История хранения данных: вспоминаем магнитные ленты

В прошлый речь шла про то, как появились перфокарты. Сегодня попробуем разобраться в истории технологии магнитных лент.

В конце XIX века датский инженер Вальдемар Поульсен разработал метод магнитной записи звука на стальную проволоку.

Первые приборы на базе этого метода, которые назывались телеграфонами, не пользовались коммерческим успехом. Их недостатки были очевидны: качество звука страдало, а гаджеты сами по себе были далеки от совершенства и часто ломались.

В период Второй мировой войны какое-то время использовались «проволочные» диктофоны, однако и их популярность сошла на нет с появлением магнитной плёнки.

Первая магнитная лента была создана в 1928 году немцем Фрицем Пфлюмером. Изобретатель нанёс на бумажную ленту слой из оксида железа, который позволил ей сохранять заряд.

Успешной разработка стала далеко не сразу — первые версии магнитной пленки легко рвались и сильно шуршали. Технологии потребовалось несколько лет, чтобы «дозреть» и стать массовой.

Первые высококачественные магнитофоны были стратегическими инструментами немецкой машины пропаганды. Технологию держали в секрете, и уже после поражения Германии американские солдаты обнаружили немецкие магнитофоны и привезли их на родину, где магнитная плёнка зажила новой жизнью.

Первые американские магнитофоны, основанные на немецких разработках, выпускались под брендом Ampex. Технология совершила переворот в радиовещании, сделав возможными идентичные трансляции передач в разных часовых поясах.

И не прошло много времени, как магнитные ленты начали использоваться для хранения данных.

Первым устройством c поддержкой чтения и вывода данных на магнитную плёнку, и по совместительству первым коммерчески доступным компьютером американского производства, был UNIVAC 1. Он увидел свет в 1951 году. Один такой компьютер поддерживал до десяти цифровых «магнитофонов» UNISERVO.

Лента позволяла считывать данные на скорости 7 кбит/с. Сейчас это звучит смешно, но по сравнению с перфокартами эта цифра казалась гигантской. Но у UNISERVO был недостаток — сама пленка. Она делалась из металла с никелевым покрытием и, как следствие, была тяжелой и неудобной в обращении.

Плёнка, совместимая с мейнфреймами IBM больше напоминала своих аудиособратьев: она состояла из ацетата целлюлозы, покрытого тонким слоем оксида железа. IBM представили её в 1952 году вместе с компьютерным магнитофоном IBM 726.

Преимущества такого формата были очевидны, поэтому «тяжелые» пленки не получили дальнейшего распространения.

С 50-х годов до конца эпохи мейнфреймов было создано большое количество плёночных форматов. Внешних различий между ними было мало. Стандартная полудюймовая плёнка распространялась на больших бобинах диаметром до 10,5 дюймов.

На одну бобину помещалось до 730 метров плёнки толщиной в 1,5 миллиметра, и до 1100 метров тонкой майларовой плёнки — после её распространения в 80-е. Однако форматы отличало следующее:

Покрытие. На протяжении всей истории магнитной ленты производители искали надёжный базовый материал и покрытие для него. Ленты создавались из различных видов пластика, включая поливинил и полиэтилен. Вариантов покрытия тоже было много: от различных оксидов железа и хрома до тонкого слоя чистого железа.

Дорожки. В эпоху мейнфреймов большая часть магнитных носителей предназначалась для линейной записи с дорожками, параллельно пролегающими по всей длине ленты. Ранние ленты имели семь дорожек, а в 1964 году IBM представило формат с девятью дорожками. Несмотря на больший объём таких лент, они не захватили рынок целиком — плёнка с семью дорожками продолжала совершенствоваться и выпускаться ещё долго.

Кодирование. Для записи цифровой информации на дорожку передавался либо отрицательный, либо положительный заряд. Способ определения «нулей» и «единиц» на магнитной ленте влиял на плотность записи и срок службы носителя.

Первая коммерчески доступная плёнка IBM вмещала в себя чуть больше мегабайта, и имела плотность записи в 100 символов на дюйм. Она и другие ранние ленты производства IBM использовали модуляцию NRZI (Non Return to Zero Invertive).

Заряд менялся только тогда, когда на плёнку записывалась единица. При записи нуля ничего не происходило.

Плёнки UNIVAC, а впоследствии и 9-трековые ленты производства IBM, использовали кодировку, известную как PE (phase encoding) или манчестерский код. В отличие от NRZI, и нули и единицы в такой кодировке представлялись изменением заряда.

Логическая единица обозначалась сменой заряда с положительного на отрицательный, а логический ноль наоборот.

Пишущие головки и плотность записи. Способность головок быстрее и точнее прикладывать к ленте заряд напрямую влияла на объём носителя. За первые десять лет существования формата плотность записи магнитных лент возросла в сотни раз.

Учитывая количество факторов, выбор магнитофона и магнитных лент для работы с ним в основном зависел от компьютера, с которым его собирались использовать. Мало кто мог себе позволить просто переключиться с одного формата на другой.

Большая часть периферийных устройств имели очень ограниченную совместимость, переход на другой мейнфрейм стоил больших денег, а перевод данных в новый формат также занимал много времени.

По мере развития магнитных технологий появлялись всевозможные компактные плёночные форматы. Но ни один из них не был таким распространенным, как кассета Phillips. Поначалу кассеты обошли компьютерный рынок стороной, но с уменьшением размеров вычислительных машин, они также нашли свою нишу.

Одним из первых устройств, которое поставлялось с компактным магнитофоном, был офисный компьютер HP 9830A 1972 года.

С распространением домашних микрокомпьютеров в конце 70-х и начале 80-х хранение данных на компактных кассетах достигло пика своей популярности. В 1975 году был разработан Kansas City Standard, стандарт хранения, впоследствии использовавшийся в одном из ранних домашних компьютеров BBC Micro.

В США самыми знаменитыми компьютерами с кассетным хранилищем были 8-битные машины семейства Commodore. Кассетный привод Commodore был впервые выпущен в 1978 году и назывался Datasette.

Советские микрокомпьютеры, многим знакомые с детства, тоже были совместимы с кассетными приводами. Для хранения и записи данных на кассеты к ним подключали обычные бытовые магнитофоны.

Если вы следите за новостями в мире IT, то знаете, что магнитная плёнка никуда не делась, а просто поменяла свою роль.

Сегодня еще используются картриджи форматов LTO — их применяют для архивации данных в дата-центрах. Магнитные картриджи последнего поколения имеют емкость в 12 терабайт, позволяя компактно и сравнительно дёшево архивировать данные или делать бэкапы — производители обещают срок жизни до 30 лет.

Как массовый продукт плёнка умерла — её заменили жесткие диски и оптические носители. О них речь пойдет в следующий раз.

Что еще можно почитать в выходные: