Массовая память

В связи с невозможностью постоянного хранения данных и ограниченным объемом основной памяти компьютера большинство машин обеспечивается уст­ройствами дополнительной памяти, которые называются массовой памятью, или запоминающими устройствами большой емкости. В их число входят магнитные диски, компакт-диски и магнитные ленты. Преимущества таких устройств, по сравнению с основной памятью компьютера, состоят в долговременности хране­ния данных, большей емкости и, в большинстве случаев, возможности извлече­ния носителя информации из машины в целях архивирования.

Термины постоянно подключенное и автономное часто используются для описания устройств, которые можно присоединять к машине или отключать от нее. Термин постоянно подключенное (on-line) означает, что устройство или ин­формация присоединены и могут быть доступны машине без вмешательства че­ловека. В отличие от этого, термин автономный (off-line) означает, что прежде чем устройство или информация смогут быть доступны машине, потребуется вмешательство человека (требуется либо включить устройство, либо установить в него носитель информации).

Основным недостатком устройств массовой памяти является то, что, они обычно требуют механических перемещений носителя или устройства считыва­ния. Поэтому время доступа к информации у этих устройств существенно больше по сравнению с основной памятью машины, в которой все необходимые дей­ствия выполняются на уровне электрических сигналов.

Магнитные диски

Одним из наиболее распространенных типов массовой памяти, применяемых в наше время, являются магнитные диски. В этих устройствах в качестве носи­теля данных используется тонкий вращающийся диск с магнитным покрытием. Головки чтения/записи размещаются над и/или под диском таким образом, что во время вращения диска каждая головка описывает над ним круг, называемый дорожкой, расположенной на верхней или нижней поверхности диска. Переме­щая головки чтения/записи над поверхностью диска, можно получить доступ к различным концентрическим дорожкам. Чаще всего дисковая система памяти состоит из нескольких дисков, смонтированных на общей оси и расположенных друг над другом. Между дисками оставляется пространство, достаточное для пе­ремещения головок чтения/записи между пластинами. Все головки чте­ния/записи в этом случае двигаются как единое целое. При каждом перемеще­нии головок становится доступной новая группа дорожек, которую принято на­зывать цилиндром.

Так как дорожка может содержать больше информации, чем обычно требует­ся одновременно обрабатывать, все дорожки поделены на зоны, или секторы, в которых информация записывается в виде непрерывной строки битов (рис. 1.9). Каждая дорожка внутри дисковой системы содержит одинаковое количество секторов, а каждый сектор, в свою очередь, — одинаковое число двоичных раз­рядов. (Это означает, что в секторах, которые находятся ближе к центру диска, биты данных размещаются более компактно, по сравнению с дорожками, распо­ложенными ближе к внешнему краю.)

Таким образом, мы выяснили, что дисковое запоминающее устройство состо­ит из множества отдельных секторов, каждый из которых может быть незави­симо считан как одна строка битов. Количество дорожек на поверхности диска, а также количество секторов на дорожках могут значительно отличаться в разных дисковых устройствах. Размеры секторов обычно не превышают нескольких ки­лобайт. Чаще всего размер сектора составляет 512 или 1024 байта.

Расположение дорожек и секторов не является постоянной характеристикой, зафиксированной в физической структуре диска. На самом деле они маркируют­ся магнитным способом с помощью процесса, который называется форматирова­нием (или инициализацией) диска. Этот процесс обычно осуществляется той фирмой, которая производит дисковые устройства, и на рынок поступают уже отформатированные диски. Большинство компьютерных систем тоже могут форматировать диски. Поэтому в случае повреждения формата диска он может быть переформатирован, однако это приведет к уничтожению всей информации, которая прежде была записана на данном устройстве.

Рис 1.9 Дисковое запоминающее устройство

Емкость дисковых устройств зависит от числа используемых в нем дисковых пластин, а также от плотности размещения дорожек и секторов на их поверхно­сти. Дисковые системы малой емкости состоят из единственного пластикового диска, который называется дискетой, или гибким диском. (Современные гибкие диски размером З 1/2 дюйма имеют жесткие пластиковые корпуса, а не гибкие упаковки, в отличие от своих более старых аналогов диаметром 5 1/4 дюйма, ко­торые упаковывались в бумажные конверты.) Дискеты легко вставляются и вы­нимаются из устройств, а также достаточно удобны в хранении. Поэтому они часто используются как автономные хранилища информации. Универсальная дискета размером З 1/2 дюйма имеет емкость, достаточную для хранения 1,44 Мбайт информации. Однако существуют и дискеты с существенно большей емкостью. Примером может служить дисковое устройство типа Zip компании Iomega Corporation, где на одной жесткой дискете может записываться несколь­ко сотен мегабайт информации.

Дисковые системы большой емкости способны хранить многие гигабайты ин­формации. Такие устройства включают от пяти до десяти жестких дисковых пластин, смонтированных на общей оси. Поскольку используемые в таких уст­ройствах диски являются жесткими, их называют системами с жестким диском, в отличие от гибких дисков, обсуждавшихся выше. Чтобы увеличить скорость вращения дисков, головки чтения/записи в таких системах размещены так, что они не соприкасаются с поверхностью диска, а как бы "плавают" над поверхно­стью с магнитным покрытием. Расстояние между головкой и диском настолько мало, что даже отдельная частица пыли может застрять между ними и вызвать их повреждение (явление, известное как разрушение головки). Поэтому устрой­ства жестких дисков герметически упаковывают в коробки и запечатывают не­посредственно на том предприятии, где они изготовляются.

Для оценки производительности дисковой системы используется несколько параметров: время установки (время, которое требуется для перемещения голов­ки чтения/записи с одной дорожки на другую); задержка вращения, или время ожидания (половина времени, за которое совершается полный оборот диска, что составляет среднее время, необходимое для того, чтобы нужные данные появи­лись под головкой чтения/записи после того, как она разместится над выбран­ной дорожкой); время доступа (сумма времени установки и времени ожидания), а также скорость передачи данных (скорость, с которой данные могут переда­ваться дисковому устройству или считываться с него).

Устройства с жесткими дисками имеют намного лучшие характеристики в сравнении с устройствами, использующими гибкие диски. Так как головки чте­ния/записи не соприкасаются с поверхностью жесткого диска, скорость враще­ния достигает от 3000 до 7000 оборотов в минуту, тогда как скорость вращения гибких дисков составляет только 300 оборотов в минуту. Поэтому устройства с жесткими дисками имеют более высокую скорость передачи, измеряемую обыч­но в мегабайтах в секунду, тогда как скорость передачи данных гибких дисков измеряется в килобайтах в секунду.

Поскольку работа дисковых устройств требует физического перемещения но­сителя, жесткие и гибкие диски проигрывают в скорости по сравнению с элек­тронными схемами. Это неудивительно, так как задержки в электронных схемах измеряются в наносекундах (миллиардная доля секунды) и меньше, тогда как время установки, ожидания и доступа дисковых устройств измеряется в милли­секундах (тысячная доля секунды). Таким образом, время, требуемое для считы­вания информации с дисковых устройств, кажется просто вечностью в сравнении со скоростью работы электронных схем.