Что такое информационный носитель. Эволюция носителей информации

Носитель информации (информационный носитель) - любой материальный, способный достаточно длительное время сохранять в своей структуре занесённую на него информацию. Зачастую сам носитель информации помещается в защитную оболочку, повышающую его сохранность и, соответственно, надёжность сохранения информации (к примеру: бумажные листы - в обложку, микросхему памяти - в пластик (смарт-карта), магнитную ленту - в корпус и т. д.).

Классификация носителей

По природе носителя:

волново-полевые (звуковые, электромагнитные и проч. волны)

вещественно-предметные (книги, письма, археологические и палеонтологические находки, аппаратные запоминающие устройства)

биохимические (ДНК, РНК и т.д.)

По происхождению:

естественные (свет звёзд, несущий информацию о химическом содержании их атмосфер; кости динозавров, несущие информацию об их размерах; метеориты)

искусственные (лист бумаги с пробитыми по определённому правилу отверстиями, несущий закодированный текст; радиоволны, излучённые антенной станции дальней космической связи, несущие команды для космического робота)

По количеству циклов записи:

для однократной записи;

для многократной записи;

По долговечности:

для долговременного хранения (прекращение выполнения функции носителя обусловлено обстоятельствами случайными);

для кратковременного хранения (прекращение функции обусловлено процессами закономерными, приводящими к неизбежной деградации носителя);

В общем случае границы между этими разновидностями носителей довольно расплывчаты и могут варьироваться в зависимости от ситуации и внешних условий.

К электронным носителям относят носители для однократной или многократной записи электрическим способом: CD-ROM, DVD-ROM, полупроводниковые (флеш-память и т. п.), дискеты.

Дискета представляет собой круглый кусок гибкого пластика, покрытый магнитным окислом. Популярное название "гибкие" или "флоппи" - диски появилось из-за того, что этот кусок пластика - гибкий. Круглый диск с магнитным покрытием помещен в квадратный предохранительный конверт. Внутренняя поверхность этого конверта покрыта слоем белого фетро-подобного материала, помогающим в защите дискеты. Он служит как для смягчения ударов, так и для улавливания пыли.

Во время записи информации происходит следующее:

Компьютерная программа дает инструкцию записать файл с данными на дискету. Запускается первый двигатель, который раскручивает дискету. Диск крутится с постоянной скоростью 300 об/мин.

Диск имеет много концентрических дорожек на каждой стороне. Каждая дорожка разделена на меньшие доли называемые секторами.

Второй двигатель перемещает головку чтения-записи от дорожки к дорожке. Время, которое требуется, чтобы перейти на требуемую дорожку, называется "временем доступа".

Электроника дисковода знает, сколько надо сделать шагов и поворотов, чтобы передвинуть головку чтения/записи к необходимому сектору на дорожке.

Головка чтения/записи останавливается на дорожке. Считывающая головка проверяет адрес, по которому надо записать данные на форматированной дискете, чтобы убедиться, что используется правильная сторона дискеты и требуемая дорожка.

Прежде, чем поступившие от программы данные записать на дискете, стирающаяся катушка (расположенная на головке чтения/записи) очищает сектор для записи данных головкой чтения/записи. Очищенный сектор более широкий по сравнению с записанным - это делается для того, чтобы сигналы близлежащих секторов в смежных дорожках не смешивались с сигналами в записанном секторе.

Головка чтения/записи записывает данные на дискету, намагничивая в течение нескольких секунд, железо в намагниченных частицах поверхности дискеты. Намагниченные частицы имеют северный и южный полюс. Головкой чтения/записи они ориентируются таким образом, что их положение может быть считано при последующем считывании. Различно заряженные частицы образуют некоторую двоичную последовательность, которая затем, при считывании, переводится в информацию, воспринимаемую пользователем.

В настоящее время дискеты практически не используются, ввиду маленького объема памяти (1,44 Мб) и низкой надежности сохранения данных по сравнению с носителями информации, появившимися позже.

Компакт-диск (англ. Compact Disc, CD) - оптический носитель информации в виде пластикового диска с отверстием в центре, процесс записи и считывания информации которого осуществляется при помощи лазера.

Основа компакт-диска - поликарбонатная подложка, на которую распыляется тончайший слой металла (алюминий, серебро, золото). На этот слой, собственно, и производится запись. Металлическое напыление покрывается слоем защитного лака, и уже на него наносятся всякие картинки, логотипы, названия и другие опознавательные знаки.

Принцип работы оптических дисков основан на изменении интенсивности отраженного света. На обычном CD вся информация записана на одной спиральной дорожке, представляющей собой последовательность углублений, питов. Между углублениями расположены участки с гладким отражающим слоем, лэндов. Данные считываются при помощи лазерного луча. Если лазер попадает на лэнд, специальный фотодиод регистрирует отраженный луч и фиксирует логическую единицу. Если же лазер попадает в пит, луч рассеивается, интенсивность отраженного света уменьшается и устройство фиксирует логический ноль.

Первые лазерные диски были предназначены только для чтения. Они изготавливались строго в заводских условиях и питы на них наносились при помощи штамповки непосредственно на голую поликарбонатную подложку, после чего диски покрывали отражающим слоем и защитным лаком.

Но уже в 1988-м появилась технология CD-R (Compact Disc-Recordable). Диски, выполненные по этой технологии, можно было использовать для однократной записи информации при помощи специального пишущего привода. Для этого между поликарбонатом и отражающим слоем был размещен еще один слой из тонкого органического красителя. При нагревании до определенной температуры краситель разрушался и темнел. В процессе записи привод, управляя мощностью лазера, наносил на диск последовательность темных точек, которые при считывании воспринимались как питы.

Еще через десять лет, был создан CD-RW (Compact Disc-Rewritable) - перезаписываемый компакт-диск. В отличие от CD-R, здесь в качестве записывающего слоя использовался специальный сплав, способный под воздействием лазерного луча переходить из кристаллического состояния в аморфное и обратно, и, соответственно, менять свою отражающую способность.

В 1996 году в продаже появились первые DVD (Digital Versatile Disc) емкостью 4,7 Гб. Новые носители информации эксплуатировали тот же самый принцип, что и CD, только для считывания использовался лазер с меньшей длиной волны. Это изменение позволило уменьшить размер светового пятна лазера, а, следовательно, и минимальный размер ячейки информации.

В двуслойных DVD информация записывается на двух разных уровнях, обычном нижнем и полупрозрачном верхнем. Изменяя фокусировку лазера, можно считывать данные с обоих слоев поочередно. Такие DVD вмещают 8,5 Гб информации. Затем появились двуслойные двусторонние DVD. У этих дисков обе стороны рабочие и содержат по два слоя информации. Вместимость носителей выросла до 17 Гб.

На этом показателе был достигнут потолок DVD-технологии. Дальнейшее увеличение количества слоев представляется излишне сложной проблемой, толщина диска все же ограничена, так что впихнуть туда что-то очень трудно. Кроме того, даже при двуслойной системе было множество нареканий на качество считывания информации, а уж сколько ошибок могут выдать гипотетические трехслойные DVD - и подумать страшно.

Производители решили (временно, конечно) проблему увеличения емкости путем создания нового формата. Вернее, сразу двух: HD-DVD и Blu-ray. Обе технологии используют синий лазер с еще меньшей длиной волны. Уменьшение длины волны позволяет также уменьшить минимальный размер ячейки памяти и, следовательно, увеличить плотность записи. Появление сразу двух новых типов дисков спровоцировало так называемую «войну форматов», длившуюся около двух лет. В конечном итоге, несмотря на определенные преимущества, HD-DVD этот бой проиграл. По мнению многих экспертов, главную роль в этом сыграла исключительно мощная поддержка американскими киностудиями формата Blu-ray.

USB-флеш-накопитель (сленг. флешка, флэшка, флеш-драйв) - запоминающее устройство, использующее в качестве носителя флеш-память и подключаемое к компьютеру или иному считывающему устройству по интерфейсу USB.

USB-флешки обычно съёмные и перезаписываемые. Размер - 3 - 5 см, вес - меньше 60 г. Получили большую популярность в 2000-е годы из-за компактности, лёгкости перезаписывания файлов и большого объёма памяти (от 32 МБ до 256 ГБ). Основное назначение USB-накопителей - хранение, перенос и обмен данными, резервное копирование, загрузка операционных систем и др.

Флэш-память этого устройства представляет собой массив транзисторов (ячеек), каждый из которых может хранить один бит информации.

У подобного носителя есть масса преимуществ. Флэшки, в отличие от своих предшественников, не имеют движущихся деталей. Они компактны, надежны и способны хранить довольно солидные объемы информации, да и производители неустанно трудятся над увеличением их емкости.

Еще одно преимущество флэш-накопителя - простота в использовании. Флэшка подсоединяется к USB-порту компьютера, операционная система обнаруживает новое устройство, а содержимое флэшки отображается в виде дополнительного диска в системе. Соответственно и работа с файлами не отличается от работы с обычным жестким диском. Не требуется никаких дополнительных программ, не нужно ломать голову над совместимостью устройств и форматов, всматриваться в производителя устройства, гадая, подойдет ли оно к компьютеру или нет.

Флэш-память надежна, не боится вибраций, не шумит, потребляет мало энергии, скорость обмена информацией приближается к показателям стандартных жестких дисков. Флэш-память, за счет отсутствия движущихся частей, обладает высокой надежностью, не боится вибраций, не шумит и потребляет мало энергии.

Недостатки

Ограниченное число циклов записи-стирания перед выходом из строя.

Способны хранить данные полностью автономно до 5 лет. Наиболее перспективные образцы - до 10 лет.

Скорость записи и чтения ограничены пропускной способностью USB

В отличие от компакт-дисков, имеют недостатки, свойственные любой электронике: чувствительны к электростатическому разряду - обычное явление в быту, особенно зимой; чувствительны к радиации.

Человек всегда стремился не только узнать как можно больше об окружающем мире, но и передать всю накопленную информацию будущим поколениям. В данной статье мы рассмотрим, хотя и кратко, развитие способов хранения и передачи информации, эволюцию информационных носителей, начиная от каменной стены в пещере и заканчивая последними разработками в сфере высоких технологий.

Преданья старины глубокой...

Вскоре, с появлением первых цивилизаций пиктография преобразуется в иероглифику и клинопись. В новой знаковой системе уже появились абстрактные понятия, исчисление и др. Да и сама знаковая система по размерам стала меньше.

Носители информации также изменились: теперь каменные стены стали рукотворными, резьба по камню стала более искусной. Также появились компактные носители информации: папирусные листы в Египте и глиняные таблички в Междуречье.

Чем ближе к нашим дням, тем дешевле и компактнее становились носители информации, объем информации при этом увеличивался на порядки, языковая знаковая система становилась все проще.

От папируса человечество перешло к пергаменту, от пергамента – к бумаге. От иероглифики к алфавитному письму (даже сегодняшние иероглифические языки – китайский, японский, корейский – имеют в своей основе стандартный алфавитный набор).

Вот так за несколько абзацев мы окинули взором прошлое языка и носителей информации и, практически, вплотную подошли к основной теме.

Эволюция носителей информации в XX-XXI вв

Перфокарты и перфоленты

С развитием машиностроения и автоматизации производства стало необходимо программирование станков и машин – задание последовательного набора операций для рационализации производства. Для этого был создан двоичный язык (0/1 – выкл/вкл), а первым носителем информации на двоичном языке стала перфокарта. Лист из плотной бумаги разбивался на определенное количество ячеек, одни из них пробивались, другие оставались целыми. Стандартная перфокарта несла на себе информацию в 80 символов.

Позднее по тому же принципу работы стала использоваться перфолента – рулон бумажной или нитроцеллюлозной ленты с пробитыми отверстиями. Плюсом перфоленты была относительно высокая скорость чтения (до 1500 Б\сек), но низкая прочность ленты и невозможность ручного редактирования информации (к примеру, перфокарту можно было вытащить из колоды и вручную пробить необходимые биты).

Магнитная лента

На смену бумажным носителям пришли магнитные. Сначала это была особым образом намагниченная проволока (такой носитель и сейчас используется в черных ящиках самолетов), затем ее сменила гибкая магнитная лента, которая наматывалась в бобины или компакт-кассеты. Принцип записи в чем-то схож с перфорированием. Магнитная лента разделяется по ширине на несколько независимых дорожек; проходя через магнитную записывающую головку, необходимый участок ленты намагничивается (аналогично пробитому участку перфоленты), впоследствии намагниченный участок будет считываться вычислительной техникой как 1, не намагниченный – как 0.

Гибкие магнитные диски

Вслед за магнитной лентой был изобретен гибкий магнитный диск – круг из плотного гибкого пластика с нанесенным на поверхность магнитным слоем. Первые гибкие диски были восьмидюймовыми, позднее им на смену пришли уже более нам привычные 5,25-дюймовые и 3,5-дюймовые. Последние продержались на рынке носителей информации вплоть до середины 2000-х годов.

Накопители на жестких магнитных дисках

Параллельно гибким магнитным носителям развивались носители на жестких магнитных дисках (НЖМД, жесткий диск, HDD). Первая рабочая модель HDD была создана в 1956 году компанией IBM (модель IBM 350). Объем IBM 350 был 3,5 Мб, что по тем временам было достаточно много. По размерам первый HDD был как большой холодильник и весил чуть меньше тонны.

За тридцать лет размеры жесткого диска удалось уменьшить до формата 5,25-дюйма (размер оптического привода), еще через десять лет жесткие диски стали привычного нам 3,5-дюймового формата.

Объем в 1 Гбайт был преодолен в середине 1990-х годов, а в 2005 году был достигнут максимальный объем для продольной записи – 500 Гб. В 2006 году был выпущен первый жесткий диск с перпендикулярным методом записи объемом в 500 Гб. В 2007 году пройден рубеж в 1 Тб (модель выпущена компанией Hitachi). На данный момент самый большой объем коммерческой модели HDD составляет 3 Тб.

Флеш-память - разновидность полупроводниковой технологии электрически перепрограммируемой памяти (EEPROM). Благодаря компактности, дешевизне, механической прочности, большому объему, скорости работы и низкому энергопотреблению флеш-память широко используется в цифровых портативных устройствах и носителях информации.

Различают два основных типа флеш-памяти: NOR и NAND .

NOR-память используется в качестве энергонезависимой памяти небольшого объема, требующей быстрого доступа без аппаратных сбоев (кэш микропроцессора, микросхемы POST и BIOS).

NAND-память используется в большинстве электронных устройств в качестве основного носителя информации (сотовые телефоны, телевизоры, медиаплееры, игровые приставки, фоторамки, навигаторы, сетевые маршрутизаторы, точки доступа и т.д.). Так же NAND-память используется в SSD-накопителях, альтернативе жестких магнитных дисков, и в качестве кэш-памяти в гибридных жестких дисках. Так же не стоит забывать и о флэш-картах всех форм-факторов и типов подключения.

Самый весомый минус флэш-памяти – ограниченное число циклов записи на носитель. Связано это с самой технологией работы перепрограммируемой памяти.

Оптические диски

Данные носители представляют из себя диски из поликарбоната с нанесенным на одну из сторон специального металлического покрытия. Запись и последующее чтение проводится с помощью специального лазера. Во время записи на металлическом покрытии лазер проделывает специальные ямки (питы), которые при последующем чтении лазерным дисководом будут читаться как «1».

Все развитие оптических носителей можно разделить на четыре части:

Первое поколение: лазерные диски, компакт-диски, магнитооптические диски. Основная особенность – относительно дорогие диски небольшого объема, приводы обладают большим энергопотреблением (напрямую связано с технологией записи и чтения дисков). Компакт-диски немного выбиваются из этого определения (видимо поэтому они и заняли главенствующее положение до появления второго поколения оптических дисков).

Второе поколение: DVD, MiniDisc, Digital Multilayer Disk, DataPlay, Fluorescent Multilayer Disc, GD-ROM, Universal Media Disc. Что отличает второе поколение оптических дисков от первого? В первую очередь, высокая плотность записи информации (в 6-10 раз). Кроме DVD, в основном имеют специализированное применение (MD – для аудиозаписей, UMD – для приставок Sony PlayStation). Кроме DVD, всем остальным форматам требуется дорогое оборудование для записи и чтения информации (особенно, DMD и FMD, в которых используется многослойная и многомерная технологии хранения).

Третье поколение: Blu-ray Disc, HD DVD, Forward Versatile Disc, Ultra Density Optical, Professional Disc for DATA, Versatile Multilayer Disc. Данные оптические диски необходимы в для хранения видео высокой четкости. Основная особенность - использование сине=фиолетового лазера для записи и чтения информации в место красного (кроме VMD). Это позволяет еще больше увеличить плотность записи (в 6-10 раз по сравнению со вторым поколением).

Как и в любой эволюции, в развитии оптических дисков есть основная ветвь развития и побочные ветви. В качестве основной ветви выступают типы оптических дисков, получившие наибольшее распространение и наибольший коммерческий успех: компакт-диски, DVD, Blu-Ray. Остальные типы оптических дисков либо зашли в тупик в своем развитии, либо имеют специализированное применение.

Четвертое поколение (ближайшее будущее) : Holographic Versatile Disc. Основной революционной технологией в развитии оптических носителей информации считается технология голографической записи, позволяющая увеличить плотность записи на оптический диск примерно в 60-80 раз. Первые голографические диски были представлен еще в 2006 году, а сам технологический стандарт был окончательно утвержден в 2007 году. Но воз пока и ныне там. В 2010 году было объявлено, что преодолена планка объема носителя в 515 Гб, но данная модель голографического диска не была пущена в производство.

Наша цивилизация немыслима в её сегодняшнем состоянии без носителей информации. Наша память ненадёжна, поэтому достаточно давно человечество придумало записывать мысли во всех видах.

Носитель информации - это любое устройство предназначенное для записи и хранения информации.

Примерами носителей могут быть и бумага, или USB-Flash память, также как и глиняная табличка или человеческая ДНК.

Информация тоже бывает разная - это и текст и звук и видео. История носителей информации начинается довольно давно...

Камни и стены пещер - палеолит (до 40 до 10 тыс. лет до нашей эры)

Первыми носителями информации были, по всей видимости, стены пещер. Наскальные изображения и петроглифы (от греч. petros - камень и glyphe - резьба) изображали животных, охоту и бытовые сцены. На самом деле точно неизвестно, предназначались ли наскальные рисунки для передачи информации, служили простым украшением, совмещали эти функции или вообще нужны были для чего то ещё. Тем не менее это самые старые носители информации, известные сейчас.

Глиняные таблички - 7-й век до нашей эры

На глиняных табличках писали пока глина была сырой, а затем обжигали в печи.



Именно глиняные таблички составили основы первых в истории библиотек, наиболее известной из которых является библиотека Ашшурбанипала в Ниневии (7 век), которая насчитывала около 30 тысяч клинописных табличек.

Восковые таблички

Восковые таблички - это деревянные таблички, внутренняя сторона которых покрывалась цветным воском для нанесения надписей острым предметом (стилосом). Использовались в древнем Риме.

Папирус - 3000 лет до нашей эры

Папирус - писчий материал получивший распространение в Египте и во всем Средиземноморье, для изготовления которого использовалось растение семейства осоковых.

Писали на нем при помощи специального пера.

Пергамент - 2 век до нашей веры

Пергамент постепенно вытеснял папирус. Название материала происходит от города Пергам, где стали впервые изготавливать этот материал. Пергамент представляет собой недубленую выделанную кожу животных - овечью, телячью или козью.

Популярности пергамента способствовало то, что на нём (в отличие от папируса) есть возможность смыть текст, написанный растворимыми в воде чернилами (см. палимпсест) и нанести новый. Кроме того, на пергаменте можно писать с обоих сторон листа

Бумага - 1-й или начало 2 века нашей эры

Предполагается что бумага была изобретена в Китае в конце первого или начале второго века нашей эры.

Широкое распространение получила благодаря арабам только в 8-9 веках.

Береста - широкое распространение с 12 века

Берестяные грамоты использовались в Новогороде и были открыты учеными в 1951 году.


Тексты берестяных писем выдавливались с помощью специального инструмента — стилоса, изготовленного из железа, бронзы или кости.

Перфокарты - появились в 1804 году, запатентованы в 1884 году

Появление перфокарт в основном связывается с именем Германа Холлерита, который применил их для проведения переписи населения в США в 1890 году. Тем не менее первые перфокарты были созданы и использованы существенно раньше. Жозеф Мари Жаккард использовал их для того чтобы задавать рисунок ткани для своего ткацкого станка ещё в 1804 году.

Перфоленты - 1846 год

Перфолента впервые появилась в 1846 году и использовалась для того, чтобы посылать телеграммы

Магнитная лента - 50-е годы

В 1952 году магнитная лента была использована для хранения, записи и считывания информации в компьютере IBM System 701.

Далее магнитная лента получила огромное признание и распространённость в форме компакт-кассет.




Магнитные диски - 50-е годы

Магнитный диск был изобретен в компании IBM в начале 50-х годов.


Гибкий диск - 1969 год

Первый, так называемый, гибкий диск был впервые представлен в 1969 году.

Жесткий диск - настоящее время

Вот мы и добрались до современности.


Жесткий диск изобретен в 1956 году, но продолжает использоваться и постоянно совершенствоваться.

Compact Disk , DVD - настоящее время

На самом деле CD И DVD это очень близкие технологии, отличающиеся не столько типом носителя, сколько технологией записи

Flash - настоящее время

Естественно здесь перечислены далеко не все придуманные и использованные человечеством носители информации. Часть видов носителей опущена специально (CD-R, Blue Ray, магнитные барабаны, лампы), а часть конечно просто забыта. Во всех ошибках или неправильных описаниях, виноват конечно же я,был бы благодарен за любые дополнения и уточнения.

Благодарности

При подготовке текста были использованы источники.