3.8. Внешние запоминающие устройства на мобильных носителях информации

Внешние запоминающие устройства по отношению к корпусу компьютера (системному блоку) могут быть внутренними (internal), расположенными внутри системного блока и получающими электропитание от блока питания системного блока, и внешними (external), расположенными вне системного блока и получающие электропитание от другого самостоятельного источника питания. Выше рассмотренные накопители информации на магнитных и оптических дисках относятся к классу внутренних устройств, а накопители информации на магнитных лентах, как правило, к классу внешних устройств.

Внешние запоминающие устройства могут иметь сменные или фиксированные носители информации. Так накопители на жестких магнитных дисках имеют фиксированные носители информации, накопители информации на гибких магнитных дисках и оптических дисках – сменные (переносимые или мобильные) носители информации, а накопители информации на магнитных лентах могут иметь то или другое исполнение.

Первыми и до сих пор практически используемыми переносными (мобильными) носителями информации являются гибкие магнитные диски (дискеты) наиболее популярного формата «3,5 дюйма» емкостью 1,44 Мбайт. Крайне низкая по современным меркам емкость такой дискеты уже достаточно давно инициирует различные разработки и технологии мобильных носителей информации, которые могли бы прийти на смену традиционной дискете – явному непревзойденному долгожителю компьютерного мира.

Одним из очевидных вариантов решения проблемы повышения емкости мобильных носителей информации является применение переносных жестких магнитных дисков. Жесткие диски, без сомнения, обладают одними из самых лучших показателей удельной стоимости хранимой информации среди всех используемых устройств. Они имеют высокое быстродействие и достаточно большую емкость. Для удобства временной установки и переноса жесткого диска предложены специальные устройства, одно из которых, называемое Mobil Rack («мобильная рама»), конструктивно выполнено в виде двух частей. Одна часть – это вставляемая в «отсек» системного блока «база», а вторая часть – переносной контейнер, в который помешается жесткий диск. При этом достаточно один раз открыть корпус системного блока, прикрепить «базу» в системном блоке и подключить необходимые разъемы интерфейса и питания. Контейнер с жестким диском может многократно легко вставляться и выниматься из «базы» без применения крепежных элементов. Несомненным плюсом Mobil Rack является его относительно невысокая стоимость. Но при постоянной переноске жесткого диска растет вероятность его физических повреждений. Необходимо также учитывать, что «винчестер», как любой другой магнитный носитель информации, подвержен влиянию электромагнитных полей, способных вызвать частичную или полную потерю информации на нем.

В последнее время все большую популярность приобретают так называемые внешние жесткие магнитные диски («внешние винчестеры»), которые представляют собой самостоятельные универсальное устройства, оснащенные стандартными интерфейсными кабелями. Наиболее перспективными областями применения внешнего жесткого диска являются увеличение дискового пространства портативных компьютеров и перенос больших объемов информации. Кроме того, внешний жесткий диск с установленной операционной системой и хранящимся на нем набором образов может быть полезен администратору сети при восстановлении работоспособности как самой сети, так и входящих в ее состав рабочих станций.

Несколько лет назад корпорацией Iomega были разработаны накопители на гибких магнитных дисках ZIP, которые предлагались в качестве замены морально устаревших 3,5-дюймовых гибких дисков. Первые модели ZIP имели емкость 100 и 250 Мбайт и в то время лидировали среди накопителей для переноса данных. Однако в последующем (несмотря на предложенный накопитель Iomega ZIP емкостью 750 Мбайт) их практически вытеснили с рынка накопители CD-R и CD-RW, а затем и накопители на дисках DVD как сравнительно более емкие и дешевые ЗУ. Эта же участь постигла и другие разработки, такие как магнитооптические диски, накопители на сменных дисках типа LS-120, SyQuest, SyJet, Jaz и др.

Современный этап развития компьютерных накопителей на сменных носителях можно назвать периодом доминирования оптических технологий. Носители CD и DVD помимо упомянутых выше таких характеристик, как сравнительно большая емкость в сочетании с низкой стоимостью, имеют высокую надежность и удобство эксплуатации.

Относительно новыми мобильными носителями информации являются флэш-накопители. Эти устройства пока не относятся к дешевым решениям хранения информации, однако явно прослеживается снижение стоимости устройств этого класса и увеличение объемов хранимой информации. Конструктивно современные флэш-накопители выполняются чаще всего в виде сверхкомпактных «пальчиковых» устройств, эмулирующих работу дисковых носителей, или в виде миниатюрных карт памяти. В ЗУ на основе флэш-памяти нет каких-либо движущихся частей, поэтому оно не восприимчиво к вибрациям и механическим встряскам. Не являясь по своей сути магнитным носителем, флэш-накопители не подвержены влиянию магнитных полей и достаточно надежно сохраняют информацию.

Резюме

Запоминающие устройства обеспечивают запись, хранение и считывание информации в процессе работы ВМ. Каждому типу ЗУ присущи некоторые наиболее важные характеристики, которые определяют его потенциальные возможности и эффективность применения в том или ином конкретном функциональном качестве. К таким характеристикам ЗУ прежде всего относятся емкость хранения информации, быстродействие при операциях записи-чтения, удельная стоимость хранения единицы информации. По методу доступа к данным различают ЗУ с последовательным, прямым, произвольным и ассоциативным доступом.

Наиболее распространены три технологических типа запоминающих устройств, отличающихся использованием разных физических принципов записи, хранения и считывания информации. Это полупроводниковая память (или память на электронных микросхемах), память на магнитных носителях информации (магнитные диски, ленты, карты) и память на оптических носителях информации (оптические диски разных модификаций).

Важнейшей характеристикой любого типа ЗУ является такое его физическое свойство, как энергозависимость либо энергонезависимость. В энергозависимой памяти информация может быть искажена или потеряна при отключении источника пи­тания. В энергонезависимых ЗУ записанная информация сохраняется и при от­ключении питающего напряжения. Магнитная и оптическая память – энергоне­зависимы. Полупроводниковая память может быть как энергозависимой, так и нет, в зависимости от ее типа.

Основными типами энергозависимой полупроводниковой памяти являются статическая память, запоминающими элементами которой являются транзисторные электронные схемы (триггеры), и динамическая память, запоминающие элементы которой составляют миниатюрные конденсаторы.

Энергонезависимые полупроводниковые ЗУ по возможностям и способу программирования разделяют на программируемые при изготовлении, однократно программируемые после изготовления и многократно программируемые. Перспективным типом энергонезависимой твердотель­ной полупроводниковой перезаписывае­мой памяти является флэш-память.

В запоминающих устройствах на магнитных носителях информация записывается и считывается с поверхности специального носителя (диска, ленты, карты), покрытого магнитным слоем. Запись и чтение производятся магнитными головками, представляющими собой электромагниты с сердечником и обмоткой, по которой пропускается электрический ток.

В запоминающих устройствах на оптических носителях информация записывается и считывается лазерным лучом с поверхности оптического диска. Информация в двоичном представлении трактуется как изменения геометрических или структурных характеристик рабочей поверхности диска.

Разные типы ЗУ размещаются и функционируют в ВМ в соответствии с определенной иерархией, которая диктуется компромиссным сочетанием таких характеристик ЗУ, как быстродействие, емкость и удельная стоимость хранения информации. Оптимальное распределение разных типов ЗУ по уровням иерархии способствует существенному повышению производительности ВМ в целом.

Центральное место в иерархии памяти ВМ занимает так называемая основная память. С точки зрения структурной организации ВМ основная память является определяющим и минимально необходимым ЗУ. Основная память включает в себя два типа устройств: оперативные за­поминающие устройства и постоянные запоминающие устройства.

Оперативные за­поминающие устройства (или оперативная память) образуют преимущественную долю основной памяти и называются опера­тивными, потому что используются для временного оперативного хранения информации (программ и данных) и оперативного обмена этой информацией с процессором, внешней памятью и периферийными подсистемами ВМ. В ОЗУ допускается как запись, так и считывание информации. ОЗУ строится на основе энергозависимых микросхем памяти и организуется как массив элементарных ячеек памяти, к которым обеспечивается произвольный доступ. Каждая ячейка имеет уникальный адрес, позволяющий разли­чать ячейки при обращении к ним для выполнения операций записи и считыва­ния. Ячейки динамической памяти объединяются в двумерную матрицу, где каждая ячейка адресуется номерами строки и столбца, на пересечении которых она находится. Современными вариантами исполнения динамической синхронной памяти являются модули памяти типа DDR и DDR2 SDRAM

Постоянные запоминающие устройства строятся на основе энергоне­зависимых микросхем, которые главным образом обеспечивают только хранение и счи­тывание информации. В последнее время все шире используются такие физические типы ПЗУ и такие программные средства, которые при необходимости позволяют достаточно просто производить запись информации в ПЗУ и таким образом изменять содержимое ПЗУ.

На эффективность применения кэш-памяти в иерархической системе памяти ВМ наиболее существенное влияние оказывают емкость кэш-памяти и размер ее строк, способ отображения ОЗУ на кэш-память, алгоритм замещения информации в заполненной кэш-памяти, алгоритм согласования содержимого ОЗУ и кэш-памяти, число уровней кэш-памяти. Кэш-память в свою очередь составляет определенную иерархию уровней.

В качестве внешних запоминающих устройств на магнитных носителях информации применяются накопители информации на жестких и гибких магнитных дисках, накопители информации на магнитных лентах. Последние обычно используют для архивации и резервного копирования больших объемов информации. Во внешних запоминающих устройствах на оптических носителях информации используются оптические компакт-диски разных типов: допускающие только чтение информации, допускающие однократную запись информации, позволяющие стирать и многократно перезаписывать информацию. Новые «цифровые» многофункциональные оптические диски типа DVD позволяют увеличить емкость записываемой и хранимой информации в 7–25 раз по сравнению с емкостью обычных оптических компакт-дисков.

В качестве внешних мобильных носителей информации наряду с традиционными носителями, такими как накопители информации на гибких магнитных дисках и оптических дисках, находят применение переносные НЖМД, внешние НЖМД и относительно новый тип мобильных носителей информации – флэш-накопители.

Контрольные вопросы и задания

1. Какие функции выполняют запоминающие устройства в ВМ?

2. Перечислите наиболее важные характеристики запоминающих устройств. 3. Охарактеризуйте используемые методы доступа к данным в запоминающих устройствах.

4. Какие технологические типы запоминающих устройств наиболее распространены в вычислительной технике?

5. Представьте понятие «энергонезависимости» запоминающего устройства.

6. Назовите и охарактеризуйте основные типы энергозависимой памяти на электронных микросхемах.

7. На какие типы по возможностям и способу программирования подразделяют микросхемы энергонезависимой памяти?

8. Поясните принцип действия и особенности функционирования Flash-памяти. Представьте ее преимущества, недостатки и перспективы развития. 9. Дайте определение и укажите назначение оперативной памяти.

10. Каковы принципы организации запоминающих устройств на магнитных носителях информации?

11. Как организованы процессы записи и чтения данных в запоминающих устройствах на оптических носителях информации?

12. Опишите свойства пространственной и временной локальности команд и данных программы.

13. Представьте иерархию запоминающих устройств ВМ.

14. Каковы назначение и основные функции постоянных ЗУ?

15. Для чего предназначена энергонезависимая память CMOS Memory?

16.Дайте определение синхронной динамической памяти и опишите последовательность ее работы.

17. Перечислите важнейшие параметры памяти SDRAM.

18. В чем отличие памяти DDR2 SDRAM от DDR SDRAM и SDR SDRAM?

19. Представьте назначение, организацию и функционирование кэш-памяти.

20. Поясните назначение внешних запоминающих устройств ВМ.

21. В чем заключается различие внешних запоминающих устройств с прямым и последовательным доступом к информации?

22. Перечислите и дайте определения важнейшим характеристикам устройств внешней памяти.

23. Каковы основные параметры современных накопителей информации на жестких магнитных дисках?

24. Как устроены накопители информации на магнитных лентах, каковы их характеристики и области использования?