Файл: Сравнительный анализ способов и устройств хранения информации..pdf

Устройство последовательного доступа – такая зависимость существует

В состав внешней памяти входят: 1) накопители на гибких магнитных дисках (НГМД); 2) накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД); 3) накопители на оптических дисках (СD-ROM); 4) накопители на магнитной ленте; 5) сменные носители информации (флэш-карты).

НГМД - накопители на гибких магнитных дисках

Данные накопители предназначены для сохранения небольших объемов информации. Их следует оберегать от сильных магнитных полей и нагревания. Это носители произвольного (прямого) доступа к информации. Они используются для переноса данных с одного компьютера на другой.

Перед работой с информацией носитель должна быть произведена магнитная разметка диска на дорожки и секторы (форматирование). Объём дискет 3,5` сравнительно небольшой - 1,44 Мбайт.

Рабочая поверхность дискет изготовлена из эластичного материала и помещена в твердый защитный корпус, поэтому их называют гибкими. Поверхность диска, на котором происходит запись покрыта магнитным слоем (1 - намагниченный участок, 0 - не намагниченный). Информация записывается с двух сторон диска на дорожки в виде концентрических окружностей. Дорожки разбиваются на секторы. Современные дискетки имеют программную разметку. На каждом секторе выделяется участок для его идентификации, а на остальное место записываются данные. Дисковод снабжен двумя двигателями. Один обеспечивает вращение внутри защитного корпуса. Второй перемещает головку записи/чтения вдоль радиуса поверхности диска. В защитном корпусе имеется специальное окно защиты записи. С помощью бегунка это окно открывают и дискета становится доступна только на чтение, а на запись доступа не будет. Это предохраняет информацию на диске от изменения и удаления.

НЖМД - накопители на жестких магнитных дисках

Накопитель на жестких магнитных дисках (от англ. НDD – Hard Disk Drive), или винчестер – это запоминающее устройство большой емкости, в котором носителями информации являются круглые металлические диски (пластины), обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. Винчестер используется для длительного или постоянного хранения информации и данных.

Жесткие диски, по принципу работы, подобны дискетам. В них информация также записывается на магнитный слой диска. Диски, в отличие от дискет, сделан из твердого материала, чаще всего алюминия (отсюда и название Hard Disk). В корпусе объединены такие элементы винчестера, как управляющий двигатель, диски (носитель информации), головки чтения - записи, позиционер и микросхемы, обеспечивающие обработку данных, коррекцию возможных ошибок, управление механической частью, а также микросхемы кэш-памяти.

---

Если, например дискета состоит из одного диска, то винчестер состоит из нескольких одинаковых дисков, расположенных друг под другом.

НЖМД располагается в почти полностью герметизированном корпусе. В отличие от НГМД, НЖМД изолирован от внешней среды, это предотвращает попадание пыли и других частиц, которые могут повредить магнитный носитель или головки чтения - записи, которые располагаются над поверхностью быстро вращающегося диска на расстоянии нескольких десятимиллионных долей сантиметра.

Магнитные диски являются элементами устройств чтения - записи информации дисководов. Сам магнитный диск – это пластиковый (для гибких дисков) и алюминиевый либо керамический (для жестких дисков) круг с магниточувствительным покрытием. Во время работы диск раскручивается. Головки чтения-записи могут синхронно перемещаться в горизонтальном и вертикальном направлении, что позволяет им приблизиться к любой точке поверхности диска. Каждая точка поверхности рассматривается как отдельный бит внешней памяти.

Разбивка непрерывного пространства поверхности диска на указанные элементы называется дискретизация и выполняется при его форматировании. При этом также формируются маркер начала и конца дорожки, места расположения секторов, в сектора записывается служебная информация.

К основным характеристиками винчестеров относят:

• информационный объем;
• число пластин (дисков);
• количество головок;
• скорость вращения дисков – скорость, с которой пластины диска вращаются относительно магнитных головок в оборотах в минуту. У современных моделей этот показатель обычно составляет 7200 об./мин;

Время доступа – 7–9 мс;

Скорость чтения и записи информации 50 - 75 Мбайт/с и более;

Размер кэш-памяти в среднем 8 – 32 Мбайт.

НDD - накопитель управляется процессором через контроллер жесткого диска.

Реальная производительность жестких дисков всегда определяется интерфейсом. В современных компьютерах применяются интерфейсы параллельного (IDE и SCSI) и последовательного (SATA и USB) типов, используемые в основном при подключении внешних дисков. Винчестеры, подключаемые при помощи интерфейсов SCSI и SATA, имеют более высокие характеристики, чем IDE.

Винчестер, или один физический жесткий диск, может быть разделен на несколько логических дисков - разделов. Каждый из них обозначается буквой латинского алфавита, начиная с С: и может иметь свою метку, название. Кроме того, каждый логический диск может иметь разные файловые системы, например диск C: файловую систему NTFS, а диск D: – FAT 32.

---

НЖМД следует оберегать от ударов при установке и резких перемещений в пространстве при работе. Это носители с произвольным доступом к информации. Благодаря хорошей защищенности от пыли, влаги и других внешних воздействий достигают высокой плотности записи, в отличии от дискет.

Solid-state Drive (SSD-диск)

Solid-state Drive (SSD-диск) - твердотельный накопитель, компьютерное немеханическое запоминающее устройство на основе микросхем памяти. Являются прямой заменой НDD, используются как в персональных компьютерах и ноутбуках, так и в серверах и вычислительных центрах. В SSD накопителе нет механических и движущихся частей, что делает его более надежным, по сравнению с механическим НDD. Основные части данного вида накопителей - это чип флеш-памяти, контролер, интерфейс подключения диска, корпус.

Основные преимущества SSD накопителей:

- скорость работы. По сравнению с обычными жесткими дисками, SSD работают на гораздо большей скорости. Например, накопитель, подключенный по интерфейсу SATAIII работает на скорости 500 МБ/с и более. Операционная система на таких накопителях загружается за считанные секунды. Еще одним преимуществом данных накопителей является бесшумная работа. При работе SSD накопитель не издает никаких звуков, в отличии от НЖМД и других устройств.

- высокая устойчивость к механичным повреждениям. Так нет никаких механических деталей, никакие внешние воздействия вроде ударов или тряски не влияют на работу диска. Микросхемы памяти вместе с контролером помещают в прочный корпус, который защищает от внешних повреждений.

- низкое энергопотребление. По сравнению с НDD, SSD использует намного меньше электроэнергии, т.к. в его составе только электронные компактные компоненты. Это очень выгодно для использования в ноутбуках.

Минусы SSD накопителей:

- небольшое время работы на отказ. Количество циклов перезаписи зависит от технологии производства, которая не постоянно совершенствуется. При износе ячеек памяти они блокируются, при этом сам диск остается рабочим, но теряет рабочий объем. Но, при правильном использовании, срок службы твердотельного накопителя составит несколько лет. Ограничение на перезапись на сегодняшний день составляет в среднем 10000 раз.

- невозможность восстановления информации при отказе диска или после удаления информации. Если при большом скачке напряжения в обычном жёстком диске чаще всего выходит из строя только контроллер, то в SSD-дисках этот контроллер находится на самой плате, вместе с микросхемами памяти и отказывает весь накопитель целиком, что ведет к полной потере записанной информации. SSD диск можно использовать в персональном компьютере, но только в качестве основного, где установлена система, а не в качестве хранилища данных.

---

- проблема совместимости с операционными системами. Некоторые ОС не учитывают специфику твёрдотелых накопителей, что при работе приводит к очень быстрому износу носителя.

- стоимость SSD – накопителей. На сегодняшний день она в среднем превышает стоимость сравнимых по размерам НDD в 2 - 10 раз. Данный фактор существенно тормозить увеличение доли данных накопителей.

Оптические (лазерные) СD и DVD диски

- Предназначены для хранения любого вида информации

- Информацию на СD записывается с помощью лазерного луча

- Следует оберегать от царапин и загрязнения поверхности

- Это носители прямого доступа к информации

- Объем СD составляет 700 Мбайт; DVD от 4,7 до 15 Гбайт

- Более долговечны и надежны, чем магнитные диски

СD – Compact Disk. Изготовляют из органических материалов с напылением на поверхность тонкого алюминиевого слоя. Лазерный диск имеет одну дорожку в виде спирали. Информация записывается отдельными секторами мощным лазерным лучом, выжигающим на поверхности диска углубления, и представляет собой чередование впадин и выпуклостей. При считывании информации выступы отражают свет слабого лазерного луча и воспринимаются как «1», впадины поглощают луч и, воспринимаются как «0». Это бесконтактный способ считывания информации. Срок хранения 50-100лет

DVD – Digital Video Disk. Имеет те же размеры, что и СD. Может быть односторонним или двухсторонним, а на каждой стороне может быть 1 или 2 рабочих слоя.

СD и DVD бывают трех разновидностей:

СD-ROM, DVD-ROM — диски только для чтения, записанные на заводе; так же обозначаются приводы, предназначенные только для чтения дисков;

СD-R, DVD-R — чистые диски, позволяющие однократную запись;

СD-RW, DVD-RW — диски, позволяющие многократную запись, стирание и перезапись информации.

Кроме обычных DVD, которые являются односторонними и однослойными, существуют или двухсторонние или двухслойные диски с удвоенным объемом. Самый вместительный DVD-диск – это одновременно двухсторонний и двухслойный, его объем увеличивается в четыре раза и составляет более 15 Гбайт. Двухсторонние или двухслойные диски должны поддерживаться устройством чтения и записи дисков.

В современных СD/DVD - дисководах используется SATA - интерфейс, поэтому их подключение и конфигурирование аналогично жестким дискам.

Накопители на магнитных лентах (НМЛ) – стримеры.

Устройства последовательного доступа к информации, используемые для резервного копирования и хранения больших объемов информации, а именно – так называемых «холодных» архивов, доступ к которым требуется очень редко.

---

Стримеры – это накопители на магнитной ленте. Их отличает сравнительно низкая цена и большой объем хранимых данных. Емкость магнитных кассет - картриджей для стримеров составляет до 2000 Гбайт. Стримеры широко используют в системах разведки, безопасности, связи, навигации и в десятке других областей, где надо непрерывно записывать огромные массивы данных при безусловном обеспечении надежности хранения.

Сменные накопители информации

Флэш-память.

Название этот тип памяти получил от одного из разработчиков технологии – компании. Слово – «вспышка» – относилось к типу записи информации и, вероятно, носило еще и рекламный характер.

Преимущества флэш-памяти заключаются в независимости от наличия или отсутствия электрического питания, в долговременности хранения информации (производители гарантируют сохранность данных в течение 10 лет, но на практике должно быть больше) и в высокой механической надежности (в накопителях на базе флэш-памяти нет никаких механических устройств, как следствие - нечему ломаться).

Недостатки – в высокой сложности устройства, в невысоком быстродействии и в относительно высокой стоимости микросхем.

Данный вид накопителей быстро модернизируется по двум главным параметрам: уменьшение размеров и увеличение быстродействия. Уже сейчас скорость работы карт сравнима с накопителями на оптических дисках, но от современных винчестеров пока отстает.

Огромное количество техники – фото – и видеокамеры, карманные персональные компьютеры, мр3-плееры, диктофоны и сотовые телефоны – использует в качестве носителей информации флэш-карты. Эволюция, как форматов карт, так и их характеристик стремительно изменяется: увеличиваются объемы, растет скорость, падает цена.

Compact Flash карты выпущены в 1994 году компанией «Sandisk» и обеспечивают наивысшую скорость и наибольшую емкость (вплоть до 32 Гб).

Карты этого типа превосходно подходят для применения в самых разнообразных устройствах, включая цифровую фототехнику, где они занимают ведущие позиции.

Стандарт Compact Flash является открытым, что и способствует его значительному распространению.

Smart Media Card – один из первых форматов карт, которому, по всем прогнозам, пора бы уже и на покой: при его создании не обеспечили достаточный запас для развития увеличения скорости. Стандарт разработан в 1997 году специально для использования в цифровых аудиоплеерах и фотоаппаратах.

Основная доля продвижения стандарта на рынке принадлежит компаниям «Olympus» и «Toshiba».

---