Внешние запоминающие устройства ЭВМ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Практическая работа

по Архитектурам аппаратных средств на тему: «Внешние запоминающие устройства ЭВМ»

Ученик: Михаил Васильев

накопитель диск запись флеш

Цель работы: пройти тему и сделать задания.

По форме записанной информации:

аналоговые;

цифровые.

По возможности записи:

ЗУ, запись в которые производится только заводом-изготовителем (например, масочные микросхемы ПЗУ, CD-ROM).

ЗУ, запись в которые может осуществить пользователь с помощью отдельного устройства (например, EPROM c ультрафиолетовым стиранием, использовавшиеся в ранних микросхемах BIOS).

ЗУ, запись в которое осуществляется конечным пользователем в том же устройстве, которое его использует (например, большинство видов памяти в современных компьютерах).

По возможности перезаписи:

С однократной записью без возможности перезаписи (ПЗУ) (например, CD-ROM, CD-R, масочные микросхемы ПЗУ).

Полупостоянные, перепрограммируемые ЗУ (ПППЗУ) - запоминающие устройства с возможностью многократной перезаписи, затруднённой долгим временем записи или ограниченным числом циклов записи (например, CD-RW, микросхемы EPROM).

Устройства со свободной многократной перезаписью (например, жёсткие магнитные диски, микросхемы оперативной памяти). Между этим и предыдущим классом нет чёткой границы.

По назначению:

Оперативная память (ОЗУ) - память, в которой размещаются данные, над которыми непосредственно производятся операции процессора. Оперативная память может иметь несколько иерархических уровней. Примеры: SRAM, DRAM.

Внутренние устройства для долговременного хранения информации (например, CMOS-память, жёсткие диски, SSD).

Внешние носители, предназначенные для резервного хранения либо переноса информации от одного устройства к другому (например, дискеты, флешки).

Запоминающие устройства для идентификации и платежей (например, магнитные карты, метки RFID).

По энергозависимости:

энергонезависимые, записи в которых не стираются при снятии электропитания;

энергозависимые, записи в которых стираются при снятии электропитания;

статические, которым для хранения информации достаточно сохранения питающего напряжения;

динамические, в которых информация со временем разрушается (деградирует), и, кроме подачи электропитания, необходимо производить её периодическое восстановление (регенерацию).

По типу доступа:

С последовательным доступом (например, магнитные ленты).

С произвольным доступом (RAM; например, оперативная память).

С прямым доступом (например, жёсткие диски).

С ассоциативным доступом (специальные устройства, для повышения производительности баз данных).

По геометрическому исполнению:

дисковые (магнитные диски, оптические, магнитооптические);

ленточные (магнитные ленты, перфоленты);

барабанные (магнитные барабаны);

карточные (магнитные карты, перфокарты, флэш-карты, и др.);

печатные платы (карты DRAM, картриджи).

По физическому принципу:

перфорационные (с отверстиями или вырезами)

перфокарта

перфолента

с магнитной записью

магнитные сердечники (пластины, стержни, кольца, биаксы)

магнитные диски

Жёсткий магнитный диск

Гибкий магнитный диск

магнитные ленты

магнитные карты

оптические

CD

DVD

HD-DVD

Blu-ray Disc

магнитооптические:

CD-MO

использующие накопление электростатического заряда в диэлектриках (конденсаторные ЗУ, запоминающие электроннолучевые трубки);

использующие эффекты в полупроводниках (EEPROM, флэш-память)

звуковые и ультразвуковые (линии задержки);

использующие сверхпроводимость (криогенные элементы);

другие.

По количеству устойчивых (распознаваемых) состояний одного элемента памяти:

двоичные

троичные

десятичные

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.

Принцип работы жёстких дисков похож на работу магнитофонов. Рабочая поверхность диска движется относительно считывающей головки (например, в виде катушки индуктивности с зазором в магнитопроводе). При подаче переменного электрического тока (при записи) на катушку головки возникающее переменное магнитное поле из зазора головки воздействует на ферромагнетик поверхности диска и изменяет направление вектора намагниченности доменов в зависимости от величины сигнала. При считывании перемещение доменов у зазора головки приводит к изменению магнитного потока в магнитопроводе головки, что приводит к возникновению переменного электрического сигнала в катушке за счёт электромагнитной индукции.

С конца 1990-х на рынке устройств хранения информации начали применяться головки на основе эффекта гигантского магнитного сопротивления (ГМС). С начала 2000-х головки на основе эффекта ГМС стали заменяться на головки на основе туннельного магниторезистивного эффекта (в них изменение магнитного поля приводит к изменению сопротивления в зависимости от изменения напряжённости магнитного поля; подобные головки позволяют увеличить вероятность достоверности считывания информации, особенно при больших плотностях записи информации). В 2007 году устройства на основе туннельного магниторезистивного эффекта с оксидом магния (эффект открыт в 2005 году) полностью заменили устройства на основе эффекта ГМС.

Метод продольной записи

Биты информации записываются с помощью маленькой головки, которая, проходя над поверхностью вращающегося диска, намагничивает миллиарды горизонтальных дискретных областей -- доменов. При этом вектор намагниченности домена расположен продольно, то есть параллельно поверхности диска. Каждая из этих областей является логическим нулём или единицей, в зависимости от направления намагниченности.

Максимально достижимая при использовании данного метода плотность записи составляет около 23 Гбит/смІ. К 2010 году этот метод был практически вытеснен методом перпендикулярной записи.

Метод перпендикулярной записи

Метод перпендикулярной записи -- технология, при которой биты информации сохраняются в вертикальных доменах. Это позволяет использовать более сильные магнитные поля и снизить площадь материала, необходимую для записи 1 бита. Предыдущий метод записи, параллельно поверхности магнитной пластины, привёл к тому, что в определённый момент инженеры упёрлись в «потолок» -- дальше увеличивать плотность информации на дисках было невозможно. И тогда вспомнили о другом способе записи, который был известен ещё с 1970-х годов.

Плотность записи при этом методе резко возросла -- более чем на 30 % ещё на первых образцах (на 2009 год -- 400 Гбит/дюймІ, или 62 Гбит/см). Теоретический предел отодвинулся на порядки и составляет более 1 Тбит/дюймІ.

Жёсткие диски с перпендикулярной записью стали доступны на рынке с 2006 года. Винчестеры продолжают тенденцию на увеличение ёмкости, вмещая до 10-14 терабайт и применяя в дополнение к PMR такие технологии, как заполнение гелием корпусов, SMR, HAMR/MAMR.

Перспективные методы записи

Метод черепичной магнитной записи

Метод черепичной магнитной записи (en:Shingled magnetic recording, SMR) был реализован в начале 2010-х годов. В нём используется тот факт, что ширина области чтения меньше, чем ширина записывающей головки. Запись дорожек в этом методе производится с частичным наложением в рамках групп дорожек (пакетов). Каждая следующая дорожка пакета частично закрывает предыдущую (подобно черепичной кровле), оставляя от неё узкую часть, достаточную для считывающей головки. По своей специфике она радикально отличается от более популярных технологий записи CMR и PMR.

Черепичная запись увеличивает плотность записанной информации (технология применяется производителями жестких дисков для повышения плотности записи данных, что позволяет им умещать большее количество информации на каждой пластине винчестера), однако осложняет перезапись -- при каждом изменении требуется полностью перезаписать весь пакет перекрывающихся дорожек. Технология позволяет увеличить ёмкость жёстких дисков на 15-20 %, в зависимости от конкретной реализации; при этом не лишена недостатков, главный из которых -- низкая скорость записи/перезаписи, что критично при использовании в клиентских компьютерах. Официально, технология черепичной магнитной записи применяется главным образом в НЖМД для центров обработки данных (ЦОД), используются для архивов и приложений типа WORM (write once, read many), где редко необходима перезапись.

Компании WD и Toshiba в конце 2010-х намеренно скрывали информацию об использовании в ряде своих накопителей, ориентированных на потребительский сегмент, данной технологии; её использование часто приводит к несовместимости накопителей с некоторыми моделями файловых серверов и к невозможности их объединения в RAID-массивы. При этом Seagate никогда не делала большого секрета из того, что некоторые из её винчестеров для NAS, резервного копирования, видеонаблюдения и мобильных ПК, также используют SMR-пластины.

Метод тепловой магнитной записи

Основная статья: Термомагнитная запись

Метод тепловой магнитной записи (англ. heat-assisted magnetic recording, HAMR) остаётся перспективным, продолжаются его доработки и внедрение. В этом методе используется точечный подогрев диска, который позволяет головке намагничивать очень мелкие области его поверхности. После того, как диск охлаждается, намагниченность «закрепляется». На 2009 год были доступны только экспериментальные образцы, плотность записи которых составляла 150 Гбит/смІ. Специалисты Hitachi называют предел для этой технологии в 2,3--3,1 Тбит/смІ, а представители Seagate Technology -- 7,75 Тбит/смІ.

Структурированные носители данных

Основная статья: Структурированный носитель данных

Структурированный (паттернированный) носитель данных (англ. bit-patterned media) -- перспективная технология хранения данных на магнитном носителе, использующая для записи данных массив одинаковых магнитных ячеек, каждая из которых соответствует одному биту информации, в отличие от современных технологий магнитной записи, в которых бит информации записывается на нескольких магнитных доменах.

4. Флеш-память (англ. flash memory) -- разновидность полупроводниковой технологии электрически перепрограммируемой памяти (EEPROM). Это же слово используется в электронной схемотехнике для обозначения технологически законченных решений постоянных запоминающих устройств в виде микросхем на базе этой полупроводниковой технологии. В быту это словосочетание закрепилось за широким классом твердотельных устройств хранения информации.

Благодаря компактности, дешевизне, механической прочности, большому объёму, скорости работы и низкому энергопотреблению, флеш-память широко используется в цифровых портативных устройствах и носителях информации. Серьёзным недостатком данной технологии является ограниченный ресурс носителей, а также чувствительность к электростатическому разряду.

Стремление достичь предельных значений ёмкости для NAND-устройств привело к «стандартизации брака» -- праву выпускать и продавать микросхемы с некоторым процентом бракованных ячеек и без гарантии непоявления новых «bad-блоков» в процессе эксплуатации. Чтобы минимизировать потери данных, каждая страница памяти снабжается небольшим дополнительным блоком, в котором записывается контрольная сумма, информация для восстановления при одиночных битовых ошибках, информация о сбойных элементах на этой странице и количестве записей на эту страницу.

Сложность алгоритмов чтения и допустимость наличия некоторого количества бракованных ячеек вынудили разработчиков оснастить NAND-микросхемы памяти специфическим командным интерфейсом. Это означает, что нужно сначала подать специальную команду переноса указанной страницы памяти в специальный буфер внутри микросхемы, дождаться окончания этой операции, считать буфер, проверить целостность данных и, при необходимости, попытаться восстановить их.

Слабое место флеш-памяти -- количество циклов перезаписи в одной странице. Ситуация ухудшается также в связи с тем, что стандартные файловые системы -- то есть стандартные системы управления файлами для широко распространённых файловых систем -- часто записывают данные в одно и то же место. Часто обновляется корневой каталог файловой системы, так что первые секторы памяти израсходуют свой запас значительно раньше. Распределение нагрузки позволит существенно продлить срок работы памяти.

Флэш-память доступна в различных формах, таких как карты памяти, карты памяти, USB накопители и так далее... Но основной принцип работы такой же. Флэш-память просто универсальны, как это стоит очень мало и предлагается с операционной гибкости вариант простой плагин и играть. Лучшая часть заключается в том, что память хранится на этом носителе, можно стирать и переписывать снова.

Флэш-память отличается от обычного электрически стираемого перепрограммируемого ПЗУ (EEPROM) в том, что EEPROM стирает содержимого по одному байту за раз. Это делает его очень медленным, если говорить о процессе обновления. Флэш-память может удалять файлы целыми блоками, что делает такое устройство более предпочтительным для приложений, которые требуют частого обновления большим количеством данных, как в случае карты памяти для цифровых электронных устройств.

Внутри микросхемы (чипа) информация хранится в ячейках. Плавающий затвор транзистора защищает данные, которые записываются в каждую ячейку. Туннельные электроны проходят через низкий проводящий материала, чтобы мгновенно изменить электронный заряд при этом, очищая ячейку так, что после она может быть перезаписана. Именно благодаря этому флэш-память получила свое имя («in a flash» - мгновенно).

Некоторые типы флэш-накопителей также называют карты памяти или флэш-карты, и продаются в различных конфигурациях для различных цифровых устройств и целей хранения. Флэш-память, что поставляется в виде USB-накопителя для использования с компьютером или планшетом - чрезвычайно удобно изобретение, которое пришло на смену дискетам и гибким дискам.

Флеш-карта памяти может сохранять изображения в цифровой камере, например, переместить на компьютер, где можно будет получить доступ к фотографиям. Флэш-память не одно и то же, что и флэш-память с произвольным доступом (RAM - flash randomaccess memory). ФлешRAM, как и любой другой вид оперативной памяти в компьютере, требует постоянный источник питания, чтобы поддерживать содержимое.

Флэш-память доступна в различных формах, таких как карты памяти, флешки, USB накопители и так далее. Но основной принцип работы у всех устройств одинаковый. Флэш-память уникальная вещь, поскольку стоит очень мало и предлагается с простой системой запуска и чтения файлов. Еще одним преимуществом можно назвать то, что все файлы могут находиться на одном носителе и есть возможность удалять их и перезаписывать снова.

Карта памяти, как форма флеш-памяти, настолько маленькая, что может поместиться в ладони, равно как монетка. Компактная карта памяти может использоваться где и когда угодно. А восстановление повреждённых или утраченных данных с USB-накопителей, карт памяти и других типов шлеш-памяти не составит труда.

Флеш-память используется в современных ОС типа Windows 7 и Windows Vista с целью повышения производительности системы. Также этот вид памяти поддерживает легкий доступ к необходимым приложениям и таким образом, пользователь может хранить программы, например, защищающие от вредоносного ПО или веб-браузера на карте памяти, с которой их потом можно перенести на компьютер.

Часто возникают различные сбои в работе устройств памяти, это же касается и флеш-памяти, поскольку не существует устройств, абсолютно защищенных от возможности сбоя программного обеспечения или физического повреждения устройства. Более того, мы знаем, что все имеет срок годности.

На флеш-памяти может храниться крайне важная информация, такая как: уникальные коды, различные шифры и сверхважные документы, если говорить о бизнесе. Также на флеш-накопителе данных может быть сохранено множество других файлов, например, видео, аудиофайлы, фильмы, фотографии, картинки, книги, учебники и документы Word, табличные процессоры Excel и другие.

И что же делать в ситуации, когда эти файлы все же были удалены. Не стоит паниковать, поскольку существует множество программ, которые предназначены специально для восстановления различных файлов. Некоторые производители разрабатывают целые пакеты программ, которые в комплексе обеспечивают сохранность Ваших данных и восстанавливают их в результате любой из причин, по которым они были удалены. К примеру, такой производитель, как Hetman Recovery предлагает множество программ, которые помогут восстановить данные с флеш-памяти это: Hetman PartitionRecоvery, Hetman FAT Recovery, Hetman NTFS Rеcovery и много других.

Вывод: я изучил эту тему, описал материал и выполнил задания с ответом на вопросы. При отвечании на вопросы по теме исследования мною была изучена специальная литература, включающая научные статьи по информационным технологиям, учебники по информатике, рассмотрено возможное практическое применение информации.

Размещено на Allbest.ru