Интересные способы хранения информации

8 способов хранения данных, которые представляли себе фантасты

Мы можем напомнить вам эти фантастические способы, но сегодня мы предпочитаем использовать более привычные методы

Хранение данных, наверное, является одной из наименее интересных частей вычислительной техники, но при этом совершенно необходимой. Ведь те, кто не помнит прошлое, обречены на его пересчёт.

Однако хранение данных является одной из основ науки и научной фантастики, и формирует базис множества литературных произведений. Процесс, в котором мы оглядываемся назад в попытке предсказать будущее, несёт в себе образовательную, ну или хотя бы развлекательную составляющую, поэтому давайте вспомним восемь старых идей будущего хранения данных, некоторые из которых прошли проверку временем, а другие растеряли все свои биты.

Влажное хранение

Зачем записывать огромное количество данных на устройство, если можно впихнуть их кому-нибудь в голову?

В этой схеме хранения информация записывается в башку ничего не подозревающим – а потому и не дававшим на это согласие – людям, как это было с капитаном Пикардом в эпизоде сериала «Звёздный путь: следующее поколение» под названием «Внутренний свет» и с Чаком Бартовски из сериала «Чак», которому в голову пришёл «Intersect».

Стоит также вспомнить 9-летнего протагониста британского кукольного сериала 1968-69 годов «Джо 90», в мозг которого закачали навыки и информацию при помощи изобретённого его отцом устройства (созданного без этического надзора). Джо попадает в список людей, не соглашавшихся с операцией, поскольку 9-летние люди не имеют такой возможности. Отец Джо должен отправиться в тюрьму и/или в ад.

Кроме того, бывает, что данные закачивают людям в голову с их полного согласия, как в случае с Нео из «Матрицы» или кукол из «Кукольного дома». А ещё был доктор Морбиус из «Запретной планеты». Желаете вызвать чудовищ из подсознания? Поскольку это делается через использование людей в качестве носителей информации.

И только у Джонни Мнемоника в голову встроена физическая система хранения информации, поскольку в мире Уильяма Гибсона человек выглядит более надёжным и безопасным средством её перевозки, чем простой компьютер. Возможно – но не хотелось бы оказаться на его месте во время проверки в аэропорту.

Почему средства хранения XXI века лучше

Мозг состоит из мягких кусочков. А мягкие кусочки – неидеальное хранилище информации, позволяющее эмоциям изменять входящую или исходящую информацию. Также нельзя создавать резервные копии людей – по крайней мере, пока.

Компьютер (местно или в облаке) хранит данные на кремниевых чипах. И хотя их нельзя назвать непогрешимыми, лёгкость и прозрачность копирования гарантирует отсутствие у вас уязвимости перед сервером, который вдруг может решить, что сегодня он не хочет с вами разговаривать, или надеть тренч и задаться вопросом реальности ложек.

Память с применением грубой силы

Способности человеческого мозга по запоминанию удивительны. Его способности делать выводы и рассуждать заточены на извлечение результатов из сохранённой информации. Также человеческий мозг прекрасно делает выводы на основе неполной информации; ведь это, в конце концов, нейронная сеть, страдающая, правда, от похмелья и звонящая на работу, чтобы отпроситься после того, как ночью было принято несколько спорных жизненных решений.

В «1984» Уинстон Смит запоминал отрывки из книг. В «Фаренгейт 451» сеть людей запоминала книги целиком. И, в отличие от персонажей из предыдущего раздела, никто из них не впитывал знания волшебным образом. Им приходилось использовать силу мозга. Да, это ещё одна форма «влажного хранения», только использующая оригинальный API для передачи данных, со всеми его недостатками (неэффективность и подверженность ошибкам) и преимуществами (не запрещён комитетами по этике).

Подвох: сначала я решила, что ментаты из «Дюны», с их способностями запоминать и вести расчёты, подойдут к этой категории. Но их мантра всё раскрыла: «Одной лишь волей я приведу свой разум в движение. Из-за сока Сафо мысли обретают скорость, губы обретают другой цвет, цвет становится предупреждением. Одной лишь волей я приведу свой разум в движение». То есть, запоминают они при помощи сока сафо, а автор сценария и режиссёр Дэвид Линч нам соврал.

Эти НФ хранилища знаний не заглядывают в будущее, чтобы запоминать книги. Они изучают информацию так, как это делают современные чемпионы по запоминанию, при помощи технологии под названием «чертоги разума».

Почему средства хранения XXI века лучше

Человеческий мозг способен хранить петабайт данных. Провайдеры облачного хранения дадут вам столько петабайт, сколько вы попросите – только платите. Как и предсказывал Филип Дик, они могут помнить всё для вас оптом.

Компьютеры вне облака

HAL 9000, серверная комната из эпизода «Сан-Джуниперо» сериала «Чёрное зеркало», R2-D2 и планета-имперский архив Скарифф из фильма «Изгой-один» – все они служили локальными средствами хранения данных и планов «Звезды смерти». Хранение данных на домашнем компьютере или собственном устройстве резервного копирования – давняя традиция, существующая с момента появления персональных компьютеров. Просто игнорируйте этот холодный страх того, что произойдёт, если ваши системы откажут, или вы будете отрезаны от мира в результате несчастного случая, злого умысла или внезапно осознавшего себя ИИ.

Со всеми этими НФ компьютерами и дроидами, служащими хранилищами фактов, личностей и песен вроде Bicycle Built for Two для получения нужной вам информации необходим физический доступ к устройствам.

По крайней мере, мы надеемся, что так обстоят дела с серверами Сан-Джуниперо, где хранятся личности. Не хочу даже представлять, что бы с ними случилось, если бы какой-нибудь злонамеренный хакер решил бы познакомить с современным миром относительно невинный 1987-й.

Почему средства хранения XXI века лучше

Физическая безопасность устарела в прошлом десятилетии. Да, в некоторых случаях изолированное или даже «отключенное от всех сетей» офлайн-хранение отлично подходит, и да, бывают локальные облачные сервисы. Но, по большей части, вам не нужно волноваться о физическом доступе к базе знаний вашей компании.

Облачное хранение противоположно этому по всем основным смыслам; ваши данные физически разбросаны по множеству серверов и даже дата-центров. Связь вам нужна, только для доступа к ним. Хранение чувствительных данных в облаке не представляет проблем, пока вы их шифруете, а приватные ключи остаются приватными. Добавьте API-ключи для контроля над доступом к данным, и вам не придётся волноваться о том, что кто-нибудь сможет выпустить ваши секретные планы в эфир так, чтобы они попали на проходивший мимо флагман повстанцев.

И даже ещё лучше – вам не придётся беспокоиться о том, что R2-D2 обманом вынудит вас удалить его ограничивающий стержень.

Печатное слово

Классическая повесть «Страсти по Лейбовицу» и соответствующий эпизод сериала «Звёздный путь: Вояджер» под названием «Незабываемое» имеют необычный общий аспект: предпочтительный метод хранения данных. В обоих случаях персонажи хранят данные по старинке: в письменном виде. В «Вояджере» Чакотай записывал воспоминания о любимой до того, как стал забывать её; в «Страстях по Лейбовицу» Лейбовиц записывал список покупок, ставший священным текстом.

И хотя письмо – прекрасный метод общения, печатное слово начало политические и религиозные революции только после того, как печатаемые в больших количествах книги начали попадать в руки публики. Но у любимой книги есть очень реальные недостатки. К примеру, старые тома подвержены разрушению и могут вызывать аллергию. Книги легко повреждают вода, огонь и кошки.

Почему средства хранения XXI века лучше

Книги – штука прекрасная, но лишь ограниченное их количество вы сможете носить с собой до тех пор, пока у вас не появится межпозвоночной грыжи. Вы можете хранить текст со всех 56 терабайт книг в облаке, и вам даже не придётся размышлять о том, покроет ли страховка лапароскопию. Спасибо, облачное хранилище!

Кристаллы

Идея возможности хранения данных в периодической решётке, где данные могут храниться в виде призм, весьма привлекательна, пусть даже и является чистой НФ. Голокроны и датакроны в «Звёздных войнах». Информационные кристаллы в «Вавилон 5». Кристаллы памяти Асгарда из «Звёздных врат». Кристаллы памяти Супермена, хранящие большую часть знаний криптонианцев, плюс проблемы с папочкой.

Однако кристальные вычисления скоро могут выйти за пределы жанра НФ. Исследователи из Австралии кодируют в нанокристаллах информацию при помощи лазеров. Эти лабораторные нанокристаллы также эффективно используют энергию и могут хранить петабайт данных в небольшом кубике.

Более научно-фантастического и придумать ничего нельзя. Но при этом всё реально.

Почему средства хранения XXI века лучше

Общим свойством кристаллических носителей информации служит то, как красиво они разлетаются, если их уронить. С точки зрения развития сюжета, если в нём появляется кристалл, то его хрупкость наверняка будет одним из факторов развития сюжета. Пусть это и технология будущего, но законам Мёрфи она подчиняется так же, как и любая другая. Так что это не альтернатива облачному хранению, а улучшенное облако, полное кристаллов. С вашей точки зрения, чем лучше и быстрее работает хранилище, тем лучше, а детали его реализации вас не волнуют, если только его никто не будет ронять.

Технологии нанокристаллов ещё только предстоит выйти за пределы лабораторий. А тогда нанокристаллы смогут заменить кремний в качестве основы облачного хранения. С криптонианцами-то это сработало.

Реальные системы хранения информации

Хотя сюжет «Затерянных в космосе» развивался в 1997-м, в шоу использовались перфокарты, такие же, которыми пользовались программисты, когда его снимали в 1965-68 годах. Плёнка в книге Маргарет Этвуд «Рассказ служанки» такая же, какая играла в наших кассетных деках в 1985-м. Серверная комната в «Изгое-один» не сильно отличается от современных, пусть и ужасно выглядящих с точки зрения дизайна.

Все эти методы прекрасно работали в своё время и на своих местах. Но с распространением облачного хранения в начале 2010-х нет причин не хранить старую почту от ваших бывших в таком месте, где вы сможете найти её после третьего бокала белого.

Почему средства хранения XXI века лучше

Может, и нет. Хранение, определяемое ПО – наиболее новый этап развития этой области, хотя как и само облако, оно не меняет технологию хранения – только то, как используются существующие носители. В XXII веке мы будем писать статьи о том, чем хранение, определяемое ПО, уступает кристаллам криптонианцев.

Старое новомодное хранение

Самый крутой метод хранения данных в НФ появился в анимационном сериале The Batman 2004-2008 гг. В эпизоде «Артефакты» мистер Фриз планирует проснуться от криогенного сна через 1000 лет. Бэтмен знает, что ему придётся защищать Готэм, даже несмотря на то, что он будет мёртв. Поэтому Бэтмен выцарапал рецепт антифриза на стене, а поскольку он знал, что в будущем компьютеры не смогут прочесть его код, он написал всю формулу в двоичном коде.

Это не просто умно, это чрезвычайно умно.

Почему средства хранения XXI века лучше

Нет ничего лучше, чем у Бэтмена.

Случайное хранение

Не все методы хранения данных ограничены компьютерами. «Прослушка», эпизод сериала «За гранью возможного» под названием «Демон со стеклянной рукой». Звуковая отвёртка Доктора в «Тишине библиотеки» и «Лесу мёртвых». Песчинка в эпизоде «История всей твоей жизни» сериала «Чёрное зеркало».

И хорошо. Научная фантастика часто выступает герольдом технологий. Если бы у нас не было предсказателей, представляющих, насколько крутыми будут будущие изобретения, у нас не было бы подводных лодок, сотовых телефонов или QuickTime.

Почему средства хранения XXI века лучше

Уникальные системы хранения, разработанные с определённой, единственной целью – это круто и интересно, но непоследовательно. Система хранения не должна быть особенной, она должна быть скучной. Имеет значение то, что вы с ней делаете. Именно этим и занимается облачное хранилище: предоставляет непрерывный доступ к данным, когда они нужны вам и вашим пользователям.

Ральф Уолдо Эмерсон сказал: «Глупая последовательность — суеверие недалеких умов». Однако надёжность – это то, из чего состоят империи, утопии и великие федерации.

Источник

ТЕХНОЛОГИИ, ИНЖИНИРИНГ, ИННОВАЦИИ

Измеритель диаметра, измеритель эксцентриситета, автоматизация, ГИС, моделирование, разработка программного обеспечения и электроники, БИМ

Как можно хранить данные: нестандартные методы и перспективы

Сегодня традиционно отмечается День бэкапа. Но однажды он исчезнет. К тому времени вся информация до последнего байта будет резервироваться автоматически. Возможно, тогда изменятся и способы бэкапа. Пока мы только на пути к этому светлому будущему и всячески приближаем его наступление: недавно мы запустили Icebox и Hotbox на базе Облака для бизнеса. Icebox — это хранилище для холодных данных (бэкапов, логов и прочих редко используемых, но ценных вещей). И да, там есть WebDAV. Hotbox — это хранилище для горячих данных (аналог Амазон S3), оно создано для тех, кому нужно не только хранить большие объемы данных, но и часто запрашивать их.

Технологии хранения информации не остановились в развитии — нас ждут необычные хранилища, создаваемые прямо сейчас в научных лабораториях. Облака никуда не исчезнут, вот только информация будет храниться совсем на других носителях.

Запись в ДНК

Исследователи из Лаборатории молекулярных информационных систем сохранили 200 мегабайт данных в ДНК — новый рекорд!

Компьютерные данные можно переместить в основу самой жизни — ДНК. Молекулы ДНК могут потенциально хранить весь объем мировой цифровой информации — уже сейчас это 1,1 зеттабайта (10 21 ) данных — примерно в 9 литрах раствора в течение тысячелетий.

В природе молекулы ДНК несут генетические инструкции, управляющие функционированием живых организмов. Емкость ДНК ошеломляет по сравнению с самыми передовыми электронными системами хранения. Закодированную в ДНК информацию в экзабайт данных теоретически можно хранить в объеме, который занимает одна песчинка.

Эксперименты, проведенные учеными из Европейского института биоинформатики в Хинкстоне (Англия) в 2013 году и в 2012 году в Гарварде, показали, что можно хранить файлы данных в ДНК, а затем читать информацию в цифровом виде. Исследовательские группы из Университета штата Иллинойс и Вашингтонского университета, основываясь на этой работе, смогли сохранить четыре небольших файла изображений, а затем восстановить их с помощью специального идентификатора файлов.

Биологи из Гонконга сумели внедрить в клетку бактерии E.coli синтетическую ДНК с несколькими килобайтами зашифрованной информации. Для хранения данных использовалась четверичная система счисления, по количеству нуклеотидов. Данные (текст) переводились в четверичную систему, а затем «шифровались» цепочкой нуклеотидов.

С тех пор показатели емкости ДНК постоянно увеличивались за счет изменения подхода: вместо живой клетки использовалась синтетически сгенерированная молекула, а вместо четверичной системы — бинарная.

ДНК — замечательная среда для долговременного хранения. Если на первых экспериментах нужно было поддерживать холод и сухость, то в последующих опытах информацию удавалось сохранить при комнатной температуре. А если добавить ДНК в кварцевый шарик и хранить при температуре -18 °C, то информация будет сохранена на миллионы лет.

Почему прямо сейчас не строят дата-центры, внутри которых будут чашки Петри? Оборудование для работы с ДНК стоит непомерно дорого (стоимость кодирования информации в ДНК оценивается примерно в $ 12 400 за мегабайт, стоимость считывания — $ 220 за 1 мегабайт), однако стоимость секвенирования или «считывания» генетического кода падает быстрее, чем стоимость компьютерной памяти, и технологии создания синтетической ДНК продолжают развиваться. Но не решена другая важная проблема — скорость записи и считывания информации занимает несколько часов.

Кварцевое стекло

ДНК с кварцем обеспечивает удивительное долголетие записанной информации. Кварц сам по себе потрясающее вещество и обеспечивает защиту и хранение данных без помощи экспериментов с нуклеотидами. Диск из кварцевого стекла, не превосходящий размерами CD-диск, потенциально может вместить несколько сотен терабайт информации, при этом выдерживает температуру до 1000 °C и имеет практически неограниченный срок хранения (около 300 млн лет). Ученым из университета Саутгемптона удалось успешно записать и считать информацию в кварцевом стекле по аналогии с CD-диском, создавая точки (углубления) на поверхности стекла.

Hitachi разрабатывает технологию создания в стекле 50 двусторонних слоев с помощью фемтосекундного лазера, очень быстро меняя фокусировку на разных слоях. В то же время Western Digital и Seagate работают над дисками, использующими технологию термоассистируемой магнитной записи, комбинирующей магнитное чтение и магнитооптическую запись, с помощью которой можно будет создать диски формата 3,5” с емкостью до 60 ТБ.

Хранение данных в нейронах

Почему бы не подглядеть устройство хранения информации, созданное самой природой? Наш мозг является первым долговременным «устройством» хранения информации — по крайней мере, мы точно знаем, что он работает. А значит, повторив работу мозга, сможем по аналогичной методике записывать информацию.

Человеческий мозг состоит приблизительно из 100 миллиардов нейронов. Нейрон соединяется с другими нейронами через примерно 1000 взаимосвязей, или синапсов, таким образом, в человеческом мозге существует около 100 триллионов связей, которые в основном выполняют работу по хранению данных. Ученые предполагают, что человеческий мозг может хранить до 1 петабайта данных, используя только 20 ватт непрерывной мощности. На самом деле, мы не можем эффективно пользоваться этим огромным хранилищем, потому что мозг все время занят выполнением основных моторных функций, которые необходимы нашему организму, чтобы остаться в живых.

Нейробиологи научились воздействовать на сеть нейронов, заставляя их принимать то или иное состояние под воздействием точечных электроимпульсов. Ученые из Тель-Авивского университета использовали пикротоксин (активный стимулятор центральной нервной системы), чтобы зафиксировать паттерны в живой сети нейронов.

Нейроны активизируются в момент формирования приятных воспоминаний

Для создания совместно работающих групп нейронов, функционирование которых лежит в основе процессов обучения, другая группа ученых использовала технологию оптогенетики, которая позволяет произвольно активировать популяции нервных клеток с помощью облучения мозга светом определенной волны.

Многократная искусственная активация нейронных групп позволяет создать стабильные группы клеток, которые являются основной памяти. Воздействуя методами оптогенетики, удалось записать в мозг искусственные воспоминания.

Хранение информации в газе

Звучит абсурдно. Газ всегда пытается убежать из любого контейнера, в котором хранится, а молекулы ведут себя хаотично, передвигаясь с большой скоростью. Скорость, температура, давление и объем не остаются неизменными в газе, поэтому нельзя использовать эти параметры для записи информации.

Однако можно передавать информацию за счет смеси различных газов. Наше обоняние — это уже процесс считывания информации, позволяющий обнаружить множество различных органических соединений. Собаки используют запахи в качестве универсального источника данных об окружающем мире.

Раньше считалось, что человек может различать только около 10 000 различных ароматов, в то время как собаки имеют в 1000–10 000 раз более чувствительное обоняние. Однако группа исследователей из Рокфеллеровского университета утверждает, что человеческий нос действительно способен различать порядка триллиона различных ароматов. И это, вероятно, только нижний предел потенциального количества обонятельных паттернов, которые могут различать люди.

Раз человеческая обонятельная система намного превосходит другие чувства по числу различных стимулов, которые она может различать, значит ее (или цифровой аналог) можно использовать для считывания различной информации. Состав газа можно использовать для шифрования определенного вида данных. Реакция между газами также является достаточно предсказуемым фактором, чтобы на ее основе передавать или хранить информацию.

Маркировка ароматической композиции позволяет использовать запахи для передачи информации: летучие химические вещества создают различные виды запахов, каждому из которых можно присвоить метку цифровых данных.

Хранение везде

Сканирующий туннельный микроскоп

Раньше считалось, что будущее компьютерной памяти заключается в голографической технологии, сохраняющей цифровые данные с высокой плотностью внутри кристаллов. Однако перспективные исследования, использующие электрон и ядро атома, показывают принципиальную возможность сохранения информации практически в любом объекте.

Сейчас один бит в обычных жестких дисках «занимает» миллион атомов. В новой системе удалось создать стабильный магнит из одного атома вещества (гольмия) и превратить два таких магнита в «жесткий диск», способный хранить два бита информации. В теории всего в одном грамме гольмия можно сохранить около 456 экзабайт данных.

В эксперименте были использованы атомы гольмия на подложке из оксида магния при температуре -268 градусов Цельсия. Ученые изменяли направление магнитного поля с помощью электрического импульса от сканирующего туннельного микроскопа. Считывать данные ученые могли, используя тот же микроскоп. Метод теоретически позволяет увеличить плотность записи в тысячу раз.

Воскрешение старых технологий

Всегда можно усовершенствовать старую технологию и повторять этот процесс снова и снова. С середины девяностых годов магнитная лента умирала, постепенно вытесняемая жесткими дисками и твердотельными накопителями. Громоздкая лента с множеством хрупких движущихся частей для перемотки, могла только рассыпаться в прах… Но она не умерла. Оказалось, что лента позволяет дешевле, чем при применении SSD и HDD, хранить данные. А при определенной доработке напильником, она может соответствовать современным стандартам хранения информации.

Еще в 2013 году IBM совместно с Fujifilm удалось записать 220 Тб на одну бобину магнитной ленты; а ведь ленты впервые использовали еще в 1952 году. Технология подходит для тех данных, работа с которыми не требует высокой скорости. Чтобы повысить надежность, исследователи использовали современные системы управления сервоприводами, которые позволяют перемещать магнитную головку в пределах 6 нанометров, а также улучшили алгоритм обработки сигналов и коррекции ошибок.

Возможно, одна из предложенных в сегодняшнем материале технологий станет стандартом де-факто. Вероятно также, что учесть все направления развития нельзя, и через несколько лет появится неожиданная идея, которая перевернет наши представления о работе с резервированием данных. При всех раскладах футуристические методы сохранения информации изменят мир уже очень скоро.

Источник