Организация внешней памяти на магнитных дисках

СОДЕРЖАНИЕ:

                                                                            Стр.

   Введение  ………………………………………….……………..……….....  3

1. Внешняя память компьютера ………………………………………..……    4
2. Накопители на гибких магнитных дисках………………………….…….   5
3. Накопители на жестких магнитных дисках……………………………… 6
4. Накопители на компакт-дисках…………………………………………...   7-8
5. Записывающие оптические и магнитооптические накопители………...    9
6. Накопители на магнитной ленте (стримеры) и накопители на сменных дисках ……………………………………………………………………...   10
7. Список литературы ………………………………………………………..  11

 
 

 

Введение 

     Идея хранения больших объемов данных на внешних магнитных носителях возникла практически одновременно с самими компьютерами. Первыми появились ленты, а вслед за ними – барабаны. Преимуществом лент была практически неограниченная площадь носителя, а недостатком – необходимость последовательного доступа. Напротив, достоинство барабанов состояло в возможности прямого доступа, зато увеличить площадь их магнитной поверхности в заданном объеме было нельзя. С «геометрической» точки зрения единственной альтернативой этим типам носителей оказались накопители, в которых магнитная поверхность располагается на стеке вращающихся дисков, в просторечии - «блинов». Во-первых, их площадь можно увеличивать за счет количества «блинов», а во-вторых, возможен прямой доступ к записанным данным. Магнитные диски впервые были реализованы в начале 50-х годов в исследовательской лаборатории корпорации IBM, расположенной в Сан-Хосе (Калифорния).

     Не  случайно на протяжении долгой истории  дисков им неоднократно предсказывали  неизбежную кончину. Однако они с завидной регулярностью реинкаринировались, появлялись все новые и новые технические решения, которые позволяли отложить казавшееся делом решенным расставание на неопределенное время. Современные диски настолько миниатюрны и совершенны, что пользователи забывают или даже не догадываются об их механической природе.

     В 2006 году устройства хранения данных на магнитных дисках отметили полувековой юбилей. 
 
 

1. Внешняя память компьютера 

     Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного  хранения программ и данных, и целостность её содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер. В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором. Информация от ВЗУ к процессору и наоборот циркулирует примерно по следующей цепочке:

   

     В состав внешней памяти компьютера входят:

накопители  на жёстких магнитных дисках;

накопители  на гибких магнитных дисках;

накопители  на компакт-дисках;

накопители  на магнито-оптических компакт-дисках;

накопители  на магнитной ленте (стримеры) и др. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Накопители  на гибких магнитных дисках

 

     Гибкий  диск (англ. floppy disk), или дискета, — носитель небольшого объема информации, представляющий собой гибкий пластиковый диск в защитной оболочке. Используется для переноса данных с одного компьютера на другой и для распространения программного обеспечения. 

     Дискета состоит из круглой полимерной подложки, покрытой с обеих сторон магнитным  окислом и помещенной в пластиковую  упаковку, на внутреннюю поверхность  которой нанесено очищающее покрытие. В упаковке сделаны с двух сторон радиальные прорези, через которые головки считывания (записи) накопителя получают доступ к диску.

   Способ записи двоичной информации на магнитной среде называется магнитным кодированием. Он заключается в том, что магнитные домены в среде выстраиваются вдоль дорожек в направлении приложенного магнитного поля своими северными и южными полюсами. Обычно устанавливается однозначное соответствие между двоичной информацией и ориентацией магнитных доменов.

     Информация  записывается по концентрическим 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. Ёмкость сектора постоянна и составляет 512 байтов.

     В настоящее время наибольшее распространение  получили дискеты со следующими характеристиками: диаметр 3,5 дюйма (89 мм), ёмкость 1,44 Мбайт, число дорожек 80, количество секторов на дорожках 18.

     В накопителе вращается сама дискета, магнитные головки остаются неподвижными. Дискета вращается только при обращении к ней. Накопитель связан с процессором через контроллер гибких дисков.

3. Накопители на жестких магнитных дисках

 

     Если  гибкие диски — это средство переноса данных между компьютерами, то жесткий диск — информационный склад компьютера.

     Накопитель  на жёстких магнитных дисках (англ. HDD — Hard Disk Drive) или винчестерский  накопитель — это наиболее массовое запоминающее устройство большой ёмкости, в котором носителями информации являются круглые алюминиевые пластины — платтеры, обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. Используется для постоянного хранения информации — программ и данных.

     Как и у дискеты, рабочие поверхности  платтеров разделены на кольцевые  концентрические дорожки, а дорожки — на секторы. Головки считывания-записи вместе с их несущей конструкцией и дисками заключены в герметически закрытый корпус, называемый модулем данных. При установке модуля данных на дисковод он автоматически соединяется с системой, подкачивающей очищенный охлажденный воздух. Поверхность платтера имеет магнитное покрытие толщиной всего лишь в 1,1 мкм, а также слой смазки для предохранения головки от повреждения при опускании и подъёме на ходу. При вращении платтера над ним образуется воздушный слой, который обеспечивает воздушную подушку для зависания головки на высоте 0,5 мкм над поверхностью диска.

     Винчестерские накопители имеют очень большую  ёмкость: от 10 до 100 Гбайт. 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. Винчестерский накопитель связан с процессором через контроллер жесткого диска.

4. Накопители на компакт-дисках

 

     CD-ROM представляет собой прозрачный полимерный диск диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм, на одну сторону которого напылен светоотражающий слой алюминия, защищенный от повреждений слоем прозрачного лака. Толщина напыления составляет несколько десятитысячных долей миллиметра.

     Информация  на диске представляется в виде последовательности впадин (углублений в диске) и выступов (их уровень соответствует поверхности  диска), расположеных на спиральной дорожке, выходящей из области вблизи оси  диска. На каждом дюйме (2,54 см) по радиусу диска размещается 16 тысяч витков спиральной дорожки. Для сравнения — на поверхности жесткого диска на дюйме по радиусу помещается лишь несколько сотен дорожек. Емкость CD достигает 780 Мбайт. Информация наносится на диск при его изготовлении и не может быть изменена.

     CD-ROM обладают высокой удельной информационной  емкостью, что позволяет создавать  на их основе справочные системы  и учебные комплексы с большой  иллюстративной базой. Один CD по  информационной емкости равен  почти 500 дискетам. Cчитывание информации с CD-ROM происходит с достаточно высокой скоростью, хотя и заметно меньшей, чем скорость работы накопителей на жестком диске. CD-ROM просты и удобны в работе, имеют низкую удельную стоимость хранения данных, практически не изнашиваются, не могут быть поражены вирусами, c них невозможно случайно стереть информацию.

     В отличие от магнитных дисков, компакт-диски  имеют не множество кольцевых  дорожек, а одну — спиральную, как  у грампластинок. В связи с  этим, угловая скорость вращения диска  не постоянна. Она линейно уменьшается в процессе продвижения читающей лазерной головки к краю диска.

     Для работы с CD-ROM нужно подключить к  компьютеру накопитель CD-ROM, преобразующий  последовательность углублений и выступов на поверхности CD-ROM в последовательность двоичных сигналов. Для этого используется считывающая головка с микролазером и светодиодом. Глубина впадин на поверхности диска равна четверти длины волны лазерного света. Если в двух последовательных тактах считывания информации луч света лазерной головки переходит с выступа на дно впадины или обратно, разность длин путей света в этих тактах меняется на полуволну, что вызывает усиление или ослабление совместно попадающих на светодиод прямого и отраженного от диска света.

     Если  в последовательных тактах считывания длина пути света не меняется, то и состояние светодиода не меняется. В результате ток через светодиод образует последовательность двоичных электрических сигналов, соответствующих сочетанию впадин и выступов на дорожке.

     Различная длина оптического пути луча света в двух последовательных тактах считывания информации соответствует двоичным единицам. Одинаковая длина соответствует двоичным нулям.

     Сегодня уже все персональные компьютеры имеют накопитель CD-ROM. Но многие мультимедийные интерактивные программы слишком велики, чтобы поместиться на одном CD. На смену технологии СD-ROM стремительно идет технология цифровых видеодисков DVD. Эти диски имеют тот же размер, что и обычные CD, но вмещают до 17 Гбайт данных, т.е. по объему заменяют 20 стандартных дисков CD-ROM. На таких дисках выпускаются мультимедийные игры и интерактивные видеофильмы отличного качества, позволяющие зрителю просматривать эпизоды под разными углами камеры, выбирать различные варианты окончания картины, знакомиться с биографиями снявшихся актеров, наслаждаться великолепным качеством звука. 
 

5. Записывающие оптические

и магнитооптические  накопители 

     Записывающий  накопитель CD-R (Compact Disk Recordable) способен, наряду с прочтением обычных компакт-дисков, записывать информацию на специальные оптические диски емкостью 650 Мбайт. В дисках CD-R отражающий слой выполнен из золотой пленки. Между этим слоем и поликарбонатной основой расположен регистрирующий слой из органического материала, темнеющего при нагревании. В процессе записи лазерный луч нагревает выбранные точки слоя, которые темнеют и перестают пропускать свет к отражающему слою, образуя участки, аналогичные впадинам. Накопители CD-R, благодаря сильному удешевлению, приобретают все большее распространение. Записывающий накопитель CD-R (Compact Disk Recordable) способен, наряду с прочтением обычных компакт-дисков, записывать информацию на специальные оптические диски. Ёмкость 650 Мбайт.

     Накопитель  на магнитооптических компакт-дисках СD-MO (Compact Disk — Magneto Optical). Диски СD-MO можно многократно использовать для записи. Ёмкость от 128 Мбайт до 2,6 Гбайт.

     Накопитель WARM (Write And Read Many times), позволяет производить  многократную запись и считывание.  
 
 
 
 
 
 
 

6. Накопители  на магнитной ленте (стримеры)

и накопители на сменных  дисках 

     Стример (англ. tape streamer) — устройство для  резервного копирования больших  объёмов информации. В качестве носителя здесь применяются кассеты с  магнитной лентой ёмкостью 1-2 Гбайта и больше.

     Стримеры  позволяют записать на небольшую  кассету с магнитной лентой огромное количество информации. Встроенные в стример средства аппаратного сжатия позволяют автоматически уплотнять информацию перед её записью и восстанавливать после считывания, что увеличивает объём сохраняемой информации.