Доброго утро, дорогие хабражители.

 
Задумывались ли вы, в насколько магическом мире мы живем? Не в смысле «Ааа, счас пойду к гадалке, пускай она мне судьбу прочтет», и не в смысле «Сегодня ретроградный меркурий, значит, по гороскопу я — олень». И, конечно же, не в смысле «Видишь сверкает что-то в темноте? Это местный лестник стреляет по барражирующим огням нечисти из травмата!» (сложный двачерский прикол, кто понял, тот понял)

Буквально. Все, что мы сейчас имеем, все, чем мы пользуемся, еще лет триста назад было бы поводом сходить как минимум на исповедь, а как максимум — на костер ИИ. Но не того ИИ, который генерирует картиночки, а Испанской Инквизиции.

Мы ловим молнии и сажаем их в банку, а когда не ловим, вызываем их десятком хитрых артефактов. У нас есть возможность вызвать огнедышащую повозку в любой момент времени, посмотреть живые картинки, видеть сны наяву и создавать целые искусственные миры. У нас есть волшебный артефакт для связи с людьми на другом конце мира, в доме десяток маленьких солнц, а если какая-то волшебная штучка начнет терять магию, мы просто воткнем веревочку в стену и подождем. Вместо тонн глиняных табличек и километров книжных шкафов — крохотные магические кристаллы.
Отчасти, вы правы. Но лишь отчасти.
Но для нормальной аргументации мне придется с высоты своего дилетантства немного углубиться и углубить вас в тему истории и строения накопителей.

Маленькое интро.

Я взялась за эту тему не просто так. Дело в том, что мне срочно понадобился накопитель. Не мелкая флешка на 64 гб, а нормальное рабочее пространство для постоянного хранения и периодической перезаписи файлов и работы. А значит, придется раскошеливаться на полновесный. Но тут встает другой вопрос: что выбрать? HDD или SSD? Харды иди твердотельники? Пытаясь разобраться в вопросе выбора вида, производителя и интерфейса, я ради любопытства заглянула в смежные разделы. Если есть твердотельный, то есть и мягкотелый накопитель? Оказывается, да, почти. А чем принципиально твердотел отличается от жесткого диска? А он, оказывается, отличается чуть меньше, чем почти всем! А какие еще бывают накопители?..

Разные. Об этом и пойдет речь.

Впрочем, если вам все же интересен мой опыт выбора и мучений с накопителями с алиэкспресса, можете переходить к предпоследней части. Однако я попрошу вас почитать и историю. Вдруг вам станет интересно или вы сами захотите приложить руку к созданию настоящих кристаллов памяти как в фантастике и фэнтези? Или к биокомпьютеру на основе ДНК? Да, и такие есть.
Но обо всем по порядку.

История вопроса

Как вы думаете, когда появился первый накопитель? 30 лет назад? 50? 100?
А вот и не угадали. Примерно так тысяч на 10-20 лет не угадали. Первые рукотворные накопители появились еще в каменном веке. Да-да. А чем еще по-вашему являются рисунки наскальной живописи? Актом самовыражения? Несомненно. Предметом искусства? Безусловно! Но еще и попыткой сохранить впечатления, передать их соплеменникам и потомкам. А если мы вспомним определение накопителя информации…


Бумага — один из самых универсальных материалов-накопителей. Хошь — текст, хошь — картинки, хошь — формулы… Но места на нем мало, перезапись трудна, а долговечность невелика.
Накопитель иногда требует специальных устройств, умений и знаний для записи и чтения данных. Последнее, кстати, относится даже к книгам: вы не сможете получить занесенную в книгу информацию, не владея языком, на котором она написана, и навыком чтения.


Страница из Манускрипта Войнича. Большая часть книги так и не расшифрована, что порождает споры насчет его исторической подлинности.

За время существования человечество придумало множество накопителей разной степени эффективности, защищенности и сохранности. Глиняные таблички шумеров хранились десятками тысяч лет, египетские папирусы тысячи лет (при соблюдении условий хранения), пергамент и бумага — сотни лет…

Долго ли будут храниться современные накопители?


Не бывает вечных хранилищ данных. Но камень может просуществовать достаточно долго. Шумерский барельеф Эрешкигаль, Царица Ночи, ему более трёх тысяч лет

Когда распространились CD-диски, одним из аргументов было то, что они могут храниться сотню и тысячу лет. Технически, да: без прямого солнечного и прочего яркого света, при умеренной влажности и без тряски лазерный диск действительно может хранить ваши секреты целую историческую эпоху. Но и ДНК в идеальных условиях может сохраняться до миллиона лет. Только идеальных условий добиться очень сложно, а при нормальных условиях (даже без микробов и агрессивных химикатов) она вряд ли продержится больше 500 лет, а на солнечном свете — несколько лет с неминуемыми повреждениями. Впрочем, HDD может потерять свои свойства гораздо быстрее, ведь в его основе — магнитный диск. Но об этом чуть позже.

Типология накопителей

Думаю, вы заметили, что эти эпиграфы сверху здесь не просто так.
Путь человечества почти всегда был сопряжен с преодолением, и чем дальше мы шли по пути прогресса, тем тяжелее были трудности, с которыми мы сталкивались. Когда-то считалось невозможным заставить машину работать без человека. Когда-то книги приходилось переписывать вручную. Когда-то люди считали самым быстрым и надежным средством доставки данных голубей… Когда-то у нас не было компьютеров. Но накопители были почти всегда.

Есть разные способы классификации накопителей: аналоговые/цифровые, по возможности повторной записи, по материалу изготовления, твердые/жид…гибкие. Хотя жидкие тоже есть (читать про белковые биочипы-компьютеры тут), но они настолько редки…

Скорее всего, при слове «накопитель» вы вспоминаете именно цифровой носитель — флешку или твердотельник. К категории «носитель информации» относится все остальное: уже упомянутые глиняные таблички, лоскуты бересты, узелковое письмо, книги, «живые» фотографии, перфокарты, магнитные ленты и др. Сотни и тысячи принципиально отличающихся друг от друга носителей. Кратко пробежимся по самым интересным и знаменитым.


Забавно, но по происхождению глиняная табличка и флешка буквально равны. Кремний, медь и немного органических полимеров. Примерно такой же состав у дефолтного магического посоха в какой-нибудь РПГ...

С бумагой и пергаментом, думаю, разобрались. Универсальный носитель информации.
Что еще мы можем вспомнить? Камень — барельефы на древних храмах, береста — кора дерева, чаще всего березы, ткани и вышивка, узелки, погоны на форме, татуированная кожа, даже украшения. 


Дизайн ускха менялся со временем, то упрощаясь, то усложняясь. Впрочем, любое украшение несет информацию о своем хозяине без всяякой мистики и шифра: как минимум, о его чувстве стиля и вкусе.

Ускх или усех, большое ожерелье фараона, буквально было паспортом, списком регалий и частью униформы: на нем были выгравированы иероглифы с именем фараона, перечень его самых значимых деяний, имена и заслуги его родителей, иногда имена детей, а также камни и минералы, соответствующие его имени, дате рождения и богам-покровителям его рода (чаще всего, синие и желтые камни богов Солнца). Металл может быть носителем информации. Если вы за рулем, вы внимательно следите за большими металлическими пластинками со странными знаками вдоль дороги.


Перфокарточки, организованные в ленту на ткацких станках

Перфорированные поверхности: перфокарты, винил. Двоичный код человечество стало использовать еще задолго до современных вычислительных устройств. Как именно? Ну, например, крича в лесу своему товарищу в раннем палеолите, вы хотите услышать: есть ответ или нет (какой ответ по интонации, это уже другой вопрос). По этой же схеме работает большая часть нашего организма на уровне молекул (на уровне органелл и клеток все сложнее). Этот же принцип стали использовать в первых перфокартах.


ㅤㅤㅤㅤㅤПерфокарта для ЭВМ
Самыми успешными стали станки Жозефа Мари Жаккара, который усовершенствовал технологию производства узорных тканей. Узор кодировался сначала на отдельных перфокарточках из тонких древесных пластинок, а потом эти карточки объединяли в замкнутую перфоленту, бесшовно переползающую вместе с наматывающейся на бобину тканью. 
Считывание происходило специальными головками. Проваливаясь в отверстие перфоленты одним концом, другим они поддевали нить нужного цвета, вплетая ее в общее полотно.

Позже перфоленты стали меньше и аккуратнее: вместо деревяшек стали использовать бумагу, картон и в редких случаях пластик и металл для станков, хотя для ЭВМ преобладали все еще дешевые картонки. В электронных устройствах вместо иголочек стали использовать сначала щетки проводников, затем решетчатые пластинки, а со временем перешли на диодные пластины и фоточувствительные поля.


Перфолента (papertape). Несмотря на английское название, она могла быть и металлической

Технически, барабан с шипами внутри музыкальных шкатулок и некоторых кукол — тоже перфолента:


ㅤㅤㅤㅤㅤВнутри музыкальной коробочки

Еще позднее появились восковые тубы (цилиндры), на которые специальным устройством наносили углубления, а другое устройство считывало неровности, имитируя шум речи. Звук был очень тихий, поэтому тубу помещали в устройство с граммофонным рупором. Но воск, помимо всего прочего, было легко повредить, так что на смену ему пришел более прочный винил. Запись также проводилась по принципу двоичного кода, но с оговорками: иголки головок некоторых фонографов поддерживали еще и разную глубину бороздок, что добавляло звуку глубины и объемности.


ㅤㅤㅤㅤㅤФонограф Эдисона на восковых цилиндрах

Однако, как и в случае с перфокартами, повторная запись была невозможна, материал был требователен к влажности и температуре, а винил еще и стирался под действием времени.
Именно перфокарты и виниловые пластинки дали толчок к современным кодировкам информации.

Фотопластинки и видеопленка. Помните времена, когда в фотоаппаратах были маленькие барабанчики с фоточувствительной пленкой? А ведь когда-то, совсем недавно, они были единственным доступным средством. Фильмы снимались покадрово на видеопленку в низком разрешении, которое напрямую зависело от количества света в сцене и времени экспозиции (выдержки кадра). Да, цифровые камеры тоже к этому требовательны, но далеко не так, как пленка.

А ведь начиналось вообще с дагеротипии и посеребренных стеклянных пластинок:


Дагеротипия — предшественник фотографии. В основе технологии — отпечатка изображения отраженного от объекта света магниевой вспышки. Носитель — металлическая пластина с йодистым серебром.
Магнитные ленты и ферритовая память. Бумажная лента с тонким слоем ферромагнитного порошка, на которую можно было записывать информацию при помощи электромагнитов, независимо (вроде бы) друг от друга изобрели Поулсен (1890-е) и Флеймер (1920-е), хотя само средство крепления было разное (клей и лак, соответственно). 


ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤМагнитная лента.

Сначала магнитные ленты использовали для записи аудиопереговоров, после Великой Отечественной вместо бумаги стали использовать пленку, а технологию адаптировали под запись видео. Старые VHS-кассеты и ленточные накопители тоже выросли из этой технологии.


VHS-видеокассета с нещадно вынутой магнитной лентой. Мне бы за такое неаккуратное обращение руки оторвали вместе с головой.

Из магнитных лент выросли дискеты и HDD. Забавно, что один и тот же объем данных на HDD и магнитной ленте на последней займет значительно меньше места. И будет дешевле в разы. Однако есть риск размагничивания поверхности, лента требует куда более деликатных условий влажности воздуха. Ну а стирание данных со временем при частом использовании грозит абсолютно всем накопителям, хоть и в разной степени.

Ферритовая память имеет много общего с магнитной лентой. Информация также кодируется в направлении намагничивания, только вместо ферромагнитных пластинок, пылинок и иголочек использовались сердечники разных форм (цилиндрические, кольцевые, параллелепипедные биаксы с отверстиями и т. д.). Сердечники закреплены на специальной матрице. 


ㅤㅤㅤㅤㅤФерритовые изделия и матрицы

Считывание происходило благодаря подходящим к каждому сердечнику проводам, другие провода производили намагничивание. Одни версии (с биаксами) позволяли при считывании сохранять данные, другие (на кольцах) при чтении теряют данные, из-за чего их постоянно придется перемагничивать, а при отсутствии тока данные потеряются безвозвратно.


Младший брат HDD — магнитная дискета. Забавно сейчас видеть, что объем на 1.44 mb когда-то преподносился как большой.

Гибкий магнитный диск (дискета). Думаю, в домах людей, родившихся раньше 2000-х годов, все еще можно найти такие маленькие пластиковые квадратики с металлической серединкой. Кому-то приносили их с работы вместо игрушек, кто-то вытаскивал из тайника родителей, за что потом мог получить ремня, кто-то находил на улице после расформирования очередной конторы… А кто-то из читателей и вовсе видел их только как иконку сохранения в играх и обозначения файла в ОС. Это и есть дискета. 


Коробка для хранения дискет. Через окошко на футляре на них часто попадала пыль, что могло повредить ферромагнитной пленке. А еще они были чертовски хрупкими.

Технически, это пластиковый диск со все тем же ферромагнетиком в персональном футлярчике. Хотя на линии времени они появились позже магнитных барабанов и оптических устройств  — в 70-х годах прошлого века — долгое время дискеты оставались самыми популярными носителями данных. Запись велась через маленькое окошко на корпусе диска, а металлический кружок был нужен для вращения в дисководе.


А вы помните, какими огромными были компьютеры еще лет 30 назад? Процессор размером со стадион, жесткий диск с аудиторию института, охлаждение объемом с олимпийский бассейн, оперативная память — трехметровая лучевая трубка… Хотя до масштабов Итераторов Rain World им было далеко: эти компьютеры буквально были размером со скалу, на которой помещался город, а охлаждались океанами воды.

Магнитные барабаны. Большой вращающийся диск с уже хорошо знакомыми нам ферромагнетиками и считывающими головками, громоздкая и очень тяжелая конструкция, которая больше похожа на запчасть космического корабля, разве такое могло существовать? Да, и более того — активно производилось и использовалось (в первую очередь, компанием IBM, о которой вы услышите еще не раз). Изобретение австрийца Г. Таушека, которому надоело разрабатывать перфокарты с фотоприемниками, изобрел магнитный барабан. Чуть позже компания доработала концепт.


Первая версия магнитного барабана без считывающих головок. Запись и считывание происходило путем изменения направления намагничивания под действием электромагнетизма, как и в случае с магнитной лентой.

Эта махина в начале 1930-х годов произвела фурор в отрасли запоминающих устройств, ведь его скорость и емкость значительно… нет, не так, ЗНАЧИТЕЛЬНО превосходила ферромагнитные ленты и тем более перфокарты. 


ㅤㅤㅤㅤㅤПрародитель HDD — магнитный барабан

Они сделали возможным то, что мы сейчас называем кешированием и удержанием программ в буферах обмена, фактически изобретя оперативную память как отдельное устройство. Хотя при всех преимуществах перед предыдущими носителями, барабаны имели и ряд проблем. Например, программистам приходилось тщательно продумывать организацию хранимых фрагментов алгоритмов так, чтобы не ждать потом медленного перемещения диска к считывающей головке и поворота нужным сектором. Кстати, барабаны позволили продвинуть кодирование изображений и видеофайлов.

Жесткие диски (HDD, HMDD, Hard drive disk, винчестер). Ну вот мы добрались до чего-то близкого и родного. В основе работы — все то же избирательное намагничивание вращающегося диска. Главное преимущество хардов выражается в трех позициях: считывающая головка не касается непосредственно поверхности диска (хотя и очень близка к нему), головка перемещается относительно диска, диски могут быть организованы в стаки. 


IBM 305 RAMAC — первый жесткий диск с подвижной головкой считывания. Это ускорило чтение и запись в разы, ведь теперь вращался не только диск. Промышленные харды состояли из пары десятков дисков с ферромагнетиками, объединенных в стаки. В одном «Рамаке» помещалось около 35 млн битов, что заменяло 64 тысячи перфокарт. Это примерно 4,17 мегабайт. А занимает целый шкаф… 

Все это значительно повысило производительность хардов по сравнению с предшественниками, хотя и пришлось пожертвовать некоторыми вещами: например, пришлось разрабатывать специальную почти герметичную капсулу для дисков, в противном случае любая пылинка могла застрять и повредить диск или головку. По этой же причине диск нельзя трясти, перемещать и тем более ронять, пока он работает. 


Seagate st-506 без крышки. Технически, в устройстве мало что поменялось с 1980-х. Но вот на практике почти все перешло в как минимум на порядок в меньший масштаб.

Тем не менее первоначально огромные бандуры размером с полкомнаты очень быстро превратились в настольные коробки, а потом и вовсе в небольшие параллелепипеды, и хотя первый коммерческий потребительский диск вышел на рынок сравнительно недавно — в конце прошлого века, и стоил как запчасть от самолета, сегодня почти в каждом доме есть HDD.
Да, первый потребительский хард для персональных компьютеров поступил на рынок всего 44 года назад — в 1980 году. И вышел под брендом небольшой тогда фирмы Seagate…


ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤАнатомия харда

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤПервый винчестер IBM

Как бы то ни было, название «винчестер 30-30» так сильно прилипло и разошлось среди работников, что компания сама использовала его в своей рекламной кампании: на плакатах красовался ковбой с винчестером с призывом заряжать его (игра слов, созвучная с загрузкой данных).


Один из рекламных плакатов IBM. «Электронный калькулятор заменяет больше 150 инженеров»

Увы, оригинальный плакат канул в лету. Зато со временем слово «винчестер» распространилось и на другие подвиды жестких дисков:



Почти голый новенький HDD от Seagate форм фактора 3.5

Оптические накопители.В середине прошлого века появились технологии оптической записи на носители. Самыми знаменитыми стали компакт-диски (CD), захватившие рынок на долгие годы, и выросшие из них DVD-диски. Значительно реже использовались Blu-Ray.



Питер Крамер, ведущий инженер группы, разработавшей компакт-диски в лаборатории Phillips, со своим детищем на фоне граммофона с винилом

Но до 1990-х оптические диски были прозрачными, что приводило к неизбежным проблемам записи и чтения. Привычную нам опалесцирующую серебристую внешность диски приобрели благодаря голландскому физику и сотруднику «Philips» Питеру Крамеру, впервые сделавшему рефлекторную подложку для записи и продажи музыкальных альбомов. Теперь луч лазера фокусировали не на поверхности диска, а на его подложке, чаще всего алюминиевой, создавая в ней небольшие углубления — питы. В этих питах может быть закодирована информация как цифровая (картинки, звук, видео, текстовые данные), так и аналоговая (чаще всего звук, требующий большей глубины).

Принцип действия оптических дисков таков: концентрированный луч света (мощной лампы или лазера) подается на поверхность диска или чувствительную пленку под ней. Свет выжигает небольшой участок материала, создавая дефект. Потом другой лазер считывает этот дефект и преобразует его в код, пригодный для вывода.


Еще один забавный факт: несмотря на то, что в канцелярских магазинах сейчас чаще всего продаются диски с памятью на 200 мб и 1 гб, что объективно мало, японцы изобрели оптический диск на 10 терабайт еще десять лет назад (нет, на картинке не он, а вариант вдвое меньше). Но, увы он остался невостребованным для массового потребителя.

Хрустальные шары. Помните эти штуки из 2010-х, где в стеклянном шарике или кубике пузырьками были сделаны объемные рисунки: планеты, портреты, знаки зодиака? А что, если таким образом кодировать информацию? Я не шучу. Хотя именно те стеклянные брелочки вряд ли подойдут как носители чего-то посерьезнее, чем 3D-картиночки, похожие по своей сути проекты уже существуют. Одними из самых амбициозных проектов являются алмазные диски и 5D-суперменские диски.



Интересной вариацией на тему занимаются российские физики. Они придумали использовать не просто полимерный диск, а алмазную пластинку, на которую будут наносить углубления путем лазерной абляции. Мини-взрыва от лазера, если проще. Таким образом можно кодировать информацию как цифровую (есть ямка/нет ямки), так и аналоговую, регулируя глубину и диаметр микро-кратера. Алмазные накопители долговечнее и более износостойкие, чем полимерные, а форму им можно придать любую. Но это пока все еще разработка. Будем надеяться, что хоть в этом опередим японцев с похожими технологиями ;)


ㅤㅤㅤㅤㅤ(Кадр из «Ббегущий по лезвию 2049» с хранилищем)

Другая вариация — кремниевая пластина. Да, чуть дальше мы еще вернемся к кремниевым пластинам в рамках твердотелок, но сейчас речь идет о толстом бруске кварцевого стекла или композита, в толщу которого фемтосекундным лазером (по-человечески — очень-очень кратковременным и тонкопоточным) наносятся микроскопические дефекты. Поскольку данные хранятся не на поверхности накопителя, а по всей его толщине, внутрь одного кубика 10 на 10 см может поместиться несколько десятков терабайт данных. Но это в трехмерной системе координат и двоичном коде.

Можно больше? Да, посредством магической физики.


Технология 5-мерной записи позволяет концентрировать колоссальный объем данных в пластинке меньше 10 см в диаметре и меньше 1 см в ширину.

Во-первых, как в фэнтезийных романах мы можем сочетать кристалл и металл. Только вместо оправы, усеянной рунами, будут наночастицы золота или серебра, которые под действием лазера будут менять свое положение в кристаллической решетке, организуясь в магические круги… то есть, в нанорешетки.

Кроме того, лазер позволяет делать свет поляризованным, а значит, и производимые им вмешательства при некоторых условиях также будут нести информацию о поляризации. Кроме того, можно «засветить» участок кристалла, сделав его менее прозрачным. Итого, 3 пространственных измерения плюс поляризационное плюс оптическая плотность, итого 5 параметров или измерений. Плюс высокая долговечность кварцевых кристаллов — при средних земных температурах такой кристалл с нанорешетками будет храниться не сто, не тысячу и даже не десяток тысяч лет, а миллионы и миллиарды. Отсюда название самого успешного на сегодняшний день проекта в этой области — Eternal 5D (вечный пятимерный), хотя обывателям больше понравилось название «кристалл Супермена» (Superman memory crystal).


Естественно, первое, что записали на этот диск — одна из самых знаменитых книг нашего времени. Забавно, что второй стала «Солярис» Азимова. Сразу после декларации Независимости, конечно.

Так если он такой крутой, чего мы его не используем? Все очень просто: фемтосекундный лазер (да и в принципе промышленный высокоточный лазер) — вещь не просто дорогая, а ОЧЕНЬ дорогая. Настолько, что сопоставима по цене с отправкой экспедиции из трех человек на Марс. Учитывая, что без гонки технологий ни государства, ни транснациональные мегакорпорации не торопятся собирать экспедицию, потребительскую версию E5D мы увидим ой как нескоро. Хотя рабочие образцы есть, парочку подарили даже Илону Маску и один из них слетал вместе с Теслой на орбиту.

Электронно-лучевые накопительные трубки (трубки Вильямса). Честно говоря, сложно как-то их классифицировать, они выглядят и звучат ужасно ретрофутуристично. Выглядит такой накопитель как небольшая цилиндрическая фиговина с двойными стенками, заполненная люминофорным газом. На трубку подается катодный электронный луч, который ионизирует участок газа. Самая первая трубка кодировала лишь один бит информации (заряд есть/заряда нет), позднее их емкость увеличили до 2048 бит. Для считывания к трубке подсоединяли специальный экран. Но хранение на таком носителе недолговечно, и использовали трубки Уильямса в основном как оперативнуюая память первых ЭВМ.


ㅤㅤㅤㅤㅤЭлектронно-лучевая трубка с экраном.

Твердотельные накопители (SSD, Solid state disk) и флешки. Твердотельные накопители называются твердотельными, потому что вместо подвижного диска в их основе лежит полупроводниковый кремниевый кристалл. Он намертво впаян в часть микросхемы и никуда не вращается и не болтается. Запись осуществляется путем передачи заряда с передающих проводников на полупроводниковую пластину через изолирующий затвор. Вообще, если углубляться в вопрос, то можно сломать голову от того, как происходят странные квантовые дела при перескакивании заряда. Второй важной частью SSD стал контроллер, управляющий процессом записи. Существует несколько типов устройства контроллеров и ячеек памяти.


Основа SSD и прочих флеш-накопителей — кристаллы кремния, спрятанные в пластиковые коробочки
К слову, небольшие флеш-карты и флешки все еще остаются чувствительными к перезаписи. Маленькая флеш-карта на 8 гб, приехавшая вместе с 3D-принтером после 50 перекидываний уже читается с томозами и порой пропадает из виду или очень долго думает над открытием, независимо от разъема. Если для хранения это пока не страшно, то для печати я подумываю купить новую — будет неприятно, если она сломается прямо во время чтения в момент печати.

Биопленки. Ну ладно, это все были физические фокусы. А как насчет биологических?
Как вам интерфейс из плоти? Хорошо, не из плоти, а из бактериальных конгломератов и биополимерных пленок. Все существующие ныне биологические организмы добывают энергию для своих нужд путем окисления субстрата (в кислородных и безкислородных процессах). В ходе сложных цепочек реакций, электроны перемещаются между молекулами, провоцируя химические реакции и выработку АТФ, главного энергетического носителя в клетке. То есть мы все буквально живем за счет электрического тока.

А бактерии Geobacter sulfurreducens еще и «провода» создают — длинные цепочки белков с закрепленными на них ионами железа и серы, куда они сбрасывают часть электронов, минуя некоторые циклы и тем экономя энергию. Ученые проверили, по этим проводам действительно можно пускать ток, не 220 вольт, конечно, но сам факт. В перспективе можно создать такой биополимер, который можно использовать как накопитель (энергии или данных, смотря как реализовать). Было бы неплохо сделать накопитель из самих бактерий, но их изменчивость слишком высока для стабильной работы. Но что если взять что-то более дифференцированное?


Интересно, что Geobacter по-видимому обзавелся такими проводами ради прямого энергетического обмена с другими бактериями. Дело в том, что он живет в неблагоприятных условиях, и в одиночку (и даже в составе однородной колонии) осваивать их тяжело. Зато в составе комплекса синтрофов можно окислять субстрат весело и быстро!

Нейронные накопители. Рыбка-флешка. Идея о том, что мозг — это биокомпьютер, сейчас не то, что не отрицается, а считается чуть ли не бесспорной истиной. Хотя организация работы мозга и компьютера отличаются чуть меньше, чем во всем, любимым утверждением людей является то, что мозг работает по двоичной системе — есть сигнал/нет сигнала. Но на деле это оказывается мифом не намного меньшим, чем миф о трехсекундной памяти рыбок.


Кстати, о рыбках. Несколько лет назад в интернете завирусились фотки «флешки с мозгом рыбки». На самом деле это был не более, чем арт-объект. Очень дорогой арт-объект: при ближайшем рассмотрении, к голове рыбки не идет никаких проводов, а сама рыбка уже не первой свежести. Вряд ли подвяленный мозг пригоден для запоминания, не так ли?

На деле, помимо наличия/отсутствия сигнала в синапсах нервной системы есть еще десятки нейромедиаторов и прочих веществ, влияющих на силу сигнала, скорость его передачи, его «приоритетность» и побочные эффекты вроде иррадиации (распространяемости сигнала по соседним отросткам). Например, память хранится в комплексе взаимосвязанных нейронов в разных участках мозга и образцах, сопутствовавших событию гормонов. Вспоминая что-то, мы одновременно активируем электрохимический сигнал между этими клетками, вырабатываем те же гормоны в гуморальных органах и воспроизводим еще ряд состояний. Уже не двоичный код, что является проблемой для создания нейроинтерфейсов. И это действительно перспективно. Жаль, что большинство стран не поддерживают опыты на человеческих мозгах.


Внутренности биомеханического компьютера из Rain World. Если удастся создать что-то подобное, то антивирус станет иммунной системой не только фигурально…(могу ли я считать себя программистом, если мой организм ежесекундно пишет код?)

ДНК-флешки. Думаю, можно суммировать, что любой носитель любой информации в перспективе легко масштабировать в накопитель. А знаете, какой самый древний природный накопитель данных? Но вы уже прочитали — дезоксирибонуклеиновая и рибонуклеиновая кислоты (ДНК и РНК). Код в ДНК не двоичный, а четверичный, основанный на четырех парных ядерных основаниях: аденин, гуанин, цитозин и тимин. 
Самая короткая природная ДНК (цирковируса свиней) содержит примерно 3500 бит. Ядерная (находящаяся в ядре клетки) ДНК человека содержит около 800 мегабайт. Ученые подсчитали, что в одном грамме ДНК может содержаться до 200 миллионов гигабайт или 1 эксабайт в одном кубическом миллилитре. А это значит, что вся информация, произведенная людьми, все книги, фильмы, игры, статьи, весь интернет сегодня поместится в бочке на 10 литров ДНК. Но такая потрясающая емкость идет рука об руку с проблемами.

ㅤㅤㅤㅤㅤПросто дизайн-концепт для вдохновения. Пока что.
Почему мы не воскресили динозавров, как в Парке юрского периода? 

В земле ДНК плохо сохраняется: в процессе разложения клетки разрушаются, и ДНК лишается своей защиты в виде ядра и хромосомных белков. Его едят редуценты, а то, что не съели и не сожгло солнце, подвергается дегидратации и петрификации, в результате которых молекула ДНК теряет одни атомы и получает другие, продолжая терять свою структуру. Желудок комара тоже не вариант: пищеварительная система животных переваривает 99% чужеродной ДНК, а полученные свободные нуклеотиды и сахарофосфатные остатки использует для синтеза своих молекул. Да и янтарь — не особо хороший материал для хранения: при контакте с жидкостью, он выделяет различные вещества, в том числе янтарную кислоту и эфиры, что не добавляет сохранности молекулярной структуре. Хотя визуально и может выглядеть отлично.

Подробнее об этом можете почитать в этой статье — подробно и доступно)
Это уже работающая технология. Но как и E5D, весьма и весьма нерентабельная. Пока что. Над этим ученые еще работают, и уже добились кое-каких успехов.

Разумеется, есть и другие типы накопителей. Рассказать о них обо всех в одной статье я физически не смогу. А ведь еще есть тонкости кодирования информации в них, классификация по производителям, особенности форм-факторов (то бишь размерности и топологии частей), хитрости шифрования, энергозависимости и так далее и далее и далее… Впрочем, мы очень далеко отошли от изначальной мысли. 

Думаю, вы уже поняли, что как минимум парой магических кристаллов вы волей-неволей пользуетесь: даже если у вас нет ПК и флешки, в вашем телефоне стоит такой же твердотельник, хоть и с оговорками. Другими словами, кристалл кремния, произведенный путем алхи… синтетической кристаллизации и обработанный магическими лу… лазерной гравировкой.

И все это с вкраплениями драгоценных металлов (золота и платины в составе проводов) и на алхимической синтетической смоле (пластике) и работает от прирученной молнии (хотя технически электричество в розетке намного слабее молнии по всем показателям). Все еще не верите, что держите в руках произведение магического искусства? Ну, тогда попробуйте представить, как оно все работает. Уверена, даже здесь, на Хабре, многие представляют себе этот процесс довольно поверхностно, а кто-то, возможно, и не собирается представлять, предпочитая думать, что нули с единицами переставляют фиксики или гномы-цифрокрады. 

Чтобы полностью понимать устройство и принцип действия таких произведений искусства и технологии, мало провести пару часов в интернете, придется потратить много времени в профильном ВУЗе, месяцы и годы за пайкой плат и кодингом. Ничего не напоминает?
В фэнтези магические тайные знания тоже доступны лишь избранным, прошедшим многолетнее обучение, тяжелейшие испытания воли и навыков работы с артефактами.
Так что с точки зрения средневекового человека мы живем в антиутопической магократии, кек.

Но что делать, если у вас нет ни времени, ни сил на то, чтобы самостоятельно освоить профессию, а что-то понимать в теме хочется? Или, как в моем случае, срочно понадобилось средство хранения данных, а практических знаний наберется всего горсть?
Что ж, я поведаю о своем опыте. Быть может, он поможет вам сэкономить силы, время, деньги и нервы.

Причина тряски

Ну а теперь о важном. Зачем я полезла в эти дебри, если я не отношусь к тем, кто напрямую увлекается железом и программированием? Причина до ужаса банальна — для работы, учебы и подработки. Да, я тот самый человек из анекдота про «Мам, купи компухтер, мне для учебы надо». Из-за слабого здоровья в детстве в определенный момент меня перевели на домашнее обучение (как сейчас бы сказали — на дистант).

Для этого нужен был компьютер, а наш тогдашний ПК не тянул и половины выданных программ. Что и говорить, на нем вис даже MS office Word! Ну, я отучилась как смогла, а вот младшей сестре все же досталось необходимое оборудование. Но флешки, тогда еще дорогое удовольствие, дискеты и все прочее приходилось покупать самим. Страшно представить, у нас все еще лежат где-то диски не только с учебными программами и играми, но и с архивами фото,  видео и учебными рефератами…

Ну да ладно. Вернемся к нашим баранам. Начнем с того, что мне понадобился накопитель. Не флешка на пару (десятков) гигов, а большой объемный накопитель на 500 гигов минимум. Не то, чтобы у меня их не было…

На данный момент у меня 6 накопителей: 2 от 3Q, 2 от Western Digital (WD), 1 от Toshiba и один китайский ноунейм, который на самом деле ЖД от сломанного ноутбука. Плюсом два твердотельника разных ценовых категорий. Но тогда зачем мне еще один?


Коллекция волшебных коробочек, пока писала статью, приехала еще одна. Лучшие друзья девушек — вовсе не бриллианты, а кремний и ферромагниты…

Первые три накопителя — пара 3Q и первый WD (все по 500 гб), — я и сестра получили в разное время за олимпиады и конкурсы по информатике (на одном из таких мы получили и графический планшет на фоне). Это было давно и такой дорогой приз был настоящим подарком: уже тогда мы осваивались с графонием (за что и получили призы) и встроенной памяти дохлого домашнего ПК на 120 гб сильно не хватало — около 4 занимала только система, а еще 100 были зарезервированы под оригинальную ОС. Да, забыла сказать, выданный нам ПК был под управлением MacOS, а все программы к нему — под Windows. Так что пришлось разбивать диск на два и ставить фактически эмулятор винды, что неизлечимо сжирало производительность и объем памяти.

Но оба 3Q требовали сразу два разъема для работы: основной для записи и дополнительный для питания. Это было проблемой, учитывая, что в компе было всего 4 разъема, 2 из которых всегда заняты мышью и клавой. Расширители не особо помогали, так как запись/чтение тогда сильно тормозилась, а питания с хаба не хватало. Но тем не менее деваться было некуда, и они активно использовались для хранения данных: в первую очередь, для фотографий и промежуточных файлов и проектов фотошопа.

Позже еще и примитивных 3D-моделек и установщиков игр. Одними фотками было забито около половины диска. А ведь еще были библиотеки голосов вокалоидов более чем на 40 гб, полная версия The Sims 2 и 3 на столько же, сохраненные картиночки, книжечки, киношки, резервные копии документов… В общем, первый 3Q забился очень быстро, второй забился более чем на 2/3 за год. После получения WD его мы стали использовать уже конкретно для проектов, и заготовки моделей, текстур, сцен…


Причина забития памяти. Это файлы quicksave одной из недавних моделей без текстур. Просто промежуточные файлы резервного автосохранения из ZBrush. По окончании работы большую часть из них я удаляю, но иногда приходится оставлять.

Одна модель, тем более малополигональная, весит немного (хотя тут надо смотреть, какой формат). Но модель + сет из трех текстур (цвет, нормалмап, блестелка) уже ощутимо тяжелее фоточек. Модель + риг + текстуры… И так далее, а многие модели я храню в разных этапах работы, чтобы можно было откатиться — все же даже сейчас есть риски вылетов, а тогда это было обычным делом. Поэтому WD тоже быстро забился более чем наполовину даже при регулярных чистках. 


Относительно простенькая модель Мимика-амулета с ригом и неоптимизированной папкой весит чуть больше 100 мегабайт. Если удалить промежуточные файлы, будет 80 мегабайт. Но у него фактически всего три текстуры и не так много полигонов. А еще нет физики. Для такой же по детализации модели человека понадобьится в среднем в 3 раза больше текстур. А значит, и больше места.

Но диски, к которым обращаются часто, начинают тормозить, накапливая ошибки и повреждения, и этот не стал исключением. К тому же, из-за постоянного использования у него начало стираться контактное покрытие  и рассыхаться провод. Так что пришлось покупать уже за свои кровные попавшийся под руку Toshiba, а потом и второй WD, на котором около 200 гб занимали только модели для DAZ Studio, когда он еще работал, и примерно 50 гб заготовок моделей и сцен для игры, а еще моды, в том числе моего производства.


И еще одна причина забития памяти — только к этой статье у меня ушло почти 200 мб пространства под картинки, а это мало. Если приплюсовать сюда архивные ссылки и текст, будет больше.

Потом у меня полетел ноутбук, пришлось покупать ему новый жесткий диск и коробку-переходник к старому, на котором все еще сохранилась часть данных. А еще даже урезанная Stable Diffusion с самой примитивной моделью и десятком лор занимает около 25 гб (хотя с обновой она перестала запускаться на моей AMD совсем, так что лежит мертвым грузом).
И теперь даже при регулярных чистках все диски уже опять входят в красную зону. Надо покупать новый накопитель.

Сестре в DNS посоветовали купить дорогой партнерский DEXP со скидкой (вышло около 5к), а я заказала на AliExpress ноунеймовский за 500р. И если со вторым итог немного предсказуем (о чем позже), то первый неприятно удивил теми же проблемами, хоть и в меньшей степени.

Подводные камни

Так с чем вам придется столкнуться при выборе из того, что есть на рынке и доступно простому смертному?

Во-первых, как это ни очевидно, с ценой. Череда кризисов и инфляций, а также майнинговые истерии, спад спроса во время ковида и дефицит запчастей привели к тому, что даже самые доступные накопители теперь стоят непростительно дорого, особенно твердотельные. Растет популярность смартфонов, растет разрешение камеры, социальные сети, потребности в высоком качестве фото и видео, и фото и видео увеличиваются в «весе». Пухнут и игры — изнеженные игроки любят 8к текстуры и всевозможные шейдеры, которые требуют не только конской оперативы, но и больших дисковых пространств, что тоже повышает ценность накопителей.


Системные требования игры Baldur’s Gate III. Не верьте цифрам в 150 гигов — при установке ей понадобится как минимум 50 гб сверху на распаковку и шейдеры. А еще желательно всегда иметь буфер не меньше 20-40 гб на основном дисковом пространстве для файлов подкачки. Я молчу уже про моды…

Цена среднего по качество харда на 1 тб колеблется от 2 до 4 тысяч. От мастодонтов индустрии — в среднем 6-8 тысяч. В случае с ссдшкой все предполагаемые цены можно смело умножать на два. Вот и посчитайте, во сколько вам обойдется каточка в новую КС-ку весом под 200+ гигов, да так, чтобы еще место осталось. Напомню, что в 2013 году, когда я заканчивала школу, домашняя винда занимала примерно 4 гб со своими файлами подкачки. Сейчас она и на 16 гб может не остановиться. Кстати, запомните эти ценники — они нам пригодятся в конце.

Во-вторых, интерфейс диска и скорость передачи данных. Интерфейс, если кратко, влияет на организацию данных внутри диска/кристалла и скорость обращения к различным участкам памяти, а скорость передачи отвечает за время сохранения и чтения или ответа. И если на интерфейс можно отчасти повлиять при форматировании (хотя это весьма грубое приближение, так как интерфейс, по сути, совокупность «железа» контроллеров и программных установок), то на скорость передачи вы практически никак не сможете повлиять после покупки, кроме как купить провод получше и воткнуть в USB 3.0 вместо USB 2.0.

С первым у почти всех современных дисков особых проблем не возникает, если не покупать совсем паль от ноунейм китайской подпольной конторы. Со вторым, по идее, тоже не должно. Но будьте внимательны при покупке харда отдельно от провода — не во всех компьютерах есть разъемы с усбишкой третьего поколения, а многие твердотельные накопители и вовсе имеют Type-C-разъем, который еще найти надо. Кроме того, смотрите на совместимость разъемов и требования к питанию: те же «тайпы» стали часто производить под Thunderbolt разъем.

Визуально отличий нет, но провод толще и мощнее, а разъем в компьютере имеет увеличенную ширину потока данных и доп  питание. Я уже так обожглась, заказав на Али графический планшет, которому, как оказалось, нужен был Thunderbolt, а в описании этого не было.

Пришлось еще два месяца ждать переходник. Кстати, тайпсы очень плохо передают большие объемы данных, так что если как я (самая умная, блин) захотите поставить на ссдшку Stable  Diffusion, то ответа от нее на каждое ваше действие будете ждать примерно вечность. То же самое и с играми, которые постоянно будут подгружать необходимые файлы и виснуть на ровном месте. К моделям и фотошопным файлам это тоже относится.


ㅤㅤㅤㅤㅤ SSDшки, мои SSDшки… Моя прелесссссть

В-третьих — фейки и наедалово. Я уже упоминала о твердотельнике с Алиэкспресса за 500р. Он работал достаточно шустро и показывал перекидывание. Долго думая над 20 гигабайтами фоточек и видео, после небольшого подвисания он сообщил о готовности. Затем я перенесла копию игры Rain World (резервную, чтобы сохранить исходник перед созданием мода). Но стоило мне открыть диск чуть позже, как я с удивлением обнаружила, что части файлов игры нет. Греша на антивирус, открыла журнал защиты, но там было все спокойно. Подумав, что это просто ошибка — ну бывает, ну случается, — я повторила перенос. Результат тот же. Проверив фотки, я обнаружила, что и части видео (те, что больше 2-4 гб) также нет. Я начала что-то подозревать.

Изрядно впечатлившись, проверила твердотельник на вирусы, на битые сектора, на целостность, на скорость — все в порядке. Проверила спец утилитами объем диска — как заявлено, 1 тб, и занято ровно столько, сколько должно быть по итогу перекидывания.
Отформатировала, проблема не исчезла. 

И тогда в дело вступил интернет. Мне попалось видео с таким же накопителем, где профи провел все те же действия, что и я, но потом вскрыл корпус ссдшки. И к его, и к моему удивлению, не было там никакого SSD. Была небольшая флеш-карта, припаянная к пластинке. Уж явно в ней не могло быть терабайта!

Насколько я поняла, китайцы делали какую-то хитрую прошивку, которая обманывает систему, изображая память больше, чем она есть на самом деле.
И как я поняла, это не то, чтобы редкое явление.

Один из аналогичных моему накопителей, тоже с Алика. Как видите, вместо крупных чипов залитая термоклеем SD-карта… Советую глянуть первоисточник, если хотели сэкономить.

Дексповский за 5к вроде бы не убивает файлы, хотя программы, даже небольшие, по какой-то причине грузятся на него очень медленно, и запускаются тоже с задержкой. Хотя по идее, запуск программ с SSD должен быть намного быстрее, чем с HDD. Впрочем, возможно, в этом виноват проклятый Type-C разъем, который сейчас буквально везде, так как Европейский союз устал от регуляции оборота десятка видов разъемов на каждую модель и потребовал стандартизировать разъемы и штекеры.

Еще что хочу отметить — память в этих SSD организована специфически: на полной скорости записывается лишь часть данных (от 40 до 60 гб в среднем), а далее данные как будто бы «уплотняются», оптимизируя дисковое пространство. Из-за этого падает скорость отклика, и из-за этого не стоит единовременно перекидывать большие массивы файлов. Лучше всего записывать небольшими кусками и оставлять накопитель подключенным для этой оптимизации в фоновом режиме.


Вот так выглядят внутренности настоящего портативного ССД на 1 терабайт. Большая пластиковая фиговина — твердотельный кристалл памяти под щитком. Квадратик сверху поменьше — ее контроллер.

Кстати, если вам срочно нужен накопитель, как мне, но за корпус переплачивать не хочется, возьмите диск, помеченный как «внутренний», докупив к нему шнур нужной конфигурации. Таким образом вы сэкономите примерно 1-2 тыщщи деревянных и заодно увидите его внутренний мир. Да, корпуса порой могут стоить как сам накопитель (весом около 200гб), а при осторожном обращении какое-то время он у вас и так продержится. Например, своему новому диску я потом отпечатаю кастомный корпус.

И помните: ни один накопитель не будет полезен, если его никто не сможет прочитать. Ведь главное в книге — ее читатель.А вам всего хорошего и не болейте!

---

НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:
— 15% на заказ любого VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS