VN:F [1.9.22_1171]
Rating: 4.8/5 (8 votes cast)
Информация постоянно присутствует в нашем мире. Она меняет форму, объём, число обладателей, но не исчезает. Многие, конечно, пытаются её уничтожить, но ничто не исчезает бесследно – компьютерные файлы оставляют след на жестком диске и могут быть восстановлены, рукописи, как известно, «не горят», а людская память способна хранить на протяжении жизни человека просто колоссальные объемы информации. Получается, что у информации есть два главных качества – содержание и хранение. И если содержание у каждой информации свое, то способов хранения знаний за всю историю человечества выработано не так уж и много (но и не мало). Рассмотрим эволюцию хранителей информации от древнего мира до наших дней.
Первобытный человек при всей своей нацеленности на действие, выживание и продолжение рода, все-таки не был чужд созиданию (иначе бы наверно он и не эволюционировал). Результаты своих пока еще не сложных открытий, неандерталец увековечивал на стенах пещер и огромных валунах в виде примитивных рисунков. Отсюда можно сделать вывод, что каменный век подарил нам первый носитель информации (извиняюсь за тавтологию) – камень.
Наскальная живописьДревние египтяне и шумеры были куда элегантнее в выборе материала для записи. Они использовали листы растений из семейства осоковых — папирус (Египет) и обожженные глиняные таблички (Шумер и Вавилон). Стоит отметить, что на эти предметы наносились уже не просто рисунки, а подобие алфавита. В стране пирамид использовалось так называемое древнеегипетское письмо, популярное в будущем у последователей египетской алхимии и других герметических наук. В междуречье был изобретен совершенно уникальный способ записи информации – клинопись.
Египетский папирусПозднее для записи стали стала использоваться выделанная кожа домашних животных, именуемая пергаментом. Этот носитель информации, выражаясь современным языком, был больше по объему ровно в два раза, так как на пергаменте можно было писать как на лицевой, так и на обратной стороне.
В начале нашей эры в Китае была изобретена бумага. И спустя несколько веков она плотно вошла в обиход многих народов. Она используется, по сей день, не только в качестве материала для письма, но и как полотно для рисования и перенесения изображения (фотография).
В средневековой Руси был свой, самобытный носитель информация – береста. На ней писали при помощи специального заостренного инструмента, который назывался стилосом.
Существенные изменения в хранении данных произошли в начале XIX века, с появлением по всей планете большого количества фабрик и производств. Появились перфокарты, данные, в которых были представлены наличием или отсутствием отверстий. Применялись они сначала в ткацких и токарных станках, а с середины XX века и в только что появившихся ЭВМ.
ПерфокартаНачиная со своего возникновения, компьютеры требовали все большего места для хранения данных. Поэтому компьютерные носители информации эволюционировали очень быстро. В области внешних носителей перфокарты сменились магнитной лентой, а та в свою очередь лазерными дисками и флэш-накопителями. Также постоянно растут в объеме жесткие диски внутри компьютеров. Сейчас объем винчестера среднестатистического компьютера равен 2 терабайта.
Компакт-дискиВсемирная сеть интернет дала новый виток в хранении данных. Рядовой пользователь сейчас может хранить свои файлы на файлообменниках, социальных сетях или облачных сервисах. Для создателей сайтов есть много различных вариантов хранения данных, можно пользоваться виртуальным хостингом или купить выделенный сервер.
СервераРазвитие технологий не стоит на месте, носители информации постоянно растут в объеме и уменьшаются в размере, повышая свою эффективность.
Эволюция носителей информации, 4.8 out of 5 based on 8 ratingsparanormal-blog.ru
Бумажная лента, перфорированная. Начало.
Эра компьютеров началась гораздо раньше, чем думает большинство хомяков. Конечно, в нём не было микропроцессора, видеокарты для Contra Strike и веб-камеры для болтовни по "Скайпу". В привычном понимании компьютера сегодня, это были вовсе и не компьютеры, а огромные тугодумающие монстры, выполняющие ничтожно малое количество расчетов при помощи старой доброй бумаги. Вернее, бумажной лены, намотанной на бобины. Информация на оной хранилась в виде аккуратных дырочек. Ранние машины по типу Colossus Mark I (1944 год выпуска) работали с данными в ручном режиме. Бумажные перфорированные ленты вводились как бумага в принтер в реальном времени. Однако, уже более поздние монстро-компьютеры умели считывать программы с ленты, к примеру, Manchester Mark I (1949 г.в.), считывали код с ленты и загружали его в примитивное подобие электронной памяти. Перфорированная лента использовалась для записи и чтения данных свыше тридцати лет. Это было начало новой эры - информационного расцвета человечества.Перфокарты
История перфокарт уходит корнями в самое начало XIX века, когда они использовались для управления ткацкими станками. В 1890 году Герман Холлерит применил перфокарту для обработки данных переписи населения в США. Именно он нашел компанию (будущую IBM), которая использовала такие карты в своих счетных машинах. В 1950-х годах IBM уже вовсю использовала в своих компьютерах перфокарты для хранения и ввода данных, а вскоре этот носитель стали применять и другие производители. Тогда были распространены 80-столбцовые карты, в которых для одного символа отводился отдельный столбец. Кто-то может удивиться, но в 2002 году IBM все еще продолжала разработки в области технологии перфокарт. Правда, в XXI веке компанию интересовали карточки размером с почтовую марку, способные хранить до 25 миллионов страниц информации. Магнитная лента
Вместе с выходом первого американского коммерческого компьютера UNIVAC I (1951) в IT-индустрии началась эра магнитной пленки. Первопроходцем, как водится, снова стала IBM, потом «подтянулись» другие. Магнитная лента наматывалась открытым способом на катушки и представляла собой очень тонкую полосу пластика, покрытого магниточувствительным веществом. Машины записывали и считывали данные при помощи специальных магнитных головок, встроенных в привод бобин. Магнитная лента широко использовалась во многих моделях компьютеров (особенно мейнфреймах и мини-компьютерах) вплоть до 1980-х, пока не изобрели ленточные картриджи. Первые съемные диски
В 1963 году IBM представила первый винчестер со съемным диском – IBM 1311. Он представлял собой набор взаимозаменяемых дисков. Каждый набор состоял из шести дисков диаметром 14 дюймов, вмещавших до 2 Мб информации. В 1970-х многие винчестеры, к примеру, DEC RK05, поддерживали такие дисковые наборы, особенно часто их использовали производители миникомпьютеров для продажи программного обеспечения. Ленточные картриджи
В 1960-х производители компьютерного железа научились помещать рулоны магнитной ленты в миниатюрные пластиковые картриджи. От своих предшественниц, бобин, они отличались большим сроком жизни, портативностью и удобством. Наибольшее распространение они получили в 1970-е и 1980-е. Как и бобины, картриджи оказались очень гибкими носителями: если нужно было записать очень много информации, в картридж просто помещалось больше ленты. Сегодня ленточные картриджи типа 800-гигабайтного LTO Ultrium используются для масштабной поддержки серверов, хотя в последние годы их популярность упала ввиду большего удобства переноса данных с винчестера на винчестер. Печать на бумаге
В 1970-х благодаря относительно низкой стоимости популярность набирают персональные компьютеры. Однако существовавшие способы хранения данных многим оказались не по карману. Один из первых ПК, MITS Altair поставлялся и вовсе без носителей для записи информации. Пользователям предлагалось вводить программы при помощи специальных тумблеров на передней панели. Тогда, на заре развития «персоналок», пользователям нередко приходилось в буквальном смысле вставлять в компьютер листки с написанными от руки программами. Позднее программы стали распространяться в печатном виде через бумажные журналы. Дискеты
В 1971 году на свете появилась первая дискета IBM. Она представляла собой покрытый магнитным веществом 8-дюймовый гибкий диск, помещенный в пластиковый корпус. Пользователи быстро поняли, что для загрузки данных в компьютер «флоппи-диски» быстрее, дешевле и компактнее, чем стопки перфокарт. В 1976 году один из создателей первой дискеты, Алан Шугарт, предложил ее новый формат – 5,25-дюймов. В таком размер просуществовала до конца 1980-х, пока не появились 3.5-дюймовые дискеты Sony. Компакт-кассеты
Компакт-кассета была изобретена компанией Philips, которая догадалась помесить две небольшие катушки магнитной пленки в пластиковый корпус. Именно в таком формате в 1960-х годах делались аудиозаписи. HP использовала такие кассеты в своем десктопе HP 9830 (1972), но по началу такие кассеты в качестве носителей цифровой информации особой популярностью не пользовались. Потом искатели недорогих носителей данных все же обернули свой взор в сторону кассет, которые с их легкой руки оставались востребованными до начала 1980-х. данные на них, кстати, можно было загружать с обычного аудиоплеера. ROM-картриджи
ROM-картридж – это плата, состоящая из постоянного запоминающего устройства (ROM) и коннектора, помещенных в твердую оболочку. Область применения картриджей – компьютерные игры и программы. Так, в 1976 году компания Fairchild выпустила ROM-картридж для записи ПО под видеоприставку Fairchild Channel F. Вскоре под использование ROM- картриджей были адаптированы и домашние компьютеры типа Atari 800 (1979) или TI-99/4 (1979). ROM-картриджи были просты в использовании, но относительно дороги, из-за чего, собственно, и «умерли». Великие эксперименты с дискетами
В 1980-х многие компании попробовали создать альтернативу дискете размером 3,5 дюйма. Одно такое изобретение (на фото вверху в центре) трудно назвать дискетой даже с натяжкой: картридж ZX Microdrive состоял из огромного мотка магнитной ленты, по принципу восьмидорожковой кассеты. Другой экспериментатор, Apple, создал дискету FileWare (справа), которая поставлялась вместе с первым компьютером Apple Lisa – худшим девайсом в истории компании по версии Network World, a также 3-дюймовый Compact Disk (внизу слева) и редкую сейчас 2-дюймовую дискету LT-1 (вверху слева), использовавшуюся исключительно в ноутбуке Zenith Minisport 1989 года выпуска. Остальные эксперименты завершились созданием продуктов, которые стали нишевыми и не смогли повторить успех своих 5,25-дюймовой и 3,5-дюймовой предшественниц. Оптический диск
Компакт-диск, изначально использовавшийся как носитель цифровой аудиоинформации, обязан своим рождением совместному проекту Sony и Philips и впервые появился на рынке в 1982 году. Цифровые данные хранятся на этом пластиковом носителе в виде микроуглублений на его зеркальной поверхности, а считывается информация при помощи лазерной головки. Оказалось, что цифровые CD как нельзя лучше подходят для хранения компьютерных данных, и вскоре те же Sony и Philips доработали новинку. Так в 1985 году мир узнал о CD-ROMах. На протяжении последующих 25 лет оптический диск претерпел массу изменений, его эволюционная цепочка включает DVD, HD-DVD и Blu-ray. Значимой вехой было появление в 1988 году CD-Recordable (CD-R), позволившего пользователям самостоятельно записывать данные на диск. В конце 1990-х оптические диски, наконец, подешевели, и окончательно отодвинули дискеты на задний план. Магнитооптические носители
Как и компакт-диски, магнитооптические диски «читает» лазер. Однако в отличие от обычных CD и CD-R большинство магнитооптических носителей позволяют многократно наносить и стирать данные. Это достигается посредством взаимодействия магнитного процесса и лазера при записи данных. Первый магнитооптический диск входил в комплект компьютера NeXT (1988 год, фото справа внизу), а емкость его составляла 256 Мб. Самый известный носитель этого типа – аудиодиск MiniDisc Sony (вверху в центре, 1992 год). Был у него и «собрат» для хранения цифровых данных, который назывался MD-DATA (слева вверху). Магнитооптические диски производятся до сих пор, однако из-за малой емкости и относительно высокой стоимости они перешли в разряд нишевых продуктов. Iomega и Zip Drive
Iomega заявила о себе на рынке носителей информации в 1980-х, выпустив картриджи с магнитными дисками Bernoulli Box, емкостью от 10 до 20 Мб. Более поздняя интерпретация этой технологии воплотилась в так называемом носителе Zip (1994 год), который вмещал до 100 Мб информации на недорогой 3,5-дюймовом диске. Формат пришелся по душе демократичной ценой и хорошей емкостью, и диски Zip оставались на гребне популярности до конца 1990-х. Однако на уже появившиеся в то время CD-R можно было записать до 650 Мб, и когда их цена снизилась до нескольких центов за штуку, продажи Zip-дисков катастрофически упали. Iomega сделала попытку спасти технологию и разработала диски размером 250 и 750 Мб, однако CD-R к тому времени уже окончательно завоевали рынок. Так Zip стал историей. Флоппиобразные-диски
Первую супердискету выпустила компания Insight Peripherals в 1992 году. На 3,5-дюймовом диске вмещалось 21 Мб информации. В отличие от других носителей, этот формат был совместим с более ранними традиционными приводами для 3,5-дюймовых дискет. Секрет высокой эффективности таких накопителей крылся в сочетании гибкого диска и оптики, то есть данные записывались в магнитной среде при помощи лазерной головки, при этом обеспечивалась более точная запись и больше дорожек, соответственно, больше места. В конце 1990-х появились два новых формата – Imation LS-120 SuperDisk (120 Мб, справа внизу) и Sony HiFD (150 Мб, справа вверху). Новинки стали серьезными конкурентами Iomega Zip drive, однако в конечном итоге всех победил формат CD-R. Бардак в мире портативных носителей
Громкий успех Zip Drive в середине 1990-х породил массу подобных устройств, производители которых надеялись отхватить кусок рынка у Zip. Среди основных конкурентов Iomega можно отметить SyQuest, который сначала раздробил собственный сегмент рынка, а потом погубил свою продуктовую линейку чрезмерным разнообразием – SyJet, SparQ, EZFlyer и EZ135. Еще один серьезный, но «мутный» соперник – Castlewood Orb, придумавший диск наподобие Zip емкостью 2,2 Гб. Наконец, сама компания Iomega сделала попытку дополнить диск Zip другими типами съемных носителей – от больших съемных винчестеров (1- и 2-гигабайтные Jaz Drive) до миниатюрного Clik drive на 40 Мб. Но ни один не достиг высот Zip. Flash наступает
В начале 1980-х Toshiba придумала флеш-память NAND, однако технология стала популярной только спустя десятилетие, вслед за появлением цифровых камер и PDA. В это время она начинает реализовываться в разных формах – от больших кредитных карт (предназначенных для использования в ранних наладонниках) до карточек CompactFlash, SmartMedia, Secure Digital, Memory Stick и xD Picture Card. Карты флеш-памяти удобны, прежде всего, тем, что в них нет подвижных частей. Кроме этого, они экономичны, прочны и относительно недороги при постоянно увеличивающемся объеме памяти. Первые карточки CF вмещали 2 Мб, сейчас же их емкость достигает 128 Гб. Куда уж меньше?!
На промослайде IBM/Hitachi изображен крошечный винчестер Microdrive. Появился он в 2003 году и на какое-то время завоевал сердца компьютерных пользователей. Дебютировавший в 2001 году iPod и другие медиа-плееры оснащены похожими устройствами на базе вращающегося диска, однако производители быстро разочаровались в таком накопителе: слишком уж он хрупок, энергоемок и мал по объему. Так что этот формат уже почти «похоронен».Пришествие USB. Viva, informacio!
В 1998 году началась эпоха USB. Неоспоримое удобство USB-девайсов сделало их практически неотъемлемой частью жизни всех ПК-пользователей. С годами они уменьшаются в физических размерах, но становятся все более емкими и дешевыми. Особенно популярны появившиеся в 2000 году «флешки», или USB thumb drives (от англ. thumb – «большой палец»), названные так за свой размер – с человечески палец. Благодаря большой емкости и маленькому размеру USB-накопители стали, пожалуй, самым лучшим носителем информации, придуманных человечеством. Грядёт виртуальная реальность!
ekabu.ru
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.
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.
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?
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
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
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
habrahabr.ru
