Меню

Электронная память на жестких дисках



Электронная память на жестких дисках

Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного хранения программ и данных, и целостность её содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер. В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором. Информация от ВЗУ к процессору и наоборот циркулирует примерно по следующей цепочке:

ОЗУ Кэш Процессор»>

В состав внешней памяти компьютера входят:

  • накопители на жёстких магнитных дисках;
  • накопители на гибких магнитных дисках;
  • накопители на компакт-дисках;
  • накопители на магнито-оптических компакт-дисках;
  • накопители на магнитной ленте (стримеры) и др.

1. Накопители на гибких магнитных дисках

Гибкий диск (англ. floppy disk), или лискета, — носитель небольшого объема информации, представляющий собой гибкий пластиковый диск в защитной оболочке. Используется для переноса данных с одного компьютера на другой и для распространения программного обеспечения.


Устройство дискеты

Дискета состоит из круглой полимерной подложки, покрытой с обеих сторон магнитным окислом и помещенной в пластиковую упаковку, на внутреннюю поверхность которой нанесено очищающее покрытие. В упаковке сделаны с двух сторон радиальные прорези, через которые головки считывания/записи накопителя получают доступ к диску.

Способ записи двоичной информации на магнитной среде называется магнитным кодированием. Он заключается в том, что магнитные домены в среде выстраиваются вдоль дорожек в направлении приложенного магнитного поля своими северными и южными полюсами. Обычно устанавливается однозначное соответствие между двоичной информацией и ориентацией магнитных доменов.

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.


Рис. 2.7. Поверхность
магнитного диска

В настоящее время наибольшее распространение получили дискеты со следующими характеристиками: диаметр 3,5 дюйма (89 мм), ёмкость 1,44 Мбайт, число дорожек 80, количество секторов на дорожках 18.

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.

В последнее время появились трехдюймовые дискеты, которые могут хранить до 3 Гбайт информации. Они изготовливаются по новой технологии Nano2 и требуют специального оборудования для чтения и записи.

2. Накопители на жестких магнитных дисках

Если гибкие диски — это средство переноса данных между компьютерами, то жесткий диск — информационный склад компьютера.

Накопитель на жёстких магнитных дисках (англ. HDD — Hard Disk Drive) или винчестерский накопитель — это наиболее массовое запоминающее устройство большой ёмкости, в котором носителями информации являются круглые алюминиевые пластины — платтеры, обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. Используется для постоянного хранения информации — программ и данных.


Рис. 2.8. Винчестерский накопитель
со снятой крышкой корпуса

Как и у дискеты, рабочие поверхности платтеров разделены на кольцевые концентрические дорожки, а дорожки — на секторы. Головки считывания-записи вместе с их несущей конструкцией и дисками заключены в герметически закрытый корпус, называемый модулем данных. При установке модуля данных на дисковод он автоматически соединяется с системой, подкачивающей очищенный охлажденный воздух. Поверхность платтера имеет магнитное покрытие толщиной всего лишь в 1,1 мкм, а также слой смазки для предохранения головки от повреждения при опускании и подъёме на ходу. При вращении платтера над ним образуется воздушный слой, который обеспечивает воздушную подушку для зависания головки на высоте 0,5 мкм над поверхностью диска.

Винчестерские накопители имеют очень большую ёмкость: от 10 до 100 Гбайт. У современных моделей скорость вращения шпинделя (вращающего вала) обычно составляет 7200 об/мин, среднее время поиска данных 9 мс, средняя скорость передачи данных до 60 Мбайт/с. В отличие от дискеты, жесткий диск вращается непрерывно. Все современные накопители снабжаются встроенным кэшем (обычно 2 Мбайта), который существенно повышает их производительность. Винчестерский накопитель связан с процессором через контроллер жесткого диска.

Читайте также:  Файловая система жесткого диска для макбука

3. Накопители на компакт-дисках

Здесь носителем информации является CD-ROM (Сompact Disk Read-Only Memory — компакт диск, из которого можно только читать).

CD-ROM представляет собой прозрачный полимерный диск диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм, на одну сторону которого напылен светоотражающий слой алюминия, защищенный от повреждений слоем прозрачного лака. Толщина напыления составляет несколько десятитысячных долей миллиметра.

Информация на диске представляется в виде последовательности впадин (углублений в диске) и выступов (их уровень соответствует поверхности диска), расположеных на спиральной дорожке, выходящей из области вблизи оси диска. На каждом дюйме (2,54 см) по радиусу диска размещается 16 тысяч витков спиральной дорожки. Для сравнения — на поверхности жесткого диска на дюйме по радиусу помещается лишь несколько сотен дорожек. Емкость CD достигает 780 Мбайт. Информация наносится на диск при его изготовлении и не может быть изменена.

CD-ROM обладают высокой удельной информационной емкостью, что позволяет создавать на их основе справочные системы и учебные комплексы с большой иллюстративной базой. Один CD по информационной емкости равен почти 500 дискетам. Cчитывание информации с CD-ROM происходит с достаточно высокой скоростью, хотя и заметно меньшей, чем скорость работы накопителей на жестком диске. CD-ROM просты и удобны в работе, имеют низкую удельную стоимость хранения данных, практически не изнашиваются, не могут быть поражены вирусами, c них невозможно случайно стереть информацию.

В отличие от магнитных дисков, компакт-диски имеют не множество кольцевых дорожек, а одну — спиральную, как у грампластинок. В связи с этим, угловая скорость вращения диска не постоянна. Она линейно уменьшается в процессе продвижения читающей лазерной головки к краю диска.

Рис. 2.9. Накопитель CD-ROM

Для работы с CD-ROM нужно подключить к компьютеру накопитель CD-ROM (рис. 2.9), преобразующий последовательность углублений и выступов на поверхности CD-ROM в последовательность двоичных сигналов. Для этого используется считывающая головка с микролазером и светодиодом. Глубина впадин на поверхности диска равна четверти длины волны лазерного света. Если в двух последовательных тактах считывания информации луч света лазерной головки переходит с выступа на дно впадины или обратно, разность длин путей света в этих тактах меняется на полуволну, что вызывает усиление или ослабление совместно попадающих на светодиод прямого и отраженного от диска света.

Если в последовательных тактах считывания длина пути света не меняется, то и состояние светодиода не меняется. В результате ток через светодиод образует последовательность двоичных электрических сигналов, соответствующих сочетанию впадин и выступов на дорожке.


Профиль дорожки CD-ROM

Различная длина оптического пути луча света в двух последовательных тактах считывания информации соответствует двоичным единицам. Одинаковая длина соответствует двоичным нулям.

Сегодня почти все персональные компьютеры имеют накопитель CD-ROM. Но многие мультимедийные интерактивные программы слишком велики, чтобы поместиться на одном CD. На смену технологии СD-ROM стремительно идет технология цифровых видеодисков DVD. Эти диски имеют тот же размер, что и обычные CD, но вмещают до 17 Гбайт данных, т.е. по объему заменяют 20 стандартных дисков CD-ROM. На таких дисках выпускаются мультимедийные игры и интерактивные видеофильмы отличного качества, позволяющие зрителю просматривать эпизоды под разными углами камеры, выбирать различные варианты окончания картины, знакомиться с биографиями снявшихся актеров, наслаждаться великолепным качеством звука.

4. Записывающие оптические и магнитооптические накопители

· Записывающий накопитель CD-R (Compact Disk Recordable) способен, наряду с прочтением обычных компакт-дисков, записывать информацию на специальные оптические диски емкостью 650 Мбайт. В дисках CD-R отражающий слой выполнен из золотой пленки. Между этим слоем и поликарбонатной основой расположен регистрирующий слой из органического материала, темнеющего при нагревании. В процессе записи лазерный луч нагревает выбранные точки слоя, которые темнеют и перестают пропускать свет к отражающему слою, образуя участки, аналогичные впадинам. Накопители CD-R, благодаря сильному удешевлению, приобретают все большее распространение.

Рис.2.10. Накопитель CD-MO

· Накопитель на магнито-оптических компакт-дисках СD-MO (Compact Disk — Magneto Optical) (рис. 2.10). Диски СD-MO можно многократно использовать для записи. Ёмкость от 128 Мбайт до 2,6 Гбайт.

Читайте также:  Как устанавливать виндовс с переносного жесткого диска

· Записывающий накопитель CD-R (Compact Disk Recordable) способен, наряду с прочтением обычных компакт-дисков, записывать информацию на специальные оптические диски. Ёмкость 650 Мбайт.

· Накопитель WARM (Write And Read Many times), позволяет производить многократную запись и считывание.

5. Накопители на магнитной ленте (стримеры) и накопители на сменных дисках

Стример (англ. tape streamer) — устройство для резервного копирования больших объёмов информации. В качестве носителя здесь применяются кассеты с магнитной лентой ёмкостью 1 — 2 Гбайта и больше.

Рис. 2.11. Накопитель
на сменных дисках

Стримеры позволяют записать на небольшую кассету с магнитной лентой огромное количество информации. Встроенные в стример средства аппаратного сжатия позволяют автоматически уплотнять информацию перед её записью и восстанавливать после считывания, что увеличивает объём сохраняемой информации.

Недостатком стримеров является их сравнительно низкая скорость записи, поиска и считывания информации.

В последнее время всё шире используются накопители на сменных дисках, которые позволяют не только увеличивать объём хранимой информации, но и переносить информацию между компьютерами. Объём сменных дисков — от сотен Мбайт до нескольких Гигабайт.

Источник

Электронная память на жестких дисках

RAM, HDD, Flash, CD, DVD.

Память на жёстких дисках

Жёсткий диск HDD — Hard Disk Driver (на компьютерном слеге хард диск, винчестер), на сегодняшний день, является самым ёмким накопителем информации. Ёмкость жёстких дисков достигает 3 Тбайт. Известно, что 1 Тбайт = 2 40 = 1099511627776 байт. Память такого объёма может уместить оцифрованную городскую библиотеку или 1000 полноформатных кинофильмов высокого качества.
Жёсткий диск является электронно-механическим устройством. Информация записывается на вращающиеся магнитные диски при помощи перемещающихся вдоль поверхности диска электромагнитных головок.

Магнитные диски закреплены на оси и вращаются на ней как единое целое. Ось приводится во вращение специальным двигателем, обеспечивающим требуемую частоту вращения, например 5400 об/мин, 7200 об/мин, или же 10000 об/мин. Скорость вращения дисков влияет на время поиска и скорость передачи данных.
Информация на дисках располагается на концентрических дорожках (Track), которые нумеруются, начиная с внешней, имеющей номер 0. Каждая дорожка разбивается на секторы (Sector), содержащие минимальные блоки информации, которые могут быть записаны на диск или считаны с него. На каждом диске нанесен маркер, относительно которого осуществляется нумерация секторов.
Вся информация, которую компьютер должен записать на HDD, представлена в виде битовой последовательности. Когда диск получает от компьютера последовательность бит, магнитные головки позиционируются и выполняется запись посредством намагничивания определенных участков дисков. Аналогичным образом происходит считывание информации с жесткого диска.
Современные жёсткие диски изготавливаются в самых разных модификациях:
Жёсткие диски для стационарных компьютеров;

Миниатюрные диски для ноутбуков и переносной аппаратуры (например видеокамеры);

Универсальные, для внешнего подключения к компьютерам.

К недостаткам HDD следует отнести невысокую (по сравнению с RAM (ОЗУ)) скорость чтения — записи и наличие механических элементов (электродвигатели привода, подвижные магнитные головки, магнитные диски), которые в процессе эксплуатации изнашиваются и приходят в негодность. Так — же, жёсткие диски критичны к сильным электромагнитным полям, перепадам атмосферного давления и механическим ударам.
На смену жёстким дискам постепенно приходят модули электронной памяти, так называемые твёрдотельные накопители.

Твёрдотельные накопители.

SSD, solid — state drive — полупроводниковые накопители. В отличие от жёстких дисков они не имеют движущихся механических частей. Накопители состоят из микросхем памяти (аналогично памяти RAM). Содержимое оперативной памяти «обнуляется» при потере электропитания, в то время как данные в SSD сохраняются без каких-либо потерь.

На сегодняшний день SSD накопители начинают вытеснять жёсткие диски, но в связи со сложными технологическими процессами изготовления SSD стоимость их на порядок выше, чем у жёстких дисков. Максимальный объём памяти на текущий момент 512GB, в то время как обычные HDD уже взяли планку в 3ТБайт.
Флеш — память ( flash memory) — разновидность твердотельной полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти. Конструктивно Flash накопители оформлены в виде небольшой коробочки с USB разъёмом на конце. Такие накопители предназначены для чтения — записи данных, автономного их хранения и транспортировки.
Объём памяти от 512 Мбайт до 32 Гбайт.

Читайте также:  Переносные жесткие диски для телевизора

Ещё один конструктивный вид Flash накопителей — это SD карты памяти, оформленные в виде небольших прямоугольных пластин с плоскими контактами. К ним относят: Compact Flash (CF) карты, Micro MultiMedia Card (MMC), MicroDrive Smart Media карты, MultiMedia карты, Reduced-Size MultiMedia Card, RS — MMC, Secure Digital (SD) Card, карты памяти miniSD, MicroSD (TransFlash). Они используются в переносной аппаратуре фото камеры, плееры, сотовые телефоны и тому подобное.

SD карты памяти могут подключаться к компьютеру через специальные переходные устройства (картридеры).

Память на CD и DVD дисках

Компакт-диск (Compact Disc) представляет из себя диск, выполненный в основном из прозрачного поликарбоната, размером 120 мм в диаметре с отверстием посередине диаметром 15 миллиметров. Толщина CD равна 1,2 мм. Данные на диск заносятся в виде чередования углублений («питов») с промежутками («лендами») между ними. «Питы» и «ленды» соответствуют последовательности нолей. Единица же является границей между ними. Это значит, что «питы» и «ленды» равнозначны, а также и то, что они изображают только интервалы времени между двумя единицами в непрерывной последовательности битов. Данные на компакт-диске располагаются в виде очень плотной спирали.
Стандартный диск состоит из трех слоев: подложка из поликарбоната, на которой отштампован рельеф диска, напыленное на нее отражающее покрытие из алюминия, золота, серебра или другого сплава, и более тонкий защитный слой лака, на который наносятся надписи и рисунки.

Запись производится лучом лазера с определённой длиной волны и энергией достаточной для прожига углублений в отражающем покрытии. Чтение данных производится так же лучом лазера отражённым от записанной поверхности и приходящем на фотоэлемент. CD диски не предназначены для повторной записи, хотя есть перезаписываемые диски, у которых нужно сначала стереть все данные, а потом записать новые. В результате чего, при многократных циклах записи (6 — 8) отражающее покрытие разрушается и диск становится непригодным для дальнейшей эксплуатации. DVD (Digital Versatile Disc — цифровой многоцелевой диск), имеет такую же конструкцию, что и CD диск. В отличие от CD, DVD имеет более плотную структуру рабочей поверхности, что позволяет хранить и считывать больший объём информации за счёт использования лазера с меньшей длиной волны и более качественной линзы фотоэлемента. Типовой DVD диск может хранить до 4,7 Гбайт информации.

Оперативная память

Оперативная память (ОЗУ — оперативное запоминающее устройство; RAM — Random Access Memory) — часто рассматривается как временное хранилище, потому что данные и программы в ней сохраняются только при включённом компьютере. Микропроцессор работает только с оперативной памятью, так как только она имеет наибольшую скорость доступа к данным, записанным в памяти. ОЗУ реализуется в виде микросхем с большим числом запоминающих ячеек. Память в ячейках организована на основе конденсатора: заряжен — 1, не заряжен — 0. Ячейки сгруппированы в двумерный массив (матрицу). Доступ к ячейкам осуществляется по адресу — номер строки, номер столбца. Доступ к элементам матрицы осуществляется с помощью декодеров адреса строки и адреса столбца, которые управляются сигналами RAS# (сигнал выбора строки — Row Access Strobe) и CAS# (сигнал выбора столбца — Column Access Strobe). Оперативная память самый важный элемент в компьютере. Неисправность хотя бы одной ячейки памяти может привести к искажению обрабатываемых данных или сбоям в работе компьютера, а в современных модулях памяти содержится несколько миллионов ячеек. Конструктивно оперативная память выполняется в виде съёмных модулей.

Модули устанавливаются в разъёмы (слоты памяти) которые расположены на системной плате компьютера.

Кэш память процессора выполняет примерно ту же функцию, что и оперативная память. Только кэш — это память встроенная в процессор. Кэш-память используется процессором для хранения информации. В ней буферизируются самые часто используемые данные, за счёт чего, время очередного обращения к ним значительно сокращается. Если ёмкость оперативной памяти на новых компьютерах от 1 Гб, то кэш у них около 2-8 Мб. Как видите, разница в объеме памяти ощутимая. Но даже этого объёма вполне хватает, чтобы обеспечить нормальное быстродействие всей системы.

Источник