Содержание
Классификация
внешних запоминающих устройств (ВЗУ) 2
Характеристики
ВЗУ.. 3
Носитель
на гибком магнитном диске. 3
Формат
записи информации на гибком магнитном диске. 4
Основы
оптической записи. 6
Обобщенная
структура накопителя на оптических дисках. 8
Структура
накопителя на жестких магнитных дисках. 9
Список
литературы: 11
Классификация внешних запоминающих устройств (ВЗУ)
Для эффективной обработки данных необходимо обеспечить при
минимальных затратах хранение больших объемов информации и быстрый доступ к
ней. Эти требования противоречивы и при современном уровне технологии
компромисс между емкостью, быстродействием памяти и затратами на нее
достигается за счет создания иерархической структуры, включающей в себя
сверхоперативный, основной, внешний и архивный уровни. Внешний и архивный
уровни образуют систему внешней памяти.
В ее состав входят разнородные внешние запоминающие устройства (ВЗУ),
контроллеры ВЗУ, а также носители информации и хранилища для них.
Контроллеры ВЗУ, как
правило, размещаются в системном блоке
ПЭВМ и реализуют функции контроля исправности ВЗУ, помехоустойчивого
кодирования, обнаружения ошибок при считывании, задания формата данных,
формирования сигналов интерфейса в соответствии с протоколом и др.
По типу носителя
различают ВЗУ с подвижным и неподвижным носителем. Если поиск, запись и
считывание информации сопровождаются механическим перемещением носителя, то
такие ВЗУ называют накопителями с подвижным носителем. К этой категории относят
накопители на магнитных лентах (НМЛ), магнитных дисках (НМД) и оптических
дисках (НОД). Накопители на основе цилиндрических магнитных доменов (ЦМД)
относятся к накопителям второй категории. Реже во ВЗУ используют объемную
запись - полупроводниковые ЗУ, приборы с зарядной связью.
По способу доступа к информации все ВЗУ делятся на
накопители с последовательным (НМЛ) и прямым (произвольным) доступом (НГМД,
НЖМД).
Характеристики ВЗУ
Основными техническими характеристиками ВЗУ являются:
1) информационная
емкость определяет наибольшее количество единиц данных, которое может
одновременно храниться в ВЗУ. Она зависит от площади и объема носителя, а также
от плотности записи;
2) плотность записи
- число бит информации, записанных на единице поверхности носителя. Различают продольную плотность (бит/мм), т.е.
число бит на единице длины носителя вдоль вектора скорости его перемещения (по
дорожке), и поперечную плотность
(бит/мм), т.е. число бит на единице длины носителя в направлении,
перпендикулярном вектору скорости (число дорожек);
3) время доступа,
т.е. интервал времени от момента запроса (чтения или записи) до момента выдачи
блока. Это время включает в себя время поиска информации на носителе и время
чтения или записи;
4) скорость передачи
данных определяет количество данных, считываемых или записываемых в единицу
времени и зависит от скорости движения носителя, плотности записи, числа
каналов и т.п.
Носитель на гибком магнитном диске
В НГМД используют два основных метода записи: метод
частотной модуляции (ЧМ) (рис. 13.2) и метод модифицированной ЧМ. В контроллере
(адаптере) НГМД данные обрабатываются в двоичном коде и передаются в НГМД в
последовательном коде.
Способ частотной модуляции является
двухчастотным. При записи в начале тактового интервала производится
переключение тока в МГ и направление намагниченности поверхности изменяется.
Переключение тока записи отмечает начало тактов записи и используется при
считывании для формирования сигналов синхронизации. Таким образом, этот способ
обладает свойством самосинхонизации.
Запись «1» и «0» производится в середине тактового интервала, причем при записи
«1» в середине тактового интервала производится инвертирование тока, а при
записи «0» - нет. При считывании в моменты середины тактового интервала
определяют наличие сигнала произвольной полярности. Наличие сигнала в этот
момент соответствует «1», а отсутствие - «0».
Формат записи информации на гибком магнитном диске
Организация размещения информации на дискете предполагает
расположение данных пользователя вместе со служебной информацией, необходимой
для нумерации отдельных областей, отделения их друг от друга, для контроля
информации и т.д.
В НГМД используют стандартные форматы информации для унификации (обобщения)
НГМД и их адаптеров. Каждая дорожка на дискете разделена на секторы. Размер
сектора является основной характеристикой формата и определяет наименьший объем
данных, который может быть записан одной операцией ввода-вывода. Применяемые в
НГМД форматы различаются числом секторов на дорожке и объемом одного сектора.
Максимальное количество секторов на дорожке определяется операционной системой.
Секторы отделяются друг от друга интервалами, в которых информация не
записывается. Произведение числа дорожек на количество секторов и количество
сторон дискеты определяет ее информационную емкость.
Каждый сектор включает две области: поле служебной
информации и поле данных. Служебная
информация составляет идентификатор сектора, позволяющий отличить его от
других.
Адресный маркер -
это специальный код, отличающийся от данных и указывающий на начало сектора или
поля данных. Номер головки указывает
одну из двух МГ, расположенных на соответствующих сторонах дискеты. Номер сектора - это логический код
сектора, который может не совпасть с его физическим номером. Длина сектора указывает размер поля
данных. Контрольные байты предназначены
для контроля ошибок считывания.
Среднее время доступа
к диску в миллисекундах оценивается по следующему выражению:
tср= (N-1)·t1/3+t2
, (17.1)
где N - число дорожек на рабочей поверхности ГМД; t1
- время перемещения МГ с дорожки на дорожку; t2 - время успокоения
системы позиционирования.
Основы оптической записи
Методы оптической записи на поверхности подвижного носителя
основаны на способности некоторых материалов изменять отражательные свойства на
участках, которые подвергались тепловому, магнитному или комбинированному
воздействию.
Основой
оптического диска служит круглая
подложка из полимеров, обладающая механической прочностью. В качестве
информационного носителя используются многослойные пленочные структуры. На
исходную подложку наносится отражающий слой, затем слой диэлектрика,
информационный слой и защитное покрытие.
Первоначально для оптической записи использовалось свойство
лазерного луча прожигать отверстия в тонком слое металла (рис. 2, а, б).
Прожженное отверстие (пит) является
оптическим отпечатком, который может быть распознан с помощью лазерного луча
считывания меньшей мощности и фотодетектора. В зависимости от интенсивности
отраженного луча формируется электрический сигнал, соответствующий наличию или
отсутствию отпечатка. Такой способ записи используется для НОД с однократной
записью.
Возможность многократной записи обеспечивается при
использовании магнитооптических носителей. Под воздействием магнитного поля
нагретые участки изменяют состояние намагниченности (рис. 2, в, г).Для
считывания на поверхность носителя направляется пучок поляризованного света.
Намагниченные участки изменяют угол поляризации, по которому и воспринимаются.
Стирание информации происходит аналогично записи, однако направление магнитного
поля при этом должно быть противоположным.
По способу организации записи-считывания НОД могут быть
разделены на три больших класса:
1) постоянные
НОД, с которых возможно только считывание информации (CD ROM);
2) НОД с
однократной записью и многократным считыванием. Запись на такие НОД может
сделать пользователь, но только один раз;
3) НОД,
допускающие стирание и многократную перезапись.
Для НОД применяются несколько способов записи: абляционный -
путем прожигания отверстий в непрозрачной среде носителя; с помощью локального изменения коэффициента отражения
среды; перевод запоминающей среды из кристаллической фазы в аморфную и
наоборот; трансформирование магнитного состояния структуры; изменение цвета
локальной области. Первые два способа используются при «не стираемой» записи, а
остальные - для многократной перезаписи информации на НОД.
Для кодирования информации используются специальные коды,
например, Рида - Соломона. Для записи используется метод БВН.
В отличие от НМД оптический диск, имеет всего одну
физическую дорожку в форме непрерывной спирали, идущей от внутреннего диаметра
к наружному. Но физическая дорожка может быть разбита на несколько логических.
Если для НМД возможна запись на разные дорожки, то запись на оптические диски
происходит последовательно по спирали.
Все магнитные диски вращаются с постоянным числом оборотов в
минуту, т.е. с неизменной угловой скоростью. Оптический диск вращается с
переменной угловой скоростью, чтобы обеспечить постоянную линейную скорость при
чтении. Чтение внутренних секторов осуществляется с увеличенным, а наружных – с
уменьшенным числом оборотов. Поэтому у НОД низкая скорость доступа к данным.
Обычно НОД подсоединяются через параллельные интерфейсы SCSI
и IDE.
Обобщенная структура накопителя на оптических
дисках
Упрощенная структура НОД приведена на рис. 2.
При записи луч полупроводникового лазерного диода,
управляемого данными записи через коллиматор, зеркало и линзу объектива
прожигает отверстие в информационном слое диска. Наличие отверстия
соответствует записи «1». При считывании неуправляемый лазерный луч (получаемый
из делителя луча) выходит на рабочую поверхность через другой делитель луча,
зеркало и объектив. В режиме чтения зеркало перемещается. Отраженный свет через
делитель луча попадает на фотодиод, сигнал с которого обрабатывается
электронными схемами считывания. Точная установка луча на дорожке
обеспечивается сервоблоком дорожки, фокусировка - сервоблоком фокусировки, а постоянное число
оборотов - сервоблоком вращения диска.
К существенным недостаткам накопителей на оптических дисках
относятся сравнительно большое время доступа к информации по сравнению с НЖМД,
низкая скорость передачи данных, наличие механических и оптических узлов, не
выдерживающих ударов и вибрации.
Структура накопителя на жестких магнитных дисках
С конструктивной точки зрения НЖМД схожи с НГМД. Однако НЖМД
содержат большее число электромеханических узлов и механических деталей,
изолированных в герметизированном корпусе, и пакет магнитных дисков. Несколько
дисков, объединенных в пакеты, жестко закрепляются на общей оси (рис. 3)
Магнитные головки, объединенные в блок, приводятся в движение двигателем.
Рис. 3. Структура дискового пакета НЖМД
Запись-считывание в НЖМД осуществляется бесконтактным
способом, хотя в состоянии покоя МГ находятся на поверхности магнитного
покрытия.
Жесткий магнитный
диск - это круглая металлическая пластина толщиной 1,5..2мм, покрытая
ферромагнитным слоем и специальным защитным слоем. Для записи и чтения
используются обе поверхности диска. Поверхность диска, как и для НГМД, разбита
на дорожки. Дорожки с одним и тем же радиусом на всех дисках пакета образуют цилиндр. Цилиндр определяет положение
всех МГ блока при записи или считывании на той или иной дорожке. Цилиндрам
присваиваются номера соответствующих дорожек. Обычно один сектор на дорожке
вмещает несколько сотен байт. Полный адрес сектора в дисковом пакете состоит из
трех частей: номера цилиндра, номера МГ и номера сектора на дорожке. Обычно
используют пакеты с 4, 5, 8 и более дисками, где на каждую поверхность диска
приходится по одной МГ.
Список литературы:
1. Фигурнов В.Э.
IBM PC для пользователя. Изд. 6-е, М., 1995 г.
2. Ахметов К.С.
Курс молодого бойца. М., 1995 г.
3. Информатика и
вычислительная техника./Под ред. В.Н.Ларионова. М., 1992 г.
4. Энциклопедии онлайн на Mail.ru.
5. Экономическая
информатика. Учебник для вузов. Под ред. В.В.Евдокимова. С-Петербург, 1997 г.