ВНЕШНИЕ ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
Внешние запоминающие устройства (ВЗУ) служат для
долговременного хранения больших объемов информации. Обмениваться ею
непосредственно с процессором они не могут. Все, что накапливается за
многолетнюю работу на компьютере (программы, данные, графика, документы и др.),
хранится именно во внешней памяти. При отключении питания компьютера внешняя
память, в отличие от оперативной, сохраняет помещенную в нее информацию сколь
угодно долго. Если возникает необходимость ее использования, то на время
обработки нужная информация загружается в оперативную память, которая
обменивается ею непосредственно с процессором. Из оперативной памяти информация
для хранения снова записывается в ВЗУ. Внешняя память по сравнению с
оперативной работает на несколько порядков медленнее, так как представляет
собой не электронные, а электромеханические устройства. В зависимости от
технологии записи, хранения и воспроизведения информации устройства внешней
памяти бывают магнитные, оптические и смешанные - магнитно-оптические. По
способу доступа к информации устройства внешней памяти делят на устройства
прямого доступа, или дисковые, и устройства последовательного доступа, или
ленточные. Для работы с внешней памятью необходимо наличие накопителя
(устройства, обеспечивающего запись и считывание информации) и носителя (устройства
хранения информации).
Накопители на гибких
магнитных дисках(НГМД).
Дисководы для дискет появились, наверное, сразу же при создании
первого персонального компьютера и достаточно долгое время оставались
единственным и поэтому стандартным устройством для хранения информации на
сменных носителях. Сама дискета состоит из круглой полимерной подложки,
покрытой с обеих сторон магнитным окислом и помещенной в пластиковую упаковку,
на внутреннюю поверхность которой нанесено очищающее покрытие (см. рис. 3.10).
Рис. 3.10 Дискета
В упаковке сделаны с двух сторон радиальные прорези, через
которые головки считывания/записи накопителя получают доступ к диску. Дискета
устанавливается в накопитель на гибких магнитных дисках (рис. 3.11),
автоматически в нем фиксируется, после чего механизм накопителя раскручивается
до частоты вращения 360 оборотов/мин. В накопителе вращается сама дискета,
магнитные головки остаются неподвижными. Дискета вращается только при обращении
к ней. Накопитель связан с процессором через контроллер гибких дисков. В
магнитных дисках для
Рис. 3.11 Устройство чтения дискет
хранения информации используется свойство магнитных материалов
в течение длительного времени сохранять остаточную намагниченность. Данные на
диск записываются намагничиванием участков диска с помощью магнитных головок. К
диску подходят 2 головки, чтобы считывать и записывать данные на обе
поверхности диска. Запись на диск производится в цифровом коде, вдоль
концентрических окружностей, называемых дорожками, которые расположены по всей
поверхности вращающегося диска. Каждая дорожка разделена на части, называемые
секторами. Количество дорожек и секторов зависит от формата дискеты. Размер
сектора на дискете равен 512 байтам. Устройство всегда считывает и записывает
целое число секторов. Дискета емкостью 1,44 Мб имеет 2 стороны, по 80 дорожек,
каждая дорожка содержит по 18 секторов.
Кроме НГМД довольно часто используются сменные носители.
Довольно популярным накопителем является Zip (рис. 3.12). Эти накопители могут
хранить 100 или 250 Мб данных на картриджах, напоминающих дискету формата
3,5". Они достаточно компактны и неприхотливы в использовании, а
параллельный или USB-порт имеет каждый компьютер, и дисковод можно просто
забрать с собой и установить на месте.
Рис. 3.12 Внешний вид zip-накопителя
Накопители на жестких
магнитных дисках (НЖМД).
Жесткий диск - это
информационный склад компьютера, предназначен для постоянного хранения программ
и данных (рис. 3.13). Первый носитель, использовавшийся в качестве постоянного
накопителя в IBM PC, имел по тем временам колоссальную емкость - 10 Mb. Так
получилось, что обозначение одного из дисков той серии (30/30) совпало с обозначением
популярной винтовки, и жесткие диски по традиции часто называют теперь
"винчестерами".
Рис. 3.13 накопитель на жёстких магнитных дисках
На сегодняшний момент емкость дисков превышает 100 Gb, то есть
количественный прогресс в этой области за все время развития магнитных
носителей позволил увеличить объем этих самых носителей в 10000 раз. ЖМД
(винчестер) представляет собой набор металлических дисков, покрытых магнитным
слоем и соединенных между собой при помощи шпинделя, который вращается
непрерывно с высокой постоянной скоростью (7200 об./мин). Накопители на жестких
дисках объединяют в одном корпусе носитель, блок головок чтения/записи, а также
интерфейсную часть, называемую контроллером жесткого диска. Логически диск
состоит из дорожек, секторов и цилиндров. Дорожка - это окружность, вдоль
которой ведется чтение/запись. Для того, чтобы на дорожке можно было уместить
больше данных, она разбивается на сектора. Так как обычно HDD имеет несколько
поверхностей, то чаще речь идет не о дорожках, а о цилиндрах, то есть
совокупности дорожек, одинаково удаленных от центра (или края) диска.
Форматирование
флоппи-дисков и жестких дисков. Накопители на машинной основе перед тем,
как их можно будет использовать в качестве носителей информации, должны пройти
специальную операцию-форматирование. Для форматирования диска обычно
используется стандартная программа Windows, которая доступна при вызове
контекстного меню соответствующего устройства. Можно форматировать диски
доступных floppy – устройств, жесткие диски и диски других устройств,
допускающих эту процедуру. Исключение составляет системное устройство, с
которого была произведена загрузка системы. Как правило, это устройство с
именем С:. Для форматирования носителя этого устройства, необходимо загрузить
систему floppy диска А:. Форматировать можно как новые диски, так и б/у,
учитывая, что при форматировании будет потеряна информация, записанная на
диске. Полное форматирование целесообразно применять для дисков, на которых
появились сбойные участки.
Накопители на магнитной
ленте (НМЛ).
Вряд ли сейчас можно встретить накопители на магнитной ленте
(стримеры)(см. рис. 3.14), использующиеся в компьютерах в качестве накопителя
данных.
Рис. 3.14 Стример
Однако это вовсе не означает, что стримеры считаются
устаревшими устройствами. Просто их назначение несколько другое - стримеры
применяются не для хранения, а для архивирования больших объемов информации.
Наиболее ценная информация с целью ее долговременного хранения записывается на
магнитную пленку. Причем, стримеры позволяют записать на небольшую кассету с
магнитной лентой огромное количество информации. Встроенные в стример средства
аппаратного сжатия позволяют автоматически уплотнять информацию перед её
записью и восстанавливать после считывания, что увеличивает объём сохраняемой
информации.
Носителем информации является лавсановая лента, длиной более
100 м, на которую нанесено магнитное ферролаковое покрытие. Основным
преимуществом стримеров перед библиотеками дисковых накопителей является их
самая низкая стоимость на единицу информации среди всех устройств хранения
данных, а также очень хорошая надежность. Недостатком стримеров является их
сравнительно низкая скорость записи, поиска и считывания информации.
Стример позволяет освободить место на винчестере, за счет того,
что на него переписываются редко используемые программы и данные. В домашних
условиях в качестве стримера можно использовать обычный видеомагнитофон, для
этого компьютер должен быть укомплектован специальной платой.
CD-ROM,CD-RW, DVD диски
CD-ROM - это односторонний оптический носитель информации,
предназначенный только для чтения. Доступ к данным на CD-ROM осуществляется
быстрее, чем к данным на дискете, но медленнее, чем на жестком диске. Сам
компакт-диск диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм, изготовлен из полимера, на одну
сторону которого напылен светоотражающий слой алюминия, защищенный от
повреждений слоем прозрачного лака(рис. 3.15).
Рис. 3.15 Компакт-диск
Толщина напыления составляет несколько десятитысячных долей
миллиметра. Информация на диске представляется в виде последовательности впадин
(углублений в диске) и выступов, расположенных на спиральной дорожке, длина
которой около 5 км. Записывается информация на диск с помощью луча лазера на
фирме-изготовителе. Затем с этого первичного "мастер-диска"
производится тиражирование всей партии дисков методом литья под давлением. Эти
диски нельзя считать полноценными сменными носителями информации, так как они
не могут быть использованы ни для сохранения данных, ни для переноса данных с
одного компьютера на другой. Единственное их назначение - тиражирование и
распространение различных справочников, энциклопедий, обучающих,
демонстрационных, игровых и многих других программ. 1 компакт-диск хранит
информацию, содержащуюся на 500 дискетах. Для работы с CD-ROM нужно подключить
к компьютеру накопитель CD-ROM (рис. 3.16), преобразующий последовательность
углублений и выступов на поверхности CD-ROM в последовательность двоичных
сигналов.
Рис. 3.16 CD-ROM-накопитель
Для этого используется считывающая головка с микролазером и
светодиодом. Первые устройства считывания оптических дисков обеспечивали
скорость считывания 150 Кбайт/сек (аудиодиски считывались именно с этой
скоростью). В дальнейшем появились устройства с 2-х, 4-х,... 52-х кратной
скоростью передачи данных (по отношению к 150 Кбайт/сек). CD-ROM просты и
удобны в работе, имеют низкую удельную стоимость хранения данных, практически
не изнашиваются, не могут быть поражены вирусами, c них невозможно случайно
стереть информацию. Появились и другие оптические диски. Диск CD-R - диск с
однократной записью и многократным чтением. Он отличается от CD-ROM тем, что
информацию на него может записать пользователь. В дисках CD-R отражающий слой
выполнен из золотой пленки. Между этим слоем и поликарбонатной основой расположен
регистрирующий слой из органического материала, темнеющего при нагревании. В
процессе записи лазерный луч нагревает выбранные точки слоя, которые темнеют и
перестают пропускать свет к отражающему слою, образуя участки, аналогичные
впадинам. После однократной записи диск становится аналогичным CD-ROM – его
можно только читать. Диск CD-RW или CD-E - диск с многократной перезаписью. Он
допускает около 1000 циклов перезаписи информации и гарантирует срок ее
хранения не менее 10 лет. Для него требуется специальный накопитель, который
является универсальным и может обслуживать диски CD-ROM и CD-R. Многие
мультимедийные интерактивные программы слишком велики, чтобы поместиться на
одном CD. На смену им идут цифровые видеодиски DVD . Они, имея те же габариты,
что и CD-ROM, вмещают больше информации (до 17 Гб) за счет повышения плотности
записи и двусторонней записи, и по объему заменяют 20 стандартных дисков
CD-ROM. Сегодня DVD-диск используется в основном для хранения видеофильмов и
сверхбольших баз данных.
Магнитооптические
накопители
Есть еще один способ записи на сменный диск -
магнитооптический, который совмещает в себе надежность оптической и дешевизну и
простоту магнитной технологий (рис. 3.17). Первые промышленные образцы
магнитооптических дисков создала фирма Sony, которые появились на рынке в
середине 80-х годов. Диски не произвели сначала большого впечатления из-за
своей дороговизны и сложности, однако со временем отношение к ним сильно
изменилось.
Рис. 3.17 Магнитооптический диск
Принцип действия магнитооптического диска в следующем. При
записи лазерный луч нагревает часть поверхности диска, куда должна
производиться запись, до некоторой точки, называемой физиками "точкой
Кюри". В этой точке резко падает магнитная проницаемость вещества, и
изменение магнитного состояния его частиц может быть произведено относительно
небольшим магнитным полем. Поле переводит все битовые ячейки в одинаковое
состояние, при этом стирается вся информация, которая в них хранилась. Затем
направление магнитного поля меняется на противоположное, а лазер включается в
нужные моменты (то есть когда необходимо изменить ориентацию частиц в битовой
ячейке), опять нагревая сплав до точки Кюри. После этой операции сплав
охлаждается, и частицы его застывают в новом положении. При чтении используется
лазерный луч более низкой мощности (примерно 25% от мощности записывающего
луча), отраженный от битовых ячеек свет попадает на светочувствительный
элемент, который определяет направление поляризации. В зависимости от этого
значения элемент посылает контроллеру дисковода двоичный ноль или двоичную
единицу.
Дорожки с информацией образуют единую спираль (как в CD/DVD),
которая разбивается на секторы. Диски малой емкости созданы по технологии CAV (Constant Angular Velocity), то есть
дорожки всегда разбиты на одинаковое количество секторов. Так как внешние
дорожки длиннее внутренних, то много места теряется впустую. Для увеличения
емкости носителя в современных дисках применяется технология ZCAV (Zoned Constant Angular Velocity), когда
поверхность диска разбита на зоны, и в каждой зоне применяется свой угловой
размер сектора. Кроме повышения емкости, данный прием также позволяет несколько
увеличить скорость чтения/записи.
Запись информации в магнитооптических носителях осуществляется
на диск из стекла, содержащий магнитный слой из сплава тербия, железа и
кобальта. Для надежности диск помещается в пластиковый картридж (как у
дискеты). И внешне диск очень похож на обыкновенную трехдюймовую дискету,
только он раза в два потолще. Стоят диски довольно недорого, что делает их
очень привлекательными для многих пользователей, для которых нужно достаточно
емкое, относительно скоростное, простое в обращении и надежное средство
хранения или архивирования информации.
Накопители на
Flash-картах.
USB FLASH ДРАЙВЫ. Официально
USB Flash Drive - это мобильный носитель информации flash-типа с "plug
& play" подключением к USB (рис. 3.18). Из основных достоинств данных
драйвов можно выделить вот эти - портативные, компактные, легкие, относительно
быстрые, устойчивы к физическому воздействию, имеют длительный срок службы и
хранения информации.
Рис. 3.18 USB Flash Drive
Обладают большой емкостью – до четырех Гб, согласись это не
мало… Для того, чтобы USB Flash Drive заработал на твоем компьютере, достаточно
того, чтобы он был оснащен USB портом (хотя бы с протоколом 1.1).
Обычно фирмами производятся три основных вида USB Flash Drive:
Standart – "стандартный" с ограниченной функцией
"plug & play", требует установки драйверов на компьютер под
Windows 98 и Windows 2000.
Smart – "интеллектуальный" с полной поддержкой
функции "plug & play" и не требующий дополнительных драйверов.
Secure – "секретный", т.е. замаскированный, например,
под брелок для ключей. На данный момент – это самый распространенный вариант.
Хотя сейчас вы уже сможете увидеть, например, часы, со встроенным USB Flash
Drive.
Технические характеристики:
·
емкость: 8Мб, 16Мб, 32Мб, 64Мб 128Мб, 256Мб,
512Мб, 1024Мб и вплоть до 4096Мб;
·
ОС, на которых возможна работа: Mac OS 8.6, 9.x,
10.x, Windows 98, Windows 98'SE, Windows 2000, Windows ME, Windows XP
интерфейс: USB;
·
питание: не требует внешнего источника питания,
использует питание шины USB в диапазоне напряжения от 4.5 до 5.5V;
·
скорость чтения: 700 Кбит в секунду;
·
скорость записи: 350 Кбит в секунду;
ZIV. ZiV - это
мобильный жесткий диск, подключаемый через порт USB (см. рис. 3.19).
Рис. 3.19 ZIV-драйв
Вот его технические характеристики (ZIV2):
·
Интерфейс стыковки с ПК: USB 2.0 полностью
совместим с USB 1.1;
·
Скорость копирования с/на мобильного накопителя
ZIV2 на/с устройство-получатель по интерфейсному кабелю: от 16Мб/с до 18Мб/с в
зависимости от типа передаваемых данных и электромагнитного окружения
соединительного USB кабеля;
·
Пропускная способность порта USB 2.0 составляет
480Mbps;
·
Емкости накопителей: 20Гб, 30Гб, 40Гб, 60Гб;
·
Операционные системы, с которыми совместим
продукт: Windows 98, Windows ME, Windows 2000, Windows XP, Mac OS 9+, Mac OS X;
Linux, DOS;
·
Физические характеристики: Размеры: 125 х 72 х
11 мм;
·
Вес: 130 г;
ZIV2 - это уникальное решение для всех, чья деятельность
неразрывно связана с большими объемами информации и, следовательно,
необходимостью ее оперативной транспортировки и резервирования. ZIV2 является
решением проблем с переносом данных для дизайнеров, видеомонтажеров, системных
администраторов и для многих других, кто сталкивается с этой проблемой
ежедневно.
В таблице 3.4. приведены основные характеристики накопителей и
носителей.
Таблица 3.4
Основные характеристики накопителей и носителей
|
вид носителя
|
информационная емкость
|
скорость обмена
|
|
дискета
|
1,44 Мбайт
|
250, 300 и 500 Кбит/сек
|
|
сменный гибкий диск zip
|
100 Мбайт
|
1 Мбайт/сек
|
|
винчестер
|
от 10 Гбайт до 100 Гбайт
|
до 60 Мбайт/сек
|
|
кассета с магнитной пленкой
|
от 80 Мбайт до 13 Гбайт
|
от 1,5 до 3 Мбайт/сек
|
|
CD-ROM
|
650 Мбайт
|
до 7,5 Мбайт/сек
|
|
DVD
|
от 4,7 Гбайт до 17 Гбайт
|
до 7,5 Мбайт/сек
|
|
магнитооптический диск
|
от 128 Мбайт до 2,6 Гбайт
|
от 1,3 до 3,8 Мбайт/сек
|