Pull to refresh

Цифровое хранение данных: 60 лет прогресса

History of IT
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.
Tags:
Hubs:
Total votes 128: ↑123 and ↓5 +118
Views 45K
Comments Comments 31