас дошло произведения Менандра, Филодема Гадарского, латинская поэма «Алкестида Барселонская».
Недостатком данного носителя являлось то, что со временем он темнел и ломался. Дополнительным недостатком стало, то египтяне ввели запрет на вывоз папируса за границу .
Свое положение основного писчего материала в Европе и на Ближнем Востоке папирус стал утрачивать в VIII веке. Больше 200 лет папирусные свитки не хранились, и со временем их в качестве основного материала сменил другой носитель .
Пергамент
Недостатки носителей информации (глина, папирус, воск) стимулировали поиск новых носителей. На этот раз сработал принцип «все новое - хорошо забытое старое». Люди начали производство материала для письма из кожи животных - пергамента. Достоинства нового носителя - высокая надежность хранения информации (прочность, долговечность, не темнел, не пересыхал, не трескался, не ломался), многоразовость .
Пергамент (рис.5) представляет собой недубленую выделанную кожу животных - овечью, телячью или козью.
В период зарождения печатного дела был короткий период, когда пергамент и бумага использовались взаимозаменяемо: хотя большая часть Библии Гутенберга отпечатана на бумаге, сохранились и пергаментные версии.
Бурный рост книгопечатания в Средние века привел к сокращению использования пергамента, так как его цена и сложность изготовления, а также объем производства уже не удовлетворяли потребностей издателей. Отныне и по наши дни пергамент стал использоваться в основном художниками и в исключительных случаях для книгоиздания. Средние века знали два основных сорта пергамена: собственно пергамен (лат. pergamen) и веллум (лат. vellum, также велень, от франц. velin). На велен шли шкуры новорожденных и особенно мертворожденных ягнят и телят.
В Российской национальной библиотеке хранится рукопись святого Августина, писаная на превосходном, мягком и тонком, почти белом пергаменте, выделка которого представляет своего рода совершенство. К писцам и художникам пергамент поступал разрезанным и, как правило, собранным в тетради. Преимущество пергамента над папирусом заключается в том, что на пергаменте можно писать с обеих сторон листа, а кроме того, его можно использовать повторно. С 40-го тысячелетия до н.э. по н.э. материальные носители проделали очень большой путь - начиная от каменных носителей и скал и заканчивая во II веке до н.э. пергаментом .
Материальные носители из дерева
Другим материалом растительного происхождения, использовавшимся, главным образом, в экваториальной зоне была тапа. Она изготавливалась бумажного шелковичного дерева, в частности, из лыка, луба. Лыко промывалось, очищалось от неровностей, затем отбивалось молотком, разглаживалось и просушивалось. Знаки наносились процарапыванием. Римляне в самую раннюю пору своей истории, когда письменность только входила у них в употребление, писали на древесном лыке. Носители информации римского письма на этом материале не сохранились, но ближайшим аналогом могут, по-видимому, послужить берестяные грамоты .
Береста - широкое распространение с XII века
В поисках более практических носителей информации люди пробовали писать на дереве, его коре, листьях, коже, металлах, кости. В странах с жарким климатом часто использовали высушенные и покрытые лаком пальмовые листья. На Руси же самым распространенным материалом для письма была береста (рис. 6) - определенные слои коры березы .
Так называемая берестяная грамота, кусок бересты с выцарапанными знаками, была найдена археологами 26 июля 1951 года на раскопках в Новгороде. О том, что береста использовалась в древней Руси для письма, имелись и письменные свидетельства - об этом упоминает Иосиф Волоцкий в рассказе об обители Сергия Радонежского .
Археологи обнаружили даже миниатюрную берестяную книжечку их 12 страниц, размером 5х5 см, в которой двойные листы сшиты по сгибу. Подготовка бересты к процессу записи была не сложной. Предварительно ее кипятили, затем соскабливали внутренний слой коры и обрезали по краям. В результате получался материал основы документа в виде ленты или прямоугольника. Обычно использовалась для письма внутренняя сторона бересты, более гладкая. Грамоты сворачивались в свиток. При этом текст оказывался с наружной стороны. Тексты берестяных писем выдавливались с помощью специального инструмента - стилоса, изготовленного из железа, бронзы или кости .
На сегодняшний день таких находок более 700, они свидетельствуют, что в древнем Новгороде не только знатные люди, но даже крестьяне и ремесленники знали грамоту.
На бересте писали не только в Древней Руси, но и в Центральной и Северной Европе. Обнаружены берестяные грамоты на латыни. Известен случай, когда в 1594 году 30 пудов бересты для письма было продано нашей страной в Персию .
Для больших текстов древние римляне использовали ткани. Древнейшие религиозные тексты, содержавшие, как можно предполагать, описание обрядов при жертвоприношении, назывались «либрилинтеи», льняные книги. Они сохранились в храме Юноны Монеты.
Как и в других странах, в Юго-Восточной Азии испробовали множество разных способов записи и сохранения информации: 1. Выжигание на узких бамбуковых пластинах со скреплением шнурами в «бамбуковые книги» (недостаток - занимают много места, низкая износостойкость шнуров);
Письмо на:
шелке (недостаток - дороговизна шелка),
сшиваемые в «книгу» листья пальм (бумажный лист современной книги называется так в память о своем пальмовом прототипе) . 1.2. Искусственные носители информации
Бумага. В начале II века н.э. появляется бумага (рис.7) (предположительно от итал. Bambagia - хлопок) - материал в виде листов для письма, рисования, упаковки и т. п., получаемый из целлюлозы: из растений, а также из вторсырья (тряпья и макулатуры).
Китайские летописи сообщают, что бумага была изобретена в 105 году н. э. Цай Лунем. Однако в 1957 году пещере Баоця северной провинции Китая Шаньси обнаружена гробница, где были найдены обрывки листов бумаги. Бумагу исследовали и установили, что она была изготовлена во II веке до н.э.
До Цай Луня бумагу в Китае делали из пеньки, а еще раньше из шелка, который изготавливали из бракованных коконов шелкопряда.
Цай Лунь растолок волокна шелковицы, древесную золу, тряпки и пеньку. Все это он смешал с водой и получившуюся массу выложил на форму (деревянная рама и сито из бамбука). После сушки на солнце, он эту массу разгладил с помощью камней. В результате получились прочные листы бумаги.
После изобретения, процесс производства бумаги стал быстро совершенствоваться. Стали добавлять для повышения прочности крахмал, клей, естественные красители и т. д..
В начале VII века способ изготовления бумаги становится известным в Корее и Японии. А еще через 150 лет через военнопленных попадает к арабам.
В VI-VIII веках производство бумаги осуществлялось в Средней Азии, Корее, Японии и других странах Азии. В XI-XII веках бумага появилась в Европе, где вскоре заменила животный пергамент. С XV-XVI веков, в связи с введением книгопечатания, производство бумаги быстро растет. Бумага изготовлялась весьма примитивно - ручным размолом массы деревянными молотками в ступе и вычерпкой ее формами с сетчатым дном.
Большое значение развития производства бумаги имело изобретение во второй половине XVII века размалывающего аппарата - ролла. В конце XVIII века роллы уже позволяли изготавливать большое количество бумажной массы, но ручной отлив (вычерпывание) бумаги задержал рост производства.
В 1799 году Н.Л. Робер (Франция) изобрел бумагоделательную машину, механизировав отлив бумаги путем применения бесконечно движущейся сетки. В Англии братья Г. и С. Фурдринье, купив патент Робера, продолжали работать над механизацией отлива и в 1806 году запатентовали бумагоделательную машину.
К середине XIX века бумагоделательная машина превратилась в сложный агрегат, работающий непрерывно и в значительной мере автоматически.
В ХХ веке производство бумаги становится крупной высокомеханизированной отраслью промышленности с непрерывно-поточной технологической схемой, мощными теплоэлектрическими станциями и сложными химическими цехами по производству волокнистых полуфабрикатов .
Производство бумаги складывается из следующих процессов: - приготовление бумажной массы (размол и смешение компонентов, проклейка, наполнение и окраска бумажной массы);
выработка бумажной массы на бумагоделательной машине (разбавление водой и очистка массы от загрязнений, отлив, прессование и сушка, а также первичная отделка);
окончательная отделка (каландирование, резка);
сортировка и упаковка.
Стойкость к старению обеспечивают:
натуральная бумага или бумага - основа для мелования, на 100 % изготовленная из отбеленной целлюлозы;
значение pH <#"justify">ГЛАВА 2. ЭВОЛЮЦИЯ МАТЕРИАЛЬНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ИНФОРМАЦИИ ОТ ХХ ВЕКА ПО НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ
К носителям ХХ века относят носители для записи электрическим способом.
Имеют значительное преимущество перед бумажными (листы, газеты, журналы) по объему и удельной стоимости. Для хранения и предоставления оперативной (не долговременного хранения) информации - имеют подавляющее преимущество, также имеются значительные возможности по предоставлению и в удобном потребителю виде (форматирование, сортировка).
Недостаток - малый размер экрана (или значительный вес) и хрупкость устройств считывания, зависимость от источников электропитания .
В настоящее время электронные носители активно вытесняют бумажные, во всех отраслях жизни, что приводит к значительному сбережению древесины. Минусом их является то, что для считывания и для каждого типа и формата носителя необходимо соответствующее ему устройство считывания .
2.1 Виды материальных носителей информации от XX века по настоящее время
Магнитофон. В начале XX века продолжает совершенствоваться техника звукозаписи - появляется магнитофон (рис.10). В 1900 году публике был впервые представлен магнитофон, в котором звук записывался путем намагничивания участков проволоки. Час записи в начале XX века требовал 7 километров проволоки весом около 2 центнеров .
Перфокарты. С середины XX века появляются перфокарты (рис.11). Первые вычислительные машины в 20-50-х годах прошлого века все еще имели много общего со старинными шкатулками. Носители информации в те времена не знали понятий «удобство» и «высокая плотность записи». Данные загружались при помощи перфокарт - картонных карточек с проделанными в них отверстиями. Информация записывалась и считывалась согласно определенным схемам, но в основе лежал двоичный код: наличие отверстия -1, отсутствие - 0 .
Жесткий диск
Следующим на арену вышел жесткий диск (рис. 12). Случилось это в 1956 году, когда IBM начала продажи первой дисковой системы хранения данных - 305 RAMAC. Чудо инженерной мысли состояло из 50 дисков диаметром 60 см и весило около тонны. Объем жесткого диска по тем временам был просто феноменальным - целых 5 МБ.
Главное преимущество новинки заключалось в высокой скорости работы: в системе RAMAC головка чтения или записи свободно «гуляла» по поверхности диска, так что данные записывались и извлекались заметно быстрее, чем в случае с магнитными барабанами.
В конце 60-ых годов IBM выпустила высокоскоростной накопитель с двумя дисками емкостью по 30 МБ. Объема в 60 МБ на тот момент было более чем достаточно, и производители накопителей стали работать над уменьшением габаритов моделей. К началу 80-ых винчестеры похудели до размеров сегодняшних 5,25-дюймовых приводов, а их цена упала до 2000 долларов за накопитель емкостью 10 МБ. К 1991 году максимальная емкость увеличилась до 100 МБ, к 1997 году - уже до 10 ГБ, в наше время максимальная емкость Винчестера составляет около 1 ТБ .
Компакт - диск
В середине 70-ых целый ряд крупных компаний приступил к разработке носителей информации принципиального нового типа - оптических накопителей. Выдающихся успехов на этом поприще добились компании Philips и Sony. Результатом их интенсивной работы стало появления стандарта CD (Compact Disk) (рис. 13), который был впервые продемонстрирован в 1980 году.
В продажу компакт-диски и соответствующие проигрыватели поступили в 1982 году. Благодаря феноменально низкой себе стоимости носителей формат CD сразу обрел популярность, однако в то время компакт-диски использовались только для хранения звуковой информации (до 74 минут аудио). Чтобы приспособить свое изобретение для работы с произвольными данными, компании Philips и Sony в 1984 году создали стандарт CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory). В результате один компакт-диск обрел возможность хранить до 650 МБ информации - огромная цифра на тот момент.
Со временем емкость носителей возросла до 700 МБ (или 80 минут аудио). В 1988 году компания TajyoYuden анонсировала формат записываемых дисков CD-R (Compact Disc Recordable).
В 1997 году появился формат CD-RW, позволяющий многократную перезапись данных на диске. В 1996 году на смену компакт-дискам пришел формат DVD (Digital Versatile Disc). По сути, это все тот же компакт-диск, но с увеличенной плотностью записи. Эффект был достигнут путем уменьшения размеров впадин и изменения типа лазера. Кроме того, у DVD может быть два рабочих слоя на одном диске. Объем однослойного диска составляет 4,7 ГБ, двухслойного - 8,5 ГБ. Разумеется, для работы с DVD-дисками были выпущены специальные приводы .
В 1997 году формат DVD пополнился дисками типа DVD-R и DVD-RW. Цена лицензии на эту технологию была очень высока, поэтому ряд компаний объединились в так называемый «DVD+RW Alliance» и в 2002 году выпустили диски стандартов DVD+R и DVD+RW. Многие старые DVD-приводы отказывались работать с дисками нового типа, но «самозванцам» все же удалось завоевать популярность. Сегодня DVD-R(W) и DVD+R(W) мирно сосуществуют, а современные приводы поддерживают оба формата .
Флэш-памяти Первый вариант флэш-памяти (Flash Erase EEPROM) был разработан в 1984 году компанией Toshiba. Четырьмя годами позже подобное решение информационного носителя было представлено и компанией Intel. Накопители на основе флеш-памяти называют твердотельными, т.к. они не имеют движущихся частей. Это повысило надежность флеш-памяти по сравнению с другими носителями.
Стандартные рабочие перегрузки равняются 15g, а кратковременные могут достигать 2000 g, т.е. теоретически карта должна превосходно работать при максимально возможных космических перегрузках и выдержать падения с трехметровой высоты. Причем в таких условиях гарантируется функционирование карты до 100 лет.
Стирание на этих картах происходит участками, поэтому нельзя изменить один бит или байт без перезаписи всего участка. Данные можно обнулять или в определенном минимальном размере, например, 256 или 512 байт, или полностью. Первыми флеш-накопителями были карты ATA Flash. Они изготавливались в виде PC Card со встроенным АТА контроллером. Потом начали выходить все новые и новые стандарты флеш-карт. Такие, как CompactFlashTypeI (CF I) и CompactFlashTypeII (CF II) - выпущены в 1994 году компанией SanDisk, представляют собой модификацию PC Card.
В 1995 году Smart Media Card (SMC) без встроенного контроллера разработаны компанией Toshiba .
год - Infineon Technologies (подразделение Siemens) создает Multi Media Card (MMC), они еще меньше, чем рассмотренные выше и весят они всего 1,5 г, поэтому и предназначены для портативных устройств. Позже компания Panasonic (Matsushita Electronic) вместе с SanDisk и Toshiba разработали стандарт Secure Digital (SD), которые снабжены средствами защиты от незаконного копирования .flash
В 2001 году появляется USB-flash (рис.14), эта карта состоит из защитного колпачка и собственно накопителя с USB-разъемом (внутри него размещаются одна или две микросхемы флеш-памяти и USB-контроллер) снабжены средствами защиты от незаконного копирования. Технологии не стоят на месте. В сфере оптических накопителей большие перспективы ожидают диски AO-DVD (Articulated Optica lDigital Versatile Disc), работа над которыми кипит в недрах компании Iomega. В основе разработки лежит идея использования наноструктур - участков диска с размерами меньшими, чем длина волны лазерного излучения. При этом сами участки могут располагаться под разными углами наклона. В итоге считывание информации происходит путем анализа характера распределения отраженного луча. В теории объем диска AO-DVD может превысить отметку в 800 ГБ .
Достаточно давно ведутся разработки в сфере голографической памяти. Наибольших успехов здесь достигла компания Optware. Она уже успела представить публике прототипы дисков формата HVD (Holographic Versatile Disc). Вполне возможно, что через несколько лет именно они придут на смену Blu-ray и HD DVD. Голографический диск состоит из нескольких отражающих слоев разного типа, а для их чтения используются сразу два лазера. Не вдаваясь в технические подробности, отметим, что теоретический объем HVD может достигать 3,9 ТБ.
Совсем скоро на смену флэш-накопителям придет память типа PRAM. Она не сулит невероятных объемов хранимой информации, а вместо этого предложит возросшее быстродействие. Другая перспективная технология, FeRAM (Ferroelectric Random Access Memory), пока что находится в стадии начальной разработки. В ее основе лежит использование ферромагнитных конденсаторов в качестве ячеек памяти и молекул воды для изоляции этих ячеек. Плотность записи у такого накопителя можно будет довести до нескольких тысяч терабайт на квадратный сантиметр.
Какие-то технологии не получат распространения и будут преданы забвению. Однако одно ясно точно: вместимость и скоростные показатели носителей информации растут быстрее день ото дня, и спада в их развитии в ближайшем будущем не намечается .
Таким образом, способы документирования информации и формы передачи информации модернизируется, становятся все более удобными в использовании.
Сегодня практически каждый человек, идя на работу, учебу, просто по делам имеет при себе в кармане USB-flash или маленькую карту памяти, на которой у него записаны фотографии детей, семьи, родственников, нужные документы и материалы, любимый плейлист и т.п.
А наскальную роспись не положишь в карман, чтобы посмотреть ее, но эти носители информации являются общечеловеческим наследием .
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Заканчивая свою работу, хотела выделить основные направления развития материальных носителей информации:
увеличение объема полезной информации;
улучшение качества технического оборудования;
долговременное сохранение информации;
длительность и надежность хранения документов.
Любой вид материального носителя информации имеет свои достоинства и недостатки .
Наиболее распространенный в настоящее время материальный носитель документированной информации - бумага, обладает относительной дешевизной, доступностью, удовлетворяет необходимым требованиям по своему качеству и т.д.
Однако в то же время бумага является горючим материалом, боится излишней влажности, плесени, солнечных лучей, нуждается в определенных санитарно-биологических условиях. Использование недостаточно качественных чернил, краски приводят к постепенному угасанию текста на бумаге .
Материальные носители документированной информации требуют, таким образом, соответствующих условий для их хранения. Однако это далеко не всегда соблюдалось и соблюдается. В результате из ведомственных архивов на государственное хранение в нашей стране документы поступают с дефектами.
В 1920-е годы количество дефектов достигало 10-20 %, с 1950-х годов стало уменьшаться от 5 до 1 %, в 1960-1980-е годы было на уровне 0,3-0,5 % (хотя в абсолютных цифрах это составляло 1-2,5 млн. документов).
В 1990-е годы хранение документов в ведомственных архивах вновь ухудшилось, как и впервые десятилетия существования советской власти. Все это оборачивается значительными материальными потерями, поскольку в архивах и библиотеках приходится создавать и содержать дорогостоящие лаборатории, которые занимаются реставрацией бумажных носителей.
Приходится также изготавливать архивные копии документов с угасающим текстом и т.п..
Для магнитных носителей (лент, дисков, карт и др.) характерна высокая чувствительность к внешним электромагнитным воздействиям. Они также подвержены физическому старению, изнашиванию поверхности с нанесенным магнитным рабочим слоем (так называемое «осыпание»). Магнитная лента со временем растягивается, в результате чего искажается записанная на ней информация .
Техническое и логическое старение приводи к тому, что значительная масса информации на электронных носителях безвозвратно утрачивается. В дальнейшем произойдет совершенствование материальных носителей информации, позволит использовать и выделит более экономные технологии для их производства. Поэтому через пару лет, обязательно появится еще что-нибудь новейшее. А пока будем хранить информацию на том, что есть и ждать новых изобретений .
ЛИТЕРАТУРА
1.Банасюкевич В.Д., Устинов В.А. Актуальные научные проблемы обеспечения сохранности архивных документов \\ Отечественные архивы. 2000, №1, с. 218.
.Большой энциклопедический словарь/ А. М. Прохоров. - изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Большая российская энциклопедия; СПб: Норинт, 1999, с. 572.
.Борухович В.Г. В мире античных свитков. /Под ред. Э.Д. Фролова. - Саратов, Изд. Саратовского университета, 1976, с. 264.
.Василевский Ю.А., Носители магнитной записи. М.: Искусство, 2003, с. 279.
.Гедрович Ф.А., Цифровые документы: проблемы обеспечения сохранности // Вестник архивиста.- 2006. -№ 1, с. 183.
.Древнерусские письменные источники X - XIII вв./ Под ред. Я.Н. Щапова, М.: Наука, 1991, с. 216.
.Ильюшенко М.П., Кузнецова Т.В., Лившиц Я.З. Документоведение. Документ и система документации. - М.: МГИАН, 1977, с. 319.
.История древнего Востока/ под ред. В.И. Кузищина, М.: Высшая школа, 2001, с. 204.
.Краткая всемирная история. /Под ред. А.З. Манфреда.- Наука, 1986, с. 235.
.Кузнецов С.Л. Новое в законодательстве по автоматизации делопроизводства. // Делопроизводство. - 2007, с. 214.
.Крамер С.Я. История начинается В Шумере. - М., Наука, 1985, с. 107.
.Кушнаренко Н.Н. Документоведение: Учебник для вузов. Изд. 4-е, изд., стер.- К.: Знания, 2007, с. 385.
.Ларин М.В. Управление документацией и новые информационные технологии. М: Научная книга, 2001, с. 197.
.Левин В.И. Носители информации в цифровом веке / Под общ. ред. Д.Г. Красковского. - М.: Компьютер Пресс, 2000, с. 251.
.Орлов А.С., Георгиев В.А., Георгиева Н.Г., Сивохина Т.А. Хрестоматия по истории России с древнейших времен до н.э. - М.: Проспект, 2006, с. 456.
.Пашин С.С. Русские документы XII - XVII веков: учебное пособие - Тюмень: Издательство ТюмГУ, 2006, с. 337.
.Татиев Д.П. Бумага и переплетные материалы. М.: 1972, с. 138.
.Чернавский Д.С. Синергетика и информация (динамическая теория информации) - М.: Едиториал УРСС,- 2004, с. 253.
.Чудинов В.А. Загадки славянской письменности. - М.: Вече, 2002, с. 121.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Рис. 1 - Наскальное изображение
Рис. 2 - Глиняная табличка
Рис. 3 - Восковая табличка
Рис. 4 - Папирус
Рис. 5 - Пергамент
Рис. 6 - Береста
Рис. 7 - Бумага
Рис. 8 - Фонограф
Рис. 9 - Патефон
Рис. 10 - Магнитофон
Рис. 11 - Перфокарта
Рис. 12 - Жесткий диск
Рис. 13 - CompactDisk
Рис. 14 - USB-flash
Репетиторство
Нужна помощь по изучению какой-либы темы?
Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку
с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.
