Современному человеку, имеющему возможность хранить терабайты информации на жестком диске своего домашнего компьютера, очень сложно себе представить, что когда-то людям было достаточно и трехдюймовой дискеты. За свою историю носители информации прошли грандиозный путь. Каковы же были его этапы?

Кажется невероятным, что – первый носитель информации, имевший форму бумажной, картонной или пластиковой прямоугольной пластинки с отверстиями, – появилась на свет еще в начале 19 века. О компьютерах в то время речи, конечно же, не шло, но зато активно использовались ткацкие станки французского изобретателя Жозефа-Мари Жаккарда, в которых и нашли применение перфокарты. При помощи них можно было управлять узором на ткани. В 30-х годах девятнадцатого века технология стала использоваться в первых вычислительных машинах Чарльзя Бэббиджа и в механических устройствах для классификации записей Семена Корсакова. А в 1890 году американский изобретатель Герман Холлерит придумал устройство, использовавшее перфокарты для обработки результатов проводившихся в 1890 и 1900 годах в Америке переписей населения. Разумеется, перфокарте суждено было стать носителем информации в первых компьютерах. Наверняка, многие еще помнят эти карточки размерами 187,325 × 82,55 мм и толщиной 0,178 мм с рядами цифр и отверстиями на определенных позициях – это наиболее распространенный формат IBM, введенный в обращение в 1928 году. Перфокарты широко использовались в компьютерной технике до начала 80-х годов, однако, неудобство их использования и потребность в хранении и обработке большего количества информации вынуждали специалистов искать новые решения. Поэтому перфокарты постепенно были вытеснены дискетами.

Кажется невероятным, что Дискета представляла собой гибкий диск, имевший ферромагнитное покрытие и спрятанный в пластиковый корпус, предназначенный для защиты от механических повреждений. В 1967 году в лаборатории компании IBM была создана первая дискета, имевшая диаметр 8 дюймов, а в 1971 году первая такая дискета объемом в 80 килобайт была представлена широкой аудитории. Курс развития гибких магнитных дисков был направлен на уменьшение физических размеров и увеличение объема памяти, в результате чего сначала дискеты уменьшились до 5¼ дюймов, а после – до 3½, а объем памяти к 1991 году достиг 2880 килобайт, хотя самым ходовым форматом оставалась 3½-дюймовая 1,44-мегабайтная дискета. К сожалению, дискеты нельзя было назвать надежным приспособлением для хранения информации в силу особенностей их устройства. Они легко размагничивались под воздействием магнитных полей различной природы, застревали в дисководе, были подвержены механическим повреждениям. В итоге, когда стали появляться более надежные носители информации, дискеты стали исчезать из обихода и в настоящий момент практически перестали использоваться.

Следующим этапом в развитии носителей информации стали оптические диски – устройства, данные с которых считываются при помощи оптического излучения. Первое поколение таких дисков использовалось, в основном, для хранения видеофайлов и музыки. Это всем известные лазерные и компакт-диски , а также магнитооптические диски , сочетавшие в себе свойства как оптических, так и магнитных носителей информации. Первые оптические диски увидели свет в конце 70-х годов. Ко второму поколению оптических носителей можно отнести, в частности, диски формата DVD, которые появились в 1996-1997 годах. Имея такой же внешний вид, как CD-диски, они могли хранить гораздо больший объем информации. Стоит особо отметить возможность не только считывания информации, но и однократной либо многократной (в зависимости от типа диска) ее записи, существующую как у CD, так и у DVD. В настоящее время наряду с оптическими дисками второго поколения, широко используются диски третьего поколения, и здесь борьбу за лидерство долгое время вели два формата – HD DVD и Blu-ray . Однако, верх все же одержали производители второго типа дисков. В настоящий момент, Blu-ray-диски способны вмещать от 23,3 до 128 гигабайт информации, в зависимости от количества слоев. Несомненным минусом всех оптических носителей информации можно считать их подверженность различным механическим повреждениям: даже мелкая царапина на поверхности диска может нанести непоправимый ущерб. Кроме того, скорость записи информации далеко не всегда удовлетворяет пользователя, а количество циклов перезаписи сильно ограничено физическими параметрами. Именно поэтому появились на свет и получили широкое распространение компактные быстрые и способные выдержать порядка 100 тысяч циклов перезаписи устройства, использующие для хранения информации флеш-память .

Изобретена флеш-память была в 1984 году Фудзио Масуокой, специалистом компании Toshiba. Первый флеш-чип, предназначенный для коммерческого использования, был выпущен в 1988 году компанией Intel. Сейчас флеш-карты различных типов и объемов активно используются в мобильных телефонах, фотоаппаратах, mp3-плеерах, а также весьма популярны USB-флеш-накопители или, в народе, флешки , которые можно подключить к компьютеру или ноутбуку через USB-разъем и быстро скопировать необходимую информацию. В настоящее время стандартные устройства, использующие флеш-память, вмещают десятки гигабайт информации.

Вышеперечисленные устройства являются съемными . Отдельно же стоит рассказать о встроенных носителях информации – жестких дисках .

Жесткий диск (НЖМД , накопитель на жестких магнитных дисках, винчестер), как и дискета, основан на принципах магнитной записи, однако, в нем запись производится на жесткие пластины, покрытые слоем ферромагнетика. Чаще всего, винчестер изначально встроен в системный блок компьютера. Первый прототип устройства, имевший объем памяти 5 мегабайт и невероятные, в сравнении с сегодняшними жесткими дисками, размеры появился в 1956 году в компании IBM. Эволюция НЖМД привела к уменьшению их физических размеров, увеличению скорости чтения/записи информации и объема памяти. Современные винчестеры хранят в себе до 3 терабайт информации и, наверняка, это еще не предел.

Темп жизни современных людей постоянно увеличивается, как увеличивается и количество информации, которую необходимо хранить. Поэтому человечество никогда не остановится на достигнутом, и кто знает, возможно, через пятьдесят лет объемы памяти, недостижимые для современных носителей, людям будущего покажутся такими же смешными, как кажется смешным нам количество информации, которую можно было считать с перфокарты.

Логотип IBM

Ровно 33 года назад, 12 августа 1981 года, на свет появился первый массовый персональный компьютер IBM PC, который со временем стали называть просто PC (ПК). То, что для нас уже давно стало привычным делом, в то время было настоящей революцией. сайт выделило основные этапы развития электронно-вычислительных машин.

Электронные вычислительные машины того времени представляли из себя массивные конструкции весом в несколько тонн. Каждый новый этап развития ЭВМ был связан не только с техническим прогрессом, но и с программным. Взять хотя бы Windows, который пришел на смену "бездушному" DOS.

Именно IBM, годом основания которой считается 1889 год, внесла огромный вклад в развитие компьютерной техники. Ее прародительница, корпорация CTR (Computing Tabulating Recording) включала в себя сразу три компании и выпускала самое различное электрическое оборудование: весы, сырорезки, приборы учета времени. После смены директора в 1914 году компания начала специализироваться на создании табуляционных машин (для обработки информации). Спустя 10 лет CTR поменяло свое название на International Business Machines или IBM.

сайт выделило основные этапы развития ЭВМ и их основных представителей, давших толчок к развитию современных компьютеров.

Электромеханические машины

Еще в 1888 году инженер Герман Холлерит, основатель IBM, создал первую электромеханическую счетную машину - табулятор, который мог считывать и сортировать данные, закодированные на перфокартах (бумажных карточках с отверстиями). Его даже использовали при переписи населения в 1890 году в США.

При этом история компьютеров IBM началась спустя более полувека, в 1941 году, когда был разработан и создан первый программируемый компьютер "Марк 1" весом порядка 4,5 тонн, 17 метров в длину, 2,5 метра – в высоту. Президент IBM вложил в него 500 тысяч долларов. Впервые "Марк 1" был запущен в Гарвардском университете в 1944 году. Чтобы понять, насколько сложна была конструкция машины, достаточно сказать, что общая длина проводов составила 800 км. При этом компьютер осуществлял три операции сложения и вычитания в секунду.

Первое поколение ЭВМ

Первая ЭВМ, основанная на ламповых усилителях, под названием "Эниак" была создана в США в 1946 году. По размерам она была больше, чем "Марк 1": 26 метров в длину, 6 метров в высоту, а ее вес составлял около 30 тонн. При этом по производительности "Эниак" в 1000 раз превышала "МАРК-1", а на ее создание ушло почти 500 тысяч долларов. Но у нее были существенные недостатки: очень мало памяти для хранения данных и долгое время перепрограммирования – от нескольких часов и до нескольких дней.

Кстати, среди создателей "Эниак" был ученый Джон фон Нейман, предложивший архитектуру ЭВМ, заложенную в компьютерах с конца 1940-х до середины 1950-х годов. Именно он осуществил переход к двоичной системе счисления и хранению полученной информации.

В 1951 году появился первый коммерческий компьютер UNIVAC, и уже в 1952 году вышел "IBM 701". Это был первый крупный ламповый научный коммерческий компьютер, причем создали его достаточно быстро – в течение двух лет. Его процессор работал значительно быстрее, чем у UNIVAC - 2200 операций в секунду против 455. В одну секунду процессор "IBM 701" мог выполнять почти 17 тысяч операций сложения и вычитания.

Второе поколение ЭВМ

Второе поколение ЭВМ использовало в своей основе транзисторы, созданные в 1947 году. Это была очередная революция, в результате которой существенно уменьшились размеры и энергопотребление компьютеров, так как сами биполярные транзисторы в разы меньше вакуумных ламп.

В 1959 году появились первые компьютеры IBM на транзисторах. Они были надежны, и ВВС США стали использовать их в системе раннего оповещения ПВО. А в 1960 году IBM разработала мощную систему Stretch или "IBM-7030". Она была и вправду сильна – создатели добились 100-кратного увеличения быстродействия. В течение трех лет он был самым быстрым компьютером в мире. Однако со временем IBM уменьшила его стоимость, а вскоре и вовсе сняла с производства.

Третье поколение ЭВМ

Третье поколение компьютеров связано с использованием интегральных схем (в которых используется от десятков до сотен миллионов транзисторов), впервые изготовленных в 1960 году американцем Робертом Нойсом.

В 1964 году IBM объявила о начале работы над целой линейкой IBM System/360.

System/360 хорошо продавалась даже спустя шесть лет после анонса системы. За 6 лет IBM выпустила более 30 тысяч машин. Однако затраты на разработку System/360 были очень велики - около пяти миллиардов долларов. Таким образом, System/360 заложила фундамент для следующих поколений, первым из которых был System/370.

Четвертое поколение ЭВМ

Четвертое поколение связано с использованием микропроцессоров. Первый такой микропроцессор под названием "Intel-4004" был создан в 1971 году компанией Intel, до сих пор остающейся в лидерах. Спустя 10 лет IBM выпустила первый персональный компьютер, который так и назывался IBM PC. Самая дорогая конфигурация стоила 3000 долларов и предназначалась для бизнеса, а конфигурация за 1500 долларов – для дома.

Процессор Intel 8088 работал на частоте 4,77 МГц (сейчас этот показатель в тысячи раз больше), а объем ОЗУ - 64 кбайта (сейчас – в миллионы раз больше). Для хранения информации использовались 5,25-дюймовые флоппи-дисководы. Жесткий диск нельзя было установить из-за недостаточной мощности блока питания.

Интересно, что разработкой компьютера занимались всего четыре человека. Причем IBM не запатентовала ни операционную систему DOS, ни BIOS, что породило огромное количество клонов. Уже в 1996 году IBM уступило первое место по продажам ПК на ею же основанном рынке.

Несмотря на то, что современные гаджеты сильно отличаются по характеристикам от своего предшественника, все они относятся к тому же поколению ЭВМ.

Будущее

Основные толчки для развития компьютеров дала наука (появление ламп, а затем транзисторов). В настоящее время распространяется ввод информации с голоса, общения с машиной на человеческом языке (приложение Siri в iPhone) и активная работа над роботами. Основное мнение, что будущее – за квантовыми компьютерами, которые будут использовать в своей основе молекулы и нейрокомпьютерами, использующими центральную нервную систему человека и непосредственно его мозг. Однако для того, чтобы эти технологии появились, необходимо досконально изучить эти системы.

Дмитрий Кокоулин

Перфокарта

Перфокарта, формат IBM.

Перфорированная таблица С.Н. Корсакова, 1832 г.

Оригинал взят у в Когда появились станки с числовым программным управлением?

Ещё в XVIII веке. Правда, станки были не металлорежущими, а ткацкими.

В течение долгих лет перфокарты служили основными носителями для хранения и обработки информации. Перфокарты - предки дискет, дисков, винчестеров, флеш-памяти. Но появились они вовсе не с изобретением первых компьютеров, а гораздо раньше, в самом начале XIX века…

12 апреля 1805 года император Наполеон Бонапарт с супругой посетили Лион. Крупнейший в стране центр ткачества в XVI–XVIII веках изрядно пострадал от Революции и пребывал в плачевном состоянии.

Большинство мануфактур разорились, производство стояло, а международный рынок все больше заполнял английский текстиль. Желая поддержать лионских мастеров, в 1804 году Наполеон разместил здесь крупный заказ на сукно, а годом позже прибыл в город лично.

В ходе визита император посетил мастерскую некоего Жозефа Жаккара, изобретателя, где императору продемонстрировали удивительную машину. Установленная поверх обыкновенного ткацкого станка громада позвякивала длинной лентой из дырчатых жестяных пластин, а из станка тянулось, накручиваясь на вал, шелковое полотно с изысканнейшим узором.

При этом никакого мастера не требовалось: машина работала сама по себе, а обслуживать ее, как объяснили императору, вполне мог даже подмастерье.

Наполеону машина понравилась. Несколькими днями позже он распорядился передать патент Жаккара на ткацкую машину в общественное пользование, самому же изобретателю положить ежегодную пенсию в 3000 франков и право получать небольшое, в 50 франков, отчисление с каждого станка во Франции, на котором стояла его машина.

Впрочем, в итоге это отчисление сложилось в весомую сумму – к 1812 году новым приспособлением было оборудовано 18000 ткацких станков, а к 1825-му – уже 30000.

1728 год - станок Фалькона

Жан-Батист Фалькон создал свою машину на основе первого подобного станка конструкции Базиля Бушона. Он первым придумал систему картонных перфокарт, связанных в цепь.

Изобретатель прожил остаток дней в достатке, умер он в 1834 году, а шесть лет спустя благодарные горожане Лиона поставили Жаккару памятник на том самом месте, где когда-то была его мастерская. Жаккарова (или, в старой транскрипции, «жаккардова») машина была важным кирпичиком в фундаменте промышленной революции, не менее важным, чем железная дорога или паровой котел.

Но не все в этой истории просто и безоблачно. Например, «благодарные» лионцы, впоследствии почтившие Жаккара памятником, сломали его первый незаконченный станок и несколько раз покушались на его жизнь. Да и машину, если говорить по правде, изобрел вовсе не он.

Как работала машина

Для понимания революционной новизны изобретения необходимо в общих чертах представлять принцип работы ткацкого станка. Если рассмотреть ткань, можно увидеть, что она состоит из плотно переплетенных продольных и поперечных нитей. В процессе изготовления продольные нити (основа) протягиваются вдоль станка; половина из них через одну крепятся к рамке-«ремизке», другая половина– к другой такой же рамке.

Эти две рамки перемещаются вверх-вниз друг относительно друг друга, разводя нити основы, и в образовавшийся зев туда-сюда снует челнок, тянущий поперечную нить (уток). В результате получается простейшее полотно с нитями, переплетенными через одну.

Рамок-ремизок может быть больше двух, и двигаться они могут в сложной последовательности, поднимая или опуская нити группами, отчего на поверхности ткани образуется узор. Но количество рамок все равно невелико, редко когда бывает больше 32, поэтому узор получается простым, регулярно повторяющимся.

На жаккардовом станке рамок нет вообще. Каждая нить может перемещаться отдельно от других с помощью цепляющего ее стержня с кольцом. Поэтому на полотне можно выткать узор любой степени сложности, даже картину.

Последовательность движения нитей задается с помощью длинной зацикленной ленты перфокарт, каждая карта соответствует одному проходу челнока. Карта прижимается к «считывающим» проволочным щупам, часть из них уходит в отверстия и остается неподвижной, остальные утапливаются картой вниз. Щупы связаны со стержнями, управляющими движением нитей.

1900 год - ткацкий цех

Этот снимок сделан более века назад в заводском цеху ткацкой фабрики города Дарвела (Восточный Эйршир, Шотландия). Многие ткацкие цеха выглядят так и по сей день - не потому что хозяева фабрик жалеют средства на модернизацию, а потому что жаккардовы станки тех лет по-прежнему остаются наиболее универсальными и удобными.

Сложноузорчатые холсты умели ткать и до Жаккара, но это было по силам только лучшим мастерам, и работа была адская. Внутрь станка забирался работник-дергальщик и по команде мастера вручную поднимал или опускал отдельные нити основы, количество которых иногда исчислялось сотнями.

Процесс был очень медленным, требовал постоянно сосредоточенного внимания, и неизбежно случались ошибки. Кроме того, переоснащение станка с одного сложноузорчатого холста на другую работу растягивалось иногда на многие дни.

Станок Жаккара делал работу быстро, без ошибок - и сам. Единственным трудным делом теперь было набивать перфокарты. На производство одного комплекта уходили недели, зато однажды изготовленные карты могли использоваться снова и снова.

Челночный станок

В начале XIX века основным видом автоматического ткацкого устройства был челночный станок. Конструкция его была довольно проста: вертикально натягивались нити основы, а пулеобразный челнок летал между ними туда и обратно, протаскивая через основу поперечную (уточную) нить.

Испокон веков челнок протаскивался руками, в XVIII веке этот процесс был автоматизирован; челнок «выстреливался» с одной стороны, принимался другой, разворачивался – и процесс повторялся. Зев (расстояние между нитями основы) для пролета челнока обеспечивался с помощью бердо – ткацкого гребня, который отделял одну часть нитей основы от другой и приподнимал ее.

Предшественники

Как уже говорилось, «умный станок» придумал не Жаккар - он лишь доработал изобретения своих предшественников. В 1725 году, за четверть века до рождения Жозефа Жаккара, первое подобное устройство создал лионский ткач Базиль Бушон. Станок Бушона управлялся перфорированной бумажной лентой, где каждому проходу челнока соответствовал один ряд отверстий. Однако отверстий было мало, поэтому устройство меняло положение лишь небольшого числа отдельных нитей.

Следующего изобретателя, пытавшегося усовершенствовать ткацкий станок, звали Жан-Батист Фалькон. Он заменил ленту небольшими листами картона, связанными за углы в цепь; на каждом листе отверстия располагались уже в несколько рядов и могли управлять большим числом нитей. Станок Фалькона оказался успешнее предыдущего, и хотя он не получил широкого распространения, в течение жизни мастер успел продать около 40 экземпляров.

Третьим, кто взялся доводить ткацкий станок до ума, был изобретатель Жак де Вокансон, который в 1741 году был назначен инспектором шелкоткацких мануфактур. Вокансон работал над своей машиной много лет, однако его изобретение не имело успеха: слишком сложное и дорогое в изготовлении устройство по-прежнему могло управлять относительно небольшим числом нитей, и ткань с незамысловатым узором не окупала стоимости оборудования.

Удачи и неудачи Жозефа Жаккара

Жозеф Мари Жаккар родился в 1752 году в предместье Лиона в семье потомственных канутов - ткачей, работавших с шелком. Он был обучен всем премудростям ремесла, помогал отцу в мастерской и после смерти родителя унаследовал дело, однако ткачеством занялся далеко не сразу.

Жозеф успел сменить множество профессий, был судим за долги, женился, а после осады Лиона ушел солдатом с революционной армией, взяв с собой шестнадцатилетнего сына. И лишь после того как сын погиб в одном из сражений, Жаккар решил вернуться к фамильному делу.

Он возвратился в Лион и открыл ткацкую мастерскую. Однако бизнес был не слишком успешен, и Жаккар увлекся изобретательством. Он решил сделать машину, которая превзошла бы творения Бушона и Фалькона, была бы достаточно простой и дешевой и при этом могла делать шелковое полотно, не уступающее по качеству сотканному вручную. Поначалу конструкции, выходившие из-под его рук, были не слишком удачными.

Первая машина Жаккара, которая заработала как надо, делала не шелк, а... рыбацкие сети. В газете он прочел, что английское Королевское общество поддержки искусств объявило конкурс на изготовление такого приспособления. Награду от британцев он так и не получил, однако его детищем заинтересовались во Франции и даже пригласили на промышленную выставку в Париж. Это была знаковая поездка.

Во-первых, на Жаккара обратили внимание, он обзавелся нужными связями и даже раздобыл денег на дальнейшие изыскания, а во-вторых, он посетил Музей искусств и ремесел, где стоял ткацкий станок Жака де Вокансона. Жаккар увидел его, и недостающие детали встали на свои места в его воображении: он понял, как должна работать его машина.

1841 год - ткацкая мастерская Каркилля

Тканый рисунок (сделан в 1844 году) изображает сцену, произошедшую 24 августа 1841 года. Месье Каркилля, владелец мастерской, дарит герцогу д"Омалю полотно с портретом Жозефа Мари Жаккара, вытканное таким же образом в 1839 году. Тонкость работы невероятна: детали мельче, чем на гравюрах.

Невероятная точность станка Жаккара

Известная картина «Визит герцога д"Омаля в ткацкую мастерскую господина Каркилля»– это не гравюра, как может показаться, - рисунок полностью выткан на станке, оборудованном жаккардовой машиной. Размер холста - 109×87 см, работу выполнил собственноручно мастер Мишель-Мари Каркилля для фирмы «Дидье, Пти и Си».

Процесс mis en carte , или программирования, изображения на перфокартах, длился много месяцев, причем занимались этим несколько человек, а само изготовление полотна заняло восемь часов. Лента из 2400 (более тысячи двоичных ячеек на каждой) перфокарт была длиной в милю.

Картину воспроизводили только по специальным заказам, известно о нескольких полотнах подобного типа, хранящихся в разных музеях мира.

А один вытканный таким образом портрет Жаккара заказал себе декан кафедры математики Кембриджского университета Чарльз Бэббидж. К слову, герцог д"Омаль, изображенный на полотне, - не кто иной как младший сын последнего короля Франции Луи-Филиппа I.

Своими разработками Жаккар привлек к себе внимание не только парижских академиков. Лионские ткачи быстро смекнули, какую угрозу таит в себе новое изобретение. В Лионе, население которого к началу XIX века едва ли насчитывало 100,000, в ткацкой промышленности работало более 30,000 человек - то есть каждый третий житель города был если не мастером, то работником или подмастерьем при ткацкой мастерской. Попытка упростить процесс изготовления тканей лишила бы многих работы.

В итоге одним прекрасным утром в мастерскую Жаккара пришла толпа и сломала все то, что он строил. Самому изобретателю строго наказали оставить недоброе и заняться ремеслом, по примеру покойного отца. Вопреки увещеваниям братьев по цеху Жаккар не бросил своих изысканий, однако теперь ему приходилось работать скрытно, и следующую машину он закончил только к 1804 году.

Жаккар получил патент и даже медаль, однако самостоятельно торговать «умными» станками остерегся и по совету негоцианта Габриэля Детилле нижайше просил императора передать изобретение в общественную собственность города Лиона. Император удовлетворил просьбу, а изобретателя наградил. Окончание истории вам известно.

Эпоха перфокарт

Сам принцип жаккардовой машины - возможность менять последовательность работы станка, загружая в него новые карты - был революционным. Сейчас мы называем это словом «программирование». Очередность действий для жаккардовой машины задавалась двоичной последовательностью: есть отверстие – нет отверстия.

скоре после того как жаккардова машина получила широкое распространение, перфорированные карты (а также перфорированные ленты и диски) стали применять в разнообразных устройствах.

Но, пожалуй, самое известное из таких изобретений - и самое знаковое на пути от ткацкого станка к компьютеру - это «аналитическая машина» Чарльза Бэббиджа. В 1834 году Бэббидж, математик, вдохновленный опытом Жаккара с перфокартами, начал работу над автоматическим устройством для выполнения широкого спектра математических задач.

До этого он имел неудачный опыт постройки «разностной машины», громоздкого 14-тонного чудовища, заполненного шестеренками; принцип обработки цифровых данных с помощью шестеренок использовался со времен Паскаля, и вот теперь на смену им должны были прийти перфокарты.

1824 год - разностная машина Бэббиджа

Первый опыт постройки Чарльзом Бэббиджем аналитической машины был неудачным. Громоздкое механическое устройство, представляющее собой совокупность валов и шестерней, вычисляло довольно точно, но требовало слишком сложного обслуживания и высокой квалификации оператора.

В аналитической машине присутствовало все, что есть в современном компьютере: процессор для выполнения математических операций («мельница»), память («склад»), где хранились значения переменных и промежуточные результаты операций, было центральное управляющее устройство, которое также выполняло функции ввода-вывода.

В аналитической машине должны были использоваться перфокарты двух типов: большого формата, для хранения чисел, и поменьше - программные. Бэббидж работал над своим изобретением 17 лет, но так и не смог его закончить - не хватило денег. Действующую модель «аналитической машины» Бэббиджа построили только в 1906 году, поэтому непосредственным предшественником компьютеров стала не она, а устройства, называемые табуляторами.

Табулятор - это машина для обработки больших объемов статистической информации, текстовой и цифровой; информация вводилась в табулятор при помощи огромного количества перфокарт. Первые табуляторы были разработаны и созданы для нужд американского офиса переписи населения, но вскоре их использовали уже для решения самых разных задач.

С самого начала одним из лидеров в этой сфере стала компания Германа Холлерита, человека, который изобрел и изготовил в 1890 году первую электронную табулирующую машину. В 1924 году компания Холлерита была переименована в IBM.

1890 год - табулятор Холлерита

Табулирующая машина Германа Холлерита была построена для обработки результатов всеамериканской переписи населения 1890 года. Но оказалось, что возможности машины выходят далеко за рамки поставленной задачи.

Когда на смену табуляторам пришли первые ЭВМ, принцип управления с помощью перфокарт сохранился и здесь. Куда удобнее было загружать в машину данные и программы с помощью карточек, нежели переключая многочисленные тумблеры.

Кое-где перфокарты используются и по сей день. Таким образом, почти 200 лет главным языком, на котором человек общался с «умными» машинами, оставался язык перфокарт.

Сегодня для хранения информации мы используем HDD, SSD, SD-карты, USB-флэшки. Уже намного реже мы вставляем в ноутбуки лазерные диски. У меня лично дома ни одного устройства, поддерживающего этот носитель, нет.

Многие из нас давно не видели аудио и видеокассет, бобин с магнитными плёнками, дискет, и тем более перфокарт и перфолент. Эти носители, некоторые из которых известны ещё с XVIII века, почти исчезли.

Но только почти. Сегодня мы поговорим о временах, когда в ходу были «мягкие» носители данных, и о том, что все они до сих пор живы благодаря прочному укоренению в государственных и военных учреждениях и исследовательских центрах.

Перфокарты и перфоленты

Перфокарты, которые мы знаем как способ хранения и передачи информации для компьютеров в 1920-1950-х годах, корнями уходят в докомпьютерное время. А именно — в 1725 год, когда перфорированную бумагу начали использовать для управления ткацким станком.

Базиль Бушон, сын сборщика оргаМЃнов, адаптировал используемую для автоматического проигрывания музыки систему («развернул» цилиндр с штырьками/калками) под нужды ткацкого дела.

Он использовал перфорированную бумагу в рулоне, чтобы станок воспроизводил рисунок на ткани. Коллега Бушона, Жан-Баптист Фалькон, заменил бумажную ленту на скреплённые между собой перфорированные карты.

Ткацкий станок Базиля Бушона

Механизм усовершенствовал Жозеф Мари Жаккар. Свой ткацкий станок для крупноузорчатых тканей он создал в 1804 году. Перфорировнные карты позволяли в автоматическом режиме, практически без участия мастера, осуществлять определённое чередование подъёмов и опускания нитей основы, чтобы отобразить на ткани заданный узор.

Перфорированные карты в ткацком станке Жаккара

Результат работы Жаккардова станка

В ткацком деле до сих пор используются Жаккардовы станки, улучшенные, автоматизированные. Но перфокарты работают до сих пор. Ниже вы видите пример перфокарты с сайта по домоводству для станка Brother — с мотоциклистом для детского свитера.

Перфокарта для современной вязальной машины Brother

Чарльз Бэббидж в 1822 году построил первую модель своей разностной машины, которая состояла из валиков и шестерней, вращаемых при помощи специального рычага. Тогда же он попросил правительство Великобритании профинансировать его дальнейшую работу. В процессе он столкнулся со множеством проблем, так что через девять лет работа встала. Хотя частично машина функционировала и производила вычисления. Позже он возвращался к работе в 1847-1849 годах. Для этого огромного калькулятора Бэббидж даже разработал принтер, который в 2000 году запустили в лондонском Музее науки.

Основными частями аналитической машины были «склад» для хранения чисел, «мельница» для выполнения арифметических действий, устройство, управляющее операциями, и устройства ввода и вывода. Для ввода данных в память использовалиись перфокарты: один механизм с перфокартами задавал операции «мельнице», второй — управлял переносом данных между «мельницей» и «складом». Устройство вывода, то есть принтер, могли в одной или двух копиях воспроизводить результат в виде отпечатка или пробивать его на перфокартах.

Перфокарты для аналитической машины Бэббиджа

В те же годы, в первой половине XIX века, над механическими интеллекутальными машинами работал русский изобретатель Семён Корсаков. Он стал одним из пионеров применения перфорированных карт в информатике. В 1832 году он создал своё первое устройство, функционирующее на основе перфорированных таблиц и предназначенное для задач информационного поиска и классификации. Это был гомеоскоп с неподвижными частями.

Каждая строка гомеоскопа соответствует определённому признаку — симптому болезни. В вертикальном столбце был набор признаков — патологических симптомов, из которых один или несколько характеризовали болезнь. В нижней строке содержалось решение задачи — лекарство, которое поможет при заболевании.

Сам гомеоскоп представлял собой цилиндр с булавками. Оператор выбирал симптомы из первого столбца — например, кашель и насморк — и вдавливал булавки. Затем он проводил цилиндром по таблице вправо: при нахождении перфорированных в нужных местах ячеек гомеоскоп останавливался, и в нижней строке можно было прочесть информацию о лечении заболевания.

Это была своеобразная Excel-таблица (до электронных таблиц), заточенная под нужды врача.

Гомеоскоп с неподвижными частями

Подсчёты переписи населения США в 1880 году заняли восемь лет, а переписи 1890 года — всего год. Такая разница объясняется введением счётной машины, работающей на перфокартах.

В 1880-х изобретатель Герман Холлерит запатентовал оборудование для работы с перфокартами. Его статистический табулятор позволил ускорить перепись, после которой Холерит получил звание профессора в Колумбийском университете.

Покупателями табуляционных машин TMC, Tabulating Machine Company, стали железнодорожные управления и правительственные учреждения. В 1924 году компанию переименовали в IBM — International Business Machines.

Перфокарта Холлерита

IBM выпускала электрические табуляторы на перфокартах вплоть до 1976 года. Последней стала модель IBM 407. Её аренда обходилась от 800 американских долларов в месяц — это около 5 000 долларов на 2016 год.

IBM 407

Перфокарта для языка FORTRAN

В СССР выпускали табуляторы Т-5М, Т-5МУ, Т-5МВ и ТА80-1. Первые три работали с цифровой информацией, а четвертый - с алфавитно-цифровой. Для ввода информации использовали 80-колонные и 45-колонные перфорированные карты. Табуляторы работали с итоговыми, считывающими и репродукционными перфораторами, с электронными вычислительными и умножающими приставками на машиносчётных станциях.

Табулятор Т-5 МВ на машиносчётной станции

80-колонная перфокарта советского производства для табулятора IBM, 1980 год

В 1938 году немецкий инженер Конрад Цузе построил один из первых программируемых компьютеров в мире — Z1. Машина имела устройство ввода в виде клавиатуры, сделанной из пишущей машинки, электрический привод и была способна вычислять данные в десятичной системе в виде чисел с плавающей запятой. Данные выводились с помощью панели на лампах.

Машина выполняла умножение за 5 секунд. Тактовая частота составляла 1 Гц. Система работала за счёт двигателя пылесоса мощностью в 1 киловатт.

Z1 была оснащена устройством чтения перфоленты, которое предоставляло код операции для каждой инструкции.

Конрад Цузе и воссозданная после Второй мировой вычислительная машина Z1

Перфолента для вычислительной машины Z1

В 1940 годы американские артиллеристы использовали таблицы стрельбы, содержащие информацию о поправках прицела в соответствии с дистанциями до цели. Расчёты траекторий одним человеком для одного типа орудия и одного снаряда занимали более двух недель. Нужно было посчитать около трёх тысяч траекторий для множества комбинаций параметров — температуры воздуха, плотности почвы, скорости ветра и так далее. Учёный из Пенсильванского университета Джон Уильям Мокли задумал использовать вакуумные лампы в качестве элементной базы для электронной дифференцирующей машины. С этого начинается история ENIAC, а затем его улучшенной версии — EDVAC.

ENIAC собрали в 1945 году. Первой задачей было математическое моделирование термоядерного взрыва супер-бомбы по гипотезе Улама-Теллера. Задача была настолько сложной, что даже при игнорировании многих физических эффектов и максимальном упрощении уравнения для ввода программы в компьютер понадобился миллион перфокарт.

Для чтения перфокарт использовали табулятор IBM. Одной из проблем этого носителя информации была невысокая скорость работы: слишком много времени уходило на перфорацию на картах выведенных в процессе расчётов данных и их ввод в машину для дальнейших вычислений. Для решения этой проблемы изобретатели начали работать над новыми способами ввода и хранения данных — над магнитными лентами.

Первые программисты ENIAC: на корточках — Рут Лихтерман, стоит — Мэрлин Уэскофф. 1946 год.

Бобины чистых перфолент советского производства

Магнитная лента

В 1898 году датский физик и инженер Вальдемар Поульсен запатентовал способ магнитной записи за проволоку. Устройство называлось «телеграфон». С усилителя сигнал подавался на записывающую головку, вдоль которой с постоянной скоростью перемещалась проволока и намагничивалась соответственно сигналу.

В 1927 году немецкий инженер Фриц Пфлеймер с помощью клея нанёс напыление порошка оксида железа на тонкую бумагу, и годом позже получил патент на применение магнитного порошка на бумаге или киноплёнке. Но патент отменили из-за того, что такое применение порошка было изложено в патенте Поульсена.

Идеи Поульсена и Пфлеймера использовала компания AEG, разработавшая прибор для магнитной записи «Магнетофон-К1». Магнитную ленту для «магнетофона» изготавливал химический концерн BASF. Устройство представили на радиовыставке в Берлине в 1935 году.

Патент США на записывающее устройство на магнитной проволоке

Магнетофон-К1

В 1951 году изобретатели компьютера ENIAC Джон Экерт и Джон Мокли работали над новой машиной. Ей стал первый условно коммерческий компьютер в США — UNIVAC I. Компьютер строили для нужд Военно-воздушных сил и топографической службы Армии США, а заказ был размещён от лица Бюро переписи населения. Всего были выпущены сорок шесть экземпляров UNIVAC I для установки в правительственных учреждениях, частных корпорациях и университетах. Второй экземпляр был установлен в Пентагоне. Последние экземпляры выключили в 1970 году после 13 лет службы в коммерческой страховой компании.

Стоимость машины начиналась со 159 000 долларов. Со временем цена составила от 1 250 000 до 1 500 000 долларов. В переводе на деньги 2016 года максимальная цена UNIVAC I составляла 12 480 000 долларов.

В качестве носителя данных в этом компьютере впервые использовали магнитную ленту. Одновременно можно было подключить до десяти ленточных накопителей UNISERVO.

UNISERVO стал первым ленточным накопителем для коммерческого компьютера и имел успех. Ленты UNIVAC из никелированной бронзы были шириной в половину дюйма и длиной до 450 метров. Данные записывались на восьми дорожках, где шесть были собственно для данных, одна — для контроля чётности, и ещё одна — для синхронизации. Одна лента вмещала 1 440 000 шестибитных символов.

Ленточные накопители UNISERVO для UNIVAC

В 1960 году в IBM разработали первую пластиковую карту с магнитной полосой. Штрих-коды и перфорация не отличались надёжностью, и для банковских карт было необходимо придумать новый способ хранения данных. Выбор пал на магнитную ленту. Сегодня все банковские карты имеют магнитную ленту, хотя всё чаще начинают использовать чипы и NFC.

Первые прототипы карт с магнитной полосой

В персональных компьютерах 1970-1980-х годов для хранения информации часто использовались аудиокассеты. Воспроизведение и запись программ осуществляли либо с помощью специальных накопителей, либо с помощью обычных бытовых аудиомагнитофонов. Попробуйте сказать вслух «аудиомагнитофон» — как-то необычно звучит, верно?

Sinclair ZX Spectrum+2

Магнитофон Atari XC12 для компьютеров Atari 65XE и 130XE

Многие уже забыли, как выглядят аудиокассеты и видеокассеты. Кто-то их никогда не видел и не держал в руках. Но для бизнеса и исследовательских центров магнитные ленты до сих пор имеют огромное значение.

CERN для хранения результатов работы Большого адронного коллайдера использует магнитную ленту, кроме них совмещают облака с магнитными лентами НАСА и телеканал Discovery. Крупные корпорации также иногда выбирают магнитные ленты. Преимущество технологии состоит в цене — каждый гигабайт хранения стоит от двух до трёх центов. Скорость работы с файлами низкая из-за последовательного доступа — от нескольких десятков секунд до минуты. Но для данных, которые не требуют быстрого доступа, она идеально подходит. До 80% корпоративных данных можно записать на ленту, уверены в IBM.

IBM продолжают работать над улучшением форматов. В 2015 году учёные из компании смогли записать данные на магнитную ленту с эффективностью в 123 миллиарда бит на квадратный дюйм. Так они превысили в 88 существующий с 2012 года формат LTO-6, по которому можно записать 2,5 ТБ данных на плёнку среднего класса. Ещё ранее, в 2012 году, IBM совместно с Fujifilm начали разработку опытных образцов кассет размерами 10х10х2 сантиметра, способных хранить до 35 терабайт данных.

Флоппи-диск

Основной недостаток магнитной ленты — последовательный доступ к данным. Эту проблему в 1960-е годы решала команда Алана Шугарта в лаборатории IBM. Один из старших инженеров Дэвид Нобль в 1967 году предложил использовать гибкий магнитный диск с защитным кожухом. В 1971 году компания представила первую 8-дюймовую дискету и дисковод для неё.

8-дюймовая дискета IBM на 128 байт

Оператор ЭВМ использует 8-дюймовую дискету

Шугарт в 1971 году основал собственую компанию Shugart Technology и в 1976 году присоединился к разработке мини-флоппи дисков для персональных компьютеров. Компания выпустила дисковод для 5ј-дюймовых дискет, которые вытеснили с рынка ПК 8-дюймовые дисководы.

В 1981 году собственный вариант дискет, на этот раз диаметром 3Ѕ дюйма, выпустила компания Sony. Их начали использовать в компьютерах HP, Macintosh, IBM, Atari, Commodore.

Первые версии дискет имели ёмкость 720 килобайт, в поздних дискетах этот показатель довели до 1,44 мегабайта. Результат улучшила компания Toshiba, представив в 1980-х годах диск на 2,88 мегабайт. Я помню только 1,44-мегабайтные дискеты — потому что формат от Toshiba не прижился.

Внешний дисковод с USB-интерфейсом

Три поколения гибких магнитных дисков: 8, 5,25 и 3,5 дюйма

Hitachi прекратила производство дискет в 2009 году. Sony прикрыла фабрики в 2010 году, после продажи общим счётом сорока семи миллионов дискет.

Toshiba в 2014 году нашла новое применение своей фабрике по производству дискет: переоборудовала её в ферму для выращивания салата-латука, который не надо мыть.

Овощная ферма Toshiba — переоборудованный цех по производству флоппи-дисков

Казалось бы, эра дискет закончилась в декабре 2015 года, когда правительство Норвегии прекратило распространение списков пациентов клиник на дискетах. Но это не так. В июне 2016 года мы узнали, что в больницах Южной Австралии продолжают использовать медицинский софт на основе MS-DOS, разработанный ещё в 1980-е годы, а для хранения данных используют дискеты.

Но тут речь идёт о 3Ѕ дискетах, относительно современном варианте. В то же время ядерным арсеналом США управляют с помощью 8-дюймовых гибких дисков! В инфраструктуре арсеналов были интегрированы IBM Series/1 в 1970-х годах, и эти системы работают до сих пор. Системы планируют заменить в 2017 году.

3,5 гигабайта врачебной информации на двух с половиной тысячах дискет. Норвегия, 2015 год

IBM Series/1

Сегодня магнитные ленты, перфокарты и дискеты кажутся вчерашним днём. Но их продолжают использовать. Магнитные ленты позволяют дешевле, чем при применении SSD и HDD, хранить данные. Дискеты никак не могут уйти из-за плотной интеграции в некоторых учреждениях, например, в системе здравоохранения некоторых стран. А один из самых первых носителей, перфокарта, до сих пор используется с той же целью, для которой его создали — в ткацких и вязальных станках.