ย้อนรอย ‘Model 350’ ฮาร์ดดิสก์เครื่องแรกของโลก ต้นกำเนิดหน่วยความจำยุคใหม่ ที่จุแค่ ‘3.75 MB’ !

เดี๋ยวนี้ HDD – Hard Disk Drive กลายเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีบรรจุข้อมูลที่มีขนาดเยอะมากที่สุดในโลกอย่างหนึ่ง ที่เดี๋ยวนี้ กระทั่ง HDD รุ่นเริ่มต้น ยังให้ความจุได้มากถึง 1TB (1,000 GB) หรือไม่ก็ฮาร์ดดิสก์ความจุ 30TB ก็หาซื้อได้ทั่วไปแล้ว แต่รู้ไหมว่า กว่า HDD จะออกมาความจุเยอะขนาดนี้ได้ HDD แรกเริ่มนั้น ความจุแค่ 3.75 MB เท่านั้น !

โดย IBM ได้ชื่อว่าเป็นผู้ที่ผลิต ฮาร์ดดิสก์เชิงพาณิชย์เครื่องแรกของโลก หรือ Model 350 ให้กับบริษัท Zellerbach Paper ในเดือนมิถุนายน ปี 1956 เพื่อไปเป็นส่วนหนึ่งของระบบคอมพิวเตอร์ IBM 305 RAMAC ที่ถูกพัฒนาขึ้นมาเพื่อแทนที่เทคโนโลยีการ์ดเจาะรู และเทปแม่เหล็กที่ทำงานได้ช้ากว่า แต่รากฐานแนวคิดสำคัญต้องย้อนกลับไปถึงผลงานของ เจคอบ ราบินาว (Jacob Rabinow) นักประดิษฐ์ผู้ลี้ภัยชาวรัสเซีย ซึ่งได้สร้างอุปกรณ์ต้นแบบหน่วยความจำแบบจานแม่เหล็กขึ้นมาก่อนหน้าหลายปี และกลายเป็นแรงบันดาลใจสำคัญในการสร้างฮาร์ดดิสก์แรกของโลกขึ้นมานั่นเอง

‘จานแม่เหล็ก’ ไอเดียแรกเริ่มของฮาร์ดดิสก์

เรื่องราวเริ่มต้นที่สำนักงานมาตรฐานแห่งชาติของสหรัฐฯ (NBS) ซึ่ง เจคอบ ราบินาว ทำงานเป็นที่ปรึกษาด้านการพัฒนาคอมพิวเตอร์ เขาได้รับโจทย์ให้ออกแบบเครื่องบันทึก และอ่านข้อมูลจากแผ่นแม่เหล็ก แต่แทนที่จะทำตามแนวทางนั้น ราบินาวกลับเสนอให้ใช้แนวคิด ‘จานหมุน’ (discs) ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่เคยมีการใช้งานมาตั้งแต่ปี 1898

ในปี 1949 เจคอบได้สร้างอุปกรณ์ต้นแบบที่เรียกว่า ‘อุปกรณ์หน่วยความจำจานแม่เหล็กแบบมีรอยบาก’ (Notched-Disk Magnetic Memory Device) ขึ้นมาได้สำเร็จ อุปกรณ์ของเขาใช้จานแม่เหล็กขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 18 นิ้ว แต่ละจานสามารถเก็บข้อมูลได้ราว 500,000 บิต จุดเด่นของเครื่องต้นแบบนี้ คือการทำ ‘รอยบาก’ เป็นรูปสามเหลี่ยมบนจานแต่ละแผ่น เพื่อเปิดช่องให้หัวอ่านและบันทึกข้อมูล สามารถเคลื่อนที่ข้ามไปยังจานแผ่นอื่น ๆ ได้

เจคอบได้ยื่นจดสิทธิบัตรสำหรับ ‘อุปกรณ์หน่วยความจำแม่เหล็ก’ ของเขาในปี 1951 และได้รับการอนุมัติในปี 1954 แต่ตามนโยบายของ NBS ในขณะนั้น สิ่งประดิษฐ์ที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงาน ถือเป็นทรัพย์สินของรัฐบาล อย่างไรก็ตาม เจคอบยังคงถือสิทธิ์ในต่างประเทศ และได้ขายสิทธิ์นอกสหรัฐฯ ให้กับบริษัท Remington-Rand เป็นเงิน 15,000 เหรียญ (ประมาณ 179,800 เหรียญเมื่อคิดเงินเฟ้อแล้ว) ทว่า Remington-Rand กลับไม่เคยนำสิทธิบัตรดังกล่าวไปพัฒนาต่อ

กว่า IBM จะประดิษฐ์ฮาร์ดดิสก์แรกของโลกได้

แนวคิดเรื่องอุปกรณ์หน่วยความจำแม่เหล็ก ได้ถูกนำไปต่อยอดโดยทีมนักวิจัยของ IBM ในซานโฮเซ แคลิฟอร์เนีย ซึ่งนำโดย เรย์โนลด์ จอห์นสัน (Reynold Johnson) ในขณะนั้น ทีมกำลังมองหาวิธีการจัดเก็บและเข้าถึงข้อมูลที่ดีกว่าการ์ดเจาะรูหรือเทปแม่เหล็ก เพื่อมาใช้ในงานด้านบัญชี และการควบคุมสินค้าคงคลัง ซึ่งเป็นโจทย์สำคัญของภาคธุรกิจในเวลานั้น และได้อ้างอิงถึงอุปกรณ์ของเจคอบในรายงานปี 1953 ที่ชื่อว่า ‘ข้อเสนอสำหรับไฟล์ข้อมูลที่เข้าถึงได้แบบสุ่มอย่างรวดเร็ว’ (A Proposal for Rapid Random Access File)

หลักการทำงานของฮาร์ดดิสก์ (HDD) คือการจัดเก็บข้อมูลดิจิทัลลงบนจานแม่เหล็กที่แข็ง และหมุนอยู่ตลอดเวลา โดยมีชุดหัวอ่านและบันทึกข้อมูลที่สามารถเคลื่อนที่ไปมา เพื่อเข้าถึงตำแหน่งของข้อมูลได้ การทำงานทั้งหมดถูกควบคุมผ่านวงจรอิเล็กทรอนิกส์และซอฟต์แวร์ที่จัดการการเคลื่อนที่ของหัวอ่านและประมวลผลสัญญาณต่าง ๆ

เรโลด์ได้นำแนวคิดของเจคอบมาเป็นพื้นฐานในการพัฒนาโครงการ RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control) จนประดิษฐ์ Model 350 ได้สำเร็จ โดย Model 350 นี้ ประกอบด้วยจานแม่เหล็กขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 24 นิ้ว จำนวน 50 แผ่น ซ้อนกันอยู่บนแกนหมุนที่ความเร็ว 1,200 รอบต่อนาที สามารถจัดเก็บข้อมูลได้ 5 ล้านตัวอักษร (แบบ 6 บิต) ซึ่งเทียบเท่ากับความจุประมาณ 3.75 เมกะไบต์ (MB) โดยมีความหนาแน่นในการบันทึกข้อมูลที่ 2,000 บิต ต่อตารางนิ้ว

ในทางวิศวกรรม หัวอ่านและบันทึกข้อมูลแบบเหนี่ยวนำแม่เหล็ก จะติดตั้งบนแขนกลที่ลอยอยู่เหนือพื้นผิวของจานแม่เหล็กประมาณ 800 ไมโครนิ้ว (microinches) โดยอาศัยเบาะอากาศที่สร้างขึ้นจากแรงดันอากาศ (hydrostatic bearing) เพื่อป้องกันการสัมผัสโดยตรง แล้วแขนกลดังกล่าว ก็ถูกควบคุมโดยแอคชูเอเตอร์ (actuator) ที่สามารถเคลื่อนย้ายหัวอ่านไปมา ระหว่างจานแม่เหล็กแต่ละแผ่นได้ โดยมีระยะเวลาในการเข้าถึงข้อมูลโดยเฉลี่ยต่ำกว่า 1 วินาที ซึ่งถือว่าเร็วมากในยุคนั้น

อย่างไรก็ตาม นวัตกรรมดังกล่าวต้องแลกมากับขนาดที่ใหญ่มาก ๆ โดย Model 350 มีความสูง 5 ฟุต กว้าง 6 ฟุต และมีน้ำหนักรวมมากกว่า 1 ตัน และยังต้องใช้งานร่วมกับเครื่องอัดอากาศแยกต่างหาก และมีค่าเช่าใช้งานอยู่ที่ 750 เหรียญต่อเดือน เมื่อเทียบเงินเฟ้อแล้วจะคิดเป็นเงินกว่า 8,895 เหรียญต่อเดือนเลยทีเดียว

หลังจากนั้น ทาง IBM ได้พัฒนาระบบ RAMAC ต่ออีก 3 รุ่น สำหรับคอมพิวเตอร์หลายโมเดล ซึ่งแต่ละรุ่นมีความจุเพิ่มขึ้นเป็นเท่าตัว ก่อนจะเปิดตัว Model 1301 ที่ใช้ ‘หัวอ่านแบบลอยตัว’ (flying head) หรือสไลเดอร์ ที่สามารถ ‘บิน’ อยู่เหนือผิวจานด้วยเบาะอากาศที่เกิดจากการหมุนของจานเอง (hydrodynamic bearing) ซึ่งแตกต่างจาก RAMAC ที่ต้องใช้ปั๊มลมอัดจากภายนอกในปี 1961 ต่อมา และในปัจจุบัน ชิ้นส่วนของ RAMAC ที่ผ่านการบูรณะแล้ว ได้ถูกจัดแสดงไว้ที่พิพิธภัณฑ์ประวัติศาสตร์คอมพิวเตอร์ (Computer History Museum) ในเมาน์เทนวิว รัฐแคลิฟอร์เนีย

ที่มา : Computer History (1), Computer History (2), Computer History (3)