15.Внешние запоминающие устройства. Назначение и классификация. Физическая и логическая структура.

Запоминающее устройство - носитель информации, предназначенный для записи и хранения данных. В основе работы запоминающего устройства может лежать любой физический эффект, обеспечивающий приведение системы к двум или более устойчивым состояниям.

Наиболее распространённые в настоящее время ЗУ:

Флеш-память: USB-накопители, карты памяти в телефонах и фотоаппаратах, SSD

Оптические диски: CD, DVD, Blu-Ray и др.

Жёсткие диски (НЖМД)

Флеш-память (англ. flash memory) - разновидность полупроводниковой технологии электрически перепрограммируемой памяти. Принцип работы полупроводниковой технологии флеш-памяти основан на изменении и регистрации электрического заряда в изолированной области («кармане») полупроводниковой структуры.

Оптический диск (англ. optical disc) - собирательное название для носителей информации, выполненных в виде дисков, чтение с которых ведётся с помощью оптического излучения. Диск обычно плоский, его основа сделана из поликарбоната, на который нанесён специальный слой, который и служит для хранения информации. Для считывания информации используется обычно луч лазера, который направляется на специальный слой и отражается от него. При отражении луч модулируется мельчайшими выемками «питами» (от англ. pit — «ямка», «углубление») на специальном слое, на основании декодирования этих изменений устройством чтения восстанавливается записанная на диск информация.

Накопитель на жёстких магнитных дисках или НЖМД, жёсткий диск, в компьютерном сленге «винчестер» - запоминающее устройство (устройство хранения информации) произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров. В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома - магнитные диски. В НЖМД используется одна или несколько пластин на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующейся у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках около 10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.

Назначение, классификация и характеристики внешних запоминающих

 

Внешние устройства хранения. Основным внешним запоминающим устройством ПК являетсянакопитель на жестком магнитном диске (НЖМД).

В один ПК одновременно могут быть установлены до четырех НЖМД при условии, что ПК не будет содержать устройств, использующих тот же интерфейс, что и НЖМД.

Конструктивно НЖМД представляет собой набор дисков, магнитных головок, двигателей, механизма доступа, заключенных в воздухонепроницаемый корпус, и управляющих электронных схем.

Диски с магнитным покрытием при работе вращаются на общем валу. Каждый диск разбит на концентрические круги, называемые дорожками. Дорожки располагаются на обеих поверхностях каждого диска.

Совокупность дорожек одного диаметра представляют собой цилиндр. Дорожки разбиты на секторы, размер которых составляет 512 байтов. Запись и чтение данных в НЖМД осуществляются последовательно по секторам дорожек одного цилиндра, а при его заполнении, осуществляется переход на дорожки следующего цилиндра и т.д.

Для чтения и записи информации на жестком диске используется система магнитных головок, которые одновременно перемещаются по радиальной оси к центру и от центра дисков НЖМД. Наиболее значимыми параметрами НЖМД являются:

- максимально возможный объем хранимой информации на одном НЖМД достигает 800 Гбайт и более. Современные рабочие станции обычно комплектуются НЖМД объемом 120 – 300 Гбайт;

• время доступа к диску определяется интервалом времени между запросом на выдачу данных и получением этих данных. В настоящее время среднее значение этого параметра находится в пределах 7 – 9 мс;

- средняя скорость передачи данных зависит от типа используемого интерфейса НЖМД и изменяется в пределах 30 – 80 Мб/с;

Важным показателем надежности работы НЖМД служит показатель наработки на отказ, паспортные значения которого в зависимости от вида модели НЖМД и фирмы изготовителя достигают 500тыс. – 1млн. часов.

     Накопители на гибких магнитных дисках (НГМД) относятся к стандартным внешним устройствам хранения данных несмотря на то, что в последние годы утратили свою функциональность и значение. НГМД в основном используются для выполнения процедуры первоначальной загрузки при восстановлении операционной системы и для хранения ключей для доступа к лицензионным программам. Гибкие диски используются в основном одного типа, размером 3,5” и объемом 1,44 Мб.

     Накопители на компакт-дисках CD-ROM, CD-R и CD-RW относятся к оптическим накопителям информации, чтение которой и запись (только для накопителей CD-R и CD-RW) производятся лучом лазера.

Накопитель на CD-ROM предназначен для хранения и чтения информации. Аббревиатура CD-ROM (Compact Disk Read-Only Memory) означает “компакт диск только для чтения”. Информация на диске представляется в виде последовательности углублений и выступов, расположенных на спиральной дорожке, выходящей из области вблизи оси диска. Углубления и выступы наносятся промышленным способом путем штамповки заготовок дисков. Выступ означает значение двоичной цифры “1”, углубление - “0”. На CD-ROM размещается 780 Мбайт информации. Скорость считывания информации первых CD-ROM равнялась 150 Кб/с. Скорость считывания последующих моделей накопителей стала обозначаться и расчитываться как хN, где N – множитель, на который следует умножить первоначальную скорость, чтобы получить искомую. Таким образом запись на накопителе “х52” означает скорость чтения           в 52 раза большую, чем скорость считывания первого CD-ROM.

В середине 90-х годов появились накопители и компакт-диски с возможностью однократной записи CD-R (CD-Recordable). Запись на такие диски осуществляется благодаря наличию на их поверхности светочувствительного слоя, темнеющего при нагревании. В процессе записи лазерный луч нагревает выбранные точки слоя, которые темнеют и перестают пропускать свет к отражающему слою. Таким образом, после записи информации на такой диск, его поверхность будет представлять чередование светлых и темных точек, соответствующих значениям разрядов двоичного числа.

Позднее появились компакт-диски с возможностью перезаписи данных – CD-ReWritable (CD-RW). На таких дисках слой красителя может находиться в двух состояниях: кристаллическом и аморфном. Оба состояния имеют разную отражательную способность. Под действием лазерного луча краситель способен многократно менять свои характеристики переходя из кристаллического состояния в аморфное и обратно.

Дальнейшее развитие технологий изготовления компакт-дисков привело к созданию дисков с высокой плотностью записи, которые получили название цифровых универсальных дисков (DVD – Digital Versatile Disk). В таких дисках используется спиральная дорожка записи – чтения данных с уменьшенными промежутками между соседними витками. Помимо этого впадины и выступы имеют меньший размер по сравнению с компакт – дисками. Это позволило увеличить объем информации на диске до 4,7 Гбайт. Дальнейшее увеличение объема информации было обеспечено появлением двусторонних DVD. В настоящее время широко используются DVD-R и DVD-RW накопители. Отметим, что DVD – накопители читают информацию на компакт дисках, а некоторые из моделей накопителей DVD могут и записывать компакт-диски.

Магнитооптические накопители используют диски со специальным слоем, реагирующим как на оптическое, так и магнитное воздействие. Запись информации осуществляется с помощью лазерного луча, нагревающего отдельные участки поверхности диска до 1500С, при которой меняется ориентация намагниченности. После этого на диск магнитным способом записываются данные. Преимуществом магнитооптического метода записи, по сравнению с магнитным, является независимость от внешних магнитных полей при обычных температурах, поскольку перемагничивание возможно только при температуре выше 1500С. Объем данных, записываемых на магнитооптический диск, достигает 5,2 Гб.

Флэш-память представляет собой современное устройство хранения данных на основе энергонезависимой памяти. Устройство имеет минимальные размеры, распознается как жесткий диск и допускает «горячее», т.е. при включенном компьютере, подключение. Максимальный объем флэш-памяти достигает 64 Гб., а скорость чтения данных – 30 Мбайт/с., скорость записи – 16 Мбайт/с.

Накопители на магнитной ленте, называемые стримерами, используются для создания и хранения архивных копий баз данных. К достоинствам стримеров следует отнести использование сменных картриджей, объем каждого из которых может достигать 500 Гб.

Порты ввода-вывода относятся к основному классу оборудования, через которое происходит подключение внешних устройств к основной системной плате ЭВМ. Главенствующую роль среди портов ввода-вывода стал занимать порт или шина USB (Universal Serial Bus) - универсальная последовательная шина, пришедшая на смену последовательному порту COM, параллельному порту LPT, порту PS/2 и игровому GamePort.

Стандарт USB 1.0 появился в ноябре 1996 года, позволял подключать до 127 устройств через последовательную цепочку концентраторов и обеспечивал скорость обмена данными до 12 Мбит/с. В апреле 2000 года появилась спецификация стандарта USB2, обеспечивающая максимальную скорость передачи данных до 480 Mбит/с или 60 Мбайт/с. На сегодняшний день шина USB является самой распространенной. Все материнские платы, принтеры, сканеры, клавиатуры, внешние накопители на жестких дисках, мыши, флэш-память оснащаются шиной USB2. Однако и этот интерфейс не лишен недостатков и главным из них является однонаправленная передача данных. То есть данные передаются либо в одну, либо в другую сторону, но не одновременно. Поэтому реальная скорость передачи не превышает 35 Мбайт/с, что накладывает ограничение на подключение высокоскоростных внешних накопителей и видеосистем. Поэтому в середине 2008 года был разработан стандарт USB3, предусматривающий скорость передачи до 640 Мбайт/с и полную обратную совместимость со стандартом USB2.