Устройства хранения информации (внешняя память) – компоненты компьютера, позволяющие практически неограниченное время сохранять большие объемы информации без потребления электроэнергии (энергонезависимые).
Следующий этап в развитии устройств хранения информации для ПК – винчестеры (или жесткие диски – Hard Disk Drive, HDD), которые в настоящее время являются обязательным компонентом каждого настольного персонального компьютера.
Первый винчестер с обозначением 30/30 был создан корпорацией IBM в 1973 г. и позволял на двухстороннем алюминиевом диске сохранять 30 + 30 Мбайт данных. Современные винчестеры имеют емкость 500 Гбайт и более. Винчестер представляет собой плоскую, герметически закрытую металлическую коробку, внутри которой на общей оси находятся несколько жестких алюминиевых или стеклянных пластинок круглой формы (см. рисунок 2.15). Выпускаются винчестеры в основном двух размеров дисков (форм-фактор) – 3.5 и 2.5 (последние преимущественно для использования в ноутбуках). Поверхность каждого диска покрыта тонким ферромагнитным слоем (веществом, способным длительное время сохранять состояние намагниченности). Для чтения и записи данных в винчестерах используются плавающие на воздушной подушке магнитные головки. Зазор между магнитным слоем и головкой составляет десятые доли микрон. Для перемещения головок используется электромагнит, а для отслеживания местоположения применяется автоматическая система регулирования, которая по магнитным меткам на поверхности опорного диска позиционирует головки в нужном месте.
Пакет дисков вращается непрерывно с большой скоростью (7200 – 15000 об/мин). Запись данных осуществляется следующим образом. При изменении силы тока, проходящего через записывающую головку, происходит изменение напряженности магнитного поля в щели между поверхностью и головкой, что приводит к изменению напряженности магнитного поля на небольшом участке ферромагнитного покрытия диска. Намагниченные участки и не намагниченные соответствуют двоичным кодам 1 и 0. Для чтения данных используется магниторезистивный принцип, когда сопротивление полупроводниковой пленки, из которой сделана головка чтения, меняется в зависимости от напряженности магнитного поля на поверхности ферромагнитного диска. Электрический сигнал с головки усиливается и передается на обработку в контроллер жесткого диска, расположенный в чипсете.
Вся электроника, предназначенная для управления двигателем привода дисков и электромагнитом головок, а также для чтения и записи данных, располагается на небольшой печатной плате, укрепленной снаружи корпуса.
Винчестер может иметь до десяти дисков.
До форматирования жесткий диск можно разбить на логические диски (раздел винчестера или том). Это удобно, поскольку наличие нескольких логических дисков упрощает структуризацию данных, хранящихся на жестком диске.
Существует огромное количество разных моделей жестких дисков многих фирм, таких как Seagate, Maxtor, Western Digital, Quantum, Fujitsu, Hitachi, Samsung, Toshiba и пр. Для обеспечения совместимости винчестеров, разработаны стандарты на их характеристики, определяющие номенклатуру соединительных проводников, их размещение в переходных разъемах, электрические параметры сигналов.
Самый распространенный до недавнего времени тип винчестера по интерфейсу подключения был IDE (Integrated Drive Electronics). В настоящее время новые чипсеты поддерживают новую спецификацию подключения HDD – последовательный интерфейс SerialATA и SerialATA II.
Несмотря на внешнюю простоту и наличие всего двух разъемов – информационного и питания, винчестеры являются очень сложными устройствами, которые требуют бережного и правильного обращения – следует избегать тряски и резкого перемещения работающего винчестера, это может привести к разрушению внутренних механических узлов и повреждению магнитных головок и поверхности дисков.
Современные стандарты и устройства для хранения информации на лазерных дисках. Особенности записи информации на оптические диски.
Дисковод CD-ROM
В 1995 году в базовой конфигурации ПК появился первый привод оптических дисков – CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory, постоянное запоминающее устройство компакт-дисков). Устройство использовало многослойные компакт-диски диаметром 120 мм и толщиной 1,2 мм, емкость диска 650 – 700 Мбайт.
Дисковод CD-ROM содержит:
– электродвигатель, который вращает диск;
– оптическую систему, состоящую из лазерного излучателя, оптических линз и датчиков и предназначенную для считывания информации с поверхности диска;
– микропроцессор, который руководит механикой привода, оптической системой и декодирует прочитанную информацию в двоичный код.
Основные характеристики CD-ROM:
– скорость передачи данных – измеряется в кратных долях скорости проигрывателя аудио компакт-дисков (150 Кбайт/сек) и характеризует максимальную скорость с которой накопитель пересылает данные в оперативную память компьютера, например, 2-скоростной CD-ROM (2x CD-ROM) будет считывать данные с скоростью 300 Кбайт/сек., 50-скоростной (50x) - 7500 Кбайт/сек.;
– время доступа – время, нужное для поиска информации на диске, измеряется в миллисекундах. Дисковод CD-RW
Устройство используется для записи информации на диски CD-R (однократная запись) и CD-RW (CD-ReWritable – перезаписываемый диск).
Диск CD-RW (CD-ReWritable) используется для многоразовой записи данных, причем можно как просто дописать новую информацию на свободное пространство, так и полностью перезаписать диск новой информацией (после предварительной очистки всего диска). Скорость записи современных накопителей CD-RW составляет 2х-24х.
Дисководы DVD-ROM и DVD±RW
Емкость диска DVD первого поколения составила 4,7 Гб, и он получил официальное наименование DVD-5, стандарт DVD-9 предусматривает использование двухслойных дисков. Диск стандарта DVD-9 способен хранить до 8,54 Гб данных. Дальнейшим развитием стандартов DVD-5 и DVD-9 стали стандарты на двухсторонние диски DVD-10 (9,4 Гб) и DVD-18 (17,08 Гб).
Позже стандарт DVD-дисков был дополнен спецификацией на записываемые и перезаписываемые диски DVD-R и DVD-RW.
Существуют также диски DVD-RAM, которые представляет собой одно- или двусторонний диск, помещенный в пластиковый картридж. Для работы с ними необходим специальный дисковод.
В 1999году был также разработан формат дисков DVD+RW. Разницы в формате представления информации на DVD+RW нет. Особенность формата – более высокая точность позиционирования лазерного луча позволяет осуществлять коррекцию данных «на лету», в реальном времени переписывая отдельные сбойные сектора диска, т.е. в DVD+RW реализован более совершенный алгоритм коррекции ошибок. В дисках DVD+R применяется специальный отражающий слой с повышенной отражающей способностью. Дисководы Blu-Ray и HD
В 2002 году представители девяти лидирующих высокотехнологических компаний Sony, Matsushita (Panasonic), Samsung, LG, Philips, Thomson, Hitachi, Sharp и Pioneer на совместной пресс-конференции объявили о создании и продвижении нового формата оптических дисков большой емкости под названием Blu-Ray Disс. Согласно объявленной спецификации Blu-Ray Disс (или BD-R и BD-RE) – перезаписываемый диск следующего поколения со стандартным CD/DVD размером 12 см с максимальной емкостью записи на один слой и одну сторону до 27 Гб.