Каково назначение внешних запоминающих устройств кратко

Обновлено: 08.07.2024

Внешние запоминающие устройства (ВЗУ) предназначены для долговременного хранения информации. Когда пользователь записывает какую-либо информацию, потом находит ее , редактирует или удаляет, то он пользуется именно ВЗУ. Внешняя память работает значительно медленнее внутренней, но имеет гораздо больший объем. Целостность информации, записанной на ВЗУ не зависит от того включен или выключен компьютер.

К ВЗУ относятся:

жесткие магнитные диски (винчестеры);
оптические диски (CD и DVD);
стримеры (ленточные накопители);
флеш-память.

Жесткие магнитные диски

Жесткий диск - это устройство для хранения информации, использующее принцип магнитной записи. Для большинства моделей компьютеров является основным внешним запоминающим устройством. Жесткий диск состоит из жестких алюминиевых, керамических или стеклянных пластин, покрытых слоем ферромагнетика. Пластинки нанизываются на ось, которая называется шпинделем. Шпиндель вращается со скоростью более тысячи оборотов в минуту. Вращение создает воздушный поток, благодаря которому считывающие головки проходят на расстоянии нескольких нанометров над пластиной, не касаясь пластины, и считывают с нее информацию.

Рисунок 1. Жесткий диск

Выбирая жесткий диск, нужно обращать внимание на следующие параметры:

Интерфейс – линии связи, по которым устройство соединяется с компьютером. Стандартные интерфейсы жестких дисков: IDE, SATA, SCSI SAS, USB.
Емкость – объем данных, которые могут храниться на диске. Современные жесткие диски имеют емкость до нескольких терабайт (нескольких тысяч гигабайт).
Физический размер – большинство винчестеров имеют ширину $3.54 или $2.5$ дюйма. дюйма.
Время произвольного доступа – время, которое нужно, чтобы винчестер гарантированно выполнил операцию чтения или записи на диск. Этот параметр может находиться в пределах от $2.5$ до $16$ миллисекунд.
Потребление энергии – фактор, имеющий значение, для ноутбуков и других переносных устройств.
Уровень шума – громкость звука, издаваемого при вращении и позиционировании. Этот параметр измеряется в децибелах. При уровне шума ниже 26дБ устройство считается тихим.

Готовые работы на аналогичную тему

Оптические диски

Оптический диск – это накопитель, чтение с которого производится при помощи оптического излучения. Основа диска изготавливается из поликарбоната, на который нанесен специальный слой. Информация записывается в виде углублений в поликарбонатной основе. На диск направляется луч лазера, он отражается, потом отраженный сигнал декодируется. Таким образом, производится считывание с диска.

К оптическим дискам относятся следующие разновидности:

CD бывают двух разновидностей: CD-R - для однократной записи и последующего многократного чтения и CD-RW – для многократной перезаписи. Объем информации, записываемой на CD может быть равен $650$Мб, $700$Мб, $800$Мб или $900$Мб.

Дальнейшим развитием этой технологии стали DVD-диски. Внешне DVD-диски мало отличаются от CD-дисков, но они используют лазер с меньшей длиной волны. Это позволяет увеличить объем памяти на диске до 17Гб. Аналогично компакт дискам также бывают DVD-R только для однократной записи и DVD-RW для многократной записи и чтения.

Флеш-память

Флеш-память относится к разновидности твердотельных накопителей. Это энергонезависимые запоминающие устройства, предназначенные для многократной перезаписи. Флеш-память может быть прочитана неограниченное число раз, но записывать в нее можно максимум около 100 тысяч раз.

В сравнении с жестким диском флеш-память имеет следующие достоинства:

меньшее время загрузки системы;
нет движущихся частей;
низкое потребление энергии;
полное отсутствие шума;
высокая механическая устойчивость;
малый размер и вес;
удобное подключения к компьютеру;

На основе флэш-памяти работают самые популярные и востребованные USB флэш-накопители и сменные карты памяти для электронных устройств, такие как SD, MMC, miniSD.

Стримеры

Стример (ленточный накопитель) — это запоминающее устройство, основанное на магнитной записи на магнитной ленте. Доступ к данным в этом случае будет не произвольным, а последовательным.

Рисунок 2. Ленточный стример

Стримеры предназначены для записи и воспроизведения информации, а также для архивации и резервного копирования данных. Современные стримеры имеют следующие отличительные качества.

Достоинства:

большой объем картриджа (от $200$ Гб до $3$ Тб);
низкая стоимость и отсутствие специальных условий хранения информационного носителя;
стабильность работы;
надёжность (при условии, что речь идет о стримерах, сделанных на основе современного стандарта LTО, время жизни такого накопителя до $30$ лет.);
низкое энергопотребление.

Недостатки:

низкая скорость организации произвольного доступа к данным (магнитная лента должна прокрутиться к нужному месту);
сравнительно высокая стоимость устройства записи.

Чаще всего стримеры используются для архивации больших объемов данных. Например, суперкомпьютер Blue Waters центра суперкомпьютерных вычислений (в США) использует ленточную библиотеку Spectra $380$B в качестве хранилища с постоянным доступом. Библиотека обеспечивает скорости чтения и записи около $2.2$ Пб/ч и может хранить $380$ Пб данных.

Национальный институт здоровья (в США) использует магнитную библиотеку Oracle для архивирования данных и долгосрочного хранения. Огромные объёмы данных остаются доступны для прямого доступа и анализа исследователями в области медицины по всему миру. Многие поставщики облачных сервисов, в том числе и Google, используют для хранения облачных данных магнитные накопители.

Одними из важнейших элементов цепочки считаются внутренняя и внешняя память компьютера. Однако не всегда их можно отличить друг от друга, поскольку необходимо получить некоторые знания в этой области. Следует разобрать основные девайсы (устройства) для хранения информации, их назначение и характеристики.

Общие сведения

Персональный компьютер является сложным устройством, состоящим и некоторых элементов, связанных между собой и выполняющих определенные функции по обработке информации. Он состоит из таких девайсов:

Микропроцессор (центральный микропроцессор — CPU).
Материнская плата.
Видеоадаптер.
Дополнительные устройства.

Следует отметить, что монитор или другое средство отображения видеоинформации необходимы только для пользователя, поскольку компьютер может работать и без них. Перечень устройств, без которых он не сможет функционировать, следующий: блок питания, CPU, материнская плата, видеоадаптер, оперативная память и контроллер жестких дисков.

Назначение основных узлов

Микропроцессор — устройство, которое предназначено для обработки информации, управления сопряжением и обменом между другими устройствами. Выполнен на одной интегральной микросхеме, состоящей из множества полупроводниковых элементов (транзисторов). Следует отметить, что CPU работает только с логическими устройствами.

Следующим элементом является внутренняя память. Она предназначена для непосредственной обработки данных и выдачи конечного результата. Иными словами, это память, с которой работает микропроцессор. Ее можно классифицировать следующим образом: энергозависимый и энергонезависимый виды. К первому можно отнести оперативную память или оперативное запоминающее устройство, а также кеш-память. В некоторой литературе можно встретить и сокращение RAM, которое расшифровывается Random Access Memory. При выключении питания ее содержимое уничтожается.

Кеш-память бывает первого и второго уровней. Находится она в микросхеме CPU. В некоторых источниках можно найти информацию о кеше третьего уровня. Однако этот тип получен программным путем из RAM. Необходимо отметить, что кеш-память работает быстрее RAM. Именно с ней и взаимодействует микропроцессор. Постоянная память или CMOS в BIOS предназначена для постоянного хранения информации. Она запитана от автономного источника питания. Видеоадаптер предназначен для кодирования и декодирования графической информации.

Другие девайсы

Основной функцией внешней памяти компьютера является способность к автономному и долговременному хранению данных на разнообразных носителях, которые являются энергонезависимыми. Основным отличием от внутренней памяти является быстродействие. Звуковая карта позволяет получать сигналы слышимого диапазона, т. е. можно слушать музыку, смотреть фильмы и играть в игры.

Сетевой адаптер позволяет осуществлять обмен информацией между другими компьютерами. Блок питания подает электрическую энергию на основные узлы. Внешние устройства расширяют возможности ЭВМ. К ним относятся следующие девайсы: мышь, клавиатура, монитор, веб-камера, принтер и т. д. Корпус предназначен для защиты устройств от механических повреждений, воды и перегрева (обеспечивает вентиляцию).

Внешняя память

Устройства внешней памяти состоят из двух элементов — носителей и накопителей. С помощью первых осуществляется перенос данных с одного компьютера на другой. Вторые используются для считывания информации с первых. Какие носители информации относятся к внешней памяти, зависит от установленных накопителей на компьютере.

Другое определение ВЗУ, которое можно найти в учебниках по информатике, — область для хранения данных, неиспользуемых в RAM. Микропроцессор не работает напрямую с ВЗУ, поскольку оно является очень медленным. Информация загружается в ОЗУ, а затем в кеш-память, и обрабатывается. Затем результат попадает в RAM. После этого информация записывается на носитель.

Накопители отличаются конструктивной особенностью, емкостью поддерживаемых носителей, скоростью считывания и записи данных. Специалисты выделяют виды внешней памяти компьютера на следующих магнитных и оптических носителях:

Гибкие.
Жесткие.
Оптические.
Flash (флешки).

Первый тип не используется на современных компьютерах, поскольку дискеты обладают очень маленьким объемом. Второй тип предназначен для подключения винчестера. Он еще называется контроллером жестких дисков. Информация передается через специальный шлейф, с помощью которого осуществляется управление девайсом.

Жесткий диск

Винчестер или накопитель на жестких магнитных дисках — сложное устройство с записью магнитного типа для хранения данных и произвольного доступа к ним. Им оснащены практически все компьютеры. Запись происходит на жесткие стеклянные или алюминиевые пластины. Они покрыты слоем материала, имеющего ферромагнитные свойства. Диск может содержать одну или две пластины, размещенные на одной оси или шпинделе. Между ними размещены считывающие головки.

При быстром вращении шпинделя образуется поток воздуха. Следовательно, головки не касаются поверхности ферромагнетика. Расстояние между ними равно 10 нм (10^(-9) = 0,00000001 м.). Если диск не работает, то они находятся у шпинделя и не касаются магнитной поверхности. При аварийном отключении электроэнергии устройство считывания, благодаря использованию конденсаторных блоков, отводится на безопасное расстояние. Конденсаторы служат для накопления электрического заряда определенной емкости, которой хватает для правильного завершения работы винчестера.

Носитель информации находится внутри компьютера. Он совмещен с накопителем и электронной платой, которая называется вспомогательным контроллером.

Конструктивная особенность

Основными частями винчестера являются гермозона и электрическая плата (блок электроники). Первая часть состоит из корпуса (прочный сплав), считывающего механизма (головки и устройство позиционирования), дисков и двигателя шпинделя. Внутри нее отсутствует вакуумное пространство, поскольку производители наполняют область очищенным воздухом без примесей воды или азотом.

Давление выравнивается при помощи специального фильтра с мембраной для избежания деформации во время полета в самолете или перегрева. Если в гермозону попали мелкие частички, то при вращении они попадают в пылеулавливатель. Головки состоят из сплава на основе алюминия. Диски покрыты ферромагнетиком (сплав окиси железа, марганца и т. д. ) и изготавливаются из прочного металлического сплава. Фирма IBM делала их также из пластика и стекла, но модели оказались недолговечными. Количество пластин зависит от емкости устройства.

Закрепляются магнитные диски на оси, которая называется шпинделем. Она вращается со скоростью от 5200 до 15000 об/мин. Если диски еще не набрали соответствующих оборотов, то головки находятся в парковочной зоне. Вращение происходит при помощи вентильного электродвигателя. Между магнитными пластинами находится сепаратор в виде диска из пластика или алюминия. Он применяется для стабилизации потока воздуха или газа.

Устройство позиционирования — соленоидный электродвигатель малоинерционного типа. Блок электроники состоит из таких элементов: постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), буфера (памяти), блоков управляющего сигнала, интерфейса и цифровой обработки сигнала. В ПЗУ находятся информация о модели и программы, которые управляют работой блоков.

Буферная память предназначена для увеличения быстродействия. Блок управляющего сигнала принимает и обрабатывает информацию от различных датчиков (скорость вращения, противоударный акселерометр, давления, температуры, свободных падений и угловых ускорений).

Блок интерфейса осуществляет сопряжение между элементами винчестера и компьютером. Кодирование и декодирование информации осуществляется узлом цифровой обработки.

Технические характеристики

При покупке винчестера нужно обратить внимание на его характеристики, поскольку от них зависит производительность всего компьютера. К ним относятся следующие:

Интерфейс — взаимодействие двух независимых устройств. Бывают следующих типов: ATA, eSATA, SАТА, SCSI, SAS, FireWirе, SDIО и Fibrе СНАNNЕL.
Емкость — важный параметр, указывающий на количество информации, которую можно записать на носитель.
Геометрические параметры — размер устройства, измеряемый в дюймах.
Random Access Time — параметр, характеризующий время доступа к данным.
Частота вращения шпинделя — скорость, с которой вращается ось.
Средняя продолжительность наработки на отказ — параметр, показывающий время работы устройства до первого отказа.
Число опросов в секунду (IOPS) показывает максимальную величину элементарных операций в секунду во время записи и чтения.
Мощность — параметр, показывающий количество потребляемой энергии за единицу времени.
Скорость передачи данных — величина передачи или приема максимального блока информации за 1 секунду.
Объем буфера — количество памяти для уменьшения различий между операциями чтения и записи, а также последующей передачи данных по интерфейсу в RAM.

Однако следует обратить внимание на все характеристики, кроме 3, 4, 6, 7 и 9, поскольку у современных дорогих моделей они оптимальны.

Оптические диски и flash-устройства

Одним из распространенных информационных носителей являются сменные оптические диски (название получили из-за принципа записи и чтения). Они отличаются по емкости и производительности. К ним можно отнести следующие:

CD-R и CD-RW.
DVD-R и DVD-RW (DVD-5).
DVD-RAM.
Blu-ray.

СD-R и CD-RW являются дисками, емкость которых составляет 700 МБайт. На первый можно записать информацию только 1 раз, а второй поддерживает многократную запись. На DVD-R и DVD-RW можно записывать данные объемом до 4,45 ГБ (фирма-производитель указывает емкость 4,7 ГБ). Второй поддерживает многократную запись. Оптические DVD бывают следующих модификаций:

DVD-9: двухслойный односторонний (8,5 ГБ).
DVD-10: двухсторонний (9,4 ГБ).
DVD-14: двухсторонний с тремя информационными слоями (на одной — один, а на второй — два слоя). Его емкость составляет 13,2 ГБ.
DVD-18: две стороны и два слоя (17 ГБ).

DVD-RAM — отдельная группа носителей (4,7 и 9,4 ГБ), позволяющая просто копировать информацию с помощью обыкновенного проводника. Диски типа Blu-ray классифицируются следующим образом:

HD DVD-R: записывается только 1 раз. Бывают однослойными и двухслойными (15 ГБ и 30 ГБ соответственно).
HD DVD-RW поддерживает многократную запись (15 ГБ и 30 ГБ).
ВD-R: одноразовый (25 и 50 ГБ).
ВD-RЕ: многократная запись (25 и 50 ГБ).

Карта памяти вставляется в специальное устройство для считывания или USB-порт. Они поддерживают такие объемы информации: 2, 4, 8, 16, 32, 48 и 64 ГБ. Недостатком является отсутствие единого стандарта, подходящего не под все порты и накопители.

Таким образом, внешняя применяется для расширения внутренней памяти. Она позволяет сохранять данные и переносить на другие ЭВМ.

Компьютеры и ноутбуки работают с рядом запоминающих устройств, взаимодействующих между собой. Различают два основных типа памяти: внешняя – это накопители, внутренняя – используется процессором для вычислений. Ко второй относят ОЗУ, разнообразные кэши, буфер и не перезаписываемые виды запоминающих устройств. Первые рассмотрим подробнее.

Внешняя память компьютера: что это такое

В отличие от внутренней, энергонезависимая, постоянная или внешняя память служит для долговременного хранения цифровой информации. Данные из неё не удаляются даже после отключения электропитания, могут находиться на накопителе продолжительное время (годами). Она не связана с центральным процессором напрямую, взаимодействует с ним посредством иных устройств, соединённых с материнской платой.

Внешняя память (ВП) ещё называется внешними запоминающими устройствами (ВЗУ) или накопителями.

Разновидности внешней памяти

В зависимости от принципа записи, хранения и считывания информации ВЗУ разделяются на механические и немеханические. К механическим внешним запоминающим устройствам (внешней памяти) относятся накопители на гибких (FDD, дискеты), жёстких (винчестеры, HDD) и оптических носителях.

Ко вторым – устройства без механических частей – флеш-память. По способу чтения/записи внешняя память бывает: оптической, магнитной и комбинированной. Она характеризуется: объёмом, стоимостью за гигабайт, долговечностью, надёжностью, временем доступа, скоростью чтения и записи.

Гибкие диски

Дискета – носитель цифровой информации объемом до 2,8 МБ. Представлена подложкой, покрытой окислом с магнитными свойствами и помещённой в полимерный корпус. Данные записываются на дорожки – концентрические ячейки памяти, разделённые на секторы.

Ныне гибкие диски вытеснены другими типами памяти. Накопители на магнитных лентах применяются крайне редко в узкоспециализированных сферах, например, железнодорожные перевозки.

Оптические диски

К устаревшей внешней памяти относятся компакт-диски – полимерные накопители 120 мм в диаметре и толщиной 1,2 мм с одним либо несколькими светоотражающими слоями. Для записи и считывания информации применяется дисковод или оптический привод. В зависимости от типа накопителя, может вмещать до 50 ГБ (трёхслойные) или 100 ГБ (четырёхслойные).

Различаются неперезаписываемые носители – обозначаются буквой R (ROM – от read) и перезаписываемые – RW (rewritable). Информация на первые записывается один раз и не меняется. Вторые можно одно- или многократно очищать от данных, дописывать их. Также оптические накопители разделяют по типу носителя: CD, DVD, Blu-ray.

Жёсткие диски (HDD)

Наиболее распространённая внешняя память. Работает по принципу магнитной записи. Информация записывается на дорожки отполированных металлических либо стеклянных пластин с магнитными свойствами благодаря покрытию ферромагнетику.

Состоят из одной или нескольких пластин, на которых хранятся данные, устройства позиционирования головки, самих считывающих головок и сложного блока электроники. Различаются:

Объемом – 512 ГБ – 3-4 ТБ, старые накопители имеют объём 80–120 ГБ и менее.
Размером диска – 2,5 и 3,5 дюйма.
Способом подключения – внешние или переносные (преимущественно USB) и внутренние (интерфейс SATA разных версий).
Частотой вращения шпинделя: 7200 об/мин, реже – 5400 и 1000 об/мин.

Диск(-и) быстро вращается, считывающая головка парит над ним, при подаче напряжения она изменяет вектор намагниченности домена ферромагнетика. Для считывания меняется магнитный поток головки, приводящий к изменению электрического сигнала из-за возникновения индукции. По скорости опережают оптические накопители минимум на порядок: чтение – до 150 – 200 МБ/с, запись до 100 МБ/с.

По сравнению с предыдущими накопителями, HDD более быстрые, многократно перезаписываемые, надёжные, дешевые.

Флеш-память

Твердотельные накопители (SSD) – замена для жёстких дисков.
Флешки – используются для переноса информации между компьютерами, её хранения, например цифровых ключей.
Флеш-карты – применяются для хранения данных на цифровой технике: фотоаппараты, камеры, видеорегистраторы, телефоны, планшеты.

Преимущества флеш-памяти над HDD:

Скорость считывания и записи до десятка раз выше.
Надёжность – менее подвержена потерям данных при облучении электромагнитными полями, падении накопителя.
Отсутствие механики – не шумит.
Экономичность – потребляют меньше энергии.

Из недостатков на данный момент отметим:

Стоимость одного гигабайта – обходится дороже HDD в разы, но ситуация постоянно улучшается.
Объём – для HDD в основном 1-2 ТБ, для SSD – 256-512 ГБ.

Компактность большой роли не играет. Ограниченный срок службы ячейки ранее относился к недостаткам, с развитием технологий количество циклов перезаписи перестало быть проблемой.

Устройства внешней памяти или, иначе, внешние запоминающие устройствавесьма разнообразны. Их можно классифицировать по целому ряду признаков: по виду носителя, типу конструкции, по принципу записи и считывания информации, методу доступа и т.д.Один из возможных вариантов классификации ВЗУ приведен на рис. 2.6.

Внешние запоминающие устройства (ВЗУ) – это электромеханические запоминающие устройства, которые характеризуются большим объемом хранимой информации и низким (по сравнению с электронной памятью) быстродействием. К ВЗУ относятся накопители на магнитной ленте (НМЛ), накопители на гибких магнитных дисках (НГМД), накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД), накопители на оптических дисках (НОД) и др.

Рис. 2.6.Классификация ВЗУ

Носитель информации – это материальный объект, способный хранить информацию. Например, в первых ЭВМ носителями информации являлись бумажные ленты и карты, на которых были пробиты (перфорированы) отверстия.

При магнитной записи информации с помощью записывающей головки происходит изменение магнитной индукции носителя. Носитель изготавливают из ферромагнитного материала. Располагается носитель на подложке, в качестве которой может выступать пластмассовая пленка, металлические или стеклянные диски.

Ток, протекающий по обмотке записывающей головки, создает в сердечнике (магнитопроводе) магнитный поток. Через узкий зазор в сердечнике магнитный поток намагничивает носитель в одном из двух направлений, что зависит от направления протекающего по обмотке тока. Разные направления намагниченности носителя соответствуют логическому нулю или логической единице. Таким образом, записывающая головка – это маленькие электромагниты, которые своим электромагнитным полем изменяют ориентацию магнитных доменов в носителе в зависимости от полярности протекающего в обмотке тока.

При считывании информации с ленты или диска движущийся намагниченный носитель индуцирует в считывающей головке электродвижущую силу. Полярность возникающего на обмотке напряжения зависит от направления намагниченности носителя.

Накопители на магнитных дисках включают в себя ряд систем:

ü элекромеханический привод, обеспечивающий вращение диска;

ü блок магнитных головок для чтения и записи;

ü системы установки (позиционирования) магнитных головок в нужное для записи или чтения положение;

ü электронный блок управления и кодирования сигналов.

Дискета – гибкий пластиковый диск с нанесенным на обе стороны магнитным покрытием, заключенный в достаточно твердый пластиковый конверт для предохранения от механических повреждений. Информация на диск наносится вдоль концентрических окружностей (рис. 2.7) – дорожек.

Каждая дорожка разбита на несколько секторов (обычно 18) – минимально возможных адресуемых участков. Стандартная емкость сектора – 512 байт.

Рис. 2.7. Логическая структура поверхности магнитного диска

Процедура разметки нового диска – нанесение секторов и дорожек – называется форматированием. Одноименные сектора обеих поверхностей образуют кластеры. В центре дискеты имеется приспособление для захвата и обеспечения вращения диска внутри пластмассового корпуса. Дискета вставляется в дисковод, который вращается с постоянной угловой скоростью. Магнитные головки примыкают к обеим поверхностям и при вращении диска проходят мимо всех кластеров дорожки. Перемещение головок по радиусу с помощью шагового двигателя обеспечивает доступ к каждой дорожке. Запись/чтение осуществляется целым числом кластеров, обычно под управлением операционной системы.

Для дискет формата 3,5’’ максимальная емкость составляет 2,88 Мб, самый распространенный формат емкости для них – 1,44 Мб.

В целях сохранения информации гибкие магнитные диски необходимо предохранять от воздействия сильных магнитных полей и нагревания, так как такие воздействия могут привести к размагничиванию носителя и потере информации.

Накопителем на гибких дисках является дисковод ZIP фирмы Iomega. Накопитель подобен дискете по принципу действия, (но емкостью около 100 Мб) и вставляется в специальный дисковод. Носитель информации имеет гибкую основу, сам накопитель использует эффект Бернулли.

Основная идея такого накопителя заключается в следующем. Воздушные потоки, возникающие вследствие вращения гибкого диска, вызывают изгиб части поверхности диска, находящейся под головкой. Однако диск не соприкасается с головкой, и между ними остается небольшой, достаточно стабильный зазор, который обеспечивается потоками воздуха. Этот эффект позволяет использовать более плотную запись информации.

Жесткий магнитный диск (винчестер, HDD – Hard Disk Drive) –накопитель, предназначенный для долговременного хранения всей имеющейся в компьютере информации. Операционная система, постоянно используемые программы загружаются с жесткого диска, на нем хранится большинство документов. Жесткий диск является несменным носителем.

Жесткий диск представляет собой герметичную коробочку (рис. 2.8), внутри которой спрятано несколько дисков, покрытых магнитным слоем. Над ними очень быстро движутся несколько головок чтения-записи.

Рис. 2.8. Жесткий диск

Рис. 2.9. Устройство жесткого диска

Запись информации на диск ведется по строго определенным местам – концентрическим дорожкам (трекам). Дорожки, как и в случае гибких дисков, делятся на сектора. Специальный двигатель с помощью кронштейна позиционирует головку над заданной дорожкой (перемещает ее в радиальном направлении). При повороте диска головка располагается над нужным сектором. Очевидно, что все головки перемещаются одновременно и считывают информацию с одинаковых дорожек разных дисков. Дорожки винчестера с одинаковыми порядковыми номерами, расположенные на разных дисках, называются цилиндром.

Внутренняя полость винчестера заполняется очищенным от пыли воздухом, а внутри корпуса поддерживается атмосферное давление. При вращении диски создают сильный поток воздуха, который постоянно очищается фильтром.

Основные параметры жесткого диска.

ü Емкость – винчестер имеет объем от 40 Гб до 200 Гб и более.

ü Скорость чтения данных. Средний сегодняшний показатель – около 8 Мбайт/с.

ü Среднее время доступа. Измеряется в миллисекундах и обозначает то время, которое необходимо диску для доступа к любому выбранному вами участку. Средний показатель – 9 мс.

ü Скорость вращения диска. Показатель, напрямую связанный со скоростью доступа и скоростью чтения данных. Скорость вращения жесткого диска в основном влияет на сокращение среднего времени доступа (поиска). Повышение общей производительности особенно заметно при выборке большого числа файлов.

ü Размер кэш-памяти – быстрой буферной памяти небольшого объема, в которую компьютер помещает наиболее часто используемые данные. У винчестера есть своя кэш-память размером до 8 Мбайт.

ü Фирма-производитель. Освоить современные технологии могут только крупнейшие производители, потому что организация изготовления сложнейших головок, пластин, контроллеров требует крупных финансовых и интеллектуальных затрат. В настоящее время жесткие диски производят семь компаний: Fujitsu, IBM-Hitachi, Maxtor, Samsung, Seagate, Toshiba и Western Digital. При этом каждая модель одного производителя имеет свои, только ей присущие особенности.

В ПК используются также диски с высокой плотностью записи, на поверхности которых для более точного позиционирования магнитной головки используется лазерный луч. По внешнему виду эти диски напоминают 3,5-дюймовые дискеты, но имеют более жесткую конструкцию. Накопители на флоппи дисках – выполняют обычную магнитную запись информации, но со значительно большей плотностью размещения дорожек на поверхности диска. Такая плотность достигается ввиду наличия на дисках специальных нанесенных лазерным лучом серводорожек, служащих при считывании/записи базой для позиционирования лазерного луча, и соответственно, магнитной головки, жестко связанной с лазером. Стандартная емкость флоппи диска 20,8 Мбайта; накопители сверхвысокой плотности записи (VHD - Very High Density) используют кроме лазерного позиционирования еще и специальные дисководы, обеспечивающие иную технологию записи/считывания – "перпендикулярного" способа записи вместо обычного "продольного".

По способу организации записи и считывания оптические диски могут быть разделены на три класса: только для чтения CD-ROM (Read Only), с однократной записью и многократным считыванием СC-WORM (Continuous Composite Write Once Read Many) и с многократной перезаписью информации CD-RW (Compact Disc-ReWritable).

В основе записи информации с помощью лазера лежит модуляция интенсивности излучения лазера дискретными значениями 0 и 1. Излучение достаточно мощного лазера оставляет на поверхности диска метки, вызванные воздействием луча на металл. Поверхность диска предварительно покрывается тонким слоем металла – теллура.

При записи логической единицы луч прожигает в пленке теллура микроскопическое отверстие. Если единицы следуют одна за другой, то за счет вращения диска во время записи отверстие оказывается вытянутым вдоль дорожки. Запись ведется с большой плотностью – 630 дорожек на миллиметр. Длина всей спиральной дорожки около 5 км.

При считывании информации с оптического диска луч считывающего лазера отражается от поверхности диска, кроме мест, выжженных записывающим лучом. Отраженные лучи с помощью оптической системы, состоящей из призм и линз, направляются на фотодетектор. Делитель луча отправляет отраженный луч по отдельной траектории к фотодетектору (рис. 2.10). Напряжение на выходе фотодетектора воспроизводит впадины и бугорки, имеющиеся на оптическом диске.

Рис. 2.10. Принцип работы оптических дисков

Технология записи на перезаписывающие диски иная.

Запись информации в магнитооптических накопителях осуществляется на диск из стекла, содержащий магнитный слой из сплава тербия, железа и кобальта. Этот сплав имеет низкую температуру Кюри (около 145°С). Температура Кюри – это такая температура, при которой появляется возможность перемагнитить данный сплав. С помощью лазера нагревают небольшой участок диска до температуры Кюри и прикладывают магнитное поле нужного направления. После остывания данный участок запоминает направление намагниченности.

Для считывания данных используют эффект Керра, который проявляется в изменении направления поляризации лазерного луча, отраженного от намагниченной поверхности.

Более высокой плотностью записи обладают диски DVD (Digital Video Disc). Информация на этих дисках может быть размещена на одной либо на обеих сторонах, в одном либо в двух слоях. Переключение между слоями осуществляется фокусировкой лазера на требуемом расстоянии.

Классическим способом резервного копирования является применение стримеров – устройств записи на магнитную ленту. Однако возможности этой технологии как по емкости, так и по скорости, сильно ограничены физическими свойствами носителя. Стример по принципу действия очень похож на кассетный магнитофон. Данные записываются на магнитную ленту, протягиваемую мимо головок. Недостатком стримера является слишком большое время последовательного доступа к данным при чтении. Емкость стримера достигает нескольких Гбайт, что меньше емкости современных винчестеров, а время доступа во много раз больше.

Устройства, основанные на кристаллах электрически перепрограммируемой памяти, не имеющие подвижных частей, называютсяфлэш-память. Физический принцип организации ячеек флэш-памяти можно считать одинаковым для всех выпускаемых устройств, как бы они ни назывались. Различаются такие устройства по интерфейсу и применяемому контроллеру, что обусловливает разницу в емкости, скорости передачи данных и энергопотреблении.

PCCard(PCMCIAATA) – основной тип флэш-памяти для компактных компьютеров. В настоящее время существует четыре формата карточек PC Card: Type I, Type II, Type IIIи CardBus, различающиеся размерами, разъемами и рабочим напряжением. Емкость PC Card достигает 4 Гб, скорость – 20 Мб/с при обмене данными с жестким диском.

CompactFlash(CF) – самый распространенный, универсальный и перспективный формат. Легко подключается к любому ноутбуку. Основная область применения – цифровая фотография. По емкости (до 3 Гбайт) сегодняшние CF-карты не уступают IBM Microdrive, однако отстают по скорости обмена данными (около 2 Мбайт/с).

MiniatureCard(MC) – карточка флэш-памяти, предназначена в основном для карманных компьютеров, мобильных телефонов и цифровых фотокамер. Стандартная емкость составляет 64 Мбайт.

SmartMedia– основной формат для карт широкого применения от банковских и проездных в метро до удостоверений личности. Тонкие пластинки весом 2 грамма имеют открыто расположенные контакты, но значительная для таких габаритов емкость (до 128 Мбайт) и скорость передачи данных (до 600 Кбайт/с) обусловили их проникновение в сферу цифровой фотографии и носимых МР3-устройств.

xDPictureCard(extremeDigital)является новым типом флэш-памяти, разработанным компанией Toshiba специально для цифровых фотоаппаратов. В момент написания учебника – это самое миниатюрное устройство флэш-памяти. Благодаря использованию технологии NAND не имеет ограничений на максимальный объем.

Читайте также: