Файл: Сравнительный анализ способов и устройств хранения информации.pdf

Человеская цивилизация, зародившаяся в дельтах рек, нуждалась в надёжных способах хранения и передачи информации для торговли, сбора налогов, сохранения религиозных текстов, сводов законов и исторических хроник. Использовать рисунки на больших каменных поверхностях для этих целей было непрактично или попросту невозможно. Ранние формы письменности, нанесённые на небольшие твёрдые поверхности, существенно расширили возможности людей, испытывающих потребность хранить информацию. Глиняные таблички, обжигаемые в печи, панцири черепах и другие небольшие твёрдые предметы являлись не самым удобным, но крайне долговечным носителем информации. Объём информации, который возможно было передать с помощью таких носителей, был существенно выше, чем у наскальных изображений за счёт использования полноценных алфавитов (клинописи, иероглифов и т.д.) [9.]. Долговечность их не вызывает сомнений – таблички можно прочитать тысячи лет спустя после их создания. Скорость записи информации также была выше, чем для рисунков, как и скорость чтения – если под ней понимать то, насколько быстро читающий может понять, что именно пытался передать автор. Эти носители информации не требовали подачи энергии и его можно было относительно легко переносить с места на место, но перезапись хранимых данных была практически невозможна.

Таблица 2

Оценка твёрдых носителей как носителя информации

С развитием масштабов цивилизации громоздкие и тяжёлые таблички и дощечки перестали удовлетворять потребности людей в полной мере. Использование тонких и лёгких листов бумаги, пергамента и папируса существенно облегчило хранение больших объёмов информации. Недостатком таких материалов является сниженная долговечность, но низкой она является лишь при сравнении с использованием камня или запечённой глины: бумага может храниться сотни лет, пергамент и папирус, при правильных условиях хранения – ещё дольше [10.]. Записанную на бумаге информацию легко перемещать, она не требует подачи электричества. Перезапись информации на бумаге возможна в случае использования стираемых красителей, однако этот процесс приводит к быстрому снижению долговечности материала и практикуется очень редко, если речь идёт не о черновиках.

Таблица 3

Оценка бумаги как носителя информации

Докомпьютерные способы и устройства для хранения информации обладают общими недостатками: их скорость записи и чтения ограничена человеческими возможностями, а ёмкость – физическими размерами изображений или символов, передающих информацию. С другой стороны, они характеризуются высокой долговечностью и не требуют затрат энергии. Предназначенные для анализа людьми, эти источники информации были непригодны для обмена информацией с машинами.

2.2 Ранние компьютерные носителей информации

В этом разделе работы будут рассмотрены некоторые носители информации, применявшиеся на заре компьютерной эпохи. Данные, зафиксированные на этих носителях, как правило, не могли быть проанализированы человеком без использования специальной аппаратуры, для которой эти носители предназначались. Специальные навыки и знания, необходимые для работы с носителями информации, во многом ограничились навыками работы со специальной аппаратурой, а на неё перенеслась основная задача обработки хранящихся на носителе данных.

Одним из первых носителей информации, использованных для передачи информации компьютеру, являлась перфокарта. Впервые перфорированные бумажные карты были использованы для механической прялки, для указания определённых паттернов шитья [11.]. Идея использования перфокарт для передачи информации вычислительным устройствам пришла в голову Чарльзу Бэббиджу [12.], и хотя компьютер Бэббиджа так и не был создан, перфокарты получили широкое распространение, используясь в бухгалтерских машинах (табуляторах) и ранних компьютерах в качестве основного носителя информации при хранении и обработке данных [13.]. Существовало множество вариантов перфокарт, самые распространённые – карты IBM 12/80 – позволяли записать 108 двоичных байт данных или 80 символов [14.].

По ёмкости карты уступают бумажному тексту, но сравнимы с ним по долговечности и скорости записи информации. Машины считывают информацию с карт быстрее, чем человек может прочитать текст, хотя в сравнении с другими машиночитаемыми способами хранения информации перфокарты сильно отстают. Карты не требуют электричества и портативны, но их нельзя перезаписывать.

Таблица 4

Оценка перфокарт как носителя информации

Одним из первых немеханических способов хранения информации была магнитная запись. Возможность записи информации с помощью магнитного поля была теоретизирована в самом конце XIX века и реализована на рубеже веков [15.]. Такой способ записи обладал большим преимуществом перед кодированием путём оставления механических отметок, использующемся в перфокартах: была возможна очень высокая плотность записи информации. Кроме того, в большинстве случаев, информация на магнетизируемом носителе могла быть перезаписана.

В первой половине XX века использовалось множество различных устройств, основанных на этой технологии. В рамках этой работы будут рассмотрены два наиболее важных для ранних компьютеров магнитных устройств: магнитные барабаны и магнитные ленты.

Магнитные барабаны представляли из себя большие, быстро вращающиеся металлические цилиндры, наружная поверхность которых покрыта тонким ферромагнитным слоем. В своей концепции барабан сравним с пластиной жёсткого диска, отличаясь от неё формой – цилиндр вместо плоского диска. По бокам барабанов находились считывающие головки, которые считывали и записывали данные на своих отдельных магнитных дорожках [15.].

По ёмкости барабаны были невелики. Информация на них могла храниться достаточно долго, но не так долго, как при использовании физических носителей вроде перфокарт. Скорость записи и считывания информации была очень велика для ранней компьютерной эпохи, ограничиваясь скоростью вращения барабана [15.]. Информация, хранящаяся на барабанах, многократно перезаписывалась. Как правило, барабаны не переносились от устройства к устройству, и не требовали постоянного доступа электричества для хранения информации.

Таблица 5

Оценка магнитных барабанов как носителя информации

Если магнитные барабаны в ранних компьютерах выполняли роль рабочей памяти, то магнитная лента использовалась в качестве долговременного хранилища данных. Она представляет из себя гибкую ленту, покрытую тонким магнитным слоем, которая хранится в катушках или кассетах. За большой объём хранимой информации приходилось расплачиваться достаточно низкой скоростью доступа к данным, так как лента должна была физически перематываться, чтобы считывающая головка могла найти нужную информацию [15.].

Гарантированный срок хранения информации на магнитных лентах составляет 30-40 лет [16.], что выше, чем у магнитных барабанов, но ниже, чем у бумажных носителей.

Таблица 6

Оценка магнитных лент как носителя информации

Необходимость в надёжном, удобном и достаточно объёмном устройстве хранения информации, обладающем при этом свойством портативности, дало рождение дискетам. Дискеты – наиболее современные и удобные носители информации, которые будут рассмотрены в этом разделе. Они представляют из себя диск, покрытый ферромагнитным слоем, помещённый в защитный пластиковый корпус (гибкий или, в более поздних моделях, твёрдый) [17.]. Дискеты были очень удобным способом переносить информацию с компьютера на компьютер, а их сравнительно малый объём (до 3 мб, как правило, менее 1.4 мб) не был большим недостатком до 90-х годов, но с распространением цифрового аудио и высококачественных фотографий, а также из-за появления прямых конкурентов дискет – оптических дисков и флеш-памяти – этот носитель данных очень быстро устарел [18.]. Информация на дискетах может храниться достаточно долго, но для хранения больших массивов данных они подходят плохо.

Таблица 7

Оценка дискет как носителя информации

Перечисленные в этом разделе способы и устройства для хранения информации, в отличие от докомпьютерных носителей, больше не имеют ни одной ниши для использования: они безвозвратно устарели, передав эстафету устройствам, основанным на более современных технологиях. Однако на них стали очевидны некоторые особенности компьютерных носителей информации, характерные и для современных устройств: необходимость специального оборудования для чтения и записи данных, кодирование информации в виде, удобном для машины, а не для человека. Кроме того, они очертили определённые ситуации использования носителей информации, актуальные до сих пор: память с быстрым доступом, используемая во время работы компьютера (магнитный барабан), память большого объёма, рассчитанная на долгое хранение (магнитная лента), и память малого объёма, с помощью которой легко переносить данные с одного компьютера на другой (перфокарты, дискеты).

Глава 3. Современные способы и устройства хранения информации

Рабочая память

В этом разделе работы будут рассмотрены носители информации, необходимые компьютеру в процессе его работы. Как правило, такие носители теряют всю сохранённую информацию при отключении электропитания, имеют очень высокую скорость чтения и записи, но ограниченный объём и долговечность, а также не предназначены для переноса с одного устройства на другое.

Пользователю компьютера сложно представить, что всё многообразие действий, которые он может совершить с компьютером – работа с текстом, воспроизведение видео, создание трёхмерных графических изображений, и многое другое – основано на наборе очень простых действий (сложить два значения, сравнить два значения и т.д.), которые осуществляет процессор. Значения, с которыми процессор работает, находятся в регистрах процессора, и после выполнения необходимых операций перезаписываются новыми значениями из рабочей памяти [Error: Reference source not found]. Регистры нельзя назвать «носителями информации» - скорее, они представляют из себя то место, куда считывается информация с носителей информации для последующей обработки. Регистры обладают очень ограниченным объёмом (обычно – одно машинное слово, 32-64 бита в зависимости от архитектуры компьютера) и не предполагают, что информация будет оставаться в них дольше нескольких наносекунд. Информация хранится в регистрах только во время работы процессора, то есть требует доступа энергии, и может перезаписываться каждый тик процессора, то есть миллионы раз в секунду [20.]. Разумеется, регистры процессора не предполагается переносить между компьютерами.