Цифровое хранение данных: 60 лет прогресса

    За всю историю человечества не было, пожалуй, столь быстро развивающейся отрасли знаний, как информационные технологии. За истекшие лет 60 (думаю активное развитие IT можно отсчитывать как раз с появления первых ЭВМ, несмотря на более ранние изобретения) чего только не было опробовано, начиная с компьютеров на троичной логике, и, заканчивая процессорами, заточенными на конкретные языки программирования. Неразрывно со всей отраслью развивалась и индустрия хранения данных, и именно в этой области было сделано несколько интересных изобретений, о которых я бы и хотел рассказать.

    Много лет назад, когда я читал «Дверь в лето» Хайнлайна (одно из лучших произведений в фантастике) меня очень удивили описанные там «лампы Фрезена», вот как их описывал автор:

    «Они применялись в межконтинентальных ракетах и системах регулирования уличного движения, как например, в Лос-Анджелесе. Объяснять их устройство нет нужды: наверное, даже в лабораториях „Белл Корпорейшн“ не все разбираются в этом. Коротко, суть их действия сводится к тому, что вы можете вмонтировать лампу в тот или иной механизм, „показать“ ему какое-то действие, а лампа „запомнит“ его и в дальнейшем сможет управлять этой операцией уже без участия человека».

    Неправда ли, напоминает современные полупроводниковые решения? Но самое удивительное в том, что у этих «ламп Фразена» были уже забытые прототипы из реальной жизни: селектроны, которые еще в честь изобретателя называли «трубками Райхмана».

    Селектроны были не так универсальны и малы, как их отражение в фантастическом романе: размер селектрона, обладавшего емкостью 4096 байт, составлял примерно 25 сантиметров в высоту, и 8 сантиметров в диаметре. Еще к негативным факторам можно было отнести нереально высокую сложность в изготовлении и цену получавшихся изделий. Так, например, упрощенный селектрон на 256 бит стоит 500 долларов, что по меркам 40-х годов было огромной суммой. Именно вследствие этого, селектроны и подобные им трубки Уильямса были в начале 50-х вытеснены дешёвыми элементами памяти на магнитных сердечниках.

    image image



    Параллельно с началом развития ЭВМ, возникла необходимость в простом и недорогом решении для внешней памяти. Им стало известное уже много лет решение в виде перфокарт. Не буду углубляться в историю и рассказывать о ткацких станках Жаккарда, в которых перфокарты были впервые использованы, но вот не упомянуть нашего замечательного соотечественника Семена Николаевича Корсакова, решительно невозможно. Еще в начале 19 века он изобрел и сконструировал ряд механических устройств, работавших на основе перфокарт и предназначавшихся для классификации и обработки информации. Таким образом, его можно считать одним из основоположников российской (и не только) кибернетики.

    image

    Возвращаясь ближе к теме ЭВМ, стоит отметить что разработанные в 1921 году 80-байтные перфокарты размером 187 х 83 мм, которые видели почти все, были далеко не единственным стандартом. Так, например, в начале 70-х, IBM представили 96-колоночную перфокарту, позволявшую хранить 64 байта. У меня они почему-то четко ассоциируются с MiniSD картами :)

    В 1928 году Powers/Remington предложили свой стандарт перфокарт, известный так же как «90-столбцовые перфокарты». Они использовали 2 ряда отверстий и более сложную кодировку по сравнению с решением от IBM.

    Интересной идеей были так называемые «апертурные карты» — перфокарты со встроенным фрагментом фотопленки, на которой обычно хранился какой-то чертеж. Информация же на карте являлась метаданными этого чертежа, позволяя быстрее обрабатывать их в архивах (и это задолго до изобретения EXIF).

    Для мобильного применения в IBM выпускали интересное устройство Port-A-Punch, представлявшее собой мобильный (помещавшийся в карман) перфоратор, позволявший заносить информацию на перфокарты «на ходу». Такой себе аналог электронных записных книжек, мечта любого гика начала 60-х.

    В 65-м году «Движение за свободу слова» избрало перфокарты как символ «системы», с которой они боролись, так как по их мнению перфокарты, которые использовались в системах учета людей — превращали людей в однородную массу, которой легко управлять и манипулировать. Как тут не провести параллель с современной ситуацией с RFID метками и яростными борцами с ними?

    Перфокарты естественным путем эволюционировали в перфоленту, которая была удобней в хранении и проще в обработке.

    В то время, как перфокарты и ленты являлись памятью внешней, в роли внутренней памяти широко использовались магнитные барабаны. Они похожи на современные жесткие диски, с той разницей, что информация сохранялась не на поверхности пластины, а на цилиндрическом, постоянно вращающемся барабане. Для работы с ним использовался целый ряд головок чтения/записи, каждая из которых располагалась на своей дорожке. Контроллер просто ждал, когда нужные данные окажутся под соответствующей головкой и после этого выполнял нужные операции чтения/записи. В общем, главной скоростной характеристикой жестких дисков тех времен являлась скорость вращения магнитного барабана. Именно тогда появились разнообразные техники оптимизации записи с пропусками, рассчитанными таким образом, чтоб следующая порция данных оказывалась под головками как раз в тот момент, когда программа была готова их обработать. Эта технология чередования (или interleaving) до сих пор иногда используется в разных устройствах хранения данных. Еще одним отголоском тех времен является название раздела свопа в некоторых BSD системах /dev/drum

    Вскоре, магнитные барабаны эволюционировали в знакомые нам жесткие диски, первым из которых стал разработанный в 1956 году IBM Model 350 Disk File, содержавший 50 24-дюймовых пластин, позволявших хранить около 5 мегабайт данных. Я думаю, каждый видел фото, на котором его выгружают из самолета с помощью автопогрузчика. Первым же диском, перешагнувшим рубеж в 1 Гб стал IBM 3380, выпущенный в 1980 году. Обладая емкостью до 2.5 Гб, он так же поражал и ценой — от 81 до 142 тысяч долларов.

    image

    В начале 70-х (точнее в 1972 году) MCA и Philips представили первый лазерный диск, из интересных фактов стоит упомянуть, что он был диаметром 30 см, запись на него была аналоговой и в итоге — лазердиски проиграли войну VHS кассетам (чтобы потом триумфально вернуться в виде цифровых CD носителей).

    Кстати, не стоит забывать и про магнитные ленты, которые были впервые использованы в качестве внешней памяти компьютеров UNIVAC. Скорость чтения тяжеленной (их делали из метала) ленты длиной 365 метров составляла около 7200 символов в секунду. Позже появились ленты из полимерных материалов, что сделало бобины заметно легче.

    В 1952 году была запатентована идея бесконечно закольцованной магнитной ленты, помещенной в специальный футляр, а уже в 1962 году началось производство первых кассетных магнитофонов. В 1963 году Philips выпустили на рынок всем знакомые кассеты, назвав их Compact Cassette. Так как в Philips отказались от лицензионных сборов за этот формат (опасаясь ответного хода от Sony), кассеты этого формата стали очень популярны и выдавили с рынка практически всех конкурентов. Не буду углубляться в особенности использования обычных кассет в роли хранилища данных — думаю многие отлично помнят Спектрумы. Были также разные специализированные решения, а стриммеры (так называются ленточные накопители для хранения компьютерных данных) используются до сих пор.

    image

    Современные стриммеры работают с кассетами емкостью более 1 терабайта (LTO-5), и подключатся с помощью технологии Serial Attached SCSI (о ней я тоже думаю рассказать потом). Не так давно, в IBM Research и Fujifilm представили картриджи емкостью до 35 терабайт, так что эту технологию еще рано списывать со счетов. В мире больших корпораций и их датацентров (ЦОДов) довольно часто можно встретить ленточные библиотеки (более дешевый вариант называется Tape Loader, или ленточный загрузчик). В таких устройствах робот-манипулятор достает с полочек кассеты и загружает их в стримеры, которых также может быть несколько.

    image

    Говоря про историю хранения данных, нельзя не упомянуть и про технологию, до сих пор 100% ассоциирующуюся с хранением данных. Эта технология называется RAID и была представлена в 1987 году, отпраздновав, таким образом в 2012 году свой 25-летний юбилей. По словам одного из создателей технологии Гарта Гибсона (основателя компании Panasas), RAID был придуман изначально не для получения отказоустойчивости, а для увеличения производительности. Компьютер университета, в котором трудились создатели технологии простаивал большую часть времени, так как средства ввода информации тогда, как и сейчас, были значительно более медленными, чем вычислитель.

    История IT полна не только забытых фактов, но и малоизвестных компаний, как ушедших со сцены, так и вполне успешных и делающих очень много в своей отрасли. Если говорить о хранении данных, в качестве примера стоит привести LSI. Компания эта была основана Вилфредом Корриганом под названием LSI Logic в 1981 году в Калифорнии. Спустя несколько лет LSI удалось разработать первую в ИТ-индустрии линейку продуктов ASIC. Эта аббревиатура расшифровывается как application-specific integrated circuit – интегральная схема для специфического применения, другими словами интегральная схема для решения конкретной задачи. Одним из явных примеров ASIC как раз и являются RAID-контроллеры. Современные ASIC часто содержат полноценный 32-битный процессор и блоки памяти (как ПЗУ, так и ОЗУ), их часто называют система на чипе (System-on-a-Chip).

    image

    В настоящий момент компания LSI является одним из ведущих производителей полупроводников и программного обеспечения для ускорения систем хранения данных и сетей в центрах обработки данных.

    В дальнейшем я продолжу рассказывать о неизвестных сторонах хранения данных и о многом другом.
    AdBlock has stolen the banner, but banners are not teeth — they will be back

    More
    Ads

    Comments 31

      +5
      Спасибо за интересный пост
      +7
      Ради всего, не надо делать из России родину слонов. Почему именно этого товарища надо считать отцом-основателем? Перфоленты активно использовались, и в первейшую очередь для описания работы швейных станков. Второе активное применение — механические пианино.

      Именно попытка генерализации работы подобных устройств в применении к криптографии и привела Алана Тьюринга к описанию работы универсальной машины, именно потому абстрактная машина Тьюринга работает с лентой.

      Но, разумеется, мы не можем сказать, что Тьюринг (буржуй и пи… рас) стал основателем кибернетики, нам надо обязательно найти кого-нибудь русского, чтобы гордиться, хоть мы и гнобили кибернетику, хоть и просрали все полимеры на распиле (в старом смысле слова) микросхем, но основали-то мы, так что ого-го-го, а не хрен собачий.
        +6
        а никто и не делает. в статье четко написано, что впервые они были использованы именно в ткацких станках. и про это многие знают.
        но тем не менее — это не повод не упомянуть талантливого соотечественника, который внес большой вклад в развитие того, что в будущем станет IT. никто ни из кого не делает первооткрывателя и не присваивает Корсакову чужую славу. но он много сделал, и отмечен в статье. так и написано: стал одним из основателей
        тем более жил он и работал задолго до тьюринга.

        не понимаю желания смешать человека с говном просто потому что он таки был нашим соотечественником.
          –3
          Можно уточнить, что именно г-н Корсаков привнёс в будущие компьютеры? Что-то я не слышал такой фамилии в контексте каких-либо решений. Аристотеля слышал, Евклида слышал, Чебышева слышал, Лобачевского слышал, фон Неймана слышал, а вот Корсакова нет.
            +1
            как говорил мой преподаватель по высшей математике: «не стыдно не знать, стыдно не хотеть узнать».
            забиваем в гугл ФИО Семена Николаевича (раз уж вам это так сложно), и находим статью в википедии: ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D1%80%D1%81%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%B2,_%D0%A1%D0%B5%D0%BC%D1%91%D0%BD_%D0%9D%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D0%B0%D0%B5%D0%B2%D0%B8%D1%87

            в которой все чудно-чудно расписано. да, я понимаю, что вы сейчас напишете что все его изобретения — вообще ерунда и никакого отношения к кибернетике не имеют, и так далее, но в целом — для своего времени вклад Корсакова немал.

              0
              В 1961 году М. И. Радовский опубликовал архивные документы Академии наук СССР, относящиеся к прошению Корсакова. В 1980-х годах публикации Радовского привлекли внимание профессора кафедры кибернетики Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» Геллия Николаевича Поварова, которому мы в большей степени обязаны осознанием значимости и повторным открытием изобретений Корсакова[3]. Оценка трудов Корсакова впервые была изложена Поваровом в 1982 году на семинаре по искусственному интеллекту, проходившем под руководством Е. А. Александрова в Центральном Доме культуры медицинских работников (г. Москва).

              Иначе говоря, он сделал что-то интересное, но про это почти никто не знал и никто не учитывал в своих работах => он не сильно повлиял на развитие кибернетики и информатики.
                +1
                ну, значит он был непризнанным гением. жаль, конечно, но менее гениальным он не становится (лично для меня)

                опять же — в статье не написано что прям — основоположник всея IT и т.п. но сложно отрицать что он придумал много интересного, и жаль что мы знаем про машины беббиджа и паскаля, а не машины корсакова
                  0
                  Наверное, потому что машины Паскаля считали, а у этих я не увидел никакого практического применения.

                  Кстати, Паскаль никак не может считаться «отцом компьютеров», ибо главным является не «машинка с шестерёнками», а исполнение _кода_. То есть волшебным образом машинка читает с перфоленты описание что ей делать. А внутри самой машинки нет никакой информации о том, что ей делать. Вот это обобщение и было самым крупным прорывом математики в реальный мир. Осознать, что на ленте могут быть не только данные, но и фактические операции, а точнее, что операции — это тоже данные — современному уму осознать грандиозность этой идеи почти невозможно, всё равно, что осознавать грандиозность идеи сопоставления картинки и звука на регулярной основе.
                    0
                    никто не говорит про «отца компьютеров». а дальше — включайте голову и читайте, вы себе придумали какие-то тезисы, которых в исходной статье не было, и пытаетесь их героически оспаривать.
                      +3
                      Таким образом, его можно считать одним из основоположников российской (и не только) кибернетики.

                      Где? Кто? Как? Когда? В упор не вижу.
                        0
                        Отец русской кибернетики))))
                +7
                Специалист по гомеопатии, да. Если взять 128 бит и размешать их в 100 ЗБ информации, а потом взять из этих 100ЗБ и снова размешать, то на выходе у нас появится html с памятью php. Внутри там php не будет, но структура байтов обучится php и проявит особые свойства php.

                Спасибо.

                А по сути — он был один из множества изобретателей, которые не сумели сформулировать теорию. И более того, он не донёс это замечательное изобретение до соответсвующих кругов, то есть считать его «русским Тьюрингом» (или, там, Паскалем) явно не получается.
                  –3
                  открою страшную тайну — чайковский был геем. надеюсь сия грубая аналогия не требует пояснения?
                    +10
                    Вы хотите его записать вместе с Тьюрингом в гении по этому признаку?
                      0
                      да, значит даже все настолько грустно. поясняю на пальцах: то что человек был поборником гомеопатии, нисколько не ухудшает его открытий в другой области, хотя конечно попытаться ерничать — можно.
                        +2
                        Так я не понял, где его открытия в области вычислений? Повторю ещё раз: главной идеей компьютеров по сравнению с механическими вычислительными устройствами находится не в количестве шпунтиков и шестерёнок, а в абстракции. Первой, в бесконечной чреде абстракций и фреймворков. Абстрагироваться над конкретной задачей, которую нужно выполнять и вычленить общую логику, находящуюся над множеством разных задач. Построить такой чисто абстрактный класс с множественным наследованием, который станет прародителем решения любого класса задач.

                        … Почти любого, потому что заодно было показано, что есть такие задачи, которые невозможно решить.

                      +5
                      На самом деле, это никем не доказанная утка.
              0
              Кстати, у LSI в Москве есть небольшой (около 20 человек) центр разработки, занимающийся алгоритмизацией. Я практически ничего о них не знаю (был у них всего один раз), но они занимаются проблематикой достаточно далекой от сегодняшних продуктов LSI. В основном это направлено на будущие технологии. Более того, я десятки раз был наблюдателем (и участником) международных команд по внедрению СХД и кластеров у крупных российских заказчиков. Так вот, наши инженеры гораздо умнее, практичнее и умеют делать гораздо больше своих зарубежных коллег. Чего стоит просьба коллеги из одной трехбуквенной компании «А давайте после вашей конфигурации СХД мы получим диск в ОС Windows». После этого, американский коллега не смог воспроизвести действия, описанные в step-by-step мануале для правильной установки смещения раздела на томе. Пришлось исправлять и объяснять. Полупроводники, мы конечно же про@!//, но есть успехи в других областях… Так что недооценивать наши знания и вклад в мировой IT никак нельзя.
                +1
                Это усилиями этой замечательной команды русских хаккеров мы имеем HBA от LSI, которые виснут намертво от одного единственного жёсткого диска в полке? Если есть выход на LSI'ников в разработке, буду рад пообщаться.
                  0
                  Конечно есть через Field Applicarion Engineer. Пишите в личку.
                    0
                    спасибо.
                0
                Очень уместное замечание, вы правы. В советской истории есть целый эпизод сочинительства русских корней всего и вся. В Википедии на сей счет даже отдельная статья есть.
                +2
                Супер! Жду продолжения =)
                  0
                  Кстати, так хорошо знакомые нам жесткие диски Enterprise (предназначенные для серверных решений) еще 20 лет назад были в Москве в диковинку. Мой коллега, работавший FAE в Seagate рассказывал, что они обошли все компании, которые только могли, в поисках дистрибьютора, способного продать 3!!! (ТРИ) диска в квартал. Таких компаний не нашлось.
                    +1
                    Зачем Seagate понадобилось покупать диски?
                      0
                      Наводнение же)
                    0
                    Честно спионеренная статья?

                    www.youtube.com/watch?v=wD2k4stzbno

                    Я заинтересовался трубками Райхмана и на ютубе обнаружил полностью ваш абзац, датированный 07.10.2010 в примечании к ролику.
                    Копирайты будем расставлять?
                      +1
                      жаль ни слова не сазано про накопители на ферритовых кольцах. Тоже интересный и довольно распространенный в свое время способ хранения информации.
                      Просто для полноты картины.
                        0
                        О да! Я их даже вживую видел. Боооольшие :)
                          0
                          Надеюсь это не гостайна, я их видел в ЦВК на С-300. Да, забыл про них совсем.

                        Only users with full accounts can post comments. Log in, please.