5.2.3. Внешняя память компьютера

Сохранение информации для последующего ее использования или передачи другим людям всегда имело определяющее значение для развития человеческой цивилизации. До появления ЭВМ с этой целью человек научился использовать великое множество средств: книги, фотографии, магнитофонные записи, кинопленки и т. д. Возросшие к концу XX в. потоки информации, необходимость сохранения ее в больших объемах и появление ЭВМ способствовали разработке и применению носителей информации, обеспечивающих возможность долговременного ее хранения в более компактной форме. К таким носителям относятся гибкие и жесткие магнитные диски и так называемые диски CD-ROM. Существенное значение имеют такие их показатели, как информационнаяемкость,времядоступак информации,надежностьее хранения,время безотказной работы.

Устройства, которые обеспечивают запись информации на носители, а также ее поиск и считывание в оперативную память, называют накопителями (дисководами).

В основу записи, хранения и считывания информации положены два принципа — магнитный и оптический, которые обеспечивают сохранение информации и после выключения компьютера.

В основе магнитной записи лежит цифровая информация (в виде нулей и единиц), преобразованная в переменный электрический ток, который сопровождается переменным магнитным полем. Магнитное покрытие диска представляет собой множество мельчайших областей спонтанной намагниченности (доменов). Электрические импульсы, поступая на головку дисковода, создают внешнее магнитное поле, под воздействием которого собственные магнитные поля доменов ориентируются в соответствии с его направлением. После снятия внешнего поля на поверхности дисков в результате записи информации остаются зоны остаточной намагниченности, где намагниченный участок соответствует 1, а ненамагниченный — 0. При считывании информации намагниченные участки носителя вызывают в головке дисковода импульс тока (явление электромагнитной индукции).

Среди магнитных дисков (МД) используются гибкие и жесткие.

Гибкие магнитные диски(ГМД) предназначены для переноса документов и программ с одного компьютера на другой, хранения архивных копий и информации, не используемой постоянно на компьютере. Гибкий МД диаметром5,25 дюйма(133 мм) в настоящее время может хранить до 1,2 Мб информации (рис. 5.3).

Такие диски двусторонние, повышенной плотности записи. Скорость вращения диска, находящегося в конверте из тонкой пластмассы, — 300-360 об/мин. ГМД диаметром 3,5 дюйма(89 мм) имеют емкость 1,44 Мб.

Защита магнитного слоя является особенно актуальной, поэтому сам диск спрятан в прочный пластмассовый корпус, а зона контакта головок с его поверхностью закрыта от случайных прикосновений специальной шторкой, которая автоматически отодвигается только внутри дисковода.

Контроллер дисковода включает и выключает двигатель вращения, проверяет, закрыт или открыт вырез, запрещающий операцию записи, устанавливает на нужное место головку чтения/записи.

Жесткий магнитный диск(ЖМД, рис 5.5), или винчестер, предназначен для постоянного хранения информации, используемой при работе с компьютером: программ операционной системы, часто используемых пакетов программ, текстовых редакторов и т. д.

Современные ЖМД имеют скорость вращения от 3600 до 7200 об/мин. Это может быть стеклянный диск (с металлической поверхностной пленкой, например кобальтовой), не чувствительный к температуре, с плотностью записи на 50% выше, чем у диска из алюминия. Последние разработки позволяют обеспечить плотность записи 10 Гбит на квадратный дюйм, что в 30 раз больше обычной. Головка при вращении находится над диском на расстоянии 0,13 микрона (в 1980 г. — 1,4 микрона). Жесткие магнитные диски — это часто несколько дисков на одной оси, головки считывания/записи передвигаются сразу по всем поверхностям. Информационная емкость — до 800 Мб — 9 Гб.

Любой магнитный диск первоначально к работе не готов. Для приведения его в рабочее состояние он должен быть отформатирован, т. е. должна быть создана структура диска. Структура ГМД — это магнитные концентрические дорожки, разделенные на сектора, помеченные магнитными метками, а у ЖМД есть еще и цилиндры — совокупность дорожек, расположенных друг над другом на всех рабочих поверхностях дисков. Все дорожки магнитных дисков на внешних цилиндрах больше, чем на внутренних. Следовательно, при одинаковом количестве секторов на каждой из них плотность записи на внутренних дорожках должна быть больше, чем на внешних. Количество секторов, емкость сектора, а следовательно, и информационная емкость диска зависят от типа дисковода и режима форматирования, а также от качества самих дисков.

Диски CD-ROM(CompactDiskReadOnlyMemory, рис. 5.6) обладают емкостью до 3 Гб, высокой надежностью хранения информации, долговечностью (прогнозируемый срок его службы при качественном исполнении — до 30—50 лет). Диаметр диска может быть как 5,25 дюйма, так и 3,5.

В отличие от магнитных дисков, дорожки которых представляют собой концентрические окружности, CD-ROM имеет всего одну физическую дорожку в форме спирали, идущей от наружного края диска к внутреннему.

Считывание информации с компакт-диска происходит при помощи лазерного луча, который, попадая на отражающий свет островок, отклоняется на фотодетектор, интерпретирующий его как двоичную единицу. Луч лазера, попадающий во впадину, рассеивается и поглощается — фотодетектор фиксирует двоичный ноль.

В то время как все магнитные диски вращаются с постоянным числом оборотов в минуту, т. е. с неизменной угловой скоростью, CD-ROMвращается обычно с переменной угловой скоростью, чтобы обеспечить постоянную линейную скорость при чтении. Таким образом, чтение внутренних секторов осуществляется при большем числе оборотов, чем чтение наружных. Именно этим объясняется достаточно низкая скорость доступа к данным дляCD-ROM(от 150 до 400 мс при скорости вращения до 4500 об/мин) по сравнению, например, с винчестером.

CD-ROMудобны для хранения информации, а в работе с ней они оказываются медленнее, чем жесткие магнитные диски. Поэтому обычно с компакт-дисков информацию переписывают на МД, с которым и работают. Такая система не годится, если работа связана с базами данных, которые ввиду большой информационной емкости как раз выгоднее размещать наCD-ROM. Кроме того, компакт-диски, используемые в настоящий момент на практике, не являются перезаписываемыми.

Магнитооптические дискилишены этих недостатков. Здесь объединены достижения магнитной и оптической технологий. На них можно записывать информацию и быстро считывать ее. Они сохраняют все преимущества ГМД (переносимость, возможность отдельного хранения, увеличение памяти компьютера) при огромной информационной емкости.