Что такое перфокарты и перфоленты
Перфокарты и перфоленты
Перфокарта — носитель информации, предназначенный для использования системами автоматической обработки данных. Сделанная из тонкого картона, перфокарта представляет информацию наличием или отсутствием отверстий в определенных позициях карты. Существовало много разных форматов перфокарт; наиболее распространенным был “формат IBM”, введенный в 1928 г. — 12 строк и 80 колонок, размер карты 7⅜ и 3¾ дюйма (187.325×82.55 мм). Компьютеры первого поколения, в 20—50-е годы XX-го столетия, использовали перфокарты в качестве основного носителя при хранении и обработке данных. Затем, в течение 70-х — начале 80-х, они использовались только для хранения данных и постепенно были замещены гибкими магнитными дисками большого размера. В настоящее время перфокарты не используются нигде, кроме устаревших систем. Главным преимуществом перфокарт было удобство манипуляции данными — в любом месте колоды можно было добавить карты, удалить, заменить одни карты другими.
Перфолента (перфорированная лента) — устаревший носитель информации в виде бумажной ленты с отверстиями. Первые перфоленты использовались с середины XIX века в телеграфии, отверстия в них располагались в 5 рядов, для передачи данных использовался код Бодо. Благодаря простоте устройств ввода/вывода, перфолента получила распространение в компьютерной технике. Поздние компьютерные перфоленты имели ширину 7 или 8 рядов и использовали для записи кодировку ASCII. Использовались в миникомпьютерах для ввода/вывода информации до середины 1980-х годов. Были вытеснены магнитными носителями информации. Недостатком перфолент по сравнению с перфокартами является низкая механическая прочность ленты и невозможность “ручного редактирования” текстовых файлов (добавлением или заменой перфокарт в колоде). По сравнению с магнитными лентами основным недостатком была низкая скорость чтения/записи.
Ликбез по работе с перфокартами (или история о том, как с 1890-го по 1970-й «большие данные» обрабатывались)
В период 1890-1970 вся обработка больших данных осуществлялась через перфокарты. Перфокарты в свою очередь обрабатывались при помощи т.н. «регистрирующей аппаратурой», центральным звеном которой был электромеханический «сортировщик перфокарт». Перфокарты и сопутствующую аппаратуру применяли для решения самых разнообразных задач: перепись населения, бухгалтерский учёт, инвентаризация, расчёт заработной платы и т.д.
Как люди работали с перфокартами? Какому алгоритму следовал электромеханический сортировщик перфокарт? Как осуществлялась сортировка по числовым полям данных? А по строковым? Обо всём этом – ниже.
Как люди работали с перфокартами?
Принцип действия электромеханического сортировщика перфокарт
Алгоритм поразрядной сортировки чисел
Как же тогда сортировщику перфокарт удаётся справляться со своей работой? В нём реализован изящный алгоритм «поразрядной сортировки». Суть: сортировщик перфокарт обрабатывает по одной цифре поля данных за раз; для сортировки по трёхзначному полю, пачку перфокарт нужно пропустить через сортировщик три раза. Итак, алгоритм:
Преимущества алгоритма поразрядной сортировки
Как осуществляется кодировка строковых данных
Алгоритм сортировки символьных строк
Благодаря такой кодировке сортировщик может упорядочивать строковые поля данных по алфавиту. На это ему требуется два прогона. Алгоритм следующий:
Итак, когда компьютеров ещё не было, предприятия обрабатывали большие данные при помощи перфокарт. Несмотря на то, что перфокарты безвозвратно устарели, с их влиянием на современное состояние компьютерной техники мы сталкиваемся и по сей день, – всякий раз, когда нам приходится мириться с форматированием текста 80-символьными строками. Нечто подобное наблюдается, например, при работе с Far Manager.
Что такое перфокарта, зачем она была нужна и куда исчезла
Немногие из современных компьютерных пользователей знают про этот универсальный носитель, с помощью которого начинался диалог человека с машиной.
Стремительная скорость научно-технического прогресса, за которой большинство из нас более уже и не пытается поспевать, это та данность, в которой мы ныне живём. Наиболее осязаемо эта скорость проявляется в стремительном исчезновении предметов и вещей, которые на памяти живущих совсем недавно считались признаком и мерилом этого самого прогресса.
Взять хотя бы перфокарты, без которых в 60-70-е годы прошлого века не мыслилась полноценная работа ни одной продвинутой электронно-вычислительной машины.
Так случилось, что, несмотря на совершенное отсутствие математических способностей, автору этих строк пришлось помаяться не только с изучением высшей математики, но ещё и пройти курс вычислительной техники. И даже получить соответствующий диплом, подтверждающий квалификацию машиниста-оператора ЭВМ. А всё дело в том, что единственная школа в научном городке казахстанских физиков (ныне посёлок Алатау), где прошло моё детство, имела «математический уклон». Так что особых возможностей для привередливого выбора попросту не было.
Курс вычислительной техники, хоть и считался факультативным, был вполне себе обязательным. Так что в 9 и 10 классах все мои однокашники поголовно зубрили теорию и усваивали азы практической работы по данному предмету.
Практика проходила в Вычислительном центре Института физики высоких энергий, где работали многие наши родители. Институт этот (как и соседний – ядерной физики) шефствовал над школой, и шефство это не было формальностью. Оснащённости наших кабинетов физики и химии завидовали белой завистью все школы не только в Алма-Атинской области, к которой тогда относился посёлок, но и самой Алма-Аты, которой нас вскоре передали.
Вычислительный центр ИФВЭ был в те годы, возможно, лучшим в республике, потому что располагал двумя большими электронно-счётными машинами БЭСМ-4 и одной БЭСМ-6, считавшейся флагманом советской вычислительной техники и надеждой кибернетики. Кибернетика же, как знали тогда все, была «наукой будущего» (несмотря на то, что несколькими десятками лет ранее с высоких трибун называлась лженаукой).
То, что под три ЭВМ был отдан целый этаж старого института (а в новом корпусе уже после нас специально был построен целый флигель), говорило не только об уважении руководства к сфере. Размеры были главным! Каждая БЭСМ со своей «периферией» занимала по несколько комнат. А особенно габаритной была самая-самая – БЭСМ-6. Такова была в условиях старых технологий цена за быстродействие (миллион операций в секунду!). В какой-то момент эволюции показатели делали эту машину наиболее передовой в Старом свете, а сейчас эти характеристики могут показаться смешными для обладателя любого ноутбука!
Но общаться с машиной напрямую, так, как это происходит у пользователя с домашним компьютером, было невозможно. Для этого существовали специальные языки программирования – «Фортран» и «Алгол». А также бумажные перфокарты, с помощью которых осуществлялся ввод команд. На перфокартах же хранилась и информация. В этом отношении они были полноценным связующим звеном между бумажной и цифровой эпохами.
Использованная (по прямому назначению!) перфокарта была вся продырявлена – перфорирована, то есть заполнена информацией. Информация на перфокартах напоминала своеобразную карточную колоду, смысл которой менялся в зависимости от растасовки. Всего же на одну карту вмещалась фраза не более чем в нескольких десятков слов.
Вот что пишет про неё Википедия (тут ей вполне можно доверять, тут ей карта в руки. ):
«Перфока́рта (перфорационная карта, перфорированная карта, от лат. perforo – «пробиваю» и лат. charta – лист из папируса; бумага) – носитель информации из тонкого картона, представляет информацию наличием или отсутствием отверстий в определённых позициях карты. Наиболее широко перфокарты применялись во второй половине XX века для ввода и хранения данных в системах автоматизированной обработки информации. В настоящее время, как и перфолента, практически вытеснены более компактными, быстрыми и удобными полупроводниковыми, магнитными и оптическими носителями.
С 1-й по 5-ю колонку располагалась область меток, 6-я служила для маркировки текста как продолжения предыдущей строки (любым символом, кроме пробела и «0»), а с 7-й по 72-ю располагался собственно текст оператора или комментария. Колонки с 73-й по 80-ю могли служить для нумерации карт (чтобы восстановить случайно рассыпавшуюся колоду) или для краткого комментария».
Сложно? А кто обещал, что будет легко? Человек только учился разговаривать с машинами.
Однако для нас, новоиспекаемых операторов-программистов ЭВМ и прочих причастных значение перфокарт в жизни было гораздо шире утилитарного общения с железом. Я специально попросил своих школьных товарищей воскресить в памяти массивы данных об этих карточках из тонкого бежевого картона, и ответы не заставили себя ждать.
– Перфокарта! Ввод данных! К ней прилагались лезвие бритвы, шаблон, раскрашенный цветными карандашами, ну и знание кодов.
– Мы из этих карточек, потерявших всякий смысл в 80-е, делали домашнюю книжную картотеку. Технологию почерпнули из журнала «Наука и жизнь». Пробиваешь две дырочки в нужных местах и используешь две спицы. Круто было!
– А ещё из них получались хорошие стаканчики для рассады и подручные материалы для производства игральных карт – помню, один мой товарищ сделал даже в эротическом варианте!
– Не только карты – карточки для изучения «англицких» слов были хорошие.
– У них была тыща применений: наш товарищ рисовал тушью прекрасные открытки, стихи на таких карточках сами придумывались, список дел, картотеки, домики, пасьянсы, закладки, визитки и т.д. В общем, в сумочке пачечка перфокарт водилась всегда! Детишкам даже домики строили и клеили.
– Перфокарты – это суперотличное приспособление для всего! Любовь к перфокартам у нас в крови! Само ощущение, когда держишь её в руках, незабываемо! Это почти наш символ времени!
Вот такой ушедший символ того недавнего времени, которое ногами своими уже в прошлом.
Перфокарты канули в былое бесследно? Не совсем. По утверждению знатоков, как рудимент эти карты мелькают перед нашими глазами доселе. Дело в том, что «отображаемый по умолчанию текстовый видеорежим дисплеев подавляющего большинства компьютерных устройств содержит по горизонтали 80 знакомест – ровно столько, сколько их было на стандартной перфокарте».
Эволюция носителей информации: о перфокартах, магнитных плёнках и дискетах
Привет, Geektimes! Обычно в нашем блоге мы рассказываем про новые продукты и технологии компании OCZ. Однако сегодня речь пойдет о том, как эволюционировали технологии хранения данных на протяжении всей истории их существования, которая насчитывает уже более 200 лет.
Итак, что же придумал Жаккар. В XIX веке производство ткани представляло собой довольно трудоемкий процесс, однако по своей сути это было постоянное повторение одних и тех же действий. Имея за спиной огромный опыт работы в качестве наладчика станков, Жаккар подумал, почему бы этот процесс не автоматизировать.
Плодом его работы стала система, использующая огромные твердые пластины, в которых были проделаны несколько рядов отверстий. Эти пластины и были первыми в мире перфокартами. Справедливости ради нужно отметить, что Жаккар все же не был в этой области новатором. Французские ткачи-изобретатели Базиль Бушон и Жак Вокансон также пытались использовать продырявленные ленты в своих ткацких станках, но не смогли завершить начатое.
Принцип работы Жаккардовой машины заключался в том, что на вход в считывающее устройство, которое представляло собой набор щупов, связанных со стержнями нитей, подавались перфокарты. При проходе перфорированной ленты через считывающее устройство щупы проваливались в отверстия, поднимая вверх соответствующие нити. Так определенная комбинация дыр в перфокарте позволяла получить нужный узор на ткани.
Перфокарты также занимали центральное место в изобретениях американского инженера Германа Холлерита, который в 1890 году создал табулятор – устройство, предназначенное для обработки буквенных и числовых символов, записанных на перфокарту, и вывода результата на бумажную ленту. На первых порах табулятор Холлерита использовало Бюро переписи населения США, а несколько позже систему взяли на вооружение в железнодорожном управлении и правительстве. К слову, в 1896 году Холлерит основал компанию Tabulating Machine Company, которая в 1911 году стала частью конгломерата C-T-R, который в свою очередь в 1924 году был переименован в IBM.
Основным преимуществом перфокарт была простота и удобство манипуляции данными. В любом месте колоды можно было добавить или удалить карты, а также легко заменить одни карты другими. Но были и свои минусы, которые с течением времени начали перевешивать плюсы. Прежде всего, это малая ёмкость. Как правило, перфокарта вмещала в себе всего лишь 80 символов. Это значит, что для хранения 1 Мбайта данных потребовалось бы порядка 10 тысяч перфокарт. Также для перфокарт была характерна низкая скорость чтения и записи. Даже самые быстрые считывающие устройства не обрабатывали более тысячи перфокарт в минуту, что соответствует примерно 1,6 Кбайт/мин. И, конечно, надёжность. Повредить изготовленную из тонкого картона перфокарту или проделать лишнее отверстие было проще простого.
Пик развития перфокарт пришелся на середину XX века, а закат эпохи наступил в 1980-х годах, когда им на смену пришли более совершенные магнитные носители информации.
Первая магнитная пленка была создана в 1928 году немецким ученым Фрицем Пфлюмером. Такая пленка представляла собой тонкую бумагу, на которую был нанесен тонкий слой оксида железа. В том же году Пфлюмер показал прибор, предназначенный для магнитной записи на такую ленту. При записи информации на пленку оказывалось воздействие магнитным полем, и на её поверхности сохранялась намагниченность.
Рынок ленточных накопителей поддерживается ещё тем фактом, что такие запоминающие устройства до сих пор обходятся дешевле, чем современные жесткие диски. По словам Эвангелоса Элефтеро, руководителя отдела технологий хранения данных исследовательской лаборатории IBM в Цюрихе, 1 Гбайт магнитной ленты стоит примерно 4 цента, тогда как 1 Гбайт дискового пространства на HDD обходится как минимум в 2,5 раза дороже – 10 центов. По этой причине выбор в пользу магнитной плёнки делают, к примеру, крупные исследовательские лаборатории, где существует необходимость хранить огромные объемы информации. К примеру, для хранения результатов на Большом адронном коллайдере используется именно магнитная лента. Для хранения 28 петабайтов данных на жестких дисках организации CERN, ответственной за создание и работу коллайдера, пришлось бы раскошелиться более чем на 38 миллионов долларов. В то время как хранение такого же объема информации на магнитной ленте обошлось им всего лишь в 1,5 миллиона.
По словам главы подразделения обработки и хранения данных CERN Альберто Пейса, помимо дешевизны, у магнитной ленты есть ещё несколько преимуществ перед жесткими дисками. Во-первых, это надежность. В случае разрыва ленты её всегда можно склеить, потеряв при этом лишь несколько сотен мегабайт даных. А при поломке жесткого диска, скорее всего, будет утеряна вся информация. Во-вторых, это скорость доступа. Роботу, который выбирает нужную кассету и вставляет её в считыватель, требуется около 40 секунд для выполнения этой операции. Но даже это примерно в 4 раза быстрее, чем если бы данные приходилось считывать с жесткого диска. В-третьих, срок службы магнитных лент достигает 30 и более лет, тогда как жесткие диски могут работать на протяжении всего 5 лет.
Альберто Пейс выделил ещё один значимый плюс магнитных лент – их безопасность. В теории злоумышленники могут получить доступ к жестким дискам, тогда как онлайн-доступ к магнитной плёнке получить невозможно.
Следующей ступенью эволюции носителей информации стала дискета. Она увидела свет в 1971 году, а её разработкой занималась компания IBM. История создания дискеты довольно проста: перед IBM встал вопрос о том, как рассылать своим клиентам обновления софта, и инженер компании Алан Шугарт предложил идею быстрого и компактного гибкого диска. Первая дискета была исполнена в 8-дюймовом форм-факторе и имела объем 80 Кбайт. Поддерживалась лишь одноразовая запись. Интересно, что изначальная конструкция дискеты не предусматривала привычный всем нам пластиковый кожух – IBM планировала поставлять гибкий диск без какой-либо защиты. Однако в таком виде дискета притягивала к себе пыль, вдобавок её легко можно было повредить. Поэтому было принято решение упаковать диск в пластиковый футляр.
На самом деле первые дискеты вовсе не пользовались популярностью. Причина этого заключается в том, что стоимость дисководов, которые требовались для чтения дискет, едва ли не превышала стоимость целого компьютера.
Шугарт и инженеры IBM продолжали работу над улучшением своего детища. В 1973 году объем гибких дисков был увеличен до 256 Кбайт, а в 1975 году он стал ещё в 4 раза больше. Но главной задачей Шугарта являлось не столько увеличение объема памяти дискеты, сколько уменьшение её размеров. Изначально дискета задумывалась как карманное устройство, но 8-дюймовый девайс можно было уместить разве что в среднеразмерную дорожную сумку.
И вот в 1976 году появился формат 5,25 дюймов. Нужно отметить, что этот стандарт разрабатывался основанной Шугартом компанией Shugart Associates в тесном сотрудничестве с организацией Wang Laboratories, которая планировала использовать уменьшенный формат в своих настольных компьютерах. Почему же 5,25″? Когда Ан Вэнг из Wang Laboratories вместе с Джимом Адкиссоном и Доном Массаро из Shugart Associates обсуждали будущий форм-фактор в баре, их внимание привлекла обычная салфетка. Так и родилась идея создать дискету с такими размерами. Она получила название mini-floppy.
Привычный 3,5-дюймовый формат дискета получила в 1981 году. Создателем формата выступила компания Sony. Первые 3,5″ дискеты имели объем 720 Кбайт, но вскоре появились модели, вмещающие 1,44 Мбайт информации. Но к середине 90-х годов даже этого объема уже было недостаточно. Тем не менее дискеты ещё долго удерживались на рынке носителей информации, и лишь с появлением по доступной цене накопителей на основе флэш-памяти начали сдавать свои позиции.
Несмотря на все преимущества «флэшек» над дискетами, некоторые производители предпринимали попытки спасти устаревающий стандарт. Так, компания Iomega разработала дискету под названием Iomega Zip, которая отличалась о классических дискет увеличенным до 100 Мбайт объемом памяти и более высокой скоростью чтения и записи. Но из-за высокой стоимости и проблем с надежностью Iomega Zip так и не смогла потеснить на рынке ни 3,5″ дискеты, ни накопители на основе флэш-памяти.
История «мягких» (гибких) накопителей
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 орга́нов, 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: Источник
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. Источник
Бобины чистых перфолент советского производства. Источник
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. Источник
«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. Источник
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 на 80 килобайт и дисковод для неё.
8-дюймовая дискета IBM на 128 килобайт
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 5¼-дюймовых дискет, которые вытеснили с рынка ПК 8-дюймовые дисководы.
В 1981 году собственный вариант дискет, на этот раз диаметром 3½ 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.
Реклама дискет, 1986 год
Внешний дисковод с USB-интерфейсом
Три поколения гибких магнитных дисков
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. Источник
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 3½ 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.