Организация данныхна устройствах с прямым и последовательным доступом

Носители информации и технические средства для хранения данных

Устройства хранения информации называются накопителями. В основе их работы лежат разные принципы (в основном это магнитные или оптические устройства), но используются они для одной цели - для хранения информации для последующего многократного использования. Этот вид памяти, в отличие от оперативной памяти, является энергонезависимым. Объем носителей, используемых в этих устройствах, значительно превосходит объем оперативной памяти. Стоимость хранения единицы информации существенно ниже. Накопители бывают внешними (собственный корпус и источник питания) и внутренними (встраиваются в корпус компьютера), со сменными и несменными носителями, с носителями разной формы (диски, ленты). Накопители имеют разные характеристики: максимально возможный объем хранимой информации, время доступа. Накопители для ЭВМ подразделяются на две группы: прямого и последовательного доступа. Для устройств первой группы характерно то, что они доступ к информации осуществляется непосредственно по указанному адресу и информацияравнодоступна вне зависимости от места ее хранения на носителе записи. К этой группе относятся дисковые накопители. Устройства второй группы позволяют осуществлять доступ к информации только последовательно, к ним относятся накопители на магнитной ленте.

Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД). Накопитель содержит один или несколько магнитных дисков, смонтированных на общем шпинделе. Представляют собой один или несколько дисков, размещённых на одной оси и вращающихся с высокой скоростью (от 5400 до 15000 об/мин) в пылезащищённом корпусе внутри системного блока ЭВМ. Несмотря на параллельную работу всех магнитных головок, за один оборот диска может быть записана или прочитана только одна дорожка. Главными характеристиками винчестера являются: ёмкость, скорость вращения дисков (от которого зависит быстродействие), тип интерфейса (способ подключения к материнской плате): IDE (ATA), Serial ATA (SATA) или SCSI (Small Computer System Interface), ёмкость буфера для передачи данных, тепловыделение и уровень шума.

Сами диски представляют собой обработанные с высокой точностью керамические или алюминиевые пластины, на которые нанесено магнитное покрытие. В старых накопителях для покрытия использовался оксид железа, в современных – напыленная металлическая пленка. Обычно в накопителе используются обе поверхности дисков, поэтому число рабочих поверхностей обычно в два раза больше. В некоторых случаях наружные поверхности крайних дисков или одного их них не используются для хранения информации, при этом число рабочих поверхностей уменьшается и может оказаться нечетным. Магнитные головки устанавливаются на вращающемся рычаге, называемом позиционером. Такая конструкция напоминает тонарм звукоснимателя проигрывателя грампластинок. Во время работы головки "летят" над поверхностью диска на расстоянии доли микрона за счет аэродинамических сил, возникающих от быстрого вращения диска.

Габаритные размеры накопителей характеризуются так называемым форм-фактором. Форм-фактор обычно указывает на горизонтальный и вертикальный размеры накопителя. Горизонтальный размер определяется диаметром магнитного диска, который может быть одним из следующих значений: 5,25; 3,5; 2,5; 1,8 дюйма (действительный размер корпуса накопителя чуть больше). Вертикальный размер обычно характеризуется такими параметрами, как Full-Height (FH), Half-Height (HH), Third-Height (Low-Profile, LP). Накопители "полной высоты" имеют вертикальный размер более 3,25 дюйма (82,5 мм), "половинной высоты" - 1,63 дюйма (41,25 мм), "низкопрофильные" - около одного дюйма. Аналогичные характеристики имеют и монтажные отсеки системного блока компьютера. Качество накопителей оценивается рядом следующих показателей: емкостью (в мегабайтах), средним временем позиционирования магнитных головок (в миллисекундах), средней скоростью передачи данных (Мбайт/с), временем безотказной работы (в часах). Если форматы гибких дисков стандартизированы, то формат "винчестерского" накопителя задается в процессе изготовления.

Достоинствами ЖМД являются большой объём памяти (до сотен Гбайт) при низкой стоимости хранения единицы информации и высокое быстродействие (по сравнению с другими дисковыми накопителями, но гораздо медленнее внутренней памяти). Недостатки - трудоемкость быстрого переноса с машины на машину, хрупкость, чувствительность к механическим повреждениям. По причине хрупкости винчестера компьютер следует оберегать от ударов, падений, не перемещать и не поворачивать во включенном состоянии.

CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) - диски для чтения предварительно записанной информации (аналогичны музыкальным компакт-дискам). Оптические диски CDROM обладают достаточно большим объёмом информации (650 или 700 Мбайт), компактностью, долгим сроком службы, очень дёшевы. Недостатки: обычные компакт-диски нельзя перезаписывать (информацияна них формируется заводом-изготовителем), скорость доступа к информации несколько меньше, чем у ЖМД.

Однократно записываемые оптические диски (CD-R, Compact Disk Recordable) позволяют пользователю самостоятельно записать на диск до 700 Мбайт (также бывают диски объёмом до 800 Мбайт) информации (либо до 80 минут высококачественного звука) при наличии у него устройства для записи компакт-дисков (CD-Writer). Записанный таким образом диск может быть прочитан на любом дисководе для чтения дисков CD-ROM. Очень низкая стоимость носителя в сочетании с его ёмкостью, невысокой ценой устройства для записи и простотой процедуры записи делает данную технологию оптимальной как для резервного хранения данных, так и для распространения средних объёмов информации. Максимальная скорость записи дисков CD-R составляет 52x (1x соответствует 150 кбайт/с).

Многократно записываемые оптические диски (CD-RW, Compact Disk ReWriteable) допускают стирание и последующую запись новой информации, однако сравнительно высокая стоимость и несколько более низкая надёжность носителей по сравнению с CD-R ограничивает распространённость этих устройств. Скорость записи и чтения таких дисков обычно ниже, чем CD-R. Ёмкость RW-дисков такая же, как у однократно записываемых (650-700 Мбайт). Кроме того, записанный таким образом диск может не читаться на достаточно старых устройствах для чтения CD-ROM. Максимальная скорость записи CD-RW составляет 24x (3,5 Мбайт/с).

Диски CD-ROM, CD-R и CD-RW выпускаются диаметром 5” или 12 см (наиболее распространённые, ёмкостью до 700-800 Мбайт) и 3” или 8 см – миниатюрные, объёмом до 200-300 Мбайт.

DVD-ROM (Digital Video Disk) – современная технология записи информации на оптический диск позволяет хранить до 4,7 Гбайт информации. Бывают также двухслойные и двухсторонние диски DVD. Такие устройства отлично подходят для записи и воспроизведения видеофильмов, к тому же, они лишь незначительно дороже CD-ROM.

К недостаткам DVD-технологий можно отнести наличие большого количества зачастую несовместимых друг с другом форматов записи информации (DVD-ROM, DVD-R, DVD+R, DVD-RW, DVD+RW и DVD-RAM).

DVD-R и DVD+R – несовместимые между собой стандарты однократной записи на специальные диски в формате DVD. Существуют пишущие DVD-приводы, позволяющие записывать одно- и двухслойные DVD-диски на скорости до 16x (для DVD-носителей, в отличие от CD, скорость 1x соответствует 1350 кбайт/с).

DVD-RW и DVD+RW – также несовместимые между собой стандарты многократной записи в формате DVD (подобно CD-RW). Существующие пишущие DVD-приводы, позволяют перезаписывать однослойные DVD-RW на скорости до 4x.

DVD-RAM – ещё одна технология хранения информации в формате DVD. В отличие от DVD±RW позволяет значительно увеличить скорость и количество циклов перезаписи данных. Была разработана для резервного копирования информации в вычислительных системах и записи видеофильмов в цифровых видеомагнитофонах. В настоящее время практически не применяется из-за высокой стоимости и низкой надёжности носителей.

FMD-ROM (Fluorescent Multilayer Disk) - флуоресцентный многослойный диск. Эта перспективная разработка, как ожидают её создатели, должна после своего выхода заменить все существующие на сегодняшний момент устройства хранения информации, причем не только устаревающие диски CD, но и относительно новые DVD. Главное достоинство и отличие новинки – очень большой объём хранимой информации при низкой стоимости носителя. Разработчики заявляют, что уже сейчас первые прототипы способны вмещать на стандартном 5 дюймовом носителе до 140 Гб при десяти слоях. В ближайших планах разработчики планируют, как минимум, удесятерить число слоев. При этом становится вполне реальной возможность создания сменных носителей информации емкостью в десятки терабайт каждый! Диск штампуется из полимера с добавкой фотохромного вещества. Чтение информации основано на явлении флуоресценции: вещество диска излучает свет несколько большей длины волны, чем освещающий его лазерный луч, причём изменение длины волны зависит от глубины проникновения луча внутрь диска, а интенсивность – от записанной информации. Таким образом возможно считывание информации по всему объёму носителя. Запись осуществляется освещением лазерным лучом специальной длины волны, который активизирует или подавляет флуоресцентные свойства фотохромного вещества диска. Интересно, что внешне FMD-диск совершенно прозрачен.

Флэш–карты. Представляют собой миниатюрные (размером несколько сантиметров и массой до десятков граммов) модули энергонезависимой флэш-памяти ёмкостью 8, 16, 32, 64, 128, 256 Мбайт и т. д. Используются для хранения информации в мобильных устройствах (цифровые фото- и видеокамеры, MP3-плейеры, карманные компьютеры) и в качестве сменного носителя информации для ПК. Существует несколько несовместимых между собой стандартов таких носителей: SmartMedia (SM), CompactFlash (CF), Secure Digital (SD), Multimedia

Card (MMC), Sony Memory Stick (MS) и их варианты. К персональному компьютеру флэш-карты могут подключаться с помощью порта USB или специальных адаптеров. От магнитных и оптических носителей флэш-карты выгодно отличаются отсутствием движущихся частей, что значительно увеличивает надёжность и позволяет уменьшить габариты устройства. Однако скорость работы флэш-карт существенно меньше, чем винчестеров.

Под организацией данных понимается способ расположения записей файла во внешней памяти (на носителе записи). Наибольшее распространение получили следующие два вида организации файлов.

1. Последовательная организация. Записи в файле располагаются в физическом порядке. Файл можно рассматривать как одномерный массив. Каждая логическая запись фиксированной или переменной длины характеризуется своим порядковым номером, доступ к которым последовательный: после обработки (чтения или записи) некоторой i-й по порядку записи становится доступной для обработки только запись с номером (i+1). Файлы последовательного доступа используются для решения задач, требующих поочередной обработки записей файла при отсутствии жестких ограничений на время решения

2. Прямая организация. Прямая (или произвольная) организация файла может использоваться только на магнитных дисках и позволяет найти требуемую запись найти требуемую запись среди произвольно расположенных. Структура файла в общем случае может быть последовательной, но доступ к записям осуществляется прямо (произвольно) по их физическим адресам на магнитном диске. При этом записи, которые предшествуют или следуют за искомой записью, не читаются. Время доступа к каждой записи файла примерно одинаково и зависит от фактического расположения магнитных головок НМД в момент обращения по конкретному адресу. Файл с прямой организацией можно обрабатывать и последовательно. Основное достоинство прямой организации файла, или файла прямого (произвольного) доступа, заключается в том, что фактическая структура данных при этом может быть полностью определена пользователем. Нахождение отдельной записи производится быстрее, чем при последовательная организации, поэтому данный метод очень эффективен при выборочной обработке данных файла. Файлы прямого доступа создаются также при наличии зависимости значения содержимого записи от ее порядкового номера в файле. Средства организации файлов прямого доступа включены в состав основных языков программирования. Так, например, в языке Паскаль для осуществления доступа к записи файла по ее номеру предусмотрена библиотечная процедура SEEK.

Дата добавления: 2014-01-06