Внешние запоминающие устройства

 С уменьшением  частоты вращения дисков головки  автоматически отводятся от поверхностей дисков на расстояние 0,4-1,5 мм и выводятся из пакета (в некоторых накопителях, не поднимаясь над поверхностью).

 В накопителях  прямого доступа применяется  двухчастотный последовательный способ записи информации с самосинхронизацией при воспроизведении. Способ этот состоит в том, что байты записывают последовательно бит за битом на одну дорожку. Во время записи в накопитель постоянно поступают синхронизирующие импульсы. Для записи единицы в интервале между СИ подается дополнительный импульс, при записи нуля дополнительный импульс отсутствует.

 Таким образом, если записываются единицы, то частота импульсов, поступающих  в накопитель, удваивается по сравнению  с частотой синхроимпульсов или, что-то же самое, с частотой импульсов при записи нулей. Поэтому данный способ записи получил название двухчастотного.

 Применение  в накопителях со сменными пакетами магнитных дисков двухчастотного способа  записи предусмотрено рекомендациями ISO. Структура записи информации по дорожкам (адреса, наборы данных и др.).

1.4 Накопитель на  гибких магнитных  дисках (НГМД - дисковод)

 Это устройство использовали в качестве носителя информации гибкие магнитные  диски - дискеты, которые могут быть 5-ти или 3-х дюймовыми. Дискета - это  магнитный диск вроде пластинки, помещенный в картонный конверт. В зависимости от размера дискеты изменяется ее емкость в байтах. Если на стандартную дискету размером 5’25 дюйма помещается до 720 Кбайт информации, то на дискету 3’5 дюйма уже 1,44 Мбайта. Дискеты универсальны, подходят на любой компьютер того же класса оснащенный дисководом, могут служить для хранения, накопления, распространения и обработки информации. Дисковод - устройство параллельного доступа, поэтому все файлы одинаково легко доступны. Ранее дискеты применялись в основном для резервирования небольших объемов данных и для распространения информации. В настоящее время не используются. Дискеты морально устарели. Наибольшим распространением из накопителей на гибких магнитных дисках пользовалась дискета 3’5 дюйма или флоппи-диски (floppy disk).

 Диск  покрывался сверху специальным магнитным  слоем, который обеспечивал хранение данных. Информация записывалась с  двух сторон диска по дорожкам, которые  представляли собой концентрические  окружности. Каждая дорожка разделялась на секторы. Плотность записи данных зависит от плотности нанесения дорожек на поверхность, т. е. числа дорожек на поверхности диска, а также от плотности записи информации вдоль дорожки.

 Если  при покупке на поверхность диска  не нанесены дорожки и секторы, то его нужно было подготовить для записи данных, отформатировать. Для этого в состав системного программного обеспечения включена специальная программа, которая производит форматирование диска.

 К недостаткам  относятся маленькая емкость, что  делает практически невозможным долгосрочное хранение больших объемов информации, и не очень высокая надежность самих дискет.

 1.5 Накопитель на  жестком магнитном  диске (НЖМД - винчестер). История развития накопителей на жестком магнитном диске

 - 1956 — продажа первого коммерческого жёсткого диска, IBM 350 RAMAC, 5 Мб. Он весил около тонны, занимал два ящика — каждый размером с большой холодильник, а общий объем памяти 50 вращавшихся в нем покрытых чистым железом тонких дисков диаметром с большую пиццу составлял 5 мегабайт 

 - 1980 — первый 5,25-дюймовый Winchester, Shugart ST-506, 5 Мб 

 - 1986—  Стандарт SCSI 

 - 1991 — Максимальная ёмкость 100 Мб 

 - 1995 — Максимальная ёмкость 2 Гб 

 - 1997 — Максимальная ёмкость 10 Гб 

 - 1998 — Стандарты UDMA/33 и ATAPI 

 - 1999 — IBM выпускает Microdrive ёмкостью 170 и 340 Мб 

 - 2002 — Взят барьер адресного пространства  выше 137 Гб (проблема 48-bit LBA) 

 - 2003 — Появление SATA 

 - 2005 — Максимальная ёмкость 500 Гб 

 - 2005 — Стандарт Serial ATA 3G 

 - 2005 — Появление SAS (Serial Attached SCSI) 

 - 2006 — Применение перпендикулярного  метода записи в коммерческих  накопителях 

 - 2006 — Появление «гибридных» жёстких  дисков, содержащих дополнительный  блок флэш-памяти 

 - 2007 — Hitachi представляет накопитель  ёмкостью 1 Тб

   - 2008 - WD VelociRaptor 300GB: самый быстрый HDD с интерфейсом SATA

 

 - 2009 - Hitachi к 2009 году создает HDD объемом 4 терабайта

 Накопи́тель на жёстких магни́тных ди́сках, жёсткий  диск, хард, харддиск, HDD, HMDD или винче́стер, (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. В некоторых НЖМД используется одна пластина, в других — несколько на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образуемого у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках 5-10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков, головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.

 Ёмкость современных устройств достигает 1000 Гб. В отличие от принятой в информатике (случайно) системе приставок, обозначающих кратную 1024 величину, производителями при обозначении ёмкости жёстких дисков используются кратные 1000 величины. Так, напр., «настоящая» ёмкость жёсткого диска, маркированного как «200 Гб», составляет 186,2 Гб. Кроме того, часть производителей указывают неформатированную ёмкость (вместе со служебной информацией), что делает ещё большим «зазор» между заявленными «200 Гб» и реальными 160 Гб.

 Физический  размер (форм-фактор) — почти все  современные накопители для персональных компьютеров и серверов имеют размер либо 3,5, либо 2,5 дюйма. Последние чаще применяются в ноутбуках. Получили распространение форматы — 1,8 дюйма, 1,3 дюйма и 0,85 дюйма. Прекращено производство накопителей в формфакторе 5,25 дюймов.

 Время произвольного доступа — от 3 до 15 мс, как правило, минимальным временем обладают серверные диски (например, у Hitachi Ultrastar 15K147 — 3,7 мс), самым большим из актуальных — диски для портативных устройств (Seagate Momentus 5400.3 — 12,5).

 Надёжность  определяется как среднее время наработки на отказ (Mean Time Between Failures, MTBF). Технология SMART (S.M.A.R.T. (англ. Self Monitoring Analysing andReporting Technology) — технология оценки состояния жёсткого диска встроенной аппаратурой самодиагностики, а также механизм предсказания времени выхода его из строя.)

 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.

 Уровень шума — шум, который производит механика накопителя при его работе. Указывается в децибеллах. Тихими накопителями считаются устройства с уровнем шума около 26 дБ и ниже. Шум состоит из шума вращения шпинделя (в том числе аэродинамического) и шума позиционирования.

 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

 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.

 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.

 Пылинки, оказавшиеся при сборке в жёстком  диске и попавшие на поверхность  диска, при вращении сносятся на ещё  один фильтр — пылеуловитель.

Блок  электроники

 В ранних жёстких дисках управляющая логика была вынесена на MFM или RLL контроллер компьютера, а плата электроники содержала только модули аналоговой обработки и управление шпиндельным двигателем, позиционером и коммутатором головок. Увеличение скоростей передачи данных вынудило разработчиков уменьшить до предела длину аналогового тракта, и в современных жёстких дисках блок электроники обычно содержит: управляющий блок, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), буферную память, интерфейсный блок и блок цифровой обработки сигнала.

 Интерфейсный  блок обеспечивает сопряжение электроники  жесткого диска с остальной системой.

 Блок  ПЗУ хранит управляющие программы  для блоков управления и цифровой обработки сигнала, а также служебную  информацию винчестера.

 Буферная  память сглаживает разницу скоростей интерфейсной части и накопителя (используется быстродействующая статическая память). Увеличение размера буферной памяти позволяет увеличить скорость работы накопителя.

 Интерфейс — набор, состоящий из линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих эти линии, и правил обмена. Современные накопители могут использовать интерфейсы АТА (AT Attachment, он же IDE — Integrated Drive Electronic, он же Parallel ATA), (EIDE), Serial; ATA, SCSI (Small Computer System Interface), SAS, FireWire, USB, SDIO и Fibre Channel.

Проблема  увеличения объема диска

 Для того, чтобы при сохранении физического  размера диска (еще лучше - его  уменьшения) на него записывать больше информации необходимо увеличивать  плотность записи данных на диск.

 С 1997 года в среднем производители  жестких дисков увеличивали плотность  записи вдвое каждый год.

 До  сих пор покрытие дисков состояло из сплава кобальта, платины, хрома  и бора. Это ферромагнитный сплав, который состоит из частиц, способных под воздействием внешнего магнитного поля записывающей головки менять свои магнитные свойства, например, магнитные полюса. Для увеличения плотности записи эти частицы должны становиться мельче, а магнитный слой - тоньше. Но физическая природа этих частиц не позволяет уменьшать их размер бесконечно, т.к. на магнитные свойства малых частиц уже влияет не только магнитное поле, но и температура - при нагревании диска с него может теряться информация.

 Эту проблему пытались решать двумя способами - создавали технологии обработки и улучшения качества сигнала, полученного магнитными головками и создавали сплавы более устойчивые к внешним воздействиям на частицы. Но такие сплавы требуют более мощные головки записи, что приводит к увеличению энергозатрат и нагреванию диска.

2. Современные внешние  запоминающие устройства 

2.1 Устройство чтения  компакт-дисков (CD-ROM)

 Компакт-диски  имеют в диаметре 12 см и изначально вмещали до 650 мегабайт информации (или 74 минуты аудио). Однако, начиная приблизительно с 2000 года, всё большее распространение получали диски объёмом 700 мегабайт, которые позволяют записать 80 минут аудио, впоследствии полностью вытеснившие диск объемом 650 мегабайт. Встречаются и носители объёмом 800 мегабайт (90 минут) и даже больше, однако они могут не читаться на некоторых приводах компакт-дисков. Бывают также мини-CD диаметром 8 см, на которые вмещается около 140 или 210 Мб данных или 21 минута аудио, и CD, формой напоминающие кредитные карточки (т. н. диски-визитки).

 Информация  на диске записывается в виде спиральной дорожки так называемых питов (углублений), выдавленных на алюминиевом слое (в отличие от технологии записи CD-ROM’ов где информация записывается цилиндрически).

 Компакт-диски  бывают CD-ROM, CD-R для однократной записи, CD-RW для многократной записи. Диски последних двух типов предназначены для записи в домашних условиях на специальных пишущих приводах. В некоторых CD-плеерах и музыкальных центрах такие диски могут не читаться (в последнее время все производители бытовых музыкальных центров и CD-плееров включают в свои устройства поддержку чтения CD-R/RW).

 Скорость  чтения/записи CD указывается кратной 150 KБ/с (то есть 153 600 байт/с). Например, 48-скоростной привод обеспечивает максимальную скорость чтения (или записи) CD дисков, равную 48 x 150 = 7200 KБ/с (7,03 MБ/с).

 2.2 DVD. Отличия DVD от обычных CD-ROM

 Самое основное отличие - это, естественно, объем  записываемой информации. Если на обычный CD-диск можно записать 640 Мб, то на один DVD-диск помещается от 4,7 до 17 Гб.

 В DVD используется лазер с меньшей длиной волны, что позволило существенно увеличить плотность записи, а кроме того, DVD подразумевает возможность двухслойной записи информации, то есть на поверхности компакта находится один слой, поверх которого наносится еще один, полупрозрачный, и первый считывается сквозь второй параллельно. 
В самих носителях тоже отличий больше, чем кажется на первый взгляд.