Экзотические виды памяти

Экзотические виды памяти

Как насчёт памяти на барабанах или на проволоке?

Сейчас стандарт памяти в компьютерах — SSD или HDD: данные хранятся либо в чипах, которые сделаны из ловушек электронных зарядов; либо на крутящихся магнитных дисках. И так уже последние лет 20. 

Но так было не всегда: память в компьютерах была очень разной и совершенно не похожа на то, что есть сейчас. Вот подборка старой и экзотической памяти, которая использовалась в ИТ в разное время.

Перфокарта

Перфорация — способ хранения данных ещё из 19-го века. Он подходил для механических машин, которым для работы даже не требовалось электричество. 

Принцип работы такой: в картоне пробивались отверстия на нужных местах, а потом эта карточка засовывалась в считывающее устройство. В зависимости от логики отверстие обозначало ноль или единицу, и задачей машины было пройти механически по карте и понять, на каком ряду сколько отверстий и на каких они местах. 

Впервые перфокарты начали применять для ткацких станков ещё в 1804 году: с помощью перфорации на карте можно было менять рисунок на вышиваемом ковре. 

Из минусов: картон мог испортиться от влаги и механического износа, а чтобы получить один килобайт данных, нужно было 22 килограмма карт. Проще напечатать те же данные в книге, сфотографировать на плёнку или записать от руки.

Экзотические виды памяти

Память на магнитной проволоке

Один из способов хранить данные — взять что-нибудь намагничиваемое и намагнитить это в нужных местах. И потом прочитать магнитное поле — вот и данные. 

На этом принципе основана память на магнитной проволоке:

  1. На одну бобину наматывалась тонкая проволока из специального металла.
  2. Вторая бобина крутилась и перетаскивала к себе проволоку.
  3. По пути проволока проходила через мощный магнит, который включался, когда надо было записать единицу, и выключался, когда нужен был ноль.
  4. Для считывания тоже применялся магнит, который мог уловить слабое поле намагниченных участков.

Плюс такого решения — надёжность. Проволоку делали из металла, который сложно порвать или испортить, поэтому такое решение до недавнего времени применяли в чёрных ящиках самолётов. В военных системах такие самописцы используют до сих пор, когда нужно обеспечить максимальную надёжность записанных данных.

Минус: информацию можно считать только последовательно (а не из произвольного места), и это занимает много времени. Второй минус — низкая плотность хранения данных — для записи одного мегабайта данных нужно очень много проволоки.

Экзотические виды памяти

Память на магнитной ленте

Позже промышленность научилась делать пластиковую ленту достаточно прочной, чтобы она не рвалась в руках и механизмах. Если на такую ленту с одной стороны нанести магнитный порошок, то получим усовершенствованную память на магнитной проволоке:

  • за единицу времени можно записывать больше информации;
  • точность записи позволяет записывать данные плотнее, чем раньше — это значит, что на одной и той же длине носителя можно записать в 100 раз больше данных;
  • так как протягивать ленту можно быстрее, чем проволоку, выросла и скорость чтения и записи.

Такой способ позволял хранить большие объёмы информации, но осталось ограничение — нельзя было обратиться к произвольному участку ленты, надо было проматывать до тех пор, пока не наткнёшься на него. Например, если у вас был персональный компьютер на кассетах, вы вставляли кассету в приёмник, она считывалась последовательно и загружалась в память. Дальше все манипуляции были внутри памяти, к кассете уже никто не обращался. 

Экзотические виды памяти
Приёмник кассет для домашних компьютеров Commodore

Загрузка игры с кассеты:

Экзотические виды памяти
Система хранения данных IBM на базе магнитных лент. Аналогичные до сих пор используются для долгосрочного хранения больших объёмов данных без необходимости часто их считывать

Магнитный барабан

Интересное решение хранения данных из 60-х годов: барабан с намагниченными участками. Чтобы прочитать данные, барабан раскручивался и подводился нужным участком к неподвижным считывающим головкам.

Недостаток этой технологии — низкая скорость работы с данными. Так как считывающие головки не двигались, приходилось ждать, пока барабан прокрутится до нужной позиции, чтобы отдать данные. Часто задержки были настолько большие, что это мешало работе программ.

Экзотические виды памяти
Магнитный барабан для хранения данных

Память на линиях задержки

Инженеры всё время пытались решить такую задачу: получать доступ к произвольным участкам памяти и делать это максимально быстро. Магнитные ленты и барабаны для этого не годились — слишком медленно. 

Один из способов решить одновременно обе задачи — использовать трубки со ртутным наполнителем. Работает это так:

  • трубка подключается к системе хранения данных, чтобы на неё всё время подавалось напряжение;
  • если на управляющий контакт подать ток, то этот сигнал будет бегать по трубке туда-сюда до тех пор, пока к самой трубке будет подходить ток, даже если управляющий контакт отключить от сети;
  • для считывания данных достаточно обратиться к другому управляющему контакту — в этот момент бегающий импульс отправится дальше и даст компьютеру логическую единицу.

Несмотря на всю свою громоздкость, память на линиях задержки работала в ИТ примерно до 1970 года, а в ламповых телевизорах она применялась до 2000-х годов.

Экзотические виды памяти
Память на ртутных акустических линиях задержки в компьютере UNIVAC I, 1951 год (фото из музея)

Компакт-диски

С начала 1980-х и вплоть до 2010-х у нас были компакт-диски. Принцип действия напоминает перфокарты: 

  1. На большом металлическом диске выдалбливают маленькие ложбинки по кругу.
  2. В длине этих ложбинок кодируют единицы и ноли.
  3. Лазер светит в ложбинки, а фоторезистор считывает отражённый свет. 

Похоже на принцип действия виниловых пластинок, только без касания иглой.

Сначала компакт-диски стали массово использоваться для передачи музыки: это был цифровой звук, но для своего времени достаточно качественный. Потом в обиход вошли диски с файлами. Разницы никакой: везде единицы и нули. 

Из плюсов — прорывные для своего времени объёмы данных на относительно недорогих в производстве пластинах.

Минус — диски боятся царапин. А чем дальше, тем плотнее на них писали информацию и тем менее качественные использовали материалы, поэтому, если вы сейчас откопаете какой-нибудь диск из вашей ранней юности, вы, скорее всего, его уже не прочитаете — поверхность диска уже разложилась. 

Зато диски из 1992–1995 годов слушаются сейчас на ура, потому что тогда на покрытие не жалели алюминия. 

Экзотические виды памяти
Радужный цвет — это эффект многократного преломления и отражения света в ложбинках на поверхности диска
Экзотические виды памяти
А это — сами ложбинки, в которых кодируется информация

Память на твисторах

Ещё один способ хранения данных с помощью магнитного поля, только современный и перспективный. 

Сейчас память плавно переходит с жёстких дисков на флеш-память — более быструю и компактную. Но у флешек есть недостаток: количество циклов перезаписи заряда в ячейках ограничен: со временем полупроводники изнашиваются и перестают держать заряд.

И вот есть новый способ: магниторезистивная память, по-простому — твистеры. Работает так: каждая ячейка хранит не заряд, а миниатюрное магнитное поле, образованное двумя слоями проводников. 

Чтобы прочитать данные, достаточно пустить ток вдоль ячеек, а магнитное поле будет влиять на ток — так можно считывать данные сколько угодно раз. А для записи достаточно пустить мощный ток по другой линии, чтобы изменить значение магнитного поля в ячейке. Скорость записи в такой памяти в 10 000 раз выше, чем в современной оперативной памяти.

Минус у технологии пока один: чтобы записать данные, нужен очень сильный ток, который сейчас не встречается в обычных компьютерах. 

Экзотические виды памяти
Магниторезистивная память

Текст:

Михаил Полянин

Редактор:

Максим Ильяхов

Художник:

Даня Берковский

Корректор:

Ирина Михеева

Вёрстка:

Кирилл Климентьев

Соцсети:

Олег Вешкурцев

Получите ИТ-профессию
В «Яндекс Практикуме» можно стать разработчиком, тестировщиком, аналитиком и менеджером цифровых продуктов. Первая часть обучения всегда бесплатная, чтобы попробовать и найти то, что вам по душе. Дальше — программы трудоустройства.
Начать карьеру в ИТ
Получите ИТ-профессию Получите ИТ-профессию Получите ИТ-профессию Получите ИТ-профессию
Еще по теме
Разбор: непобедимый алгоритм для игры «4 в ряд»
Разбор: непобедимый алгоритм для игры «4 в ряд»

Разбор видео Code Bullet про трюки в оптимизации алгоритмов

medium
ColdFusion — редкий и важный язык программирования
ColdFusion — редкий и важный язык программирования

Один из первых серверных языков, который смог найти себе место в современном мире.

easy
За что не любят программистов

Вредные привычки и издержки профессии, которые мешают окружающим восхищаться работой программиста.

easy
Visual Studio Code: кому и зачем он нужен
Visual Studio Code: кому и зачем он нужен

Любимый редактор кода.

easy
Как устроена и кому нужна стажировка в Яндексе
Как устроена и кому нужна стажировка в Яндексе

Как туда попасть и что там делают.

easy
Что такое AJAX
Что такое AJAX

Как добавить что-то новое на страницу без перезагрузки

easy
Оцифровка звука: как это работает
Оцифровка звука: как это работает

Как переводят голос в бездушную цифру.

easy
10 главных конструкций языка Go
10 главных конструкций языка Go

На самом деле 12, но 10 — красиво.

easy
Все опять заговорили про VPN. Что это такое, объясни мне!

Мы не можем вам сказать. Но можем показать.

medium
Давид Ян
Давид Ян о системе, которая предскажет ваше увольнение

Большой разговор в подкасте «Запуск завтра».

medium
medium