Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

• Введение
• 1. Системы памяти: классификация, критерии оценки
• 1.1 Классификационные признаки системы памяти
• 1.2 Основные характеристики накопителей на магнитных дисках
• 1.3 Магнитные ленты
• 1.4 Характеристики жестких дисков
• 1.5 Принцип работы жесткого диска
• 2. Оптические диски
• 2.1 Классификация компакт-дисков
• 2.2 Форматы CD
• 2.3 DVD
• 2.4 Отличия DVD от CD
• 3. Современные накопители
• 3.1 Флэш-накопители
• 3.2 Съемный дисковый накопитель
• Заключение
• Глоссарий
• Сокращения
• Список использованных источников

Введение

Носителями информации являются материальные объекты, в том числе процессы и физические поля, в которых сведения находят свое отображение в виде символов, образов, сигналов и технических решений.

По отношению к компьютеру накопители могут быть внешними и внутренними. Внешние накопители имеют собственный корпус и источник питания, что экономит пространство внутри корпуса компьютера и уменьшает нагрузку на его блок питания. Внутренние накопители крепятся в специальных монтажных отсеках, что позволяет создавать компактные системы, которые совмещают в системном блоке все необходимые устройства. Сам накопитель можно рассматривать как совокупность носителя и соответствующего привода. Различают накопители со сменными и несменными носителями.

Накопители информации представляют собой гамму запоминающих устройств с различным принципом действия физическими и технически эксплуатационными характеристиками. Основным свойством и назначением накопителей информации является хранение и воспроизведение информации. Запоминающие устройства принято делить на виды и категории в связи с их принципами функционирования, эксплуатационно-техническими физическими, программными и др. характеристиками. Так, например, по принципам функционирования различают следующие виды устройств: электронные, магнитные, оптические и смешанные - магнитооптические. Каждый тип устройств организован на основе соответствующей технологии хранения, воспроизведения, записи цифровой информации. В связи с видом и техническим исполнением носителя информации различают: электронные, дисковые (магнитные, оптические, магнитооптические), ленточные, перфорационные и другие устройства.

Всеобщее развитие технологий повлекло за собой компьютеризацию производства и быта. В настоящее время невозможно представить повседневную жизнь и современную науку без цифровых технологий, которые тесно связаны со всеми современными разработками. Компьютеры проникли в производственные и повседневные дела людей и открыли новые возможности для их развития.

Быстродействие и возможность длительное время хранить информацию - вот главные качественные характеристики компьютеров в целом. В частности, эта задача ложится на накопители и носители информации. Возможности компьютерной техники постоянно расширяются, компьютерные программы становятся более совершенными, усложняются, требуя все больших ресурсов. Поэтому, улучшение характеристик носителей информации (увеличение объема, быстродействия, надежности, уменьшение габаритов, и т. д.) является одной из важных задач современной науки.

Целью данной выпускной квалификационной работы является рассмотрение видов, характеристик и принципов работы внешних запоминающих устройств.

Актуальность данной работы обусловлена интенсивным внедрением электронных устройств хранения данных в различные сферы жизни, применение в них новых технологий.

Для эффективного использования носителей информации необходимо знать особенности тех или иных устройств, чтобы адекватно и с полной отдачей использовать накопители информации. Современные исследования показывают, что развитие информационных технологий происходит в геометрической прогрессии. Следовательно, внедрение носителей информации в повседневную жизнь так же будет идти все активнее.

В данной работе приведена классификация компьютерных носителей информации и их видов, присутствует подробное описание их характеристик.

1. Системы памяти: классификация, критерии оценки

1.1 Классификационные признаки системы памяти

В 1945 г. Джон фон Нейман (1903-1957), американский ученый, выдвинул идею использования внешних запоминающих устройств для хранения программ и данных. Нейман разработал структурную принципиальную схему компьютера. Схеме Неймана соответствуют и все современные компьютеры.

Внешняя память предназначена для долговременного хранения программ и данных. Устройства внешней памяти (накопители) являются энергонезависимыми, выключение питания не приводит к потере данных. Они могут быть встроены в системный блок или выполнены в виде самостоятельных блоков, связанных с системным через его порты. Важной характеристикой внешней памяти служит ее объем. Объем внешней памяти можно увеличивать, добавляя новые накопители. Не менее важными характеристиками внешней памяти являются время доступа к информации и скорость обмена информацией. Эти параметры зависят от устройства считывания информации и организации типа доступа к ней.

По типу доступа к информации устройства внешней памяти делятся на два класса: устройства прямого (произвольного) доступа и устройства последовательного доступа. При прямом (произвольном) доступе время доступа к информации не зависит от ее места расположения на носителе. При последовательном доступе время доступа зависит от местоположения информации.

Скорость обмена информацией зависит от скорости ее считывания или записи на носитель, что определяется, в свою очередь, скоростью вращения или перемещения этого носителя в устройстве.

Внешняя (долговременная) память - это место хранения данных, не используемых в данный момент в памяти компьютера.

Особенности построения систем памяти могут затрагивать их структуру, принципы функционирования, логического взаимодействия и другие аспекты. К основным классификационным признакам систем памяти можно отнести следующие.

1. Количество уровней, т.е. отличных по своему назначению или конструктивным характеристикам запоминающих устройств. По этому признаку можно разделять СП на одноуровневые и многоуровневые. На практике одноуровневые системы памяти, представляющие собой одно или группу одинаковых ЗУ, встречаются лишь в специализированных системах.

Среди многоуровневых СП иногда выделяют системы с одним или несколькими исполнительными уровнями, т.е. уровнями, непосредственно доступными процессору. Широко известным примером такой системы является память ПЭВМ, в которой процессор имеет непосредственный доступ как к кэш памяти, так и к оперативной памяти.

2. Характер связей между уровнями. Связи между уровнями системы памяти, допускающие обмен информацией между ними, определяют допустимые потоки данных в системе и ее структуру. По характеру связей можно выделить:

- централизованные СП, в которых обмен информацией между ЗУ различных уровней осуществляется через какое-либо одно ЗУ, обычно через оперативную память;

- линейные СП, в которых обмен информацией возможен только между смежными уровнями системы (например, кэш - оперативная память - жесткие диски);

- смешанные СП, обладающие связями, характерными как для централизованных, так и для линейных СП (например, кэш - оперативная память - жесткий диск и CD ROM, имеющие одинаковые связи с оперативной памятью);

- СП со структурой полного графа, включающие в себя устройства, позволяющие устанавливать связи для обмена информацией между двумя любыми уровнями. Эти системы могут различаться по способу реализации таких связей на магистральные, в которых одна или большее количество шин разделяются во времени между всеми подключенными к ним устройствами, и матричные, имеющие коммутационную матрицу.

3. Тип разбиения адресного пространства памяти. Обычно память разделяется на логические блоки для упрощения управления ею, причем поддержка такого разбиения обеспечивается не только со стороны операционной системы, но и аппаратной частью. По этому признаку различают системы памяти :

- без разделения поля памяти на блоки;

- со страничной памятью, адресное пространство которых разделено на участки одинакового размера, называемые страницами;

- с сегментированием памяти, в которых память разделяется на сегменты, размер которых жестко не задается;

- с двухуровневым (странично-сегментным) разделением поля памяти.

4. Количество обслуживаемых системой памяти процессоров - признак, по которому различают СП однопроцессорных и многопроцессорных ЭВМ и систем. Причем в тех случаях, когда мультипроцессирование не является просто средством повышения надежности за счет дублирования вычислений, СП, по сути, является центром связи системы в единое целое. В таких условиях СП должна обеспечивать многоканальный доступ к информации с поддержкой целостности и непротиворечивости (когерентности) данных на всех уровнях системы.

5. Порядок обслуживания обращений к ЗУ нижних уровней также может использоваться для подразделения СП. По этому признаку можно различать системы с обслуживанием обращений в порядке поступления и с диспетчеризацией обращений, т.е. обслуживанием их в том порядке, который позволит уменьшить среднее время ожидания обслуживания обращения [4].

Кроме того, к этой категории можно отнести и назначение адресов в дисковом массиве, которое может быть последовательным или с расслоением адресов по дисководам[10].

При выборе структуры, состава и характеристик систем памяти следует учитывать, что противоречивость предъявляемых к ним требований и большое количество факторов, влияющих на их характеристики, обусловливают сложность получения достаточно объективных и точных комплексных оценок СП. Например, рисунок в приложении А дает представление о факторах, влияющих на работоспособность ЗУ, разделенных в соответствии с [1] на группы, которые определяют информационную и конструктивную надежность и эффективность. При объединении отдельных ЗУ в систему к этим факторам добавляется еще целый ряд, связанный со взаимодействием ЗУ между собой в составе системы памяти.

Поэтому с целью более полного учета характера функционирования и окружения СП при выборе критерия ее оценки следует рассматривать эту систему как компоненту вычислительной машины (системы), ориентируясь на назначение последней.

Любой критерий оценки должен включать основные характеристики оцениваемой системы, к которым в рассматриваемом случае относятся емкость системы памяти, среднее время обращения к ней, пропускная способность, стоимость и надежность. Ряд характеристик, например радиационная устойчивость, габариты, масса, энергопотребление, в типовых применениях могут не учитываться. Хотя, если речь идет, например о мобильных системах, последние три из названных характеристик имеют важное значение.

Емкость EСП системы памяти можно рассматривать в двух аспектах: либо как сумму объемов всех ЗУ, входящих в состав СП, либо как количество информации (программ и данных), которое можно разместить в системе. В первом случае можно говорить о технической емкости СП, во втором - об эффективной емкости. Понятно, что эффективная емкость всегда меньше технической, так как она определяется не только собственно составом СП, но и методами организации хранения данных, методами управления памятью и др. Например, можно вспомнить о файловых системах, которые накладывают ограничения снизу на место на диске, занимаемое даже самым небольшим файлом.

Среднее время обращения Tобр к СП можно определить через частоты обращений к отдельным устройствам системы и времена обращений tобрi к этим устройствам как

Tобр = Уi fi tобрi / Уi fi,

где fi есть среднее количество обращений к i-му ЗУ в единицу времени. Очевидно, что в этом случае Tобр в значительной степени зависит от относительных частот обращения к различным ЗУ, а не только от времени обращения к ним.

Средней пропускной способностью B системы памяти называют количество информации, которое можно передать в СП или извлечь из нее в единицу времени. В общем виде B можно определить, усреднив (взвешенно) пропускные способности отдельных ЗУ, входящих в состав СП.

Стоимость CСП системы памяти определяется как сумма стоимостей всех входящих в ее состав ЗУ, контроллеров и дополнительных аппаратных средств, используемых для управления памятью. Строго говоря, некоторые средства управления памятью, как и сами ЗУ, могут быть интегрированы в процессор или в системные микросхемы (микросхемы чипсета или др.). В этом случае собственно стоимость ЗУ и средств управления ими приходится определять путем сравнения с аналогичными микросхемами, обладающими другими параметрами, или приближенно.

Надежность СП определяется надежностью составляющих ее блоков. Вопросы надежности подробно рассмотрены в соответствующей литературе [1].

Все характеристики систем памяти взаимосвязаны между собой и имеют противоречивый характер. Например, уменьшение времени обращения к СП связано с использованием более быстродействующих, а следовательно, и дорогостоящих ЗУ. Увеличения пропускной способности дисковых ЗУ можно достичь, используя аппаратные или алгоритмические методы диспетчеризации, что приводит либо к росту стоимости и снижению надежности СП, либо к увеличению расходов времени на работу операционной системы.

Критерии оценки эффективности СП могут быть разделены на временные, стоимостные и интегральные. Как правило, критерии, относящиеся к первым двум группам, используются для оценки систем специализированного назначения и учитывают специфические требования.

Часто используемая в литературе форма интегрального критерия оценки системы памяти типа отношения производительность/стоимость, позволяя сравнивать различные СП, тем не менее едва ли может рассматриваться в качестве критерия, определяющего пригодность СП для конкретной ЭВМ или вычислительной системы. Например, СП, обладающая лучшим значением этого показателя, может не отвечать заданным ограничениям.

Поскольку система памяти работает не сама по себе, а входит в состав некоторой ЭВМ (или вычислительного комплекса), то выбор ее характеристик должен быть увязан с характеристиками этой ЭВМ, а также с классом задач, на решение которых она ориентируется.

Конечно, если круг решаемых задач четко определен, то оценку выбираемой памяти можно провести точнее. Но и в общем случае целесообразно руководствоваться общим соображением о необходимости сбалансировать показатели памяти и остальной системы. [8].

Более формально это соображение можно представить следующим образом.

Пусть для простоты будут рассматриваться только характеристики стоимости и производительности системы памяти (хотя вопросы надежности, функциональных возможностей, стоимости эксплуатации, конечно, также играют свои роли). Тогда в качестве критерия выбора СП можно использовать стоимость решения задач на ЭВМ, стремясь к ее минимизации, при условии соблюдения ограничений на максимально допустимое время решения и стоимость ЭВМ.

Пусть C - стоимость ЭВМ, складывающаяся из двух компонент: C1 - стоимости системы памяти и C2 - стоимости остальной части ЭВМ: процессора, системы ввода-вывода и др. При необходимости можно аналогичным образом вынести в отдельную группу любые другие компоненты.

Пусть далее t - среднее время выполнения команды для рассматриваемой ЭВМ, причем это время также считается состоящим из двух компонент и определяется следующим выражением

t = t1 n + t2,

где t1 - среднее время обращения к памяти, t2 - среднее время выполнения команды, не совмещаемое с обращением к памяти, а n - среднее количество обращений к памяти, производимых при выполнении одной команды.

Тогда время tt решения задачи, требующей выполнения N команд, составит tt = N (t1 n + t2), а стоимость Ct этого решения будет Ct = C tt k0/T, где k0 - коэффициент расходов на эксплуатацию ЭВМ, а T - срок ее службы.

Полагая далее для упрощения k0 и T одинаковыми для всех ЭВМ (что, конечно, справедливо только в рамках ЭВМ одного класса), можно установить, что стоимость решения одной и той же задачи линейно зависит от произведения C t = (C1 + C2) (t1 n + t2). Если допустить также, что произведения C1t1 и C2t2 остаются постоянными в некоторой узкой области, то при выборе системы памяти следует минимизировать сумму “перекрестных” произведений C1t2 и C2t1 n.

Эти соображения, включающие в себя ряд допущений, могут служить основой для грубой оценки параметров выбираемой системы памяти. Хотя даже и с учетом принятых упрощений, оценка значений t1, t2 и n не является простой задачей, особенно с учетом зависимости всех этих величин от класса решаемых задач.

Тем не менее общий смысл этих рассуждений в целом подтверждает и тот факт, что ЭВМ близких классов имеют и схожие параметры основных компонент См. Приложение А Факторы, определяющие работоспособность ЗУ.

1.2 Основные характеристики накопителей на магнитных дисках

Накопители на гибких магнитных дисках (НГМД) позволяют переносить документы и программы с одного компьютера на другой, хранить информацию, не используемую постоянно на компьютере, делать архивные копии программных продуктов, содержащихся на жестком диске.

Наибольшее распространение получили дискеты размером 5,25 и 3,5 дюйма, то есть 133 и 89 мм в диаметре.

Дискета -- портативный магнитный носитель информации, используемый для многократной записи и хранения данных сравнительно небольшого объема. Этот вид носителя был особенно распространён в 1970-х -- начале 1990-х годов. Вместо термина «дискета» иногда используется аббревиатура ГМД -- «гибкий магнитный диск» (соответственно, устройство для работы с дискетами называется НГМД -- «накопитель на гибких магнитных дисках»).

Обычно дискета представляет собой гибкую пластиковую пластинку, покрытую ферромагнитным слоем, отсюда английское название «floppy disk» («гибкий диск»). Эта пластинка помещается в защитную оболочку, защищающую магнитный слой от физических повреждений. Оболочка бывает гибкой или прочной. Запись и считывание дискет осуществляется с помощью специального устройства -- дисковода (флоппи-дисковода).

Дискеты обычно имеют функцию защиты от записи, посредством которой можно предоставить доступ к данным только в режиме чтения.

Первая дискета диаметром в 200 мм (8?) и ёмкостью 80 килобайт была представлена фирмой IBM в 1971. В 1981 году фирма Sony выпустила на рынок дискету диаметром 3Ѕ" (90 мм). Поздняя её версия имеет объём 1440 килобайт или 1,40 мегабайт. Именно этот тип дискеты стал стандартом и используется по сей день.

НГМД размером 5,25 дюйма чаще всего имеют емкость размером 1,2 Мбайта и 360 Кбайт. Встречаются дискеты прежних лет выпуска, имеющие меньшую емкость либо рассчитанные на использование в дисководах с одной головкой (односторонние дискеты) . Для записи и чтения дискет емкостью 1,2 Мбайта предназначены специальные накопители, которые устанавливаются на компьютерах моделей IBM PC AT, и PS/2. Существуют также специальные дисководы на 360 Кбайт. Техника записи на данных дискетах различна В дисководах емкостью 1,2 Мбайта используются головки для чтения / записи, обеспечивающие более узкую дорожку информации. С этой целью на 5,25 дюймовых дискетах применяется специальное магнитное покрытие, которое позволяет осуществлять более плотную запись. Это магнитное покрытие труднее намагнитить и размагнитить, чем обычное, поэтому такие накопители не могут быть использованы в дисководах емкостью 360 Кбайт.

В компьютерах последних лет выпуска чаще стали использовать накопители для дискет размером 3,5 дюйма (89 мм) и емкостью 0,7 и 1,44 Мбайт. Переход на их использование был в первую очередь связан с бурным развитием портативных компьютеров, в которых нельзя было использовать прежние накопители из-за больших размеров последних.

НГМД размером 3,5 дюйма заключены, в отличие от 5,25 дюймовых, заключены в жесткие пластмассовый конверт, что значительно повышает их надежность и долговечность, а также создает значительные удобства при транспортировке, хранении и использовании. В связи с этим первые из вышеперечисленных дисков вытесняют последние с компьютерного рынка, хотя они и стоят несколько дороже.

Составляющими магнитного диска размером 3,5 дюйма и емкостью 1,44 Мбайта (далее рассматривается только он) являются:

1. крышка защитная металлическая;

2. пружина для крышки металлическая;

3. конверт пластмассовый (верхняя и нижнияя стороны) ;

4. две прокладки из мягкой бумаги;

5. задвижка защиты от записи пластмассовая;

6. стабилизатор положения диска металлический;

7. сердцевина диска металлическая;

8. круглая запоминающая поверхность диска пластмассовая, покрытая магнитным слоем.

Запись и считывание информации осуществляются с помощью магнитных головок плавающего типа. Они крепятся на рычагах, которые перемещаются по радиусу дисков с помощью специального следящего привода.

В качестве материала для изготовления магнитных дисков обычно применяют алюминиевый сплав Д16МП (МП -- магнитная память) . Этот сплав немагнитный, мягкий, достаточно прочный, хорошо обрабатывается. Для уменьшения количества металлургических дефектов на поверхности диска сплав подвергают специальной очистке, например, электрофлюсовому рафинированию с продувкой инертным газом.

Торцевые поверхности магнитных дисков покрывают магнитным слоем. Гальваническое магнитное покрытие имеет толщину до 1 мкм, а ферролаковое -- до 5 мкм. Только торцевые поверхности крайних дисков не используются для хранения информации. На рабочей поверхности диска размещаются 80 дорожек, 20 секторов.

Записи и считывания информации осуществляются с помощью магнитных головок плавающего типа. Они крепятся на рычагах, которые перемещаются по радиусу диска с помощью специального следящего привода.

Плотность записи определяется величиной зазора между диском и магнитной головкой, а от стабильности зазора зависит качество записи (считывания). Для повышения плотности записи необходимо уменьшить зазор, однако при этом значительно повышаются требования к рабочей поверхности дисков. При малом зазоре и больших погрешностях в макрогеометрии поверхности имеют место значительные колебания амплитуды сигнала воспроизведения. Для надежной работы накопителя на гибких магнитных дисках необходимо обеспечить шероховатость поверхности не более Ra=0,22 мкм и минимальные макрогеометрические отклонения. Торцевое биение диска при вращении с чистотой 30 об/с не должно превышать 0,3 мм, а удельная неплоскостность 0,7 мкм на длине 10 мм.

Из-за малой ёмкости и скорости обмена данными дискета является отживающим носителем информации, поэтому производители не уделяют больше внимания повышению ее надежности, скорее наоборот. Следует запомнить, что дискета не предназначена для того, чтобы непосредственно открывать и сохранять на ней файлы (хотя это можно делать, но не рекомендуется). Дискету следует использовать только для транспортировки данных.

винчестер память информация диск

1.3 Магнитные ленты

В ЭВМ, выпускавшихся до момента появления и широкого распространения жестких дисков, накопители на магнитной ленте (НМЛ), аналогичные стримерам, использовались как основной постоянный носитель информации (ПЗУ). В дальнейшем, в мейнфреймах НМЛ стали использоваться в системах иерархического управления носителями для хранения редко используемых данных. Некоторое время они достаточно широко применялись в качестве съёмного ЗУ при переносе большого количества информации.

Широкое распространение ленточных накопителей было связано с большими ЭВМ и, в частности, мейнфреймами IBM. Начиная с представленного в 1964 году семейства IBM System/360, в фирме IBM был принят стандарт 9-дорожечной ленты с линейной записью, который впоследствии распространился также в системах других производителей и широко использовался до 1980-х годов.

В домашних персональных компьютерах 1970-х и начала 1980-х годов (вплоть до середины 1990-х) в качестве основного внешнего запоминающего устройства во многих случаях использовался обычный бытовой магнитофон или, изредка, специальные устройства на его основе с автоматическим управлением. Эта технология была недостаточно приспособлена для компьютерных нужд, зато была весьма дёшева и доступна для домашнего пользователя.

Существует два базовых метода занесения информации на магнитную ленту в стримерах:

линейная магнитная запись;

наклонно-строчная магнитная запись.

Линейная магнитная запись

При использовании данного метода записи данные записываются на ленту в виде нескольких параллельных дорожек. Лента имеет возможность двигаться в обоих направлениях. Считывающая головка во время чтения неподвижна, также как и записывающая во время записи. По достижении конца ленты считывающая/записывающая головка сдвигается на следующую дорожку, а лента начинает двигаться в противоположном направлении.Технология по сути аналогична бытовому аудиомагнитофону. Возможно применение нескольких головок, которые работают с несколькими дорожками одновременно (многодорожечный стример). В современных устройствах этот метод доминирует.

Наклонно-строчная магнитная запись

Если используется данный метод, то блок головок записи-воспроизведения (БГЗВ) размещается на вращающемся барабане, мимо которого механизм протягивает ленту, при чтении и записи. Запись при этом ведётся в одном направлении. Данный способ записи предполагает наличие коротких поперечных дорожек на поверхности ленты. Технология по сути аналогична бытовому видеомагнитофону. Наклонно-строчный метод был изобретён, чтобы добиться более высокой плотности записи, чем при линейном методе, без необходимости уменьшения зазора в головках и увеличения скорости движения ленты (однако в настоящее время эти технические ограничения преодолены и в рамках линейного метода).

В настоящее время на рынке доминируют стримеры, соответствующие линейке стандартов LTO (Linear Tape-Open).

Технология LTO была разработана в 1998 году совместно тремя крупнейшими производителями накопителей на магнитной ленте -- IBM, Hewlett-Packard и Seagate Technology. Позже ленточное подразделение Seagate Technology было приобретено компанией Quantum (англ.), занявшей таким образом одну из ведущих позиций в консорциуме LTO, и к консорциуму присоединился также ряд других фирм.

На основе технологии LTO первоначально были разработаны два формата -- Ultrium и Accelis. Формат Ultrium, с которым работают все современные устройства LTO, оптимизировался под наиболее производительную запись данных (задачи резервного копирования). Формат Accelis изначально предназначался для оптимизации под наиболее производительное чтение (задачи доступа к большим объёмам информации в ленточных библиотеках), был реализован в системе IBM Magstar MP 3570, но на реальных задачах не смог показать преимуществ перед Ultrium, и его использование было прекращено. В новейших современных устройствах (2010 год) используется технология Ultrium LTO пятого поколения (LTO-5)[1][2]. LTO-5 обеспечивает запись на одну кассету 1.5 Тбайт несжатых данных, что условно соответствует 3 Тбайт с применением аппаратного сжатия (в маркетинговых целях для поколений 1-5 предполагается средний коэффициент сжатия 2:1, для поколений 6-8 -- 2.5: стримерах LTO используются картриджи (кассеты) типа RW (англ. Read/Write -- обычная лента для чтения и записи), типа WORM (англ. Write Once, Read Many -- картриджи со специальной электронной схемой, допускающей только однократную запись и многократное чтение), а также чистящие картриджи (UCC, англ. Universal Cleaning Cartridge), совместимые со всеми устройствами, для проведения технического обслуживания стримера.

Цвета картриджей LTO Ultrium стандартизированы большинством производителей, чтобы легко визуально отличать различные поколения.

Лента внутри картриджа LTO наматывается на одну катушку, являющуюся при установке картриджа подающей. На конце ленты закреплён специальный концевик, который используется накопителем для надёжного захвата ленты и фиксации её на приёмной катушке, находящейся внутри накопителя.

Другие стандарты накопителей на магнитной ленте использовали другие способы её подачи на приёмную катушку. В 9-дорожечных накопителях мейнфреймов свободный конец ленты захватывался потоком воздуха и пневматически подавался на приёмную катушку. В картриджах DLT для захвата конца ленты используется отверстие в ленте(рис.1.1).

Рис.1.1 Магнитная лента

Основные характеристики надёжности картриджей LTO:

· Срок хранения от 15 до 30 лет.

· Приблизительно 260 полных записей ленты.

· 5000 загрузок/выгрузок картриджа[14].

На характеристики надёжности при реальном использовании значительно влияет ряд факторов:

· Регулярная запись только 50% ёмкости ленты приводит к уменьшению в 2 раза количества проходов по ленте и, таким образом, удваивает срок службы.

· LTO использует автоматическое чтение после записи для немедленной проверки только что записанных данных, но некоторые системы резервного копирования дополнительно выполняют отдельное чтение ленты для проверки записи. В таком случае количество проходов по ленте удваивается, и срок службы ленты сокращается вдвое.

Основные характеристики надёжности по данным спецификаций корпорации Imation приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Общие характеристики	Наработка на отказ	Срок службы в годах
Поколение	Физическая ёмкость	Всего дорожек	Дорожек за проход	Проходов на ленту	Всего чтений/записей полной ленты	Всего проходов	записи одной полной ленты в месяц	записи одной полной ленты в неделю
LTO-1	100 GB	384	8	48	200	9600	17	4
LTO-2	200 GB	512	8	64	250	16000	21	5
LTO-3	400 GB	704	16	44	364	16000	30	7
LTO-4	800 GB	896	16	56	200	11200	17	4
LTO-5	1.5 TB	1280	16	80	260[7]	20800	21	5

В настоящее время компаниями IBM Research и FujiFilm представлена технология, позволяющая записывать до 35 терабайт данных на ленточном картридже, сопоставимом по размерам с LTO. Открытым, однако, пока остаётся вопрос об обеспечении достаточной пропускной способности интерфейса подключения устройства и блоков самого устройства: современным устройствам LTO-5, ориентированным на подключение по интерфейсу 6 Гбит/с SAS с фактической пропускной способностью 140 Мбайт/с, потребовалось бы около 3 суток для записи 35 терабайт данных.

1.4 Характеристики жестких дисков

Накопитель на жёстких магнитных дисках, жёсткий диск или винчестер (англ. Hard Disk Drive, HDD) -- энергонезависимое, перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство. Является основным накопителем данных практически во всех современных компьютерах.

В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке воздуха, образуемой при быстром вращении дисков.

Название «винчестер» жёсткий диск получил благодаря фирме IBM, которая в 1973 выпустила жёсткий диск модели 3340, впервые объединивший в одном неразъёмном корпусе диски и считывающие головки. При его разработке инженеры использовали краткое внутреннее название «30-30», что означало два модуля (в максимальной компоновке) по 30 Мб каждый. Кеннет Хотон, руководитель проекта, по созвучию с обозначением популярного охотничьего ружья «Winchester 30-30» предложил назвать этот диск «винчестером».

В Европе и Америке название «винчестер» вышло из употребления в 1990-х годах; в российском же компьютерном сленге название «винчестер» сохранилось, сократившись до слова «винт».

Характеристики

Интерфейс -- способ, использующийся для передачи данных. Современные накопители могут использовать интерфейсы ATA (IDE, EIDE), Serial ATA, SCSI, SAS, FireWire, USB и Fibre Channel.

SATA Интерфейс SATA описан в приложении Б(Serial ATA)-популярный в последнее время интерфейс для подключения жестких дисков и прочих устройств. Он имеет несколько огромных преимущетсв перед IDE .

Во -первых ,кабель имеет маленький размер и не загромождает пространство внутри системного блока. Подключение стало гораздо проще. Во-вторых, произошло согласование производительности и разрядности шины PCI и винчестера .Это обеспечивает надежную передачу данных на высоких частотах.

Ёмкость -- количество данных, которые могут храниться накопителем. Ёмкость современных устройств может достигать до 1.5 Tб, в ПК сегодня распространены винчестеры ёмкостью 80, 120, 200, 320 Гб. В отличие от принятой в информатике системе приставок, обозначающих кратную 1024 величину (кило=1024), производителями при обозначении ёмкости жёстких дисков используются кратные 1000 величины. Так, напр., «настоящая» ёмкость жёсткого диска, маркированного как «200 Гб», составляет 186,2 Гб.

Физический размер -- почти все современные накопители для персональных компьютеров и серверов имеют размер либо 3,5, либо 2,5 дюйма. Последние чаще применяются в ноутбуках.

Скорость вращения шпинделя -- количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и скорость передачи данных. В настоящее время выпускаются винчестеры со следующими стандартными скоростями вращения: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки), 7200 и 10000 (персональные компьютеры), 10000 и 15000 об./мин. (серверы и высокопроизводительные рабочие станции).

Производители

Большая часть всех винчестеров производятся всего несколькими компаниями: Seagate, Western Digital, Samsung, а также ранее принадлежавшим IBM подразделением по производству дисков фирмы Hitachi. Fujitsu продолжает выпускать жёсткие диски для ноутбуков и SCSI-диски, но покинула массовый рынок в 2001 году. Toshiba является основным производителем 2,5- и 1,8-дюймовых ЖД для ноутбуков. Одним из лидеров в производстве дисков являлась компания Maxtor, хорошо известная своими «умными» алгоритмами кэширования. В 2006 году состоялось слияние Seagate и Maxtor.

Жёсткие диски, по сравнению с основной памятью являются энергонезависимыми -- хранящиеся на них данные остаются даже при отключении питания. Именно поэтому, в спектре устройств хранения жёсткие диски занимают особое место. Их энергонезависимая природа делает их идеальными для хранения программ и данных, предназначенных для долговременного использования. Ещё одно уникальное свойство жёстких дисков, отличающее их от ОЗУ и кэш-памяти, заключается в том, что программы не могут выполняться непосредственно на жёстком диске, сначала они должны быть загружены в ОЗУ.

Также они отличаются от кэша и ОЗУ скоростью записи и чтения данных; жёсткие диски как минимум на порядок медленнее электронных технологий, используемых в кэш-памяти и ОЗУ. Такая разница в скорости объясняется в основном их электромеханической природой. Каждая передача данных с жёсткого диска или на жёсткий диск состоит из четырёх этапов. Ниже перечислены эти этапы, а также показано, сколько времени в среднем их выполняет типичный высокопроизводительный диск:

· Перемещение головок (5,5 миллисекунд)

· Вращение диска (0,1 миллисекунды)

· Чтение/запись данных (0,00014 миллисекунд)

· Передача данных электронике диска (0,003 миллисекунд).

Твердый диск (либо как его еще именуют - винчестер, HDD) является одним из самых трудных приборов в современном персональном компьютере. На жестком диске сберегаются большие объемы данных, которые передаются с большой скоростью. Жесткий диск состоит из механических и электронных частей См. Приложение А Рис.1. Структура диска.

Основные основы работы твердых дисков фактически не изменились с этапа его изобретения. Приспособление жесткого диска напоминает обыденный проигрыватель грампластинок. Только внутри корпуса быть может несколько пластинок, имеющих совместную ось, и головки могут считывать данные сходу с обеих сторон любой пластинки. Скорость вращения пластинок постоянна и является одной из главных черт жесткого диска. Головка перемещается вдоль пластинки на некотором фиксированном расстоянии от плоскости. Чем меньше это расстояние, тем больше точность считывания данных, и тем больше быть может плотность записи данных.

1.5 Принцип работы жесткого диска

Твердый диск (либо как его еще именуют - винчестер, HDD) является одним из самых трудных приборов в современном персональном компе. На жестком диске сберегаются большие объемы данных, которые передаются с большой скоростью. Жесткий диск состоит из механических и электронных частей.

Основные основы работы твердых дисков фактически не изменились с этапа его изобретения. Приспособление жесткого диска напоминает обыденный проигрыватель грампластинок. Только внутри корпуса быть может несколько пластинок, имеющих совместную ось, и головки могут считывать данные сходу с обеих сторон любой пластинки. Скорость вращения пластинок постоянна и является одной из главных черт жесткого диска. Головка перемещается вдоль пластинки на некотором фиксированном расстоянии от плоскости. Чем меньше это расстояние, тем больше точность считывания данных, и тем больше быть может плотность записи данных См. Приложение Б. Рис.1. Алгоритм обращения жесткого диска.

Ежели посмотреть на твердый диск, то можно узреть лишь прочный металлический корпус, полностью непроницаемый и защищающий диск от пыли. Корпус экранирует твердый диск от электромагнитных помех. Внутри корпуса присутствуют все механизмы и некие электронные узлы. Механизмы - это сами диски, на каковых хранятся данные, головки, которые записывают и считывают данные с дисков, также движки, приводящие все это в перемещение. Диск есть круглую пластинку с совсем ровной поверхностью почаще из алюминия, реже - из керамики либо стекла, покрытую узеньким ферромагнитным слоем.

Количество дисков быть может различным (от 1 до 5), количество трудящихся плоскостей, в соответствии с этим, в два раза больше (по 2 на любом диске).

Магнитные головки считывают и записывают данные на диски. Принцип записи в целом смахивает на тот, который употребляется в обычном магнитофоне. Цифровые данные преобразуется в переменный электрический ток, поступающий на магнитную головку, а потом передается на магнитный диск, но уже в виде магнитного поля, каковое диск может воспринять и дать понять. Магнитное покрытие диска представляет собой множество маленьких областей самопроизвольной намагниченности. Для наглядности представьте себе, что диск покрыт слоем совсем маленьких стрелок от компаса, нацеленных в разные стороны. Такие частицы-стрелки называются доменами. Под воздействием наружного магнитного поля личные магнитные поля доменов определяются в согласовании с его направлением. После остановки деяния наружного поля на поверхности диска образуются зоны остаточной намагниченности. Следовательно сберегается записанная на диск информация. Участки остаточной намагниченности, оказавшись при вращении диска наоборот промежутка магнитной головки, наводят в ней электродвижущую мощь, изменяющуюся в зависимости от величины намагниченности. Пакет дисков, смонтированный на оси-шпинделе, приводится в движение особенным движком, расположенным под ним. Скорость вращения дисков, традиционно, составляет 7200 об./мин.

Головки жесткого диска передвигаются при помощи прецизионного шагового мотора, они как бы плывут на расстоянии в доли микрона от поверхности диска, не касаясь его. На поверхности дисков в итоге записи данных образуются намагниченные участки, в форме концентрических окружностей. Они именуются магнитными дорожками. Перемещаясь, головки останавливаются над каждой следующей дорожкой. Совокупность дорожек, находящихся приятель под ином на всех поверхностях, называют цилиндром. Все головки накопителя передвигаются сходу, осуществляя доступ к похожим цилиндрам с похожими номерами Структура жесткого диска представлена в Приложении Б.

В компьютере предусмотрена возможность с помощью специальной системной программы условно разбивать один диск на несколько. Такие диски, которые не существуют как отдельное физическое устройство, а представляют лишь часть одного физического диска, называются логическими дисками. Логическим дискам присваиваются имена, в качестве которых используются буквы латинского алфавита [С:], [D:], [Е:], [F:] и т. д.

2. Оптические диски

2.1 Классификация компакт-дисков

Компакт-диск (англ. Compact Disc) -- оптический носитель информации в виде пластикового диска с отверстием в центре, процесс записи/считывания информации на/c который осуществляется при помощи лазера.

Изначально компакт-диск был создан для хранения аудиозаписей в цифровом виде (известен как CD-Audio), однако в дальнейшем стал широко использоваться как носитель для хранения любых данных (файлов) в двоичном виде

В дальнейшем появились компакт-диски не только с возможностью чтения однократно занесённой на них информации, но и с возможностью их записи и перезаписи (CD-R, CD-RW).

Цифровая информация представляется на CD чередованием впадин (не отражающих пятен) и отражающих свет островков. Компакт-диск имеет всего одну физическую дорожку в форме непрерывной спирали, идущей от наружного диаметра диска к внутреннему. Считывание информации с компакт-диска происходит при помощи лазерного луча, который, попадая на отражающий свет островок, отклоняется на фотодетектор, интерпретирующий это как двоичную единицу. Луч лазера, попадающий во впадину, рассеивается и поглощается: фотодетектор фиксирует двоичный ноль.

Скорость передачи данных для привода определяется скоростью вращения диска. Обычно она указывается в сравнении со стандартом Audio CD, для которого скорость считывания данных составляет порядка 150 Кбайт/с. Т.е. CDx2 означает, что скорость обмена данными с таким диском вдвое больше, чем 150 Kбайт/с. Максимальная скорость вращения CD диска превышает скорость чтения Audio CD в 52 раза. 52х150 Kбайт/с=7800 Kбайт/с.

В настоящее время массовому пользователю стали доступны приводы с возможностью однократной записи (CD-R) и перезаписи (CD-RW) информации. Благодаря невысокой цене носителей для однократной записи, эти устройства стали широко применяться для архивирования данных, резервного копирования, хранения больших объемов информации и т. п.

Для однократной записи применяют диски, называемые «золотыми» по цвету наиболее распространенного покрытия. Под покрытием находится отражающая поверхность, сделанная из тончайшей золотой пленки. При записи луч лазера с длиной волны 780 нм (как и при чтении, но с большей в 10 раз мощностью) «прожигает» эту пленку, так что прозрачность слоя изменяется, формируя последовательность нулей и единиц. Очевидно, что однажды записанный диск уже невозможно перезаписать. Золото в качестве подложки применяется потому, что оно имеет максимальную отражательную способность.

Носители на CD с однократной записью обладают очень высокой надежностью. Важным достоинством CD-R дисков является возможность их чтения на любом приводе CD-ROM.

Технология перезаписываемых компакт-дисков CD-RW позволяет не только записывать, но и стирать информацию. Она основана на записи с изменением фазы, заключающейся в переходах рабочего слоя диска под действием луча лазера в кристаллическое или аморфное состояние с разной отражательной способностью. Выглядят носители CD-RW подобно CD-R, но их покрытие обычно имеет темно-серый цвет. Недостатком CD-RW является тот факт, что диски CD-RW могут считываться только на новых (как правило, не хуже 16-скоростных) устройствах CD-ROM, поддерживающих технологию MultiRead. Дело в том, что считывающий лазер для CD-RW должен иметь другую длину волны, так как при 780 нм отраженный сигнал слишком слаб. Максимальное число циклов чтения-записи не превышает десятков тысяч.

Существует множество стандартов и форматов компакт-дисков - в зависимости от назначения и производителей, например: Audio CD (CD-DA), CD-ROM (ISO 9660, mode 1 & mode 2), Mixed-mode CD, CD-ROM XA (CD-ROM eXtended Architecture, mode 2, form 1 & form 2), Video CD, CD-I (CD-Interactive), СD-I-Ready, CD-Bridge, Photo CD (single & multi-session), Karaoke CD, CD-G, CD-Extra, I-Trax, Enhanced CD (CD Plus), Multi-session CD, CD-Text, CD-WO (Write-Once). Полное описание их займет слишком много места, и это не является целью написания данной работы.

Поверхность диска разделена на области:

- PCA (Power Calibration Area) - Используется для настройки мощности лазера записывающим устройством. 100 элементов.

- PMA (Program Memory Area) - Сюда временно записываются координаты начала и конца каждого трека при извлечении диска из записывающего устройства без закрытия сессии. 100 элементов.

- Вводная область (Lead-in Area) - кольцо шириной 4 мм (диаметр 46-50 мм) ближе к центру диска (до 4500 секторов, 1 минута, 9 MB). Состоит из 1 дорожки (Lead-in Track). Содержит TOC (абсолютные временные адреса дорожек и начала выводной области, точность - 1 секунда).

- Область данных (program area, user data area).

- Выводная область (Lead-out) - кольцо 116-117 мм (6750 секторов, 1.5 минуты, 13.5 MB). Состоит из 1 дорожки (Lead-out Track).

Каждый байт данных (8 бит) кодируется 14-битным символом на носителе (кодировка EFM). Символы отделяются 3-битными промежутками, выбираемыми так, чтобы на носителе не было более 10 нулей подряд.

Из 24 байтов данных (192 бита) формируется кадр (F1-frame), 588 битов носителя, не считая промежутков:

- синхронизация (24 бита носителя)

- символ субкода (биты субканалов P, Q, R, S, T, U, V, W)

- 12 символов данных

- 4 символа контрольного кода

При декодировании могут использоваться различные стратегии обнаружения и исправления групповых ошибок (вероятность обнаружения против надежности коррекции).

Последовательность секторов одного формата объединяется в дорожку (трек) от 300 секторов до всего диска.

2.2 Форматы CD

Следует рассмотреть основные форматы, образуемые на CD за счет использования различных секто-ров, дорожек, стандартов.

Самый старый формат - CD-DA - аудиодиск: единственный сеанс, следовательно, одна заголовочная и одна финальная область, между которыми находятся только дорожки первого типа.

Следующий по времени - CD-ROM: также единственный сеанс, одна заголовочная область и одна финальная. Между ними находятся дорожки второго типа (формально могут быть и дорожки третьего типа, но на практике они не используются). Этот формат читается любым CD-ROM-накопителем, в том числе и старыми, не различающими несколько сеансов.

Смешанный диск (Mixed Mode) содержит в единственном сеансе дорожки CD-DA и CD-ROM. Обычный накопитель должен отключать воспроизведение звука, обнаруживая дорожку CD-ROM.

Более современный вариант диска для multimedia-приложений, использующих звук и видео в реальном времени - CD-ROM XA. Его дорожки данных могут содержать сектора различных форм для хранения данных и сжатых аудио- видеопоследовательностей.

CD-I (или Зеленый диск). По типу секторов - такой же как CD-ROM XA, однако отличается организацией работы с ним (в частности TOC). Работает на соответствующих ему накопителях.

CD-I Ready тип 1 - специальная разновидность диска CD-DA, на первой дорожке которого перед первым фрагментом сохраняется дополнительная информация в расширенной преамбуле. Аудио-проигрыватель не должен "замечать" эту информацию (он должен воспринимать ее как обычные 2 секунды тишины перед фрагментом). Однако, не все старые проигрыватели могут позиционироваться по оглавлению.

CD-I Ready тип 2 предлагается для устранения неприятностей, характерных для работы старых типов проигрывателей с дисками предыдущего типа. В нем используется неспособность этих накопителей увидеть второй сеанс (на этом диске два сеанса: первый - обычный аудио, второй - CD-I).

Для работы одновременно на накопителях CD-ROM XA и CD-I используется так называемый переходной диск CD (CD-Bridge). Это односеансовый диск, у которого первая дорожка CD-I, а остальные CD-ROM. Использование его базируется на разных позициях описания начала данных в накопителях CD-ROM XA и CD-I. К этому типу дисков относится Photo-CD.

Video CD - компакт-диски, использующие сектора пятого типа (вторая форма) и соответствующие Белой книге - относительно молодому стандарту (1993 год), определяющему способ хранения видеоинформации с быстрым интерактивным доступом. Предполагается, что Зеленая книга будет доработана для соответствия дискам Белой книги.

Многосеансовые (multisession) диски могут состоять из сеансов только CD-ROM или только CD-Bridge и при этом быть как окончательно завершенными, так и допускающими запись дополнительных сеансов.

Заметим, что запись сеанса подразумевает кроме записи полезной информации еще и запись заголовочной (включая TOC) и финальной областей. Суммарный объем этих областей около 20 МБ, поэтому:

запись мелких сеансов приводит к непроизводительному расходованию емкости диска;

невозможно "дописать" диск, если на нем осталось свободным менее 20 МБ.

2.3 DVD

DVD (Digital Versatile Disc, цифровой многоцелевой, или универсальный, диск) -- это оптические диски большой емкости, которые применяются для хранения полнометражных фильмов, музыки высокого качества, компьютерных программ.

Существует несколько вариантов DVD, отличающихся по емкости: односторонние и двухсторонние, однослойные и двухслойные.

Односторонние однослойные DVD имеют емкость 4,7 Гбайт информации, двухслойные -- 8,5 Гбайт; двухсторонние однослойные вмещают 9,4 Гбайт, двухслойные -- 17 Гбайт.

Луч лазера в обычном приводе CD-ROM имеет длину волны 780 нм, а в устройствах DVD -- от 635 нм до 650 нм, благодаря чему плотность записи DVD существенно выше.

Разработчики DVD ориентировались, прежде всего, на возможность записи целого видеофильма с качеством MPEG-2 на один диск, поэтому средняя скорость считывания видеоинформации составляет 4,692 Мбит/с (примерно 600 Кбайт/с), из которых собственно видео считывается со скоростью 3,5 Мбит/с, аудиопоток на трех языках в шестиканальном стандарте Dolby Surround -- со скоростью 1,16 Мбит/с, а субтитры на 4 языках (из 32 возможных) -- со скоростью 40 Кбит/с. Эта скорость в DVD принята за однократную (1x). Умножив скорость 1x потока на стандартную продолжительность фильма (133 минуты), получаем минимальный объем DVD -- 4,7 Гбайт.

Помимо чтения данных с DVD со скоростью порядка 1,2 Мбайт/с, накопители DVD способны читать обычные CD-ROM со скоростью, примерно соответствующей 8-10-скоростным приводам CD-ROM.

В настоящее время уже массово эксплуатируются устройства DVD, позволяющие записывать и перезаписывать данные.

DVD может существовать в нескольких модификациях. Самая простая из них отличается от обычного диска только тем, что отражающий слой расположен не на составляющем почти полную толщину (1,2 мм) слое поликарбоната, а на слое половинной толщины (0,6 мм). Вторая половина - это плоский верхний слой. Емкость такого диска достигает 4,7 ГБ и обеспечивает более двух часов видео телевизионного качества (компрессия MPEG-2). Кроме того, без особого труда на диске могут дополнительно сохраняться высококачественный стереозвук (на нескольких языках!) и титры (также многоязычные). Если оба слоя несут информацию (в этом случае нижнее отражающее покрытие полупрозрачное), то суммарная емкость составляет 8,5 ГБ (некоторое уменьшение емкости каждого слоя вызывается необходимостью сократить взаимные помехи при считывании дальнего слоя). Toshiba и Time Warner предлагают использовать также двухсторонний двухслойный диск. В этом случае его емкость составит 17 Гбайт. Значительное увеличение объема информации на DVD диске достигается повышенной плотности записи информации. За счет перевода считывающего лазера из инфракрасного диапазона (длина волны 780 нм) в красный (с длиной волны 650 нм или 635 нм) и увеличения числовой аппаратуры объектива до 0,6 (против 0,45 в CD). Достигается это всё более чем двух кратным уплотнением дорожек и укорочением длины питов (отражающих выступов/впадин). Модифицированная архитектура ПК направляет данные с накопителя DVD на декодер, минуя системную шину. Однако, не следует особо обольщаться - увеличивается на порядок также и объем данных, которых нам хотелось бы прочитать без ошибок. Кроме того, резкое уменьшение отдельных элементов на отражающей поверхности неизбежно приведет к увеличению количества случайных сбоев при чтении.