Od kamienia do kryształu – jak zmieniały się nośniki danych na przestrzeni lat

Współczesny świat opiera się na informacji. Dlatego ogromną rolę odgrywają nośniki danych, które umożliwiają zapisywanie, przechowywanie i kopiowanie informacji. Urządzenia, które znamy dziś, przebyły bardzo długą i krętą drogę.

Zacznijmy od definicji pojęcia nośnik danych. Jest to przedmiot umożliwiający fizyczne zapisanie i późniejsze odczytanie danego rodzaju informacji. I chociaż kojarzy się nam on głównie z informatyką, to jego protoplaści powstali na długo przed wynalezieniem komputerów. Co ciekawe, jednym z pierwszych nośników, który wpasowuje się w to pojęcie jest DNA, czyli związek chemiczny, aktywnie uczestniczący w procesach biologicznego zapisywania i odczytywania informacji.

Jak to wszystko się zaczęło

Pierwsi ludzie, którzy wykonywali proste obliczenia, używali do zapisywania wyników bardzo prymitywnych technik. Na początku było to układanie stosów z kamieni lub patyków, a następnie wykonywanie nacięć na drewnianych kijach oraz wiązanie supłów na sznurach. Chociaż trudno nazwać je nośnikami, to stanowiły one przez pewien czas jedyny sposób na utrwalenie danych. Zapisywanie i kasowanie informacji polegało na dodawaniu lub odejmowaniu drobnych elementów ze zbioru, nacięć czy supełków. Wadą było to, że odczytanie dużych wartości zajmowało sporo czasu. Pierwsze nośniki nie mogły pochwalić się też możliwością długotrwałego przechowywania danych.

Sytuacja zmieniła się diametralnie w momencie wynalezienia pisma. Do użytku weszły gliniane tabliczki, papirus czy pergamin, które były używane głównie do przechowywania tekstu. Początkowo zapisywano je przy użyciu obrazków, hieroglifów a następnie pisma klinowego. Wraz z rozwojem cywilizacji i coraz większą potrzebą precyzyjnego zapisywania wielu informacji, wykształcił się alfabet. Jednak dopiero papier stał się przełomowym nośnikiem – głównie ze względu na trwałość, dostępność, wygodę i niską cenę. W połączeniu z drukiem pozwolił on na stworzenie pojemnych i wytrzymałych magazynów na dane – książek.

Nośniki dla maszyn

Kolejnym krokiem było zaprojektowanie nośnika, który mógłby być odczytywany bezpośrednio przez maszynę. W 1725 roku opracowano papierową taśmę perforowaną, która sterowała pracą krosna. Ulepszona wersja tego wynalazku, czyli plastikowe karty i dyski z otworami, były wykorzystywane w różnego rodzaju szafach grających i pozytywkach. Wadą tego typu nośników była niska pojemność i często zdarzające się przekłamania, wynikające z pozostających na kartach resztek po dziurkowaniu. Szybkie wczytywanie danych uniemożliwiała też konieczność przestrzegania określonej kolejności wkładania kart do czytnika.

Rozwiązaniem okazało się opracowanie na początku XIX wieku nowych nośników, które ułatwiały rejestrowanie obrazów i dźwięków. W podobnym okresie pojawiły się materiały światłoczułe, bęben fonografu a później płyta gramofonowa, które wiernie zapisywały określony rodzaj danych. Były one obecne na rynku przez długi czas i doczekały się wielu poprawek i ulepszeń.

Bliżej współczesności

W 1898 podjęto pierwsze próby stworzenia nośnika magnetycznego. Zaprojektowane wtedy urządzenie, zwane telegrafonem, rejestrowało dźwięk poprzez namagnesowanie przesuwającego się stalowego drutu. Wynalazek nie upowszechnił się ze względu na dużą zawodność i małą moc sygnału, jednak technologia magnetycznego zapisu danych zaciekawiła naukowców. Dużą popularność zdobyły nośniki wykorzystujące namagnesowane taśmy – głównie kasety wideo i magnetofonowe.

Szybki rozwój techniki komputerowej stał się motorem napędzającym powstawanie nowych nośników danych. Pierwsze komputery korzystały z pamięci dostępnych na rynku, a więc papierowych kart oraz taśm perforowanych i magnetycznych. Jednak ze względu na ich wady: długi czas dostępu, niską pojemność oraz brak możliwości wielokrotnego zapisywania danych, naukowcy szybko przystąpili do opracowania nowych rozwiązań. Pamięci rtęciowe, bębnowe, ferrytowe to tylko niektóre z nich. Od nich wiedzie prosta droga do znanych nam obecnie dyskietek, dysków talerzowych, płyt CD, DVD oraz Blu-ray.

W jakim kierunku zmierza rozwój technologii zapisu danych?

Obecnie największą popularnością cieszą się pamięci półprzewodnikowe, które ze względu na niskie ceny, wysokie prędkości odczytu i zapisu danych oraz dużą dostępność są używane przez każdego z nas. Płyty CD zostały wyparte przez pamięci flash a dyski talerzowe przez nowsze napędy SSD. Do sprzedaży trafiają nośniki wykonane w technologii 3D NAND, a także modele z obsługą protokołu NVMe. Mają one oferować wyższe pojemności w niższej cenie oraz niespotykaną dotąd wydajność.

Przyszłością nośników wydają się pamięci holograficzne, które mają oferować ogromną pojemność i błyskawiczny dostęp do zapisanych danych. W odpowiednim materiale optycznym – głównie kryształach – lasery zapisują dane w postaci stron. Na każdej z nich znajduje się miejsce dla miliona bitów, a na nośniku o wielkości monety można zmieścić tysiące takich stron. W praktyce pozwala to osiągnąć pojemność nawet kilkuset terabajtów.