1.3.3 Сыртқы жады құрылғылары

Кең мағыналдағы ақпараттық жүйе қызметі компьютер жадысында ақпаратты сенімді сақта, берілген қосынша үшін ақпараттың түрленуі және/немесе есептелуінің анйы орындалуы, қолданушыларға оңай және жеңіл қабылданатын интерфейсболып көрінетін бағдарламалық кешен. Әдетте, мұндай жүйелермен жұмыс жасайтын деректер қоры жеткілікті үлкен, деректердің өзі күрделі құрылымнан тұрады. Ақпараттық жүйелердің классикалық мысалдары банк жүйелері, авиациялық және теміржол билеттері, қонақүйдегі орындар және т.б.

Сенімді және ұзақ уақытқа дейін ақпаратты сақтау туралы электр көзі сөндірілгеннен кейін де ақпаратты сақтап тұратын тек қана есте сақтау құрылғылары болған жағдайда ғана айтуға болады. Жедел жадыда бұл қасиет болмайды. Алғашқы онжылдықта есептеу жүйесінің дамуы кезінде сыртқы жадының екі құрылғысы қолданылды: магнитті ленталар және магнитті барабандар. Бұл кездегі магниттік ленталардың сыйымдылығы едәуір үлкен болды, бірақ олар өзінің табиғаты бойынша деректерге тізбектеле жалғануды қамтамасыз етті. Магниттік лентаның сыйымдылығы оның ұзындығына пропорционал. Деректердің қажет бөлігіне қатынас алу үшін, орта есеппен оның ұзындығының жартысын айналдыру керек. Бірақ, айналдырудың тек қана механикалық операциясын жылдам орындауға болмайды. Сондықтан деректерге магниттік ленталар арқылы жылдам қатынасу мүмкін емес екені анық.

Магнитті барабан сыртқы беті магниттелген және магнит басының қозғалмайтын пакеті бар массивті метал цилиндр болып табылады. Мұндай құрылғылар деректерге жылдам туынды қатынастар мүмкіндігін қамтамасыз етті, бірақ аз көлемді ақпаратты сақтауға мүмкіндік берді. Жылдам туындайтын қатынас барабанның жылдам айналу жылдамдығы және магниттік беттің әр жол басының болуы арқылы жүзеге асты; көлемнің шектелуі тек қана бір магнитті беттің болуына негізделген.

Көрсетілген шектеулер сандық есептеу жүйесі үшін аса қажет емес. Сандық есептеу жүйелерін өңдеушілердің қандай нақты қажеттіліктері пайда болатынын талқылайық. Ең алдымен, қажетті нәтижені алу үшін есептеу бағдарламалары ұзақ уақыт жұмыс істеу керек (апталар, айлар және жылдар да болуы мүмкін). Аппаратты компьютерлік құрылғыларды өндірушілер жағынан сенімділік кепілдігінің болуы программистерді есептеу нәтижелерін бағдарламалық сақтауда қолдану қажеттілігінен босатпайды, аппаратуралардың жоспарланбаған ақаулықтары пайда болған кезде кейбір бақылау нүктесінен есептеулерді орындауды жалғастыруға болады. Аралық нәтижелерді сақтауға магниттік ленталар қажетті: бақылау нүктесін орнату процедурасын орындау кезінде деректер лентаға тізбектеліп түсіп отырады, ал сақталған бақылау нүктесінен қайта жүктелгенде деректер лентадан тізбектеле оқылады.

Сандық программисттердің екінші ұлттық қажеттілігі – жедел жадының максимал үлкен көлемі. Үлкен оперативті жады, ең алдымен, өңделетін деректердің үлкен көлеміне бағдарламаға жылдам қатынасты қамтамасыз ету үшін керек. ЭЕМ-ге қатысты нақты жедел жадының көлемі ағымдық есептеу қажетіліктерін қанағаттандыруға үнемі жеткіліксіз болған, виртуалды жадыны ұйымдастыру үшін жылдам жұмыс істейтін сыртқы жады қажет болды. Жедел жадының бағдарламалық кеңейтулерінің механизмдерін ұйымдастыруға тоқталмай-ақ қояйық, бірақ, ол үшін магнитті барабандар сәйкес келеді. Олар сыртқы жадыға жылдам қатынасты қамтамасыз етеді, ал бір бағдарламаның жедел жадысын кеңейту үшін (күрделі есептеу бағдарламалары компьютерде бір-бірден орындалады) үлкен көлемді сыртқы жады қажет емес.

Одан әрі, үлкен көлемді ақпаратты өңдеу керек болса, бағдарламалау кезінде сыртқы жадыдағы сыртқы ақпараттың орналасуын бұл бағдарлама жылдам жұмыс жасайтындай ойластыруға болады. Сыртқы жадымен жұмыс жасаудың дамуы жалпы жүйелік бағдарламалық құрылғылар жағынан міндетті емес, ал кейде аппараттық ресурстардың қосымша шығынына алып келетіні зиян.

Бірақ, ақпараттық жүйелер үшін үнемі сақталатын деректер көлемі бизнес-қосымшаныі спецификасымен анықталады, ал ағымдық деректердегі қажеттілік қосымша қолданушыларымен анықталады, тек қана магнитті дисктер мен барабандар жеткіліксіз. Магниттік барабандар сыйымдылығы ұзақ мерзімге дейін үлкен көлемді деректерді сақтауға мүмкіндік береді. Ал ленталарды алатын болсақ, адам билет кассасында тұрып магниттк лентаның толық айналып болуын күту керек. Мұндай жүйелердің талаптары үлкен көлемді деректердің үлкен орта жылдамдығындағы операцияларды қамтамасыз ету болып табылады.

Сыртқы жады құрылғысына бизнес-қосымшаларды сырттан шақырту талаптары сыртқы жады құрылғыларының магнитті дискілер пакеттерімен және оқу/жазу жылжымалы басының пайда болуына әсер етті, ол есептеу техникасының тарихында революция болды. Бұл жады құрылғылары магниттік барабандарға қарағанда үлкен көлемге ие (бірнеше магниттік беттердің болуына байланысты), таңдау режимінде деректерге қанағаттарлық қатынас жылдамдығын қамтамасыз етті, ал дисктік пакетті құрылғыларға алмастыру мүмкіндігі шектелмеген көлемдегі деректер архивінің болуына мүмкіндік жасады.

Магниттік дисктер пакеттері қозғалатын бір рычаг арасында магнит басының магниттік пакеттер беті болып табылады (сурет 1.3). Пакет басының қозғалыс қадамы дискретті болады, және пакет басының әрбір жағдайы логикалық түрде магниттік диск пакетінің цилиндріне сәйкес келеді. Әрбір беттегі цилиндр әрбір бет цилндр санына сәйкес жол санынан тұратындай жол салады. Магниттік дискіні тарқатқан кезде (дискінің қолдануына әсер ететін арнайы әрекет) әр жол бір немесе бірнеше блоктар санына жіктеледі; демек, әр блоктың шектеулі сыйымдылығы бір және сол байттар санынан тұрады.

Сурет 1.3. Бастары жылжымалы жадының дисктік құрылғысының сұлбасы

Аппаратура деңгейінде магниттік дискімен алмасу тапсырмасы үшін блок номерін номерін, осы блоктың басынан жазып немесе оқи алатын сәйкес жолдағы бет номері мен байт санын көрсету керек.

Дискпен алмасу кезінде аппаратура үш негізгі бөлімнен тұрады: қажет цилиндрге басын кельтру подвод головок (бұл әрекеттің орындалу уақытын tпг деп белгілейміз), қажет блоктың жолын іздеу (орындалу уақыты -tпб) және осы блокпен алмасу (орындалу уақыты – tоб). Сонда ереже бойынша tпг>>tпб>>tоб, себебі подвод головок – бұл механикалық әрекет, орта есеппен бастарды бет радиусының дартысына теңқашықтыққа орнастыру керек, ал бастардың орын ауыстыру жылдамдығы физикалық тұрғыдан өте үлкен болмауы керек.

Жолдағы блокты орта есеппен сыртқы орта ұзындығының жартысынамагниттік диск пакетінің айналуын талап етеді; дисктің айналу жылдамдығы бас қозғалысының жылдамдығынан үлкен болады, бірақ, ол да физика заңдарымен шектелген. Оқу немесе жазбаны орындау үшін диск пакетін блок өлшеміне сәйкес келетінтек қана бұрыштық қашықтыққа дейін айналдыру керек. Демек, осы әрекеттердің ішінен орта есеппен аз уақыт біріншісіне жатады, сондықтан алмасудың уақыт крсеткішіндегі ұтыс есептеу немесе жазба кезінде тек блоктың бөлігін алу мүмкін емес.

Магниттік дискілердің пайда болуынан бастап сыртқы жадыда деректерді басқарудың тарихы басталды. Бұған дейін деректерді сыртқы жадыға сақтауды қажет ететін әрбір қолданбалы программа әрбір магниттік лентада немесе барабанда деректер көлемінің орналасуын өзі анықтады және жедел және сыртқы жады арасында төмен деңгейлі программалы-аппаратты құрылғылардың (машиналық команда немесе операциялық жүйенің бар программаларын шақыру) көмегімен орындады.

Мұндай жұмыс режимі ұзақ сақталатын ақпараттың бірнеше архивін бірсыртқы тасымалдаушыда сақталуына рұқсат бермеді немесе қиындық туғызды. Бұдан басқа әрбір қолданбалы программаға деретер бөлімдерінің атаулары мен сыртқы жадыда деректердің құрылымдануын шешу керек болды.