1.1 Виды и характеристики внешних запоминающих устройств
1.1.1 Накопители на гибких дисках
Одни из старейших периферийных устройств ПК - накопители на гибких дисках (Floppy Disk Drive), так называемые флоппи-диски. Носителем информации служат дискеты диаметрами 3,5”, 5,25”и 8”. В наши дни дискеты 5,25” используются крайне редко, 8” не используются совсем. Для всех форматов конструкция дискет одинакова. На пластмассовый диск, расположенный в пластиковом футляре наносится магнитный слой для записи информации.
Существует понятие “плотность записи”. От нее зависит объем записываемой информации. Существуют стандарты SS/SD, DS/DD, DS/HD для 5/25” объем записываемой информации от 180 Кб до 1.2 Мб. DD, HD и ED для 3,5” дискет, объем записываемой информации от 720 Кб до 2,88 Мб.
Чаще всего встречаются дискеты 3,5” HD. Как носители информации дискеты почти изжили себя. Малый объем, небольшая скорость чтения/записи, ненадежность делают их применение невыгодным. Однако, они обладают большой мобильностью[2, C. 30-45].
1.1.2 Накопители на жестких дисках
Следующий тип носителей – так называемые “винчестеры” или накопители на жестких дисках (Hard Disk Drive). По сравнению с дискетами они имеют некоторые преимущества: объем записываемой информации многократно превосходит возможности гибких дисков, скорость чтения/записи также намного больше, надежность гораздо более высока. “Винчестеры” выполняются как в виде внутренних и внешних (переносных) устройств. Физические размеры дисков определяются так называемым форм-фактором. HDD с форм-фактором 3,5” имеют стандартные размеры корпуса 41.6х101х146 мм. Также они имеют несколько стандартных значений высоты 2,6”, 1”,3/4”, 0,5”. Чаще всего в компьютерах используются винчестеры 3,5”, 1” в высоту, так называемые Slimline. Винчестеры бывают нескольких типов: MFM, RLL, ESDI, IDE и SCSI. Диски типов MFM, RLL и ESDI уже не устанавливаются в современные машины. Их использовали на ПК типа ХТ и 286АТ [1, C. 50-53].
Одними из первых винчестеров, достигшими емкости 100 Мб были диски типа ESDI. Они использовались на сетевых серверах и высокоскоростных устройствах.
Сегодня используются винчестеры типа IDE (Integrated Drive Electronics). Их главное отличие от предыдущих типов заключается в том, что управляющая электроника расположена не в контроллере, а на винчестере. Данное преимущество проявляется при приеме и передаче информации, так как в таких устройствах оптимально согласованы прием и передача сигналов. IDE HDD обрабатывают данные совместно с шиной ввода/вывода, поэтому частота тактового сигнала шины должна соответствовать быстродействию HDD.
Винчестеры типа SCSI имеют самую высокую скорость обмена данными. Хотя их основные характеристики сопоставимы с IDE-винчестерами, они различаются тем, что SCSI-винчестеры могут хранить большие объемы информации за счет высокой скорости обмена данными, в то время как объем IDE-винчестеров ограничен их производительностью.
Основной характеристикой винчестера является его емкость. Сегодня объем данных, которые можно записать должен быть не менее 4-5 Гб. Однако требования постоянно растут, поэтому жесткий диск приходится менять раз в 1-2 года. Частота смены зависит от то того насколько интенсивно и с какими целями используется компьютер.
Следующая важная характеристика - время доступа необходимое HDD для поиска информации на диске. Сегодня среднее время доступа для лучших IDE и SCSI дисков - это значение меньше 10 мс.
Среднее время поиска – время в течение, которого магнитные головки перемещаются от одного цилиндра к другому. Эта характеристика зависит, в основном, от механизма привода головок, а не от интерфейса диска.
Скорость передачи данных, зависит от числа байт в секторе, количестве секторов на дорожке и от скорости вращения дисков (3000-3600 об./мин). У самых современных HDD скорость достигает 7200 об/мин.
Гарантированное производителями время безотказной работы обычно составляет 20000-500000 часов. Однако, наработка винчестера за год составит 8760 часов, что делает этот параметр не столь важным, так как винчестер устареет раньше чем испортится.
На скорость работы винчестера существенно влияет кэш-память – ячейки памяти, размещенные на контроллере винчестера. Она работает по принципу кэш памяти 2-го уровня. Типичная величина может варьироваться от 64 Кб до 1024 Кб.
Съемные/внешние/переносные жесткие диски по своим характеристикам не отличаются от обычных. Альтернативой являются накопители со сменными дисками, в отличии от съемных винчестеров подвижным является лишь непосредственно носитель информации, функционально напоминают накопители на жестких дисках, но существенно превосходят их по характеристикам. Объем записываемой информации варьируется от 100 Мб, до 1 Гб, среднее время доступа 10-30 мс, средняя скорость обмена 4-6 Мб/сек. Производственных стандартов на данный вид ВЗУ не существует, однако наиболее распространены накопители серии Zip и Jaz фирмы iOmega [2, C. 85-90].
1.1.3 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 [3, C. 100-115].
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. 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 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 [2, C. 50-53].
1.1.4 Приводы CD-ROM
Ранее использовавшиеся для аудиоаппаратуры компакт-диски были модифицированы для применения в РС и теперь стали неотъемлемой частью современных компьютеров. CD являются отличным носителем информации. Они более компактны, удобны и дешевы чем винчестер, однако, не могут использоваться как HDD, так как стоимость записи и ее скорость намного выше. Привод выполняется как внутренне устройство, и имеет размер дисковода 5,25”. Может, управляются через IDE-, SCSI-интерфейс или звуковую карту. Диск изготавливается из поликарбоната, с одной стороны его покрывают отражающим слоем (из алюминия или золота). Запись осуществляется путем выжигания чередований углублений в металлическом слое лазерным лучом.
Основная характеристика - скорость передачи данных. Единицей считывания является скорость считывания с магнитной ленты. У созданных позже устройств скорость считывания кратна ей и варьируется от 150 Кб/сек до 6-7 Мб/сек. Качество считывания характеризует коэффициент ошибок. Качество является оценкой вероятности искажения информационного бита при его считывании. Этот параметр отражает способность устройства корректировать ошибки чтения/записи.
Среднее время доступа – время, требующееся приводу для поиска необходимых данных на носителе, варьируется от 400 до 80 мс. Буферная память позволяет передавать данные с постоянной скоростью. Существует три типа буферов: динамический, статический и с опережающим чтением. Средняя наработка на отказ составляет 50-125 тысяч часов, что намного опережает сроки морального устаревания устройства.
Существуют также накопители CD-RW, позволяющие производить запись на компакт-диск. При этом диск покрыт слоем термочувствительной краски, с такими же отражающими свойствами, как и у алюминиевого покрытия. Этот привод считается последним достижением в области разработок записываемых компакт дисков.
DVD (Digital Video Disk) – диски, которые сменят CD-ROM, первоначально разрабатывались для домашнего видео. Отличаются тем, что могут хранить объем данных многократно превышающий возможности компакт дисков (от 4,7 до 17 Гб.). При этом уровень качества звука и изображения хранимого на DVD приближается к студийному качеству.
В DVD лазерный луч уже, что позволяет снизить толщину защитного слоя диска в 2 раза. Это привело к появлению двухслойных дисков [2, C. 60-65].
1.1.5 Магнитооптические накопители
Магнитооптические накопители (Magneto-Optical) являются накопителем информации, в основе которого лежит магнитный носитель с оптическим управлением. Сплав, которым покрыта поверхность такого магнитооптического диска, меняет свои свойства, как под воздействием тепла, так и под воздействием магнитного поля. Если происходит нагревание диска сверх некоторой температуры, то становится возможным изменение магнитной поляризации с помощью небольшого магнитного поля. На этом свойстве основываются технологии чтения записи магнитооптических дисков. Такие диски могут быть односторонними 3,5” емкости 128, 230, и 640 Мб. Двухсторонними 5,25” емкостью 600 Мб. – 2,6 Гб. 2,5” диски Mini Disk Data фирмы Sony, созданы специально для аудиоустройств и имеют емкость 140 Мб. 12” диски для однократной записи емкостью 3,5 – 7 Гб получили большое распространение при построении оптических библиотек [2, C. 130-140].
1.1.6 Накопители на магнитной ленте (стримеры)
В стримерах в качестве носителя информации используется магнитная лента. Они могут быть выполнены как в виде внешнего, так и в виде внутреннего устройства. Стримеры в основном используются для архивации и создания резервных копий больших объемов данных на компактном носителе. Их недостатки: малая скорость передачи данных. Она значительно ниже, чем у винчестеров и сменных жестких дисков. Именно поэтому стримеры рекомендуются только для резервного копирования больших объемов информации. Существуют стандарты: QIC, TRAVAN, DDS, DAT и DLT. У стандарта QIC (Quarter Inch Cartridge) низкое быстродействие, так как подключается к интерфейсу накопителей на гибких дисках. Существуют кассеты объемом от 40 Мб до 13 Гб. TRAVAN разработан на основе QIC. Он использует контроллер накопителя на магнитных дисках или SCSI-2, в зависимости от объема кассеты. DSS (Digital Data Storage) и DAT (Digital Audio Tape) стандарты разработаны фирмой Sony для цифровой аудио и видеозаписи. Самый современный стандарт DLT (появился в середине 90-х годов. Накопители, созданные на основе этой технологии, хранят от 20 до 40 Гб данных. Общая емкость ленточных библиотек построенных на основе кассет DLT может достигать 5 Гб. Дорогим и редким ВЗУ является массовая память - набор микросхем памяти большого объема поставляемых на одной плате, эмулирующих работу жесткого диска [2, C. 115-117].
1.1.7 Новейшие запоминающие устройства
В своё время 650 мегабайт, помещавшиеся на оптическом диске, казались не таким уж и малым объёмом. Но информации становится всё больше, и зачастую оказывается, что хранить её просто негде. Выходом из сложившейся ситуации могут стать новые технологии, в частности — голографическая запись. Почему именно она? Дело в том, что на появившиеся в стандарты Blu-Ray, Blue-Laser и HD-DVD ("идейно" они очень похожи на обычный DVD) надежды мало. Пока закончатся ожесточённые "войны стандартов", 20 или 50 гигабайт, которые возможно записать на подобные носители, покажутся нам не слишком большими числами. А вот голографическая запись, анонсированная ещё в 2001 году компанией InPhase Technologies, позволяет записать на диск стандартного размера до 1,6 терабайта данных [4]. Суть ноу-хау достаточно проста. Для записи луч лазера разделяется на опорный и сигнальный потоки, последний обрабатывается с помощью пространственного светового модулятора (Spatial Light Modulator — SLM). Это устройство преобразует предназначенные для хранения данные, состоящие из последовательностей 0 и 1, в "шахматное поле" светлых и тёмных точек — каждое такое поле содержит около миллиона бит информации.
После пересечения опорного луча и проекции "шахматной доски" образуется голограмма, и на носитель производится запись интерференционной картины. Изменяя угол наклона опорного луча, а также длину его волны или положение носителя, на одну и ту же площадь можно записать несколько различных голограмм одновременно — этот процесс называется мультиплексированием. Для чтения данных достаточно осветить диск соответствующим опорным лучом и "прочитать" получившийся срез голограммы, фактически – ту самую "шахматную доску" — с помощью сенсора. Так и восстанавливаются исходные биты информации. Кроме объёмов хранения, в технологии впечатляют и остальные характеристики. Так, например, заявленная скорость передачи данных составляет 960 мегабит в секунду