Накопители на магнитной ленте

 

Головки   нумеруются  снизу вверх от 0 до 9. Таким образом, адрес каждой дорожки  в   пакете   определяется адресом   цилиндра и   номером головки.

В отличие от накопителя на магнитных  лентах в накопителях прямого доступа используется бесконтактный метод записи и считывания информации. Это обусловлено тем, что диски неэластичны и контакт их с головками может привести к механическому повреждению магнитного слоя дисков. С другой стороны, нежелательно жестко фиксировать головки в пространстве над поверхностями дисков, так как практически невозможно изготовить диски абсолютно плоскими, а, следовательно, из-за неровности их поверхностей при вращении дисков расстояние между головками и магнитным слоем постоянно изменялось бы. Это, во-первых, не позволяет обеспечить высокую плотность записи и, во-вторых, отражается на амплитуде считываемых сигналов. Компенсировать некоторые дефекты можно, используя в накопителях прямого доступа так называемых «плавающих» магнитных головок.

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 ИСО. Структура записи информации по дорожкам (адреса, наборы данных и др.).

Итак, мы познакомились  с историей ВЗУ и переходим  к современным и разрабатывающимся вариантам.

3.3. Накопитель на гибких магнитных дисках (НГМД - дисковод)

Это устройство использует 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. Сейчас дискеты применяются в основном для резервирования небольших объемов данных и для распространения информации. Дискеты размером 5’25 дюйма морально устарели и используются редко. Наибольшим  распространением из накопителей на гибких магнитных дискахпользуется дискета 3’5 дюйма или флоппи-диски (floppy disk).

Диск покрывается сверху специальным  магнитным слоем, который обеспечивает хранение данных. Информация записывается с двух сторон диска по дорожкам, которые представляют собой концентрические  окружности. Каждая дорожка разделяется 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 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.

3.4. Накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД - винчестер)

 Является логическим продолжением  развития технологии магнитного хранения информации. Появились несколько лет назад и уже завоевали огромную популярность благодаря своим многочисленным достоинствам:  

   - чрезвычайно большая емкость;  
    - простота и надежность использования;  
    - возможность обращаться к тысячам файлов одновременно;  
    - высокая скорость доступа к данным. 

   Из недостатков можно выделить лишь отсутствие съемных носителей информации, все данные записаны внутри винчестера на жестких магнитных дисках. (В настоящее время используются внешние винчестеры и системы резервного копирования с дисками по типу дискет). Емкости современных винчестеров поистине устрашающи: еще пять лет назад винчестер емкостью 100 Мбайт казался недостижимым идеалом, пределом заветных мечтаний - казалось, что и половины его пространства хватит на много лет работы. Но прошло пять лет, и такие винчестеры уже даже не выпускаются как морально устаревшие. Им на смену пришли новые, более быстрые, более вместительные аппараты. Винчестеры емкостью 850 Мб, 1.6, 2.1, 3.5, 4.3 Гигабайт давно ни кого не удивляют. А ведь существуют винчестеры в 1000 раз более емкие - речь идет о Терабайтах информации. Одного такого винчестера хватило бы, чтобы записать всю историю Древнего Мира.  
    Но пока они используются только в очень солидных организациях.

В компьютере предусмотрена возможность  с помощью специальной системной  программы условно разбивать  один диск на несколько. Такие диски, которые не существуют как отдельное  физическое устройство, а представляют лишь часть одного физического диска, называются логическими дисками. Логическим дискам присваиваются имена, в качестве которых используются буквы латинского алфавита [С:], [D:], [Е:], [F:] и т. д.

4. 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 ко внешним  воздействиям на частицы. Но такие сплавы требуют более мощные головки записи, что приводит к увеличению энергозатрат и нагреванию диска.

Интересное решение проблемы представила  в 2001 году компания IBM. Ученые компании разработали технологию «волшебной пыли» - pixie dust. Эта «антиферромагнитносвязанная» (AFC) многослойная структура позволяет одновременно повысить плотность и надежность записи. В 2001 году «пыль» состояла из рутениевого слоя толщиной в три атома, расположенного между двумя такими же тонкими магнитными слоями. Сверхтонкий слой рутения - металла, не обладающего магнитными свойствами - заставляет смежные слои приобретать противоположную магнитную ориентацию. За счет этого обеспечивается автономность работы отдельных слоев покрытия. При этом намагниченность покрытия надежно удерживается благодаря общей толщине pixie dust.

В 2002 году специалисты IBM усовершенствовали  технологию, добавив в pixie dust еще  два тончайших слоя из рутения  и магнитного сплава. С помощью  нового покрытия создан жесткий диск для ноутбука Travelstar 80GN с самой высокой в мире плотностью записи - 70 Гигабит на квадратный

5. Устройство чтения компакт-дисков (CD-ROM)

В этих устройствах используется принцип считывания сфокусированным лазерным лучом бороздок на металлизированном несущем слое компакт-диска. Этот принцип позволяет достичь высокой плотности записи информации, а, следовательно и большой емкости при минимальных размерах. Компакт-диск является идеальным средством хранения информации плюс дешев, практически не подвержен каким-либо влияниям среды, информация записанная на нем не исказится и не сотрется, пока диск не будет уничтожен физически, имеет емкость 650 Мбайт, сравнимую с неплохим винчестером при этом его производство несравнимо дешевле и проще, при размерах с 5-ти дюймовую дискету вмещает информации в 900 раз больше, чем дискета.  
    Имеет только один недостаток - на компакт-диск нельзя записывать информацию. Данные на него записываются либо в процессе производства, либо потом, пользователем (устройство CD-R), но только единожды.

6. DVD

Отличия DVD от обычных CD-ROM

Самое основное отличие - это, естественно, объем записываемой информации. Если на обычный CD-диск можно записать 640 Мб (хотя в последнее время встречаются  болванки и на 800 Мб, но далеко не все  приводы смогут прочитать то, что записано на таком носителе), то на один DVD-диск влезет 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.

Из-за того, что плотность записи существенно возросла, а длина волны стала меньше, изменились и требования к защитному слою - для DVD он составляет 0,6 мм против 1,2 мм у обычных CD. Естественно, что диск такой толщины будет значительно более хрупким, по сравнению с классической болванкой.

Поэтому еще 0,6 мм обычно заливаются пластиком  с двух сторон, чтобы получились те же 1,2 мм. Но самый главный бонус  такого защитного слоя в том, что  благодаря его малому размеру  на одном компакте стало возможным  записывать информацию с двух сторон, то есть удваивать его емкость, при этом оставляя размеры практически прежними.

Емкость DVD

Существует пять разновидностей DVD-дисков: 
1. DVD5 - однослойный односторонний диск, 4,7 Гб, или два часа видео; 
2. DVD9 - двухслойный односторонний диск, 8,5 Гб, или четыре часа видео; 
3. DVD10 - однослойный двухсторонний диск, 9,4 Гб, или 4,5 часа видео; 
4. DVD14 - двухсторонний диск, два слоя на одной и один на другой стороне, 13,24 Гб, или 6,5 часов видео; 
5. DVD18 - двухслойный двухсторонний диск, 17 Гб, или более восьми часов видео. 
Последний вариант, DVD18, из-за слишком дорогой и сложной технологии производства в природе встречается очень редко. Самые популярные стандарты - DVD5 и DVD9.

Возможности

Ситуация с DVD-носителями сейчас напоминает аналогичную с CD, на которых долгое время тоже хранили только музыку. Сейчас можно встретить не только фильмы, но и музыку (так называемые DVD-Audio) и сборники софта (в основном, демонстрационные версии, которые занимают на болванке совсем крошечный кусочек места и выпускаются на DVD только из соображений престижа). Естественно, что основной областью использования является кинопродукция.

Разработчикам софта и игр пока что не нужны все возможности DVD, но в скором будущем ситуация будет меняться.

Звук в DVD

Звуковое сопровождение может быть закодировано во многих форматах. Самые известные и часто используемые - Dolby Prologic, DTS и Dolby Digital всех версий. То есть фактически в форматах, используемых в кинотеатрах для получения максимально точной и красочной звуковой картины.

Механические  повреждения

К механическим повреждениям диски CD и DVD одинаково чувствительны. То есть царапина есть царапина. Однако из-за гораздо  более высокой плотности записи потери на DVD-диске будут более  значительными (плотность данных намного  больше). Особо переживать по этому поводу не стоит, так как небольшой дефект на видеодиске скорее всего будет выражен тем, что на проблемном моменте вы ненадолго увидите богатую артефактами картинку, после чего все станет нормально. Если же царапин много, то тут уж ничего не поделаешь.

Защита от копирования

Кроме региональной защиты, есть еще  одна - все содержимое DVD-диска шифруется, чтобы его нельзя было воспроизвести  после копирования. А ключ состоит  из двух частей: первая часть - это ключ, хранящийся на самом диске (всего их хранится около 400, и только один является подходящим), а вторая находится в памяти своего проигрывателя... Называется эта технология CSS (Content Scrambling System). Однако поскольку софтверный проигрыватель (читай - декодер) может скачать себе кто угодно, то дизассемблирование не заставило себя долго ждать.

И сейчас есть программы, которые позволяют  расшифровывать содержимое DVD и сливать  его на диск без каких бы то ни было проблем. Есть и программы, позволяющие  сразу создавать образ диска для его дальнейшего копирования.

7. Другие устройства накопления и хранения информации

кроме вышеперечисленных основных устройств накопления и хранения информации существуют некоторые другие, по разным причинам менее популярные. К таким устройствам относятся:  

   - магнитооптические диски;  
    - бернулли-диски;  
    - устройства резервирования данных;  
    - некоторые другие устройства.  

   Все эти устройства имеют разные емкости, скорости доступа к информации, свои минусы и плюсы, а также разную цену. У них есть свои ограничения, но есть и несомненные достоинства. Одно у них всех есть общее - эти устройства были созданы для хранения, накопления и резервирования данных.

Теперь о некоторых  из них подробнее:

7.1. Портативные USB-накопители

Быстрорастущий рынок портативных жестких дисков, предназначенных для транспортировки больших объемов данных, привлек к себе внимание одного из самых крупных производителей винчестеров. Компания Western Digital объявила о выпуске сразу двух моделей устройств под названием WD Passport Portable Drive. В продажу поступили варианты емкостью 40 и 80 Гб. Портативные устройства WD Passport Portable Drive основаны на 2,5-дюймовых HDD WD Scorpio EIDE. Они упакованы в прочный корпус, оборудованы поддержкой технологии Data Lifeguard, и не нуждаются в дополнительном источнике питания (питание через USB). Производитель отмечает, что накопители не греются, работают тихо и потребляют мало энергии. К тому же, цены на WD Passport Portable Drive установлены вполне демократические. Так модель емкостью 40Гб обойдется в $200, ну а за вдвое большую емкость придется заплатить $250. Прекрасная альтернатива продукции ZiV.