Разработка конфигурации производительного компьютера с современной системой хранения информации

Форм-фактор внешнего жесткого диска

Объем внешнего жесткого диска

Скорость работы Совместимость

Программное обеспечение

Дизайн внешнего жесткого диска 3.3.1. Форм-фактор внешнего жесткого диска

Внешний жесткий диск -- это обычный винчестер, установленный в специальный защищенный корпус. Большинство современных внешних дисков выполнены в форм-факторах 2,5 или 3,5 дюйма. Первые максимально компактны и всегда будут под рукой. Внешние жесткие диски на 3,5 дюйма весят до 1,5 кг и нуждаются в питании от сети 220 В.

Дисковое пространство персональных компьютеров рано или поздно заканчивается. Объемы файлов стремительно растут: фильмы в формате высокой четкости, музыкальные композиции без компрессии, цифровые фотографии с 12-мегапиксельных камер, современные игры и базы данных занимают все больше места на встроенных винчестерах. Приобретение внешнего жесткого диска станет оптимальным решением проблем с хранением информации. Такое устройство можно использовать не только как хранилище данных: если установить на него операционную систему, при сбое компьютера появится возможность загрузки с внешнего винчестера.

Прежде чем выбрать конкретную модель внешнего жесткого диска, определитесь, как часто вы собираетесь его переносить. Модели 2,5 дюйма весят от 140 до 180 грамм и с легкостью помещаются в карман пиджака или женскую сумочку. Энергопотребление у них низкое, источником питания служит порт USB. Если планируете постоянно брать диск с собой, этот форм-фактор станет оптимальным решением: все необходимые данные будут всегда у вас под рукой. Модели форм-фактора 3,5 дюйма имеют более "внушительные" габаритные размеры, весят до полутора килограмм и практически всегда нуждаются в питании от электросети.

Внешние жесткие диски Отдельная категория - портативные внутренние диски, играющие роль основного носителя информации в ПК. Установить и снять такой диск сложнее, но при необходимости перенести операционную систему в другой корпус это оправданный выбор.

2.3.2 Объем внешнего жесткого диска

Портативные носители уже успели зарекомендовать себя как практичное и универсальное средство хранения информации. Самая важная их характеристика -- объем. Стандартные объемы для внешних жестких дисков форм-фактора 2,5 дюйма -- 250, 320 и 500 Гб. Емкость моделей форм фактора 3,5 дюйма исчисляется уже терабайтами. Оценивая собственные потребности по объему внешнего жесткого диска, учитывайте, что на практике емкость носителя будет несколько меньше указанной в характеристиках.

Преимущества компактных и легких внешних жестких дисков 2,5 дюйма имеют и свой "противовес" в виде верхней границы их емкости. Поэтому если внешний диск запланирован под хранилище впечатляющей видеотеки или сетевой базы данных, обратите внимание на 3,5-дюймовые диски емкостью 1-2 Тб. При прочих равных факторах и в отсутствие необходимости экономить выбирать внешний жесткий диск смело можно по принципу, чем больше, чем лучше. Чтобы выяснить, какое решение самое экономичное, вычислите стоимость одного гигабайта, разделив цену диска на его объем.

Обратите внимание: производители указывают объем диска из расчета того, что в 1 гигабайте 1 миллион байт информации. В действительности же 1 Гб = 1 073 741 824 байт. Соответственно, реальный объем диска окажется меньше. При заявленных 320 Гб он составит около 298 Гб.

2.3.3 Скорость работы

Скорость работы -- вторая по важности характеристика внешнего жесткого диска. Она определяется несколькими параметрами: скорость вращения шпинделя, скорость среднего времени доступа и отвечающий за скорость передачи данных интерфейс. Если скорость передачи данных критична, выбирайте внешние диски с современными интерфейсами eSATA и USB 3.0.

От количества оборотов шпинделя в минуту зависит быстрота нахождения нужной информация на жестком диске. Внешние винчестеры форм-фактора 2,5 имеют скорость вращения 5400 об./мин. Диски 3,5 дюйма "крутятся" быстрее: стандартная скорость 7200 об./мин. Найденные данные попадают в буфер (промежуточную память), которая сглаживает разницу в скорости чтения/записи для передачи по интерфейсу. Чем больше объем буфера, тем равномернее работа жесткого диска.

Самый распространенный интерфейс передачи данных с внешнего жесткого диска - USB 2.0, обеспечивающий скорость до 480 Мбит/с. Интерфейс eSATA поддерживает передачу данных со скоростью до 3 Гбит/с. Самым современным и скоростным является интерфейс USB 3.0 который в состоянии передавать информацию со скоростью до 5 Гбит/с, что в 10 раз больше по сравнению со стандартом USB 2.0. Не забудьте, что аналогичные интерфейсы должны присутствовать и в компьютере.

2.3.4 Совместимость

Выбирая внешний жесткий диск, не забудьте оценить его совместимость с интересующими операционными системами Windows / Mac. Она зависит, в том числе, от файловой системы внешнего жесткого диска -- FAT 32 либо NTFS. Файловая система винчестера влияет и на ряд других параметров, включая максимально допустимый размер файлов.

Большинство моделей дисков отформатированы под файловую систему NTFS, у некоторых это FAT 32. Файловая система FAT 32 полностью совместима не только с современными, но и со старыми операционными системами, включая Windows 98 Windows Millenium (МЕ). Такие жесткие диски без проблем распознают компьютеры Apple Macintosh, а также оснащенные USB интерфейсом DVD-проигрыватели.

Главным преимуществом файловой системы NTFS является поддержка файлов размером более 4 Гб - FAT32 такие файлы не "видит". Кроме того, NTFS предоставляет возможность использовать встроенную в операционную систему Windows систему шифрования файлов. Если подключить NTFS диск к компьютеру с операционной системой Mac OS, устройство будет доступно исключительно в режиме чтения. Чтобы без ограничений работать с NTFS дисками на компьютерах Apple, нужно установить дополнительное программное обеспечение.

2.3.5 Программное обеспечение

Для повышения комфорта работы и безопасности некоторые модели внешних жестких дисков оснащены дополнительным программным обеспечением. Основные функции таких программ -- защита данных, резервное копирование информации на диске и энергосбережение.

Некоторые модели поддерживают энергосберегающие технологии: после определенного времени бездействия устройство автоматически "засыпает", переходя в режим standby. Samsung разработала программу создания резервных копий с выбором наиболее удобного режима сохранения данных - по расписанию либо с созданием копии в нужный момент. Программное обеспечение FreeAgent от Seagate выполняет аналогичные функции, позволяя восстановить файлы после "отката" системы.

Программа синхронизации и шифрования WD Sync компании Western Digital предназначена для синхронизации данных между домашним и рабочим компьютером, при этом данные можно шифровать 128-разрядным ключом. На дисках Samsung с помощью программы SafetyKey задается пароль доступа к данным. Используя технологию SecretZone, можно создать виртуальный диск, на котором информация хранится в зашифрованном виде.

2.3.6 Дизайн внешнего жесткого диска

Если по техническим параметрам вам подходит несколько дисков, дополнительным критерием выбора может стать дизайн устройства. Поскольку диск все время на виду, имеет смысл подобрать стильное решение, которое подчеркнет индивидуальность владельца.

Широкое разнообразие цветовых решений позволяет подобрать устройство, которое будет гармонично смотреться и в кабинете директора компании, и в комнате подростка. Ультратонкие диски с гладкими, закругленными углами удобно носить в кармане. Стильно выглядят диски, корпус которых представляет собой комбинацию пластика с алюминиевыми вставками. Диски с алюминиевым корпусом обеспечивают дополнительную защиту устройству и хорошо смотрятся в современных офисах. На дисках с текстурированной поверхностью корпуса сложнее оставить царапину, кроме того, на них не видны отпечатки пальцев.

2.3.7 Возможности подключения внешних жестких дисков

Наряду с интерфейсом USB, существуют более редкие возможности подключения внешних жестких дисков к компьютеру, такие как интерфейс FireWire у компьютеров Macи высокоскоростной вариант eSata. В продаже появились также внешние жесткие диски, которые подключаются к локальной сети через LAN-кабель или WiFi. 2,5 или 3,5 дюймов

Внешние жесткие диски существуют в форматах 3,5 и 2,5 дюймов. Диски формата 2,5 дюймов более компактные, для них не требуется отдельный кабель для подключения к электросети - они питаются от компьютера через кабель USB. Для подключения часто используется так называемый Y-кабель с тремя USB-штекерами (один из них предназначен для внешнего жесткого диска, другие два для компьютера), чтобы в достаточной мере обеспечить питанием внешний жесткий диск.

Внешние жесткие диски с форм-фактором 3,5 дюйма выглядят объемнее и работают напрямую от электросети. Они стоят значительно дешевле, чем компактные 2,5-дюймовые внешние жесткие диски.

2.3.8 Скорость и объем внешних жестких дисков

Как внешние, так и встроенные жесткие диски являются магнитными носителями информации со средней скоростью от 5400 до 7200 оборотов в минуту. Чем быстреежесткий диск, тем быстрее записываются и читаются файлы.

Поскольку внешние жесткие диски имеют значительно меньшую скорость чтения и записи файлов, чем встроенные, они не подходят для размещения на них программ. 3,5-дюймовые внешние жесткие диски имеют объем до 2 ТБ (около 2000 ГБ), память 2,5-дюймовых жестких дисков составляет максимум 1 ТБ.

2.3.9 Производители

3com, Acer, Adaptec, Apple,, CnMemory, Compaq, Datalux, Dell, ExcelStor, Fujitsu, Glyph, Hewlett-Packard, Hitchi, IBM, Intel, Iomega, Konica Minolta, Lacie, Lenovo, Maxtor, Origin Storage, Promise, Samsung, Seagate, Security-Center, Tandberg, Toshiba,

2.4 Магнитные дисковые накопители

Принцип работы магнитных запоминающих устройств основаны на способах хранения информации с использованием магнитных свойств материалов. Как правило, магнитные запоминающие устройства состоят из собственно устройств чтения/записи информации и магнитного носителя, на который, непосредственно, осуществляется запись и с которого считывается информация. Магнитные запоминающие устройства принято делить на виды в связи с исполнением, физико-техническими характеристиками носителя информации и т.д. Наиболее часто различают: дисковые и ленточные устройства. Общая технология магнитных запоминающих устройств состоит в намагничивании переменным магнитным полем участков носителя и считывания информации, закодированной как области переменной намагниченности. Дисковые носители, как правило, намагничиваются вдоль концентрических полей - дорожек, расположенных по всей плоскости дискоидального вращающегося носителя. Запись производится в цифровом коде. Намагничивание достигается за счет создания переменного магнитного поля при помощи головок чтения/записи. Головки представляют собой два или более магнитных управляемых контура с сердечниками, на обмотки которых подается переменное напряжение.

Изменение полярности напряжения вызывает изменение направления линий магнитной индукции магнитного поля и, при намагничивании носителя, означает смену значения бита информации с 1 на 0 или с 0 на 1.

Дисковые устройства делят на гибкие (Floppy Disk) и жесткие (Hard Disk) накопители и носители. Основным свойством дисковых магнитных устройств является запись информации на носитель на концентрические замкнутые дорожки с использованием физического и логического цифрового кодирования информации. Плоский дисковый носитель вращается в процессе чтения/записи, чем и обеспечивается обслуживание всей концентрической дорожки, чтение и запись осуществляется при помощи магнитных головок чтения/записи, которые позиционируют по радиусу носителя с одной дорожки на другую. Дисковые устройства, как правило, используют метод записи называемый методом без возвращения к нулю с инверсией (Not Return Zero - NRZ). Запись по методу NRZ осуществляется путем изменения направления тока подмагничивания в обмотках головок чтения/записи, вызывающее обратное изменение полярности намагниченности сердечников магнитных головок и соответственно попеременное намагничивание участков носителя вдоль концентрических дорожек с течением времени и продвижением по окружности носителя. При этом, совершенно неважно, происходит ли перемена магнитного потока от положительного направления к отрицательному или обратно, важен только сам факт перемены полярности.

Для записи информации, как правило, используют различные методы кодирования информации, но все они предполагают использование в качестве информационного источника не само направление линий магнитной индукции элементарной намагниченной точки носителя, а изменение направления индукции в процессе продвижения по носителю вдоль концентрической дорожки с течением времени. Такой принцип требует жесткой синхронизации потока бит, что и достигается методами кодирования. Методы кодирования данных не влияют на перемены направления потока, а лишь задают последовательность их распределения во времени (способ синхронизации потока данных), так, чтобы, при считывании, эта последовательность могла быть преобразована к исходным данным

2.5 Жесткие диски (винчестеры)

Накопители на жестких дисках объединяют в одном корпусе носитель (носители) и устройство чтения/записи, а также, нередко, и интерфейсную часть, называемую собственно контроллером жесткого диска. Типичной конструкцией жесткого диска является исполнение в виде одного устройства - камеры, внутри которой находится один или более дисковых носителей насаженных на один шпиндель и блок головок чтения/записи с их общим приводящим механизмом. Обычно, рядом с камерой носителей и головок располагаются схемы управления головками, дисками и, часто, интерфейсная часть и/или контроллер. На интерфейсной карте устройства располагается собственно интерфейс дискового устройства, а контроллер с его интерфейсом располагается на самом устройстве. С интерфейсным адаптером схемы накопителя соединяются при помощи комплекта шлейфов.

Информация заносится на концентрические дорожки, равномерно распределенные по всему носителю. В случае большего, чем один диск, числа носителей все дорожки, находящиеся одна под другой, называются цилиндром. Операции чтения/записи производятся подряд над всеми дорожками цилиндра, после чего головки перемещаются на новую позицию.

Герметичная камера предохраняет носители не только от проникновения механических частиц пыли, но и от воздействия электромагнитных полей. Необходимо заметить, что камера не является абсолютно герметичной т.к. соединяется с окружающей атмосферой при помощи специального фильтра, уравнивающего давление внутри и снаружи камеры. Однако воздух внутри камеры максимально очищен от пыли, т.к. малейшие частички могут привести к порче магнитного покрытия дисков и потере данных и работоспособности устройства.

Диски вращаются постоянно, а скорость вращения носителей довольно высокая (от 4500 до 10000 об/мин), что обеспечивает высокую скорость чтения/записи. По величине диаметра носителя чаще других производятся 5.25, 3.14, 2.3 дюймовые диски. На диаметр носителей несменных жестких дисков не накладывается никакого ограничения со стороны совместимости и переносимости носителя, за исключением форм-факторов корпуса ПК, поэтому, производители выбирают его согласно собственным соображениям.

В настоящее время, для позиционирования головок чтения/записи, наиболее часто, применяются шаговые и линейные двигатели механизмов позиционирования и механизмы перемещения головок в целом.

В системах с шаговым механизмом и двигателем головки перемещаются на определенную величину, соответствующую расстоянию между дорожками. Дискретность шагов зависит либо от характеристик шагового двигателя, либо задается серво-метками на диске, которые могут иметь магнитную или оптическую природу. Для считывания магнитных меток используется дополнительная серво - головка, а для считывания оптических - специальные оптические датчики.

В системах с линейным приводом головки перемещаются электромагнитом, а для определения необходимого положения служат специальные сервисные сигналы, записанные на носитель при его производстве и считываемые при позиционировании головок. Во многих устройствах для серво-сигналов используется целая поверхность и специальная головка или оптический датчик.

Такой способ организации серво-данных носит название выделенная запись серво-сигналов. Если серво-сигналы записываются на те же дорожки, что и данные и для них выделяется специальный серво-сектор, а чтение производится теми же головками, что и чтение данных, то такой механизм называется встроенная запись серво-сигналов. Выделенная запись обеспечивает более высокое быстродействие, а встроенная - повышает емкость устройства.

Линейные приводы перемещают головки значительно быстрее, чем шаговые, кроме того, они позволяют производить небольшие радиальные перемещения "внутри" дорожки, давая возможность отследить центр окружности серводорожки. Этим достигается положение головки, наилучшее для считывания с каждой дорожки, что значительно повышает достоверность считываемых данных и исключает необходимость временных затрат на процедуры коррекции. Как правило, все устройства с линейным приводом имеют автоматический механизм парковки головок чтения/записи при отключении питания устройства.

Парковкой головок называют процесс их перемещения в безопасное положение. Это - так называемое "парковочное" положение головок в той области дисков, где ложатся головки. Там, обычно, не записано никакой информации, кроме серво-данных, это специальная "посадочная зона" (Landing Zone). Для фиксации привода головок в этом положении в большинстве ЖД используется маленький постоянный магнит, когда головки принимают парковочное положение - этот магнит соприкасается с основанием корпуса и удерживает позицию головок от ненужных колебаний. При запуске накопителя схема управления линейным двигателем "отрывает" фиксатор, подавая на двигатель, позиционирующий головки, усиленный импульс тока.

В ряде накопителей используются и другие способы фиксации - основанные, например, на воздушном потоке, создаваемом вращением дисков. В запаркованном состоянии накопитель можно транспортировать при достаточно плохих физических условиях (вибрация, удары, сотрясения), т.к. нет опасности повреждения поверхности носителя головками.

В настоящее время на всех современных устройствах парковка головок накопителей производится автоматически внутренними схемами контроллера при отключении питания и не требует для этого никаких дополнительных программных операций, как это было с первыми моделями.

Во время работы все механические части накопителя подвергаются тепловому расширению, и расстояния между дорожками, осями шпинделя и позиционером головок чтения/записи меняется.

В общем случае это никак не влияет на работу накопителя, поскольку для стабилизации используются обратные связи, однако некоторые модели время от времени выполняют рекалибровку привода головок, сопровождаемую характерным звуком, напоминающим звук при первичном старте, подстраивая систему к изменившимся расстояниям.

Плата электроники современного накопителя на жестких магнитных дисках представляет собой самостоятельный микрокомпьютер с собственным процессором, памятью, устройствами ввода/вывода и прочими традиционными атрибутами присущими компьютеру.

На плате могут располагаться множество переключателей и перемычек, однако не все из них предназначены для использования пользователем.

Как правило, руководства пользователя описывают назначение только перемычек, связанных с выбором логического адреса устройства и режима его работы, а для накопителей с интерфейсом SCSI - и перемычки, отвечающие за управление резисторной сборкой (стабилизирующей нагрузкой в цепи).

2.6 Накопитель на гибких магнитных дисках

Основные внутренние элементы дисковода - дискетная рама, шпиндельный двигатель, блок головок с приводом и плата электроники.

Шпиндельный двигатель - плоский многополюсный, с постоянной скоростью вращения 300 об/мин. Двигатель привода блока головок - шаговый, с червячной, зубчатой или ленточной передачей.

Для опознания свойств дискеты на плате электроники возле переднего торца дисковода установлено три механических нажимных датчика: два - под отверстиями защиты и плотности записи, и третий - за датчиком плотности - для определения момента опускания дискеты. Вставляемая в щель дискета попадает внутрь дискетной рамы, где с нее сдвигается защитная шторка, а сама рама при этом снимается со стопора и опускается вниз - металлическое кольцо дискеты при этом ложится на вал шпиндельного двигателя, а нижняя поверхность дискеты - на нижнюю головку (сторона 0). Одновременно освобождается верхняя головка, которая под действием пружины прижимается к верхней стороне дискеты. На большинстве дисководов скорость опускания рамы никак не ограничена, из-за чего головки наносят ощутимый удар по поверхностям дискеты, а это сильно сокращает срок их надежной работы. В некоторых моделях дисководов (Teac, Panasonic, ALPS) предусмотрен замедлитель-микpолифт для плавного опускания рамы. Для продления срока службы дискет и головок в дисководах без микролифта рекомендуется при вставлении дискеты придерживать пальцем кнопку дисковода, не давая раме опускаться слишком резко. На валу шпиндельного двигателя имеется кольцо с магнитным замком, который в начале вращения двигателя плотно захватывает кольцо дискеты, одновременно центрируя ее на валу. В большинстве моделей дисководов сигнал от датчика опускания дискеты вызывает кратковременный запуск двигателя с целью ее захвата и центрирования.

Дисковод соединяется с контролером при помощи 34-пpоводного кабеля, в котором четные провода являются сигнальными, а нечетные - общими. Общий вариант интерфейса предусматривает подключение к контролеру до четырех дисководов, вариант для IBM PC - до двух.

В общем варианте дисководы подключаются полностью параллельно друг другу, а номер дисковода (0-3) задается перемычками на плате электроники; в варианте для IBM PC оба дисковода имеют номер 1, но подключаются при помощи кабеля, в котором сигналы выбора (провода 10-16) перевернуты между разъемами двух дисководов. Иногда на разъеме дисковода удаляется контакт 6, играющий в этом случае роль механического ключа.

Интерфейс дисковода достаточно прост и включает сигналы выбора устройства (четыре устройства в общем случае, два - в варианте для IBM PC), запуска двигателя, перемещения головок на один шаг включения записи, считываемые/записываемые данные, а также информационные сигналы от дисковода - начало дорожки, признак установки головок на нулевую (внешнюю) дорожку, сигналы с датчиков и т.п. Вся работа по кодированию информации, поиску дорожек и секторов, синхронизации, коррекции ошибок выполняется контролером. Дискета или гибкий диск - компактное низкоскоростное малой ёмкости средство хранение и переноса информации. Различают дискеты двух размеров: 3.5, 5.25. (последние два типа вышли из употребления).

Конструктивно дискета представляет собой гибкий диск с магнитным покрытием, заключенный в футляр. Дискета имеет отверстие под шпиль привода, отверстие в футляре для доступа головок записи-чтения (в 3.5" закрыто железной шторкой), вырез или отверстие защиты от записи. Кроме дискета 3.5" - дискета высокой плотности - отверстие указанной плотности (высокая/низкая). 3,5 дискета защищена от записи, если отверстие защиты открыто.

Для дискет используются следующие обозначения:

- SS single side - односторонний диск (одна рабочая поверхность);

- DS double side - двусторонний диск;

- SD single density - одинарная плотность;

- DD double density - двойная плотность;

- HD high density - высокая плотность.

Накопитель на гибких дисках принципиально похож на накопитель на жестких дисках. Скорость вращения гибкого диска примерно в 10 раз медленнее, а головки касаются поверхности диска. В основном структура информации на дискете, как физическая так и логическая, такая же как на жестком диске. С точки зрения логической структуры на дискете отсутствует таблица разбиения диска.

2.7 CD-ROM

компьютерный память диск информация

Самым распространенным представителем оптической технологии является CD-ROM, который характеризуется:

- Большая надежность по сравнению с винчестером

- Большая емкость, порядка 700 Мб

- CD-ROM практически не изнашивается

Минимальная скорость передачи данных у CD-ROM составляет 150 Кбайт/с и возрастает в зависимости от модели привода, т.е. 52-х скоростной CD-ROM, будет иметь

52*150 = 7,8 Мб/с.

Типовой привод состоит из платы электроники, шпиндельного двигателя, системы оптической считывающей головки и системы загрузки диска. На плате электроники размещены все управляющие схемы привода, интерфейс с контроллером компьютера, разъемы интерфейса и выхода звукового сигнала.

Шпиндельный двигатель служит для приведения диска во вращение с постоянной или переменной линейной скоростью. Сохранение постоянной линейной скорости требует изменения угловой скорости диска в зависимости от положения оптической головки. При поиске фрагментов диск может вращаться с большей скоростью, нежели при считывании, поэтому от шпиндельного двигателя требуется хорошая динамическая характеристика; двигатель используется как для разгона, так и для торможения диска.

На оси шпиндельного двигателя закреплена подставка, к которой после загрузки прижимается диск. Поверхность подставки обычно покрыта резиной или мягким пластиком для устранения проскальзывания диска. Прижим диска к подставке осуществляется при помощи шайбы, расположенной с другой стороны диска; подставка и шайба содержат постоянные магниты, сила, притяжения которых прижимает шайбу через диск к подставке.

Система оптической головки состоит из самой головки и системы ее перемещения. В головке размещены лазерный излучатель, на основе инфракрасного лазерного светодиода, система фокусировки, фотоприемник и предварительный усилитель. Система фокусировки представляет собой подвижную линзу, приводимую в движение электромагнитной системой voice coil (звуковая катушка), сделанной по аналогии с подвижной системой громкоговорителя. Изменение напряженности магнитного поля вызывают перемещение линзы и пере фокусировку лазерного луча.

Система загрузки диска выполняется в двух вариантах: с использованием специального футляра для диска (caddy), вставляемого в приемное отверстие привода, и с использованием выдвижного лотка (tray), на который кладется сам диск.

Стандартный диск состоит из трех слоев: подложка из поликарбоната, на которой отштампован рельеф диска, намыленное на нее отражающее покрытие из алюминия, золота, серебра или другого сплава, и более тонкий защитный слой поликарбоната или лака, на который наносятся надписи и рисунки. Информационный рельеф диска состоит из спиральной дорожки, идущей от центра к периферии, вдоль которой расположены углубления (питы). Информация кодируется чередованием питов и промежутков между ними.

Считывание информации с диска происходит за счёт регистрации изменений интенсивности отражённого от алюминиевого слоя излучения маломощного лазера. Приёмник или фотодатчик определяет, отразился ли луч от гладкой поверхности, был ли он рассеян или поглощен. Рассеивание или поглощение луча происходит в местах, где в процессе записи были нанесены углубления (штрихи). Сильное отражение луча происходит там, где этих углублений нет. Фотодатчик, размещённый в накопителе CD - ROM, воспринимает рассеянный луч, отражённый от поверхности диска. Затем эта информация в виде электрических сигналов поступает на микропроцессор, который преобразует эти сигналы в двоичные данные или звук.

Глубина каждого штриха на диске равна 0.12 мкм, ширина - 0.6 мкм. Они расположены вдоль спиральной дорожки, расстояние между соседними витками которой составляет 1.6 мкм, что соответствует плотности 16000 витков на дюйм или 625 витков на миллиметр. Длина штрихов вдоль дорожки записи может колебаться от 0.9 до 3.3 мкм. Дорожка начинается на некотором расстоянии от центрального отверстия и заканчивается примерно в 5 мм от внешнего края.

Если на компакт-диске необходимо отыскать место записи определённых данных, то его координаты предварительно считываются из оглавления диска, после чего считывающее устройство перемещается к нужному витку спирали и ждёт появления определённой последовательности битов.

В каждом блоке диска, записанного в формате CD - DA (аудиокомпакт - диск), содержится 2352 байт. На диске CD - ROM 304 из них используется для синхронизации, идентификации и коррекции кодов ошибок, а оставшиеся 2048 байт - для хранения полезной информации. Поскольку за секунду считывается 75 блоков. Скорость считывания данных с дисков CD - ROM составляет 153 600 байт/с, что равно 150 Кбайт/с. Поскольку на компакт - диске может содержаться максимальный объём данных, который считывается 74 мин, а за секунду считывается 75 блоков по 2048 байт. Нетрудно подсчитать, что максимальная ёмкость диска CD - ROM составит 681 984 000 байт (около 650 Мбайт).

Алгоритм работы накопителя CD-ROM

1. Полупроводниковый лазер генерирует маломощный инфракрасный луч, который попадает на отражающее зеркало.

2. Серводвигатель по командам встроенного микропроцессора, смещает подвижную каретку с отражающим зеркалом к нужной дорожке на компакт - диске.

3. Отражённый от диска луч фокусируется линзой, расположенной под диском, отражается от зеркала и попадает на разделительную призму.

4. Разделительная призма направляет отражённый луч на другую фокусирующую линзу.

5. Эта линза направляет отражённый луч на фотодатчик, который преобразует световую энергию в электрические импульсы.

6. Сигналы с фотодатчика декодируются встроенным микропроцессором и передаются в компьютер в виде данных.

Поскольку для программных файлов и файлов с данными важен каждый бит, в накопителях CD-ROM используются весьма сложные алгоритмы обнаружения и коррекции ошибок. Благодаря таким алгоритмам вероятность неправильного считывания данных составляет менее 0.125.

Для реализации этих методов коррекции ошибок к каждым 2048 полезным байтам добавляется 288 контрольных. Это позволяет восстанавливать даже сильно повреждённые последовательности данных (длиной до 1000 ошибочных битов). Использование столь сложных методов обнаружения и коррекции ошибок связано, во- первых, с тем, что компакт - диски весьма подвержены внешним воздействиям, а, во- вторых , потому, что подобные носители изначально разрабатывались лишь для записи звуковых сигналов, требования к точности которых не столь высоки.

2.8 DVD

Дальнейшее развитие в области оптической записи привело к появлению стандарта DVD. Компакт-диск этого формата имеет такие же размеры (4,75"),как и CD, но имеет большую емкость. Для того чтобы достичь шести - семикратного увеличения плотности хранения данных по сравнению с CD-R(RW), нужно было изменить две ключевых характеристики записывающих устройств: длину волны записывающего лазера и относительное отверстие объектива, который его фокусирует. В технологии CD-R применяется инфракрасный лазер с длиной волны 780 нанометров (нм), в то время как DVD-R(RW) использует красный лазер с длиной волны либо 635, либо 650 нм. В то же время, относительное отверстие объектива типичного устройства CD-R(RW) равно 0,5, а устройства DVD-R(RW) - 0,6. Такие характеристики аппаратуры позволяют наносить на диски DVD-R(RW) метки размером всего лишь 0,40 мкм, что гораздо меньше минимального размера метки CD-R(RW) - 0,834 мкм.

DVD является носителем, который может содержать любой тип информации, который обычно размещается на массово выпускаемых дисках DVD: видео, аудио, изображения, файлы данных, мультимедийные приложения и так далее. В зависимости от типа записанной информации диски DVD-R и DVD-RW можно использовать на стандартных устройствах воспроизведения DVD, включая большинство дисководов DVD-ROM и проигрывателей DVD-Video.

Характеристики некоторых форматов DVD представлены в таблице 1.

Таблица 1.

2.9 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 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, 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 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 до 12 Гбайт [8].

2.10 Голографические устройства

Голографическая запись позволяет записать на диск стандартного размера до 1,6 Тбайт данных. 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 Мбит/с.

2.11 MODS-диски

Физики из Имперского колледжа в Лондоне разработали оптический диск размером с CD или DVD, в котором помещается 1 терабайт данных (472 часа высококачественного видео). Новый формат назван MODS (Multiplexed Optical Data Storage). Его секрет заключается не только в размерах одного пита или их плотной упаковке. Главное новшество -- один пит в MODS кодирует не один бит (1 или 0, как у всех систем записи), а десятки бит. Дело в том, что каждый пит в новом формате не симметричен. Он содержит небольшую дополнительную впадинку, наклонённую вглубь под одним из 332 углов. Они создали аппаратуру и специальное программное обеспечение, позволяющее точно идентифицировать тонкие различия в отражении света от таких питов. По прогнозу физиков, серийные диски MODS и дисководы для них могут прийти на рынок между 2010 и 2015 годами, при условии финансирования дальнейшей работы группы. Интересно, что эти приводы будут обратно совместимыми с DVD и CD, хотя, разумеется, нынешние дисководы MODS-диски прочитать не смогут.

2.12 Для увеличения объема памяти возможность создать RAID-массив

Объемы информации растут быстрыми темпами. Так, согласно данным аналитической организации IDC, в 2006 году на Земле было сгенерировано около 161 млрд. Гб информации, или 161 экзабайт. Если представить этот объем информации в виде книг, то получится 12 обычных книжных полок, только длина их будет равна расстоянию от Земли до Солнца. Многие пользователи задумываются о приобретении все более емких накопителей, благо цены на них снижаются, и за 100 долларов сейчас можно приобрести современный винчестер на 320 Гб.

Большинство современных материнских плат имеют на борту интегрированный RAID-контроллер с возможностью организовывать массивы уровней 0 и 1. Так что всегда можно приобрести пару SATA-дисков и объединить их в RAID-массив. В данном материале как раз рассматривается процесс создания RAID-массивов уровней 0 и 1, сравнение их производительности. В качестве тестируемых взяты два современных жестких диска Seagate Barracuda ES (Enterprise Storage) максимальной емкости - 750 Гб.

Несколько слов о самой технологии. Избыточный массив независимых (или недорогих) дисковых накопителей (Redundant Array of Independent/Inexpensive Disks - RAID) разрабатывался в целях повышения отказоустойчивости и эффективности систем компьютерных запоминающих устройств. Технология RAID была разработана в Калифорнийском университете в 1987 году. В ее основу был положен принцип использования нескольких дисков небольшого объема, взаимодействующих друг с другом посредством специального программного и аппаратного обеспечения, в качестве одного диска большой емкости.

Первоначальная конструкция RAID-массивов предусматривала простое соединение областей памяти нескольких отдельных дисков. Однако в последствии оказалось, что подобная схема снижает надежность матрицы и практически не влияет на быстродействие. Например, четыре диска, объединенных в матрицу, будут сбоить в четыре раза чаще, чем один подобный накопитель. Для решения этой проблемы инженеры из института Беркли предложили шесть различных уровней RAID. Каждый из них характеризуется определенной отказоустойчивостью, емкостью винчестера и производительностью.

В июле 1992 года была создана организация RAID Advisory Board (RAB), которая занимается стандартизацией, классифицированием и изучением RAID. В настоящее время RAB определила семь стандартных уровней RAID. Избыточный массив независимых дисковых накопителей обычно реализуется с помощью платы контроллера RAID. В нашем случае жесткие диски подключались к интегрированному RAID-контроллеру материнской платы abit AN8-Ultra на базе чипсета nForce 4 Ultra. Для начала рассмотрим возможности, предлагаемые чипсетом для построения RAID-массивов. nForce 4 Ultra позволяет создавать RAID-массивы уровней 0, 1, 0+1, JBOD.

2.12.1 RAID 0 (Stripe)

Расслоение дисков, также известное как режим RAID 0, уменьшает число обращений к дискам при чтении и записи для многих приложений. Данные делятся между несколькими дисками в массиве так, чтобы операции чтения и записи проводились одновременно для нескольких дисков. Этот уровень обеспечивает высокую скорость выполнения операций чтения/записи (теоретически - удвоение), но низкую надежность. Для домашнего пользователя - наверное, самый интересный вариант, позволяющий добиться существенного роста скорости чтения и записи данных с накопителей.