От перфолент до облачных хранилищ: как развивалась история хранения данных

Вспоминаем прошлое и смотрим в будущее хранения данных.

Мы ежедневно создаем гигабайты информации, будь то фотографии, документы или видео, и отправляем их в облако, даже не задумываясь об этом процессе. Но так было далеко не всегда. История хранения данных полна интересных открытий и революционных решений, каждое из которых играло свою роль в формировании технологий, известных сегодня.

Содержание:

Если сегодня мы говорим о хранении данных, большинство из нас вспомнит про облачные хранилища и SSD. Однако на заре вычислительной техники данные хранились с помощью механических устройств — перфокарт. Это были скромные бумажные карты с пробитыми отверстиями, каждая комбинация которых представляла собой определенный символ — команду для машины.

Еще в XVIII веке французский инженер Жозеф Мари Жаккар разработал ткацкий станок, управляемый перфорированными картами. Они содержали инструкции для станка, определяющие узор ткани.

Позже, в середине XIX века, англичанин Чарльз Бэббидж предложил идею использования перфокарт для программирования аналитического двигателя — прообраза современных компьютеров. Хотя сам двигатель так и не был построен, идея использования перфокарт для ввода данных оказалась перспективной.

Первый «компьютер», использующий перфокарты, появился в конце XIX века. Американский статистик Герман Холлерит создал машину для обработки результатов переписи населения США 1890 года. Машина Холлерита могла считывать информацию с перфокарт и производить простые арифметические операции. Результаты переписи с машиной получили всего через два года после проведения, тогда как ручной анализ мог занимать более 7 лет.

На протяжении первой половины XX века перфокарты применяли в вычислительных машинах. Они были просты в изготовлении и использовании, но процесс считывания и обработки данных с них требовал немало времени. Хранение таких носителей занимало много места, а емкость их была ограничена — одна перфокарта могла хранить 120 байт информации. Для сравнения, фотография, сделанная на современный смартфон весит в среднем 3-5 МБ, а это более 3 млн байт.

Как логичное продолжение идеи перфокарт возникли перфоленты — это были уже не отдельные листы картона, а длинные полосы бумаги и пленки, на которых информация также кодировалась посредством пробивных отверстий.

Перфоленты применяли в вычислительных машинах, для передачи телеграфных сообщений, а также на производстве для управления оборудованием и контроля качества продукции. В Советском Союзе перфолента была символом прогресса и ее изображение использовали на плакатах, марках, обложках книг и даже на значках.

Первые попытки использовать магнитные материалы для хранения информации относятся к концу XIX века. Датчанин Вальдемар Поульсен в 1898 году изобрел устройство под названием «телеграфон» — аппарат, позволяющий записывать звуковые волны на стальную проволоку с помощью электромагнита.

Только в 1930-е годы немецкие инженеры разработали первую практичную магнитную ленту. Изначально она использовалась для записи звука, но вскоре ее потенциал оценили и в сфере хранения данных — она позволяла размещать до 2 МБ информации.

Благодаря компактности и возможности перезаписывать информацию магнитные ленты стали основным средством хранения данных в вычислительных системах вплоть до 1970-х годов.

Впрочем, из-за ряда недостатков, среди которых была медлительность доступа к конкретным участкам данных, инженеры начали разработку альтернативных решений. Первый коммерчески доступный накопитель на магнитной ленте IBM 350 выпустили в 1956 году. Он представлял собой массив из 50 алюминиевых пластин диаметром 24 дюйма, покрытых ферромагнитным слоем, — размером со шкаф и весом в тонну. Емкость диска составляла всего 4,4 мегабайта, но для того времени это был прорыв.

Параллельно с этим, в 1960-х появились ленточные картриджи и аудиокассеты, а в 1971 году IBM представила дискеты, получившие широкое распространение позже.

Начало 1980-х ознаменовало прорыв в индустрии хранения данных. Именно тогда компании Philips и Sony представили миру первый коммерчески успешный оптический носитель — компакт-диск (CD). Вслед за ним на рынок вышел и DVD. Разработанный консорциумом компаний, включая Philips, Sony, Panasonic и Toshiba, DVD поддерживал разные форматы данных (видео, аудио, изображения, текст) мог хранить видео высокого качества, что сделало его идеальным носителем для кинофильмов и телевизионных шоу.

Компакт-диск мог вместить около 700 МБ данных, а DVD – уже несколько гигабайт.

Следующий прорыв произошел с появлением флеш-памяти. Впервые представленная в 1984 году компанией Toshiba, карта памяти отличалась компактностью, надежностью и высокой скоростью работы. Само название технологии происходит от английского слова flash, что переводится как «вспышка», потому что процесс стирания данных напоминает вспышку света.

Появилось множество форматов карт памяти — от больших до microSD, а использовали их почти во всей привычной технике: фотоаппаратах, телефонах.

В конце 1990-х широко стали применять USB-накопители, известные как «флешки». Основным преимуществом USB-накопителей стало их удобство и портативность. Они легко подключаются к любому устройству с USB-портом, что делает их универсальными средствами переноса данных.

Уже в 1978 году разработали твердотельные накопители, SSD. Сегодня они считаются одними из самых надежных устройств для хранения данных и нашли применение в персональных компьютерах, игровой индустрии и ЦОД (центры обработки данных). Высокоскоростные SSD используются для ускорения работы баз данных и других критически важных приложений.

Идея хранения данных удаленно, вне физических устройств, появилась еще в 1960-х годах. Тогда Управление перспективных исследовательских проектов (DARPA) выделило грант на разработку системы совместного доступа к ресурсам вычислительных машин. В его основе была система CTSS, которая позволяла нескольким пользователям одновременно обращаться к одному компьютеру. Это новшество заложило фундамент для многопользовательского доступа к общим ресурсам, что стало ключевым принципом облачных технологий.

Через 6 лет на основе принципов Project MAC компании Bell Laboratories и General Electric создали операционную систему Multics, которая обеспечивала совместное использование файлов и реализовывала функции защиты данных. Вскоре после этого Кен Томпсон разработал первую версию UNIX, которая на годы стала эталоном многопользовательских ОС.

В середине 60-х годов развитие получила идея виртуализации, которая позволила абстрагировать программы от аппаратного обеспечения, что стало основой для современных облачных решений.

Облака используют не только для хранения данных и запуска приложений, но и для аналитики, машинного обучения и других высокотехнологичных задач. И уже в 2025 году 80% всей рабочей нагрузки может переместиться в облачные серверы. А объем данных, по предположению ученых, в 2025 может достигнуть 175 зеттабайт. В то время как в 2010 году он составлял лишь 1,2 зеттабайта.

Вместе с объемом данных растут и требования к надежности, легкости масштабирования и высокой производительности систем хранения данных. В ответ на эти вызовы на первый план выходят объектные СХД (системы хранения данных), которые лишены недостатков файловых систем и обеспечивают высокую производительность и отказоустойчивость. Например, S3-хранилище Рег.ру поддерживает хранение от гигабайтов до терабайтов данных, предлагая практически неограниченные возможности.

Сегодня развитие систем хранения данных продолжает удивлять и поражать. Появляются такие решения, как алмазные накопители, способные хранить 1,85 терабайт информации на кубический сантиметр. Как вариант хранения ученые изучают и ДНК — по их оценкам, грамм ДНК может содержать около 215 петабайт информации. А в кварце можно хранить данные 13,8 млрд лет. Эти методы обещают невероятное, но пока остаются сложными и дорогими в реализации.

Каким будет следующий шаг в истории, предсказать невозможно. Но пока облако остается наиболее доступным и гибким вариантом размещения и обработки данных. А флеш-карты и диски можно всё же сохранить на память будущим поколениям.

Читайте еще: