Внешняя память

2.7. Внешняя память

Внешняя память, или внешние запоминающие устройства (external storage device) - относительно медленная память большой емкости, для длительного хранения информации. Целостность содержимого не зависит от того, включен или выключен ПК (энергонезависимость). Также называют накопители информации. Характеризуются: материалом; емкостью; методом доступа к данным; быстродействием; надежностью; стоимостью единицы памяти; расположением относительно корпуса ПК (внутренние и внешние).

Жесткий магнитный диск, или твердый диск, винчестерный диск, накопитель на жестком магнитном диске (Hard disk, Winchester disk, Hard Disk Drive (HDD)) - диск, в котором носителями информации являются круглые алюминиевые пластины (платтеры), обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. Соединены между собой пластины при помощи центрального шпинделя. Каждая пластина содержит набор концентрических записываемых дорожек. Обычно дорожки делятся на блоки данных объемом 512 байт, иногда называемые секторами. Количество блоков, записываемых на одну дорожку зависит от физических размеров пластины и плотности записи. Пластины вместе с блоком считывания/записи размещаются в герметичной коробке для защиты от пыли, влаги и грязи. Применяется ЖМД как основной стационарный носитель информации в компьютерах. Есть модели со съёмным диском, который можно вынуть из компьютера и спрятать с сейф.

Характеристики:

· Емкость (чем выше, тем лучше); современные – измеряются в Гб; например, 20, 40, 60, 80, 100, 120, 160, 180, 200 Гб и т. д. В прошлом такие накопители рассчитывались на 2 диска по 30 Мб, которые складывались в единый блок. В результате их емкость обозначалась как 30/30, подобно калибру старинного охотничьего ружья «Винчестер». Отсюда – это название.

· Быстродействие подразделяется на три показателя - время доступа к данным на диске (время выборки) и скорости чтения и записи данных. Например, типичные современные диски имеют время доступа порядка 5 мс и менее (чем меньше, тем лучше). Скорость чтения и записи – различные показатели, зависят не только от ЖМД, но и от его контроллера, типа и быстродействия шины, быстродействия процессора. Составляет от 4-5 Мб и выше. Шпиндель вращается с высокой постоянной скоростью (обычно 3600, 5400 или 7200 оборотов в минуту - rpm). ЖМД со SCSI - контроллерами имеют более высокое быстродействие, например, 10000 rpm.

Гибкий магнитный диск (ГМД), или флоппи диск, дискета (Floppy disk, diskette) – съемный диск в защитной оболочке, предназначенный для хранения и переноса небольших объемов информации. Дисковод для гибких магнитных дисков также называют ГМД, или просто дисковод (Floppy Disk Drive, FDD).Он обеспечивает запись информации на магнитный диск, считывание ее с диска и передачу в основную память. Дисковод имеет электродвигатель для раскрутки диска, магнитные головки и приспособления для их перемещения.

Характеристики:

· Емкость – у современных ГМД 1,44 Мб.

· Диаметр – у современных ГМД 3,5 дюйма (3,5 ”).

Оптический диск, или накопитель (Optical disk, оptical storage)- выполненное в форме диска запоминающее устройство, в котором запись и считывание данных осуществляется полупроводниковым лазером при помощи луча света. Он генерирует на тонком слое среды световую точку диаметром до одного микрона. Поверхность диска состоит из прозрачной полимерной основы диаметром 12 см и толщиной 1.2 мм. Также такие диски называют компактными, или компакт-дисками (Compact Disk - CD). Двоичная информация на компакт-дисках представляется последовательным чередованием углублений (pits - ямки) и основного слоя (land - земля). DVD диск первоначально означал сокращение от Digital Video Disc (цифровой видеодиск), позже стал означать Digital Versatile (многофункциональный) Disc. DVD диски аналогичны CD, но имеют более высокую плотность записи (в 5-20 раз). Производятся в двух форм-факторах: 12 см (4,7") и 8 см (3,1").

Немного об истории появления и совершенствования компакт-дисков и приводов для них. Первые CD предназначались для аудио информации (звука) и появились на смену виниловым пластинкам в 1982 году в Японии (разработчик - фирма Sony совместно с фирмой Phillips, Голландия). Их разрабатывали для записи классической музыки, конкретно – 9-й симфонии Бетховена, длившейся 73 минуты. Это определило время звучания первых CD – 74 минуты 33 секунды, что соответствовало емкости 640 Мб. Затем были разработаны дискретные звуковые диски CD-DA (CD-Digital Audio) для записи как аудио, так и цифровой (текстовой, графической) информации. После этого, при участии фирмы MicroSoft и других фирм, было разработано множество форматов компакт-дисков. Тенденции разработок – диски должны: 1) быть надежными долговременными хранителями информации; 2) предоставлять возможность перезаписи. В результате эволюции дисков выделяют: диски только для чтения СD-ROM (Compact Disk Read Only Memory), запись на них производилась на специальном оборудовании; однократно записываемые CD-R (CD-Recordable); перезаписываемые CD-RW (CD-Read, Write); диски только для чтения DVD-ROM; однократно записываемые DVD+R, DVD-R (“+” и “–“ обозначают различные форматы записи, на сегодня эта разница не актуальна); перезаписываемые DVD+RW, DVD-RW (аналогично).

Емкость дисков постепенно росла, существуют заготовки СD-R и CD-RW 640, 650, 700, 800 Мб (Mb) и др., DVD+R и DVD+RW – 1.4, 4.7 Гб (Gb) и др.

История приводов для CD и DVD дисков и их прогресс определили следующие виды этих устройств (некоторые из них уже ушли с рынка):

- только для чтения CD-дисков (CD-ROM); характеризуются скоростью чтения, существовали модели 1х, 2х, 4х, ... , 24х, 32х скоростные;

- для записи, перезаписи и чтения CD-дисков (CD-RW); характеризуются скоростной формулой, например: скорость записи CD-R - 40x, записи CD-RW - 24x, чтения CD - 48х; другой пример: 52x/32x/52x, и другие модели;

- только для чтения DVD и CD-дисков (DVD-ROM); характеризуются скоростной формулой, например: 16x/40x (DVD/CD), 16x/48x, и другие модели;

- комбинированные – для записи, перезаписи и чтения CD-дисков, чтения DVD-дисков (DVD-ROM/CD-RW); характеризуются скоростной формулой, например: скорость записи CD-R - 16x, записи CD-RW - 10x, чтения CD - 24х, чтения DVD - 8x; другой пример: 52x/32x/52x/16x, и другие модели;

- комбинированные - для записи, перезаписи и чтения DVD-дисков, записи, перезаписи и чтения CD-дисков (DVD-RW). Характеризуются сложной скоростной формулой.

Магнито-оптический диск (Magneto-optical disk) – съемный диск многократной записи данных. В отличие от ЖМД, стоимость хранения 1 Мб с ростом объема диска не растет, а снижается. Диск характеризуется большим сроком службы, чем другие магнитные диски, из-за особых свойств покрытия.

Привод для магнитооптических (МО) дисков выполняет запись при взаимодействии лазера и магнитной головки. Луч лазера разогревает до точки Кюри (температуры потери материалом магнитных свойств, или изменения полярности) микроскопическую область записывающего слоя. Лазер разогревает только необходимые биты, а магнит меняет их полярность, с цифрового 0 на 1. При выходе из зоны действия лазера магнитная поверхность остывает, фиксируя магнитное поле участков диска, наведенное магнитной головкой. В результате данные, записанные на диск, не боятся сильных магнитных полей и колебаний температуры. Все функциональные свойства дисков сохраняются в диапазоне температур от -20 до +150 градусов Цельсия. Чтение осуществляется с помощью отраженного маломощного луча лазера. Приводы могут быть как внутренние, так и внешние (см. рис. 2.12).

Характеристики:

· Емкость – 640, 650 Мб, 1.3, 2.3, 2.6, 3.0 Гб и т. д.

· Диаметр дисков - 5.25", 3.5", 2".

· Частота вращения - 3600 об/мин; 4300 об/мин и т. д.

Рис. 2.12. Магнитооптические диски и внешний MO-привод Olympus

Сменный магнитный диск типа ZIP или JAZZ. Диаметр 3,5 дюйма, как у ГМД, но значительно большая ёмкость. Также его называют диск Bernoulli. Создан впервые компанией Iomega. Использует эффект Bernoulli (головки чтения/записи диска поддерживаются воздушным потоком в соответствии с принципами, разработанными математиком Bernoulli[1]). Диски Bernoulli характеризуются высокой скоростью приема/выдачи данных, высокой емкостью (например, Zip – 100, 250, 750 Мб, Jazz – 1, 1.3, 2 Гб). Приводы также могут быть как внутренние, так и внешние (см. рис. 2.13).

Рис. 2.13. Iomega Zip диск и внешний привод Iomega Zip Drive

Накопитель на магнитной ленте, или стример (Tape streamer) - устройство для резервного копирования больших объемов информации. В качестве носителя в стримерах применяются кассеты с магнитной лентой. Кассета имеет большую ёмкость (например, 200 Гб, 400 Гб и др.), высокую скорость записи-считывания, но медленный доступ к произвольной точке ленты (см. рис. 2.14). Стоимость 1 Мб небольшая в сравнении с ЖМД.

Рис. 2.14. Стримеры и кассеты для стримеров

Флэш-память -энергонезависимое полупроводниковое запоминающее устройство, выпускаемое в виде плат и переносных карт для персонального компьютера. Данные во флэш-памяти перезаписываются целыми блоками. Емкость – 128 Мб, 256 Мб, 512 Мб, 1024 Мб и т. д. Используется для подключения порт USB.

[1] Бернулли (Bernoulli), 1654-1705, развил методы исчисления бесконечно малых Г. Лейбница; в теории вероятностей доказал простейший случай закона больших чисел - теорему Бернулли; совместно с братом Иоганном Бернулли положил начало вариационному исчислению