Материальные носители информации

Носители  информации характеризуются информационной емкостью, т.е. количеством информации, которое они могут хранить. Наиболее информационно емкими являются молекулы ДНК, которые имеют очень малый размер и плотно упакованы. Это позволяет хранить огромное количество информации, что позволяет организму развиваться из одной единственной клетки, содержащей всю необходимую генетическую информацию.

Современные микросхемы памяти позволяют хранить в 100 миллиардов раз меньше информации, чем в ДНК. Можно сказать, что современные технологии пока существенно проигрывают биологической эволюции.

Однако, если сравнивать информационную емкость  традиционных носителей информации (книг) и современных компьютерных носителей, то прогресс очевиден.

На каждом гибком магнитном диске может  храниться книга объемом около 600 страниц, а на жестком магнитном  диске целая библиотека, включающая десятки тысяч книг. [4, с.49]

Носители  информации можно различать не только по материалу, из которого они изготовлены, но и по способу их изготовления (например, рукописные, машинописные и т.д.), по специфике предназначения (микрофотокопии; чертежи; книги для слепых, напечатанные шрифтом Брайля).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3. История  развития материальных носителей  информации

 

Появление письменности тесно связано с возникновением государства. Дикие народы могли  обойтись и опытом своих старейшин, но управление государством требовало  фиксации больших объемов информации о законах, налогах и запасах.

Самые старые, высеченные на камне и вылепленные  на посуде записи носили хозяйственный  или религиозный характер. Ведь умение писать было прерогативой жрецов.

Вырезать  иероглифы на камне было чрезвычайно  сложно. К тому же обелиск с царским указом нельзя было разослать по провинциям. Для отправки корреспонденции писцы использовали глиняные таблички, шкуры, кости и деревянные планки. Множество дощечек с нарисованными тушью или выжженными раскаленной иглой символами связывались кожаным ремешком и укладывались в корзину, образуя «книгу». Деревянные или бамбуковые «книги» были неудобны и тяжелы. Китайским императорам приходилось подписывать по 50 кг «документов» в день! Научившись склеивать из полосок тростника листы папируса, египтяне облегчили труд чиновника. Удобный материал для письма позволил фиксировать не только сакральные тексты и государственные указы, но и произведения художественной литературы. Ацтеки же записывали свои поэмы на высушенных пальмовых листьях.

Заросли тростника  на берегах Нила быстро редели. На Востоке папирус использовался до 8 века н. э., но в Европе он был забыт уже в раннем средневековье. Для записей стал использоваться пергамент – тщательно выделанная и отбеленная кожа, производство которой было впервые налажено в греческом городе Пергам еще во 2 веке до н.э. Но этот материал был так дорог, что книги и умение их читать скоро стали исключительной редкостью. Простые люди  смотрели на письмена , как на магические руны, приписывая им таинственную власть.

В 1 веке новой эры дорогой лакированный шелк в Китае начал заменяться дешевой бумагой. В 8 веке арабы выведали тайну ее изготовления. В 13 веке бумажные «мельницы» появились в Италии и Испании. Но в Англии собственная бумага появилась только в 15-ом, а в России - в 16-м веке [20, с.22].

Революцией  в деле хранения и передачи информации стало появление в 18 веке музыкальных  шкатулок. До сих пор все носители информации были рассчитаны на единственное считывающее устройство - человеческий глаз. В шкатулке же мелодия записывалась не нотными знаками, а выступами вращающегося валика. Считывал ее специальный механизм.

Механические  музыкальные инструменты со сменяемыми валиками пользовались большим спросом  до 30-х годов уже 20 века. Но уже  в 1877 году Томас Эдисон изобрел фонограф-прибор, записывающий звук на валики из олова или воска. А в 1887 году Эмиль Берлинер открыл способ массового тиражирования граммофонных пластинок. Первое время длительность записи на каждой из них составляла только три минуты.

Пластинки действовали  подобно валикам шкатулок. Борозды направляли движение иглы и механически воздействовали на мембрану патефона. Но уже в 1900 году публике был впервые представлен магнитофон, в котором звук записывался путем намагничивания участков проволоки. Час записи в начале 20 века требовал 7 км проволоки весом около 2 центнеров.

Первые вычислительные машины в 20 – 50-х годах прошлого века все еще имели много общего со старинными шкатулками. «Программы»  и «данные» записывались на картонные  перфокарты в виде отверстий, механически воздействовавших на считывающую иглу. Результат машина выдавала, пробивая отверстия в перфоленте.

Проволочные магнитофоны выпускались в СССР до 1968 года, да и в наше время используются, например, в «черных ящиках» самолетов. Но уже в 1935 году в Германии появились магнитофоны, использующие куда более легкую пленку. Пленочную «память» в виде двухкилограммовых бобин вместимостью в целый мегабайт в 60 70 годах имели и вычислительные машины.

Накопители  на жестких магнитных дисках появились  уже в 50-х годах. В 70-е эти сравнительно компактные устройства стали неотъемлемой частью первых персональных компьютеров. Для хранения информации первое время использовались гибкие 8-дюймовые диски емкостью 243 Кбайт, потом дискеты по 1, 4 Мбайт.

В конце 80-х  появились лазерные диски. Использование для считывания узкого лазерного луча сразу позволило увеличить емкость носителя до сотен Мбайт. Уже сейчас диск Blu-ray вмещает до 50 Гбайт, в обозримом будущем должен начаться выпуск дисков емкостью 150 Гбайт. Но и это еще не предел. Перспективная технология, основанная на использовании белка бактериородопсина (в котором каждая молекула может сыграть роль 1 или 0), позволить записывать на каждый диск до 50 тысяч Гбайт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4. Виды материальных  носителей информации

 

Бумага (от итал. «bambagia» - хлопок) была изобретена в Китае  во 2 веке до Р.Х. В 105 г. китаец Цай Лунь усовершенствовал процесс её изготовления, предложив использовать в качестве сырья молодые побеги бамбука, кору тутовых деревьев, ивы, пеньку и тряпье.

Долгое время  китайцам удавалось сохранять в  тайне секреты производства бумаги. Лишь в начале 7-го века эти секреты  были вывезены за пределы страны - в  Корею и Японию, затем стали  известны в других странах Востока, а в 12 в. - и в Европе. С 13 в. бумага стала производиться в Италии, в 14 в. - в Германии, в 15 в. - в Англии.

На Руси использование  этого нового материала для письма началось в 14 веке. Первоначально бумага была привозной - сначала с Востока, а затем из Западной Европы: итальянская, французская, немецкая, голландская. В период правления Ивана Грозного в России была построена первая «бумажная мельница» близ Москвы, действовавшая, впрочем, недолго. Но уже в 17 столетии в стране работало 5 бумагоделательных предприятий, а в 18 веке - 52.

Способ изготовления бумаги принципиально отличается от папируса и пергамента. Он основан на разрушении связи между растительными волокнами с последующим их тесным переплетением между собой («сволачиванием») в форме тонкого бумажного листа или бумажной ленты.

До середины 19 века практически вся европейская, в том числе и российская, бумага изготавливалась из льняного тряпья. Его промывали, проваривали с содой, едким натром или известью, сильно разбавляли водой и размалывали на особых мельницах. Затем жидкую массу черпали специальной прямоугольной формой с прикреплённой к ней сеткой из проволоки. После стекания воды на металлическом сите оставался тонкий слой бумажной массы. Полученные таким образом влажные бумажные листы укладывали между отрезами грубого сукна или войлока, с помощью пресса отжимали воду и просушивали.

Металлические нити сетки оставляли на бумаге, изготовленной ручным способом, следы, видимые на просвет, поскольку бумажная масса в местах её соприкосновения  с проволокой была менее плотной. Эти следы получили название филиграней (от итал. «filigrana» - водяной знак на бумаге).

В бумаге европейского производства водяные знаки впервые  появились в Италии в конце 13 века, а в России - лишь во второй половине 17 века. Первоначально это были рисунки, повторявшие контурное изображение, сделанное из тонкой проволоки и прикреплявшееся к дну металлической сетки. На филигранях изображались животные, растения, небесные тела, короны, портреты монархов и т.п., а также нередко буквы и даты, обозначавшие имя владельца, местонахождение фабрики, год изготовления бумаги.

К настоящему времени известно около 175 тыс. филиграней, сделанных в разное время на бумажных мельницах и мануфактурах. Водяные  знаки являлись торговой маркой, а  также одним из средств защиты от подделки документов. И в наши дни бумага с водяными знаками по-прежнему широко применяется для изготовления ценных бумаг, денежных знаков, важных документов (паспортов, дипломов, свидетельств и т.д.).

Между тем  бумажное производство совершенствовалось и постепенно механизировалось. В 1670 г. в Голландии был изобретён ролл - механизм для размалывания, измельчения волокон. Французский химик Клод Луи Бертолле в 1789 г. предложил способ отбеливания тряпья хлором, способствовавший улучшению качества бумаги. Менее чем через 10 лет, в 1798 г. француз Н.Л. Робер получил патент на изобретение бумагоделательной машины. В России первая такая машина была установлена в 1818 г. на Петергофской бумажной фабрике.

Важнейшим шагом  в развитии бумагоделательного производства стало изготовление бумаги из древесины. Открытие нового способа принадлежало саксонскому ткачу Ф. Келлеру в 1845 г. С этого времени древесное сырьё становится основным в бумажной промышленности.

В двадцатом  столетии продолжалось совершенствование  бумажного носителя информации. С 1950-х годов в производстве бумаги стали применяться полимерные плёнки и синтетические волокна, в результате чего появилась принципиально новая, синтетическая бумага - бумага-пластикат. Она отличается повышенной механической прочностью, стойкостью к химическим воздействиям, термостойкостью, долговечностью, высокой эластичностью и некоторыми другими ценными качествами. Такая бумага может использоваться для изготовления чертежей, географических карт, репродукций и т.д. Однако полная замена растительных волокон синтетическими ухудшает структуру поверхности бумаги, поэтому предпочтительнее их смешанная композиция.

В самом конце 20 века появились сообщения об изобретении  «электронной бумаги», представляющей пластиковый лист, который имеет  покрытие в виде гибких транзисторов и подключается к компьютеру. Транзисторы создают электрическое поле, под влиянием которого меняется цвет «электронных чернил», состоящих из огромного количества мельчайших микрокапсул с тёмным красителем и светлым пигментом. На одном листе «электронной бумаги» можно печатать множество документов, сохраняя при этом все ранее созданные.

Фотографические носители информации. Фотоматериалы представляют собой гибкие плёнки, пластинки, бумаги, ткани. Они представляют собой по существу многослойные полимерные системы, состоящие, как правило, из:

- подложки (основы), на которую наносится;

- подслой,  а также светочувствительный  эмульсионный слой (галогенид серебра);

- противоореольный  слой.

Цветные фотоматериалы  имеют более сложное строение. Они содержат также сине-, жёлто-, зелёно-, красночувствительные слои. Разработка в 1950-е годы многослойных цветных материалов явилась одним из качественных скачков в истории фотографии, предопределив быстрое развитие и широкое распространение цветной фотографии.

К числу важнейших  характеристик фотографических  материалов, в частности, фотоплёнок, относятся: светочувствительность, зернистость, контрастность, цветочувствительность.

Киноплёнка  является фотографическим материалом на гибкой прозрачной подложке, имеющей с одной или обеих краёв отверстия - перфорации. Исторически первые светочувствительные ленточные носители были на бумажной основе. Использовавшаяся на первых порах нитратцеллюлозная лента представляла собой очень горючий материал. Однако уже в 1897 г. немецким учёным Вебером была изготовлена плёнка с негорючей основой из триацетата целлюлозы, получившая широкое распространение, в том числе в отечественной киноиндустрии. Впоследствии подложка стала изготавливаться из полиэтилентерефталата и других эластичных полимерных материалов.

По сравнению  с фотоплёнкой кинолента обычно состоит из большего количества слоёв. На подложку наносится подслой, который  служит для закрепления светочувствительного слоя (или нескольких слоёв) на основе. Кроме того, киноплёнка обычно имеет противоореольный, противоскручивающий, а также защитный слой.

Киноплёнки  бывают чёрно-белые и цветные. Они  делятся также на:

- негативные;

- позитивные (для контактного и проекционного  печатания);

- обращаемые (могут использоваться для получения негативов и позитивов);

- контратипные (для копирования, например, для  массового изготовления фильмокопий);

- гидротипные; 

- фонограммные (для фотографической записи звука).

Чёрно-белая  фотографическая плёнка шириной 16 и 35 мм представляет собой наиболее распространённый носитель для изготовления микрофильмов. Основными типами микрофильмов являются микрофильмы рулонные и в отрезке. Микрофильмы в отрезке - это часть рулонной плёнки длиной не менее 230 мм, на которой размещается до нескольких десятков кадров. Микрокарты, микрофиши и ультрамикрофиши являются фактически плоскими форматными микрофильмами. В частности, микрофиша - это лист фотоплёнки формата 105х148 мм.