Учебный проект Носители информации:прошлое, настоящие, будущее

Участник:Дмитрий Кудачкин

Введение

Современного человека кроме книг окружает множество других источников информации. Различные носители информации входят в жизнь каждого из нас и становятся постоянными спутниками. Людям потребовалось много тысячелетий, чтобы изготовить нечто похожее на современную книгу. Я выбрал этот проект так как мне стала интересна история развития носителей информации. Целью моей работы является исследование истории носителей информации.

Носители информации прошлого

В разных странах древнего мира люди записывали свои знания на различные материалы.

Глиняные таблички

Одним из первых материалов для записи информации являлись глиняные таблички. Несколько тысячелетий тому назад жители Вавилона, Шумера и Ассирии использовали для записи информации сырую глину.

Изготавливали глиняные таблички, и на этих табличках они делали записи, которые хотели сохранить. Глина стала "писчим материалом". С помощью заострённых палочек выдавливали на ещё сырой глине этих табличек клинообразные знаки, или клинопись.

Для лучшей сохранности табличек их обжигали на огне, тогда они приобретали прочность камня. Иногда записи были длинными и занимали много глиняных табличек. Каждая такая книга состояла из десятков или даже сотен глиняных "страниц", уложенных в деревянные ящики.

Папируc

В Египетском царстве материал для письма делали из речного растения.Папирус в Древнем Египте считался “царским растением” со времени Птолемеев. С начала III века до н.э. на него введена царская монополия. Папирус продавали во многие страны Древнего мира. Папирус – речной тростник с высоким и толстым стволом. Стебель растения разделяли иглой на тонкие узкие полоски. Эти полоски приклеивали одну к другой так, чтобы получалась целая страничка. На полученный таким образом слой накладывался другой слой, полосы, которого располагались поперечно полосам первого. Оба слоя сильно сдавливали, а затем высушивали. Оставшиеся неровности полировались пемзой. За счет смолистых веществ получался однородный прочный материал светло – желтого цвета, со временем он темнел и терял эластичность, становясь хрупким и ломким. Сделанный из папируса лист нельзя было складывать или перегибать. Страницы склеивались в длину и свёртывались в свитки, длина которых могла достигать нескольких десятков метров. Длинные ленты наматывались на палочку с ручкой, получались свитки, на которые переписывали книги и документы. Читали свиток таким образом: левой рукой держали палочку за фигурный конец, а правой разворачивали перед глазами текст. Свёрнутые свитки аккуратно укладывали в ящик с ремнями и носили за спиной. Как материал для письма папирус был изобретён примерно в начале третьего тысячелетия до н.э. и использовался вплоть до VIII–IX века н.э. Египетское слово “папирус” с тех пор в ряде европейских языков обозначает бумага. Из дошедших до нас папирусных свитков самым большим считается так называемый папирус Гарриса (по имени его первооткрывателя), хранящийся ныне в Британском музее. Его длина превышает 40 метров, а ширина составляет 43 сантиметра. Подавляющая часть папирусов была не столь крупных размеров.

Пергамент

Наряду с папирусом распространение в Древнем мире получил материал сделанный из шкур молодых животных – телят, коз, овец, кроликов. В древнем Пергаме в III веке до н.э. (государстве на полуострове Малая Азия, современная Сирия) и придуман этот материал для письма. Назван он был пергаментом, по наименованию места, где был изобретён. Этому материалу была суждена долгая жизнь. В мировой истории малоазиатский город Пергам прославился изобретением пергамента – особым образом обработанную телячью кожи. Способ изготовления пергамента был довольно сложен. Шкуру животных тщательно промывали и вымачивали в золе, затем очищали от остатков шерсти, жира, мяса. Кожу растягивали на рамах, выглаживали пемзой, сушили и осторожно скоблили, придавали ей ровную поверхность (иногда для отбеливания применяли известь). Из шкур получался белый, тонкий чрезвычайно прочный материал – пергамент. На нём можно было писать с обеих сторон. Пергамент был дороже, чем папирус, зато более универсален и долговечен. В начале из пергамента приготовляли свитки, как из папируса. Однако вскоре подметили, что в отличие от папируса он легко записывается с обеих сторон. Книги из пергамента стали похожи на современные. Производство книг из пергамента. Нарезанные листы пергамента сгибались в определённом порядке. По-гречески лист в четыре сложения “тетра” – именуется тетрадь. Из тетрадей по шестнадцать и по тридцать две страницы формировался том – книжный блок любого формата. Тетради сшивались вместе и заключались в деревянные крышки. По форме они уже тогда напоминали книгу, к которой мы привыкли. Так “Пергамская бумага” окончательно победила папирус. Книги из пергамента писались и рисовались искусными писцами и художниками, каждая такая книга была настоящим произведением искусства. Обложки таких книг покрывались золотом, серебром, драгоценными камнями и стоили очень дорого. Такие книги в древних библиотеках, чтобы их не крали приковывались к полкам цепями.

Бумага

Китайские летописи сообщают, что бумага была изобретена в 105 году н.э. Цай Лунем (подробнее см. четыре великих изобретения). Однако в 1957 году в пещере Баоця северной провинции Китая Шэньси обнаружена гробница, где были найдены обрывки листов бумаги. Бумагу исследовали и установили, что она была изготовлена во II веке до нашей эры.

В VI—VIII веках производство бумаги осуществлялось в Средней Азии, Корее, Японии и других странах Азии. В XI—XII веках бумага появилась в Европе, где вскоре заменила животный пергамент. С XV—XVI веков, в связи с введением книгопечатания, производство бумаги быстро растёт. Бумага изготовлялась весьма примитивно — ручным размолом массы деревянными молотками в ступе и вычерпкой её формами с сетчатым дном.

Большое значение для развития производства бумаги имело изобретение во второй половине XVII века размалывающего аппарата — ролла. В конце XVIII века роллы уже позволяли изготавливать большое количество бумажной массы, но ручной отлив (вычерпывание) бумаги задерживал рост производства. В 1799 Н. Л. Робер (Франция) изобрёл бумагоделательную машину, механизировав отлив бумаги путём применения бесконечно движущейся сетки. В Англии братья Г. и С.Фурдринье, купив патент Робера, продолжали работать над механизацией отлива и в 1806 запатентовали бумагоделательную машину. К середине XIX века бумагоделательная машина превратилась в сложный агрегат, работающий непрерывно и в значительной мере автоматически. В XX веке производство бумаги становится крупной высокомеханизированной отраслью промышленности с непрерывно-поточной технологической схемой, мощными теплоэлектрическими станциями и сложными химическими цехами по производству волокнистых полуфабрикатов.

Ленточные носители

Как и в случае с МО-носителями, на рынке лент очень серьезную роль играет компания Sony, у которой и здесь имеются собственные разработки. В частности, к ним относится DAT- и DDS-кассеты, а также последние усовершенствования данной технологии записи, которые отобразились в лентах формата AIT. На российском рынке лент представлены также носители DLT и SuperDLT, которые продвигаются корпорацией Quantum. Как и МО, данные носители прижились только в компаниях, требующих хранение и архивирование больших массивов данных. Оставаясь одним из самых дешевых (по стоимости за мегабайт) носителей, ленты заняли в свое время значительную долю этого рынка. В качестве наиболее популярных среди них можно отметить стандарты DLT, SDLT, LTO и SLR. Кстати, последнее поколение лент SDLT и LTO могут хранить до 200 ГБ несжатых данных. Рынок лент, как у нас, так и во всем мире, уже на закате. Одним из немногих растущих сегментов остаются ленты DLT/ LTO, а потребление других форматов неуклонно снижается. И даже рынок DLT/LTO в России не очень велик, и количество лент только приближается к цифре 20 тыс. шт./год. Впрочем, есть ленточные носители, которые и сейчас являются определенным стандартом в своей области. В целом же, единственным объяснением тому, что ленты еще живы, остается тот факт, что для систем, закупленных 5-10 лет назад, специалисты продолжают покупать "старые" носители.

Носители информации настоящего

С новыми технологиями приходят и новые носители информации. Всё больше и больше люди используют электронные носители информации.

• Оптические диски
• Flash карты
• [1]-Магнитные диски

Носители информации будущего

На сегоднешний день существует множество различных разработок в сфере носителей информации. Ивот самые перспективные з них.

HD-DVD и Blue Ray

Оба новых формата используют сине-фиолетовый лазер с длиной волны 405 нм, в то время как в современных DVD-приводах для записи и чтения применяется красный лазер с длиной волны 650/635 нм. Более короткая волна обеспечивает меньший диаметр светового пятна от лазерного луча и, следовательно, более высокую плотость записи. Принципиальное отличие HD DVD от Blu-Ray заключается в том, что в HD DVD сохранена физическая структура диска DVD, в то время как в Blu-Ray применяются диски с новой структурой и используется иная технология записи. Диски формата HD DVD, продвигаемого на рынке имеют стандартную для DVD толщину 1,2 мм и защитный слой толщиной 0,6 мм. Для считывания данных с таких дисков применяется линза с числовой апертурой 0,6, как и линза для чтения обычных DVD. Носители Blu-Ray имеют иную структуру: толщина защитного слоя составляет всего 0,1 мм, а для чтения данных применяется линза с увеличенной до 0,85 числовой апертурой. Из-за увеличения апертуры система становится более чувствительной к отклонениям во взаимном расположении лазерного луча и диска, что повышает вероятность "перескакивания" луча на соседние дорожки. Именно поэтому было решено уменьшить толщину защитного слоя, что привело как к отрицательным, так и к положительным результатам. Прежде всего, механика дисковода для считывания HD-DVD должна быть более прецизионной и, следовательно, более дорогой в производстве. Тонкий защитный слой делает диски более уязвимыми к механическим повреждениям, поэтому первые Blu-Ray выпускаются в защитных картриджах, хотя в будущем планируется отказаться от картриджей. К плюсам можно отнести повышенную емкость дисков и уменьшение перекрестных помех в поликарбонатном защитном слое, что позволяет снизить требования к точности механизма, порожденные увеличенной апертурой объектива.

Как несложно заметить, главное преимущество формата Blu-Ray заключается в большей емкости, достигающей 54 Гбайт. Достоинство же HD DVD, как утверждают главные сторонники этого формата в том, что их можно выпускать на существующем оборудовании для производства DVD. Благодаря этому снижается себестоимость дисков, ведь для их выпуска не нужно приобретать новое оборудование, поэтому HD DVD могут стоить почти столько же, сколько и обычные DVD.

Флуоресцентный многослойный диск FMD-ROM

Относительно недавно, компанией C3D было объявлено о создании новейшего типа носителей информации, под общим названием FMD ROM (fluorescent multilayer disk), то есть флуоресцентный многослойный диск. Эта перспективная разработка, как ожидают ее создатели, должна после своего выхода заменить все существующие на сегодняшний момент устройства хранения информации, не только устаревающие диски CD-ROM, но и DVD-ROM.

Первый параметр - соотношение размер/емкость. Разработчики заявляют, что уже сейчас первые прототипы способны вмещать при размере диска 12 см в диаметре, до 140Гб. Это при десяти слоях. А в ближайших планах компании C3D есть желание, увеличить количество слоёв в 10 раз. При этом ёмкость будет превышать десятки терабайт.

Что же касается соотношения емкость/стоимость носителя, то и тут FMD ROM не имеет себе равных. Ведь он представляет собой практически кусок пластмассы, вернее полимерную матрицу с фотохромным веществом, но по стоимости, это просто пластиковый диск. И ни каких затрат по созданию дорогостоящих полупрозрачных слоев, как в DVD. Собственно и никаких слоев в привычном смысле этого слова нет. Диск совершенно прозрачный, хотя и имеет формат обычного CD или DVD диска. В отличие от обычного CD-ROM диск FMD ROM монолитен и при этом разделен по вертикали на некоторые условные области названные разработчиками "слоями" (layer). Эти "слои" не являются слоями в привычном смысле слова, это скорее параметр форматирования диска, ближайший аналог - это сектора и дорожки для магнитных носителей. Толщина этих слоев строго фиксирована, и это не случайно. Принципы записи/считывания информации на FMD ROM

Разработчиками FMD было предложено следующее решение: материал, содержащий записанную информацию, не отражает, как подложка в DVD или CD, а излучает! Использовано явление флуоресценции, то есть, при освещении активирующим излучением (в данном случае полупроводниковым лазером с определенной длиной волны), вещество начинает излучать, сдвигая спектр падающего на него излучения в сторону красного цвета на определенную величину. Причем величина сдвига зависит от толщины слоя. Таким образом, выбрав такую толщину слоя, что бы спектр отраженного света получается смещенным относительно длины волны излучающего лазера на строго определенную величину, например на 30 или 50 нм, можно с высокой достоверностью записывать информацию вглубь диска и впоследствии считывать ее без потери данных. Для FMD ROM разработчиками так же предложено название "трехмерный диск", и в данном случае это вполне оправдано. Таким образом, плотность записи будет зависеть и от чувствительности регистрирующего детектора. Чем меньше то дополнительное излучение флюоресцирующего вещества, добавляющееся к частоте рабочего лазера, который удастся зафиксировать, тем большее число слоев можно вместить в один диск. Излученный свет от флуоресцентного слоя некогерентен и хорошо контрастирует с отраженным светом лазера, что является дополнительной гарантией надежности считывания, ведь без отражений все равно не обойтись, они будут происходить от поверхности диска и других записанных слоев. Качественное ухудшение сигнала в обычных (отражающих) многослойных дисках нарастает с увеличением числа слоев, но вот в случае с флуоресцентными дисками это ухудшение происходит гораздо медленнее. По заявлению разработчиков FMD ROM, даже при количестве слоев больше сотни не будет происходить сильного искажения полезного сигнала. Используя синий лазер (480нм) можно увеличить плотность записи до десятков Терабайт на один FM диск. Вполне возможно создание диска с 1000 слоями - это уже субмолекулярные размеры. Теоретически возможно создание пятна размером в несколько молекул, проблема лишь в том, как зафиксировать столь малое флуоресцентное излучение. Одна из главных особенностей этой разработки - возможность параллельного чтения слоев (т.е. последовательность бит будет записана не по "дорожкам", а по слоям) - скорость выборки данных в этом случае должна быть очень высокой. Вот уж действительно "3-х мерный диск". Принцип записи на FMD ROM основан на явлении фотохромизма. Фотохромизм - это свойство некоторых веществ под действием активирующего излучения обратимо переходить из одного состояния в другое, при этом изменяя свои физические свойства (например, такие как цвет, появление/исчезновение флюоресценции и т.д.). Материал, из которого состоит FMD ROM содержит специальную фотохромную субстанцию, которая циклизуется под воздействием лазерного луча определенной длины волны, превращаясь в необходимый устойчивый флуоресцент. Обратная реакция рециклизации, приводящая к исчезновению флуоресцентных свойств (операция стирания), происходит под действием лазера с другой длиной волны. Стирающая частота лазера выбирается с таким расчетом, чтобы она не встречалась в повседневной жизни, во избежание потери данных. Ну, и естественно читающий лазер, ни в коем случае не должен вносить изменения в данные, хранящиеся на диске. Наиболее ценными фотохромными свойствами обладают соединения под названием фульгиды, поэтому можно предположить, что используемый в FMD ROM фотохром принадлежит именно к этому классу. Вообще идея использования фотохромов в качестве носителей информации не нова. Ей примерно тридцать лет. И лишь теперь эта идея была реализована на практике.

Заключение

Собрав информацию об истории развития носителей информации и проанализировав, ёё я понял, что в ближайшем будущем мы свободно в своём кармане сможем расположить Александрийскую библиотеку которая вмещала в себя 700 000 папирусных свитков, да ещё и библиотеку царя Ашшурбанипала в его Ниневейском дворцев, в котором были собраны сотни глиняных книг(одна книга занимала 5-10 ящиков с табличками одинакового размера).

Список источников информации

• 1. Р. Соболенко « Три взгляда на одну историю »

HARD'n'SOFT №5 2004г.

• 2. А. Жаров « Железо IBM 2004 »
• 3. Сайт http://www.3dnews.ru/storage/dvd-r/
• 4. Сайт http://www.3dnews.ru/storage/dvd/17.05.2005 г.
• 5. Сайт http://www.terralab.ru/print/storage/39182/

Олег Нечай 10.06.2005 г.

• 6. Сайт http://www.technograd.com/news 2.06.2005 г.
• 7. Сайт http://www.3dnews.ru/reviews/storage/fmd-rom/
• 8. Сайт http://www.ferra.ru/online/storage/25974/
• 9. Сайт http://pda.terralab.ru/index.php?action=article&section_id=27888&id=366210
• 10. Малов В.И. Книга. – М: Слово, 2002. 48 с. – (Что есть что)
• 11. Сайт http://ru.wikipedia.org/wiki/Flash