Преподаватель который помогает студентам и школьникам в учёбе.

Сравнительный анализ способов и устройств хранения информации

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

В основе развития культуры, науки и человеческой цивилизации в целом лежит способность накапливать и хранить информацию так, чтобы к ней можно было получить доступ и использовать в будущем. Своеобразные, ограниченные в своих возможностях способы хранения информации использовались ещё в каменном веке: зарубы на деревьях или камнях, изображения, вырезанные на костях животных или нарисованные на стенах пещер сообщали охотникам-собирателям как практическую, так и культурную информацию [Error: Reference source not found]. С развитием научно-технического прогресса и усложнением устройства общества количество информации, которое человечество производило и желало сохранить, начинает возрастать по экспоненте: за пятилетний период с 1997 по 2002 годы было произведено больше информации, чем за всю предшествующую историю [2.], а за последние два года было создано 90% всей информации, доступной человечеству [3.].

Колоссальные объёмы информации, которые мы храним сейчас и производим каждый день, требуют постоянного усовершенствования способов и устройств её хранения. В идеальном случае, нам бы хотелось использовать какой-то способ хранения информации, позволяющий хранить как можно больший её объём как можно дешевле, при этом имея возможность как можно скорее получить доступ к необходимым нам на данный момент сведениям. К сожалению, ограничения законов физики и доступных технологий не позволяют создать идеальный способ или устройство для хранения данных, поэтому каждый раз, когда мы собираемся сохранить информацию для последующего пользования, перед нами встаёт проблема выбора из доступных способов.

Как правило, имея ограниченный бюджет, нам приходится делать выбор между объёмом и долговечностью хранимой информации с одной стороны, и скоростью доступа к ней, с другой. Различные способы и устройства хранения информации могут применяться в разных ситуациях, в зависимости от того, насколько велики объёмы хранимой нами информации, насколько долго нам необходимо её хранить, как часто нам придётся к ней обращаться, нужно ли нам перезаписывать хранимую информацию и требуется ли нам переносить её с места на место.

При написании работы в качестве источников информации использовались академические статьи и обзоры, архивные данные, опубликованные на официальных сайтах производителей устройств, а также новостные и аналитические статьи онлайн-СМИ, посвящённые устройствам и способам хранения информации. В качестве основного источника по докомпьютерным носителям информации использовалась книга «В мире античных свитков» В. Г. Боруховича [10.], в которой на стр. 8-10 введения приводится информация о дописьменных способах передачи информации, а на стр. 10-18 описываются твёрдые носители информации, такие, как глиняные и восковые таблички, дощечки и металлические монеты. Страницы 42-46 посвящены папирусу как писчему материалу, 107-111 – пергаменту как более удобной и долговечной альтернативе папирусу, а на странице 46 указывается, почему бумага вытеснила из употребления эти лёгкие носители информации. Основным источником по ранним компьютерным и некоторым современным способам и устройствам хранения информации являлся веб-проект Музея Американской Истории (Museum of American Heritage) «От мозга к байтам» («Brains to Bytes») [15.], созданный при поддержке IBM, Apple, Музея Компьютерной Истории (Computer History Museum) и других организаций, связанных с информационными технологиями. В разделе «Индустриальная эпоха: с 1650 по 1900 гг.» («The Industrial Age: 1650 AD to 1900 AD») подробно описывается история переходных носителей информации, таких, как перфокарты, а раздел «Эпоха компьютеров» («The Computer Age») посвящён обзору таких ранних компьютерных носителей информации, как магнитная лента и магнитные барабаны, а также описанию носителей информации, в разной степени использующихся и сейчас, таких, как жёсткие диски, дискеты и оптические диски. При описании способов и устройств хранения информации, которые находятся на стадии прототипов или теоретических предположений и потенциально могут быть использованы в будущем в качестве основных источников были использованы научные статьи Джонатана Эшли (Jonathan Ashley) «Голографическое хранение данных» («Holographic Data Storage») [Error: Reference source not found], в которой описывается теоретическое обоснование возможности хранения данных с помощью голографии в кристаллах, и характеристики подобных носителей информации, а также Спарша Миттала (Sparsh Mittal) «Обзор архитектурных подходов к использованию встроенной DRAM и энергонезависимому кэшу процессора» («A Survey Of Architectural Approaches for Managing Embedded DRAM and Non-volatile On-chip Caches») [41.], в которой описываются различные технологии, позволяющие приблизиться к созданию универсальной памяти, обладающей высокой скоростью, надёжностью и энергонезависимостью. В качестве вспомогательных источников информации были использованы периодические и интернет-СМИ, такие, как Forbes [3.], Лента [6.] и др., а также архивные данные IBM [14.] и других компаний.

Цель работы – определить преимущества и недостатки различных способов хранения информации, выделить основные ниши использования устройств носителей информации и выявить оптимальные технологии для использования в каждой из этих ниш.

Задачи работы:

1. Выделить параметры, по которым возможно сравнение способов и устройств хранения информации.

2. Провести исторический обзор способов и устройств хранения информации и определить тенденции их развития.

3. Описать современные способы и устройств хранения информации, определив их преимущества, недостатки и контексты использования.

4. Описать перспективные, экспериментальные и теоретические способы и устройств хранения информации, которые могут решить существующие и потенциальные проблемы хранения информации.

Глава 1. Проблема сравнения способов и устройств хранения информации

1.1 Сравнение разнообразных носителей информации

От молекул ДНК до узелков на верёвках, от кремниевых чипов до изображений, высеченных на камне – множество вариантов ответа на вопрос «как хранить информацию?» ставит нас перед проблемой: по каким общим критериям можно сравнить эти бесконечно разнообразные способы и устройства хранения информации? Имеет ли смысл сравнивать их всех или правильнее будет выделить какое-то их подмножество, например, те из них, с которыми может работать компьютер?

На самом деле, у этих способов и устройств больше общего, чем кажется на первый взгляд. Все они имеют определённую плотность кодирования информации на единицу объёма, все они характеризуются скоростью записи, считывания информации, а также надёжностью и долговечностью. С развитием современных технологий распознавания изображений и образов любые носители информации, предназначенные для визуального восприятия человеком, могут быть считаны компьютером. Даже более экзотические способы хранения информации вроде молекул ДНК вполне успешно переводятся в цифровую форму с помощью специализированных устройств – для компьютера нет никакой принципиальной разницы между такими устройствами ввода как оптический дисковод или секвенатор ДНК.

Таким образом, в рамках этой работы имеет смысл рассматривать и сравнивать любые способы и устройства хранения информации, уделяя больше внимания наиболее часто используемым.

В рамках этой работы предлагается использовать два набора параметров, которыми может характеризоваться носитель информации. Первый набор – параметры, которые могут принимать спектр значений:

Ёмкость: параметр, определяющий, какой объём информации может содержать носитель без ущерба для практичности его использования. У каждого носителя есть некоторый потолок объёма сохранённых данных, после достижения которого использовать его становится невозможно либо в силу технических ограничений (например, объёма адресного пространства), либо из-за затруднения процессов записи и доступа к информации, либо в силу очень высокой стоимости.
Долговечность: параметр, определяющий, как долго информация может храниться без невосполнимого ущерба для содержания при использовании этого носителя. Следует отметить, что долговечность носителя не является строгим ограничением: при своевременной перезаписи информацию можно сохранять намного дольше, чем значение этого показателя.
Скорость записи: параметр, определяющий, какой объём информации можно записать на этот носитель за определённый фиксированный период времени. В рамках этого обзора свойства носителей информации анализируются с точки зрения пользователя, а не изготовителя, поэтому предполагается, что устройства «только для чтения» обладают нулевой скоростью записи.
Скорость чтения: параметр, определяющий, какой объём информации можно считать с этого носителя за определённый фиксированный период времени.

Второй набор параметров – бинарные, параметры, которыми носитель информации либо обладает, либо не обладает:

Энергонезависимость: параметр, определяющий, способен ли носитель информации хранить данные без постоянного доступа электричества.
Возможность перезаписи: параметр, определяющий, есть ли у пользователя возможность удалять существующие на носителе данные и записывать новые.
Портативность: параметр, определяющий, есть ли у пользователя возможность хранить носитель информации отдельно от устройства, отвечающего за чтение, анализ и запись информации и переносить носитель от одного устройства к другому.

Разумеется, существует множество других способов классифицировать устройства и способы хранения информации: например, по физическим принципам записи данных (перфорационные, магнитные, оптические, магнитооптические и т.д.), по геометрическому исполнению носителей (диск, лента, барабан, карта и т.д.), но для выполнения целей данной работы разумнее всего ограничиться вышеперечисленным набором параметров.

Оценка параметров сравнения носителей информации

При попытке использования предложенных параметров для сравнения носителей информации возникает вопрос: в каких единицах они должны измеряться? Один из вариантов – использовать устоявшиеся меры, например, измерять ёмкость в байтах, долговечность – в секундах, а скорость чтения и записи – в байтах в секунду. У этого варианта есть несколько недостатков. Во-первых, различные носители информации, такие, как жёсткие диски или оперативная память, могут обладать огромным разбросом между параметрами в зависимости от модели и технологии изготовления. Так, ранние модели жёстких дисков обладали объёмом в 3,75 мегабайт [4.], в то время как современные модели превосходят их на несколько порядков, достигая объёма в 16 терабайт [5.], но и среди современных моделей в различных ценовых диапазонах разброс может достигать двух-трёх порядков. Во-вторых, числа без контекста не очень наглядны. В-третьих, для некоторых носителей информации (докомпьютерных или перспективных экспериментальных) очень сложно определить перечисленные нами параметры с какой-либо точностью.

В рамках данной работы предлагается оценивать параметры, которые могут принимать спектр значений, по относительной шестибалльной шкале:

«5» - максимальный балл, означающий, что данный носитель информации превосходит все аналоги по этому параметру

«4» - высокий балл, означающий, что данный носитель информации превосходит большую часть по этому параметру

«3» - средний балл, означающий, что данный носитель информации превосходит некоторые аналоги по этому параметру

«2» - низкий балл, означающий, что большая часть аналогов превосходит данный носитель информации по этому параметру

«1» - минимальный балл, означающий, что данный носитель информации слабее почти всех аналогов по этому параметру

«0» - специальный балл, использующийся для наиболее слабых по данному параметру носителей информации

Бинарные параметры будут оцениваться в «+», если носитель информации обладает данным параметрм, и в «-», если не обладает. Специальное значение «++» будет использоваться в случае, если устройство или носитель специально предназначены для максимизации возможностей данного бинарного параметра: так, жёсткий диск возможно переносить с одного компьютера на другой, поэтому он получит «+» в параметре «переносимость», а флеш-накопитель и оптический диск предназначены и очень удобны для переноса информации между компьютерами и получат «++» в этом же параметре.

Используя такую систему оценки, будет проведён сравнительный анализ различных способов и устройств хранения данных.

Глава 2. Исторические способы и устройства хранения информации

2.1 Докомпьютерные носители информации

В этом разделе работы будут рассмотрены некоторые носители информации, применявшиеся человеком задолго до изобретения компьютеров и любой вычислительной техники. Данные, зафиксированные на этих носителях, предназначались для анализа человеком без использования какой-либо специальной аппаратуры, хотя, как правило, требовали специальных навыков и знаний.

Самыми ранними носителями информации, используемыми человеком, являлись наскальные рисунки. Изображения, нарисованные на каменной поверхности или вырезанные в камне несут для нынешних поколений художественную и историческую ценность. Невозможно с точностью утверждать, какую роль они играли для людей, которые их создали, однако очевидна их роль как носитель информации, будь то иллюстрации к знаменательным событиям, легендам, описание ритуалов, пособия начинающим охотникам или календари и карты созвездий [6.][7.][8.]. Очевиден ограниченный объём информации, который можно сохранить и передать следующим поколениям с помощью наскальных изображений. Однако преимуществом этого носителя является крайняя долговечность: в виде наскальных изображений информация может храниться десятки тысяч лет. Скорость записи информации в виде рисунков минимальна, а скорость чтения ограничена возможностями человека осознать образы и сделать выводы о том, что на них изображено. Наскальные рисунки не зависят от электричества и, при желании, их можно стереть и использовать каменную поверхность заново. Перемещать с места на место их практически невозможно.

Таблица 1

Оценка наскальных изображений как носителя информации

Ёмкость	Долговечность	Скорость чтения	Скорость записи	Энергонезависимость	Возможность перезаписи	Портативность
1	5	0	0	+	+	-

Человеская цивилизация, зародившаяся в дельтах рек, нуждалась в надёжных способах хранения и передачи информации для торговли, сбора налогов, сохранения религиозных текстов, сводов законов и исторических хроник. Использовать рисунки на больших каменных поверхностях для этих целей было непрактично или попросту невозможно. Ранние формы письменности, нанесённые на небольшие твёрдые поверхности, существенно расширили возможности людей, испытывающих потребность хранить информацию. Глиняные таблички, обжигаемые в печи, панцири черепах и другие небольшие твёрдые предметы являлись не самым удобным, но крайне долговечным носителем информации. Объём информации, который возможно было передать с помощью таких носителей, был существенно выше, чем у наскальных изображений за счёт использования полноценных алфавитов (клинописи, иероглифов и т.д.) [9.]. Долговечность их не вызывает сомнений – таблички можно прочитать тысячи лет спустя после их создания. Скорость записи информации также была выше, чем для рисунков, как и скорость чтения – если под ней понимать то, насколько быстро читающий может понять, что именно пытался передать автор. Эти носители информации не требовали подачи энергии и его можно было относительно легко переносить с места на место, но перезапись хранимых данных была практически невозможна.

Таблица 2

Оценка твёрдых носителей как носителя информации

Ёмкость	Долговечность	Скорость чтения	Скорость записи	Энергонезависимость	Возможность перезаписи	Портативность
2	4	1	1	+	-	+

С развитием масштабов цивилизации громоздкие и тяжёлые таблички и дощечки перестали удовлетворять потребности людей в полной мере. Использование тонких и лёгких листов бумаги, пергамента и папируса существенно облегчило хранение больших объёмов информации. Недостатком таких материалов является сниженная долговечность, но низкой она является лишь при сравнении с использованием камня или запечённой глины: бумага может храниться сотни лет, пергамент и папирус, при правильных условиях хранения – ещё дольше [10.]. Записанную на бумаге информацию легко перемещать, она не требует подачи электричества. Перезапись информации на бумаге возможна в случае использования стираемых красителей, однако этот процесс приводит к быстрому снижению долговечности материала и практикуется очень редко, если речь идёт не о черновиках.

Таблица 3

Оценка бумаги как носителя информации

Ёмкость	Долговечность	Скорость чтения	Скорость записи	Энергонезависимость	Возможность перезаписи	Портативность
3	3	1	1	+	-	+

Докомпьютерные способы и устройства для хранения информации обладают общими недостатками: их скорость записи и чтения ограничена человеческими возможностями, а ёмкость – физическими размерами изображений или символов, передающих информацию. С другой стороны, они характеризуются высокой долговечностью и не требуют затрат энергии. Предназначенные для анализа людьми, эти источники информации были непригодны для обмена информацией с машинами.

2.2 Ранние компьютерные носителей информации

В этом разделе работы будут рассмотрены некоторые носители информации, применявшиеся на заре компьютерной эпохи. Данные, зафиксированные на этих носителях, как правило, не могли быть проанализированы человеком без использования специальной аппаратуры, для которой эти носители предназначались. Специальные навыки и знания, необходимые для работы с носителями информации, во многом ограничились навыками работы со специальной аппаратурой, а на неё перенеслась основная задача обработки хранящихся на носителе данных.

Одним из первых носителей информации, использованных для передачи информации компьютеру, являлась перфокарта. Впервые перфорированные бумажные карты были использованы для механической прялки, для указания определённых паттернов шитья [11.]. Идея использования перфокарт для передачи информации вычислительным устройствам пришла в голову Чарльзу Бэббиджу [12.], и хотя компьютер Бэббиджа так и не был создан, перфокарты получили широкое распространение, используясь в бухгалтерских машинах (табуляторах) и ранних компьютерах в качестве основного носителя информации при хранении и обработке данных [13.]. Существовало множество вариантов перфокарт, самые распространённые – карты IBM 12/80 – позволяли записать 108 двоичных байт данных или 80 символов [14.].

По ёмкости карты уступают бумажному тексту, но сравнимы с ним по долговечности и скорости записи информации. Машины считывают информацию с карт быстрее, чем человек может прочитать текст, хотя в сравнении с другими машиночитаемыми способами хранения информации перфокарты сильно отстают. Карты не требуют электричества и портативны, но их нельзя перезаписывать.

Таблица 4

Оценка перфокарт как носителя информации

Ёмкость	Долговечность	Скорость чтения	Скорость записи	Энергонезависимость	Возможность перезаписи	Портативность
2	3	1	1	+	-	++

Одним из первых немеханических способов хранения информации была магнитная запись. Возможность записи информации с помощью магнитного поля была теоретизирована в самом конце XIX века и реализована на рубеже веков [15.]. Такой способ записи обладал большим преимуществом перед кодированием путём оставления механических отметок, использующемся в перфокартах: была возможна очень высокая плотность записи информации. Кроме того, в большинстве случаев, информация на магнетизируемом носителе могла быть перезаписана.

В первой половине XX века использовалось множество различных устройств, основанных на этой технологии. В рамках этой работы будут рассмотрены два наиболее важных для ранних компьютеров магнитных устройств: магнитные барабаны и магнитные ленты.

Магнитные барабаны представляли из себя большие, быстро вращающиеся металлические цилиндры, наружная поверхность которых покрыта тонким ферромагнитным слоем. В своей концепции барабан сравним с пластиной жёсткого диска, отличаясь от неё формой – цилиндр вместо плоского диска. По бокам барабанов находились считывающие головки, которые считывали и записывали данные на своих отдельных магнитных дорожках [15.].

По ёмкости барабаны были невелики. Информация на них могла храниться достаточно долго, но не так долго, как при использовании физических носителей вроде перфокарт. Скорость записи и считывания информации была очень велика для ранней компьютерной эпохи, ограничиваясь скоростью вращения барабана [15.]. Информация, хранящаяся на барабанах, многократно перезаписывалась. Как правило, барабаны не переносились от устройства к устройству, и не требовали постоянного доступа электричества для хранения информации.

Таблица 5

Оценка магнитных барабанов как носителя информации

Ёмкость	Долговечность	Скорость чтения	Скорость записи	Энергонезависимость	Возможность перезаписи	Портативность
2	2	3	3	+	+	-

Если магнитные барабаны в ранних компьютерах выполняли роль рабочей памяти, то магнитная лента использовалась в качестве долговременного хранилища данных. Она представляет из себя гибкую ленту, покрытую тонким магнитным слоем, которая хранится в катушках или кассетах. За большой объём хранимой информации приходилось расплачиваться достаточно низкой скоростью доступа к данным, так как лента должна была физически перематываться, чтобы считывающая головка могла найти нужную информацию [15.].

Гарантированный срок хранения информации на магнитных лентах составляет 30-40 лет [16.], что выше, чем у магнитных барабанов, но ниже, чем у бумажных носителей.

Таблица 6

Оценка магнитных лент как носителя информации

Ёмкость	Долговечность	Скорость чтения	Скорость записи	Энергонезависимость	Возможность перезаписи	Портативность
4	3	2	2	+	+	+

Необходимость в надёжном, удобном и достаточно объёмном устройстве хранения информации, обладающем при этом свойством портативности, дало рождение дискетам. Дискеты – наиболее современные и удобные носители информации, которые будут рассмотрены в этом разделе. Они представляют из себя диск, покрытый ферромагнитным слоем, помещённый в защитный пластиковый корпус (гибкий или, в более поздних моделях, твёрдый) [17.]. Дискеты были очень удобным способом переносить информацию с компьютера на компьютер, а их сравнительно малый объём (до 3 мб, как правило, менее 1.4 мб) не был большим недостатком до 90-х годов, но с распространением цифрового аудио и высококачественных фотографий, а также из-за появления прямых конкурентов дискет – оптических дисков и флеш-памяти – этот носитель данных очень быстро устарел [18.]. Информация на дискетах может храниться достаточно долго, но для хранения больших массивов данных они подходят плохо.

Таблица 7

Оценка дискет как носителя информации

Ёмкость	Долговечность	Скорость чтения	Скорость записи	Энергонезависимость	Возможность перезаписи	Портативность
2	3	2	2	+	+	++

Перечисленные в этом разделе способы и устройства для хранения информации, в отличие от докомпьютерных носителей, больше не имеют ни одной ниши для использования: они безвозвратно устарели, передав эстафету устройствам, основанным на более современных технологиях. Однако на них стали очевидны некоторые особенности компьютерных носителей информации, характерные и для современных устройств: необходимость специального оборудования для чтения и записи данных, кодирование информации в виде, удобном для машины, а не для человека. Кроме того, они очертили определённые ситуации использования носителей информации, актуальные до сих пор: память с быстрым доступом, используемая во время работы компьютера (магнитный барабан), память большого объёма, рассчитанная на долгое хранение (магнитная лента), и память малого объёма, с помощью которой легко переносить данные с одного компьютера на другой (перфокарты, дискеты).

Глава 3. Современные способы и устройства хранения информации

Рабочая память

В этом разделе работы будут рассмотрены носители информации, необходимые компьютеру в процессе его работы. Как правило, такие носители теряют всю сохранённую информацию при отключении электропитания, имеют очень высокую скорость чтения и записи, но ограниченный объём и долговечность, а также не предназначены для переноса с одного устройства на другое.

Пользователю компьютера сложно представить, что всё многообразие действий, которые он может совершить с компьютером – работа с текстом, воспроизведение видео, создание трёхмерных графических изображений, и многое другое – основано на наборе очень простых действий (сложить два значения, сравнить два значения и т.д.), которые осуществляет процессор. Значения, с которыми процессор работает, находятся в регистрах процессора, и после выполнения необходимых операций перезаписываются новыми значениями из рабочей памяти [Error: Reference source not found]. Регистры нельзя назвать «носителями информации» - скорее, они представляют из себя то место, куда считывается информация с носителей информации для последующей обработки. Регистры обладают очень ограниченным объёмом (обычно – одно машинное слово, 32-64 бита в зависимости от архитектуры компьютера) и не предполагают, что информация будет оставаться в них дольше нескольких наносекунд. Информация хранится в регистрах только во время работы процессора, то есть требует доступа энергии, и может перезаписываться каждый тик процессора, то есть миллионы раз в секунду [20.]. Разумеется, регистры процессора не предполагается переносить между компьютерами.

Несмотря на то, что в регистрах находятся данные, сложно считать этот рабочий элемент процессора «носителем информации», поэтому его оценка по общим критериям производиться не будет.

Несмотря на то, что доступ процессора к информации, хранящейся в оперативной памяти, осуществляется достаточно быстро, этот процесс по длительности на один-два порядка медленнее, чем циклы процессора, то есть после запроса какой-то информации из оперативной памяти процессор мог бы выполнить до нескольких сотен инструкций, однако вынужден простаивать. Кэш процессора – это способ оптимизировать работу с оперативной памятью. Кэш представляет из себя очень быструю память малого объёма (от нескольких десятков килобайт до нескольких мегабайт), в которую подгружается информация из оперативной памяти, которую процессор может в скором будущем потребовать. Кэш реализуется в виде статической полупроводниковой оперативной памяти, в которой каждый двоичный или троичный разряд хранится в схеме с положительной обратной связью (SRAM). Доступ к кэшу примерно на порядок быстрее, чем доступ к оперативной памяти. В современных компьютерах, как правило, есть три уровня кэша, каждый более медленный и более объёмный, чем предыдущий [21.]. Без использования кэша компьютеры работали бы намного медленнее, а программисты на низкоуровневых языках, таких, как C/C++, стараются использовать знания о существовании и принципах работы кэша в своей работе для оптимизации своих программ. Так, например, обращение к последовательным элементам массива намного быстрее, чем обращение к элементам связного списка, потому что после обращения к первому элементу списка в кэш подгружаются и последующие элементы, находящиеся последовательно друг за другом в памяти, так как логика работы кэша «предсказывает», что рядом находящуюся информацию могут запросить следующей. Элементы же связного списка, находящиеся в случайных местах в памяти, не оптимизируются таким образом, поэтому использование связных списков должно быть ограничено ситуациями, где эта структура данных действительно необходима.

Таблица 8

Оценка кэша процессора как носителя информации

Ёмкость	Долговечность	Скорость чтения	Скорость записи	Энергонезависимость	Возможность перезаписи	Портативность
1	1	5	5	-	+	-

То, что мы чаще всего называем «оперативная память» или «основная память» - это DRAM (динамическая память с произвольным доступом) - память, реализованная на основе полупроводниковых материалов, отличающаяся энергозависимостью и возможностью доступа к данным, хранящимся в произвольных ячейках памяти. Физически DRAM состоит из ячеек, представляющих из себя ёмкости в полупроводниковом материале. Каждая ёмкость хранит бит данных, «0» или «1» в зависимости от высокого или низкого заряда. Ячейки такой памяти имеют свойство постепенно разряжаться (из-за токов утечки и пр.), поэтому нуждаются в периодической подзарядке (раз в несколько десятков или сотен миллисекунд, в зависимости от технологии), которая осуществляется путём запроса к этой ячейке. Благодаря динамической поддержке заряда с помощью запросов DRAM и получила своё название (динамическая) [22.].

Точечное обращение к конкретной ячейке с битом данных невозможно – минимально адресуемый размер памяти составляет одну строку, состоящую из 8 ячеек (байт). Для удобства работы с памятью определённое количество строк и столбцов ячеек называется страницей, а совокупность страниц называется банком. Физически, DRAM состоит из печатной платы, на которой расположены микросхемы памяти, и разъёма, необходимого для подключения модуля к материнской плате [22.].

Оперативная память – наиболее объёмная из видов памяти, к которым процессор может обращаться напрямую. Информация, хранящаяся на вторичных носителях, должна быть сперва записана в оперативную память, и затем считана процессором оттуда, поэтому запись и чтение из неё происходит быстрее, чем из любого вторичного носителя информации. Она энергозависима, постоянно перезаписывается, и не используется для переноса информации с одого компьютера на другой.

Таблица 9

Оценка оперативной памяти как носителя информации

Ёмкость	Долговечность	Скорость чтения	Скорость записи	Энергонезависимость	Возможность перезаписи	Портативность
3	1	4	4	-	+	-

Вторичная память

Характерной особенностью тех носителей инфоромации, которые относятся ко «вторичной памяти» является то, что процессор не может обращаться к ним напрямую. Из-за этого скорость чтения и записи информации во вторичную память всегда ниже, чем в рабочую память. Однако вторичная память может иметь такие преимущества, как энергонезависимость, большой объём и относительная портативность, а также достаточно высокая долговечность [23.].

Первое, что приходит в голову компьютерному пользователю, когда произносят слова «память компьютера» - это объём жёсткого диска. За последние десятилетия объём этих носителей информации увеличился с нескольких гигабайт до нескольких терабайт, а при использовании «облачных» серверов объём информации, которую можно сохранить на жёстких дисках, ограничен лишь возможностями промышленных мощностей, производящих эти носители информации, и бюджетом их пользователя.

Технически, жёсткие диски основаны на принципе магнитной записи. Информация записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего диоксида хрома. Как правило, жёсткий диск состоит из нескольких таких пластин, расположенных друг над другом на одной оси. Информация записывается или считывается несколькими считывающими головками, при этом рабочая поверхность диска движется относительно считывающей головки. При записи на катушку головки подаётся переменный электрический ток, и возникающее переменное магнитное поле из зазора головки воздействует на ферромагнетик поверхности диска, изменяя направление вектора намагниченности доменов в зависимости от величины сигнала. При считывании перемещение доменов у зазора головки приводит к изменению сопротивления в головке в зависимости от изменения напряжённости магнитного поля доменов [24.].

Как и их ранние «родственники», магнитные барабаны, жёсткие диски ограничены в скорости доступа к случайному участку хранящихся данных скоростью вращения. Этот параметр называется «время произвольного доступа» и составляет в среднем 5-10 миллисекунд, то есть намного медленнее доступа к случайным участкам оперативной памяти [25.]. Запись больших объёмов (сотни мегабайт и более) информации из оперативной памяти на диск и с диска в оперативную память может занимать достаточно долгое время – от нескольких секунд до нескольких минут и более, что в некоторых ситуациях не очень удобно для пользователя, например, при использовании видеофайлов высокого качества размером более нескольких гигабайт. Тем не менее, жёсткие диски идеально подходят для хранения больших объёмов информации, к которой обращаются не очень часто. Они достаточно долговечны и не требуют доступа электричества при хранении (хотя, безусловно, требуют его для чтения и записи данных). Их можно переносить между компьютерами, более того, существуют специальные портативные жёсткие диски, созданные для транспортировки больших объёмов информации.

Таблица 10

Оценка жёстких дисков как носителя информации

Ёмкость	Долговечность	Скорость чтения	Скорость записи	Энергонезависимость	Возможность перезаписи	Портативность
5	3	2	2	+	+	+

В начале XXI века параллельно жёстким дискам начала использоваться технология твердотельных накопителей, основанных на хранении данных в микросхемах. Они компактнее жёстких дисков, не издают шума при работе, а также более устойчивы к повреждениям (например, к падению) и обладают намного более высокой скоростью чтения и записи данных по сравнению с жёсткими дисками, превышая таковую у жёстких дисков на два-три порядка. Однако твердотельные накопители не вытеснили с рынка HDD по нескольким причинам. Во-первых, они в несколько раз дороже жёстких дисков в расчете на гигабайт данных. Во-вторых, они обладают низкой износостойкостью, то есть после определённого числа перезаписей (от 1000 до 10000) хранящихся на них данных они начинают выходить из строя, поэтому их не рекомендуется использовать в ситуациях, когда необходима частая запись и удаление новых данных, например, при использовании файла подкачки [26.]. Пока этот недостаток не будет преодолён, SSD останутся востребованными в качестве очень удобного дополнения к жёстким дискам, но не как полноценная их замена. Как и HDD, твердотельные накопители не требуют энергии для хранения данных и могут переноситься с одного компьютера на другой, имея также специальные портативные варианты исполнения.

Таблица 11

Оценка твердотельных накопителей как носителя информации

Ёмкость	Долговечность	Скорость чтения	Скорость записи	Энергонезависимость	Возможность перезаписи	Портативность
4	2	3	3	+	+	+

Портативные устройства хранения информации

Несмотря на то, что, как правило, устройства вторичной памяти можно переносить с одного компьютера на другой или хранить отдельно от вычислительного устройства вообще, их главная задача – хранить большие объёмы данных, часть которых может понадобиться данному компьютеру во время работы. Перенос этих устройств, как правило, сопряжён с рядом трудностей: необходимостью разбирать компьютер, громоздкостью и хрупкостью носителя информации, а также лишением исходного компьютера вторичной памяти и всей информации, которая там содержалась. К тому же, у рядовых пользователей редко возникает необходимость переносить информацию в объёмах, сравнимых с максимальным объёмом жёсткого диска. Специализированные для переноса информации устройства характеризуются компактностью, относительно небольшим объёмом и невысокой скоростью записи и чтения.

Первой технологией, рассмотренной в этой категории, будут CD-диски. Компакт-диски не оказались записаны в «устаревшие» носители информации вместе с дискетами лишь потому, что многие современные компьютеры обладают дисководами, способными их читать, а значит, при необходимости эти диски могут быть использованы и сейчас. В 90-е годы они произвели революцию в использовании персональных компьютеров и переносных устройств. Обладая ёмкостью в несколько сотен мегабайт, они позволяли в компактном виде переносить несколько музыкальных альбомов, фильм или игру с трёхмерной графикой [27.].

Физически, компакт-диск представляет из себя тонкий диск из прозрачного пластика (поликарбоната). На диске имеется спиральная дорожка для направления луча лазера при записи и считывании информации. Со стороны спиральной дорожки диск покрыт записываемым слоем, состоящим из тонкого слоя органического красителя и затем отражающего слоя, состоящего из серебра, сплавов серебра, золота, или, в случае CD-RW, из специального сплава серебра, способного при нагревании переходить в аморфное состояние. Данные с диска читаются при помощи лазерного луча с длиной волны 780 нм. Принцип считывания информации лазером для всех типов носителей заключается в регистрации изменения интенсивности отражённого света [Error: Reference source not found].

При записи данных на CD-R используется луч лазера повышенной мощности, который физически «прожигает» слой органического красителя. Когда краситель нагревается выше определённой температуры, он разрушается и темнеет, изменяя отражательную способность «прожжённой» зоны. В результате записи на записывающем слое получается чередование тёмных (прожжённых) и светлых пятен, которые несут информацию, доступную для считывания при измерении интенсивности отражённого света [29.].

Для CD-RW процесс записи, чтения и стирания данных иной, и основан на фазовых переходах между кристаллическим и аморфным состоянием, для которых характерны разные коэффициенты отражения (интенсивность отражённого света). Изначально рабочий слой диска, находящийся в кристаллическом состоянии подогревается лазером, переходит в расплав, быстро охлаждается и переходит в аморфное состояние. Считывание производится при пониженной интенсивности излучения лазера, не влияющей на фазовые переходы. Для новой записи необходимо вернуть рабочий слой в исходное кристаллическое состояние. Для этого используется средняя интенсивность лазера: лазер подогревает сплав примерно до 200°С, позволяя ему перейти в кристаллическое состояние [30.].

Существовало несколько вариантов компакт-дисков: CD-audio, предназначенный только для хранения звуковой информации, CD-ROM – диск с невозможностью перезаписи закодированной при производстве информации, CD-R – с возможностью однократной записи и CD-RW, информацию на котором можно было перезаписывать многократно. Не все устройства для чтения компакт-дисков (дисководы) обладали способностью записывать информацию на диски, кроме того, CD-RW не читались на старых приводах, предназначенных для CD-ROM и CD-R, а очень старые дисководы могли воспроизводить лишь CD-audio [27.].

Сейчас CD-диски используются достаточно редко. Их ниши на сегодняшний день – это физические копии музыкальных альбомов [31.], хранение информации, записанной в то время, когда этим дискам не было доступных альтернатив, распространение небольших компьютерных программ, передача небольших объёмов информации на CD-RW диске. Оптические диски форматов DVD и Blue-Ray из-за своего большего объёма взяли на себя такие функции CD как хранение фильмов и компьютерных программ.

Технология DVD очень близка к CD, но DVD-диски обладают более плотной структурой рабочей поверхности, используют лазер с меньшей длиной волны и линзы с большей числовой апертурой, что позволяет хранить больший объём информации (до восьми с половиной гигабайт на двухслойном DVD-диске, как минимум – 4,7 гигабайта) [32.]. Они идеально подходили для хранения фильмов, аудио очень высокого качества, а также игр и других тяжеловесных программ [33.]. Впрочем, век DVD оказался короче, чем CD: в конце 2000-х годов на смену им пришла технология Blue-Ray. Произошло это по нескольким причинам: фильмы в формате «видео высокой чёткости» и современные игры уже не помещались в ограниченном объёме DVD, а распространение широкополосного интернета снизило саму необходимость физических носителей информации для медиаконтента.

В технологии Blu-ray для чтения и записи используется фиолетовый лазер с длиной волны 405 нм, что меньше, чем у DVD и CD. Это позволяет записывать информацию с более высокой плотностью – на одном Blu-ray диске можно хранить 25-50 гигабайт данных [34.]. Существуют разные варианты таких дисков – и с возможностью многократной перезаписи, и без таковой, но основным назначением этих дисков является хранение видео высокой чёткости и видеоигр.

Все вышеперечисленные оптические диски имеет смысл оценивать вместе, так как по сути они представляют из себя одну технологию на разных этапах её развития.

Таблица 12

Оценка оптических дисков как носителя информации

Ёмкость	Долговечность	Скорость чтения	Скорость записи	Энергонезависимость	Возможность перезаписи	Портативность
3	3	2	2	+	+	++

Кроме оптических дисков, другой популярной технологией, широко используемой в портативных носителях информации, является флеш-память. Флеш-память основана на полупроводниковой технологии, использующей для хранения информации транзисторы с плавающим затвором. «Плавающий затвор» - это изолированная проводящая область транзистора, благодаря наличию которой возможно сохранение на транзисторе электрического заряда (и, соответственно, информации) при отключении электропитания [Error: Reference source not found]. Недостатком такой структуры является то, что изменение заряда в плавающем затворе, то есть процесс записи данных, постепенно приводит к необратимым изменениям в структуре носителя. Ресурс перезаписи составляет от, в лучших случаях, сотни тысяч, до тысячи и менее раз [36.]. Кроме того, флеш-память чувствительна к электростатическому заряду. Однако дешевизна, малый объём, скорость работы и механическая прочность позволяют флеш-памяти быть очень популярной: она является основой USB-флеш-накопителей, а также широко используется в цифровых портативных устройствах вроде фотоаппаратов.

Таблица 13

Оценка флеш-памяти как носителя информации

Ёмкость	Долговечность	Скорость чтения	Скорость записи	Энергонезависимость	Возможность перезаписи	Портативность
3	2	3	3	+	+	++

Современные способы и устройства хранения информации обладают большими возможностями и достаточно удобны в использовании. Но количество информации, которое человечество генерирует, растёт с ускорением, и в будущем нам потребуются новые технологии: стремительное устаревание оптических дисков является примером того, как быстро популярная и удобная технология может перестать удовлетворять наши потребности. Низкая скорость работы жёстких дисков, ограничения объёма и скорости основной памяти, ограниченный ресурс флеш-памяти и твердотельных накопителей, отсутствие возможности надёжно хранить информацию дольше нескольких десятилетий – все эти неодстатки указывают на то, что в скором будущем нам будут необходимы новые способы и устройства хранения информации.

Глава 4. Перспективные способы и устройства хранения информации

Перспективы развития носителей информации

История развития компьютерных технологий учит нас тому, что подавляющее большинство электронных устройств после теоретического обоснования возможности их реализации проходит через два этапа в своём развитии: долгий (до десяти лет и более) период лабораторных экспериментов и создания прототипов, а затем – после выхода на рынок – переменный по длительности (от нескольких лет до нескольких десятков лет) период «взросления» и совершенствования технологии, в ходе которого некоторые параметры устройства могут вырасти на много порядков (например, объём жёстких дисков), а некоторые – вырасти незначительно, по крайней мере, относительно других параметров (например, скорость чтения и записи данных с жёстких дисков) [37.].

В предыдущей главе нами были рассмотрены технологии, находящиеся на втором этапе своего развития. Они широко знакомы пользователям и используются повсеместно, а высокая скорость их развития и выросшие на несколько порядков с момента появления на рынке характеристики могут породить у людей, не знакомых близко с миром высоких технологий, ощущение, что такие технологии, как DRAM, жёсткие диски и флеш-память будут использоваться всегда, становясь всё быстрее и мощнее. Однако профессионалам и учёным очевидны физические ограничения этих носителей и необходимость в интересах удобства пользователей, науки и экономического развития вывести в широкое пользование устройства, основанные на принципиально новых технологиях. В рамках этой главы мы рассмотрим потенциал нескольких способов и устройств хранения информации, пока находящихся на первом этапе своего развития. Эти технологии имеют потенциал произвести революцию в хранении информации, подобно оптическим дискам, стать новой основой современных компьютеров, заместив собой жёсткие диски или DRAM, или захватить новые ниши, востребованные пользователями, но не охваченные существующими способами или устройствами хранения информации.

Объёмная оптическая память

Одной из наиболее перспективных технологий хранения данных является кодирование в трёхмерных голографических структурах, которые могут размещаться внутри стекла или кристаллов из специальных полимеров. Объёмные голограммы обычно изготавливаются путём воздействия на фото-термо-реактивное стекло ультрафиолетовым лазером [Error: Reference source not found]. Их также можно изготовить и в обычном стекле, воздействуя лазерными лучами длительностью порядка фемтосекунды [Error: Reference source not found].

Голографическое кодирование имеет три серьёзных преимущества перед двухмерным кодированием информации, которое, например, используется в оптических дисках. Во-первых, данные хранятся внутри твёрдой структуры, а не на её поверхности, поэтому они надёжно защищены от повреждений и могут храниться неограниченно долго – потенциально, миллионы или даже миллиарды лет. Во-вторых, использование трёх измерений, то есть всего объёма носителя, вместо двух измерений плоской поверхности диска приводит к возможности кодировать гораздо больший объём информации за счёт так называемого эффекта Брэгга. В-третьих, голографическая память позволяет записывать и считывать данные во множество (до миллионов и более) потоков параллельно, в то время как информация на диск записывается всего в один или два (для двухслойных дисков) потока. Это кратно увеличивает скорость чтения и записи информации [Error: Reference source not found].

В настоящее время прототипы голографических хранилищ данных демонстрируют все преимущества этой технологии, однако коммерческие продукты на их основе не получили распространения. Препятствием к их широкому употреблению является то, что на данный момент у них отсутствует достаточно широкая ниша употребления. Являясь очень объёмными, черезвычайно долговечными, но неперезаписываемыми носителями данных, они могли бы использоваться в архивах для долговременного хранения информации или как носители для очень объёмного (терабайт и более) медиа-контента для пользователей. Однако для архивирования устройства на основе этой технологии пока слишком дороги и не могут конкурировать с дешёвыми и достаточно надёжными жёсткими дисками и SSD, а фильмы даже в самом высоком качестве или очень большие компьютерные игры не занимают более нескольких десятков гигабайт. Возможно, в будущем устройства на основе голографического хранения данных будут играть важную роль для долговременных космических экспедиций: малый объём и масса при сверхвысокой плотности записи данных, а также высокая надёжность позволят космонавтам хранить на корабле любую научно-техническую и развлекательную информацию, что серьёзно облегчит организацию таких экспедиций, так как скорость передачи информации с Земли на расстояние дальше нескольких световых часов крайне низка. Кроме того, фильмы с эффектом полного сенсорного погружения или игры с высокодетализированной виртуальной реальностью могут занимать огромные объёмы информации, несколько терабайт и более, и если в технологиях передачи информации не произойдёт прорывов, то такой медиа-контент будет удобнее всего распространять на физических носителях, таких, как голографические кристаллы.

Не стоит забывать и о таком применении этой технологии, как сохранение информации для будущих поколений. Все широко используемые на данный момент носители информации – от бумаги до жёстких дисков – серьёзно уступают в долговечности глиняным табличкам или наскальным рисункам, пробуждая опасения о том, что в какой-то момент информация о нашей эпохе будет попросту утеряна. Уже сейчас прототипы голографических кристаллов хранят в себе такие документы, как Библия или британская Великая Хартия Вольностей [39.], а после удешевления этой технологии голографическая память должна будет стать стандартным способом хранения архивных данных, многократно превосходя бумажные архивы или облачные хранилища по надёжности и дешевизне.

Таблица 14

Оценка объёмной оптической памяти как носителя информации

Ёмкость	Долговечность	Скорость чтения	Скорость записи	Энергонезависимость	Возможность перезаписи	Портативность
5	5	4	4	+	-	+

Энергонезависимая RAM

Компьютерная память, обладающая скоростью чтения-записи и устойчивостью к многократной перезаписи, сравнимыми с оперативной памятью, но имеющая способность сохранять данные после отключения электропитания, является очень востребованной технологией уже несколько десятилетий, однако все попытки создать такую память имели существенные недостатки. Самым простым вариантом реализации такого устройства является оснащение обычной RAM дополнительной батарейкой, благодаря которой данные, записанные в памяти, могут быть сохранены в случае внезапного отключения электроэнергии и будут храниться, пока не иссякнет заряд батарейки. Такие устройства имеют практическое применение, например, в высоконагруженных базах данных, однако не являются по-настоящему энергонезависимыми. Претендентом на роль подобной памяти является флеш-память, однако она уступает RAM в скорости чтения и записи, эффективности адресации (минимально адресуемые блоки флеш-памяти больше, чем таковые в RAM) и долговечности, начиная деградировать в лучшем случае после нескольких десятков тысяч циклов чтения и записи – что не так уж и много для активно использующейся основной памяти [36.].

Одной из самых многообещающих технологий такого толка является магниторезистивная оперативная память (MRAM). В основе её лежит использование для хранения информации магнитных моментов, а не электрических зарядов, как в случае с памятью, основанной на полупроводниках. Магниторезистивная память обладает быстродействием, сравнимым со SRAM, на основе которой работает кэш процессора, но меньшим энергопотреблением. Кроме того, она не страдает характерной для флеш-памяти деградацией по прошествии времени. Такие свойства позволяют ей потенциально стать «универсальной памятью», способной заменить оперативную и флеш-память [40.].

Таблица 15

Оценка энергонезависимой оперативной памяти как носителя информации

Ёмкость	Долговечность	Скорость чтения	Скорость записи	Энергонезависимость	Возможность перезаписи	Портативность
4	4	5	5	+	+	+

Параллельно MRAM, в разработке находится множество различных технологий, потенциально обладающих похожими характеристиками. Среди таковых можно перечислить:

Сегнетоэлектрическая оперативная память: технология, похожая на DRAM, но использующая слой сегнетоэлектрика вместо диэлектрического слоя для обеспечения энергонезависимости
Память на основе фазового перехода: технология, основанная на поведении халькогенида, который при нагреве может «переключаться» между двумя состояниями: кристаллическим и аморфным, за счёт чего происходит кодирование информации
Nano-RAM: технология, основывающаяся на механическом позиционировании углеродных нанотрубок
Резистивная память с произвольным доступом , мемристорная память и многие другие [41.].

Будущее покажет, какие из этих технологий станут широко употребимы, вытеснив DRAM, флеш-память и жёсткие диски, какие – займут узкие ниши, а какие окажутся несостоятельными и будут забыты. Ясно одно: у способов и устройств хранения информации имеется огромный потенциал для развития.

Глава 5. Сравнительный анализ способов и устройств хранения информации

На основании рассмотренных данных, можно составить сводную таблицу характеристик различных способов и устройств хранения информации:

Таблица 16

Сводная таблица оценок носителей информации

Устройство или способ хранения информации	Ёмкость	Долговечность	Скорость чтения	Скорость записи	Энергонезависимость	Возможность перезаписи	Портативность	Итоговая оценка
Наскальные изображения	1	5	0	0	+	+	-	8
Клинописные таблички	2	4	1	1	+	-	+	10
Бумага	3	3	1	1	+	-	++	11
Перфокарты	2	3	1	1	+	-	++	10
Магнитные барабаны	2	2	3	3	+	+	-	12
Магнитная лента	4	3	2	2	+	+	+	14
Дискеты	2	3	2	2	+	+	++	13
Кэш процессора	1	1	5	5	-	+	-	13
Оперативная память	3	1	4	4	-	+	-	13
Жёсткие диски	5	3	2	2	+	+	+	15
Твердотельные накопители	4	2	3	3	+	+	+	15
Оптические диски	3	3	2	2	+	+	++	14
Флеш-память	3	2	3	3	+	+	++	15
Голографическая запись	5	5	4	4	+	-	+	20
Энергонезависимая RAM	4	3	5	5	+	+	+	20

Оранжевым выделены докомпьютерные носители информации, жёлтым – устаревшие компьютерные, зелёным – современные, синим – способы и устройства хранения информации, потенциально реализуемые в будущем. Параметр «итоговая оценка» составлен как сумма всех числовых параметров, а также количество значений «+» для бинарных параметров.

Полученную «итоговую оценку» нельзя использовать для однозначного выбора между двумя любыми способами или устройствами хранения информации: из того, например, что твердотельный накопитель имеет оценку в 15 баллов, а оперативная память – в 13, не стоит делать вывод, что вместо оперативной памяти необходимо начать использовать твердотельные накопители. Однако эта оценка полезна, во-первых, при сравнении двух носителей информации, занимающих одну и ту же нишу – например, для выбора между перфокартами, дискетами и флеш-памятью, как портативными носителями малого объёма данных. Во-вторых, эта оценка показывает, насколько носитель информации близок к некоему идеальному универсальному носителю информации: объёмному, быстрому, долговечному, перезаписываемому, способному хранить информацию в условиях отсутствия электропитания и легко переносимому. Из таблицы видно, что по мере технологического развития способы и устройства хранения информации всё ближе приближаются к этому идеалу.

Учитывая оценки носителей информации в каждой конкретной категории, можно выделить несколько функциональных ниш носителей информации и указать наилучший способ или технологию хранения информации внутри каждой функциональной ниши:

Портативные внешние устройства хранения информации
1. Бумага
2. Перфокарты
3. Дискеты
4. Оптические диски
5. Флеш-память
  Исходя из итоговой оценки, флеш-память является наилучшей технологией в этой нише на данный момент.
Устройства для хранения больших объёмов информации в средне-и долгосрочной перспективе (от нескольких лет до нескольких десятилетий)
1. Магнитная лента
2. Жёсткие диски
3. Твердотельные накопители
  Исходя из итоговой оценки, жёсткие диски и твердотельные накопители делят между собой первое место в этой категории. Выбор между ними зависит от финансовых возможностей пользователя, необходимой скорости чтения и записи и темпах перезаписи: жёсткие диски дешевле и выдерживают больше циклов запись-удаление, а SDD работают быстрее.
Устройства для неограниченного по времени хранения информации (дольше нескольких сотен лет)
1. Наскальные рисунки
2. Глиняные таблички
3. Голографическая запись
  Необходимость сохранять данные таким образом, чтобы их было можно прочитать спустя сотни или тысячи лет, редко заботит пользователей. Наскальные рисунки и клинописные таблички так долговечны не потому, что их создатели желали сохранить их на многие поколения вперёд, а в силу естественных свойств используемых материалов. Из-за отсутствия острой необходимости в таких свойствах носителей информации первый с тех далёких времён прорыв в технологиях долгосрочного хранения даннных произошёл совсем недавно: голографическая запись информации в кристалле обладает стойкостью, превышающей таковую у глиняных табличек, скоростью и удобством работы, сравнимым с оптическими дисками, и объёмом, сравнимым с или даже превышающий таковой у жёстких дисков, являясь, таким образом, безусловным лидером в этой категории.
Высокоскоростные устройства хранения информации
1. Магнитные барабаны
2. Кэш процессора
3. Оперативная память
4. Энергонезависимая оперативная память
  Среди устройств, ориентированных на скорость чтения и записи, лидирует оперативная память (DRAM) и кэш (SRAM), отличающиеся между собой объёмом (DRAM лидирует с большим отрывом) и скоростью работы (SRAM обладает неоспоримым преимуществом). Однако в перспективе они будут замещены новыми типами рабочей памяти, объединяющей в себе скорость работы SRAM, объём, превышающий DRAM и энергонезависимость.

Заключение

В рамках данной работы были проанализированы академические и публицистические источники информации об устройствах и способах хранения информации. В результате проведённого анализа были определены преимущества и недостатки различных способов хранения информации, выделены основные ситуации использования устройств носителей информации и на основе проведённого анализа обозначены оптимальные технологии для использования в каждой из этих ситуаций в зависимости от потребностей и финансовых возможностей пользователя. Построенная в Главе 5 Таблица 16 позволяет читателю этой работы быстро оценить преимущества и недостатки различных носителей информации и выделить среди них наиболее выдающиеся по интересующих читателя характеристикам, а приведённое ниже Таблицы 16 краткое описание позволяет ознакомиться с более детальным сравнением способов и устройств хранения информации.

Список использованной литературы

The Museum of American Heritage. Brains to Bytes: The Evolution of Information Storage [Электронный ресурс] / Электрон. текстовые дан. – Пало-Альто, Калифорния, 2002. – Режим доступа: http://www.moah.org/brains/brains2bytes.html, свободный.
Lyman P. How Much Information? [Текст] / Lyman P., Varian H.R. Release of the University of California. Oct.27, 2003. – 112 с.
Bernard Marr. How Much Data Do We Create Every Day? The Mind-Blowing Stats Everyone Should Read [Электронный ресурс] / Электрон. текстовые дан. – Кембридж, Великобритания, 2018. – Режим доступа: https://www.forbes.com/sites/bernardmarr/2018/05/21/how-much-data-do-we-create-every-day-the-mind-blowing-stats-everyone-should-read, свободный.
Rich Schwerin. Time Capsule [Электронный ресурс] / Электрон. текстовые дан. – Редвуд Шорс, Калифорния, 2014. – Режим доступа: https://blogs.oracle.com/oraclemagazine/time-capsule-v7, свободный.
Вестерн Диджитал. Ultrastar DC HC600 SMR Series [Электронный ресурс] / Электрон. текстовые дан. – Сан-Хосе, Калифорния, 2019. – Режим доступа: https://www.westerndigital.com/products/data-center-drives/ultrastar-dc-hc600-series-hdd, свободный.
Влад Массино. У пещерных европейцев нашли первую письменность [Электронный ресурс] / Электрон. текстовые дан. – Москва, 2016. – Режим доступа: https://lenta.ru/news/2016/05/30/firstsigns/, свободный.
Guthrie, R. Dale. The Nature of Paleolithic Art [Текст] / R. Dale, Guthrie. Чикаго, США: Univ. of Chicago Press, 2005. – 38 с.
University of Edinburgh. Prehistoric cave art reveals ancient use of complex astronomy [Электронный ресурс] / Электрон. текстовые дан. – Эдинбург, Великобритания, 2018. – Режим доступа: https://phys.org/news/2018-11-prehistoric-cave-art-reveals-ancient.html, свободный.
Березкин Ю.В. У истоков месопотамской письменности и государства. [Текст] Ю.В. Березкин. // Археологические вести. — 2000. — №7. — С. 334-338.
Борухович В. Г. В мире античных свитков. [Текст] / В. Г. Борухович. — Саратов: Изд-во Саратовского университета, 1976. — 224 с.
Essinger, J. Jacquard's Web: How a Hand-loom Led to the Birth of the Information Age. [Текст] / J. Essinger. Оксфорд, Великобритания: OUP Oxford, 2007. — 35–40 с.
Babbage, C. On the Mathematical Powers of the Calculating Engine. [Текст] / C. Babbage. Лондон, Великобритания, 1837. — 19–54 с.
Austrian, Geoffrey D. Herman Hollerith: Forgotten Giant of Information Processing. [Текст] / Geoffrey D. Austrian. — Нью-Йорк Сити, Нью-Йорк: Columbia University Press. 1982. — 124 с.
IBM Archives. 1928 [Электронный ресурс] / Электрон. текстовые дан. – Армонк, Нью-Йорк, 2019. – Режим доступа: https://www.ibm.com/ibm/history/history/year_1928.html, свободный.
The Museum of American Heritage. Brains to Bytes: The Evolution of Information Storage [Электронный ресурс] / Электрон. текстовые дан. – Пало-Альто, Калифорния, 2002. – Режим доступа: http://www.moah.org/brains/computerage.html, свободный.
Peri Grover. Ten Reasons Why Tape Is Still The Best Way To Backup Data [Электронный ресурс] / Электрон. текстовые дан. – Сан-Диего, Калифорния, 2014. – Режим доступа: https://www.overlandstorage.com/blog/?p=323, свободный.
Teja, Edward R. The Designer's Guide to Disk Drives (1st ed.). [Текст] / Edward R. Teja. — Вирджиния, США: Reston Publishing Company, Inc. / Prentice-Hall Company. 1985. — 31–38 с.
Richard Fletcher. PC World announces the end of the floppy disk [Электронный ресурс] / Электрон. текстовые дан. – Лондон, Великобритания, 2007. – Режим доступа: https://www.telegraph.co.uk/finance/2803487/PC-World-announces-the-end-of-the-floppy-disk.html, свободный.
Wienand, I. Computer Science from the Bottom Up. [Текст] / I. Wienand. Стэнфорд, Калифорния: Creative Commons, 2013. — 35–62 с.
Mittal, Sparsh. A Survey of Techniques for Designing and Managing CPU Register File. [Текст] Sparsh Mittal // Concurrency and Computation: Practice and Experience. — 2016. — №29(4) — С.1-23.
Gabriel Torres. How The Cache Memory Works [Электронный ресурс] / Электрон. текстовые дан. – Кук, Миннесота, 2007. – Режим доступа: https://www.hardwaresecrets.com/how-the-cache-memory-works/, свободный.
Rajeev B. DRAM Basics. [Электронный ресурс] / Электрон. текстовые дан. – Солт-Лейк-Сити, Юта, 2014. – Режим доступа: https://www.inc.com/encyclopedia/industry-life-cycle.html, свободный.
Mittal, Sparsh. A Survey of Software Techniques for Using Non-Volatile Memories for Storage and Main Memory Systems. [Текст] Sparsh Mittal, Jeffrey S. Vetter // IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems. — 2015. — №27(5) — С.1537-1550
Hard Drive Help. A Brief Introduction to Hard Drive Technology [Электронный ресурс] / Электрон. текстовые дан. – Пало-Альто, Калифорния, 2011. – Режим доступа: https://web.archive.org/web/20110903011543/http:/www.hard-drive-help.com/technology.html, свободный.
Charles M. Kozierok. Hard Drive Spindle Speed [Электронный ресурс] / Электрон. текстовые дан. – Сан-Диего, Калифорния, 2001. – Режим доступа: https://www.karlstechnology.com/blog/hard-drive-spindle-speed/, свободный.
Tom Brant. SSD vs. HDD: What's the Difference? [Электронный ресурс] / Электрон. текстовые дан. – Нью-Йорк Сити, Нью-Йорк, 2019. – Режим доступа: https://www.pcmag.com/article/297758/ssd-vs-hdd-whats-the-difference, свободный.
Immink, Kees Schouhamer. Compact disc story. [Текст] / Kees Schouhamer Immink // Journal of the Audio Engineering Society. — 1998. — №46(5) — С. 458-460, 462, 464
Sharpless, Graham. Introduction to CD and CD-ROM. [Текст] / Graham Sharpless. — Блэкберн, Великобритания: Deluxe Global Media Services Ltd., 2003. — 32 с.
The Next Generation 1996 Lexicon A to Z: CD-Recordable. [Текст] // Imagine Media. — 1996. — №15. — С. 31.
Tom Harris. How CD Burners Work [Электронный ресурс] / Электрон. текстовые дан. – Атланта, Джорджия, 2001. – Режим доступа: https://computer.howstuffworks.com/cd-burner8.htm, свободный.
Joseph Plambeck. As CD Sales Wane, Music Retailers Diversify [Электронный ресурс] / Электрон. текстовые дан. – Нью-Йорк Сити, Нью-Йорк, 2010. – Режим доступа: https://www.nytimes.com/2010/05/31/business/media/31bestbuy.html, свободный.
C. Nomad. DVD: coming soon to your PC? [Текст] // Nomad C. Computer Shopper. — 1996. — №16 (3). — С.189.
Robert Uhlig. DVD kills the video show as digital age takes over [Электронный ресурс] / Электрон. текстовые дан. – Лондон, Великобритания, 2004. – Режим доступа: https://www.telegraph.co.uk/technology/3335984/DVD-kills-the-video-show-as-digital-age-takes-over.html, свободный.
B. Nakashima. White Paper Blu-ray Disc™ Format. 1.C Physical Format Specifications for BD-ROM [Текст] / Nakashima B. — Юниверсал Сити, Калифорния, США: Blu-ray Disc Association, 2010. — 48 с.
Hustler, Paul. Floating-gate devices: they are not just for digital memories anymore. [Текст] / Paul Hustler, Bradley A. Minch, Chris Diorio // Proceedings of the IEEE International Symposium on Circuits and Systems. — 1999. — №4. — С. 4-12.
Boboila, Simona. Write Endurance in Flash Drives: Measurements and Analysis. [Текст] / Simona Boboila, Peter Desnoyers // Proceedings of the 8th USENIX conference on File and storage technologies. — 2010. — №6. — С. 1-14.
Leigh Buchanan. Industry Life Cycle [Электронный ресурс] / Электрон. текстовые дан. – Бостон, Массачусетс 2019. – Режим доступа: https://www.inc.com/encyclopedia/industry-life-cycle.html, свободный.
Holographic data storage. [Текст] / J. Ashley, M.-P. Bernal, G. W. Burr и др. // Journal of Research&Development. — 2000. — №44 (3). — С. 23-30.
James Vincent. 5D glass discs can store data for as long as the universe has existed [Электронный ресурс] / Электрон. текстовые дан. – Саутгемптон, Великобритания, 2016. – Режим доступа: https://www.theverge.com/2016/2/16/11018018/5d-data-storage-glass, свободный.
Akerman, Johan. APPLIED PHYSICS: Toward a Universal Memory. [Текст] / Johan Åkerman // Science. — 2005. — №308 (5721). — С. 508-510.
Mittal, Sparsh. A Survey Of Architectural Approaches for Managing Embedded DRAM and Non-volatile On-chip Caches. [Текст] / Sparsh Mittal, Jeffrey Vetter, Dong Li // IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems. — 2014. — №6 (26). — С. 1-14.