Хто і як винайшов перший жорсткий диск: 4 епохи історії HDD

Що б сталося, якщо розвиток обчислювальних машин на самому початку пішов іншим шляхом? Що було б, якщо технології еволюціонували в іншому напрямку, і у 21 столітті для роботи з ПК використовувалися перфокарти, як у ранніх творах Айзека Азімова?

В епоху флешок розміром з квасолину, важко уявити, що для комп’ютера на зразок Gaming X39 потрібно було б виділити цілу кімнату у квартирі. Або для того, щоб проводити дослідження у галузі створення штучного інтелекту, прийшлось би взагалі використовувати машину розміром з Манхеттен. А обмінюватись даними з пристроєм — виключно за допомогою перфокарт. Інстаграм та Фейсбук у такому майбутньому навряд чи з’явилися б.

Ймовірно, це стало б реальністю, якби жорсткого диска не винайшли. Стаття докладно розповідає, як з’явився перший HDD, як він еволюціонував, і кому дякувати людству.

Попередники та розробка жорсткого диска

Після закінчення Другої Світової війни акценти з військових розробок поступово змістилися у бік розвитку технологій з комерційною метою. Технологія використання магнітної стрічки почала витісняти перфокарти. Дітище німецьких учених було відомим ще в 30-х роках, проте аж до закінчення війни вважалося військовою таємницею Німеччини.

Після численних експериментів американці пристосували її для запису та зберігання електронних даних. Першим сумісним комерційним пристроєм для презентації 1951 став UNIVAC I. Носій набув такої популярності, що встановлювався на персональні ПК ще 50 років.

Цікаво: Урядові організації різних країн, включаючи колишній СРСР, воліли записувати важливу інформацію, до якої потрібен доступ лише зрідка, саме на стрічку.

Термін її життя, в середньому, не перевищує 40 років. Але чим більший був обсяг даних, то довшою ставала плівка. А бобіни, відповідно, займають площу та вимагають правильного зберігання.

Конкуренцію стрічці в середині 20 століття складав магнітний барабан. Ця конструкція являла собою циліндр з нанесеним на поверхню шаром феромагнетику. Під час роботи барабан швидко обертався, а зчитувальні головки записували або зчитували інформацію — кожна з окремої магнітної доріжки. Частіше всього прилад служив оперативкою, проте міг використовуватися і як зовнішній пристрій.

Робота з кожним із пристроїв вимагала значних витрат часу та зусиль. Тому інженери солідних компаній ламали голови над пошуком альтернативи громіздким та незручним системам. А в цей час американський шкільний вчитель Рейнольд Джонсон думав, як зробити так, щоб тести учнів перевірялися самі собою.

Судячи з результату, мотивація у викладача виявилася сильнішою, ніж у вчених. Для зберігання даних він розробив технологію mark sense. З її допомогою карти з відмітками олівцем трансформувалися у перфокарти. Про винахід дізналася IBM і позбавили Джонсона перевірки учнівських знань повністю.

Компанія не випадково стала однією з найбільших електронних корпорацій у світі. Тоді, на початку 50-х років минулого століття, IBM не пошкодували грошей талановитому розробнику. І під лабораторію для Рейнольда із командою виділили окрему будівлю.

До речі: окрім головного завдання, вчені вели дослідження в інших напрямках. Серед значних напрацювань вважаються спроби сформулювати автоматичний годинник для реєстрації часу приходу та покидання робочого місця співробітником.

Щодо роботи над створенням накопичувача, тут інженери зосередилися на дослідах із магнітними технологіями. Щоб підібрати правильний носій, експериментували з предметами різних форм та матеріалів. У хід йшли кільця та барабани, стрижні та дріт. Перемога у змаганні дісталася диску. Обертаючись навколо осі, він забезпечував швидкий доступ до даних, а площа поверхні була достатньою для значного обсягу інформації.

Створення IBM 350 Disk Storage Unit

Стимулом прискорити роботу для IBM та Джонсона стало замовлення від ВПС (військово-повітряних сил) Сполучених Штатів. Військовим знадобився прилад, на якому можна було б зберігати 50 тисяч записів. Головною вимогою став моментальний доступ до кожної позиції картотеки.

Ані матеріал, ані технологію, які б відповідали запиту, вчені тоді ще не визначили. На розробки та тестування, виявлення та виправлення помилок пішло майже два роки. 1955-го менеджмент концерну офіційно оголосив, що носій даних на магнітних дисках винайдений і придатний до роботи.

Через рік компанія показала публіці 350 Disk Storage Unit. Перший HDD більше нагадував шафу та важив майже тонну. На вісь громіздкого циліндра (1,5 м х 1,7 м х 0,74 м) було нанизано 50 дисків. Діаметр кожного — понад пів метра, а поверхня покрита феромагнітним шаром.

Цікаво: диски фарбували вручну. Для рівномірного нанесення використовували склянки з паперу та шовкові панчохи.

Об’єм пристрою становив 3,75 Мб, що на той момент було неймовірною цифрою. Диски крутилися зі швидкістю 1200 об/хв. Зчитувальні головки розташовувалися на спеціальному приводі. При вазі у півтора кілограма конструкція встигала пересунутися від нижнього диска до верхнього менше, ніж за секунду.

Переваги винаходу були очевидні:

• щоб зберегти такий же обсяг даних, потрібно понад 60 тисяч перфокарт;
• доступ до записів був миттєвим, тоді як на роботу з перфострічкою витрачалося по кілька хвилин кожного разу.

Окремо Disk Storage Unit не продавалися. Це зараз кожен може купити WD60PURZ та зібрати системник. Тоді новинками укомплектовували тільки комп’ютери IBM.

Першою машиною зі справжнім HDD став 305 RAMAC. Великий та важкий, проте цей прилад відрізнявся надзвичайно комфортним керуванням як для свого часу. Конструкція включала також процесор, перфоратор, принтер, блок живлення та робочу панель. Оперувати ЕОМ (електронною обчислювальною машиною) можна було за допомогою клавіатури, друкарської машинки, системи для перфокарт та кнопок. Були й світлові показники для зображення етапів роботи.

Коштував агрегат недешево — 10 тисяч доларів. Навіть при покупці в лізинг власникам доводилося виплачувати $3200 щомісяця. Тому дозволити собі новинку IBM могли лише урядові організації та великі корпорації.

Битва за ринок HDD

До кінця 1960-х без участі IBM не відбувалася жодна подія, що стосується «вінчестерів». Більшість розробок у галузі належить інженерам цієї компанії.

Цікаво: термін «вінчестер» з’явився випадково. Кеннет Хотон, керівник напряму, ненавмисно так назвав пристрій під час робочої дискусії.

Продукція бренду піонера, попри зміни у навколишньому світі, залишалася привілеєм корпоративних гігантів та держорганів. Вартість та габарити приладів з пам’яттю у 2-2,5 Гб робили їх недоступними для пересічного покупця. При тому, у той самий час кількість людей, що працюють із комп’ютером чи мали доступом до нього, неухильно зростала.

Але індивідуальним користувачам пропонували лише моделі, розраховані на дискети по 1,2 мегабайта. Найкращі пристрої оснащували двома дисководами, але цього все одно було недостатньо. Роздрібний ринок вислизав від IBM, а сама компанія не прагнула його завоювання.

Ніша, що утворилася, пустувала недовго. Один із розробників першого HDD — Ел Шугарт — прихопив декілька колег та заснував власну фірму. Залишивши позаду «насиджене» місце, інженери Seagate Technology зайнялися розробкою жорсткого диска для масового покупця.

Чи то стимулом стала нова мета, чи бажання перевершити вже конкурента-IBM, але працювали хлопці швидко. Усього через рік створили та запустили у виробництво перший пристрій для домашніх ПК.

Виріб скромно назвали ST-506. Місце для даних обмежувалося 5-ма мегабайтами, і тягатися з промисловими обчислювальними монстрами HDD не міг. Зате швидкість осі 3600 об/хв забезпечувала прийнятну оперативність відгуку. Формат «гвинта» 5,25″ дозволяв не мудрувати з відсіками та встановлювати його замість дисководу.

Покупцям це диво техніки обходилося в 1700 доларів, тому коло клієнтів було обмеженим через платоспроможність. Втім, і перші цифрові фотоапарати коштували цілий стан. Аналітики ж пророкували їм провал на ринку. Коли ж ціна впала вдвічі-втричі, «цифровики» витіснили плівкові моделі у масовому сегменті.

Всупереч припущенням, керівництво IMB вважало за краще дружити з Seagate, а не воювати. Результатом далекоглядної угоди став IBM 5160. У ПК ставили доопрацьований ST-412 з 10 мб пам’яті. З моменту виходу в 1983 році й по 1988-й виробник реалізував понад 25 млн пристроїв.

З Seagate співпрацювала і Western Digital, що з’явилася на ринку 1970-го. Серед іншої електроніки фірма випускала контролери. Саме їх компанія постачала для пристроїв ST-412 і ST-506, розрахованих на широку аудиторію. Пізніше шляхи партнерів розійшлися — WD зосередилися на деталях альтернативних типів дисків, і з настанням 90-х запустила власне виробництво вінчестерів. У 21 столітті компанії продовжують конкурувати.

Учасників битви на ринку HDD з часом ставало дедалі більше. Розробники вловили тенденцію і прагнули перевершити один одного у зменшенні обсягу пристроїв. Диск у звичному для сучасних користувачеві форматі 3,5″ — заслуга шотландців з Rodime. Апарат RO351 на 20 Мб складався з двох елементів однакової місткості.

Пращура компактних накопичувачів для лептопів та подібної техніки розробили інженери PrairieTek. Варіанти на 5 та 10 мегабайтів робили у формфакторі 2,5 дюйми з 1988-го спеціально для комплектування ноутбуків. Toshiba, до речі, вклала чималі гроші в рекламу, щоб привласнити лаври творця мінівінчестеру. Тільки її Tamba-1 на виняткові 63 Мб з’явився на три роки пізніше.

До 2005 року тривала боротьба між брендами за лідерство на ринку користувацьких HDD. Переможцями вийшли WD та Seagate — решта або стали частиною одного з концернів, або закрилися.

Сучасні тенденції ринку вінчестерів

У 21 столітті, розбещених асортиментом та доступністю комп’ютерної техніки, користувачів стало складніше здивувати. Масовий покупець висуває до жорстких дисків такі вимоги:

1. Великий обсяг. Головна перевага HDD перед іншими накопичувачами — величезна місткість за демократичну ціну. Конкурувати за місткістю з вінчестерами твердотілі апарати поки що не можуть. Та й ціна на них значно вища. А ось магнітні пристрої пропонують і 12 Тб простору.
2. Можливість вибирати формфактор і без довгих пошуків купити диск, який підійде для техніки того чи іншого типу чи бренду. На початок 2019 року використовуються два розміри внутрішніх та зовнішніх HDD: 2,5 та 3,5 дюйма. Основні види пристроїв — для комп’ютера, лептопа, серверні. Окремо тримаються пропозиції для техніки Apple.
3. Привабливий зовнішній вигляд. Це стосується насамперед накопичувачів для зовнішнього підключення. На відміну від внутрішніх «побратимів», зовнішні моделі завжди на увазі. Тому користувачі вважають їх частиною особистого іміджу, аксесуаром, що допомагає виділитися на фоні інших. Виробники враховують цей момент і намагаються зробити дизайн пристроїв приємним для різних сегментів аудиторії. Швидко знаходять шанувальників елегантні моделі типу StoreJet 25 A3, яскраві, як My Passport або захищені як HD710 Pro.

Останні 2-3 роки жорсткі диски відновили позиції над ринком. Після 2016-го, коли попит на подібні пристрої рекордно впав, продаж HDD став повільно, але неухильно зростати. Головною причиною експерти вважають дорожнечу твердотілових накопичувачів, починаючи з 2017-го. Великі виробники, як WD, скористалися шансом і знайшли способи порадувати покупців. Поки інші інноваційні технології доводяться до пуття, ставку зробили на максимально можливе збільшення місткості вінчестерів. Об’єм та стійкість до багаторазового перезапису залишаються їх ключовими перевагами в умовах експансії SSD.

Як показує історія, до вінчестерів з моменту появи висувають з кожним роком більше претензій. Активні користувачі та комерційні структури хочуть отримати нескінченний обсяг та швидкість роботи, а розміри жорстких дисків зменшити до флешки. При цьому бажано, щоб продавали пристрої за копійки. Інженери 60 з лишком років невпинно працюють над досягненням цих цілей. І, можливо, найближчим десятиліттям винайдуть технологію, з якою HDD зроблять ще одну революцію в сегменті носіїв даних.

Хто створив перший комп’ютер

Відомо , що перший у світі комп’ютер винайшли у США після Другої Світової війни. Він називався ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer, Електронний числовий інтегратор та обчислювач). Ось як він виглядав.

Перший комп’ютер ENIAC

Крім того, наприкінці 2-ї Світової війни з ініціативи Міністерства оборони США та під керівництвом компанії IBM була створена обчислювальна машина “Марк 1”, або ASCC (Automatic Sequence Controlled Calculator), автоматичний обчислювач, керований за програмою. Саме так слід перекласти слово Sequence у даному конкретному випадку.

Автоматичний обчислювач Марк 1

Звичайно, з сучасної точки зору ці пристрої складно назвати «комп’ютерами», оскільки вони не могли виконувати алгоритми з умовними розгалуженнями в програмах. Щоб змінити хід обчислень, потрібно зупиняти машину і змінювати паперову перфострічку, на якій було записано програму (Sequence). Зчитувачі перфострічок Марк 1 видно на фото вище.

Однак, незаслужено забутий німецький винахідник Конрад Цузе (Dr. Konrad Ernst Otto Zuse), який ще в 1938 році створив досить складний механічний пристрій, який з повним правом можна назвати комп’ютером. Воно називалося Z1 і саме в ній вперше використовувалася двійкова система числення.

Забутий (або принаймні не дуже відомий) цей учений, напевно, тому що створив він свій винахід за правління Гітлера. Конрад Цузе зробив цю машину механічною тому, що електронні пристрої на той час були вкрай ненадійними, дорогими і споживали багато енергії. Наприклад, у тому ж ENIAC майже кожну годину виходила з ладу якась електронна лампа, що вимагало зупинення роботи всього комп’ютера для її заміни. Z1 працював надійніше, хоч і можливість помилок, через неточності в механічних частинах, була досить високою.

Будучи у відпустці у Берліні, я відвідав Берлінський Музей Техніки , де ознайомився з експонатом, який видно на фото Конрада Цузе вище.

Читайте також Телескоп «Чандра» продовжив роботу через тиждень сплячого режиму

Ось як виглядав механічний процесор цього комп’ютера.

Внутрішності комп’ютера Z1

Введення програм у комп’ютер Z1 здійснювалося також з перфострічки.

Зчитувач перфострічок на пізнішій моделі Z11

Перший повнофункціональний комп’ютер був побудований Конрад Цузе в 1941 році. Модель 1938 року, як зазначено на пояснювальній табличці експозиції Цузе в Музеї Техніки, була не дуже надійною, оскільки металеві листи (помітні на фото «процесора») часто «заїдало». У наступних моделях механічні частини, що рухаються, були замінені на електричні реле. Ця модель називалася Z3.

Під час бомбардування Берліна наприкінці 1944 року цей комп’ютер був повністю зруйнований разом із будинком, до якого потрапила бомба. Можливо, англійці, які бомбили Берлін, щось знали про ці розробки.

Конрад Цузе дуже скептично ставився до можливості використання електронних ламп у обчислювальній техніці. Однак під впливом загального тренду створив комп’ютер на електронних лампах Z22 вже у 50-х роках минулого століття.

До речі, перший високорівневий мову програмування, тобто. не на рівні машинних двійкових кодів, а у вигляді абстрактних команд, зрозумілих людині, також був створений Конрад Цузе для моделі Z4. Ця мова називалася Plankalkül, що можна приблизно перекласти як «обчислення планів» і призначалася для розробки та побудови двовимірних планів та карт різного призначення.

Пристрої введення та виведення комп’ютера Z4.

1949 року у ФРН Конрад створив компанію Zuse KG. У вересні 1950 року комп’ютер Z4 був повністю розроблений, виготовлений та проданий компанії ETH Zürich. У цей час, Z4 був єдиним працюючим комп’ютером у континентальній Європі та першим комп’ютером у світі, який був розроблений за комерційним замовленням та проданий. Це сталося за п’ять місяців до Марка I, і за десять до ENIAC.

Все це дає підстави вважати, що перший у світі комп’ютер, як пристрій, що має всі ознаки комп’ютера, тобто: автоматичні обчислення за заданою програмою, використання абстрактної мови програмування, виведення графічної інформації на папір, вперше було створено в Німеччині, а не в США , як багато хто помилково вважає.

Читайте також 5 способів як дізнатися хто відвідує мій профіль у фейсбуці

Обожнюю технології в сучасному світі. Хоча частенько і замислююся над тим, як далеко вони нас заведуть. Не те, щоб я прям і знаюся на ядрах, пікселях, коллайдерах і інших парсеках. Просто приходжу в захват від того, що може в творчому пориві вигадати людський розум.