На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Анализ современных накопителей. Интерфейсы

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 20.07.2012. Сдан: 2011. Страниц: 21. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Оглавление. 

 

Введение 

     Помимо  оперативной памяти, компьютеру необходима дополнительная память для долговременного  размещения данных. Такие устройства называются ВЗУ (внешние запоминающие устройства). Различные способы хранения и записи информации служат для разных целей.
     На  сегодняшний день не существует универсального ВЗУ, которое может быть использовано как постоянное и переносное одновременно, и при этом быть доступным рядовым  пользователям. Информацию необходимо сохранять на носителях, не зависящих от наличия напряжения, и таких размеров, которые превышают возможности всех современных видов первичной памяти. Сравнительно долговременное хранилище данных, расположенное вне системной платы компьютера, называется вторичным хранилищем данных (secondary storage). Внешняя (долговременная) память — это место длительного хранения данных (программ, результатов расчётов, текстов и т.д.), не используемых в данный момент в оперативной памяти компьютера. Внешняя память, в отличие от оперативной, является энергонезависимой. Носители внешней памяти, кроме того, обеспечивают транспортировку данных в тех случаях, когда компьютеры не объединены в сети (локальные или глобальные). Для работы с внешней памятью необходимо наличие накопителя (устройства, обеспечивающего запись и (или) считывание информации) и устройства хранения — носителя.
      В своей работе я рассмотрю следующие  запоминающие устройства: жесткий диск, гибкий диск, магнитные ленты, флэш-карты памяти, оптические: CD, DVD,  и новейшие запоминающие устройства.
 

1 Хранение данных на магнитных носителях
 
Практически во всех персональных компьютерах информация хранится на носителях, использующих магнитные  или оптические принципы. При использовании магнитных устройств хранения двоичные данные “превращаются” в небольшие металлические намагниченные частички, расположенные на плоском диске или ленте в виде “узора”. Этот магнитный “узор” впоследствии может быть расшифрован в поток двоичных данных.

1.1 История развития устройств хранения данных на магнитных носителях

 
Долгое  время основным устройством хранения данных в компьютерном мире были перфокарты. И только в 1949 году группа инженеров  и исследователей компании IBM приступила к разработке нового устройства хранения данных. Именно это и стало точкой отсчета в истории развития устройств магнитного хранения данных, которые буквально взорвали компьютерный мир. 21 мая 1952 года IBM анонсировала модуль ленточного накопителя IBM 726 для вычислительной машины IBM 701. Четыре года спустя, 13 сентября 1956 года, небольшая команда разработчиков все той же IBM объявила о создании первой дисковой системы хранения данных — 305 RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control). Эта система могла хранить 5 млн символов (5 Мбайт!) на 50 дисках диаметром 24 дюйма (около 61 см). В отличие от ленточных устройств хранения данных, в системе RAMAC запись осуществлялась с помощью головки в произвольное место поверхности диска. Такой способ заметно повысил производительность компьютера, поскольку данные записывались и извлекались намного быстрее, чем при использовании ленточных устройств. 

Устройства  магнитного хранения данных прошли путь от RAMAC до современных жестких дисков емкостью 75 Гбайт и размером 3,5 дюйма. Практически все устройства магнитного хранения данных были созданы в исследовательских центрах IBM; например, команда разработчиков под руководством Алана Шугарта (Alan Shugart) в 1971 году представила накопитель на гибких дисках диаметром 8 дюймов. Кроме того, IBM впервые разработала схемы кодирования данных MFM (Modified Frequency Modulation) и RLL (Run Length Limited), головки накопителей — тонкопленочные и семейство магниторезистивных, технологии накопителей — PRML (Partial Response Maximum Likelihood) и S.M.A.R.T. (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology). 

 

1.2 Как магнитное поле используется для хранения данных

 
 
В основе работы магнитных носителей —  накопителей на жестких и гибких дисках — лежит электромагнетизм. Суть его состоит в том, что  при пропускании через проводник электрического тока вокруг него образуется магнитное поле. 

Это поле воздействует на оказавшееся в нем  ферромагнитное вещество. При изменении  направления тока полярность магнитного поля также изменяется. Явление электромагнетизма используется в электродвигателях для генерации сил, воздействующих на магниты, которые установлены на вращающемся валу. 

Однако  существует и противоположный эффект: в проводнике, на который воздействует переменное магнитное поле, возникает  электрический ток. При изменении полярности магнитного поля изменяется и направление электрического тока . 

Головка чтения/записи в любом дисковом накопителе состоит из U-образного ферромагнитного  сердечника и намотанной на него катушки (обмотки), по которой может протекать электрический ток. При пропускании тока через обмотку в сердечнике (магнитопроводе) головки создается магнитное поле. При переключении направления протекающего тока полярность магнитного поля также изменяется. В сущности, головки представляют собой электромагниты, полярность которых можно очень быстро изменить, переключив направление пропускаемого электрического тока. 

Магнитное поле в сердечнике частично распространяется в окружающее пространство благодаря  наличию зазора, “пропиленного” в  основании буквы U. Если вблизи зазора располагается другой ферромагнетик (рабочий слой носителя), то магнитное поле в нем локализуется, поскольку подобные вещества обладают меньшим магнитным сопротивлением, чем воздух. Магнитный поток, пересекающий зазор, замыкается через носитель, что приводит к поляризации его магнитных частиц (доменов) в направлении действия поля. Направление поля и, следовательно, остаточная намагниченность носителя зависят от полярности электрического поля в обмотке головки. 

Гибкие  магнитные диски обычно делаются на лавсановой, а жесткие — на алюминиевой или стеклянной подложке, на которую наносится слой ферромагнитного материала. Рабочий слой в основном состоит из окиси железа с различными добавками. Магнитные поля, создаваемые отдельными доменами на чистом диске, ориентированы случайным образом и взаимно компенсируются на любом сколько-нибудь протяженном (макроскопическом) участке поверхности диска, поэтому его остаточная намагниченность равна нулю. 

Если  участок поверхности диска при  протягивании вблизи зазора головки подвергается воздействию магнитного поля, то домены выстраиваются в определенном направлении и их магнитные поля больше не компенсируют друг друга. В результате на этом участке появляется остаточная намагниченность, которую можно впоследствии обнаружить. Выражаясь научным языком, можно сказать: остаточный магнитный поток, формируемый данным участком поверхности диска, становится отличным от нуля.

1.3  Магнитные ленты

 
Магнитные ленты являются аналогом обычных  музыкальных кассет. Устройство, обеспечивающее работу с магнитной лентой, называется стримером. Стримеры представляют собой лентопротяжный механизм, аналогичный магнитофонному.  

Стримеры(Tape Drive)-Устройства хранения данных на магнитной  ленте, являются распространенным средством архивации данных. Они относятся к категории устройств хранения Off-Line, для них характерно очень большое время доступа, обусловленное последовательным методом доступа, средняя скорость обмена и большая емкость носителя - от сотен мегабайт до нескольких гигабайт. Существуют стандарты: QIC, TRAVAN, DDS, DAT  и DLT. Существуют стандарты: QIC, TRAVAN, DDS, DAT  и DLT. 

QIC (Quarter Inch Cartridge) отличается низким быстродействием,  так как подключается к интерфейсу  накопителей на гибких дисках. Существуют кассеты  объемом от 40 Мб до 13 Гб.  TRAVAN разработан на основе QIC, в зависимости от объема информации, на которую рассчитана кассета (400-4000 Мб) использует контроллер накопителя на магнитных дисках или SCSI-2 (для кассет объемом 4000 Мб). DSS (Digital Data Storage) и DAT (Digital Audio Tape) стандарты разработаны фирмой Sony  и используются для цифровой аудио и видео записи. DLT – самый современный стандарт, появился в середине 90-х годов. Накопители, использующие эту технологию, могут хранить 20-40 Гб данных. Суммарная емкость ленточных библиотек построенных на основе DLT-кассет может достигать 5 Тб. 

Стример относится к устройствам с последовательным доступом к информации и характеризуется гораздо меньшей скоростью записи и считывания информации по сравнению с дисководами.
Основное  назначение стримеров - создание архивов данных, резервного копирования, надежное хранение данных.
Информация  на лентах записывается последовательно  по дорожкам. Накопители на магнитных  лентах бывают рулонного и кассетного типов. Емкость современных стримеров может достигать нескольких гигабайт.
Последнее время находят применение новые  виды носителей информации: магнитооптические, диски Бернулли. Перспективными разработками в области носителей информации является создание носителей на основе голографии. При стандартных размерах носителей 3,5 и 5,25 дюйма объем информации расширяется до сотен мегабайт и даже нескольких гигабайт.
Итак, современный  персональный компьютер обязательно  использует дисковод гибкого диска  и дисковод жесткого диска. При необходимости доступа к большому количеству информации персональный компьютер оснащается дисководом с оптическим диском.
 

2 Накопители на жестких дисках

 

2.1 Что такое жесткий диск

 
Самым необходимым и в то же время  самым загадочным компонентом компьютера является накопитель на жестком диске. Как известно, он предназначен для хранения данных, и последствия его выхода из строя зачастую оказываются катастрофическими. Для правильной эксплуатации или модернизации компьютера необходимо хорошо представлять себе, что же это такое — накопитель на жестком диске. 

Основными элементами накопителя являются несколько  круглых алюминиевых или некристаллических  стекловидных пластин. В отличие  от гибких дисков (дискет), их нельзя согнуть; отсюда и появилось название жесткий диск (рис. 4). В большинстве устройств они несъемные, поэтому иногда такие накопители называются фиксированными (fixed disk). Существуют также накопители со сменными дисками, например устройства Iomega Zip и Jaz. 

2.2 Новейшие достижения

 
 Почти  за 20 лет, прошедших с того времени,  как жесткие диски стали привычными  компонентами персональных компьютеров,  их параметры радикально изменились. Чтобы дать некоторое представление  о том, как далеко зашел процесс  усовершенствования жестких дисков, приведем самые яркие факты. 

·        Максимальная емкость 5,25-дюймовых накопителей  увеличилась от 10 Мбайт (1982 год) до 180 Гбайт и больше для 3,5-дюймовых накопителей  половинной высоты (Seagate Barracuda 180). Емкость 2,5-дюймовых дисководов с высотой не более 12,5 мм, которые используются в портативных компьютерах, выросла до 32 Гбайт (IBM Travelstar 32GH). Жесткие диски объемом менее 10 Гбайт в современных настольных компьютерах практически не используются. 

·        Скорость передачи данных увеличилась от 85–102 Кбайт/с в компьютере IBM XT (1983 год) до 51,15 Мбайт/с в наиболее быстродействующих системах (Seagate Cheetah 73LP). 

·        Среднее время поиска (т.е. время  установки головки на нужную дорожку) уменьшилось от 85 мс в компьютере IBM XT (1983 год) до 4,2 мс в одном из самых быстродействующих на сегодняшний день дисководе (Seagate Cheetah X15). 

·        В 1982 году накопитель емкостью 10 Мбайт  стоил более 1500 долларов (150 долларов за мегабайт). В настоящее время, стоимость жестких дисков снизилась до половины цента за мегабайт. 
 
 

2.3 Принципы работы накопителей на жестких дисках

 
 В  накопителях на жестких дисках  данные записываются и считываются  универсальными головками чтения/записи  с поверхности вращающихся магнитных  дисков, разбитых на дорожки и секторы (512 байт каждый). 

В накопителях  обычно устанавливается несколько  дисков, и данные записываются на обеих  сторонах каждого из них. В большинстве  накопителей есть по меньшей мере два или три диска (что позволяет  выполнять запись на четырех или шести сторонах), но существуют также устройства, содержащие до 11 и более дисков. Однотипные (одинаково расположенные) дорожки на всех сторонах дисков объединяются в цилиндр. Для каждой стороны диска предусмотрена своя дорожка чтения/записи, но при этом все головки смонтированы на общем стержне, или стойке. Поэтому головки не могут перемещаться независимо друг от друга и двигаются только синхронно. 

Жесткие диски вращаются намного быстрее, чем гибкие. Частота их вращения даже в большинстве первых моделей составляла 3 600 об/мин (т.е. в 10 раз больше, чем в накопителе на гибких дисках) и до последнего времени была почти стандартом для жестких дисков. Но в настоящее время частота вращения жестких дисков возросла. Например, в портативном компьютере Toshiba диск объемом 3,3 Гбайт вращается с частотой 4 852 об/мин, но уже существуют модели с частотами 5 400, 5 600, 6 400, 7 200, 10 000 и даже 15 000 об/мин. Скорость работы того или иного жесткого диска зависит от частоты его вращения, скорости перемещения системы головок и количества секторов на дорожке. 

При нормальной работе жесткого диска головки чтения/записи не касаются (и не должны касаться!) дисков. Но при выключении питания  и остановке дисков они опускаются на поверхность. Во время работы устройства между головкой и поверхностью вращающегося диска образуется очень малый воздушный зазор (воздушная подушка). Если в этот зазор попадет пылинка или произойдет сотрясение, головка “столкнется” с диском, вращающимся “на полном ходу”. Если удар будет достаточно сильным, произойдет поломка головки. Последствия этого могут быть разными — от потери нескольких байтов данных до выхода из строя всего накопителя. Поэтому в большинстве накопителей поверхности магнитных дисков легируют и покрывают специальными смазками, что позволяет устройствам выдерживать ежедневные “взлеты” и “приземления” головок, а также более серьезные потрясения.

2.4 Дорожки и секторы

 
 Дорожка  — это одно “кольцо” данных  на одной стороне диска. Дорожка  записи на диске слишком велика, чтобы использовать ее в качестве единицы хранения информации. Во многих накопителях ее емкость превышает 100 тыс. байт, и отводить такой блок для хранения небольшого файла крайне расточительно. Поэтому дорожки на диске разбивают на нумерованные отрезки, называемые секторами. 

Количество  секторов может быть разным в зависимости  от плотности дорожек и типа накопителя. Например, дорожка гибких дисков может  содержать от 8 до 36 секторов, а дорожка  жесткого диска — от 380 до 700. Секторы, создаваемые с помощью стандартных программ форматирования, имеют емкость 512 байт, но не исключено, что в будущем эта величина изменится. 

Нумерация секторов на дорожке начинается с  единицы, в отличие от головок  и цилиндров, отсчет которых ведется  с нуля. Например, дискета HD (High Density) формата 3,5 дюйма (емкостью 1,44 Мбайт) содержит 80 цилиндров, пронумерованных от 0 до 79, в дисководе установлены две головки (с номерами 0 и 1), и каждая дорожка цилиндра разбита на 18 секторов (1–18). 

При форматировании диска в начале и конце каждого сектора создаются дополнительные области для записи их номеров, а также прочей служебной информации, благодаря которой контроллер идентифицирует начало и конец сектора. Это позволяет отличать неформатированную и форматированную емкости диска. После форматирования емкость диска уменьшается, и с этим приходится мириться, поскольку для обеспечения нормальной работы накопителя некоторое пространство на диске должно быть зарезервировано для служебной информации. 
 

В начале каждого сектора записывается его заголовок (или префикс — prefix portion), по которому определяется начало и номер сектора, а в конце — заключение (или суффикс — suffix portion), в котором находится контрольная сумма (checksum), необходимая для проверки целостности данных. В большинстве новых дисководов вместо заголовка используется так называемая запись No-ID, вмещающая в себя больший объем данных. Помимо указанных областей служебной информации, каждый сектор содержит область данных емкостью 512 байт. 

Для наглядности  представьте, что секторы — это страницы в книге. На каждой странице содержится текст, но им заполняется не все пространство страницы, так как у нее есть поля (верхнее, нижнее, правое и левое). На полях помещается служебная информация, например названия глав (в нашей аналогии это будет соответствовать номерам дорожек и цилиндров) и номера страниц (что соответствует номерам секторов). Области на диске, аналогичные полям на странице, создаются во время форматирования диска; тогда же в них записывается и служебная информация. Кроме того, во время форматирования диска области данных каждого сектора заполняются фиктивными значениями. Отформатировав диск, можно записывать информацию в области данных обычным образом. Информация, которая содержится в заголовках и заключениях сектора, не меняется во время обычных операций записи данных. Изменить ее можно, только переформатировав диск. 

 

2.5 Форматирование дисков

 
 
Различают два вида форматирования диска: 

·        физическое, или форматирование низкого  уровня; 

·        логическое, или форматирование высокого уровня. 

  

При форматировании гибких дисков с помощью программы Explorer Windows 9x или команды DOS FORMAT выполняются  обе операции, но для жестких дисков эти операции следует выполнять  отдельно. Более того, для жесткого диска существует и третий этап, выполняемый между двумя указанными операциями форматирования, — разбивка диска на разделы. Создание разделов абсолютно необходимо в том случае, если вы предполагаете использовать на одном компьютере несколько операционных систем. Физическое форматирование всегда выполняется одинаково, независимо от свойств операционной системы и параметров форматирования высокого уровня (которые могут быть различными для разных операционных систем). Это позволяет совмещать несколько операционных систем на одном жестком диске. 

При организации  нескольких разделов на одном накопителе каждый из них может использоваться для работы под управлением своей  операционной системы либо представлять отдельный том (volume), или логический диск (logical drive). Том, или логический диск, — это то, чему система присваивает буквенное обозначение. 

Таким образом, форматирование жесткого диска  выполняется в три этапа. 

1.     Форматирование низкого уровня. 

2.     Организация разделов на диске. 

3.     Форматирование высокого уровня. 

 

2.5.1 Форматирование низкого уровня

  

В процессе форматирования низкого уровня дорожки  диска разбиваются на секторы. При  этом записываются заголовки и заключения секторов (префиксы и суффиксы), а  также формируются интервалы  между секторами и дорожками. Область данных каждого сектора заполняется фиктивными значениями или специальными тестовыми наборами данных. В накопителях на гибких дисках количество секторов на дорожке определяется типом дискеты и дисковода; количество секторов на дорожке жесткого диска зависит от интерфейса накопителя и контроллера. 

Практически во всех накопителях IDE и SCSI используется так называемая зонная запись с переменным количеством секторов на дорожке. Дорожки, более удаленные от центра, а значит, и более длинные, содержат большее число секторов, чем близкие к центру. Один из способов повышения емкости жесткого диска заключается в разделении внешних цилиндров на большее количество секторов по сравнению с внутренними цилиндрами. Теоретически внешние цилиндры могут содержать больше данных, так как имеют большую длину окружности. Однако в накопителях, не использующих метод зонной записи, все цилиндры содержат одинаковое количество данных, несмотря на то что длина окружности внешних цилиндров может быть вдвое больше, чем внутренних. В результате теряется пространство внешних дорожек, так как оно используется крайне неэффективно. 

При зонной записи цилиндры разбиваются на группы, которые называются зонами, причем по мере продвижения к внешнему краю диска дорожки разбиваются на все большее число секторов. Во всех цилиндрах, относящихся к одной зоне, количество секторов на дорожках одинаковое. Возможное количество зон зависит от типа накопителя; в большинстве устройств их бывает 10 и более. 
 

Еще одно свойство зонной записи состоит в том, что скорость обмена данными с накопителем может изменяться и зависит от зоны, в которой в конкретный момент располагаются головки. Происходит это потому, что секторов во внешних зонах больше, а угловая скорость вращения диска постоянна (т.е. линейная скорость перемещения секторов относительно головки при считывании и записи данных на внешних дорожках оказывается выше, чем на внутренних). 

 
Организация разделов на диске 

При разбивке диска на области, называемые разделами, в каждой из них может быть создана файловая система, соответствующая определенной операционной системе. Сегодня в работе операционных систем чаще других используется три файловые системы. 

·        FAT (File Allocation Table — таблица размещения файлов). Это стандартная файловая система для DOS, Windows 9х и Windows NT. В разделах FAT под DOS допустимая длина имен файлов — 11 символов (8 символов собственно имени и 3 символа расширения), а объем тома (логического диска) — до 2 Гбайт. Под Windows 9х и Windows NT 4.0 и выше допустимая длина имен файлов — 255 символов.  

·        FAT32 (File Allocation Table, 32-bit — 32-разрядная таблица размещения файлов). Используется с Windows 95 OSR2 (OEM Service Release 2), Windows 98 и Windows 2000. В таблицах FAT 32 ячейкам размещения соответствуют 32-разрядные числа. При такой файловой структуре объем тома (логического диска) может достигать 2 Тбайт (2 048 Гбайт). 

·        NTFS (Windows NT File System — файловая система Windows NT). Доступна только в операционной системе Windows NT/2000. Длина имен файлов может достигать 256 символов, а размер раздела (теоретически) — 16 Эбайт (16Ч1018 байт). NTFS обеспечивает дополнительные возможности, не предоставляемые другими файловыми системами, например средства безопасности. 

 
Наибольшее  распространение в настоящее время получила файловая система FAT, поскольку именно она поддерживается большинством существующих операционных систем. 

Создание  разделов на диске выполняется с  помощью поставляемой с операционной системой программы FDISK, используя которую можно выбрать (как в мегабайтах, так и в процентном выражении) размер основного и дополнительного разделов. Жестких указаний по созданию разделов на диске не существует — необходимо учитывать объем диска, а также устанавливаемую операционную систему. 

После создания разделов необходимо выполнить  форматирование высокого уровня с помощью  средств операционной системы. 

 

2.5.2 Форматирование высокого уровня

 
 При  форматировании высокого уровня  операционная система (Windows 9х, Windows NT или DOS) создает структуры для работы с файлами и данными. В каждый раздел (логический диск) заносится загрузочный сектор тома (Volume Boot Sector — VBS), две копии таблицы размещения файлов (FAT) и корневой каталог (Root Directory). С помощью этих структур данных операционная система распределяет дисковое пространство, отслеживает расположение файлов и даже “обходит”, во избежание проблем, дефектные участки на диске. 

В сущности, форматирование высокого уровня —  это не столько форматирование, сколько  создание оглавления диска и таблицы размещения файлов. Настоящее форматирование — это форматирование низкого уровня, при котором диск разбивается на дорожки и секторы. С помощью DOS-команды FORMAT для гибкого диска осуществляются сразу оба типа форматирования, а для жесткого — только форматирование высокого уровня. Чтобы выполнить низкоуровневое форматирование жесткого диска, необходима специальная программа, обычно предоставляемая производителем диска. 

 

2.6 Основные узлы накопителей на жестких дисках

 
 Существует  много различных типов накопителей на жестких дисках, но практически все они состоят из одних и тех же основных узлов. Конструкции этих узлов и качество используемых материалов могут быть различными, но основные их рабочие характеристики и принципы функционирования одинаковы. К основным элементам конструкции типичного накопителя на жестком диске относятся следующие: 

·        диски; 

·        головки чтения/записи; 

·        механизм привода головок; 

·        двигатель привода дисков; 

·        печатная плата со схемами управления; 

·        кабели и разъемы; 

·        элементы конфигурации (перемычки и  переключатели). 

Диски, двигатель привода дисков, головки  и механизм привода головок обычно размещаются в герметичном корпусе, который называется HDA (Head Disk Assembly — блок головок и дисков). Обычно этот блок рассматривается как единый узел; его почти никогда не вскрывают. Прочие узлы, не входящие в блок HDA (печатная плата, лицевая панель, элементы конфигурации и монтажные детали) являются съемными. 

Диски 

Обычно в накопителе содержится один или несколько магнитных дисков. За прошедшие годы установлен ряд стандартных размеров накопителей, которые определяются в основном размерами дисков, а именно: 

·        5,25 дюйма (на самом деле — 130 мм, или 5,12 дюйма); 

·        3,5 дюйма (на самом деле — 95 мм, или 3,74 дюйма); 

·        2,5 дюйма (на самом деле — 65 мм, или 2,56 дюйма); 

·        1 дюйм (на самом деле — 34 мм, или 1,33 дюйма). 

Существуют  также накопители с дисками больших  размеров, например 8 дюймов, 14 дюймов и даже больше, но, как правило, эти устройства в персональных компьютерах не используются. Сейчас в настольных и некоторых портативных моделях чаще всего устанавливаются накопители формата 3,5 дюйма, а малогабаритные устройства (формата 2,5 дюйма и меньше) — в портативных системах. 

В большинстве  накопителей устанавливается минимум  два диска, хотя в некоторых малых  моделях бывает и по одному. Количество дисков ограничивается физическими  размерами накопителя, а именно высотой  его корпуса. Самое большое количество дисков в накопителях формата 3,5 дюйма равно 11. 

Рабочий слой диска 

 Независимо  от того, какой материал используется  в качестве основы диска, он  покрывается тонким слоем вещества, способного сохранять остаточную  намагниченность после воздействия внешнего магнитного поля. Этот слой называется рабочим или магнитным, и именно в нем сохраняется записанная информация. Самыми распространенными являются два типа рабочего слоя: 

·        оксидный; 

·        тонкопленочный. 

Оксидный  слой представляет собой полимерное покрытие с наполнителем из окиси железа.  

Тонкопленочный  рабочий слой имеет меньшую толщину, он прочнее, и качество его покрытия гораздо выше. Эта технология легла  в основу производства накопителей  нового поколения, в которых удалось  существенно уменьшить величину зазора между головками и поверхностями дисков, что позволило повысить плотность записи.  

Тонкопленочный  гальванизированный рабочий слой получают путем электролиза. Это происходит почти так же, как при хромировании бампера автомобиля. Алюминиевую подложку диска последовательно погружают в ванны с различными растворами, в результате чего она покрывается несколькими слоями металлической пленки. Рабочим слоем служит слой из сплава кобальта толщиной всего около 1 микродюйма (приблизительно 0,025 мкм). 
 

Головки чтения/записи 

 В  накопителях на жестких дисках  для каждой из сторон каждого  диска предусмотрена собственная  головка чтения/записи. Все головки  смонтированы на общем подвижном  каркасе и перемещаются одновременно. 

Когда накопитель выключен, головки касаются дисков под действием пружин. При раскручивании дисков аэродинамическое давление под головками повышается и они отрываются от рабочих поверхностей (“взлетают”). Когда диск вращается на полной скорости, зазор между ним и головками может составлять 0,5–5 микродюймов (0,01–0,5 мкм) и даже больше.

 

Механизмы привода головок 

 Пожалуй,  еще более важной деталью накопителя, чем сами головки, является  механизм, который устанавливает  их в нужное положение и  называется приводом головок. Именно с его помощью головки перемещаются от центра к краям диска и устанавливаются на заданный цилиндр. Существует много конструкций механизмов привода головок, но их можно разделить на два основных типа: 

·        с шаговым двигателем; 

·        с подвижной катушкой. 

Тип привода  во многом определяет быстродействие и надежность накопителя, достоверность  считывания данных, его температурную  стабильность, чувствительность к выбору рабочего положения и вибрациям. Скажем сразу, что накопители с приводами  на основе шаговых двигателей гораздо менее надежны, чем устройства с приводами от подвижных катушек. 

Привод  с шаговым двигателем 

Шаговый двигатель — это электродвигатель, ротор которого может поворачиваться только ступенчато, т.е. на строго определенный угол. Если покрутить его вал вручную, то можно услышать негромкие щелчки (или треск при быстром вращении), которые возникают всякий раз, когда ротор проходит очередное фиксированное положение. 

  Привод с подвижной катушкой 

 Привод  с подвижной катушкой используется практически во всех современных накопителях. В отличие от систем с шаговыми двигателями, в которых перемещение головок осуществляется вслепую, в приводе с подвижной катушкой используется сигнал обратной связи, чтобы можно было точно определить положения головок относительно дорожек и скорректировать их в случае необходимости. Такая система позволяет обеспечить более высокое быстродействие, точность и надежность, чем традиционный привод с шаговым двигателем. 

Привод  с подвижной катушкой работает по принципу электромагнетизма. Механизмы привода головок с подвижной катушкой бывают двух типов: 

·        линейный; 

·        поворотный. 

Эти типы отличаются только физическим расположением  магнитов и катушек. 

Линейный  привод перемещает головки по прямой, строго вдоль линии радиуса диска. Катушки располагаются в зазорах постоянных магнитов. Главное достоинство линейного привода состоит в том, что при его использовании не возникают азимутальные погрешности, характерные для поворотного привода. (Под азимутом понимается угол между плоскостью рабочего зазора головки и направлением дорожки записи.) При перемещении с одного цилиндра на другой головки не поворачиваются и их азимут не изменяется. 

Однако  линейный привод имеет существенный недостаток: его конструкция слишком массивна. Чтобы повысить производительность накопителя, нужно снизить массу приводного механизма и самих головок. Чем легче механизм, тем с большими ускорениями он может перемещаться с одного цилиндра на другой. Линейные приводы намного тяжелее поворотных, поэтому в современных накопителях они не используются. 

Поворотный  привод работает по тому же принципу, что  и линейный, но в нем к подвижной  катушке крепятся концы рычагов  головок. При движении катушки относительно постоянного магнита рычаги перемещения головок поворачиваются, передвигая головки к оси или к краям дисков. Благодаря небольшой массе такая конструкция может двигаться с большими ускорениями, что позволяет существенно сократить время доступа к данным. Быстрому перемещению головок способствует и тот факт, что плечи рычагов делаются разными: то, на котором смонтированы головки, имеет большую длину. 

К недостаткам  этого привода следует отнести  то, что головки при перемещении  от внешних цилиндров к внутренним поворачиваются и угол между плоскостью магнитного зазора головки и направлением дорожки изменяется. Именно поэтому ширина рабочей зоны диска (зоны, в которой располагаются дорожки) оказывается зачастую ограниченной (для того чтобы неизбежно возникающие азимутальные погрешности оставались в допустимых пределах). В настоящее время поворотный привод используется почти во всех накопителях с подвижной катушкой. 

  Автоматическая парковка головок 

 При  выключении питания рычаги с  головками опускаются на поверхности  дисков. Накопители способны выдержать тысячи “взлетов” и “посадок” головок, но желательно, чтобы они происходили на специально предназначенных для этого участках поверхности дисков, на которых не записываются данные. При этих взлетах и посадках происходит износ (абразия) рабочего слоя, так как из-под головок вылетают “клубы пыли”, состоящие из частиц рабочего слоя носителя; если же во время взлета или посадки произойдет сотрясение накопителя, то вероятность повреждения головок и дисков существенно возрастет. 

Одним из преимуществ привода с подвижной катушкой является автоматическая парковка головок. Когда питание включено, головки позиционируются и удерживаются в рабочем положении за счет взаимодействия магнитных полей подвижной катушки и постоянного магнита. При выключении питания поле, удерживающее головки над конкретным цилиндром, исчезает, и они начинают бесконтрольно скользить по поверхностям еще не остановившихся дисков, что может стать причиной повреждений. Для того чтобы предотвратить возможные повреждения накопителя, поворотный блок головок подсоединяется к возвратной пружине. Когда компьютер включен, магнитное взаимодействие обычно превосходит упругость пружины. Но при отключении питания головки под воздействием пружины перемещаются в зону парковки до того, как диски остановятся. По мере уменьшения частоты вращения дисков головки с характерным потрескиванием “приземляются” именно в этой зоне. Таким образом, чтобы в накопителях с приводом от подвижной катушки привести в действие механизм парковки головок, достаточно просто выключить компьютер; никакие специальные программы для этого не нужны. В случае внезапного исчезновения питания головки паркуются автоматически. 

 
Двигатель привода дисков 

 Двигатель,  приводящий во вращение диски,  часто называют шпиндельным (spindle). Шпиндельный двигатель всегда связан с осью вращения дисков, никакие приводные ремни или шестерни для этого не используются. Двигатель должен быть бесшумным: любые вибрации передаются дискам и могут привести к ошибкам при считывании и записи. 

Частота вращения двигателя должна быть строго определенной. Обычно она колеблется от 3 600 до 7 200 об/мин или больше, а для ее стабилизации используется схема управления двигателем с обратной связью (автоподстройкой), позволяющая добиться высокой точности.
Плата управления 

В каждом накопителе, в том числе и на жестких дисках, есть хотя бы одна плата. На ней монтируются электронные  схемы для управления шпиндельным  двигателем и приводом головок, а  также для обмена данными с  контроллером (представленными в  заранее оговоренной форме). В накопителях IDE контроллер устанавливается непосредственно в накопителе, а для SCSI необходимо использовать дополнительную плату расширения. 

 
Кабели  и разъемы накопителей
 
В большинстве  накопителей на жестких дисках предусмотрено  несколько интерфейсных разъемов для подключения к системе, подачи питания, а иногда и для заземления корпуса. В большинстве накопителей есть по меньшей мере два типа разъемов: 

·        интерфейсный разъем (или разъемы); 

·        разъем питания; 

Наибольшее  значение имеют интерфейсные разъемы, потому что через них передаются данные и команды в накопитель и обратно. Многие стандарты интерфейсов предусматривают подключение нескольких накопителей к одному кабелю (шине). Естественно, в этом случае их должно быть не меньше двух; в интерфейсе SCSI допускается подключение до семи накопителей к одному кабелю (Wide SCSI-2 поддерживает до 15 устройств). В некоторых стандартах (например, в ST-506/412 или ESDI) для данных и управляющих сигналов предусмотрены отдельные разъемы, поэтому накопитель и контроллер соединяются двумя кабелями, однако большинство современных устройств ISE и SCSI подключаются с помощью одного кабеля. 

Разъемы питания накопителей на жестких  дисках обычно такие же, как и  у дисководов для гибких дисков. В большинстве накопителей используются два напряжения питания (5 и 12 В), но малогабаритным моделям, разработанным для портативных компьютеров, достаточно напряжения 5 В. 

 

2.7 Характеристики накопителей на жестких дисках

 
Если  вы собрались покупать новый накопитель или просто хотите разобраться в том, каковы различия между устройствами разных семейств, сравните их параметры. Ниже приведены критерии, по которым обычно оценивают качество жестких дисков. 

·        Надежность. 

·        Быстродействие. 

·        Противоударная подвеска. 

·        Стоимость. 

 
Надежность 

 В  описаниях накопителей можно  встретить такой параметр, как  среднестатистическое время между  сбоями (Mean Time Between Failures — MTBF), которое  обычно колеблется от 20 до 500 тыс.  часов и более.  
 

S.M.A.R.T. 

S.M.A.R.T. (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology — технология  самотестирования, анализа и отчетности) — это новый промышленный стандарт, описывающий методы предсказания  появления ошибок жесткого диска.  При активизации системы S.M.A.R.T. жесткий диск начинает отслеживать определенные параметры, чувствительные к неисправностям накопителя или указывающие на них. В результате такого отслеживания можно предсказать сбои в работе накопителя.  

 
Быстродействие 

Важным  параметром накопителя на жестком диске является его быстродействие. Этот параметр для разных моделей может варьироваться в широких пределах. И как это часто бывает, лучшим показателем быстродействия накопителя является его цена. Здесь вполне справедливы слова, сказанные по поводу гоночных автомобилей: “Скорость стоит денег. Насколько быстро вы хотите ездить?”. 

Быстродействие  накопителя можно оценить по двум параметрам: 

·        среднестатистическому времени  поиска (average seek time); 

·        скорости передачи данных (data transfer rate). 

Под среднестатистическим временем поиска, которое измеряется в миллисекундах, подразумевается  среднее время перемещения головок  с одного цилиндра на другой (причем расстояние между этими цилиндрами может быть произвольным). Измерить этот параметр можно, выполнив достаточно много операций поиска случайно выбранных дорожек, а затем разделив общее время, затраченное на эту процедуру, на количество совершенных операций. В результате будет получено среднее время однократного поиска. 

 
Стоимость 

 В  последнее время “удельная стоимость”  накопителей на жестких дисках  упала до 2 центов за мегабайт (и даже ниже). Стоимость накопителей  продолжает снижаться, и через  некоторое время вам покажется,  что даже полцента за мегабайт  — это слишком дорого. Именно из-за снижения цен накопители емкостью менее 1 Гбайт сейчас практически не выпускаются, а оптимальным выбором будет диск емкостью более 10 Гбайт. 
 

Емкость 

 В  рекламе накопителя может фигурировать  одна из четырех цифр: 

·        неформатированная емкость в миллионах байтов; 

·        форматированная емкость в миллионах  байтов; 

·        неформатированная емкость в  мегабайтах (Мбайт); 

·        форматированная емкость в мегабайтах (Мбайт). 
 

 

3 Хранение данных на гибких дисках

  3.1 Накопители на гибких дисках

 
 Дисковод  нельзя назвать высокоемким и  производительным устройством, тем  не менее он устанавливается  практически в любом компьютере. А дискету некоторые производители  цифровых камер используют в  качестве носителя. 

 
Компоненты  дисковода 

 В  этом разделе описываются основные компоненты дисковода и поясняется, как они взаимодействуют во время чтения и записи данных. Все дисководы для гибких дисков, независимо от их типа, состоят из нескольких основных частей. Для того чтобы правильно установить и использовать дисковод, нужно разбираться в его компонентах и знать, для чего они предназначены  

 
Головки чтения/записи 

Дисковод, как правило, имеет две головки  для чтения и записи данных, т.е. является двусторонним. Для каждой стороны  диска предназначено по одной головке; обе головки используются для чтения и записи на соответствующих поверхностях диска. Когда-то в персональных компьютерах устанавливались односторонние дисководы (например, в первых компьютерах), но сегодня они вышли из употребления. 

 Головки приводятся в движение устройством, которое называется приводом головок. Они могут перемещаться по прямой линии и устанавливаться над различными дорожками. Головки двигаются по касательной к дорожкам, которые они записывают на диск. Поскольку верхняя и нижняя головки монтируются на одном держателе (или механизме), они двигаются одновременно и не могут перемещаться независимо друг от друга. Головки представляют собой электромагнитные катушки с сердечниками из мягкого сплава железа. Каждая головка является сложным устройством, в котором головка чтения/записи расположена между двумя стирающими головками в одном физическом устройстве. 

 

3.2 Конструкции дискет

 
Дискеты диаметром 5,25 и 3,5 дюйма различаются  конструкциями и физическими  свойствами. Гибкий диск находится внутри пластикового футляра. Диск диаметром 3,5 дюйма имеет более жесткий футляр, чем диск диаметром 5,25 дюйма. Сами же диски, в сущности, одинаковы, за исключением, конечно, их размеров. 

В конструкции  дискет этих двух типов есть и различия и сходства. В этом разделе описаны физические свойства и конструкции дискет каждого типа. Дискета формата 5,25 дюйма имеет следующую конструкцию. В ее центре находится большое круглое отверстие. Когда закрывается дверца дисковода, конусообразный зажим захватывает и устанавливает дискету с помощью центрального отверстия. У многих дискет края отверстия окантованы пластиковым кольцом для того, чтобы диск выдерживал механические нагрузки со стороны захватывающего механизма. В дискетах высокой плотности это кольцо обычно отсутствует, так как погрешности его расположения на дискете могут привести к проблемам, возникающим при позиционировании головок.

3.3 Типы и параметры дискет

 
Ниже  описаны все типы дискет, существующие в настоящее время. Особенно интересны  технические спецификации, которые отличают один тип дискеты от другого. Здесь также определены параметры, используемые для описания обычной дискеты. В табл. 2 приведены заслуживающие наибольшего внимания параметры всех типов дискет. 

  

Таблица 2. Параметры магнитных покрытий дискет 

Параметр  магнитного покрытия
5,25 дюйма 3,5 дюйма
Двойная плотность
(DD)
Четвер-ная плотность
(QD)
Высокая Плот-ность
(HD)
Двойная Плот-ность
(DD)
Высокая Плот-ность
(HD)
Сверхвысо-кая плотность
(ED)
Плотность дорожек (TPI) 48 96 96 135 135 135
Линейная  плотность (BPI) 5 876 5 876 9 646 8 717 17 434 34 868
Основа  магнитного слоя Fe Fe Co Co Co Ba
Коэрцитив-ная сила, Э 300 300 600 600 720 750
Толщина, микродюйм 100 100 50 70 40 100
Полярность  записи Горизон- тальная
Горизон- тальная
Горизон- тальная
Горизон- тальная
Горизон- тальная
Верти-кальная
 
  

Плотность записи 

 
Плотность записи (density) — это количество информации, которое может быть надежно размещено  на определенной площади записывающей поверхности. 

Диски имеют два типа плотности — радиальную и линейную. Радиальная плотность указывает, сколько дорожек может быть записано на диске, и выражается в количестве дорожек на дюйм (Track Per Inch — TPI). Линейная плотность — это способность отдельной дорожки накапливать данные; часто выражается в количестве битов на дюйм (Bits Per Inch — BPI).

4 Устройства оптического хранения данных

 
  

CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory — память только для  чтения на компакт диске) — это оптический носитель информации, предназначенный только для чтения данных. Другие форматы, CD-R и CD-RW, позволяют записывать данные на компакт-диск, а новая технология DVD позволяет существенно увеличить емкость обычного оптического диска. 

В настоящее  время накопитель CD-ROM — неотъемлемая часть практически любого компьютера. Исключением служит лишь компьютер, используемый в бизнес-сети. В такой сети существует выделенный сервер с жесткими дисками и накопителем CD-ROM, предоставленными в совместное использование. Такой способ более экономичен, но приносит массу неудобств, особенно если сеть предприятия достаточно велика. 

CD-ROM —  это оптический носитель информации, предназначенный только для чтения, на котором может храниться  до 650 Мбайт данных, что соответствует  примерно 333 тыс. страниц текста, 74 минутам высококачественного звучания или их комбинации. 

4.1 Технология записи компакт-дисков

 
 Компакт-диск  представляет собой поликарбонатную  пластину диаметром 120 мм и  толщиной 1,2 мм, в центре которой  расположено отверстие диаметром  15 мм. Штампованное или литое основание пластины физически является одной спиральной дорожкой, которая начинается на внутренней и заканчивается на внешней части диска. Шаг этой дорожки, или разделение спирали, равен 1,6 микрон (1 микрон — миллионная часть метра или тысячная часть миллиметра). Для сравнения: шаг физической дорожки долгоиграющей пластинки составляет примерно 125 микрон. Компакт-диск, если смотреть на него со стороны считывания (снизу), вращается против часовой стрелки. Если рассмотреть спиральную дорожку под микроскопом, то станет видно, что она состоит из приподнятых участков, которые называются впадинами (pits), и плоских поверхностей между ними, называемых площадками (lands). На первый взгляд может показаться странным, что приподнятый участок дорожки называется впадиной. 

Лазер, используемый для считывания данных компакт-диска, может свободно пройти сквозь прозрачный пластик, поэтому  отформованная поверхность диска  покрывается отражающей металлической  пленкой (обычно алюминиевой). После  этого алюминиевая пленка покрывается тонким защитным слоем акрилового лака, на который, в свою очередь, наносится текст или красочное изображение.

4.2 Массовое производство CD-ROM

 
 При  массовом коммерческом производстве  компакт-диски изготавливаются штамповкой  или прессованием, но не выжиганием с помощью лазера, как многие считают (рис. 14). Хотя лазер и применяется для вытравливания данных на стеклянном мастер-диске, покрытом светочувствительным материалом, непосредственное выжигание дисков при воспроизводстве сотен или тысяч копий будет по меньшей мере непрактично. 

Далее представлены основные этапы производства компакт-дисков. 

1. Нанесение  фоторезисторного слоя. Круглая  пластина из полированного стекла  диаметром 240 мм и толщиной 6 мм  покрывается слоем фоторезистора  толщиной около 150 микрон, после чего обжигается при температуре 80°С (176°F) в течение 30 минут. 

2. Лазерная  запись. Лазерный самописец (Laser Beam Recorder — LBR) посылает импульсы синего  или фиолетового света, которые  засвечивают и размягчают определенные  участки фоторезисторного слоя стеклянного мастер-диска. 

3. Формирование  мастер-диска. Обработанный стеклянный  диск погружается в раствор  гидрооксида натрия (едкого натра), который растворяет экспонированные  лазером участки, формируя тем  самым впадины в фоторезисторном слое. 

4. Электролитическое  формование. С помощью процесса, называемого гальванопластикой,  ранее подготовленный мастер-диск  покрывается слоем никелевого  сплава. В результате создается  металлический мастер-диск, получивший  название “родительского диска” (father). 
 

5. Разделение  мастер-диска. Затем металлическая  матрица отделяется от стеклянного  мастер-диска. Матрица представляет  собой металлический мастер-диск, который уже может использоваться  для изготовления небольших партий  дисков, так как матрица изнашивается очень быстро. Разделение мастер-диска зачастую приводит к повреждению стеклянной основы, поэтому методом гальванопластики создают еще несколько негативных копий диска (которые называются “материнскими” (mother)). Негативные копии мастер-диска впоследствии применяются для создания рабочей матрицы, используемой в процессе массового тиражирования компакт-дисков. Это позволяет штамповать большое количество дисков, без повторения процесса формирования стеклянного мастер-диска. 

6. Штамповка  диска. Металлическая рабочая матрица применяется в литейной машине для формирования принципа отображения данных (впадин и площадок) в расплавленной поликарбонатной массе объемом около 18 грамм при температуре 350°C (или 662°F). При этом сила давления достигает примерно 4 000 кг на квадратный сантиметр. Как правило, в современных термических штамповочных прессах на изготовление каждого диска уходит не более трех секунд. 

7. Металлизация. Для создания отражательной поверхности  на отштампованный диск посредством  напыления наносится тонкий (0,05–0,1 микрона) слой алюминия. 

8. Защитное  покрытие. Для защиты алюминиевой  пленки от окисления, на металлизированный  диск с помощью центрифуги  наносится тонкий (6–7 микрон) слой  акрилового лака, затвердевающего  под действием ультрафиолетовых лучей. 

9. Конечный  продукт. В завершение на поверхность  диска методом трафаретной печати  наносится текст этикетки или  какое-либо изображение, также  высыхающее под действием ультрафиолетовых  лучей.  

Процесс изготовления дисков данных CD-ROM и музыкальных компакт-дисков практически одинаков.

4.3 Впадины и площадки

 
Считывание  информации представляет собой процесс  регистрации колебаний луча маломощного  лазера, отраженного от металлической  поверхности диска. Лазер посылает сфокусированный луч света на нижнюю часть диска, а светочувствительный фоторецептор улавливает отраженный луч. Луч лазера, попавший на площадку (плоскую поверхность дорожки), всегда отражается обратно; в свою очередь, луч, попавший во впадину на дорожке, обратно не отражается. 

Диск  вращается над лазером и рецептором (приемником), поэтому лазер непрерывно излучает свет, а рецептор воспринимает то, что в сущности является набором  световых вспышек, повторяющих рисунок  впадин и площадок, по которым проходит лазерный луч. Всякий раз, когда луч лазера пересекает границы впадины, изменяется состояние отраженного сигнала. Каждое такое изменение, вызванного пересечением границы впадины, преобразуется в бит со значением 1. Микропроцессоры накопителя пересчитывают переходы светлый/темный и темный/светлый (т.е. границы впадины) в единицы (1); область, не содержащая переходов, представляется нулем (0). Полученный набор двоичных разрядов затем преобразуется в данные или звук. 

Глубина отдельных впадин, образующих дорожку  компакт-диска, равна 0,125 микрона, а их ширина — 0,6 микрона (1 микрон равен миллионной части метра). Минимальная длина впадин или площадок составляет 0,9 микрона, максимальная — 3,3 микрона.
 
Считывающий лазер, используемый в дисководе CD, представляет собой маломощный лазер с длиной волны 780 нм (нанометров) и мощностью около 1 мВт (милливатт). Поликарбонатная пластмасса, используемая при изготовлении компакт-дисков, имеет коэффициент преломления 1,55. Таким образом, свет проходит через пластмассу диска в 1,55 раза медленнее, чем через окружающую среду. Так как частота света остается постоянной, это приводит к сокращению длины волны в пределах диска с тем же коэффициентом. Следовательно, длина волны, равная 780 нм, уменьшается до 500 нм (780/1,55 = 500 нм). Одна четвертая часть от 500 нм составляет 125 нм, или 0,125 микрона, что и является высотой впадины.
  

Емкость компакт-диска
 
Максимальный  объем данных, содержащихся на стандартном  компакт-диске, считывается в течение 74 минут, причем за каждую секунду обрабатывается 75 блоков по 2 048 байт в каждом. Это позволяет вычислить абсолютную максимальную емкость диска CD-ROM, которая составляет 681 984 000 байт — 682 Мбайт (мегабайт), или 650 MiB (mebibyte).  

 

4.4 Технология DVD

 
 
Технология  цифровых универсальных дисков (DVD) очень похожа на технологию компакт-дисков. В обеих технологиях используются штампованные поликарбонатные диски одного и того же размера (наружный диаметр 120 мм, диаметр центрального отверстия 15 мм, толщина 1,2 мм) со спиральными дорожками, состоящими из впадин и площадок. Диски DVD, в отличие от обычных компакт-дисков, могут иметь два слоя записи на каждой стороне и быть одно- или двухсторонними. Каждый слой диска штампуется отдельно, после чего они объединяются, образуя в итоге диск толщиной 1,2 мм. Технологический процесс изготовления дисков практически не отличается, за исключением того, что слои и стороны дисков DVD штампуются из отдельных поликарбонатных заготовок, которые затем соединяются друг с другом, формируя законченный диск. Основным отличием стандартных компакт-дисков и дисков DVD является более высокая плотность записи данных, которые считываются лазером с более короткой длиной волны.  

По аналогии с компакт-дисками каждый слой DVD содержит одну физическую дорожку, которая  начинается на внутренней части диска и доходит по спирали к внешней части. Цифровой универсальный диск, если смотреть на него со стороны считывания (снизу), вращается против часовой стрелки. Спиральные дорожки, как и на компакт-дисках, образованы впадинами (штрихами) и площадками (плоскими участками). Каждый записанный слой покрывается тонкой металлической пленкой, отражающей лазерный луч. Благодаря тому, что внешний слой имеет более тонкое покрытие, луч проходит через него и считывает данные, которые записаны на внутреннем слое. Этикетка обычно располагается на верхней части одностороннего диска; на двухстороннем диске для этого отводится узкая кольцевая поверхность в центральной части. 

Считывание  информации представляет собой процесс  регистрации колебаний луча маломощного  лазера, отраженного от металлического слоя диска. Лазер посылает сфокусированный луч света на нижнюю часть диска, а светочувствительный рецептор улавливает уже отраженный луч. Луч лазера, попавший на площадку (плоскую поверхность дорожки), отражается обратно; луч, попавший во впадину на дорожке, обратно не отражается. 

Диск  вращается над лазером и рецептором (приемником), поэтому лазер непрерывно излучает свет, а рецептор воспринимает то, что в сущности является набором  световых вспышек, повторяющих рисунок  впадин и площадок, по которым проходит лазерный луч. Всякий раз, когда луч лазера пересекает границы впадины, изменяется состояние отраженного сигнала. Каждое изменение отраженного сигнала, вызванного пересечением границы впадины, преобразуется в бит со значением 1. Микропроцессоры накопителя пересчитывают переходы светлый/темный и темный/светлый (т.е. границы впадины) в единицы (1); область, не содержащая переходов, представляется нулем (0). Полученный набор двоичных разрядов затем преобразуется в данные или звук. 

Глубина отдельных впадин, образующих дорожку  компакт-диска, равна 0,105 микрона, а  ширина — 0,4 микрона. Минимальная длина  впадин или площадок составляет примерно 0,4 микрона, максимальная — 1,9 микрона (на однослойных дисках).
В накопителе DVD используется лазер с меньшей длиной волны, что позволяет считывать более короткие штрихи. Для удвоения размера в накопителе DVD можно использовать две стороны диска и, кроме того, записывать данные на два отдельных слоя каждой из сторон.
 

4.5 Емкость дисков DVD (слои и стороны)

 
В настоящее  время существует четыре основных типа дисков DVD, которые классифицируются по количеству сторон (одно- или двухсторонние) и слоев (одно- и двухслойные). 

·        DVD-5 — односторонний однослойный  диск емкостью 4,7 Гбайт. Состоит из двух соединенных друг с другом подложек. Одна из них содержит записанный слой, который называется нулевым слоем, вторая совершенно пуста. На однослойных дисках обычно используется алюминиевое покрытие. 

·        DVD-9 — односторонний двухслойный диск емкостью 8,5 Гбайт. Состоит из двух штампованных подложек, соединенных таким образом, что оба записанных слоя находятся с одной стороны диска; с другой стороны располагается пустая подложка. Внешний (нулевой) штампованный слой покрыт полупрозрачной золотой пленкой, которая отражает лазерный луч, сфокусированный на данном слое, и пропускает луч, который сфокусирован на нижнем слое. Для считывания обоих слоев используется один лазер с изменяемой фокусировкой. 

·        DVD-10 — двухсторонний однослойный диск емкостью 9,4 Гбайт. Состоит из двух штампованных подложек, соединенных друг с другом тыльными сторонами. Записанный слой (нулевой слой на каждой стороне) обычно имеет алюминиевое покрытие. Обратите внимание, что диски этого типа являются двухсторонними; считывающий лазер находится в нижней части накопителя, поэтому для чтения второй стороны диск необходимо извлечь и перевернуть. 

·        DVD-18 — двухсторонний двухслойный  диск емкостью 17,1 Гбайт. Объединяет в  себе два слоя записи на каждой стороне. Стороны диска, каждая из которых формируется двумя штампованными слоями, соединяются вместе тыльными частями друг к другу. Внешние слои (слой 0 на каждой стороне диска) покрыты полупрозрачной золотой пленкой, внутренние слои (слой 1 на каждой стороне) имеют алюминиевое покрытие. Отражательная способность однослойного диска составляет 45–85%, двухслойного — 18–30%. Различные отражающие свойства компенсируются схемой автоматической регулировки усиления (АРУ). 

4.6 Файловые системы

 
Для хранения данных на оптическом диске требуется организация файловой системы, которая не может просто повторять дисковую файловую систему. В настоящее время для CD, используемых в PC, распространены почти эквивалентные файловые системы HSF (High Sierra Format) и ISO 9660- первый стандарт (1988 г.) для хранения данных на CD-ROM. 

Данные  тома CD-ROM начинаются с логического  сектора 16 первого трека сессии, в котором находится набор  дескрипторов тома. Набор должен начинаться с первичного дескриптора тома PVD (Primary Volume Descriptor). 

За ним  может следовать произвольное число  дополнительных дескрипторов SVD (Supplementary Volume Descriptor), и завершается эта  последовательность дескрипторов терминатором. 

Область логических секторов 0-15 объявлена системной (ее использование стандартом не предусматривается). В секторе 17 размещается загрузочная запись. Структуры записей включают две формы представления многобайтных чисел - одну для платформ Intel (порядок байтов младший-старший), другую для платформ Motorola (порядок - старший-младший). 

Структуру тома описывает таблица содержимого (ТОС или VTOC - не путать с таблицей ТОС компакт-диска физического  уровня в Q-субканале во вводной зоне), которая хранится в его логических секторах (на треке тома). В ТОС  описаны все файлы, присутствующие на диске, - имя, дата создания, атрибуты, положение всех экстентов файла (экстент - фрагмент файла, записанный в непрерывной цепочке блоков). 

Файлы на диске располагаются в каталогах, образующих древовидную структуру, и каждый каталог содержит список входящих в него файлов, их атрибуты и указатели на секторы, в которых располагается начало файлов или их экстентов. Для ускорения поиска файлов на диске кроме каталогов имеется дополнительная таблица путей (path table), содержащая список путей (в символьном формате) ко всем подкаталогам диска и адреса их начальных секторов. 

Стандарт  имеет три вложенных уровня совместимости. Самые жесткие ограничения имеет  первый уровень (Level 1): файловая система  в стиле MS DOS, имена файлов по схеме "8.3", глубина вложенности каталогов до 8. 

Второй  уровень (Level 2) позволяет использовать длинные имена файлов с более  богатым набором допустимых символов, допустима глубина вложения каталогов  до 32. Этот формат воспринимается не всеми  операционными системами (и частности, его не поддерживает MS DOS). 

Третий  уровень (Level 3) допускает даже фрагментацию и чередование файлов. Это означает, что файл может размещаться во множестве экстентов и экстенты разных файлов могут чередоваться. 

Rock Ridge - расширение стандарта ISO 9660 для ОС UNIX, обеспечивающее работу с длинными именами файлов и символьными связями. 

Joliet - расширение  файловой системы ISO 9660 от Microsoft для  Windows, снимающее ограничения на  имена файлов. Позволяет использовать  любые символы в именах, преодолеть  ограничение на длину имени "8.3", увеличить возможную глубину вложенности каталогов и снять ограничения на имена каталогов. Допускает длину имен файлов и каталогов до 64 символов (длинные имена Windows могут иметь длину до 255 символов)-Символы имен кодируются двумя байтами (Unicode), что обеспечивает возможность использования различных языков. Расширение строится на 

возможности организации множества дескрипторов одного и того же тома, заложенной в ISO 9660. Файлы на диске размещаются  так же, как и в ISO 9660, и первичный дескриптор тома так же указывает на структуры формата ISO, с таблицей путей, доступной MS DOS. Но добавляется еще и дополнительный дескриптор тома (SVD), который указывает на альтернативную таблицу путей, содержащую расширенные имена Windows. Обе таблицы путей описывают один и тот же набор файлов. 

Romeo - расширение  файловой системы для поддержки  длинных имен (до 128 символов) Windows 95 и NT. Если имена не длиннее  31 символа, диск может читаться  и на Мае. К Joliet отношения  не имеет. 

Файловая система UDF (Universal Data Format) с пакетами переменной длины ориентирована на возможность модификации уже записанных данных (для дисков CD-RW). Здесь файлы хранятся рядом со своими описаниями, допустимая длина имен до 127 символов. Каждый пакет представляет отдельный файл (или его экстент), в начале пакета имеется описание файла (имя, дата, атрибуты, длина файла и данного экстента). 

Никаких общих таблиц размещения файлов и  экстетов для UDF не требуется - последовательное чтение пакетов позволяет собрать все файлы диска. Конечно, для быстрого поиска нужного файла в памяти компьютера строится виртуальная таблица размещения файлов. Диск (сессия) с пакетами переменной длины может быть закрытым и с дескрипторами тома файловой системы ISO 9660 (Level 3, поскольку требуется поддержка фрагментации), тогда он будет читаться традиционными средствами. Иначе для его чтения требуется специальный драйвер UDF. Организация диска в виде пакетов переменной длины очень эффективно использует дисковое пространство. 

Международные стандарты ISO/IEC 13346, ISO/ГЕС 13490 и европейские ЕСМА (European Computer Manufacturers Association) -ECMA-167 и ECMA-168 (1994 г.) призваны заменить ISO-9660. Здесь снимаются некоторые ограничения, свойственные прежним стандартам. 

ЕСМА-168 описывает структуру файлов и томов на дисках CD-ROM и CD-RW. Спецификация предусматривает любой метод записи - сплошной (сессия или диск за один заход), потрековый и пакетный. Диск ЕСМА-168 более удобен для хранения данных, чем ISO 9660. Стандарт вобрал возможности Rock Ridqe: длинные имена, глубокую вложенность каталогов, а также расширенный набор символов в именах. 

 

5 Флэш-память

 
С появлением флэш-памяти производители электроники получили возможность без особых проблем  и затрат оснастить свои устройства новым типом накопителей. Налицо были выгоды – низкое энергопотребление, высокая надежность (из-за отсутствия движущихся деталей) и устойчивость к внешним воздействиям и нагрузкам.  

USB Flash Drive - портативное  устройство для хранения и  переноса данных с одного компьютера на другой. Компактный, легкий, удобный и удивительно простой в эксплуатации. Для его работы не нужны ни соединительные кабели, ни источники питания (включая батарейки), ни дополнительное программное обеспечение. Особенности USB Flash Drive: высокая скорость обмена данными по USB, защита от записи переключателем на корпусе , защита данных паролем, не требуются драйверы и внешнее питание, может быть отформатирован как загрузочный диск , хранение данных до 10 лет.  

В данный момент выпускается широкий ассортимент USB флеш-носителей, разных форм и цветов. На рынке присутствуют флешки с автоматическим шифрованием записываемых на них данных. Японская компания Solid Alliance даже выпускает флешки в виде еды.

5.1 История

 
Флеш-память была изобретена Фудзи Масуока (Fujio Masuoka), когда он работал в Toshiba в 1984 году. Имя «флеш» было придумано также в Toshiba коллегой Фудзи, Сёдзи Ариизуми (Shoji Ariizumi), потому что процесс стирания содержимого памяти ему напомнил фотовспышку (англ. flash). Масуока представил свою разработку на IEEE 1984 International Electron Devices Meeting (IEDM), проходившей в Сан-Франциско, Калифорния. Intel увидела большой потенциал в изобретении и в 1988 году выпустила первый коммерческий флеш-чип NOR-типа. 

NAND-тип флеш-памяти был анонсирован Toshiba в 1989 году на International Solid-State Circuits Conference. У него была больше скорость записи и меньше площадь чипа. 

В 1994 году корпорация SanDisk представила первую ревизию спецификаций CompactFlash. Теоретический  предел емкости накопителей на базе CompactFlash – 137 Гбайт. На данный момент на рынке доступны модели емкостью от 16 Мбайт (которые потихоньку становятся архаизмами) до 12 Гбайт. Но самые распространенные – на 1 и 2 Гбайта. CompactFash – самый популярный формат на цифровых фотокамерах профессионального уровня. В 2000 году компаниями SanDisk, Matsushita Electric и Toshiba был создан союз , названный SecureDigital Card Association  До 2003-2004 года на рынке карт памяти существовал ярко выраженный лидер CompactFlash. Этому способствовали несколько обстоятельств: емкость CF достигла 4 Гбайт, в то время как SD остановились на отметке 1 Гбайт; скорость работы CF значительно превышала возможности конкурента; целый легион компаний производил всевозможные контроллеры в формате CF. Однако с 2004 года стало заметно, что SecureDigital очень сильно укрепил позиции и догоняет более «старого» конкурента. Если раньше CF был де-факто единственный открытый стандарт, пригодный для использования в мобильных устройствах, то теперь производители новой портативной техники стали массово переходить на SD из-за их меньшего размера.  

На конец 2008 года, лидерами по производству флеш-памяти являются Samsung (31% рынка) и Toshiba (19% рынка, включая совместные заводы с Sandisk). (Данные согласно iSupply на Q4'2008). Стандартизацией  чипов флеш-памяти типа NAND занимается Open NAND Flash Interface Working Group (ONFI). Текущим стандартом считается спецификация ONFI версии 1.0, выпущенная 28 декабря 2006 года. Группа ONFI поддерживается конкурентами Samsung и Toshiba в производстве NAND чипов: Intel,
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.