Магнитные хроники. История жестких дисков
Трудно в это поверить, но жесткие диски не меняются вот уже более тридцати лет. Однако это не значит, что они всегда выглядели так, как мы привыкли. Когда компьютерная индустрия только начинала свой путь, не было ни вращающихся пластин, ни считывающих головок, ни контроллеров, ни тонких интерфейсов. Мы решили рассказать вам, на чем же в те времена хранили информацию, и забрались в самые дебри истории.
Бумажки и дырочки
Вообще, хронологию накопителей можно разделить на три параллельные ветви — перфокарты, ленты и магнитные барабаны. Первые считаются самым древним носителем информации, так что с них и начнем.
Свой старт в истории перфокарты — бумажки с дырочками — взяли на ткацких станках в 1808 году, в качестве же «электронных носителей» их додумались использовать в 1832-м, причем инициатором был наш соотечественник — Семен Корсаков, разработавший машину для «сравнения идей». Однако настоящий толчок к применению перфокарт в вычислительной технике дало изобретение Германа Холлерита.
[[BULLET]] Табулятор Германа Холлерита помог упростить и ускорить статистический анализ. До его появления любые подобные действия превращались в ювелирную ручную работу.
В середине 1880-х выпускник Колумбийского горного университета поступил на госслужбу и принял участие в утомительной переписи населения, проводимой ручным способом. Это кропотливое занятие настолько ему не понравилось (еще бы, восемь лет считали), что он задался целью изобрести машину, которая все выполнит за пару месяцев. Сказано — сделано.
Несколько лет упорного труда, и в 1890-м Холлерит уже демонстрировал правительству США свой табулятор. Основная его идея была вот в чем. На каждого жителя страны создавалась перфокарта, вмещавшая 288 позиций (12 по горизонтали и 24 по вертикали), описывающих «базовые параметры» типа роста, пола, семейного положения.
[[BULLET]] IBM-729 — идеальный накопитель конца 1950-х и по совместительству живая киноикона.
Напротив собранных данных в карте проделывались отверстия, после чего ее загружали в машину Холлерита, та считывала дырочки, суммировала ответы и выводила результаты на циферблаты. В конце дня показания с них списывались, а счетчики обнулялись. Госаппарату конструкция пришлась по душе, и с Германом тут же был подписан нужный контракт. Как оказалось, не зря: на следующую перепись населения потратили не 13 лет, как предполагалось изначально, а всего два месяца.
Впрочем, сколько там ушло времени — не так интересно, как то, что изобретение Холлерита спровоцировало создание фирмы Tabulating Machine Company , которую в 1905 году приобрела Computing Tabulating Recording Company , в будущем известная как International Business Machines ( IBM ).
Лента счастья
Перфокарты продержались сравнительно долго, но их недостатки были слишком очевидны: бумага рвалась, хранить могла всего 70 КБ, да и считывать с нее информацию было, мягко говоря, не очень удобно. Так что, пока бумажки не перевелись, индустрия начала осваивать еще один метод хранения — магнитную пленку, ту самую, из старых видеомагнитофонов, плееров и бобинных проигрывателей.
Началось все, как водится, издалека. Первым кодировать информацию при помощи магнитных полей догадался Оберлин Смит. В 1888 году он выдал следующую идею: если напихать в обычную веревку металлической стружки и задать каждой частице свой вектор намагниченности — получится аудиозапись. К сожалению, монетизировать изобретение Оберлин не сумел, за него это сделал датчанин Вальдемар Поульсен.
[[BULLET]] Здесь изображен вовсе не двигатель межпланетного космического корабля. Так выглядел магнитный барабан, сохраняющий несколько килобайт данных. Провода и «отростки» — это считывающие головки.
Он отказался от использования бечевки, взял за основу тонкую проволоку, намотал ее на барабан и придумал, как в автоматическом режиме производить на нее запись. Не знаем, сколько он там получил за разработку, но на «телеграфон» патент ему вручили, а устройства на его базе с успехом использовались в качестве диктофонов примерно до тридцатых годов прошлого столетия. То есть ровно до того момента, как немецкий инженер Фриц Пфлюмер ввел в обиход хорошо известную нам магнитную пленку.
В 1927 году ученый покрыл бумагу оксидом железа, накрутил ее на катушку и доказал — таким образом хранить аудио гораздо удобнее, чем на проволоке, а уж редактировать и подавно. Любой кусок можно вырезать и вклеить новый. В итоге — мировая популярность и востребованность по сей день.
[[BULLET]] Пятьдесят магнитных дисков и механизмы считывающих головок IBM Model 350 точно бы не поместились в корпус микрокомпьютера. Впрочем, ему это было и незачем — персоналок еще не существовало.
А вот до компьютеров новинка добиралась долго. Применить ее для цифровых данных догадались Джей Преспер Экерт и Джон Мокли, создатели нашумевшей машины UNIVAC , представленной 31 марта 1951 года. Для нее соорудили огромный шкаф UNISERVO с двумя «вертушками», перегоняющими тяжелую металлическую пленку через считывающую головку. Программы и результаты работы записывались на носитель длиной 365 метров и шириной 12,65 мм. Плотность хранения составляла 128 бит на дюйм (для сравнения, современный 3 ТБ жесткий диск на том же пространстве умещает по 620 ГБ).
Казалось бы, мало, но для индустрии тех лет хватало с избытком, и уже в 1952-м IBM придумала стандарт 7 Track , который вместо бумаги предлагал использовать более надежную пластиковую подложку, а саму запись вести сразу на семи параллельных дорожках. Этот принцип и лег в основу хорошо известных накопителей IBM 729 , представлявших собой ящик с двумя крутящимися бобинами и намотанной на них лентой длиной 731 метр (их-то и демонстрируют нам в фильмах, когда надо показать компьютер тех времен).
[[BULLET]] В рекламе вычислительной техники того времени часто появлялись симпатичные девушки. Все потому, что именно они зачастую исполняли роль операторов машин.
К сожалению, несмотря на то, что пленка в силу своей дешевизны до сих пор используется в некоторых дата-центрах, примерно к восьмидесятым от нее начали отказываться. Главной причиной для этого стало отсутствие произвольного доступа к данным: для того чтобы считать, к примеру, четвертый мегабайт, приходилось пролистать первые три, что очень плохо сказывалось на общем быстродействии. Решение проблемы, как это часто бывает, оказалось под самым носом.
Крутите барабан
Проблему с произвольным доступом решили еще в 1932 году, когда австрийский ученый Густав Таущек придумал хранить данные на специальном запоминающем барабане. Он представлял собой цилиндр, покрытый ферромагнетиком — материалом, умеющим сохранять заданный вектор намагниченности без воздействия внешнего поля.
Помещался этот барабан в емкость со встроенными считывающими головками и скоростным мотором. То есть конструкция была близка к современным HDD, но с одним концептуальным отличием: «иглы» ничего не искали, а ждали, пока нужный бит прокрутится мимо них. Цилиндр вращался на скоростях порядка 12 500 оборотов в минуту, что позволяло быстро получать доступ к информации. Проблема у него была только одна — удерживать он мог жалкие 8,5 КБ и поэтому в основном использовался в качестве оперативки. Впрочем, это не помешало IBM купить все основные патенты на эту разработку и к 1956 году представить первый жесткий диск.
Сделан из стали
В IBM Model 350 использовалось пятьдесят 610-миллиметровых блинов и две огромные считывающие «лапы» — они перемещались вверх/вниз независимо друг от друга. Блоки Model 350 занимали 1,5 квадратных метра, весили около тонны и хранили колоссальные по тем временам 3,75-5 МБ данных. Говорят, IBM могла нарастить емкость и продавать более мощные модели, но маркетологи не знали, кому понадобится столько памяти (по другой версии, не хотели уничтожать перфокарты).
[[BULLET]] Блоки магнитных дисков в первых накопителях были съемными. Заполнили одну емкость, достали, установили новый блок и продолжаете работать. Удобно.
Следующим шагом для IBM стал накопитель « 1301 », анонсированный в паре с корпоративными машинами 7000-й серии в 1961 году. Новинки задействовали 20 двухсторонних пластин с 250 дорожками. Шпиндель с дисками делал 1800 оборотов в минуту, а пропускная способность аппарата достигала 90 000 символов в секунду. Главным отличием IBM 1301 от предшественников считается использование отдельных головок для каждой стороны магнитного блина: «иглы» плавали очень близко к поверхности и удерживались набегающим потоком воздуха, что давало преимущество в скорости и плотности записи по сравнению с предыдущими моделями.
К слову, позволить себе такую систему хранения могла далеко не каждая компания. Стоимость оборудования равнялась $155 000, что на сегодняшние деньги составляет примерно $1 210 000. Впрочем, варианты были: за $2100 (на данный момент — это около $16 500) можно было арендовать HDD на один месяц.
Не менее важной стала и разработка 1963 года: создавая «компактные» (размером с тумбу) IBM 2311 Direct Access Storage Facility , инженеры впервые ввели такое понятие, как унифицированный разъем. То есть жесткие диски начали продаваться не только в составе вычислительного комплекса, но и как дискретные устройства, что дало нехилый толчок к развитию сторонних компаний.
[[BULLET]] Seagate ST-506 — первый по-настоящему компактный жесткий диск.
Еще один подарок индустрия HDD получила в 1973 году — диск IBM «3340». В истории он запомнился не столько своими характеристиками, сколько внутренним названием — «винчестер». Так его окрестили сами создатели, проведя аналогию между двумя 30 МБ пластинами и известной винтовкой Winchester 30-30. Уж не знаем почему, но имя прижилось и активно использовалось примерно до 1990-х годов.
А вот то, что «3340» был первым HDD с возможностью парковать считывающие головки прямо на пластинах, быстро позабыли. А ведь до него на время простоя «лапки» выводились за пределы блока хранения, и это не только сильно усложняло конструкцию, но и снижало ее эффективность.
Компактный мир
Конец 1970-х запомнился появлением первых домашних компьютеров. К сожалению, HDD для них в те времена были непозволительной роскошью и в подавляющем большинстве случаев в качестве постоянных накопителей использовались пленочные кассеты.
Изменилось все в 1980 году, когда компания Shugart Technology , позже переименованная в Seagate , представила 5,25-дюймовый жесткий диск ST-506 емкостью 5 МБ. Размером он был с пару дисководов и к ПК подключался через сторонний контроллер при помощи трех толстенных проводов.
Как ни странно, но в этот раз индустрия не стала тянуть кота за хвост и тут же ухватилась за новую идею. Даже IBM, и та в одной из своих первых по-настоящему популярных домашних систем — PC/XT — использовала модель ST-506.
Ну а спустя всего три года фирма Rodime сумела упаковать 10 МБ пластину и «иглу» в современный 3,5-дюймовый корпус и задать стандарт на следующие тридцать лет, в течении которых производители лишь наращивали плотности записи, скорости чтения/записи и пропускную способность интерфейсов.