Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Накопитель на жестком диске
Накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД) или, как его чаще называют, Винчестер или Хард-диск ( Hard Disk - Жесткий диск ), является важнейшим устройством долговременного хранения данных на компьютере. Винчестеры ( возможно была аналогия с номером винтовки, популярной в США, либо это по имени города Винчестер в Англии, где в лаборатории IBM впервые была разработана технология изготовления плавающей головки для жестких дисков) могут также называться HDD - Hard Disk Drive ( Дисковод жесткого диска ). Винчестер представляет собой один или несколько жестких (алюминиевых, керамических или стеклянных) дисков, покрытых магнитным материалом, которые вместе с головками чтения-записи, электроникой и приводом, осуществляющим вращение дисков и позиционирование головок, заключены в неразборный герметичный корпус. Укрепленные на шпинделе электродвигателя диски вращаются с высокой скоростью, а информация читается/записывается магнитными головками, количество которых соответствует количеству поверхностей, используемых для хранения информации. Объем диска характеризуется параметром « количество цилиндров ». Цилиндр образуют дорожки всех поверхностей диска, расположенных одна под другой, т.е. на одинаковом расстоянии от центра диска. Головки объединены в блок головок и могут перемещаться одновременно от края диска, т.е. от цилиндра с номером 0, к его центру до цилиндра с максимальным номером. Дорожки разбиты на сектора, в каждом из которых хранится 512 байтов данных. Адрес блока данных на жестком диске определяется номером цилиндра, номером дорожки и номером сектора. Для пользователя основной характеристикой жесткого диска является его емкость, которая измеряется в мегабайтах ( 1 Мбайт = 220 = J 048 576 байт ) или гигабайтах (1 Гбайт = 1 073 741 824 байта ). Каким бы большим по объему ни казался винчестер, он переполняется на удивление быстро: современные программы нередко требуют для установки нескольких сотен мегабайт свободного места на винчестере. Это операционные системы, интегрированные средства разработки программного обеспечения, мультимедийные системы и др. Винчестер подключается к контроллеру диска, который выполняет всю работу по обмену данными между компьютером и диском. Протокол обмена данными между контроллером и диском называют еще интерфейсом контроллера диска или просто интерфейсом диска. Чтобы диск и контроллер могли работать друг с другом, они должны поддерживать один и тот же протокол (тип интерфейса). В современных дисках и контроллерах используются чаще всего интерфейсы IDE (ATA) и SCSI. В последнее время стали появляться диски с интерфейсом Serial ATA (SATA ). Дня интерфейса IDE ( Integrated Drive Electronics - Электроника, встроенная в привод) существует несколько модификаций: обычный IDE, EIDE, АТА-3, Ultra DMA-33, Ultra DMA-бб, Ultra DMA-100 и Ultra DMA-133. Интерфейс IDE называют еще ATA ( AT Attachment - Подключаемый к AT), а интерфейс Ultra DMA - UltraATA, поскольку диск подключается непосредственно к разъему, расположенному на материнской плате. В смысловом отношении АТА и IDE - синонимы. В модификации АТА-3 увеличена надежность работы в скоростных режимах передачи данных, и введена технология SMART (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology -Технология самотестирования и анализа), позволяющая устройствам сообщать о своих неисправностях. В стандарте Ultra DMA-33 скорость передачи данных составляет 33 Мбайт/с, а также обеспечивается контроль правильности передаваемых данных. В интерфейсе Ultra DMA-66 скорость передачи данных повышена уже до 66, 6 Мбайт/с. Стандарты Ultra DMA-1 00 и Ultra DMA-133 обеспечивают скорость передачи данных 100 Мбайт/с и 133 Мбайт/с соответственно. Скорость работы современных винчестеров зависит в основном от особенностей реализации интерфейса в системных чипсетах и от пропускной способности внешних шин. Скорость же внутренней передачи данных у всех жестких дисков примерно одинакова. Максимальная скорость передачи в режиме PI04 составляет 16, 6 Мбайт в секунду, а в режиме MW3 DMA по протоколу Ultra DMA-100 -до 100 Мбайт в секунду. Емкость современных винчестеров постоянно увеличивается за счет повышения плотности записи на каждом диске и совершенствования конструкции винчестеров. В настоящее время плотность записи составляет около 75 гигабит на квадратный дюйм, т.е на одну пластину 3, 5" жесткого диска помешается 100 Гбайт информации, на пластину 2, 5" диска помещается 40 Гбайт и на пластину 1, 8" диска помещается 20 Гбайт информации. Созданная по новой технологии CPP-GMR (Current Perpendicular to Plane - Giant Magneto-Resistive - Сверхмагниторезистивная головка с перпендикулярной записью) магнитная головка для жестких дисков обеспечивает запись и считывание информации с плотностью до 300 гигабит на квадратный дюйм. Таким образом емкость 2, 5 -дюймового диска с одной пластиной может достигать 15O Гбайт. В жестких дисках с интерфейсом IDE обычно используют 1-5 пластин, с интерфейсом SCSI - до 10. Скорость вращения жесткого диска в основном влияет на сокращение среднего времени поиска. Стандартным значением частоты вращения для современных жестких дисков с интерфейсом IDE считается значение 5400 оборотов в минуту {среднее время поиска 9-10 мс), с интерфейсом SCSI - 7200 оборотов в минуту (среднее время поиска 7-8 мс). Изделия более высокого уровня имеют частоты вращения соответственно 7200 и 10000 оборотов в минуту (среднее время поиска 5-6 мс). Для интерфейса SCSI появились диски с частотами вращения 12000 оборотов в минуту. Каждая «ступенька» прироста скорости обеспечивает увеличение общей производительности примерно на 25%. Устройства с высокими частотами вращения ( 10000 об/мин и более) требуют специальных мер по охлаждению, вплоть до установки отдельных вентиляторов. Во всех современных дисковых накопителях устанавливается буферная кэш-память, ускоряющая обмен данными; чем больше ее емкость, тем выше вероятность того, что в кэш-памяти будет необходимая информация, которую не надо считывать с диска (этот процесс в тысячи раз медленней). Емкость кэш-буфера в разных устройствах может изменяться в границах от 64 Кбайт до 8 Мбайт. 26) Пеpвые винчестеpы в PC XT имели интеpфейс ST412/ST506; так как он оpиентиpован на метод записи MFM, его часто называют MFM-интеpфейсом. Винчестеp ST412/ST506 фактически пpедставляет собой увеличенную копию обычного флоппи-дисковода: он содеpжит двигатель с автономной стабилизацией скоpости вpащения (обычно на индуктивном датчике или датчике Холла), усилитель записи/воспpоизведения, коммутатоp головок и шаговый пpивод позиционеpа с внешним упpавлением. Функции кодиpования и декодиpования данных, пеpемещения позиционеpа, фоpматиpования повеpхности и коppекции ошибок выполняет отдельный контpоллеp, к котоpому винчестеp подключается двумя кабелями: 34-пpоводным кабелем упpавления и 20-пpоводным кабелем данных. Интеpфейс поддеpживает до восьми устpойств; пpи этом кабель упpавления является общим, а кабели данных - отдельными для каждого винчестеpа. По кабелю упpавления пеpедаются сигналы выбоpа накопителя, пеpемещения позиционеpа, выбоpа головки, включения pежима записи, установки на нулевую доpожку и т.п. - так же, как и во флоппи-дисководах; по кабелям данных пеpедаются считываемые и записываемые данные в диффеpенциальной фоpме (в точности в том виде, в каком они пpисутствуют на повеpхности дисков), а также сигнал готовности накопителя. Интеpфейс ESDI (Extended Small Device Interface - pасшиpенный интеpфейс малых устpойств) также использует общий 34-пpоводной кабель управления и 20-пpоводные индивидуальные кабели данных, однако устpоен пpинципиально иначе: часть контpоллеpа, ответственная за управление записью/считыванием и кодиpование/декодиpование данных, pазмещена в самом накопителе, а по интеpфейсным кабелям пеpедаются только цифpовые сигналы данных и упpавления в логике ТТЛ. Пеpеход на обмен чистыми данными позволил увеличить пpопускную способность интеpфейса пpимеpно до 1.5 Мб/с и более эффективно использовать особенности накопителя (тип покpытия, плотность записи, pезеpвные доpожки и т.п.). Из-за этих pазличий интеpфейс ESDI несовместим с устpойствами MFM/RLL. Интерфейс UDMA. По мере того как технологии по производству дисков становились лучше и плотность размещения возрастала более чем на 20% за год, появилась потребность в новом стандарте -интерфейсе передачи данных. Такой, который позволит разместить два устройства на одном ATA шлейфе, что бы загрузка была минимальной. Скорости передачи 16, 6Мб/с определенно не хватало и Quantum разработал стандарт Ultra-ATA/33 (UDMA/33), увеличив пропускную способность вдвое. Для того, чтобы достичь такого эффекта сигнал остался прежним, но данные передавались как по нарастающему, так и по заднему фронту импульса, а не как прежде только по нарастающему. Далее, по мере развития технологий, применяемых в дисках, появились стандарты ATA/66/100.
Интеpфейс IDE (Integrated Drive Electronics - электpоника, встpоенная в пpивод), или ATA (AT Attachment - подключаемый к AT) - пpостой и недоpогой интеpфейс для PC AT. Все функции по упpавлению накопителем обеспечивает встpоенный контpоллеp, а 40-пpоводной соединительный кабель является фактически упpощенным сегментом 16-pазpядной магистpали AT-Bus (ISA). Пpостейший адаптеp IDE содеpжит только адpесный дешифpатоp - все остальные сигналы заводятся пpямо на pазъем ISA. Адаптеpы IDE обычно не содеpжат собственного BIOS - все функции поддеpжки IDE встpоены в системный BIOS PC AT. Однако интеллектуальные или кэшиpующие контpоллеpы могут иметь собственный BIOS, подменяющий часть или все функции системного. Основной pежим pаботы устpойств IDE - пpогpаммный обмен (PIO) под упpавлением центpального пpоцессоpа, однако все совpеменные винчестеpы EIDE поддеpживают обмен в pежиме DMA, а большинство контpоллеpов - pежим Bus Mastering. Модификации IDE-интеpфейса: · EIDE (Enhanced IDE - pасшиpенный IDE), или ATA-2 (Fast ATA в ваpианте Seagate) - расширенный интерфейс, позволяющий подключать до 4-х устройств (2 шлейфа по 2 устройства). · ATA-3 27) Принцип продольной записи: Биты информации записываются с помощью маленькой головки, которая, проходя над поверхностью вращающегося диска, намагничивает миллиарды горизонтальных дискретных областей - доменов. Домен представляет собой макроскопическую область в магнитном кристалле, в которой ориентация вектора спонтанной однородной намагниченности или вектора антиферромагнетизма (при температуре ниже точки Кюри или Нееля соответственно) определенным образом повернута или сдвинута относительно направлений соответствующего вектора в соседних доменах. При этом вектор намагниченности домена расположен продольно, то есть параллельно поверхности диска. Каждая из этих областей является логическим нулём или единицей, в зависимости от намагниченности. Максимально достижимая при использовании данного метода плотность записи составляет около 23 Гбит/см². Принцип перпендикулярной записи: При перпендикулярной записи на диск магнитные частицы располагаются под углом 90° к плоскости магнитного диска, что позволяет существенно снизить продольный размер магнитного домена (увеличив его высоту по сравнению с высотой домена при перпендикулярной записи) и тем самым увеличить плотность дорожек на диске с гарантированным различением соседних дорожек при считывании. В этом случае домены, хранящие разные значения, меньше влияют друг на друга, потому что намагниченные частицы повернуты друг к другу разными полюсами, повышается их термальная стабильность, многократно увеличивается скорость чтения информации. Кроме того, данная технология обеспечивает возможность получения более высокой амплитуды и более коротких импульсов записывающего поля, отсутствие размагничивающих полей на битовых переходах, более высокой амплитуды сигнала при считывании. Плотность записи у современных (на 2009 год) образцов - 400 Гбит на кв/дюйм (62 Гбит/см² ). Жёсткие диски с перпендикулярной записью доступны на рынке с 2005 года. Принцип тепловой магнитной записи: Метод тепловой магнитной записи на данный момент самый перспективный из существующих, сейчас он активно разрабатывается. При использовании этого метода используется точечный подогрев диска, который позволяет головке намагничивать очень мелкие области его поверхности. После того, как диск охлаждается, намагниченность «закрепляется». На рынке ЖД данного типа пока не представлены (на 2009 год), есть лишь экспериментальные образцы, плотность записи которых 150 Гбит/см². Разработка HAMR-технологий ведется уже довольно давно, однако эксперты до сих пор расходятся в оценках максимальной плотности записи. Так, компания Hitachi называет предел в 2, 3? 3, 1 Тбит/см², а представители Seagate Technology плотность записи HAMR-носителей до 7, 75 Тбит/см². Широкого распространения данной технологии следует ожидать в 2011-2012 годах.
Технология структурированного носителя: Перспективная технология хранения данных на магнитном носителе, использующая для записи данных массив одинаковых магнитных ячеек, каждая из которых соответствует одному биту информации, в отличие от современных технологий магнитной записи, в которых бит информации записывается на нескольких магнитных доменах. Технология структурированного носителя предлагает заменить магнитные домены одной крупной магнитной ячейкой. Достичь этого возможно с помощью соответствующего литографирования поверхности носителя, либо с помощью создания специальной структуры материала. Преимуществом такого подхода является уменьшения шумовых эффектов при переходе считывающей головки от одного магнитного домена к другому во время чтения данных, а также увеличение плотности записи. По оценке компании Toshiba, развитие технологий производства структурированных носителей позволят уменьшить размер каждой ячейки, хранящей один бит информации, до 10 нм. 28) Накопители на оптических дисках - запись инф-и по спирали. Лазерный луч оставляет на активном слое диска след, затем он читается с помощью луча лазера и анализируются изменения характ-ки отраженного луча. Нет изменений=0, есть изменения=1.Ячейка диска наз-ся пит.Занимает меньше места, чем бит, благодаря более точной фокусировке луча (плотность записи больше). Классы дисков: CD-ROM---CD-WORM(CD-R)---CD-WARM(CD-RW)---DVD CD – Compact Disk. Изготовляют из органических материалов с напылением на поверхность тонкого алюминиевого слоя. Лазерный диск имеет одну дорожку в виде спирали. Информация записывается отдельными секторами мощным лазерным лучом, выжигающим на поверхности диска углубления, и представляет собой чередование впадин и выпуклостей. При считывании информации выступы отражают свет слабого лазерного луча и воспринимаются как «1», впадины поглощают луч и, воспринимаются как «0». Это бесконтактный способ считывания информации. DVD – Digital Video Disk. Имеет те же размеры, что и CD. Объем - Гбайт. Может быть односторонним или двухсторонним, а на каждой стороне может быть 1 или 2 рабочих слоя. Характеристики опт.диска: -время доступа -емкость -скорость вращения -скорость передачи данных -среднее время безотказной работы. 1.6.3.3. Флэш-память (Назначение, устройство и принцип работы, типы, основные характеристики) Флэш – память - энергонезависима, перезаписываемая, полупроводниковая(нет механических движущихся частей). При создании соотв.напряжения эл-ны тунеллируют в плавающий затвор. Если в плав. затворе есть заряд, то при подаче напряж. между стоком и истоком не возникает тока. Принцип действия Ячейка–транзистор. 0=наличие заряда на транзисторе, 1=нет. Транзистор имеет два затвора: управляющий и плавающий. Последний полностью изолирован и способен удерживать электроны до 10 лет. В ячейке имеются также сток и исток. При программировании напряжением на управляющем затворе создаётся электрическое поле и возникает туннельный эффект. Некоторые электроны туннелируют через слой изолятора и попадают на плавающий затвор, где и будут пребывать. Заряд на плавающем затворе изменяет «ширину» канала сток-исток и его проводимость, что используется при чтении. Для стирания информации на управляющий затвор подаётся высокое отрицательное напряжение, и электроны с плавающего затвора переходят (туннелируют) на исток. Программирование флеш-памяти Стирание флеш-памяти Типы карт памяти CF (Compact Flash): карты памяти CF являются старейшим стандартом карт флеш-памяти. Чаще всего в наши дни он применяется в профессиональном фото и видео оборудовании.Ни одна карта не может похвастаться такими скоростями, объемами и надежностью, как CF. microSD (Micro Secure Digital Card): Используются, в первую очередь, в мобильных телефонах, коммуникаторах, и т. п., так как, благодаря своей компактности, позволяют существенно расширить память устройства, не увеличивая при этом его размеры. Переключатель защиты от записи вынесен на адаптер microSD-SD. MS Duo (Memory Stick Duo): данный стандарт памяти разрабатывался и поддерживается компанией Sony. Корпус достаточно прочный. На данный момент — это самая дорогая память из всех представленных. Memory Stick Duo был разработан на базе широко распространённого стандарта Memory Stick от той же Sony, отличается малыми размерами (20× 31× 1, 6 мм.). Memory Stick Micro (M2): Данный формат является конкурентом формата microSD (по аналогичному размеру), сохраняя преимущества карт памяти Sony. 29) CD-R (Compact Disc-Recordable, Записываемый Компакт-Диск) — разновидность компакт-диска (CD), разработанная для однократной записи информации. На данный момент стандартной ёмкостью CD-R можно считать 702 МБ данных (точнее 736 966 656 байт) или 79 минут 59 секунд и 74 фрейма.Поликарбонатный диск имеет спиральную дорожку для направления луча лазера при записи и считывании информации. С той стороны, где находится спиральная дорожка, диск покрыт записывающим слоем, состоящим из очень тонкого слоя органического красителя и затем отражающим слоем из серебра, его сплава или золота. Этот отражающий слой покрывается защитным фотополимеризуемым лаком и отверждается ультрафиолетовым излучением. На этот защитный слой можно наносить различные надписи краской. В настоящее время (2006) максимальная возможная скорость записи CD-R равна 52x (1x = 150 КБ/с). 1.Цианин (англ. Cyanine) — Цианиновый краситель обладает сине-зелёным (цвет «морской волны») оттенком рабочей поверхности. Краситель может выцвести за несколько лет, поэтому не рекомендуется использовать такие диски в целях резервного копирования и долговременного хранения архивных данных. 2.Azo — Металлизированный азокраситель, имеет тёмно-синий цвет. Этот краситель химически стоек и его способность хранить информацию исчисляется десятилетиями (сами фирмы пишут о 100 годах). 3.Фталоцианин — практически бесцветен, с бледным оттенком салатового или золотистого цвета, из-за чего диски на основе фталоцианинового активного слоя часто называют «золотыми». Диски на основе этого активного слоя менее чувствительны к солнечному свету и ультрафиолетовому излучению, что способствует увеличению долговечности записанной информации и несколько более надёжному хранению в неблагоприятных условиях (фирмы заявляют о сотнях лет). 1.Disc-At-Once, DAO (Диск за раз) — весь диск записывается одной сессией, от начала до конца без перерывов. 2.Track-At-Once, TAO (Дорожка за раз) — данные пишутся по одной дорожке (сессии) за раз и диск оставляется «открытым» (то есть запись о «закрытии» диска не делается), что говорит о возможности дальнейшей записи информации на этот диск. 3.Packet Writing (Пакетная запись) — не очень распространённый вид записи, при котором диск «форматируется» и в дальнейшем на него можно записывать данные или делать ранее записанные данные «невидимыми», то есть такой CD-R становится похожим на диски с произвольным чтением и записью. Однако при любом изменении данных (удаление, запись, изменение) на диске необходимо записывать дополнительные пакеты, и после того как все пакеты будут записаны, диск станет недоступным для дальнейших изменений — только для чтения. Поддерживается не всеми приводами, что приводит к проблемам совместимости. 4.Session-At-Once, SAO (Сессия за раз) — режим SAO применяется при записи формата CD-Extra. При использовании данного формата, на диске возможна запись как аудиоинформации (CD-DA), так и программной части. При записи сначала «прожигаются» аудиотреки, а затем данные. 5.Multisession (Мультисессия) — режим записи, позволяющий в дальнейшем добавлять информацию на диск. Каждая сессия содержит информацию начала сессии (lead-in), затем данные и информацию о конце сессии (lead-out). При записи в режиме мультисессии, информация о структуре предыдущих записей копируется в новую сессию и может быть отредактирована.Есть возможность «стирать» ненужную ему информацию с компакт-диска, хотя на самом деле физически она продолжает оставаться на CD диске. Информация может быть восстановлена с помощью специального программного обеспечения. Имеется несовместимость CD-R и очень старых приводов для чтения компакт-дисков. Это вызвано, в основном, меньшей отражательной способностью CD-R дисков. Однако большая часть бытовых CD-приводов без проблем воспринимает носители CD-R. CD-RW -(англ. Compact Disc-ReWritable, Перезаписываемый компакт-диск) — разновидность компакт-диска (CD), разработанный для многократной записи информации. CD-RW во многом похож на CD-R, но его записывающий слой изготавливается из специального сплава халькогенидов, который при нагреве выше температуры плавления переходит из кристаллического агрегатного состояния в аморфное. Современные CD-RW диски позволяют перезаписывать информацию порядка 1000 раз. Существует два вида стирания — «полное» и «быстрое». При «полном» стирании весь диск переводится в кристаллическое состояние и старая информация уничтожается физически. А «быстрое» стирание очищает только небольшую часть диска. Однако при этом существует техническая возможность восстановить данные. Поэтому, если есть необходимость сохранения конфиденциальности информации, то нужно использовать полное стирание.
Объём обычного CD-RW - 700 Мбайт. Такие диски не читаются в приводах компакт-дисков, выпущенных до 1997 года. DVD - (англ. Digital Versatile Disc — цифровой многоцелевой диск; также англ. Digital Video Disc — цифровой видеодиск) — носитель информации, имеющий такой же размер, как и компакт-диск, но более плотную структуру рабочей поверхности, что позволяет хранить и считывать больший объём информации за счёт использования лазера с меньшей длиной волны и линзы с большей числовой апертурой. 30) Компакт-диск был создан изначально для цифрового хранения аудио, но в настоящее время широко используется как устройство хранения данных широкого назначения (т. н. CD-ROM). Аудио-компакт-диски по формату отличаются от компакт-дисков с данными и CD-плееры обычно могут воспроизводить только их (на компьютере, конечно, можно прочитать оба вида дисков). Встречаются диски, содержащие как аудиоинформацию, так и данные - их можно и послушать на CD-плеере, и прочитать на компьютере. С развитием mp3 производители бытовых CD-плееров и музыкальных центров начали снабжать их возможностью чтения mp3-файлов с CD-ROM'ов. Существует следующие разновидности компакт-дисков:
31) Операционная система, которая является основой работы любой компьютерной техники, организует работу с электронными данными, следуя определенному алгоритму, в цепочке которого файловая система не является невостребованной. Что собой представляет вообще файловая система, и какие ее виды применимы в современное время и попытаемся изложить в этой статье.
|
Последнее изменение этой страницы: 2019-06-08; Просмотров: 77; Нарушение авторского права страницы