14.05.2001 Прошлое, настоящее и будущее носителей информации

Нашу эпоху не зря называют информационной. Тенденция однозначна: какую сторону человеческой деятельности ни возьми – от политики до экономики, от спорта до науки, – везде потребность в надёжной и разносторонней информации стремительно растёт. Чтобы удовлетворить эту потребность, необходимы всё более ёмкие накопители и носители информации. Жёсткие диски, которыми комплектуются сегодняшние персональные компьютеры, вмещают от 20-ти до 30-ти гигабайт – примерно в 10 раз больше, чем 5 лет назад.

С одной стороны, налицо огромный прогресс, с другой стороны – этого явно недостаточно. Сегодня многие научные центры ведут работы по созданию новых накопителей информации, в которых плотность записи превышала бы нынешнюю в миллионы раз.

Клинопись шумеров – вероятно, самая древняя письменность человечества. Она возникла в Южном Двуречье, на территории современного Ирака, в 3-м тысячелетии до нашей эры. Материалом для тогдашних носителей информации служила глина. Из неё лепились дощечки величиной с ладонь, а в них прямоугольной палочкой из кости вдавливались чёрточки знаков. Количество применяемых знаков поначалу превышало тысячу, с течением времени оно сократилось до 600. На одну дощечку помещалось примерно 500 слов.

Сегодня, 5 тысяч лет спустя, компьютеры гамбургского Центра по изучению климата регистрируют информацию на магнитных носителях со скоростью, которую могла бы обеспечить лишь синхронная работа более чем миллиарда шумерских писарей. Михаэль Бёттингер, сотрудник Центра, говорит:

Сегодня общий объём памяти, которой мы располагаем, составляет около 600 терабайт. Если выразить это в обычных жёстких дисках, то для получения такой суммарной ёмкости их требуется примерно 60 тысяч штук. Положенные друг на друга, они образовали бы штабель высотой в 3 километра. Но нам этой ёмкости не хватает. Уже в ближайшее время нам необходимо увеличить объём памяти примерно в 10 раз, потому что мы должны вскоре получить более мощный и быстрый компьютер, который позволит нам учитывать большее число факторов и на этой основе производить более точные расчёты.

Изучение и прогнозирование климата – лишь один пример, показывающий, сколь велика потребность современной цивилизации в растущем объёме компьютерной памяти. Сегодняшние модели очень неточны, поскольку учитывают слишком малое количество переменных. А это, в свою очередь, объясняется недостаточной вычислительной мощностью компьютеров и недостаточным объёмом памяти.

Современные носители цифровой информации по своему устройству мало чем отличаются от всем хорошо знакомого магнитофона: протекающий через записывающую головку электрический ток создаёт поле, заставляющее расположенные под головкой ферромагнитные частицы ориентироваться в соответствии с направлением тока. Эти магнитные частицы, в свою очередь, создают поле, которое – в зависимости от ориентации частиц – усиливает или ослабляет электрический ток, протекающий через вторую, считывающую головку. Усиление тока принято считать за „1„, ослабление – за „0„.

Инженеры Гамбургского университета намерены усовершенствовать такой носитель путём его миниатюризации. Записывающая и считывающая головка будущего представляет собой своего рода магнитный растровый микроскоп. Тончайшая игла с магнитным покрытием сканирует поверхность носителя. Если игла и находящаяся в данный момент непосредственно под ней частица имеют противоположную намагниченность, они притягиваются, если одинаковую – отталкиваются. Колебания иглы легко можно интерпретировать как нули и единицы. Уменьшение габаритных размеров головки позволяет использовать более мелкие магнитные частицы. Гамбургские инженеры полагают, что им такие частицы будут состоять всего лишь из нескольких десятков атомов. Роланд Визендангер, один из участников проекта, поясняет:

Нам удастся увеличить объём памяти стандартного носителя примерно в 10 тысяч раз по сравнению с теми устройствами, что имеются на рынке сегодня. Я думаю, что эта новая технология и созданные на её базе новые носители начнут реально применяться лет через 5-7.

Однако гамбургским исследователям этого мало. Их конечная цель – создание носителя, в котом роль магнитных частиц будут играть отдельные атомы. Для этих исследований физики используют растровый туннелирующий микроскоп, позволяющий регистрировать направление вектора магнитного момента каждого атома. Когда намагниченная игла микроскопа приближается почти вплотную к поверхности носителя, между ними – вследствие так называемого туннельного эффекта – возникает электрический ток. Поддерживая его величину постоянной, физики добиваются того, что игла, перемещаясь вдоль носителя, то удаляется от поверхности, то приближается к ней в зависимости от направления магнитного момента тех атомов, над которыми она проходит. Эти колебания описывают своего рода атомный рельеф, в котором горы принимаются за единицы, а долины – за нули. Роланд Визендангер говорит:

Сегодня мы уже располагаем возможностью магнитного считывания атомной структуры. Чего мы пока не умеем, так это записывать на неё информацию. Прежде, чем нам удастся разработать такую технологию и продемонстрировать её в лабораторных условиях, пройдёт не менее 2-3-х лет. А потом потребуется, конечно, ещё не один год, пока реальная продукция появится на рынке. Но в конечном итоге такая концепция позволит нам увеличить ёмкость носителей информации будущего по сравнению с сегодняшним стандартом в сто миллиардов раз.

Понятно, что рядом с такой технологией клинопись, насчитывающая 5 тысяч лет, выглядит ещё более древней, чем она есть на самом деле. Так что же, будущее безраздельно принадлежит электронике, а механика окончательно канет в Лету? Ничего подобного. Принципу письма шумеров – вычерчиванию знаков твёрдым предметом на мягком материале – похоже, суждено пережить ренессанс в информатике. Инженеры намерены записывать, считывать и стирать информацию на современных носителях так же, как это делали шумеры – то есть механически. Над такой механической компьютерной памятью сегодня работает Герд Бинниг – немецкий физик, лауреат Нобелевской премии, руководитель исследовательского центра компании „Ай-Би-Эм„ в Цюрихе. Детище Биннига носит название „миллипед„, что в переводе с латинского означает „тысяченог„. В этом механическом носителе, как и в магнитном, главную роль играет тончайшая игла специального растрового микроскопа – модернизированной версии того растрового туннелирующего микроскопа, за разработку которого Бинниг был удостоен Нобелевской премии в 1986-м году. Идея, положенная в основу „миллипеда„, достаточно проста: при записи нагретая игла выдавливает в полимерной плёнке мельчайшие углубления диаметром в несколько атомов; при считывании та же нагретая игла, попадая в углубление, немного охлаждается, и эта потеря тепла позволяет судить о наличии углубления, которое принимается за единицу. В „миллипеде„ одновременно используется более тысячи таких игл, так что весь процесс можно условно назвать нано-клинописью. Революция в информатике? Герд Бинниг говорит:

Я думаю, что это действительно маленькая революция – прежде всего, в нашем сознании. Мы привыкли считать электронику технологией будущего, а на самом деле будущее – за механикой... вместе с электроникой. И „миллипед„ – первый шаг в этом направлении. Своего рода возрождение каменного века на новом уровне. Современная клинопись, позволяющая в тысячи раз повысить плотность записи информации.

Правда, пока неясно, может ли новая клинопись конкурировать со старой по такому показателю, как долговечность. Похоже, что не может. Сохранность информации – это очень сложная проблема, с которой учёные сталкиваются на каждом шагу. Типичным примером могут послужить трудности, которые пришлось преодолевать сотрудникам Федерального государственного архива в Кобленце при разборке гигантского массива данных из бывшей ГДР. Эксперты столнулись сразу с тремя проблемами. Во-первых, весьма недолговечными оказались сами носители информации – магнитные ленты и дискеты. Во-вторых, архивариусы обнаружили, что программное обеспечение, являвшееся стандартным в „немецком рабоче-крестьянском государстве„, несовместимо с теми операционными системами и прикладными программами, которые применялись тогда же на Западе, и уж тем более – с теми, которые повсеместно применяются сегодня. И в-третьих, почти столь же несовместимыми оказались аппаратные средства, то есть сами вычислительные машины и периферийные устройства.

Однако не надо думать, будто всё дело сводится к несовместимости восточных технологий с западными. Главная причина проблем – технический прогресс как таковой. Стремительная смена поколений компьютеров и версий программ усложняет или даже делает невозможным использование баз данных совсем, казалось бы, недавнего времени. Потому что последний писк сегодняшей компьютерной моды уже завтра будет восприниматься как далёкий отголосок каменного века электроники. Когда несколько лет назад Джарон Лэнье (Jaron Lanier), изобретатель термина „виртуальная реальность„, захотел выставить в музее – в рамках ретроспективы, посвящённой истории мультимедийных средств, – свою знаменитую компьютерную игру 80-х годов „Лунная пыль„, из этой затеи ничего не вышло: он не смог найти ни компьютера „Коммодор-64„ образца 82-го года в рабочем состоянии, ни нужного джойстика, ни подходящего видео-интерфейса. Такая же судьба постигла Карла Гудмена, попечителя Американского музея визуальных образов. Ему понадобился один из первых компьютерных компакт-дисков под названием „Как устроена ЭВМ„. Диск нашёлся, а вот древнего „Макинтоша„, на котором его можно было бы запустить, найти так и не удалось. Что уж там говорить о таких носителях информации, как, скажем, перфокарты, если сегодня большой редкостью являются даже дисководы для гибких дискет диаметром 5,25 дюйма, имевших широкое распространение ещё лет 8 назад!

Столь же серьёзная проблема – физическое старение носителей информации. В случае с восточногерманскими архивами дело усугубляется тем, что в ГДР для этих целей использовалась магнитная лента отчественного производства – фирм Orwo или Pyral, – а её качество оставляло желать лучшего. К тому же многие из рулонов годами валялись в сырых подвалах – а ведь ферромагнитный слой этих лент склонен к коррозии. Но и идеальные климатические условия хранения вовсе не гарантируют долговечность магнитных носителей информации. Ведь при считывании данных лента трётся о головку, а значит, имеет место износ. Намагниченность ленты постепенно снижается, и в какой-то момент начинаются сбои. То же самое относится и к столь широко распространённым сегодня дискетам диаметром в 3,5 дюйма. Хоть сам носитель и защищён пластмассовой оболочкой, при каждом его использовании головка дисковода соприкасается с магнитным слоем. Быстрее всего изнашивается тот участок дискеты, на котором размещено „оглавление„, то есть перечень файлов. Мораль сей басни – в том, что дискеты в архивном деле малопригодны: их содержание надо копировать на новые дискеты не реже чем раз в 5 лет.

Более долговечны жёсткие диски. Их ресурс – по расчётам производителей – составляет 250 тысяч часов, то есть примерно 28 лет. Однако этот оптимизм носит сугубо теоретический характер и проверке не поддаётся: на практике ни один жёсткий диск пока столько не проработал. Но даже если он и в самом деле способен выдержать 28 лет – что с того проку? Ведь весь компьютер, в котором находится этот жёсткий диск, устареет гораздо раньше!

Сегодня самыми надёжными и долговечными являются оптические носители информации – CD-ROM’ы, CD-R’ы, DVD. Сначала реклама утверждала, что они вообще вечные. Теперь принято считать, что у компакт-дисков фабричного производства продолжительность жизни 100 лет – при условии их оптимального хранения, то есть в сухом, прохладном и тёмном месте. Для электронного носителя информации ресурс в 100 лет – вроде бы, много. Но бумага – по крайней мере, та, что была изготовлена до середины 18-го века, то есть ещё по традиционной технологии без применения кислот, – прекрасно хранится многие сотни лет. К тому же долговечность дисков, выжигаемых в домашних условиях, сильно зависит от качества болванок и, как показали недавние испытания, может быть крайне низкой. Но даже если диски сохранятся – где гарантия, что через 100 лет наши потомки найдут подходящее проигрывающее устройство? Недаром среди информатиков бытует шутка: цифровые данные хранятся либо вечно, либо 5 лет – в зависимости от того, что наступит раньше.

Глиняные дощечки в силу естественных причин гораздо долговечнее, чем хрупкий компакт-диск, не говоря уже о тонком ферромагнитном покрытии, нанесённом на полимерную плёнку. Памятники угаритской письменности, датируемые 2-м тысячелетием до нашей эры и обнаруженные в 1928-м году в окрестностях ливанского города Рас-Шамры, прекрасно сохранились. Но самое главное – учёные смогли их прочесть и расшифровать. Вряд ли можно ожидать, что такой же уровень сохранности информации способны обеспечить цифровые носители: ведь даже восковые валики Эдисона или шеллаковые грампластинки, изготовленные на заре эпохи звукозаписи, сегодня воспроизвести гораздо легче, чем расшифровать информацию на иных цифровых носителях, возраст которых не превышает и 10-ти лет.

Поэтому трудности, с которыми сталкиваются сотрудники архива в Кобленце при расшифровке компьютерного наследия ГДР, – это грозное предостережение всем нам: электронная информация очень уязвима, над знаниями, накопленными человечеством за последние десятилетия, нависла угроза. Немало информации уже безвозвратно утрачено, хотя оценить подлинные масштабы этих потерь трудно. „Примеров такого рода немало, – признаёт Доналд Уолтер, президент Федерации цифровых библиотек, – но говорить об этом никто не хочет, тема уж больно щекотливая„. Впрочем, уже достоверно известно, что утрачены, скажем, данные переписи населения США, проведённой в 1960-м году. Та же печальная участь постигла базу данных, касающуюся программы НАСА по исследованию Сатурна в 70-е годы. Между тем, дигитализация, то есть перевод информации из аналоговой в цифровую форму, идёт полным ходом. Многие библиотеки уже составили цифровые каталоги, а старые картотеки сдали в утиль – не слишком ли опрометчиво? Архивы лихорадочно сканируют древние акты и ветхие документы, чтобы сохранить их для потомков – но будут ли цифровые копии долговечнее оригиналов? Кристофер Сейфрайд, руководитель национального архива Канады, называет эту ситуацию „главным парадоксом информационной эпохи„. „Если нам не удастся создать технологию долговременного хранения электронных данных, – говорит он, – то эта эпоха может лишиться памяти„.

Поэтому тем из вас, дорогие радиослушатели, кто работает на компьютере, хочу дать совет – подстраховывайтесь, распечатывайте на бумаге важные файлы.