Цифровое хранение данных: 60 лет прогресса

в 11:36, , рубрики: История ИТ, системы хранения данных, метки:

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 террабайта (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 террабайт, 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.

Автор: alexzeynikov

Источник

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля