Материальные носители информации и их развитие

Подлинно революционный скачок в магнитной записи произошел в 1928 году, когда немецкий инженер Фриц Пфлеймер, после ряда экспериментов с различными материалами, разработал технологию нанесения слоя порошкового железа на бумажную ленту. Бумажная лента хорошо намагничивалась и размагничивалась, ее можно было обрезать и склеивать, причем место склейки на слух практически не отличалось от целых кусков. Впоследствии бумажную ленту заменили пластиковой — из ацетилцеллюлозы, более прочной, эластичной и невоспламеняемой. На ленту напыляли ферромагнитный порошок (оксид железа), предварительно смешанный со связующим веществом (например, нитролаком). Впервые такую ленту начала выпускать в 1935 году немецкая компания «AEG».

Магнитофонная пленка произвела переворот в магнитной звукозаписи. Она была легкой, компактной, хорошо сохраняла намагничивание, и позволила в несколько десятков раз сократить скорость протягивания ленты – до 72 см/с. На такой пленке можно было записывать гораздо более длинное произведение, чем на проволоке [25, С. 46].

Вскоре началось применение в качестве подложки высокопрочного материала полиэтилентерефталата (лавсана). Совершенствовалось также и качество магнитного порошка. Стали использоваться, в частности, порошки оксида железа с добавкой кобальта, металлические магнитные порошки железа и его сплавов, что позволило в несколько раз увеличить плотность записи. На подложку рабочий слой наносился путем вакуумного напыления или электролитического осаждения в виде магнитного лака, который состоял из магнитного порошка, связующего вещества, растворителя, пластификатора и различных добавок. Толщина ферромагнитного материала была от 5 до 20 мкм.

Кроме гибкой основы и рабочего магнитного слоя в ленте могли быть и дополнительные слои: защитный (на поверхности рабочего слоя) и антифрикционный (на тыльной стороне ленты). Антифрикционный слой предохраняет рабочий слой от механического износа, нужен для повышения механической прочности ленты и для улучшения ее скольжения по поверхности магнитной головки. Он также снимает электрически заряды, которые накапливаются на магнитной ленте. Промежуточная оболочка между основной и рабочим слоем служила для улучшения сцепления рабочего и антифрикционного слоев с основой. Ширина магнитной ленты была равна 4, 8 и 16 мм.

В отличие от носителей механической записи, магнитная лента пригодна для многократной записи информации. Число таких записей велико, и ограничивается лишь механической прочностью самой магнитной ленты. 

Первые магнитофоны, выпускаемые с 1930 года, были катушечными. В них магнитная лента наматывалась на катушки, причем, вначале это были громадные бобины шириной 25,4 мм. При записи и воспроизведении пленка перематывалась с заполненной катушки на пустую [9, С. 169]. В 1963 году фирмой «Philips» была разработана так называемая кассетная запись, позволившая применять очень тонкие магнитные ленты. Их максимальная толщина составила всего 20 мкм. при ширине 3,81 мм. В кассетных магнитофонах обе катушки находились в специальной компакт–кассете и конец пленки заранее закреплен на пустой катушке. Иначе говоря, магнитная лента и кассета представляли собой единый функциональный механизм. Запись на компакт–кассетах была двухсторонней, а общее время записи обычно составляло 60, 90 и 120 минут.

В конце 1970 года появились микрокассеты размером 50 х 33 х 8 мм. (величиной в спичечную коробку), предназначенные для портативных диктофонов и телефонов с автоответчиком. В середине 1980 года возникли пикокассеты, которые были почти втрое меньше микрокассет [3, С. 225].

На магнитную пленку можно было записывать не только звуковую, но и видеоинформацию. Лента для видеосъемки по своему строению аналогична ленте для аудиозаписи, однако, ее рабочий слой имел более сложную структуру. Видеосигналы высокой частоты записывались у самой поверхности рабочего слоя. Для них можно было использовать мелкие частицы металлов. Низкие же частоты лучше передавались крупными частицами, которые целесообразно было размещать в глубине. Поэтому, рабочий слой магнитной ленты для видеосъемки состояла из двух слоев. Магнитная лента для видеодокументирования также заправлялась в специальную кассету из полистирола, которая обеспечивала ей защиту от механических воздействий, загрязнений, а также быструю зарядку в видеоаппаратуру   [9, С. 170–171].

Первый в мире видеомагнитофон был представлен фирмой «Ampex» в 1956 году. Небольшая компания, основанная русским эмигрантом инженером Александром Понятовым, смогла сделать настоящий прорыв в технологии видеозаписи, изобретя поперечно–строчную видеозапись и применив систему с вращающимися головками. Они использовали ленту шириной 50,8 мм., которая наматывалась на бобины. В том же году  американская телерадиосеть  «CBS Broadcasting Inc.» впервые использовала видеомагнитофон «Ampex» для отсроченного выпуска в эфир программы новостей, что произвело настоящую технологическую революцию на телецентрах [38]. В 1965 году  фирма «Ampex» изобрела принцип цветной видеозаписи с переносом спектра.

Прорывом же в бытовой видеозаписи стал аналоговый формат VHS (Video Home System), представленный японской компанией «JVC»  в 1976 году.  Формат VHS использовал наклонно–строчную видеозапись с двумя видеоголовками на барабане, с лентой шириной 12,7 мм. и временем записи до 6 часов. Наибольшее распространение получили кассеты с временем записи до 3 часов. Недорогие и надежные видеомагнитофоны, а также удачный маркетинг способствовали массовому распространению формата [25, С. 47].

Несмотря на все преимущества, магнитной ленте присущ и серьезный недостаток. Она не давала возможности прямого доступа к записанной информации. Для этого ленту необходимо было сначала перемотать на нужное место, что существенно увеличивало время считывания с нее информации. Также, для магнитных носителей характерна высокая чувствительность к внешним электромагнитным   воздействиям. Они   подвержены физическому старению, изнашиванию поверхности с  нанесенным магнитным рабочим слоем (так называемое «осыпание»). Магнитная лента со временем растягивается, в результате чего  искажается записанная на ней информация  [9, С. 170].

С 1952 года магнитная лента стала использоваться для хранения информации в электронно–вычислительных машинах (ЭВМ). Картриджи (накопители на кассетной магнитной ленте) достигали емкости до 40 Гбайт. Лентопротяжные механизмы для картриджей получили название «стримеры».

До момента появления и широкого распространения жестких дисков, накопители на магнитной ленте использовались как основной долговременный носитель информации. Также, некоторое время они достаточно широко применялись в качестве съемного запоминающего устройства при переносе большого количества информации. Накопитель на магнитной ленте, поддерживающий работу одновременно с несколькими лентами, назывался ленточной библиотекой. В дальнейшем, роботизированные ленточные библиотеки смогли содержать хранилища с тысячами магнитных лент, из которых робот автоматически доставал требуемые ленты и устанавливал в одно или несколько устройств чтения/записи. Такая библиотека выглядела как один накопитель с огромной емкостью и значительным временем произвольного доступа. Кассеты в ленточной библиотеке идентифицировались специальными наклейками со штрихкодом, который считывал робот [37].

С 1960 года широкое применение в запоминающих устройствах ЭВМ получили магнитные диски. Это алюминиевые или пластмассовые диски диаметром от 30 до 350 мм., покрытые магнитным порошковым рабочем слоем толщиной в несколько микрон. Магнитное покрытие вначале состояло из окиси железа, впоследствии – из окиси хрома. В дисководе, как и в магнитофоне, информация записывалась с помощью магнитной головки, только не вдоль ленты, а на концентрических магнитных дорожках, расположенных на поверхности вращающегося диска, как правило, с двух сторон. Магнитные диски были жесткие и гибкие, сменные и встроенные в персональный компьютер. Их основными характеристиками являлись информационная емкость, время доступа к информации и скорость считывания подряд.

Жесткими несъемными дисками были алюминиевые магнитные диски. В ЭВМ они конструктивно объединены в едином блоке с дисководом. Они компоновались в пакеты (стопки) от 4 до 16 штук. Пакет дисков помещался в герметичный корпус, который обеспечивал необходимую чистоту и постоянное давление очищенного от пыли воздуха.

Каждый диск содержал одинаковое число последовательно расположенных дорожек (треков). Первая модель жесткого диска, созданного в 1973 году, имела 30 дорожек по 30 секторов, что совпало с калибром «30 x 30» известного охотничьего ружья «Винчестер», и породило неформальное название жестких магнитных дисков – «винчестер». Треки представляли собой концентрические окружности, соответствующие зонам остаточной намагниченности, созданной магнитными головками. В свою очередь, каждая из дорожек была разбита на последовательно расположенные секторы объемом в 512 байт.

Жесткие диски были предназначены для постоянного хранения информации, которая обязательно использовалась при работе с компьютером (операционная система, системное программное обеспечение, пакеты прикладных программ).

Гибкие пластмассовые магнитные диски (флоппи–диски) изготавливались из искусственной пленки – майлара, покрытой износоустойчивым ферролаком,  и размещались по одному в специальных жестких пластиковых футлярах, которые обеспечивали механическую защиту носителя. Кассета с флоппи–диском называлась дискетой.

Первый гибкий диск был создан в 1967 году фирмой «IBM». Он имел диаметр 8 дюймов и емкость 100 Кбайт. В 1978 году размер флоппи–диска удалось уменьшить до 5,25 дюйма, а в 1989 году фирма «Sony» разработала дискету и привод–дисковод на 3,5 дюйма, которыми и стали преимущественно пользоваться.

Для чтения и записи информации использовалось специальное электронно–механическое устройство – дисковод, куда помещалась дискета. В дискете имелось центральное отверстие под шпиндель привода дисковода, а в футляре было сделано закрывающееся металлической шторкой отверстие для доступа магнитных головок, посредством которых производились чтение и запись информации. Запись на дискету осуществлялась по такому же принципу, как и в магнитофоне. Там также имелся непосредственный механический контакт головки с магнитным рабочим слоем, что, однако, приводило к сравнительно быстрому износу материального носителя. Емкость одной дискеты составляла обычно от 1 до 2 Мбайт.

Кроме того, выпускались дискеты, предназначенные для работы в условиях повышенной запыленности и влажности [9, С. 172–173]. Стандартные дискеты диаметром в 3,5 дюйма использовались также в качестве носителя информации в некоторых цифровых фотокамерах. Одна такая дискета позволяла записать до 40 цифровых снимков.

К 1990 году емкости дискеты даже в 2,88 Мбайт уже было недостаточно. На смену дискете на 3,5 дюйма претендовали несколько форматов, среди которых  выделялись дискеты «Iomega Zip», изобретенные компанией «Iomega» в конце 1994 года. Носитель «Iomega Zip» представлял собой мягкий полимерный диск, покрытый ферромагнитным слоем и заключенный в жесткий корпус с защитной шторкой. Однако, в отличие от дискеты на 3,5 дюйма, отверстие для магнитных головок располагалось в торце корпуса, а не на боковой поверхности. Существовали дискеты «Zip» на 100, 250, а к концу существования формата на 750 Мбайт.

Кроме большего объема диски «Zip» обеспечивали более надежное хранение данных и более высокую скорость чтения и записи. Однако они так и не смогли вытеснить трехдюймовые дискеты из–за высокой цены как дисководов, так и дискет, а также из–за неприятной особенности приводов, когда дискета с механическим повреждением диска выводила из строя дисковод, который в свою очередь мог испортить вставленную в него после этого дискету.

Дискеты являлись достаточно привередливыми носителями. Они были менее износостойки, нежели винчестерские диски, подвержены воздействию магнитных полей и повышенной температуры [32, С. 37]. К тому же, сама конструкция дискеты была довольно ненадежна. Наиболее уязвимым элементом была металлическая  шторка, закрывающий сам гибкий диск. Ее края могли отгибаться, что приводило к заклиниванию дискеты в дисководе, а пружина, возвращавшая шторку в исходное положение, могла сместиться, и в результате шторка отделялась от корпуса и была больше непригодна для использования.

Сам пластиковый корпус дискеты не служил достаточной защитой гибкого диска от сугубо механических повреждений (например, при падении дискеты на пол), которые выводили магнитный носитель из строя. В щели между корпусом дискеты и шторкой могла проникать пыль. Все это могло привести к полной утрате записанных данных, поэтому дискеты использовались преимущественно для оперативного хранения документированной информации, а не для резервного ее хранения и копирования.

Дискеты были массово распространены с 1970 года и до конца 1990 годов, в конце концов, уступив более емким и удобным CD, DVD и флэш–накопителям.

На основе вышеизложенного, мы можем с уверенностью сказать, что человек с самых первых своих попыток перенести информацию на материальный носитель делал все большие успехи на этом поприще. Технология фиксации информации, сам носитель, скорость переноса и долговечность полученного документа стремительно развивались и достигали обнадеживающих высот. Материальные носители информации уверенно эволюционировали от сырых природных материалов и примитивных устройств их переработки до качественных продуктов технологичных и точных машин.  Процесс формирования надежных и  долговечных носителей хоть и сопровождался трудностями и длительным, напряженным поиском решений и идей, но он был неумолим и неминуем. В конце концов, была успешно достигнута задача массового производства носителей, которые при использовании не требовали значительных усилий физического характера, были технологичными и достаточно вместительными.

Следующий этап эволюции материальных носителей информации был направлен на усовершенствование уже имеющихся носителей.

2. Современные материальные носители информации

2.1  Бумажные носители информации

Важнейшим материальным носителем информации по–прежнему пока остается бумага. На отечественном рынке в настоящее время имеются сотни различных видов бумаги и изделий из нее.

Бумага характеризуется определенными свойствами, которые необходимо принимать во внимание в процессе документирования. К числу таких важнейших свойств и показателей относятся: