Устройства хранения данных

Необходимость во внешних устройствах хранения данных возникает в двух случаях: когда на вычислительной системе обрабатывается больше данных, чем можно разместить на базовом жестком диске; когда данные имеют повышенную ценность и необходимо выполнять регулярное резервное копирование на внешнее устройство (копирование данных на жестком диске не является резервным и только создает иллюзию безопасности).

В настоящее время для внешнего хранения данных используют несколько типов устройств.

Стримеры — это накопители на магнитной ленте. Их отличает сравнительно низкая цена. К недостаткам стримеров относят малую производительность (она связана прежде всего с тем, что магнитная лента — это устройство последовательного доступа) и недостаточную надежность (кроме электромагнитных наводок, ленты стримеров испытывают повышенные механические нагрузки и могут физически выходить из строя). Емкость магнитных кассет (картриджей) для стримеров составляет до нескольких сот Мбайт. Дальнейшее повышение емкости за счет повышения плотности записи снижает надежность хранения, а повышение емкости за счет увеличения длины ленты сдерживается низким временем доступа к данным.

Накопители на магнитных дисках (НМД) бывают двух типов: НГМД – на гибком магнитном диске (с носителем дискетой) и НМД – на жестком магнитном диске (типа «Винчестер»).

НМД представляют собой устройства с циклическим доступом к информации.

Накопитель на жестком магнитном диске (НМД) может состоять более, чем из одной пластины. При наличии нескольких закрепленных на общей оси пластин, образуется пакет магнитных носителей.

Каждую рабочую поверхность такой конструкции обслуживает своя головка. В НМД головки во время работы находятся на небольшом расстоянии от поверхности (десятые доли микрона). При устранении контакта головки с поверхностью диска появилась возможность увеличить скорость вращения дисков, а следовательно, повысить быстродействие внешнего ЗУ.

Запись и чтение информации на жестком магнитном диске производится с помощью магнитных головок, которые во время чтения-записи неподвижны. Магнитное покрытие каждой поверхности диска во время чтения-записи перемещается относительно головки. Магнитный «след» на поверхности диска, образовавшийся при работе головки на запись, образует кольцевую траекторию – дорожку. Дорожки, расположенные друг под другом на всех рабочих поверхностях магнитного носителя, называются цилиндром.

В жестких МД различных фирм используются разные материалы для магнитного покрытия: диски ранних конструкций имели оксидное покрытие (окись железа), более поздние диски – кобальтовое покрытие. Кобальтовое покрытие наносится на поверхность диска методом напыления. При этом образуется тонкая магнитная пленка, на которую осуществляется воздействие для образования магнитных следов.

Жесткие диски 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 доли микрона. Наиболее распространенный способ удовлетворения обоих условий – применение «воздушной подушки»: в магнитной головке делаются отверстия, через которые в рабочий зазор в направлении магнитного диска нагнетается сжатый воздух – он и является демпфером (воздушной подушкой), не позволяющим магнитной головке «прижаться» к поверхности диска. Воздух перед нагнетанием в зазоры проходит тщательную очистку от пыли с помощью специальных фильтров.

Магнитные головки при работе НМД 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 НМД 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 начала дорожки, ожидают 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.

Основной характеристикой НМД является их емкость, которая главным образом зависит от плотности записи, в свою очередь в значительной степени зависящей от уровня технологии. Кроме увеличения емкости диска повышение плотности записи приводит и к увеличению скорости считывания-записи данных при неизменных диаметре и скорости вращения носителя.

Оптические запоминающие устройства

Один из первых оптических накопителей информации – видеопластинка Laservision фирмы Philips представляла собой плексигласовый диск диаметром 20 или 30 см с тонким алюминиевым слоем, покрытым защитной пленкой из лака. При нанесении информации в алюминиевом слое делаются углубления, располагаемые вдоль дорожек, как в обычных граммпластинках. Отличие заключается в том, что во-первых, дорожки начинаются в центре пластинки, и, во-вторых, они наносятся лазерным лучом – ширина дорожки при этом составляет 0,4 микрона, расстояние между дорожками – 1,6 микрона. При таких размерах на одном миллиметре радиуса располагается 600 дорожек. При считывании информации лазерный луч по-разному отражается от основной ровной поверхности (0) и от углублений (1).

Современные компакт-диски (CD-R и CD-RW) позволяют дозаписывать информацию за несколько сеансов. После каждой дозаписи создается оглавление диска. Компакт-диски могут изготовляться по различным технологиям: диск может быть покрыт чувствительным фотолаком, в котором лазер прожигает отверстия, испаряя лак; на подложку диска могут быть нанесены два слоя – один из искусственных полимеров (имеющих малую теплоту плавления), другой – металлический (при нагревании металла лазерным лучом находящийся под ним слой полимера испаряется, что приводит к образованию пузырька в металлическом слое и как следствие – к нетиповому отражению считывающего луча в этом месте); поверхность диска может быть покрыта слоем галий-сурьмы или индий-сурьмы, которые при воздействии на них лазерного луча расплавляются и переходят из кристаллического в аморфное состояние, что сопровождается изменением условий отражения и может быть зафиксировано считывающим лазерным лучом.

По оптическим технологиям изготовляется DVD – универсальный диск с высокой плотностью записи информации. По сравнению с обычными компакт-дисками, плотность записи DVD увеличена в 7 раз. На DVD-диске за счет более мелкого микрорельефа информационной дорожки и использования многоуровневой записи удалось значительно увеличить количество записываемой информации.

Скорость считывания информации с DVD-диска значительно больше и, кроме того, изменяется в широких пределах в зависимости от сложности воспроизводимой на экране информации. DVD-диск обеспечивает воспроизведение в 2 раза большего количества элементов изображения как по горизонтали, так и по вертикали. Таким образом, на изображении с DVD-диска количество видеоинформации в 4 раза больше.

Flash-накопители

В настоящее время очень популярны устройства flash-памяти с интерфейсом USB. Они предназначены для хранения и переноса информации и отличаются компактностью, малым энергопотреблением, большой ёмкостью, высокой надёжностью и простотой использования.

Flash-память – это разновидность полупроводниковой технологии электрически перепрограммируемой памяти.

Появилась flash-память в 1984 г., когда компания Toshiba объявила о создании нового типа запоминающих устройств, а годом позже начала производство микросхем емкостью 256 Кbit. Другое рождение flash-микросхем произошло уже под брэндом Intel в 1988 г., когда в этой компании был разработан собственный вариант flash-памяти. Начиная с 1997 г. flash-накопители стали использоваться в цифровых фотоаппаратах, потом в MP3-плейерах и цифровых видеокамерах.

Flash-память обладает как преимуществами, так и недостатками.

Преимущества flash-памяти:

- Для хранения данных не требуется дополнительной энергии, то есть flash-память является энергонезависимым устройством.

- Энергия, правда, требуется для записи данных, совсем без затрат тут не обойтись, в конце концов, вечный двигатель, как известно, создать невозможно. Зато по сравнению с компакт-дисками или дискетами затраты энергии при работе с flash-устройством минимальны. Поэтому flash-память является очень экономной с точки зрения энергозатрат.

- Flash-микросхема позволяет многократно перезаписывать данные.

- Накопитель на основе flash-микросхемы не содержит в себе никаких движущихся механических узлов и устройств, поскольку это твердотельная память.

- Компактность.

- Информация, записанная на флэш-память, может храниться очень длительное время (порядка 10, а по некоторым данным, и до 100 лет). То есть flash-микросхема является устройством для долговременного хранения данных.

Недостатки flash-памяти:

- Flash-память стоит дороже, чем дискеты, компакт-диски и компьютерные винчестеры.

- Flash-память работает существенно медленнее, чем оперативная память на основе микросхем SRAM и DRAM или жесткий диск.

- Flash-память имеет ограничение по количеству циклов перезаписи. Предел колеблется от 10 000 до 1 000 000 циклов для разных типов микросхем.

И все же, несмотря на некоторые недостатки, flash-память обретает все большую популярность, как съемный носитель информации.

Дата добавления: 2014-01-06