Тема 7. Тема адаптеры. Запоминающие устройства ЭВМ
 Скачать 181.96 Kb.
|
|
дорожкам (трекам), которые делятся на секторы. Количество дорожек и секторов зависит от типа и формата дискеты. Сектор хранит минимальную порцию информации, которая может быть записана на диск или считана. Емкость сектора постоянная и составляет 512 байт. Характеристики дискет: диаметр 3,5 дюйма (89 мм), емкость 1,44 Мбайта, число дорожек 80, количество секторов на дорожках 18. Дискета устанавливается в накопитель на гибких магнитных дисках (НГМД) (англ. Floppy-disk drive). Дискета автоматически в нем фиксируется, после чего механизм накопителя раскручивается до частоты вращения 360 об/мин. В накопителе вращается сама дискета, магнитные головки остаются неподвижными. Дискета вращается только при обращении к ней. Накопитель связан с процессором через контроллер гибких дисков. Накопитель на жестких магнитных дисках (англ. HDD - Hard Disk Drive), или винчестер, - это наиболее массовое запоминающее устройство большой емкости, в котором носителями информации являются круглые пластины, обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. Используется для постоянного хранения информации - программ и данных. Накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД) имеет тот же принцип действия, что и НГМД, но отличается тем, что магнитный носитель информации в нем несъемный и состоит из нескольких пластин, закрепленных на общей оси пакета магнитных носителей. Количество дисков, каждый из которых имеет по две рабочие поверхности, в накопителе может быть от 3 до 10 и более. Сами диски представляют собой обработанные с высокой точностью керамические или алюминиевые пластины, на которые с помощью технологии напыления нанесен специальный магнитный слой. Накопители на жестких магнитных дисках делают герметичными - малое расстояние (зазор) между рабочей поверхностью и магнитной головкой должно быть защищено от пылинок, чтобы уберечь тонкий напыленный слой кобальта от стирания. Магнитная головка во время работы не должна касаться поверхности диска и в то же время находиться от нее на расстоянии в десятые доли микрона. Каждую рабочую поверхность диска обслуживает своя головка, которая во время записи/чтения информации неподвижна. Магнитный «след» на поверхности диска, образовавшийся при работе головки на запись, образует кольцевую траекторию - дорожку (track). Дорожки, расположенные друг под другом на всех рабочих поверхностях магнитного носителя, называются цилиндром. Магнитные головки при работе НЖМД могут перемещаться, настраиваясь на требуемую дорожку. Перед началом эксплуатации пакет магнитных дисков форматируется: на нем размечаются дорожки (ставится маркер начала дорожки и записывается ее номер), наносятся служебные зоны секторов на дорожках. Для записи/чтения информации контроллеру НЖМД передается адрес: номер цилиндра, номер рабочей поверхности цилиндра, номер сектора на выбранной дорожке. На основании этого магнитные головки перемещаются к нужному цилиндру, ожидают появления маркера в начале дорожки, появления требуемого сектора, после чего записывают или читают информацию из него. Несмотря на то что все магнитные головки установлены на требуемый цилиндр, работает в каждый данный момент только одна головка. Внутри любого винчестера обязательно находится печатная плата с электронными компонентами. Эта электроника расшифровывает команды контроллера жесткого диска, стабилизирует скорость вращения двигателя, генерирует сигналы для головок записи и усиливает их от головок чтения и т.п. У современных моделей скорость вращения шпинделя (вращающего вала) обычно составляет 7200 об/мин, среднее время поиска данных - 9 мс, средняя скорость передачи данных - до 60 Мбайт/с. В отличие от дискеты жесткий диск вращается непрерывно. Все современные накопители снабжаются встроенным кэшем (обычно 2 Мбайта), который существенно повышает их производительность. Винчестер связан с процессором через контроллер жесткого диска. Ёмкость жёсткого диска напрямую связана с плотностью и количеством пластин. Чем больше плотность и количество пластин, тем больше объём жёсткого диска. Однако повышать ёмкость исключительно за счёт увеличения количества пластин бессмысленно. Во-первых, корпус обыкновенного 3,5-дюймового винчестера способен уместить максимум 5 пластин и 10 головок. Во-вторых, большое количество пластин и головок увеличивает энергопотребление и тепловыделение, что повышает риск аппаратного сбоя из-за большого числа подвижных элементов. Для увеличения линейной плотности записи информации необходимо максимально уменьшать длину битовых ячеек и делать переходы между ними максимально резкими. Однако с уменьшением длины у битовой ячейки снижается устойчивость к внешним магнитным полям, в результате чего возникает так называемый супермагнетизм. Длина битовой ячейки уменьшается до критической отметки, и размагничивающиеся поля становятся настолько большими, что ячейка саморазмагничивается и исчезает. Иначе говоря, происходит самопроизвольное стирание данных. Основные игроки рынка винчестеров смогли решить эту проблему. Благодаря технологии перпендикулярной магнитной записи PMR (Perpendicular Magnetic Recording) производителям жёстких дисков удалось получить плотность в 200 Гбайт для одной пластины. Перпендикулярное расположение магнитных доменов позволило достигнуть высокой плотности без проявления суперпарамагнитного эффекта. Большинство жёстких дисков выпускается для двух интерфейсов - SATA и PATA. Их пропускная способность составляет 300 Мбит/с (Serial ATA II) и 133 Мбит/с соответственно. Объем кэш-памяти большинства современных жёстких дисков составляет 8 и 16 Мбайт, хотя встречаются на рынке модели с большим объёмом кэша. Жёсткие диски выпускаются также в виде внешних USB-HDD накопителей 3,5 дюйма (Portable Storage Device). Пример - жесткий внешний диск 1,5 Tb WD My Book World Edition II (WDG2NC15000E), 7200 rpm, 16 mb, Ethernet, NOT USB. Дистанционный доступ к данным, хранящимся на компьютере, обеспечивается посредством подключения накопителя HDD к кабельной или беспроводной сети. Внешние HDD USB позволяют объединять диски в зеркальные RAID-массивы для надежной защиты данных, они имеют три интерфейса: (FireWre 400/800, USB 2.0), делает винчестер высокоскоростным. Накопители на оптических дисках (оптический привод) Оптический привод представляет собой устройство хранения данных с оптическим принципом считывания и записи. В качестве носителей оптический привод использует плоские многослойные диски диаметром 8 или 12 мм. Типы оптических приводов CD-ROM Это компакт-диск (Compact Disk Read-Only Memory), с которого можно только читать. Самое простое из устройств подобного типа. CD-ROM представляет собой прозрачный полимерный диск диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм, на одну сторону которого напылен светоотражающий слой слоем прозрачного лака. алюминия, защищенный от повреждений. Информация на диске представляется в виде последовательности впадин (углублений в диске) и выступов (их уровень соответствует поверхности диска), расположенных на спиральной дорожке, выходящей из области вблизи оси диска (рис. 7.14).  Рис. 7.14. Представление информации на оптическом диске В отличие от магнитных дисков компакт-диски имеют не множество кольцевых дорожек, а одну - спиральную, как у грампластинок. Накопитель CD-ROM преобразует последовательность углублений и выступов на поверхности в последовательность двоичных сигналов. Для этого используется считывающая головка с микролазером и светодиодом. Скорость большинства «современных» CD-ROM достигает 52х, реже максимальных для данного типа устройств 56х. На сегодняшний день привод CD-ROM (рис. 7.15) морально устарел и представляет интерес в самых исключительных случаях. Привлекательности в CD-ROM нет никакой, компакт-диски CD стоят ненамного дешевле обычных DVD, а их ёмкость значительно меньше. CD-RW Это следующий этап развития оптических приводов. CD-RW позволяет не только считывать информацию с обычных компакт-дисков, но и записывать её на матрицы CD. Накопители CD-RW позволяют многократно записывать информацию на диски с отражающей поверхностью, под которую нанесен слой пластика типа Ag-ln-Sb-Ге (содержащего silver, indium, antinomy, tellurium) с изменяемой фазой состояния. Фаза пластика кристаллическая или аморфная, изменяется в зависимости от скорости остывания после разогрева поверхности лазерным лучом в процессе записи, выполняемой непосредственно в дисководе ПК. При медленном остывании пластик переходит в кристаллическое состояние, и информация стирается (записывается «0»); при быстром остывании (если разогрета только микроскопическая точка), элемент пластика переходит в аморфное состояние (записывается «1»). Ввиду разницы коэффициентов отражения от кристаллических и аморфных микроскопических точек активного слоя при считывании происходит модуляция интенсивности отраженного луча, воспринимаемого головкой чтения. Актуальность CD-RW в настоящее время также под большим вопросом, только офисное применение, и то в исключительных случаях. DVD-ROM Это цифровой видеодиск (Digital Video Disk). Ещё один этап эволюции оптических приводов - устройство, способное читать не только обычные CD-диски, но и компакт-диски DVD. В DVD используется однослойная и двухслойная, односторонняя и двухсторонняя уплотненная запись. Уплотнение записи данных на DVD было достигнуто путем уменьшения диаметра пишущего/читающего луча (зелено-голубой лазер) в два раза, при этом уменьшаются сами точки (питы), уменьшается расстояние между соседними точками на дорожке и увеличивается количество дорожек. За счет увеличения плотности записи, более эффективной битовой модуляции каналов, более эффективного исправления ошибок, меньшего перекрытия секторов емкость по сравнению с CD увеличилась в 7 раз. Стандартный однослойный односторонний диск DVD может хранить 4,7 Гбайта данных, двухслойный накопитель имеет емкость 8,5 Гб. Скоростная формула устройства выглядит следующим образом: 16х для DVD и 52х для CD. DVD-CD-RW Combo Так называемый Combo-драйв, который сочетает в себе функции таких устройств, как DVD-ROM и CD-RW и соответственно может записывать диски CD-R и CD-RW, считывать как обычные CD, так и DVD. Blu-Ray Здесь за основу технологической разработки был принят новый стандарт, предусматривающий считывание информации с помощью синего лазера. Для обычного CD-ROM применялся луч лазера с длиной волны 780 нм, для технологии DVD стали применять лазер с более короткой длиной волны 650 или 635 нм, и это увеличило емкость. С учетом двухслойности емкость DVD-дисков достигла 15,9 Гб. В технологии Blu-Ray используется синий лазер с длиной волны 405 нм. Такое уменьшение позволило сузить дорожку в 2 раза в сравнении с обычным DVD. Уменьшение толщины защитного слоя в 6 раз (до 0,1 мм) увеличило качество чтения/записи. Увеличение числовой апертуры линзы с 0,6 до 0,85 позволило повысить плотность записи в 2 раза, а более короткая длина волны - в 2,6 раза, что позволило увеличить емкость по сравнению с DVD в 2 х 2,6 = 5,2 раза. В настоящее время имеются диски с удвоенным значением емкости 54 Гб и более. Накопители на магнитооптических дисках Принцип работы магнитооптического накопителя (Magneto Optical) основан на использовании двух технологий - лазерной и магнитной. Запись информации осуществляется на магнитном носителе, а оптический лазерный луч используется для местного разогрева точки магнитной поверхности. Сущность процессов чтения-записи обусловлена следующим: активный слой на поверхности магнитооптического диска может быть перемагничен магнитной головкой только при высокой температуре. Такая температура (сотни градусов) создается лазерным импульсом длительностью порядка 0,1 мкс. При считывании информации вектор поляризации отраженного от поверхности диска лазерного луча на несколько градусов изменяет свое направление в зависимости от направления намагниченности элемента активного слоя. Изменение направления поляризации и воспринимается соответствующим датчиком. Существуют два типа магнитооптических накопителей: с однократной записью стандарта CC-WORM (^ite Once Read Many); перезаписываемые СС-Е (Continuous Composite Erasable) стандарта LIMDOW (Light Intensity Modulation/Direct OverWite). К основным недостаткам стандартной магнитооптической технологии относится прежде всего низкая скорость перезаписи, поскольку данный процесс требует выполнение трех циклов - стирания старых данных, записи новых и проверки. Для уменьшения времени перезаписи цикл проверки, как правило, не используется. Чтобы еще более увеличить скорость перезаписи, была разработана спецификация Overwrite, которая устраняет цикл стирания. Диски стандарта LIMDOW совместимы с этой спецификацией и, таким образом, позволяют повысить суммарное быстродействие. В магнитооптических накопителях CC-WORM для предотвращения стирания и повторной записи информации на диск на контрольные дорожки наносятся специальные метки. Магнитооптические накопители имеют два типоразмера: 3,5” и 5,25”. Магнитооптические диски форм-фактора 3,5” могут иметь следующие емкости: 128 Мбайт, 230 Мбайт, 540 Мбайт, 640 Мбайт и 1,3 Гбайт; эти диски являются односторонними. Время доступа у магнитооптических накопителей находится в пределах от 50 до 150 мс, скорость считывания до 3000 Кбайт/с. Магнитооптические накопители в ПК могут быть внутренними и внешними, последние предпочтительнее ввиду значительного тепловыделения. Магнитооптические диски позволяют переносить большие объемы данных и отличаются высокой степенью надежности. Однако в силу относительно высокой стоимости дисководов и дисков их область применения ограничена профессиональными системами обработки графики, видеомонтажа, верстки и тому подобное, когда требуются накопление и обмен большими объемами данных. Магнитооптические накопители могут также использоваться для решения задач резервного копирования. Большинство магнитооптических накопителей имеет интерфейс SCSI. USB-накопители на основе флэш-памяти Основные достоинства - простота в эксплуатации, достаточно широкий модельный ряд и небольшая стоимость. На сегодняшний день данный носитель если не заменил, то успешно конкурирует с другими типами носителей информации. Во флэш-драйве используется особый вид памяти - flash (флэш-память). Этот тип памяти энергонезависим - после отключения все записанное в нее сохраняется. Основные различия между флэш-накопителями заключаются в дизайне (флэш-накопитель со съемным футляром, с вращающимся футляром, с утапливаемой контактной площадкой, емкости, типах интерфейса и дополнительных возможностях. С помощью программного обеспечения можно защитить паролем хранящиеся на флэш-драйве данные. На некоторых моделях флэш-драйвов имеется специальный переключатель, который разрешает или запрещает запись и удаление информации. Несложно выделить флэш-накопители, которые демонстрируют высокую производительность при чтении и записи файлов: Kingston DataTraveler II Plus Migo Edit и OCZ Rally2 - несомненные лидеры. Apacer Handy Steno AH421 и Kingston DataTraveler II демонстрируют хорошие средние результаты, а Transcend JetFlash 185, Transcend JetFlash V20 и l mation Pocket Flash Drive обладают, что называется, «бюджетными» скоростными показателями, т.е. уровень производительности при чтении и записи файлов у данных USB-накопителей на основе флэш-памяти соответствует их цене. |