Внешняя память ПК

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа

Внешняя память ПК

Введение

Внешняя память предназначена для долговременного хранения программ и данных. Устройства внешней памяти (накопители) являются энергонезависимыми, выключение питания не приводит к потере данных. Они могут быть встроены в системный блок или выполнены в виде самостоятельных блоков, связанных с системным через его порты. Одной из определяющих характеристикой внешней памяти является ее объем. Объем внешней памяти можно увеличивать, добавляя новые накопители. Не менее важными характеристиками внешней памяти являются время доступа к информации и скорость обмена информацией.

Эти параметры зависят от устройства считывания информации и организации типа доступа к ней. Актуальность темы исследования обоснована эволюционным переходом к информационному обществу.

Целью исследования является внешняя память ПК.

1. Накопители на магнитных дисках

В НМД предусмотрена аналогичная НМЛ возможность последовательного доступа к информации. Накопитель на магнитных дисках сочетает в себе несколько устройств последовательного доступа, причем сокращение времени поиска данных обеспечивается за счет независимости доступа к записи от ее расположения относительно других записей.

Конструкция НМД сложнее, чем у НМЛ, а следовательно, выше их стоимость. В НМД в качестве носителей данных используется пакет магнитных дисков (или плоттеров), закрепленных на одном стержне, вокруг которого они вращаются с постоянной скоростью. Поверхность магнитного диска, покрытая ферромагнитным слоем, называется рабочей.

Первые подобные устройства были оборудованы сменными пакетами МД. Вставленные в кожух с герметически закрывающимся поддоном, они образовывали компактные единицы хранения, именуемые томами. Наиболее распространенными емкостями томов были 7.25, 29.100 Мбайт. Оператор ставил пакет на шпиндель устройства, снимал кожух (при этом пакет автоматически фиксировался на шпинделе) и включал двигатели раскрутки пакета. После достижения определенной скорости вращения осуществляется ввод в пространство между дисками пакета блока магнитных головок («гребенки»).

Принцип размещения головок - плавающий, поскольку они удерживаются на необходимом расстоянии от поверхности диска расходящимися потоками воздуха, возникающими при вращении пакета. В дальнейшем в основном применялись или полноконтактные головки (гибкие диски), или механически фиксируемые в вакууме на определенном расстоянии от поверхности («винчестер»). Попытки использовать жидкие среды (различные масла) для обеспечения необходимого размещения головок успеха не имели.

Количество магнитных головок равно числу рабочих поверхностей на одном пакете дисков. Если пакет состоит из 11 дисков, то механизм доступа состоит из 10 держателей с двумя магнитными головками на каждом из них. Совокупность дорожек, к которым имеется доступ при фиксированном положении блока, называется цилиндром. Держатели магнитных головок объединены в единый блок таким образом, чтобы обеспечить их синхронное перемещение вдоль всех цилиндров. Фиксируя блок механизма доступа на каком-либо из цилиндров, можно сделать переход с одной дорожки на другую данного цилиндра путем электронного переключения головок.

Любая операция чтения (записи) информации с (на) магнитного диска состоит из трех этапов. На первом этапе происходит механический подвод магнитной головки к дорожке, содержащей требуемые данные. На втором этапе обеспечивается ожидание момента, пока требуемая запись не окажется в зоне магнитной головки. На третьем этапе осуществляется собственно процесс обмена информацией между вычислительной машиной и магнитным диском. Таким образом, общее время, затрачиваемое на операцию записи-считывания, состоит из суммы времен поиска соответствующей дорожки, ожидания подвода записи (так называемое время ротационного запаздывания) и обмена с ЭВМ. Максимальное значение времени ротационного запаздывания равно времени, за которое совершается полный оборот магнитного диска.

Существует несколько способов физического сохранения данных на жестком диске. Обычные жесткие диски используют «вертикальное» отображение. Данные записываются сначала на одном цилиндре сверху вниз, затем головки переходят на другой цилиндр и так далее. При «горизонтальном» отображении сначала данные записываются последовательно от цилиндра к цилиндру на поверхности одного диска, затем также на поверхности следующего платтера и так далее. Такой способ лучше подходит для записи непрерывного высокоскоростного потока данных, например при записи «живого» видео.

Механизм герметически запечатан в корпус с частичным вакуумом внутри. Эту конструкцию часто называют главным дисковым агрегатом (HDA). Среда внутри жесткого диска должна быть очищена от пыли, для этого воздух, попадающий в HDA, пропускается через специальные фильтры. Двигатель, вращающий диск с постоянной скоростью, измеряемой в оборотах в минуту (rpm), включается при подаче питания на диск и остается включенным до снятия питания.

Между пластинами существует расстояние для читающей / записывающей головки, установленной на конце двигающегося рычага. Головка удалена от пластины на долю миллиметра. В первых системах эта дистанция составляла 0.2 миллиметра, на сегодняшний день она сокращена до 0.07 миллиметров. Поэтому малейшее загрязнение может разрушить головку, сблизив ее с диском, а также повредить магнитное покрытие диска.

Головки рассчитаны таким образом, чтобы касаться диска только после его остановки, когда питание отключено. При снижении оборотов вращения воздушный поток ослабевает и, когда прекращается полностью, головка осторожно касается поверхности диска. Точку касания называют зоной посадки LZ (land zone), которая специально предназначена для касания головки и не содержит данных. Когда диск форматируют на физическом уровне, он разделяется на секторы и дорожки. Физически дорожки расположены друг над другом и образуют цилиндры, которые затем делятся по секторам. В одном секторе 512 байтов. Сектор - минимальная единица измерения размера диска. Все жесткие диски имеют резервные сектора, которые используются его схемой управления, если на диске обнаружены дефектные секторы. 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.

Процесс управления плотностью записи называется прекомпенсацией. Для компенсации различной плотности записи используют метод зонно-секторной записи (Zone Bit Recording), где все пространство диска делится на зоны (восемь и более), в каждую из которых входит обычно от 20 до 30 цилиндров с одинаковым количеством секторов. В зоне, расположенной на внешнем радиусе (младшая зона), записывается большее количество секторов на дорожку (120-96). К центру диска количество секторов уменьшается и в самой старшей зоне достигает 64-56. При этом емкость жестких дисков можно увеличить приблизительно на 30%. С увеличением плотности записи на диск возникают трудности при детектировании пиков аналоговых сигналов, поступающих от магнитных головок. В последнее время для устранения этого недостатка стали применять метод PRLM (Partial Response Maximum Likelihood), в котором используется специальный алгоритм цифровой фильтрации входного сигнала. Для установки дисковых накопителей в системном блоке предусмотрены специальные монтажные отсеки. Габаритные размеры, соответствующие горизонтальному и вертикальному размерам винчестера, стандартизированы и характеризуются типоразмерами, или форм-фактором (form-factor).

В прошлом контроллер диска не успевал считывать физически смежные секторы, таким образом, диску требовалось совершить полный оборот, прежде чем следующий логический сектор мог считаться. Чтобы уменьшить время ожидания, используется фактор чередования (например, N: 1, когда один сектор считывается, а N пропускаются). В современных НЖМД применяется интегрированный контроллер и собственный буфер данных для повышения быстродействия. Когда компьютер обращается к данным, операционная система с помощью таблицы файловой системы FAT (File Allocation Table) определяет их положение на диске (в каком секторе, на какой дорожке можно найти запрашиваемые данные).

НЖМД могут содержать от 256 Кбайт до 8 Мбайт кэш-памяти, которая хранит всю информацию о секторах, цилиндрах и предоставляет ее в случае необходимости. Пластины диска могут выходить из равновесия по причине изменения температуры.

Во время воспроизведения мультимедиа это может выразиться в виде внезапных пауз в звуке и потерянных видеокадров. Для предотвращения этого устройство постоянно проводит температурную калибровку. Если сервоинформация расположена среди обычных данных, то термическая калибровка не требуется. Поэтому в большинстве устройств применяют второй вариант.

2. Накопители на оптических дисках

В накопителях на оптических дисках в качестве носителя используется диск, покрытый отражающим веществом со специальными оптическими свойствами. Наиболее распространенным видом оптических накопителей является компакт-диск (CD).

Стандартный компакт-диск состоит из основы, отражающего и защитного слоев. Основа выполнена из прозрачного поликарбоната, на котором методом прессования сформирован информационный рельеф. Поверх рельефа напыляется металлический отражающий слой. Отражающий слой покрывается сверху защитным слоем лака - так, чтобы вся металлическая поверхность была защищена от контакта с внешней средой.

Информация записана на диске в виде спиральной дорожки, идущей от центра к краю диска, на которой расположены углубления (так называемые питы). Информация кодируется чередованием питов (условно - логической единицей) и промежутков между ними (условно логических нулей). Лазерный луч головки привода проходит по дорожке и по характеру отраженного луча считывает информацию.

Наиболее распространены диски CD-ROM, па которые информация наносится фабрично и не может быть изменена. Существуют также диски и приводы CD-R, которые позволяют однократно записывать CD на специальные заготовки, и CD-RW, которые могут записывать и читать компакт-диски. Компакт-диски имеют низкую цену, высокое быстродействие и срок хранения данных, измеряемый десятками лет.

В последние годы большое распространение получили диски DVD (Digital Versatile Disk - цифровой универсальный диск). Изначально изобретенный для записи цифрового видео, сейчас он используется для хранения больших объемов (до нескольких гигабайт) информации. По своему строению DVD-диски очень схожи с компакт-дисками. Существуют также накопители, в которых применяется комбинация магнитных и оптических свойств вещества. Такие накопители называют магнитооптическими.

3. Накопители на магнитооптических дисках

Магнитооптические накопители информации (МО) относятся к внешним ЗУ и предназначены для долговременного хранения относительно больших объемов информации (до нескольких гигабайт). МО относятся к ЗУ с прямым (произвольным) доступом к данным, хранящимся на магнитооптическом диске. Магнитооптические накопители информации подразделяются на внутренние, устанавливаемые в системный блок компьютера, и внешние (переносные) по отношению к системному блоку. Преимущество внешних накопителей состоит в том, что нагревание дисковода накопителя во время работы не повышает температуру внутри корпуса системного блока компьютера. Подключаются накопители информации на магнитооптических дисках к системной шине компьютера через соответствующий интерфейс.

В разработке первых МО принимало участие несколько компаний, однако первые промышленные образцы магнитооптических дисков, которые появились на рынке в середине 1980-х гг., создала фирма Sony. В настоящее время производителями магнитооптических накопителей и их компонентов являются фирмы Pinnacle Micro Inc., Sony, Verbatim, Philips, Hewlett Packard, Mitsubishi, Fujitsu и т.д. В ПК МО не нашли широкого распространения, поскольку пока уступают по ряду характеристик другим накопителям информации. Однако исследования, проводимые такими компаниями, как Sony и IBM, показывают, что в будущем на смену НЖМД и НГМД могут прийти МО. Основное применение МО находят в качестве вторичных накопителей информации, используемых для резервного хранения информации. Это связано с тем, что надежность хранения информации на носителях (дисках), применяемых в МО, высокая, поскольку данные, записанные на такие диски, не боятся сильных внешних магнитных полей и перепадов температуры (функциональные свойства дисков сохраняются в диапазоне температур от -20 до +50°C, а перемагничивание, т.е. удаление информации, возможно только при температуре свыше 150°C).

Конструктивно МО состоит из дисковода и магнитооптического носителя информации (магнитооптического диска). Поверхность магнитооптического диска покрыта пленкой специального магнитного материала (магнитооптический слой создается на основе порошка из сплава кобальта, железа и тербия и обладает ярко выраженными ферромагнитными свойствами). Данный материал не может изменить ориентацию намагниченности при обычной температуре приложенным к нему переменным магнитным полем. В магнитооптическом диске при записи и считывании информации этот магнитный слой реагирует как на магнитное, так и на температурное воздействие.

В дисководах МО при записи и считывании информации используется магнитооптический способ, который предполагает использование в дисководе накопителя оптического генератора (лазера) и магнитных головок. При записи лазерный луч нагревает часть поверхности пленки вращающегося диска, куда должна производиться двоичная запись, до определенной температуры, которая в физике называется «точкой Кюри» (Curipoint). В этой температурной точке (у большинства применяемых материалов она составляет около 200°C) резко падает магнитная проницаемость материала, и изменение магнитного состояния его частиц может быть произведено относительно небольшим по мощности магнитным полем.

Для реализации процесса записи в МО применяться два основных метода записи: запись в два этапа (прохода) и запись в один этап (проход). При использовании первого метода на первом этапе выполняется стирание информации с диска, на втором - непосредственно запись. Стирание информации с диска происходит под воздействием луча лазера, нагревающего дорожку диска до заданной температуры, и магнитного поля, создаваемого магнитной головкой. Магнитное поле намагничивает поверхность магнитного слоя (пленки) дорожки, ориентируя магнитные моменты (домены) частиц магнитного слоя в одном направлении, что соответствует записи на дорожку одних логических нулей. На втором этапе (проходе) направление магнитного поля магнитной головки изменяется на противоположное. При этом лазер включается только в те моменты, когда необходимо изменить магнитную ориентацию частиц на дорожке только в определенных местах (запись логических единиц), нагревая поверхность дорожки до температуры точки Кюри. После охлаждения поверхности пленки те участки дорожки, которые подверглись нагреву лазерного луча, сохраняют магнитную ориентацию частиц в момент нагрева. Таким образом, дорожка диска после записи представляет собой последовательность участков, имеющих различную магнитную ориентацию частиц, соответствующую записанной информации (последовательности нулей и единиц). Существенным недостатком этого метода и соответственно недостатком дисководов, в которых используется данный метод, является невысокая скорость записи.

Второй метод записи широко применяется в современных МО. Этот метод носит название LIMDOW (Light Intensity Modulation Direct Overwrite) и позволяет осуществить запись за один проход. Сущность метода состоит в том, что при записи используется как внешнее магнитное поле, создаваемое магнитной головкой дисковода, так и внутреннее магнитное поле, создаваемое дополнительными магнитными слоями носителя. Поэтому при записи направление внешнего магнитного поля не нужно переключать и происходит либо намагничивание участков магнитной пленки от внешнего поля (запись единиц), либо стирание информации благодаря влиянию дополнительных магнитных слоев (запись нулей). Скорость записи данных на диск при использовании второго метода повышается приблизительно в два раза.

Поскольку процесс записи не приводит к необратимым физическим изменениям на диске (как в случае с оптическими дисками), он может быть многократно повторен (до нескольких миллионов раз), т.е. такие диски принципиально являются перезаписываемыми. Однако существуют магнитооптические диски с однократной записью СС WORM (Continuous Composite Write Once Read Many) и частичной записью P-ROM (Partial read only memory). Диски с однократной записью аналогичны перезаписываемым дискам, но в момент записи на диск наносятся специальные метки, которые запрещают повторную запись. Диски с частичной записью условно делятся на две части: одна из них содержит постоянные данные, которые невозможно изменить, другая часть содержит данные, которые можно изменить, т.е. перезаписать.

Плотность записи и соответственно информационный объем у магнитооптических дисков намного больше, чем у дискет, используемых в НГМД. Это связано с тем, что намагниченный участок дорожки магнитооптического диска имеет меньшие размеры (десятые доли и единицы микрон) по сравнению с размерами намагниченного участка дорожки дискеты (десятые доли миллиметра). Размер намагниченного участка магнитооптического диска в свою очередь зависит от точечного пятна луча лазера, которое и определяет место записи данных на диске. Считывание данных с магнитооптического носителя происходит при помощи луча лазера, но уже меньшей мощности (около 25% от мощности записываемого луча), чтобы не привести к нагреву считываемого участка диска и не стереть записанные данные. При считывании используется эффект Керра, заключающийся в изменении плоскости поляризации отраженного луча в зависимости от направления магнитного поля намагниченного участка дорожки диска. В зависимости от магнитной ориентации намагниченного участка дорожки изменяется поляризация (направление векторов электрической и магнитной составляющей электромагнитного излучения) отраженного лазерного луча. Падающий луч лазера линейно поляризован, при отражении от намагниченного участка поверхности диска он приобретает круговую поляризацию. Отраженный лазерный луч попадает на светочувствительный элемент приемника дисковода, который определяет направление поляризации. В зависимости от направления поляризации приемник на выходе формирует значение нуля или единицы. Дисководы МО состоят из большого числа механических, оптических и электронных компонентов. В качестве этих компонентов частично используются компоненты от НГМД и накопителей на оптических дисках.

Все эти компоненты дисковода размещаются в едином корпусе, который вставляется в соответствующий отсек системного блока компьютера. Внешние дисководы магнитооптических дисков выполнены в виде функционально законченного отдельного устройства. Система загрузки носителей в МО внешне мало чем отличается от загрузки дискет в НГМД, однако имеет электронную систему выброса носителя. Для загрузки носителя в МО его необходимо вставить в соответствующую прорезь дисковода, как обычную дискету. В дисководах МО в качестве основного способа вращения носителя вокруг своей оси и соответственно считывания и записи информации используется способ вращения с постоянной угловой скоростью, который носит название CAV (Constant Angular Velocity - постоянная угловая скорость). Угловая скорость вращения носителя в зависимости от модели дисковода (модель определяется геометрическими размерами носителя и компанией - производителем МО) находится в пределах от 2700 до 4500 об./мин. Скорость считывания и записи магнитооптических дисков в дисководах зависит от угловой скорости вращения носителя. Средняя скорость считывания данных равна 3,8 Мбайт/с. Средняя скорость записи из-за инертности тепловых процессов меньше и составляет 1,3 Мбайт/с. Эти скорости не являются предельными, поскольку продолжается разработка новых и совершенствование старых моделей дисководов. Кроме того, необходимо заметить, что современные дисководы МО имеют встроенную кэш-память порядка 2 Мбайт, что позволяет увеличить производительность дисковода. Среднее время загрузки и выгрузки диска из дисковода составляет соответственно 7 и 5 с.

Конкретные технические характеристики дисководов определяются моделью дисковода и приводятся в соответствующей технической документации. Примером конкретных магнитооптических накопителей могут служить накопители фирмы Fujitsu - это накопители MCE3064SS, MCD1330AP MCD1330SS, MCJ3230SS и т.д. Ниже приведены основные характеристики накопителя MCD3130SS:

* объем кэш-памяти - 2 Мб;

* время доступа - 28 мс;

* скорость записи - 1,5 Мбайт/с;

* скорость чтения - 4,5 Мбайт/с.

Обмен информацией между МО и МП компьютера осуществляется через контроллер накопителя, который входит в состав электронного блока накопителя. В качестве интерфейса в МО в настоящее время широко используются интерфейсы IDE/ATAPI (Integrated Disk Electronic/Attachment Packet Interface) и SCSI (Small Computer System Interface).

В качестве носителей информации в МО используются магнитооптические диски. Магнитооптический диск состоит из нескольких слоев различных материалов. Основными из них являются магнитооптический слой, состоящий из материала с вышеописанными свойствами, и отражающий слой, который повышает отражательную способность диска.

4. Накопители на магнитной ленте

Внешнее запоминающее устройство, в котором носителем данных является магнитная лента. Существуют НМЛ, в которых данные хранятся на больших катушках, содержащих по несколько сотен Мб на 750 м магнитной ленты, и стримеры - НМЛ на стандартных звуковых кассетах. Так как записанная на ленте информация располагается в определенном порядке, то к информации, расположенной в конце ленты, можно получить доступ только прокрутив всю ленту, вплоть до начала нужного участка. Из-за большого времени доступа и риска случайного стирания данных и механических повреждений магнитной ленты, НМЛ в настоящее время становятся все менее популярными.

Магнитные ленты хранили и использовали намотанными на катушки. В ЭВМ унифицированы катушки двух видов: подающие и принимающие. Ленты поставлялись пользователям на подающих катушках и не требовали дополнительной перемотки при установке их в накопители. Лента на катушку наматывалась рабочим слоем внутрь.

Основные размеры одинаковы как для подающих, так и для принимающих катушек. Запись информации на магнитную ленту осуществлялась по девяти дорожкам. В накопителях ЭВМ информация записывалась с продольной плотностью 8 бит/мм, 32 бит/мм, или 63 бит/мм. На девяти дорожках параллельно записывалось 8 информационных битов и 1 контрольный бит, которые составляли 1 байт. Для записи контрольного разряда отводилась четвертая дорожка. Группа байтов, записываемая по одному КСК или по связанной цепочкой данных последовательности КСК, образовывала зону. При плотности записи 32 бит/мм в конце зоны записывались две контрольные строки: строка циклического контроля (ЦКС) и строка продольного контроля (ПКС). ЦКС записывалась на ленте за последним байтом данных с промежутком в 4 байта. Для формирования ПКС велся подсчет единиц на каждой дорожке зоны. Их общее число на любой дорожке должно было быть четным. Это делалось путем записи нуля или единицы в соответствующий разряд ПКС. Строка ПКС записывалась после ЦКС с промежутком в 4 байта. При плотности записи 8 и 63 бит/мм, размещение данных на ленте такое же, как и при плотности записи 32 бит/мм, но в конце зоны записывался только ПКС с промежутком в 4 байта от последнего байта данных. Строка ПКС одновременно являлся признаком конца зоны. Начало зоны определялось по появлению первого байта данных.

Для записи информации с плотностью 8 и 32 бит/мм использовался потенциальный метод без возвращения к нулю с модификацией по единице называемый методом «без возвращения к нулю» (БВН-1). В зарубежной литературе этот метод сокращенно называют также NRZ-1. При плотности 63 бит/мм использовался другой метод записи - метод фазовой модуляции или фазового кодирования (ФК). В каждом такте записи изменялась полярность тока в записывающей головке и, следовательно, изменялось магнитное состояние носителя. Полярность тока изменялась с отрицательной на положительную при записи нуля и с положительной на отрицательную при записи единицы. Происходило как бы изменение фазы тока записи. Логическая схема тракта записи анализировала значение следующей записываемой двоичной цифры: если должна была быть записана та же цифра, что и в предыдущем такте, то ток в головке записи предварительно реверсировался. Метод ФК позволял значительно повысить достоверность выделения сигналов при считывании информации в условиях наложения соседних магнитных отпечатков на носителе. Объяснялось это тем, что при изменении частоты в широких пределах фазе искажения сигналов оставались малыми, что проще идентифицировать считываемые сигналы и поэтому реализовать более высокую плотность записи 63 бит/мм. При использовании метода фазового кодирования строка ЦКС не записывалась.

Заключение

По типу доступа к информации устройства внешней памяти делятся на два класса: устройства прямого (произвольного) доступа и устройства последовательного доступа. При прямом (произвольном) доступе время доступа к информации не зависит от ее места расположения на носителе. При последовательном доступе время доступа зависит от местоположения информации. Скорость обмена информацией зависит от скорости ее считывания или записи на носитель, что определяется, в свою очередь, скоростью вращения или перемещения этого носителя в устройстве.

Внешняя (долговременная) память - это место хранения данных, не используемых в данный момент в памяти компьютера.

Устройства внешней памяти - это, прежде всего, магнитные устройства для хранения информации.

По способу записи и чтения накопители делятся, в зависимости от вида носителя, на магнитные, оптические и магнитооптические.

Литература

память компьютер магнитный диск

1. Евдокимов В.В. Экономическая информатика. - СПб.: Питер, 1997. - 592 с.

2. Информатика / Под ред. Н.В. Макаровой. - М.: Финансы и статистика, 2005. - 768 с.

3. Информатика. Базовый курс / Под ред. С.В. Симонович и др. - СПб: Издательство «Питер», 2001. - 640 с.

4. Информатика для экономистов / Под ред. В.М. Матюшка. - М.: ИНФРА-М, 2006. - 880 с.

5. Хандадашева Л.Н. Компьютер и другая оргтехника для секретаря-референта. - Ростов н/Д: Феникс, 2003. - 384 с.

Размещено на Allbest.ru