Оптическая память

RAID

Дискеты

С изобретением персонального компьютера появилась необходимость каким-то образом распространять программное обеспечение. Решением проблемы стала дискета или гибкий диск (floppy disk), — небольшой сменный носитель информации. Дискеты были придуманы фирмой IBM. Изначально на дискетах записывалась информация по обслуживанию мэйнфреймов (для сотрудников фирмы-покупателя). Но производители компьютеров вскоре переняли эту идею и стали использовать дискеты в качестве удобного средства записи программного обеспечения и его продажи.

Дискеты обладают теми же общими характеристиками, что и диски, которые мы только что рассматривали, с тем лишь различием, что головки жестких дисков перемещаются над поверхностью диска на воздушной подушке, а у дискет головки касаются поверхности. В результате и сами дискеты, и головки очень быстро изнашиваются. Поэтому, когда не происходит считывания и записи информации, головки убираются с поверхности, а компьютер останавливает вращение диска. Это позволяет продлить срок службы дискет. Но при этом, если поступает команда считывания или записи, происходит небольшая задержка (примерно полсекунды) перед тем, как начнет работать мотор.

За последнее десятилетие скорость процессоров существенно возросла и продолжает удваиваться каждые 18 месяцев. Скорость полупроводниковой памяти увеличивается не так быстро. И очень сильно отстают от них по данному показателю жесткие диски, время доступа которых по-прежнему измеряется миллисекундами.

В 1988 году специалистами из Калифорнийского университета Беркли была предложена система хранения на основе нескольких дисков. Ее назвали RAID (Redundant Array of Inexpensive Disk – избыточный массив недорогих дисков). Одновременное использование нескольких дисков позволяет не только увеличить объем и быстродействие запоминающей системы, но и повысить ее надежность. Для RAID-массивов было разработано шесть различных конфигураций, отвечающих различным задачам. Они названы уровнями RAID, хотя никакой иерархии не представляют.

RAID 0 – это базовая конфигурация дискового массива, предназначенная для повышения производительности системы. Один большой файл разбивается на несколько частей, которые записываются на разные диски. Это называется распределением данных. При обращении к такому файлу для чтения диски могут передавать данные параллельно, так что общее время его пересылки по сравнению со временем хранения на одном диске уменьшается во столько раз, сколько дисков в RAID-массиве. Однако время доступа к конкретному диску, то есть задержки на поиск и позиционирование, не уменьшаются. А поскольку все диски работают независимо друг от друга, они имеют разное время доступа. Следовательно, необходимо произвести буферизацию получаемых от дисков фрагментов файлов, в ходе которой файл собирается из частей и отправляется процессору как единое целое. Это простейший способ функционирования дискового массива, при котором уменьшается только время пересылки данных.

Архитектура RAID 1 позволяет повысить надежность хранения данных путем записи их идентичных копий не на одном, а на двух дисках. Такие диски называются зеркальными. Если один из них выходит из строя, операция чтения и записи продолжается с зеркальным диском. Это довольно дорогой способ повышения надежности хранения, поскольку он требует дублирования всех дисков системы.

Уровни RAID 2, RAID 3 и RAID 4 предназначены для повышения надежности системы с помощью различных схем контроля четности, не требующих полного дублирования дисков. Вся информация, предназначенная для контроля четности, хранится на диске.

В RAID 5 также используется схема выявления ошибок, основанная на контроле четности. Однако информация, предназначенная для контроля четности, распределяется между всеми дисками.

Разработано и несколько гибридных схем. Так RAID 10 представляет собой дисковый массив, одновременно выполняющий функции RAID 1 и RAID 0.

Концепция RAID получила коммерческое признание. В частности, компания Dell Comhuter Corparation предлагает свои продукты на основе RAID 0, RAID 1, RAID 5 и RAID 10. Цены на магнитные носители за последние несколько лет значительно снизились. Поэтому термин RAID переопределен как массив «независимых (independent) дисков».

Большинство запоминающих устройств реализовано на основе оптической технологии. Компакт-диски (CD), используемые в аудиосистемах, стали первым практическим результатом применения этой технологии. Вскоре после их появления указанная технология была принята в компьютерной технике, для которой разработаны доступные только для чтения носители, получившие название CD-ROM

Технология CD

Используемая в CD-системах оптическая технология основана на применении лазерного луча. Лазерный луч направляется на поверхность вращающегося диска, вдоль дорожек которого располагаются впадины, отражающие сфокусированный луч в направлении фотодетектора, фиксирующего записанные на диске двоичные данные. Лазер излучает когерентный свет, состоящий из синхронизированных волн одинаковой длины. Если объединить два одинаковых луча в одной фазе, получится более яркий луч, а если сдвинуть лучи на полфазы, они погасят друг друга. Но если два таких луча будут направлены на фотодетектор, то в первом случае он зафиксирует яркое пятно, а во втором – темное.

Данные наносятся на поверхность диска в виде впадин (pit), чередующихся с с плоскими участками – площадками (land). Поверх диска с записанной на него информацией наносится тонкий слой отражающего алюминия, а на него – защитное акриловое покрытие.

Впадины и площадки записываются по спирали. Запись начинается на некотором расстоянии от отверстия в центре диска и продвигается к краю, занимая 32 мм диска. Спираль проходит 22 188 оборотов вокруг диска (примерно 600 на 1 мм). Если спираль распрямить, ее длина составит 5,6 км.

Рис. 6. Схема записи компакт-диска

Чтобы музыка звучала нормально, лунки и площадки должны сменяться с постоянной линейной скоростью. Следовательно, скорость вращения компакт-диска должна постепенно снижаться по мере продвижения считывающей головки от центра диска к внешнему краю. Когда головка находится на внутренней стороне диска, то, чтобы достичь желаемой скорости 120 см/с, частота вращения должна составлять 530 оборотов в минуту. Когда головка находится на внешней стороне диска, частота вращения падает до 200 оборотов в минуту, что позволяет обеспечить такую же линейную скорость. Этим компакт-диск, вращающийся с постоянной линейной скоростью, отличается от магнитного диска, вращающегося с постоянной угловой скоростью независимо от того, где в этот момент находится головка. Кроме того, частота вращения компакт-диска (530 оборотов в минуту) совершенно не соответствует частоте вращения магнитных дисков, которая составляет от 3600 до 7200 оборотов в минуту.

Дата добавления: 2014-01-06