Файл: Сравнительный анализ способов и устройств хранения информации (История развития устройств хранения информации).pdf

Когда информации, окружающей человека, стало очень много, и он оказался не в силах ее запомнить, возникла письменность. Со временем она совершенствовалась и превратилась в неотъемлемую часть повседневной жизни человека. Однако большое количество бумажных носителей затрудняет быстрый поиск нужной информации, а с появлением цифровой информации и средств для ее преобразования и хранения появилась возможность по-другому посмотреть на данную проблему. Цифровая информация имеет ряд преимуществ, связанных с устойчивостью к помехам при передаче и более продолжительным сроком хранения.

Хранение информации – это один из главных информационных процессов, с которым неразрывно связано понятие устройства хранения информации, или запоминающего устройства. Разные устройства могут использовать различные способы хранения информации. Совокупность таких устройств называют памятью. Чаще понятие «хранение информации» связывают с компьютерной техникой. Память компьютера бывает внутренней и внешней. К внутренней памяти относятся устройства, обеспечивающие работоспособность самой вычислительной системы (компьютера). Например, оперативная память, кэш-память. Большинство запоминающих устройств, известных рядовому пользователю, таких как винчестер, USB-флеш, карта памяти, компакт-диск, относятся к внешней памяти. До недавнего времени это было единственным, что могла предложить нам компьютерная индустрия. Теперь у любого есть возможность хранить свою личную информацию прямо в сети Интернет, причем, даже не тратя на это деньги.

Целью данной работы является сравнительный анализ способов и устройств хранения информации, для достижения поставленной цели, были выделены следующие задачи:

- рассмотреть способы хранения информации;

- дать характеристику устройств хранения информации.

Объект исследования – хранение информации.

Предмет исследования - сравнительный анализ способов и устройств хранения информации.

Структура работы состоит из введения, основной части, заключения и списка литературы.

Теоретической и методологической базой данной работы послужили труды российских и зарубежных авторов в области информатики, материалы периодических изданий и сети Интернет.

Глава 1 История развития устройств хранения информации

1.1 Понятие информация

Значение информации в жизни общества стремительно растет, меняются методы работы с информацией, расширяются сферы применения новых информационных технологий.

На практике часто отождествляются определения таких понятий, как «информация», «данные», «знания». Однако, эти понятия необходимо различать.

Данные несут в себе сведения о событиях, произошедших в материальном мире, и являются регистрацией сигналов, возникших в результате этих событий. Однако, данные не тождественны информации. Станут ли данные информацией, зависит от того, известен ли метод преобразования данных в известные понятия.

По своей природе данные являются объективными, так как это результат регистрации объективно существующих сигналов, вызванных изменениями в материальных телах или полях.

Методы являются субъективными. В основе искусственных методов лежат алгоритмы (упорядоченные последовательности команд), составленные и подготовленные людьми (субъектами). Например, к методам можно отнести: алгоритм (последовательность действий) перевода с одного иностранного языка на другой, алгоритм распознавания последовательности символов и преобразования их в слова и т.д.

Формы существования информации:

символьная
звуковая
графическая (иллюстративная)
видео

1.2 История развития устройств хранения информации

За точку отсчета в развитии магнитной памяти следует принимать далекий 1898 год. Именно в том году датский инженер В. Поулсен продемонстрировал прибор, который мог записать речь на стальную струну. Поулсен перемещался от одного конца проволоки к другому, говоря в микрофон, подсоединенный к электромагнитной катушке. Когда Поулсен вернул тележку в исходное положение и заменил микрофон динамиком, слышно было его голос в процессе движения тележки. В основе современных устройств магнитной записи информации лежит этот же принцип с той лишь разницей, что струна заменена тонкой магнитной пленкой. Применяемые в настоящее время способы записи и считывания информации можно разбить на две группы: магнитный и оптический.

Технология магнитной записи стала широко использоваться в различных элементах памяти с начала 1950-х годов. Именно эта технология до сих пор применяется в работе большинства компьютеров.

В современных носителях один бит магнитной информации - это один магнитный домен, направление вектора намагниченности в котором может быть изменено внешним полем. В магнитной записи используются так называемые продольные домены, намагниченность которых ориентирована в плоскости диска. Запись одного бита информации осуществляется путем подачи тока в электрическую катушку. Считывание информации при данной схеме работы может осуществляться различными способами. Данная схема используется в процессе работы жестких дисков компьютеров, флоппи-дисков и стриммеров. Для записи битов с высокой плотностью записи необходимо, чтобы не только расстояние между магнитной средой и считывающей/записывающей головкой было мало, но и чтобы сама среда была как можно более тонкой и гладкой.

В настоящее время для магнитной записи информации используются индукционные головки. В процессе работы головки поле, создаваемое электрической микрокатушкой, концентрируется с помощью магнитопровода в непосредственной близости от поверхности диска. В отличие от диска головка может перемещаться только в радиальном направлении. Запись продольных доменов различной ориентации осуществляется за счет изменения направления тока в микрокатушке. Существуют универсальные головки, которые совмещают как функцию записи, так и воспроизведения. Современные жесткие компьютерные диски емкостью 120 Гбайт имеют шесть головок для записи и считывания информации.

Наиболее плотная магнитная запись достигнута с применением тонкопленочных головок для считывания информации, действие которых основано на эффекте гигантского магнитосопротивления. Этот эффект заключается в изменении сопротивления материалов под воздействием магнитного поля. Он был открыт лордом Кельвином в 1856 году в обычном железе и составлял 1/3000 долю от величины сопротивления железа в нормальных условиях. Ученым удалось найти вещества, в которых относительное изменение сопротивления превышает величину 1% Э. Этот гигантский эффект и используется в считывающих головках компьютеров для регистрации поля, создаваемого одним доменом (магнитное поле на поверхности диска не превышает 20— 25 Э). Отметим, что в современных компьютерах запись информации осуществляется с помощью индукционной головки, а считывание — экранированной магниторезистивной головкой.

В середине 1970-х — начале 1980-х г.г. фундаментальные исследования в области оптической записи достигли уровня, позволившего таким промышленным гигантам, как RСА, «Sony» и «Philips», запустить в производство оптические устройства хранения информации. Первый оптический диск для хранения информации был выпущен в 1985 году. Наиболее известными устройствами такого рода в России являются компакт-диски (CD). В каждую из систем для считывания информации с CD встроен лазерный диод, работающий в ближней инфракрасной области спектра. Этот диод способен легко детектировать выбитые на поверхности диска ямы с характерным размером около 1 мкм и тем самым считывать записанную информацию. Увеличение плотности записи информации на оптических дисках в некоторой степени сдерживается отсутствием твердотельных лазеров с меньшей длиной волны. Выпускаемые CD позволяют перезаписывать информацию до ста раз. Оптические системы (так называемые Jukebox) наибольшей емкости могут записывать до 1,45 Тбит на 278 дисках.

Логическим продолжением этих работ стало развитие магнитооптического способа записи информации. Помимо обсуждаемой выше продольной записи, которая используется при создании магнитной памяти, существует также и перпендикулярная запись, при которой вектор намагниченности доменов ориентирован перпендикулярно к плоскости диска. Такой тип записи применяется в магнитооптических системах памяти. Первая коммерческая версия магнитооптической системы была выпущена только в 1994 году.

Магнитооптические системы используют в своей работе полярный эффект Керра. При этом информация об ориентации намагниченности домена получается при анализе степени вращения плоскости поляризации лазерного луча при отражении от пленки (около 0,3°). Первые такие системы использовали ферримагнитные аморфные сплавы редкоземельных и переходных металлов, обладающие перпендикулярной магнитной анизотропией. Состав пленок подбирается таким образом, чтобы температура, при которой происходит перемагничивание домена, была близка к точке магнитной компенсации или точке Кюри, где величина Н_с значительно уменьшается. Эффективными составами для магнитооптической записи считаются GdFe, TbCo, TbFe, TbFeCo, Co/Pt, Co/Pd и др.

В настоящее время существуют, например, 5,25-дюймовые перезаписываемые удаляемые (переносные) магнитооптические диски емкостью до 2,3 Гбай-та, 14-дюймовые двухсторонние диски имеют емкость 12 Гбайт. Предполагается, что в ближайшее время цифра возрастет до 20 Гбайт даже для 5,25-дюймового диска (при двухсторонней записи).

Для осуществления записи необходимо выполнение ряда магнитных, термомагнитных и магнитооптических требований: направление магнитного момента домена должно быть перпендикулярно плоскости пленки; распределение намагниченности по пленке должно быть устойчиво к воздействию размагничивающих полей и малых температурных колебаний; в материале должна существовать регулярная и воспроизводимая доменная структура с размером домена около 1 мкм: возможность уменьшения коэрцитивной силы по величине приблизительно на порядок при нагревании; отсутствие изменений в соседних доменах при нагреве (сравнительно плохая теплопроводность); достаточная (для считывания) величина полярного эффекта Керра: максимально возможное отношение сигнала к шуму (более 25 дБ) во всем рабочем интервате температур и т.д.

Глава 2 Хранение информации

2.1 Хранение информации и данных

С проблемой обеспечения надежного хранения данных IT-сообщество столкнулось с момента появления первых накопителей, и с тех пор специалисты непрерывно занимаются ее решением. Задача не столь проста, как кажется на первый взгляд, — объемы информации лавинообразно возрастают, соответственно, повышаются требования к скорости доступа и обеспечению целостности информации. По сведениям IDC, темпы ежегодного увеличения объема данных составляют более 80%, при этом затраты на IT возрастают всего лишь на 20% в год. Согласно оценке других компаний, например Storage Networking Industry Association, за год количество данных в компаниях возрастает на 60–100%, но только около 60% из них расположены именно там, где им и положено быть — остальные могут находиться у локальных пользователей, что создает весьма существенные проблемы с доступом.

Первые попытки решить эти проблемы ставили своей целью в первую очередь обеспечить надежность хранения информации. Создание RAID-контроллеров было первым шагом на пути к совершенству, а первым же способом обезопасить данные от потери — их дублирование на нескольких носителях (например, режим Mirror). Забегая вперед, отметим, что этот принцип сохранился и по сей день — только «клонируются» уже не столько накопители, сколько внутренние компоненты систем, такие как каналы связи.

На протяжении нескольких лет корпоративные требования обусловили четкую позицию — необходимость перехода от децентрализованной модели хранения данных к централизованной. Рассмотрим вкратце основные задачи, которые призвана решать современная СХД.

Система хранения данных представляет собой комплексное решение по организации надежного хранения информационных ресурсов и предоставления гарантированного и безотказного доступа к ним серверов центра обработки данных (ЦОД), причем оба компонента (и ЦОД, и СХД) тесно взаимосвязаны не только между собой, но и с другими компонентами ИС, зачастую обладая весьма высоким уровнем интеграции. В то же время не стоит забывать, что СХД не является самостоятельным (независимым) локальным узлом инфраструктуры — скорее, это развернутая подсистема, которая может быть территориально распределенной, но совершенно прозрачной для остальных составляющих ЦОД. Также стоит отметить, что рассматривать СХД как «дисковый массив» (ДМ) совершенно неверно. Хотя ДМ и является базовым компонентом, но кроме него система в обязательном порядке должна содержать и другие подсистемы: ленточные библиотеки, специализированную инфраструктуру доступа серверов к устройствам хранения данных, ПО управления хранением данных, систему управления качеством сервиса и централизованную систему резервного копирования и восстановления.