Назначение внешней памяти персонального компьютера. Носители информации (гибкие и жесткие магнитные диски, CD)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Назначение внешней памяти персонального компьютера. Носители информации (гибкие и жесткие магнитные диски, CD)

внешняя память носитель жесткий диск

В тот самый момент, когда первый компьютер впервые обработал несколько байт данных моментально встал вопрос: где и как хранить полученные результаты? Как сохранять результаты вычислений, текстовые и графические образы, произвольные наборы данных?

Вопрос этот корнями своими уходит в глубокую древность. Информация была всегда, независимо от того воспринималась она человеком или нет.

Поначалу, для хранения и накопления информации, человек использовал свою память - он попросту запоминал полученную информацию и помнил ее какое то время.

С появлением огромного количества информации, был изобретен компьютер - устройство для получения, накопления, хранения, обработки, передачи и распространения информации.

А как только он был изобретен, сразу встал вопрос, заданный в самом начале, как компьютер будет хранить эту информацию. Очевидно, что ни один из выше перечисленных способов не годился. Пришлось изобретать что-то новое.

Прежде всего, должно быть устройство, с помощью которого компьютер будет запоминать информацию, затем требуется носитель информации, на котором ее можно будет переносить с места на место, причем другой компьютер должен также легко прочитать эту информацию.

Хpанение инфоpмации в памяти ЭВМ - одна из основных функций компьютеpа.

Накопитель на гибких магнитных дисках (НГМД - дисковод)

Накопитель на гибких магнитных дисках (НГМД - дисковод): сравнительное новое устройство хранения информации. 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.

Это устройство использует в качестве носителя информации гибкие магнитные диски - дискеты, которые могут быть 5-ти или 3-х дюймовыми. Дискета - это магнитный диск вроде пластинки, помещенный в картонный конверт. В зависимости от размера дискеты изменяется ее емкость в байтах. Если на стандартную дискету размером 5'25 дюйма помещается до 720 Кбайт информации, то на дискету 3'5 дюйма уже 1,44 Мбайта. Дискеты универсальны, подходят на любой компьютер того же класса оснащенный дисководом, могут служить для хранения, накопления, распространения и обработки информации. Дисковод - устройство параллельного доступа, поэтому все файлы одинаково легко доступны. Сейчас дискеты применяются в основном для резервирования небольших объемов данных и для распространения информации. Дискеты размером 5'25 дюйма морально устарели и используются редко. НГМД размером 3,5 дюйма заключены, в отличие от 5,25 дюймовых, в жесткий 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 нижняя 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.

К недостаткам относятся маленькая емкость, что делает практически невозможным долгосрочное хранение больших объемов информации, и не очень высокая надежность самих дискет.

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.

Выполнение этих требований представляет значительные трудности.

Основными этапами технологического процесса изготовления магнитного диска являются получение заготовки, подготовка поверхности, терморихтование, токарная обработка, нанесения магнитного покрытия, уравновешивание, контроль.

Заготовку дисков получают из листового материала. Резку листов на карточки размером 100х100 мм осуществляют на ножницах с наклонными ножами и прижимом материала. Из карточек вырубкой на штампе или на токарном станке получают диски.

После каждого испытания диски подвергают визуальному осмотру с проверкой параметров считываемой информации.

Взаимозаменяемость выбранных НГМД проверяют на нескольких накопителях, на которые последовательно устанавливают один и тот же диск. При этом информация, записанная на дискетах, должна без сбоев воспроизводиться на всех накопителях.

Иногда после проведения всех вышеперечисленных операций по сборке и проверке дисков некоторые фирмы в качестве дополнительной услуги также форматируют накопители на гибких магнитных дисках, то есть разбивают их на дорожки и сектора, чтобы освободить от этой процедуры пользователя, однако последнее не обязательно, так как требования к форматированию у различных пользователей часто разнятся, поэтому солидные компании предпочитают предоставлять выбор способа форматирования покупателю, а не проводят его заранее.

Накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД - винчестер)

Накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД - винчестер): является логическим продолжением развития технологии магнитного хранения информации. Появились несколько лет назад и уже завоевали огромную популярность благодаря своим многочисленным достоинствам:

- чрезвычайно большая емкость;- простота и надежность использования;- возможность обращаться к тысячам файлов одновременно; - высокая скорость доступа к данным.

Из недостатков можно выделить лишь отсутствие съемных носителей информации, все данные записаны внутри винчестера на жестких магнитных дисках. (В настоящее время используются внешние винчестеры и системы резервного копирования с дисками по типу дискет). Емкости современных винчестеров поистине устрашающи: еще пять лет назад винчестер емкостью 100 Мбайт казался недостижимым идеалом, пределом заветных мечтаний - казалось, что, и половины его пространства хватит на много лет работы. Но прошло пять лет, и такие винчестеры уже даже не выпускаются как морально устаревшие. Им на смену пришли новые, более быстрые, более вместительные аппараты. Винчестеры емкостью 850 Мб, 1.6, 2.1, 3.5, 4.3 Гигабайт давно ни кого не удивляют. А ведь существуют винчестеры в 1000 раз более емкие - речь идет о Терабайтах информации. Одного такого винчестера хватило бы чтобы записать всю историю Древнего Мира.

Накопители на жестких дисках объединяют в одном корпусе носитель (носители) и устройство чтения/записи, а также, нередко, и интерфейсную часть, называемую собственно контроллером жесткого диска. Типичной конструкцией жесткого диска является исполнение в виде одного устройства - камеры, внутри которой находится один или более дисковых носителей насажанных на один шпиндель и блок головок чтения/записи с их общим приводящим механизмом. Обычно, рядом с камерой носителей и головок располагаются схемы управления головками, дисками и, часто, интерфейсная часть и/или контроллер. На интерфейсной карте устройства располагается собственно интерфейс дискового устройства, а контроллер с его интерфейсом располагается на самом устройстве. С интерфейсным адаптером схемы накопителя соединяются при помощи комплекта шлейфов.

Информация заносится на концентрические дорожки, равномерно распределенные по всему носителю. В случае большего, чем один диск, числа носителей все дорожки, находящиеся одна под другой, называются цилиндром. Операции чтения/записи производятся подряд над всеми дорожками цилиндра, после чего головки перемещаются на новую позицию.

Герметичная камера предохраняет носители не только от проникновения механических частиц пыли, но и от воздействия электромагнитных полей. Необходимо заметить, что камера не является абсолютно герметичной т.к. соединяется с окружающей атмосферой при помощи специального фильтра, уравнивающего давление внутри и снаружи камеры. Однако, воздух внутри камеры максимально очищен от пыли, т.к. малейшие частички могут привести к порче магнитного покрытия дисков и потере данных и работоспособности устройства.

Диски вращаются постоянно, а скорость вращения носителей довольно высокая (от 4500 до 10000 об/мин) , что обеспечивает высокую скорость чтения/записи. По величине диаметра носителя чаще других производятся 5.25,3.14,2.3 дюймовые диски. На диаметр носителей несменных жестких дисков не накладывается никакого ограничения со стороны совместимости и переносимости носителя, за исключением форм-факторов корпуса ПК, поэтому, производители выбирают его согласно собственным соображениям.

В настоящее время, для позиционирования головок чтения/записи, наиболее часто, применяются шаговые и линейные двигатели механизмов позиционирования и механизмы перемещения головок в целом.

В системах с шаговым механизмом и двигателем головки перемещаются на определенную величину, соответствующую расстоянию между дорожками. Дискретность шагов зависит либо от характеристик шагового двигателя, либо задается серво-метками на диске, которые могут иметь магнитную или оптическую природу. Для считывания магнитных меток используется дополнительная серво головка, а для считывания оптических - специальные оптические датчики.

В системах с линейным приводом головки перемещаются электромагнитом, а для определения необходимого положения служат специальные сервисные сигналы, записанные на носитель при его производстве и считываемые при позиционировании головок. Во многих устройствах для серво-сигналов используется целая поверхность и специальная головка или оптический датчик. Такой способ организации серво-данных носит название выделенная запись серво-сигналов. Если серво-сигналы записываются на те же дорожки, что и данные и для них выделяется специальный серво-сектор, а чтение производится теми же головками, что и чтение данных, то такой механизм называется встроенная запись серво-сигналов. Выделенная запись обеспечивает более высокое быстродействие, а встроенная - повышает емкость устройства.

Линейные приводы перемещают головки значительно быстрее, чем шаговые, кроме того они позволяют производить небольшие радиальные перемещения "внутри" дорожки, давая возможность отследить центр окружности серводорожки. Этим достигается положение головки, наилучшее для считывания с каждой дорожки, что значительно повышает достоверность считываемых данных и исключает необходимость временных затрат на процедуры коррекции. Как правило, все устройства с линейным приводом имеют автоматический механизм парковки головок чтения/записи при отключении питания устройства.

Парковкой головок называют процесс их перемещения в безопасное положение. Это - так называемое "парковочное" положение головок в той области дисков где ложатся головки. Там, обычно, не записано никакой информации, кроме серво - это специальная "посадочная зона" (Landing Zone) . Для фиксации привода головок в этом положении в большинстве ЖД используется маленький постоянный магнит, когда головки принимают парковочное положение - этот магнит соприкасается с основанием корпуса и удерживает позиционер головок от ненужных колебаний. При запуске накопителя схема управления линейным двигателем "отрывает" фиксатор, подавая на двигатель, позиционирующий головки, усиленный импульс тока. В ряде накопителей используются и другие способы фиксации - основанные, например, на воздушном потоке, создаваемом вращением дисков. В запаркованном состоянии накопитель можно транспортировать при достаточно плохих физических условиях (вибрация, удары, сотрясения), т.к. нет опасности повреждения поверхности носителя головками. В настоящее время на всех современных устройствах парковка головок накопителей производится автоматически внутренними схемами контроллера при отключении питания и не требует для этого никаких дополнительных программных операций, как это было с первыми моделями.

Во время работы все механические части накопителя подвергаются тепловому расширению, и расстояния между дорожками, осями шпинделя и позиционером головок чтения/записи меняется. В общем случае это никак не влияет на работу накопителя, поскольку для стабилизации используются обратные связи, однако некоторые модели время от времени выполняют рекалибровку привода головок, сопровождаемую характерным звуком, напоминающим звук при первичном старте, подстраивая систему к изменившимся расстояниям.

Плата электроники современного накопителя на жестких магнитных дисках представляет собой самостоятельный микрокомпьютер с собственным процессором, памятью, устройствами ввода/вывода и прочими традиционными атрибутами присущими компьютеру. На плате могут располагаться множество переключателей и перемычек, однако не все из них предназначены для использования пользователем. Как правило, руководства пользователя описывают назначение только перемычек, связанных с выбором логического адреса устройства и режима его работы, а для накопителей с интерфейсом SCSI - и перемычки, отвечающие за управление резисторной сборкой (стабилизирующей нагрузкой в цепи).

Основные физические и логические параметры ЖД

Все накопители так или иначе соответствуют стандартам, определяемым либо независимыми комитетами и группами стандартизации, либо самими производителями. Среди множества технических характеристик отличающих одну модель от другой можно выделить некоторые, наиболее важные с точки зрения пользователей и производителей, которые так или иначе используются при сравнении накопителей различных производителей и выборе устройства.

Диаметр дисков (disk diameter) - параметр довольно свободный от каких-либо стандартов, ограничиваемый лишь форм-факторами корпусов системных блоков. Наиболее распространены накопители с диаметром дисков 2.2,2.3,3.14 и 5.25 дюймов. Диаметр дисков определяет плотность записи на дюйм магнитного покрытия. Накопители большего диаметра содержат большее число дорожек, и в них, как правило используются более простые технологии изготовления носителей, предназначенных для меньшей плотности записи. Они, как правило, медленнее своих меньших собратьев и имеют меньшее число дисков, но более надежны. Накопители с меньшим диаметром больших объемов имеют более высокотехнологичные поверхности и высокие плотности записи информации, а также, как правило, и большее число дисков.

Средняя потребляемая мощность (capacity) . При сборке мощных настольных компьютеров учитывается мощность, потребляемая всеми его устройствами. Современные накопители на ЖД потребляют от 5 до 15 Ватт, что является достаточно приемлемым, хотя, при всех остальных равных условиях, накопители с меньшей потребляемой мощностью выглядят более привлекательно. Это относится не только к экономии электроэнергии, но и надежности, т.к. более мощные накопители рассеивают избыток энергии в виде тепла и сильно нагреваются. А, как известно, проблемы, связанные с изменением свойств магнитных носителей напрямую зависят от их температуры и коэффициента расширения/сжатия материала.

Уровень шума (noise level) , разумеется, является эргономическим показателем. Однако, он также, является и некоторым показателем сбалансированности механической конструкции, т.к. шум в виде треска - есть не что иное, как звук ударов позиционера шагового или линейного механизма, а, даже микро- удары и вибрация так не желательны для накопителей и приводят к более быстрому их износу.

Среднее время наработки на отказ (MTBF) - определяет, сколько времени способен проработать накопитель без сбоев. К сожалению, точные оценки надежности производителями не афишируются. Они приводят обычно среднюю условную наработку на отказ в сотнях тысяч часов работы, что является расчетной статистической величиной. К тому же, производители используют для ее определения различные расчетные методики, поэтому сравнивать наработку на отказ, приводимую в спецификациях продукции разных компаний, нужно с особой осторожностью.

Сопротивляемость ударам (G-shock rating) - определяет степень сопротивляемости накопителя ударам и резким изменениям давления, измеряется в единицах допустимой перегрузки g во включенном и выключенном состоянии. Является важным показателем для настольных и мобильных систем.

Физический и логический объем накопителей

Носители жестких дисков, в отличие от гибких, имеют постоянное число дорожек и секторов, изменить которое невозможно. Эти числа определяются типом модели и производителем устройства. Поэтому, физический объем жестких дисков определен изначально и состоит из объема, занятого служебной информацией (разметка диска на дорожки и сектора) и объема, доступного пользовательским данным. Физический объем жесткого диска, также, зависит от типа интерфейса, метода кодирования данных, используемого физического формата и др. Производители накопителей указывают объемы дисков в миллионах байт, предполагая, исходя из десятичной системы исчисления, что в одном мегабайте 1000000 байт. Однако, ПО оперирует не десятичной, а двоичной системами, полагая, что в одном килобайте не 1000 байт, а 1024. Такие несложные разногласия в системах исчисления приводят к несоответствиям при оценке объема накопителей, данном в описании и - выдаваемом различными программными тестами.

Одним из возможных, но не желательных способов повышения физической емкости, для производителей, является увеличение емкости сектора. В настоящее время, стандартной емкостью сектора для IBM-совместимых компьютеров является 512 байт. Многие адаптеры позволяют, в процессе физического форматирования, программным путем, изменять емкость сектора, например, до 1024 байт. При этом соотношение пользовательских данных и служебной информации для сектора улучшается, но снижается надежность хранения данных, т.к. тот же полином ECC будет использоваться для коррекции большего объема данных. Однако, выигрыш на физическом уровне еще не означает тот же результат на логическом, т.к. логическая структура диска может оказаться не эффективной, например, при использовании для работы с файлами малой длинны (менее 1 К) . Логический же объем зависит от того, как операционная система или программа записывает информацию в сектора. В случае использования программ и операционных систем с программной компрессией данных, можно повысить объем носителя на величину, зависящую от степени сжатия данных.

Для оптимального использования поверхности дисков применяется так называемая зонная запись (Zoned Bit Recording - ZBR) , принцип которой состоит в том, что на внешних дорожках, имеющих большую длину (а, следовательно - и потенциальную информационную емкость на единицу площади), информация записывается с большей плотностью, чем на внутренних. Таких зон с постоянной плотностью записи в пределах всей поверхности образуется до десятка и более; соответственно, скорость чтения и записи на внешних зонах выше, чем на внутренних. Благодаря этому файлы, расположенные на дорожках с большим диаметром, в целом будут обрабатываться быстрее файлов, расположенных на дорожках с меньшим диаметром, т.к. для них будет производится меньшее число позиционирований с дорожки на дорожку.

В ЖД последнего поколения используются технологии PRML (Partial Response, Maximum Likelihood - максимальное правдоподобие при неполном отклике) и S. M. A. R. T. (Self Monitoring Analysis and Report Technology - технология самостоятельного слежения анализа и отчетности). Первая разработана по причине того, что при существующих плотностях записи уже невозможно четко и однозначно считывать сигнал с поверхности диска - уровень помех и искажений очень велик. Вместо прямого преобразования сигнала используется его сравнение с набором образцов, и на основании максимальной похожести (правдоподобия) делается заключение о приеме того или иного машинного слова.

Накопитель, в котором реализована технология S. M. A. R. T., ведет статистику своих рабочих параметров (количество стартов/остановок и наработанных часов, время разгона шпинделя, обнаруженные/исправленные физические ошибки и т.п.), которая регулярно сохраняется в перепрограммируемом ПЗУ или служебных зонах диска. Эта информация накапливается в течение всего периода эксплуатации и может быть в любой момент затребована программами анализа. По ней можно судить о состоянии механики, условиях эксплуатации или примерной вероятности выхода из строя.

Устройство чтения компакт-дисков (CD-ROM)

Устройство чтения компакт-дисков (CD-ROM): появились несколько лет назад и уже широко распространились. В этих устройствах используется принцип считывания сфокусированным лазерным лучом бороздок на металлизированном несущем слое компакт-диска. Этот принцип позволяет достичь высокой плотности записи информации, а следовательно и большой емкости при минимальных размерах. Компакт-диск является идеальным средством хранения информации - дешев до смешного, практически не подвержен каким-либо влияниям среды, информация записанная на нем не исказится и не сотрется, пока диск не будет уничтожен физически, имеет емкость 650 Мбайт, сравнимую с неплохим винчестером при этом его производство несравнимо дешевле и проще, при размерах с 5-ти дюймовую дискету вмещает информации в 900 раз больше, чем дискета.

Имеет только один недостаток - на компакт-диск нельзя записывать информацию. Данные на него записываются либо в процессе производства, либо потом, пользователем (устройство CD-R), но только единожды.

Область применения МО дисков определяется его высокими характеристиками по надежности, объему и сменяемости. МО диск необходим для задач, требующих большого дискового объема, это такие задачи, как САПР, обработка изображений звука. Однако небольшая скорость доступа к данным, не дает возможности применять МО диски для задач с критичной реактивностью систем. Поэтому применение МО дисков в таких задачах сводится к хранению на них временной или резервной информации. Для МО дисков очень выгодным использованием является резервное копирование жестких дисков или баз данных. В отличие от традиционно применяемых для этих целей стримеров, при хранении резервной информации на МО дисках, существенно увеличивается скорость восстановления данных после сбоя. Это объясняется тем, что МО диски являются устройствами с произвольным доступом, что позволяет восстанавливать только те данные, в которых обнаружился сбой. Кроме этого при таком способе восстановления нет необходимости полностью останавливать систему до полного восстановления данных. Эти достоинства в сочетании с высокой надежностью хранения информации делают применение МО дисков при резервном копировании выгодным, хотя и более дорогим по сравнению со стримерами.

Применение МО дисков, также целесообразно при работе с приватной информацией больших объемов. Легкая сменяемость дисков позволяет использовать их только во время работы, не заботясь об охране компьютера в нерабочее время, данные могут хранится в отдельном, охраняемом месте. Это же свойство делает МО диски незаменимыми в ситуации, когда необходимо перевозить большие объемы с места на место, например с работы домой и обратно.

Другие устройства накопления и хранения информации

Другие устройства накопления и хранения информации: кроме вышеперечисленных основных устройств накопления и хранения информации существуют некоторые другие, по разным причинам менее популярные. К таким устройствам относятся:- магнитооптические диски; - бернулли-диски; - устройства резервирования данных; - некоторые другие устройства.

Все эти устройства имеют разные емкости, скорости доступа к информации, свои минусы и плюсы, а также разную цену. У них есть свои ограничения, но есть и несомненные достоинства. Одно у них всех есть общее - эти устройства были созданы для хранения, накопления и резервирования данных.

На рынке устройств хранения информации появилась новинка - это устройство для накопления информации на специальных дисках наподобие CD. Они поддерживают стандарт DVD, и иметь емкость 4.72 Гигабайта, причем на них можно записывать информацию и естественно считывать не один раз.

Размещено на Allbest.ru