Лаб_ВМСиС. Вычислительные машины, системы и сети
 Скачать 2.31 Mb.
|
Файловая система NTFSФайловая система NTFS (расшифровывается как New Technology File System) была разработана достаточно давно для Windows NT. В настоящее время она является файловой системой всего семейства Microsoft Windows NT, а также Windows XP. NTFS достаточно сложная файловая система, поэтому остановимя только на некоторых ее особенностях. Начнем с общих фактов. Раздел NTFS, теоретически, может быть почти какого угодно размера. Она поддерживает огромные диски – до 16 Экзабайт (1 Экзабайт равен 1 073 741 824 Гигабайт, 250). Насколько же это много? Для наглядности возьмем простой пример: предположим, что диск способен записать 1 Мбайт в секунду, тогда чтобы записать 1 Экзабайт (один, а не шестнадцать) ему потребуется 1000 миллиардов секунд. В одном году 3 миллиона секунд. Следовательно, чтобы сохранить 1 Экзабайт информации, диску потребуется 300 000 лет!!! Поддержки таких огромных дисков с запасом хватит на последующие сто лет развития вычислительной техники при любых темпах роста. Файловая система NTFS представляет собой выдающееся достижение структуризации: каждый элемент системы представляет собой файл – даже служебная информация. Самый главный файл на NTFS называется MFT, или Master File Table - общая таблица файлов. Он представляет собой централизованный каталог всех остальных файлов диска, и себя самого. MFT поделен на записи фиксированного размера (обычно 1 Кбайт), и каждая запись соответствует какому либо файлу (в общем смысле этого слова). Первые 16 файлов носят служебный характер и недоступны операционной системе - они называются метафайлами, причем самый первый метафайл - сам MFT. Эти первые 16 элементов MFT - единственная часть диска, имеющая фиксированное положение. Интересно, что вторая копия этих же 16 записей, для надежности (они очень важны) хранится ровно посередине диска. Остальной MFT-файл может располагаться, как и любой другой файл, в произвольных местах диска - восстановить его положение можно с помощью его самого, "зацепившись" за самую основу – за первый элемент MFT. Первые 16 файлов NTFS (метафайлы) носят служебный характер. Каждый из них отвечает за какой-либо аспект работы системы. Преимущество настолько модульного подхода заключается в поразительной гибкости - например, на FAT-е физическое повреждение в самой области FAT фатально для функционирования всего диска, а NTFS может сместить, даже фрагментировать по диску, все свои служебные области, обойдя любые неисправности поверхности - кроме первых 16 элементов MFT. Журналирование NTFS - отказоустойчивая система, которая вполне может привести себя в корректное состояние при практически любых реальных сбоях. Любая современная файловая система основана на таком понятии, как транзакция - действие, совершаемое целиком и корректно или не совершаемое вообще. У NTFS просто не бывает промежуточных (ошибочных или некорректных) состояний - квант изменения данных не может быть поделен на до и после сбоя, принося разрушения и путаницу - он либо совершен, либо отменен. Чтобы ощутить плюсы журналирования, давайте рассмотрим пример: осуществляется запись данных на диск. Вдруг выясняется, что в то место, куда мы только что решили записать очередную порцию данных, писать не удалось - физическое повреждение поверхности. Поведение NTFS в этом случае довольно логично: транзакция записи откатывается целиком - система осознает, что запись не произведена. Место помечается как сбойное, а данные записываются в другое место - начинается новая транзакция. Сжатие Файлы NTFS имеют один довольно полезный атрибут - "сжатый". Дело в том, что NTFS имеет встроенную поддержку сжатия дисков - то, для чего раньше приходилось использовать Stacker или DoubleSpace. Любой файл или каталог в индивидуальном порядке может храниться на диске в сжатом виде – этот процесс совершенно прозрачен для приложений. Сжатие файлов имеет очень высокую скорость и только одно большое отрицательное свойство – огромная виртуальная фрагментация сжатых файлов, которая, правда, никому особо не мешает. Сжатие осуществляется блоками по 16 кластеров и использует так называемые "виртуальные кластеры" - опять же предельно гибкое решение, позволяющее добиться интересных эффектов - например, половина файла может быть сжата, а половина - нет. Это достигается благодаря тому, что хранение информации о компрессированности определенных фрагментов очень похоже на обычную фрагментацию файлов. Безопасность NTFS содержит множество средств разграничения прав объектов – есть мнение, что это самая совершенная файловая система из всех ныне существующих. В теории это, без сомнения, так, но в текущих реализациях, к сожалению, система прав достаточно далека от идеала и представляет собой хоть и жесткий, но не всегда логичный набор характеристик. Права, назначаемые любому объекту и однозначно соблюдаемые системой, эволюционируют - крупные изменения и дополнения прав осуществлялись уже несколько раз и к Windows 2000 все-таки они пришли к достаточно разумному набору. Накопители на жестких магнитных дискахНакопители на жестких магнитных дисках (НЖМД, жесткие диски, Hard Disk Drive – HDD) представляют собой устройства, предназначенные для длительного хранения информации. В качестве накопителей на жестких магнитных дисках широкое распространение в ПК получили накопители типа винчестер. Термин «винчестер» является жаргонным названием первой модели жесткого диска емкостью 16 Кбайт (IBM, 1973 год), имевшего 30 дорожек по 30 секторов, что случайно совпало с калибром 30/30 известного охотничьего ружья винчестер. В этих накопителях один или несколько жестких дисков, изготовленных из сплавов алюминия или из керамики и покрытых ферролаком, вместе с блоком магнитных головок считывания-записи помещены в герметически закрытый корпус. Под дисками расположен двигатель, обеспечивающий вращение дисков, а слева и справа – поворотный позиционер с коромыслом, управляющим движением магнитных головок по спиральной дуге для их установки на нужный цилиндр. Емкость винчестеров благодаря чрезвычайно плотной записи, выполняемой магниторезистивными головками в таких герметических конструкциях, достигает нескольких десятков гигабайтов; быстродействие их также весьма высокое: время доступа от 5 мс, трансфер (скорость обращения) до 6 Гбайт/с. Магниторезистивные технологии обеспечивают чрезвычайно высокую плотность записи, позволяющую размещать 2-3 Гбайт данных на одну пластину (диск). Появление же головок с гигантским магниторезистивньм эффектом (GMR – Giant Magnetic Resistance) еще более увеличило плотность записи – возможная емкость одной пластины возросла до 6,4 Гбайт. НЖМД весьма разнообразны. Диаметр дисков чаще всего 3,5 дюйма (89 мм). Наиболее распространенная высота корпуса дисковода: 25 мм – у настольных ПК, 41 мм – у серверов, 12 мм – у портативных ПК, существуют и другие. Внешние дорожки диска длиннее внутренних. Поэтому в современных жестких дисках используется метод зонной записи. В этом случае все пространство диска делится на несколько зон, причем во внешних зонах секторов размещается больше данных, чем во внутренних. Это, в частности, позволило увеличить емкость жестких дисков примерно на 30%. Внешний вид НМЖД со снятой крышкой показан на рис. .  Рис. __. Жесткий диск со снятой крышкой Есть два основных режима обмена данными между HDD и ОП:
PIO – это режим, при котором перемещение данных между периферийным устройством (жестким диском) и оперативной памятью происходит с участием центрального процессора. Самый "быстрый" PIO обеспечивает 16,6 Мбайт/с. Режим PIO в современных ПК используются редко, поскольку сильно загружают процессор. DMA – это режим, в котором винчестер напрямую общается с оперативной памятью без участия центрального процессора, перехватывая управление шиной. Трансфер – до 66 Мбайт. При интерфейсах (на периферийных шинах) SCSI может быть достигнута более высокая скорость передачи – 80 Мбайт/с, при этом можно подключать до 15 накопителей к одному контроллеру интерфейса. А технология, использующая оптоволоконные каналы связи для жестких дисков SCSI, обеспечивает трансфер 200 Мбайт/с и возможность подключения до 256 устройств (используется, естественно, не в ПК, а в больших системах и в дисковых массивах – RAID). Время доступа к информации на диске напрямую связано со скоростью вращения дисков. Стандартные скорости вращения для интерфейса IDE – 3600, 4500, 5400 и 7200 оборотов/мин; при интерфейсе SCSI используются скорости до 10 000 и даже до 12 000 оборотов/мин. При скорости 10 000 оборотов/мин среднее время доступа составляет 5,5 мс. Для повышения скорости обмена данными процессора с дисками НЖМД следует кэшировать. Кэш-память для дисков имеет то же функциональное назначение, что и кэш для основной памяти, то есть служит быстродействующим буфером для кратковременного хранения информации, считываемой или записываемой на диск. Кэш-память может быть встроенной в дисковод, а может создаваться программным путем (например, драйвером Microsoft Smartdrive) в оперативной памяти. Емкость кэш-памяти диска обычно составляет 2 Мбайт, а скорость обмена данными процессора с кэш-памятью достигает 100 Мбайт/с. Для того чтобы получить на магнитном носителе структуру диска, включающую в себя дорожки и секторы, над ним должна быть выполнена процедура, называемая физическим, или низкоуровневым, форматированием (physical, или low-level formatting). В ходе выполнения этой процедуры контроллер записывает на носитель служебную информацию, которая определяет разметку цилиндров диска на секторы и нумерует их. Форматирование низкого уровня предусматривает и маркировку дефектных секторов для исключения обращения к ним в процессе эксплуатации диска. В ПК имеется обычно один, реже несколько накопителей на жестких магнитных дисках. Однако программными средствами один физический диск может быть разделен на несколько «логических» дисков; тем самым имитируется несколько НМД на одном накопителе. Большинство современных накопителей имеют собственную кэш-память емкостью от 2 до 8 Мбайт. Внешние HDD относятся к категории переносных. В последнее время переносные накопители (их также называют внешними, мобильными, съемными, а портативные их варианты – карманными – Pocket HDD) получили широкое распространение. Питание переносных жестких дисков выполняется либо от клавиатуры, либо по шине USB (возможный вариант – через порт PS/2). Переносные жесткие диски весьма разнообразны: от обычных HDD в отдельных корпусах до стремительно набирающих популярность твердотельных дисков. Форм-фактор чаше – 2,5 дюйма, емкость 1-60 Гб. Переносить большие массивы данных с одного компьютера на другой позволяют также оптические накопители CD-R, CD-RW, DVD-R, DVD-RW и DVD-RAM. Их носители обеспечивают перенос больших массивов данных с одного компьютера на другой. Кроме того, в силу относительно высокой производительности эти накопители можно использовать в тех же целях, что и обычные стационарные жесткие. Такие устройства могут применяться и для решения задач резервного копирования информации. Иногда НЖМД со сменными пакетами дисков и НГМД типа Zip называют накопителями Бернулли, поскольку в этих накопителях для минимизации и регулирования зазора между магнитной головкой и носителем – магнитным диском – используется закон Бернулли: давление на поверхность тела, создаваемое потоком движущейся вдоль нее жидкости или газа, зависит от скорости этого потока и уменьшается с увеличением этой скорости. Магнитные головки располагаются над поверхностью эластичных дисков: когда диски неподвижны, они под действием своего веса несколько провисают и отходят от головок, при быстром вращении дисков под действием создающегося разрежения воздуха они притягиваются к головкам почти вплотную, но без их касания. Это обеспечивает минимальное рассеивание магнитного потока головки и позволяет увеличить плотность записи информации на диске. Устройства флэш-памятиФлэш-диски (Flash Disks) – весьма популярный и очень перспективный класс энергонезависимых запоминающих устройств. Флэш-диски (твердотельные диски) являются модификацией HDD и представляют собой устройства для долговременного хранения информации с возможностью многократной перезаписи. Стирание и запись данных осуществляется так же, как у HDD – блоками (иногда называемыми по аналогии с магнитными дисками секторами, но более правильно было бы их именовать кластерами), у флэш-дисков отсутствуют какие-либо подвижные части, да и форма у них совсем не круглая – чаще всего они представляют собой прямоугольные картриджи. Для хранения информации в них используются специализированные микросхемы памяти с металлизацией (металл-нитридные), выполненные по технологии Flash, изобретенной в начале 80-х годов в фирме Intel. Дисками их называют условно, поскольку флэш-диски полностью эмулируют функциональные возможности HDD. Стирание содержимого выполняется одномоментно отдельным сигналом (отсюда, вероятно, и название памяти flash – вспышка; тотальное стирание было специально организовано разработчиками, поскольку первоначально флэш-память применялась в военных приборах, и при обнаружении попыток несанкционированного доступа к ним необходимо было сразу уничтожать все данные – система автоматически генерировала внутренний сигнал стирания). Количество циклов перезаписи информации в одну и ту же ячейку у флэш-памяти ограничено, но оно обычно превышает 1 миллион – эта величина иногда указывается в паспорте микросхемы. В современных устройствах имеются программные или аппаратные средства формирования виртуальных блоков, обеспечивающие запись информации поочередно в разные области флэш-памяти так, чтобы число циклов стирания и записи было равномерно распределено по всем блокам диска. Это существенно увеличивает срок службы флэш-памяти: ее работоспособность сохраняется сотни лет. Емкость современных флэш-дисков достигает нескольких гигабайтов при крайне миниатюрных размерах. Флэш-диски обладают высочайшей надежностью – среднее время наработки на отказ у них составляет, как правило, более миллиона часов; они устойчивы к механическим ускорениям и вибрациям, работают в широком диапазоне температур (от -40 до +85°С). Во время выполнения операций чтения-записи флэш-диски обычно потребляют не более 200 мВт электроэнергии и, естественно, не шумят. Скорость считывания информации составляет несколько мегабайтов в секунду, скорость записи несколько ниже (эти значения зависят от типа флэш-памяти и ее интерфейса). Флэш-диски в настоящее время выпускаются многими фирмами, с различными интерфейсами и в разных конструктивных исполнениях. Они могут быть не только внешними дисками ПК, но и устанавливаться внутри системного блока. В качестве фиксированной памяти используются флэш-карты, выполненные в виде печатных плат, предназначенных для непосредственной установки в разъемы системной платы компьютера. Они способны работать с системными и локальными интерфейсами ПК (ISA, PCI и др.). Значительно чаще флэш-память используется в качестве альтернативных HDD твердотельных дисков. В этом случае востребованы периферийные интерфейсы ATA (IDE), Serial ATA, USB, IEEE 1394 и др. Широкое применение флэш-диски нашли в цифровых фото-и видеокамерах. Дисковые массивы RAIDВ машинах-серверах баз данных и в суперкомпьютерах часто применяются дисковые массивы RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks – массив недорогих дисков с избыточностью), в которых несколько запоминающих устройств на жестких дисках объединены в один большой накопитель, обслуживаемый специальным RAID-контроллером. Отличительной особенностью RAID-массивов является то, что в них используются основанные на введении информационной избыточности методы обеспечения достоверности информации, существенно повышающие надежность работы системы (при обнаружении искаженной информации она автоматически корректируется, а неисправный накопитель в режиме Plug and Play замещается исправным). В качестве концепции компоновки дисковых массивов RAID была впервые представлена в 1987 году инженерами из калифорнийского университета в Беркли, которые описали пять уровней конфигурации RAID (RAID 1-5). Позже к ним были добавлены RAID 0 и RAID 6.
Дисковые массивы второго (RAID 6, RAID 7) и третьего (RAID 10, RAID 30, RAID 50) поколений используют различные сочетания базовой компоновки. Имеется и иная современная классификация RAID-массивов. В частности, они разделены на три группы:
Современные дисковые массивы могут объединять 160 и более физических дисков любой емкости, формирующих до 320 и более логических дисков; имеют внутренний кэш от 32 до 1000 Мбайт и разъемы для подключения внешних интерфейсов типа SCSI или Fibre Channel. Внутренняя шина контроллера имеет пропускную способность 85 Мбайт/с, при использовании Fibre Channel – до 200 Мбайт/с. Информационная емкость дисковых массивов RAID – от 300 до 15 000 Гбайт (типичные параметры: 160 дисков общей емкостью 750 Гбайт). Для сравнения: памяти емкостью 100 Тбайт вполне достаточно, чтобы записать содержимое всех хранилищ Российской государственной национальной библиотеки (бывшей Библиотеки им. Ленина), иными словами, 14 млн. томов по 1600 страниц в каждом, которые протянулись на 100 км шкафов с 10 полками в каждом. Среднее время наработки на отказ в дисковых массивах RAID – сотни тысяч часов, а для 2-го уровня компоновки – до миллиона часов. В обычных НМД эта величина не превышает тысячи часов. Основные направления улучшения характеристик НЖМД:
Накопители на гибких магнитных дискахНакопители на гибких магнитных дисках (НГМД, флоппи-дисководы, Floppy Drive, FDD) – устройства, предназначенные для записи и чтения информации с гибких магнитных дисков (ГМД, дискет). Дискеты позволяют переносить документы и программы с одного компьютера на другой, а также хранить данные, не используемые постоянно на компьютере. На гибком магнитном диске магнитный слой наносится на гибкую основу. Используемые в ПК ГМД имеют форм-фактор 5,25 дюйма (133 мм) и 3,5 дюйма (89 мм). Емкость ГМД колеблется в пределах от 180 Кбайт до 2,88 Мбайт. Накопители на оптических дискахПоявившийся в 1982 году благодаря фирмам Philips и Sony оптический компакт-диск произвел кардинальный переворот в области персональных компьютеров и индустрии развлечений. Компакт-диски расширили сферу применения информационных технологий. На сегодняшний день компакт-диск – недорогой, массово воспроизводимый, надежный, одним словом, лучший носитель для звуковых записей, компьютерных игр и мультимедийных программ, установочных пакетов и наборов фотографий. Сегодня накопители на оптических дисках (НОД) – обязательный атрибут любого персонального компьютера. Большая их емкость в сочетании с весьма высокой надежностью и невысокой стоимостью как дисководов, так и дисков, делает НОД незаменимыми для сохранения и распространения программ (установочных пакетов), а также для долговременного хранения больших объемов информации, баз данных, например. Основными достоинствами НОД являются:
Оптические накопители выпускаются в нескольких модификациях. 1. Классические компакт-диски:
2. Цифровые универсальные диски:
Неперезаписываемые лазерно-оптические диски CD-ROM Массовое распространение получили CD-ROM. Компакт-диск представляет собой пластиковый поликарбонатовый круг диаметром 4,72 дюйма (встречаются компакт-диски и диаметром 3,5; 5,25; 12 и 14 дюймов) и толщиной 0,05 дюйма, с отверстием в центре диаметром 0,6 дюйма и имеет двухслойное покрытие: тончайший отражающий металлический (обычно алюминиевый) слой и лаковое покрытие. Эти диски поставляются фирмой-изготовителем с уже записанной на них информацией (в частности, с программным обеспечением). Запись информации на них возможна только вне ПК, в лабораторных условиях, лазерным лучом большой мощности, который оставляет на поликарбонатной основе CD след – дорожку с микроскопическими впадинами (питами, pits). Питы имеют ширину около 0,5 микрон и следуют друг за другом, образуя единую спиральную дорожку с шагом 1,6 микрона (для сравнения: тонкий человеческий волос имеет диаметр 75 микрон). Каждый пит в зависимости от своей длины может кодировать несколько битов информации. Таким образом создается первичный «мастер-диск». Процесс массового тиражирования CD-ROM по «мастер-диску» выполняется путем литья под давлением. Дорожка на CD, в отличие от магнитных дисков, спиральная и очень узкая. Впадины имеют глубину примерно 5 миллиардных долей дюйма и ширину в 24 миллиардные доли дюйма; плотность дорожек – 16 000 дорожек на дюйм. Длина всей спиральной дорожки около 5 км. В оптическом дисководе ПК информация с дорожки читается лазерным лучом существенно меньшей мощности. Лазерный луч фокусируется на дорожке диска и отражается от выпуклостей питов, меняя свою интенсивность. Отраженный луч улавливается фотоприемником (фотодиодом) оптической читающей головки. CD-ROM ввиду весьма плотной записи информации имеют емкость от 250 Мбайт до 1,5 Гбайт (наиболее распространенная емкость 650 Мбайт), время доступа в разных оптических дисках колеблется от 50 до 350 мс, скорость считывания информации – от 150 до 7800 Кбайт/с. Приводы CD-ROM существенно отличаются по скорости передачи данных. Она зависит от двух факторов: плотности записи информации на поверхности диска и скорости вращения диска. Последняя является параметром, указываемым в марке дисковода в виде Nx-коэффициента кратности, сообщающего, во сколько раз линейная скорость дисковода превышает так называемую «единичную» скорость, равную 150 Кбайт/с. Сейчас имеются модели с любыми четными значениями этого коэффициента от двух (2х) до 56 (56х), последние обеспечивают трансфер более 6 Мбайт/с. Следует заметить, что прямой линейной зависимости между коэффициентом кратности и трансфером нет, например реальная скорость CD-ROM с кратностью 50х оказывается обычно намного ниже теоретической – часто соответствующей 40х. Дисководы CD-ROM менее чем с двадцатикратным уличением скорости не позволят качественно реализовать многие современные технологии мультимедиа, да и многие программные приложения вообще, этому они сейчас не выпускаются. Дисковод обеспечивает считывание информации «из глубины» диска, для этого лазер фокусируется не на внешней поверхности, а непосредственно на информационном слое. Грязь и царапины на покрытии, таким образом, оказываются не в фокусе и до определенного предела игнорируются. Кроме того, для обеспечения надежной работы информация на компакт-дисках кодируется с большой избыточностью с использованием корректирующего кода Рида-Соломона (Reed-Solomon code), обеспечивающего возможность восстановления исходной информации при значительном числе ошибок ее считывания. Оптические диски с однократной записью Накопители CD-R позволяют однократно записывать информацию на диски с форм-фактором 4,72 и 3,5 дюйма. Для записи используются специальные заготовки дисков, иногда называемые мишенями (target). На поверхность заготовок нанесено три слоя покрытия: непосредственно на основу диска из поликарбоната нанесен активный (регистрирующий) слой из пластика; активный слой покрыт тончайшей отражающей пленкой из золота (использовалась в первых моделях, а сейчас в особо надежных моделях) или серебра (дешевле и обладает лучшим светоотражением); сверху все полито слоем защитного лака. Заготовки также имеют нанесенную спиральную дорожку, на которой позиционируется записывающая головка. При записи лазерный луч непосредственно в дисководе компьютера прожигает необратимые микроскопические углубления – питы (pits) – в активном слое. Ввиду разницы отражения от ямок и от не выжженных участков поверхности при считывании происходит модуляция интенсивности отраженного луча, воспринимаемого головкой чтения. Запись в современных CD-R может выполняться на скорости более 12х. Чтение производится лазерным лучом так же, как и у CD-ROM. Дисководы CD-R совместимы с обычными CD-ROM, естественно, при совпадении формата диска. Оптические диски с многократной записью Накопители CD-RW позволяют многократно записывать информацию на диски с отражающей поверхностью, под которую нанесен слой типа Ag-In-Sb-Te (содержащий серебро, индий, сурьму, теллур) с изменяемой фазой состояния. Фаза этого 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) элементик 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. Лучшие образцы дисков CD-RW выдерживают несколько сотен циклов перезаписи. Коэффициент кратности скорости при записи информации у современных моделей не превосходит 10х. Читать CD-RW могут только высокочувствительные дисководы (чтение записи выполняется лазерным лучом), поскольку отраженный луч у них значительно слабее (отражающая способность их активного слоя составляет 25-30% от уровня обычного CD), нежели у CD-ROM и CD-R. Перезаписываемые диски целесообразно использовать для хранения больших объемов обновляющихся данных (например, для создания резервных копий важной информации) и для обмена данными с другими ПК. Цифровые диски DVD Настоящий переворот в технике внешних запоминающих устройств готовы совершить, впервые появившиеся в 1996 году цифровые видеодиски, имеющие габариты обычных CD-ROM, но значительно большей емкости, которая у них достигает 24 Гбайт. DVD – Digital Versatile Disk, цифровой универсальный диск (иногда его называют Digital Video Disk, цифровой видеодиск). Физически DVD-диск – это тот же привычный диск диаметром 4,72 дюйма (существует стандарт также на 3,5 дюйма) и толщиной 0,05 дюйма. Так же как и компакт-диск, он не изнашивайся (или почти не изнашивается) со временем, не чувствителен к магнитному и инфракрасному излучениям и мало чувствителен к повышенным температурам. Но в DVD используются 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), сокращается расстояние между соседними точками на дорожке и увеличивается количество дорожек. Только за счет повышения плотности записи удалось достичь более чем четырехкратного роста емкости. А за счет других ресурсов, таких как большая область данных, более эффективная битовая модуляция каналов, более эффективное исправление ошибок, меньшее перекрытие секторов, емкость по сравнению с CD увеличилась в семь раз:
Скорость чтения у DVD лежит в пределах 1,4-14 Мбайт/с. Наличие более сложной оптической системы замедляет время доступа к нужной информации на диске от 100 мс у современных CD-ROM до 170 мс – у DVD-ROM. Ситуацию, впрочем, несколько выправляет наращенный до 512 Кбайт кэш, сохраняющий теперь больше считанной в процессе работы информации. Фирма Sony, выпустила двухсторонний, двухслойный DVD с голубым лазером емкостью 24 Гбайт. Самый простой тип записываемого DVD – это DVD-R, который предусматривает однократную запись информации на носитель с последующим многократным чтением. В DVD-R используется органическая полимерная технология, в основном подобная применяемой в CD-R, и этот формат совместим практически со всеми дисководами DVD. На сегодняшний день емкость подобных дисков еще не достигла значений, присущих DVD-ROM, однако принципиальных проблем нет, и в обозримом будущем емкости сравняются. Во всяком случае, формат 4,7 Гбайт DVD-R уже объявлен фирмами Matsushita, Mitsubishi и Hitachi (Maxell). Среди перезаписываемых DVD сегодня конкурируют два равновесомых формата – DVD-RAM и DVD-RW. Первый формат, продвигаемый фирмами Hitachi, Matsushita и Toshiba, поддержан большинством членов DVD Forum (конвенции фирм, стоящих у истоков создания DVD) и, таким образом, официально одобрен. Второй продвигается компаниями Hewlett-Packard, Philips, Ricoh и Sony. В основе обоих стандартов лежит одна и та же технология изменения фазы. Диск покрыт слоем специального материала, который может находиться в аморфном или кристаллическом состоянии. При этом светоотражающая способность материала в разных фазах различается примерно на 20%, что позволяет кодировать информацию. Основное различие стандартов в том, каким образом головка накопителя считывает данные с диска. В устройствах DVD-RAM считывающую головку необходимо переключать между режимами чтения канавки и площадки (пространства между канавками) при каждом обороте диска, в то время как в накопителях DVD-RW информация считывается только с канавки диска так же, как это делается в стандартных дисководах для чтения DVD-ROM. Существуют и другие форматы перезаписываемых DVD-дисков. Это ASMO (ранее МО7), способный хранить до 6 Гбайт данных, и MMVF (MultiMedia Video Format) фирмы NEC с емкостью в 5,5 Гбайт. Оба типа дисководов способны читать DVD-ROM и DVD-R, однако несовместимы ни с DVD-RAM, ни с DVD-RW. Основные достоинства DVD:
Диски DVD получили широкое распространение не только в компьютерах, но и в аудио- и видеомагнитофонах. В частности, для хранения одного часа усредненного видеофильма требуется приблизительно два гигабайта данных. Основными локальными интерфейсами для DVD являются интерфейсы IDE-ATAPI, SCSI, USB, Serial ATA. Для маркировки скоростных характеристик накопителей на оптических дисках часто используется скоростная формула. В частности, для CD-накопителей она выглядит так: KxMxNx, где: Кх – кратность скорости записи на CD-R; Мх – кратность скорости записи на CD-RW; Nx – кратность скорости чтения. В последние годы стали популярными комбинированные приводы, объединяющие накопители CD и DVD. Скоростная формула комбо-привода выглядит так: LxKxMxNx, где: Lx – кратность скорости чтения DVD; Кх – кратность скорости записи на CD-R; Мх – кратность скорости записи на CD-RW; Nx – кратность скорости чтения CD. Однократная скорость для CD равна 150 Кбайт/с, а для DVD – 1350 Кбайт/с. Например, формула скорости комбинированного привода 8х12х8х32х означает: скорость чтения DVD 10 800 Кбайт/с; скорость записи на CD-R 1800 Кбайт/с; скорость записи на CD-RW 1200 Кбайт/с; скорость чтения CD – 4800 Кбайт/с. Накопители на магнитной лентеНакопители на магнитной ленте были первыми ВЗУ вычислительных машин. В универсальных компьютерах широко использовались и используются накопители на бобинной магнитной ленте (НМЛ), а в персональных компьютерах – накопители на кассетной магнитной ленте (НКМЛ). Кассеты с магнитной лентой (картриджи) весьма разнообразны: они отличаются как шириной применяемой магнитной ленты, так и конструкцией. Лентопротяжные механизмы для кассет носят название стримеров – это инерционные механизмы, требующие после каждой остановки ленты ее небольшой перемотки назад (перепозиционирования). Такое перепозиционирование увеличивает и без того большое время доступа к информации на ленте (десятки секунд), поэтому стримеры нашли применение в персональных компьютерах лишь для резервного копирования и архивирования информации с жестких дисков и в игровых компьютерах для хранения пакетов игровых программ. Объемы хранимой на одной кассете информации постоянно растут. Так, емкость картриджей первого поколения, содержащих магнитную ленту длиной 120 м, шириной 3,81 мм с 2-4 дорожками, не превышала 25 Мбайт. В конце 80-х годов появились картриджи с большей плотностью записи на ленте шириной четверть дюйма (Quarter Inch Cartridge) (стандарты QIC – 40/80); первые такие картриджи были выпущены фирмой ЗМ – кассеты DC300, емкостью 60-250 Мбайт (поэтому этот стандарт часто называют стандартом ЗМ). Последние модели картриджей (стандарт QIC 3010-3020) имеют емкость 340 Мбайт, 680 Мбайт и даже 840-1700 Мбайт и более (стандарт QIC 3010-3020 Wide, увеличивший ширину магнитной ленты до 0,315 дюйма). В стандарте Travan используются также 0,315-дюймовые ленты с емкостью картриджа 400-4000 Мбайт; в DAT-стримерах (Digital Audio Tape) работает технология спирального сканирования, обеспечивающая очень высокую плотность записи и емкость картриджа до 8 Гбайт. Наконец, наиболее высокие надежность, скорость считывания-записи и емкость картриджа (до 35 Гбайт) обеспечивают стримеры в стандарте DLT (Digital Linear Tape). Стримеры, как правило, имеют собственные средства сжатия данных, поддерживающие столь высокие емкости картриджей. Анонсированы, например, картриджи емкостью 80 и более гигабайтов. Первый НМЛ Model 726 был выпущен фирмой IBM в 1952 году и имел емкость всего 1,4 Мбайт. В мае 2002 года фирма IBM анонсировала картриджи емкостью 1 Тбайт (это примерно в 10 000 раз больше, чем может за всю жизнь сохранить человеческий мозг). Скорость считывания информации с магнитной ленты в стримерах также не высока и обычно составляет от 100 до 500 Кбайт/с. НКМЛ рассчитаны на периферийные интерфейсы IDE-ATAPI и SCSI. В качестве стримера может быть использован и бытовой видеомагнитофон. Для этого необходимо видеомагнитофон подключить к шине ISA ПК через интерфейсную плату «АрВид» (выпускаемую в России). Эта плата поддерживает на ленте многоуровневую иерархическую систему файлов с каталогами и имеет дружественный для пользователя интерфейс в стиле ОС с текстовыми меню. Емкость стандартной видеокассеты составляет при этом от 1 до 2 Гбайт. 3. Объект изучения. Объектом изучения является ЗУ ПК 4. Порядок выполнения работы 1.Уяснить меры безопасности на рабочем месте и расписаться в журнале инструктажа по технике безопасности. 2. Изучить виды, состав, назначение запоминающих устройств ЭВМ и особенности их функционирования. 3. Ответить на тесты, которые оцениваются преподавателем по 5 – балльной системе. 4. Навести порядок на рабочем месте и далее действовать по указанию преподавателя. Список литературы Бройдо. В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. – Учебник для вузов. – СПб.: Питер, 2004. – 703 с. |