«Прибой» свой жесткий диск. Внешняя (долговременная) память Презентация на тему

В настоящее время распространены три типа накопителей с магнитной записью информации: на жестких (несъемных) магнитных дисках (НЖМД или " винчестеры "), на гибких магнитных дисках (НГМД или флоппи-дисководы) и на магнитной ленте (НМЛ или стримеры ).

НЖМД содержит один или несколько жестких алюминиевых или стеклянных дисков, покрытых слоем ферромагнитного материала, которые смонтированы на оси-шпинделе. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря тонкой прослойке воздуха (доли микрон), образуемой при быстром вращении дисков. Скорость вращения современных винчестеров составляет 5400-15000 об/мин. Информация записывается на диск в результате изменения ориентации магнитных доменов на участке поверхности диска под записывающей головкой. Для кодирования информации в первых винчестерах использовался метод MFM 13 . В этом случае "1" переводится в комбинацию "01", а "0" - в комбинацию "10", если следует за битом "0", или в "00", если следует за битом "1", что обеспечивает не более трех нулей подряд. При записи этой последовательности на диск логическая "1" кодируется сменой намагниченности на соответствующем участке, а логический "0" - отсутствием смены (рис. 16.3). Это означает, что один переход намагниченности соответствует 1-3 битам.

Рис. 16.3. Схема кодирования MFM

Впоследствии стала использоваться схема кодирования RLL 14 . Алгоритмы RLL обеспечивают такую закодированную последовательность, что длина поля записи (количество бит между переходами от "0" к "1" или от "1" к "0") ограничена определенным диапазоном . Параметры d и k задаются модификацией алгоритма (обозначается RLL d,k). Для винчестеров использовался RLL 2,7: 8 бит данных перекодируются в 16 так, чтобы в последовательности встречалось не менее двух и не более семи нулей. Затем был внедрен RLL 3,9 (Advanced RLL ) и т.п. Большинство современных накопителей используют ту или иную модификацию RLL .

Поверхность магнитного носителя в ее первозданном виде - это всего лишь магнитное покрытие, которое не готово к работе. Структура диска, включающая в себя дорожки (концентрические полоски, но которые разделена каждая сторона пластины), цилиндры (дорожки на обеих сторонах пластины, расположенные на окружностях с одинаковым радиусом) и сектора (участки дорожки, представляющие собой наименьший размер порции данных, которая может быть изменена в результате перезаписи), формируется при физическом (низкоуровневом) форматировании. В ходе этой операции контроллер накопителя записывает на носитель служебную информацию: байты синхронизации, указывающие на начало каждого сектора, идентификационные заголовки, состоящие из номеров головки, сектора и цилиндра, байты контрольной суммы CRC (Cyclic Redundancy Check ) и коды обнаружения ошибок ECC (Error Correction Code); при этом происходит также маркировка дефектных секторов для исключения обращения к ним в процессе эксплуатации диска.

Все современные винчестеры поддерживают технологию SMART (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology), которая предполагает выполнение внутренней диагностики винчестера , определяющей состояние двигателя, магнитных головок, рабочих поверхностей носителя и контроллера.

Определенный интерес представляют также накопители со сменным носителем: НГМД и НМЛ (последние реже используются в настольных системах).

Обычно дискета (floppy disk ) представляет собой гибкую пластиковую пластину, покрытую ферромагнитным слоем. Эта пластина помещается в гибкую или жесткую оболочку, защищающую магнитный слой от физических повреждений. Запись и считывание дискет осуществляется с помощью специального устройства - дисковода (флоппи-дисковода). Дискеты обычно имеют функцию защиты от записи, посредством которой можно предоставить доступ к данным только в режиме чтения.

Первая дискета диаметром в 200 мм (8 дюймов) с соответствующим дисководом была представлена фирмой IBM в 1971. В первых моделях IBM PC использовались дискеты диаметром 133 мм (5 дюйма). В 1982 году фирма Sony представила дискеты диаметром 90 мм (3 дюйма) и дисководы для них. Широкое распространение этот тип дискет получил в 1984 году, когда Apple использовала новый формат для компьютеров Macintosh. Фирма IBM приняла решение использовать 3,5-дюймовые дисководы только в 1987 году в компьютерах серии PS/2. Наиболее популярные форматы дискет представлены в табл. 16.3. При записи на дискету используется кодирование MFM .

Внутренние дисководы подключаются при помощи интерфейса SA-400, разработанного в начале 1970-х годов компанией Shugart Associates. Интерфейс относится к категории интерфейсов на уровне устройства, т.к. содержит сигналы, характерные для функций устройства (Motor On - включить мотор, Index - проход индексной метки, Side 1 Select - выбор головки и т.п.) Интерфейс обеспечивает скорость порядка 300 Кбит/с.

Длительное хранение информации пользователя обеспечивает ВЗУ (внешнее запоминающее устройство). К внешней памяти относятся: накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД), накопители на гибких магнитных дисках (НГМД), накопители на магнитооптических компакт дисках, накопители на оптических дисках, накопители на магнитной ленте и др.

Принцип изменения магнитной индукции носителя используется в накопителях типа «винчестер » (HDD).Винчестеры предназначены для постоянного хранения информации, используемой при работе с компьютером: программ операционной системы, часто используемых пакетов программ, редакторов документов и т.д. (рис. 6).

Рис. 6. Жёсткий диск.

Основными параметрами винчестера (жёсткого диска) являются: ёмкость диска, количество поверхностей, скорость вращения шпинделя, объём встроенной кэш-памяти, интерфейс.

Ёмкость диска. Для пользователя накопители на жёстком диске отличаются друг от друга прежде всего своей ёмкостью, т.е. тем, сколько информации помещается на диске. Сейчас компьютеры в основном оснащаются винчестерами от 80 Гбайт и более.

Информация на магнитных дисках записывается по концентрическим дорожкам и секторам, которые формируются на диске в результате операции форматирования.

Первые универсальные ЭВМ и даже первые персональные компьютеры функционировали без винчестера. В современных управляющих компьютерах программы могут быть «зашиты» сразу в схемы и такие компьютеры функционируют без винчестеров.

В USB флеш-накопителях (флеш-картах) используется электронная энергонезависимая перезаписываемая память. Флэш-память строится на полупроводниковых элементах. Наибольшей плотностью и быстродействием обладает её разновидность на основе ячеек с И-НЕ элементами (NAND).

Стриммер (от англ. streamer), также ленточный накопитель – запоминающее устройство на принципе магнитной записи на ленточном носителе, с последовательным доступом к данным (рис. 7); по принципу действия аналогичен бытовому магнитофону.

Рис. 7. Стример и картридж к нему.

Устройство для чтения компакт-дисков предназначено для чтения записей на компакт-дисках. Достоинства устройства – большая ёмкость дисков, быстрый доступ, надежность, универсальность, низкая стоимость. Основное понятие, характеризующее работу данного устройства, – скорость. Главный недостаток – невозможность записи информации. Для этого необходимы другие устройства.

Оптический диск с нестираемой информацией, предназначенный только для многократного чтения пользователем, – это CD-ROM (Compact Disk – Read Only Memory). Диск CD-ROM обычно используется для того, чтобы хранить коммерческие программы и данные. Нельзя добавлять или стирать данные на диске CD-ROM.

На оптические диски DVD-R и CD-R пользователь может записывать файлы более одного раза (каждая запись называется сеансом), но нельзя стирать файлы с диска. Каждая запись является постоянной. Запись на эти диски осуществляется благодаря наличию на них особого светочувствительного слоя, выгорающего под воздействием высокотемпературного лазерного луча.

На диск CD-RW можно записывать файлы многократно. Можно также удалять ненужные файлы с диска, чтобы освободить пространство и записать дополнительные файлы. Диск CD-RW можно многократно записывать и стирать.

Рис. 8. Оптический диск (CD или DVD).

Один из основных параметров любого типа памяти компьютера – время доступа к памяти, которое определяется как минимальное время, достаточное для размещения в памяти единицы информации. Быстродействие накопителя информации – скорость чтения – записи данных в накопителе. Оно характеризуется двумя параметрами: средним временем доступа и скоростью передачи данных.

Прямой доступ к памяти (англ. Direct Memory Access, DMA) – режим обмена данными между устройствами или же между устройством и основной памятью (RAM) без участия центрального процессора (ЦП).

1.3 Магнитные накопители

Классификация и основные характеристики накопителей. В качестве ВЗУ используются устройства, различающиеся типом носителя, способом регистрации и характером использования информации, способом доступа и.т.

По типу носителя различают ВЗУ с подвижным и неподвижным носителем. Если поиск, запись и считывание информации сопровождается механическим перемещением носителя, то такие ВЗУ называют накопителями с подвижным носителем (накопители на магнитных дисках НМД), оптических дисках (НОД), магнитных лентах (НМЛ). Если при поиске, записи, считывании механического перемещения не происходит, то ВЗУ - накопитель с неподвижным носителем (накопители на основе цилиндрических магнитных доменов -ЦМД). Реже в ВЗУ используют объемную запись – полупроводниковые ЗУ, приборы с зарядовой связью.

По способу регистрации различают ВЗУ с магнитной и оптической (магнитооптической) записью.

По характеру использования информации - постоянные ВЗУ, которые допускают только чтение информации, ВЗУ с однократной записью (после чего только чтение) и многократной записью (произвольное число записей и чтения).

По способу доступа к информации - накопители с последовательным и прямым доступом.

ВЗУ принято характеризовать следующими параметрами:

− емкостью памяти;

− пропускной способность или скоростью чтения-записи;

− временем доступа, т.е. интервалом времени от момента запроса до момента выдачи блока.

Плотность записи ВЗУ b. Здесь понимают числа бит информации, записанных на единице поверхности носителя; это поверхностная плотность . Различают также продольную плотность bl, бит/мм, т.е. число бит на единице длины носителя вдоль вектора скорости перемещения, и поперечную плотность bq, бит/мм, т.е. число бит на единице длины носителя в направлении, перпендикулярном вектору скорости.

Плотность записи определяет геометрические размеры накопителя, параметры его быстродействия, а также объемами памяти.

Принцип записи информации на магнитную поверхность. В качестве запоминающей среды в устройствах магнитной записи используются порошковые и гальванические покрытия, нанесенные на немагнитную среду - подложку. В качестве подложки для магнитных лент используется лавсан. Метод записи/считывания в НМЛ контактный, магнитная головка находится в механическом контакте с магнитоносителем.

Магнитные диски и барабаны покрываются металлическими покрытиями на основе никеля, кобальта, вольфрама, наносимыми гальваническим способом. Толщина покрытия колеблется от 0,01 до 1 мкм.

Гибкие магнитные диски (дискеты) вырубаются из магнитной пленки. В накопителях на гибких магнитных дисках (НГМД) применяется также контактный метод, в отличие от накопителей на жестких магнитных дисках (НЖМД) и накопителей типа винчестер, где метод записи-считывания - бесконтактный.

Для намагничивания отдельных участков магнитного покрытия с целью записи используется магнитная головка или блок магнитных головок, состоящих из магнитного сердечника с зазором и намотанной на него катушки индуктивности.

Накопители на гибких магнитных дисках. Устройство (НГМД) (рисунок 1.19) включает ГМД, пять основных систем (приводной механизм, механизм позиционирования, механизм центрования и крепления, систему управления и контроля, систему записи-считывания) и три специальных датчика (датчик индексного отверстия, датчик запрета записи, датчик дорожки 00).

Полезная поверхность диска представляет собой набор дорожек, расположенных с определенным шагом. Нумерация дорожек начинается с внешней стороны (нулевой дорожки). Позиция дорожки 00 определяется в накопителе с помощью специального фотоэлектрического датчика. Сама дорожка разбивается на отдельные участки записи равной длины - секторы. Начало участков записи-считывания на дорожках определяется имеющимся на диске специальным круглым индексным отверстием. Когда индексное отверстие при вращении диска проходит под соответствующим окном кассеты, другой фотоэлектрический датчик вырабатывает короткий электрический импульс, по которому обнаруживается позиция начала дорожки.

В НГМД используют два основных метода записи: метод частотной модуляции (ЧМ) и метод модифицированной ЧМ.

Адаптеры накопителей на гибких магнитных дисках. Адаптер НГМД переводит команды, поступающие из ПЗУ BIOS, в электрические сигналы, управляющие НГМД, а также преобразует поток импульсов, считываемых с дискеты МГ, в информацию, воспринимаемую ПЭВМ. Конструктивно электронное оборудование адаптера может быть размещено на системной плате. Один из вариантов построения структурной схемы адаптера НГМД приведен на рисунке 1.20.

Основным функциональным блоком адаптера НГМД является контроллер НГМД, реализуемый конструктивно обычно в виде БИС (интегральные микросхемы 8272 Intel, 765 NEC и др.). Данный контроллер обеспечивает управление операциями НГМД и определяет условия обмена с центральным процессором.

Контроллер НГМД выполняет следующий набор команд: позиционирование, форматирование, считывание, запись, проверка состояния НГМД и др. Каждая команда выполняется в три фазы: подготовительной, исполнения и заключительной.

Zip накопители. Накопители Zip выпускаются в виде внутренних SCSI- и ATAPI-моделей и внешних устройств, подключаемых через параллельный порт либо интерфейсы SCSI и USB. Диски Zip имеют максимальную емкость 250 Мбайт (поддерживается всеми дисководами, кроме USB-модели). Максимальная скорость обмена у первых моделей Zip достигала 1,4 Мбайт/с, в среднем время доступа было порядка 30 мс. Новые модели стали немного быстрее. По своим скоростным характеристикам они сопоставимы, скажем, с современными записывающими дисководами CD-RW, немного уступая им в скорости чтения и времени доступа к диску, но превосходя при этом в скорости записи.

Другим вариантом сменных накопителей, основанных на использовании мягких магнитных дисков, является так называемая флоптическая технология. Это решение подразумевает, что позиционирование головки чтения/записи осуществляется при помощи луча лазера на служебную дорожку (servo-track), а сами операции чтения и записи - стандартным магнитным способом.

У современных устройств скорость передачи данных составляет 1,1 Мбайт/с (ATAPI). У SCSI-накопителей этот показатель еще выше - до 4 Мбайт.

Стримеры. Они используются для архивирования или резервного копирования, потому что носителем информации в них служит магнитная лента (лавсан, полиэфирной или ацетатной пленки), покрытой ферролаком, нанесенным в магнитном поле с целью ориентации плоских доменов по оси легкого намагничивания.

В зависимости от типа накопителя и, соответственно, носителя, применяются ленты разной ширины и длины, начиная от 3,61 мм для миникассет до 35 мм для катушек (бобин). Чаще используется лента ширины 12,7 мм; при большей ширине возникают перекосы ленты и усложняется блок магнитных, головок. Размещение информации зависит от ширины ленты. На узких лентах информация записывается последовательным кодом, на широких - параллельным. Применяется также запись параллельно-последовательным кодом.

На рисунке 1.21 показано размещение информации на МЛ при последовательно-параллельной записи на 11 дорожках. Каждой дорожке соответствует своя магнитная головка: 8 информационных, головка синхроимпульсов, головка начала зоны. Наибольшее время тратится на поиск зоны - оно может достигать нескольких минут в зависимости от расположения искомой зоны на ленте. Лентопротяжные механизмы обеспечивают продвижение ленты со скоростями от 0,9 до 6,3 м/с. и скорость обмена информацией от 30 Кбайт/с до 1,5 Мбайт/с. Для обеспечения быстрого пуска и останова ленты в лентопротяжном механизме НМЛ имеются вакуумные колонки, которые являются буферными устройствами, содержащими определенный запас ленты в виде компенсационной петли.

а ) размещение на ленте зон произвольной длины;

б ) размещение информации в зоне

Рисунок 1.21 - Размещения информации при последовательно-параллельной форме размещения информации на магнитной ленте НМЛ

Контроллеры НМЛ выполняют функции управления режимами работы накопителя по командам, поступающим от ЭВМ. Контроллеры НМЛ стандартизованы и позволяют подключать до 8-ми накопителей разных типов в любом сочетании к каналу ЭВМ.

НМЛ подключаются к контроллеру с помощью стандартного интерфейса. Наиболее часто используются 8 шин управления, 4 шины признаков состояния и 8 шин ответа. Шины управления и шины признаков являются общими для всех НМЛ, подключенных к контроллеру.

Оптические и магнитооптические накопители. Оптические внешние ЗУ имеют высокую плотность записи информации, на несколько порядков большую плотности магнитных ВЗУ, так как для регистрации одного бита достаточно участка на носителе с размерами порядка длины волны излучаемого лазером света(порядка 0,5 мкм). Этот тип внешних ЗУ имеет высокое быстродействие и надежность.

Как запись на оптический носитель - оптический диск, так и воспроизведение с него, осуществляются лазерным лучем. Лазеры способны генерировать и усиливать электромагнитные колебания в диапазонах 0,4 мм...0,78 мкм (инфракрасная часть оптического спектра, это мазеры), 0,78 ...0,38 мкм (волны видимого света) и 0,38...2 нм (ультрафиолетовая часть спектра).

Цифровой оптический диск состоит из рабочего (регистрирующего, информационного) слоя, на который наносится информационная сигналограмма в виде определенных чередований его состояний, и основы, на которой находится этот рабочий слой. На рисунке 1.22 показана конструкция двухстороннего компакт-диска фирмы Philips, в котором две прозрачные основы с рабочими слоями соединены вместе и образуют замкнутое пространство для рабочих слоев.

Рисунок 1.22 - Конструкция двустороннего оптического диска

Имеются отражающий зеркальный слой и воздушный промежуток. Подложка выполнена из пластика. В качестве материала рабочего слоя применяются теллур и его сплавы, сплав селена, индия, меди, алюминия, никеля и цинка.

Конструкция оптической головки, предназначенной для записи и считывания дисков, приведена на рисунке 1.23. Наиболее распространены компакт-диски диаметром 119 мм (4,7 дюймов). На однократно записываемом диске такого диаметра располагается 550 либо 680 Мбайт. Производятся так же диски диаметром 80 мм емкостью 200 Мбайт

Рисунок 1.23 - Оптическая головка комбинированного типа для дисков с перезаписью

Устройства записи работают в трех режимах. В односеансном режиме запись всего диска должна осуществляться за один проход без перерывов. Многосеансный режим позволяет записывать данные за несколько сеансов, в результате чего информация на диске представляется в виде отдельных томов, напоминающих логические разделы жесткого диска и инкрементный режим позволяет записать часть данных, остановиться, а затем продолжить запись.

Оптическое дисковое ВЗУ состоит из двух частей: накопителя на оптических дисках (НОД) и устройства управления (УУ), приведенных на рисунке 1.24.

Рисунок 1.24 - Обобщенная структурная схема оптического дискового ВЗУ

В накопителе осуществляются процессы записи, хранения, считывания, стирания и поиска информации.

Связь УУ и НОД осуществляется по шинам: команд, состояния, адреса и по линиям: данных записи, данных воспроизведения, синхронизации данных воспроизведения.

Канал записи - воспроизведения (КЗВ) представляет собой часть информационного канала ВЗУ на ОД. С его помощью реализуется запись и воспроизведение информации на ОД. Он состоит из оптической и электрической части. Оптическую часть канала называют оптической головкой (ОГ).

Электрическая часть КЗВ в процессе записи преобразует информационные сигналы, поступающие из контроллера, в форму, пригодную для записи на ОД, и управляет непосредственно реализацией процесса записи путем изменения интенсивности лазерного луча, падающего на точку записи ОД, в соответствии с информационными сигналами. При воспроизведении электрическая часть КЗВ обрабатывает электрические сигналы, поступающие из фотоприемника: формирует, детектирует, распознает и передает их в контроллер.

В быстродействующих МО-накопителях в режимах записи и чтения используется буферная кэш-память большого объема (от 4 Мбайт).

Система поиска информации в НОД включает в себя позиционер оптической головки, привод ОД а также в случае многодисковых НОД систему хранения, выбора и смены ОД.

Позиционер ОГ служит для перемещения ОГ на заданную дорожку ОД и удержания светового луча на дорожке в процессе записи и воспроизведения.

На рисунке 1.25 показана структурная схема CD ROM.

Рисунок 1.25 - Структурная схема CD-ROM

Состав:

- сервосистема управления вращением диска;

- сервосистема позиционирования лазерного считывающего устройства;

- сервосистема автофокусировки;

- сервосистема радиального слежения;

- система считывания;

- схема управления лазерным диодом.

Сервосистема управления вращением диска обеспечивает постоянство линейной скорости движения дорожки считывания на диске относительно лазерного пятна. Характерными признаками исправной работы являются четко прослеживающиеся фазы:

– старт и разгон вращения диска;

– установившийся режим вращения;

– интервал торможения до полной остановки;

– съем диска лотком каретки и вынос его наружу из дисковода.

На рисунке 1.26 показана структура связей оптико-электронной системы считывания информации.

Рисунок 1.26 - Структура связей оптико-электронной системы

считывания информации

Сервосистема позиционирования головки считывания информации обеспечивает плавное подведение головки к заданной дорожке записи с ошибкой, не превышающей половины ширины дорожки в режимах поиска требуемого фрагмента информации и нормального воспроизведения. Сервосистема радиального слежения обеспечивает удержание луча лазера на дорожке и оптимальные условия считывания информации.

Контроль и управление вертикальным перемещением фокусирующей линзы осуществляется под воздействием сервофокуса. Эта система обеспечивает точную фокусировку лазерного луча в процессе работы на рабочей поверхности диска.

Система считывания информации содержит фотодетекторную матрицу и дифференциальные усилители сигналов. О нормальной работе этой системы можно судить по наличию высокочастотных сигналов на ее выходе при вращении диска.

Система управления лазерным диодом обеспечивает номинальный ток возбуждения диода в режимах пуска диска и считывания информации. Признаком нормальной работы системы является наличие ВЧ-сигнала амплитудой около 1 В на выходе системы считывания.

ВЗУ на ЦМД – содержащих материалах. Цилиндрические магнитные домены (ЦМД) представляют собой изолированные однородно намагниченные области магнетика в форме круговых цилиндров, направление вектора намагниченности в которых противоположно направлению намагниченности остальной части магнетика.

Для создания ЦМД на практике используются нанесенные на подложку тонкие плоскопараллельные пластины - пленки (толщиной от 1 до 100 мкм) магнитных материалов с наведенной в процессе изготовления анизотропией, обладающие малой остаточной индукцией порядка 0,01 - 0,02 тесла.

ВЗУ на основе голографии. Использование лазерной техники для ввода, хранения и выдачи информации в форме объемных изображений позволило создать голографические средства отображения (СО). Объем памяти голографических ЗУ практически неограничен: теоретически достижимая плотность записи с помощью двумерных голограмм - 410 8 бит/см2, а с помощью объемных голограмм - 41012 бит/см 3 .

Презентация на тему: Магнитный принцип записи/считывания информации

1 из 13

Презентация на тему:

№ слайда 1

Описание слайда:

№ слайда 2

Описание слайда:

Магнитный принцип записи и считывания информации Для долговременного хранения информации, её накопления и передачи из поколения в поколение используются материальные носители информации. Материальная природа носителей информации может быть различной: молекулы ДНК, которые хранят генетическую информацию; бумага, на которой хранятся тексты и изображения; магнитная лента, на которой хранится звуковая информация; фото- и киноплёнки, на которых хранится графическая информация; микросхемы памяти, магнитные и лазерные диски, на которых хранятся программы и данные в компьютере и т.д.

№ слайда 3

Описание слайда:

Запись/считывание информации В процессе записи информации на гибкие и жёсткие магнитные диски головка дисковода с сердечником из магнитомягкого материала (малая остаточная намагниченность) перемещается вдоль магнитного слоя магнитожёсткого носителя (большая остаточная намагниченность). В процессе записи информации на магнитную головку поступают последовательности электрических импульсов (последовательности логических единиц и нулей), которые создают в головке магнитное поле. В результате последовательно намагничиваются (логическая единица) или не намагничиваются (логический нуль) элементы поверхности носителя. При считывании информации, наоборот, намагниченные участки носителя вызывают в магнитной головке импульсы тока (явление электромагнитной индукции). Последовательности таких импульсов передаются по магистрали в оперативную память компьютера.

№ слайда 4

Описание слайда:

Жёсткие магнитные диски Накопитель на жёстких магнитных дисках, НЖМД, жёсткий диск, хард, харддиск, HDD, HMDD или винчестер, (англ. Hard (Magnetic) Disk Drive, HDD, HMDD) - энергонезависимое, перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство. Является основным накопителем данных практически во всех современных компьютерах. В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома.

№ слайда 5

Описание слайда:

Характеристики Ёмкость- количество данных, которые могут храниться накопителем. Ёмкость современных устройств достигает 2000 Гб. Физический размер (форм-фактор) (англ. dimension) - почти все современные (2002-2008 гг.) накопители для персональных компьютеров и серверов имеют размер либо 3,5, либо 2,5 дюйма. Время произвольного доступа (англ. random access time) - время, за которое винчестер гарантированно выполнит операцию чтения или записи на любом участке магнитного диска. Скорость вращения шпинделя (англ. spindle speed) - количество оборотов шпинделя в минуту. Надёжность (англ. reliability) - определяется как среднее время наработки на отказ. Количество операций ввода-вывода в секунду - у современных дисков это около 50 оп./сек при произвольном доступе к накопителю и около 100 оп./сек при последовательном доступе.

№ слайда 6

Описание слайда:

Характеристики Потребление энергии - важный фактор для мобильных устройств. Уровень шума - шум, который производит механика накопителя при его работе. Сопротивляемость ударам (англ. G-shock rating) - сопротивляемость накопителя резким скачкам давления или ударам, измеряется в единицах допустимой перегрузки во включённом и выключенном состоянии. Скорость передачи данных (англ. Transfer Rate): Внутренняя зона диска: от 44,2 до 74,5 Мб/с Внешняя зона диска: от 60,0 до 111,4 Мб/с Объём буфера: Буфером называется промежуточная память, предназначенная для сглаживания различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу.

№ слайда 7

Описание слайда:

Жёсткий диск состоит из следующих основных узлов: корпус из прочного сплава, собственно жесткие диски (пластины) с магнитным покрытием, блок головок с устройством позиционирования, электропривод шпинделя и блок электроники. Устройство позиционирования головок состоит из неподвижной пары сильных, как правило неодимовых, постоянных магнитов и катушки на подвижном блоке головок. Вопреки расхожему мнению, жесткие диски не герметичны. Внутренняя полость жесткого диска сообщается с атмосферой через фильтр, способный задерживать очень мелкие (несколько мкм) частицы. Это необходимо для поддержания постоянного давления внутри диска при колебаниях температуры корпуса.

№ слайда 8

Описание слайда:

Принцип работы: Принцип работы жестких дисков похож на работу магнитофонов. Рабочая поверхность диска движется относительно считывающей головки (например, в виде катушки индуктивности с зазором в магнитопроводе). При подаче переменного электрического тока (при записи) на катушку головки, возникающее переменное магнитное поле из зазора головки воздействует на ферромагнетик поверхности диска и изменяет направление вектора намагниченности доменов в зависимости от величины сигнала. При считывании перемещение доменов у зазора головки приводит к изменению магнитного потока в магнитопроводе головки, что приводит к возникновению переменного электрического сигнала в катушке из-за эффекта электромагнитной индукции.

№ слайда 9

Описание слайда:

Пластиковые дискеты Первые дискеты представляли собой гибкие пластиковые диски диаметром 8 дюймов, покрытые оксидом железа и помещенные в защитную оболочку, к которой с внутренней стороны была приклеена специальная ткань, очищающая поверхность диска при его вращении. Эти давно устаревшие диски были выпущены корпорацией IBM в 1971 году специально для компьютеров с операционной системой System 370. Действительно, цветные квадраты из пластика со стороной 3,5 дюйма (а именно так выглядит большинство современных гибких дисков) на первый взгляд не имеют ничего общего со своим названием, однако следует помнить, что термин этот обозначает предмет, который выпускался много лет назад, а теперь давно уже скрыт от глаз и помещен в пластиковый корпус. Первые дискеты были в виде гибких пластиковых дисков диаметром 8 дюймов

№ слайда 10

Описание слайда:

По мере того как компьютеры становились все более компактными, то же самое происходило и с дисками. Дискета диаметром 5,25 дюйма появилась в 1976 году. Говорят, что ее размеры соответствуют размерам салфеток для коктейля, которыми пользовались разработчики, обсуждавшие детали нового проекта в одном из бостонских баров. Сегодня же наиболее популярными являются дискеты диаметром 3,5 дюйма, выпущенные корпорацией Sony в 1981 году. Несмотря на то что они уже практически не применяются для переноса файлов с одного компьютера на другой, большинство машин по-прежнему оснащено отсеками для размещения этих небольших накопителей. В результате некоторые мудрые (или, наоборот, сумасшедшие) пользователи до сих пор продолжают копировать на дискеты содержимое своих жестких дисков.

Логическое устройство Информация записывается по концентрическим дорожкам (трекам), которые делятся на секторы. Количество дорожек и секторов зависит от типа и формата дискеты. Сектор хранит минимальную порцию информации, которая может быть записана на диск или считана. Ёмкость сектора постоянна и составляет 512 байтов.

№ слайда 13

Описание слайда:

Принцип работы Дискета устанавливается в накопитель на гибких магнитных дисках (англ. floppy-disk drive), автоматически в нем фиксируется, после чего механизм накопителя раскручивается до частоты вращения 360 мин-1. В накопителе вращается сама дискета, магнитные головки остаются неподвижными. Дискета вращается только при обращении к ней. Накопитель связан с процессором через контроллер гибких дисков.

Внешняя (долговременная) память

Основной функцией внешней памяти компьютера является способность долговременно хранить большой объем информации (программы, документы, аудио- и видеоклипы и пр.). Устройство, которое обеспечивает запись/считывание информации, называется накопителем , или дисководом , а хранится информация на носителях (например, дискетах).

Магнитный принцип записи и считывания информации. В накопителях на гибких магнитных дисках (НГМД) и накопителях на жестких магнитных дисках (НЖМД), или винчестерах, в основу записи информации положено намагничивание ферромагнетиков в магнитном поле, хранение информации основывается на сохранении намагниченности, а считывание информации базируется на явлении электромагнитной индукции.

В процессе записи информации на гибкие и жесткие магнитные диски головка дисковода с сердечником из магнито-мягкого материала (малая остаточная намагниченность) перемещается вдоль магнитного слоя магнитожесткого носителя (большая остаточная намагниченность). На магнитную головку поступают последовательности электрических импульсов (последовательности логических единиц и нулей), которые создают в головке магнитное поле. В результате последовательно намагничиваются (логическая единица) или не намагничиваются (логический нуль) элементы поверхности носителя.

В отсутствие сильных магнитных полей и высоких температур элементы носителя могут сохранять свою намагниченность в течение долгого времени (лет и десятилетий).

При считывании информации при движении магнитной головки над поверхностью носителя намагниченные участки носителя вызывают в ней импульсы тока (явление электромагнитной индукции). Последовательности таких импульсов передаются по магистрали в оперативную память компьютера.

Гибкие магнитные диски. Гибкие магнитные диски помещаются в пластмассовый корпус. Такой носитель информации называется дискетой. В центре дискеты имеется приспособление для захвата и обеспечения вращения диска внутри пластмассового корпуса. Дискета вставляется в дисковод, который вращает диск с постоянной угловой скоростью.

При этом магнитная головка дисковода устанавливается на определенную концентрическую дорожку диска, на которую и производится запись или с которой производится считывание информации. Информационная емкость дискеты невелика и составляет всего 1,44 Мбайт. Скорость записи и считывания информации также мала (составляет всего около 50 Кбайт/с) из-за медленного вращения диска (360 об. /мин).

В целях сохранения информации гибкие магнитные диски необходимо предохранять от воздействия сильных магнитных полей и нагревания, так как такие физические воздействия могут привести к размагничиванию носителя и потере информации.

Жесткие магнитные диски. Жесткий магнитный диск представляет собой несколько десятков дисков, размещенных на одной оси, заключенных в металлический корпус и вращающихся с большой угловой скоростью (рис. 4.6).

За счет гораздо большего количества дорожек на каждой стороне дисков и большого количества дисков информационная емкость жесткого диска может в сотни тысяч раз превышать информационную емкость дискеты и достигать 150 Гбайт. Скорость записи и считывания информации с жестких дисков достаточно велика (может достигать 133 Мбайт/с) за счет быстрого вращения дисков (до 7200 об./мин).

Рис. 4.6. Жесткий магнитный диск

В жестких дисках используются достаточно хрупкие и миниатюрные элементы (пластины носителей, магнитные головки и пр.), поэтому в целях сохранения информации и работоспособности жесткие диски необходимо оберегать от ударов и резких изменений пространственной ориентации в процессе работы.

Оптический принцип записи и считывания информации. В лазерных дисководах CD-ROM и DVD-ROM используется оптический принцип записи и считывания информации.

В процессе записи информации на лазерные диски для создания участков поверхности с различными коэффициентами отражения применяются различные технологии: от простой штамповки до изменения отражающей способности участков поверхности диска с помощью мощного лазера. Информация на лазерном диске записывается на одну спиралевидную дорожку (как на грампластинке), содержащую чередующиеся участки с различной отражающей способностью.

При соблюдении правил хранения (в футлярах в вертикальном положении) и эксплуатации (без нанесения царапин и загрязнений) оптические носители могут сохранять информацию в течение десятков лет.

В процессе считывания информации с лазерных дисков луч лазера, установленного в дисководе, падает на поверхность вращающегося диска и отражается. Так как поверхность лазерного диска имеет участки с различными коэффициентами отражения, то отраженный луч также меняет свою интенсивность (логические 0 или 1). Затем отраженные световые импульсы преобразуются с помощью фотоэлементов в электрические импульсы и по магистрали передаются в оперативную память.

Лазерные дисководы и диски. Лазерные дисководы (CD-ROM и DVD-ROM - рис. 4.7) используют оптический принцип чтения информации.

На лазерных CD-ROM (CD - Compact Disk, компакт-диск) и DVD-ROM (DVD - Digital Video Disk, цифровой видеодиск) дисках хранится информация, которая была записана на них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна, что отражено во второй части их названий: ROM (Read Only Memory - только чтение). Производятся такие диски путем штамповки и имеют серебристый цвет.

Информационная емкость CD-ROM диска может достигать 650 Мбайт, а скорость считывания информации в CD-ROM-накопителе зависит от скорости вращения диска. Первые CD-ROM-накопители были односкоростными и обеспечивали скорость считывания информации 150 Кбайт/с. В настоящее время широкое распространение получили 52-скоростные CD-ROM-накопители, которые обеспечивают в 52 раза большую скорость считывания информации (до 7,8 Мбайт/с).

DVD-диски имеют гораздо большую информационную емкость (до 17 Гбайт) по сравнению CD-дисками. Во-первых, используются лазеры с меньшей длиной волны, что позволяет размещать оптические дорожки более плотно. Во-вторых, информация на DVD-дисках может быть записана на двух сторонах, причем в два слоя на одной стороне.

Рис. 4.7. CD-ROM и DVD-ROM

Первое поколение DVD-ROM-накопителей обеспечивало скорость считывания информации примерно 1,3 Мбайт/с. В настоящее время 16-скоростные DVD-ROM-дисководы достигают скорости считывания до 21 Мбайт/с.

Существуют CD-R и DVD-R-диски (R - recordable, записываемый), которые имеют золотистый цвет. Информация на такие диски может быть записана, но только один раз. На дисках CD-RW и DVD-RW (RW - ReWntable, перезаписываемый), которые имеют "платиновый" оттенок, информация может быть записана многократно.

Для записи и перезаписи на диски используются специальные CD-RW и DVD-RW-дисководы, которые обладают достаточно мощным лазером, позволяющим менять отражающую способность участков поверхности в процессе записи диска. Такие дисководы позволяют записывать и считывать информацию с дисков с различной скоростью. Например, маркировка CD-RW-дисковода "40x12x48" означает, что запись CD-R-дисков производится на 40-кратной скорости, запись CD-RW-дисков - на 12-кратной, а чтение - на 48-кратной скорости.

Flash-память. Flash-память - это энергонезависимый тип памяти, позволяющий записывать и хранить данные в микросхемах. Карты flash-памяти (рис. 1.8) не имеют в своем составе движущихся частей, что обеспечивает высокую сохранность данных при их использовании в мобильных устройствах (портативных компьютерах, цифровых камерах и др.).

Рис. 4.8. Карты flash-памяти

Flash-память представляет собой микросхему, помещенную в миниатюрный плоский корпус. Для считывания или записи информации карта памяти вставляется в специальные накопители, встроенные в мобильные устройства или подключаемые к компьютеру через USB-порт. Информационная емкость карт памяти может достигать 512 Мбайт.

К недостаткам flash-памяти следует отнести то, что не существует единого стандарта и различные производители изготавливают несовместимые друг с другом по размерам и электрическим параметрам карты памяти.

Вопросы для размышления

1. Каковы основные правила хранения и эксплуатации различных типов носителей информации?

Практические задания

4.4. Составить сравнительную таблицу основных параметров устройств хранения информации (емкость, скорость обмена, надежность хранения информации, цена хранения одного мегабайта).