Файл: 1-337.pdf

2 8 6 Глава 5. Память

системы ВМ. Программный режим RAID предусмотрен, например, в Windows NT.

Это дает возможность программного изменения уровня RAID, в зависимости от

особенностей решаемой задачи. Хотя программный способ является наиболее де-
шевым, он не позволяет добиться высокого уровня производительности, харак-
терного для аппаратурной реализации RAID.

Аппаратурная реализация RAID предполагает возложение всех или большей

части функций по управлению массивом дисковых ЗУ на соответствующее обору-
дование, при этом возможны два подхода. Первый из них заключается в замене
стандартных контроллеров дисковых ЗУ на специализированные, устанавливае-
мые на место стандартных. Базовая ВМ общается с контроллерами на уровне обыч-
ных команд ввода/вывода, а режим RAID обеспечивают контроллеры. Как и обычные,
специализированные контроллеры/адаптеры ориентированы на определенный вид
шины. Поскольку наиболее распространенной шиной для подключения дисковых ЗУ
в настоящее время является шина SCSI, большинство производителей RAID-сис-
тем ориентируют свои изделия на протокол SCSI, определяемый стандартами ANSI
Х3.131 и ISО/IEC. При втором способе аппаратной реализации RAID-система
выполняется как автономное устройство, объединяющее в одном корпусе массив

дисков и контроллер. Контроллер содержит микропроцессор и работает под уп-
равлением собственной операционной системы, полностью реализующей различ-

ные RAID-режимы. Такая подсистема подключается к шине базовой ВМ или к ее
каналу ввода/вывода как обычное дисковое ЗУ.

При аппаратной реализации RAID-систем обычно предусматривается возмож-

ность замены неисправных дисков без потери информации и без остановки работы.
Кроме того, многие из таких систем позволяют разбивать отдельные диски на раз-

делы, причем разные разделы дисков могут объединяться в соответствии с различ-
ными уровнями RAID.

Оптическая память

В 1983 году была представлена первая цифровая аудиосистема на базе компакт-

дисков (CD — compact disk). Компакт-диск — это односторонний диск, способный
хранить более чем 60-минутную аудиоинформацию. Громадный коммерческий
успех CD способствовал развитию технологии дешевых оптических запоминаю-
щих устройств для ВМ. За последующие годы были созданы различные системы
памяти на оптических дисках, три из которых в прогрессирующей степени прижи-
ваются в вычислительных машинах: CD-ROM, WARM и стираемые оптические

диски.

CD-ROM

Для аудио компакт-дисков и CD-ROM используется идентичная технология.

Основное отличие состоит в том, что проигрыватели CD-ROM более прочные и со-

держат устройства для исправления ошибок, обеспечивающие корректность пере-
дачи данных с диска в ВМ. Диск изготавливается из пластмассы, например поли-
карбоната, и покрыт окрашенным слоем с высокой отражающей способностью,
обычно алюминием. Цифровая информация заносится в виде микроскопических

углублений в отражающей поверхности. Запись информации производится с по-
мощью сильно сфокусированного луча лазера высокой интенсивности. Так созда-

Внешняя память  2 8 7

ется так называемый мастер-диск, с которого затем печатаются копии. Углубле-
ния на копии защищаются от пыли и повреждений путем покрытия поверхности

диска прозрачным лаком.

Информация с диска считывается маломощным лазером, расположенным в про-

игрывателе. Лазер освещает поверхность вращающегося диска сквозь прозрачное
покрытие. Интенсивность отраженного луча лазера меняется, когда он попадает
в углубление на диске. Эти изменения фиксируются фотодетектором и преобра-

зуются в цифровой сигнал.

Углубления, расположенные ближе к центру диска, перемещаются относительно

луча лазера медленнее, чем более удаленные. Из-за этого необходимы меры для

компенсации различий в скорости так, чтобы лазер мог считывать информацию
с постоянной скоростью.

Одно из возможных решений аналогично применяемому в магнитных дисках —

увеличение расстояния между битами информации, в зависимости от ее располо-
жения на диске. В этом случае диск может вращаться с неизменной скоростью и,
соответственно, такие дисковые ЗУ известны как устройства

 с постоянной угловой

скоростью

 (CAV, Constant Angular Velocity). Ввиду нерационального использо-

вания внешней части диска метод постоянной угловой скорости в CD-ROM не
поддерживается. Вместо этого информация по диску размещается в секторах оди-
накового размера, которые сканируются с постоянной скоростью за счет того, что

диск вращается с переменной скоростью. В результате углубления считываются
лазером с

 постоянной линейной скоростью

 (CLV, Constant Linear Velocity). При

доступе к информации у внешнего края диска скорость вращения меньше и возра-
стает при приближении к оси. Емкость дорожки и задержки вращения возрастают
по мере смещения от центра к внешнему краю диска.

Выпускаются CD различной емкости. В типовом варианте расстояние между

дорожками составляет 1,6 мк, что, с учетом промежутков между дорожками, по-
зволяет обеспечить 20 344 дорожки. Фактически же, вместо множества концент-
рических дорожек, имеется одна дорожка в виде спирали, длина которой равна
5,27 км. Постоянная линейная скорость CD-ROM — 1,2 м/с, то есть для «прохож-
дения» спирали требуется 4391 с или 73,2 мин. Именно эта величина составляет
стандартное максимальное время проигрывания аудиодиска

1

. Так как данные счи-

тываются с диска со скоростью 176,4 Кбайт/с, емкость CD равна 774,57 Мбайт.

Данные на CD-ROM организованы как последовательность блоков. Типичный

формат блока показан на рис. 5.48. Блок включает в себя следующие поля:

•

 Синхронизация.

 Это поле идентифицирует начало блока и состоит из нулевого

байта, десяти байтов, содержащих только единичные разряды, и вновь байта из
всех нулей.

1

 Строго определенная емкость компакт-дисков связана с интересной историей. Исполнительный ди-

ректор фирмы Sony Акио Морита решил, что компакт-диски должны отвечать запросам исключи-

тельно любителей классической музыки, не более и не менее. После того как группа разработчиков

провела опрос, выяснилось, что самым популярным классическим произведением в Японии в те вре-

мена была 9-я симфония Бетховена, которая длилась 72-73 минуты. Поэтому было решено, что ком-

пакт-диск должен быть рассчитан именно на 74 минуты звучания, а точнее на 74 мин и 33 с (стандарт,

известный как

 Книга» — Red Book). Когда минуты пересчитали в килобайты, получилось

640 Мбайт. —

 Примеч. лит. ред.

2 8 8 Глава 5. Память

Рис. 5.48. Формат блока CD-ROМ

•

 Идентификатор.

 Заголовок, содержащий адрес блока и байт режима. Режим 0

определяет пустое поле данных; режим 1 отвечает за использование кода, кор-
ректирующего ошибки, и наличие 2048 байт данных; режим 2 определяет нали-
чие 2336 байт данных и отсутствие корректирующего кода.

•

 Данные.

 Данные пользователя.

•

 Корректирующий код (КК).

 Поле предназначено для хранения дополнитель-

ных данных пользователя в режиме 2, а в режиме 1 содержит 288 байт кода
с исправлением ошибок.

Рис. 5.49. Организация диска с постоянной линейной скоростью

Внешняя память  2 8 9

Рисунок 5.49 иллюстрирует организацию информации на CD-ROM. Как уже

отмечалось, данные расположены последовательно по спиралевидной дорожке. Для
варианта с постоянной линейной скоростью произвольный доступ к информации
становится более сложным.

В последнее время наметился переход к новому типу оптических дисков, так

называемым DVD-дискам (Digital Video Data). DVD-диски состоят из двух слоев
толщиной 0,6 мм, то есть имеют две рабочих поверхности, и обеспечивают хране-
ние по 4,7 Гбайт на каждой. В DVD-технологии используется лазер с меньшей дли-
ной волны (650 нм против 780 нм для стандартных CD-ROM), а также более изощ-
ренная схема коррекции. Все это позволяет увеличить число дорожек и повысить
плотность записи. Кроме того, при записи применяется метод сжатия информа-
ции, известный как MPEG2.

WORM

Технология дисков WORM — дисков с однократной записью и многократным счи-
тыванием, была разработана для мелкосерийного производства оптических дис-
ков. Такие диски предполагают ввод информации лучом относительно мощного
лазера. При этом пользователь с помощью несколько более дорогого, чем CD-ROM,
устройства может единожды записать информацию, а затем многократно ее счи-
тывать. Для обеспечения более быстрого доступа в устройстве поддерживается

метод постоянной угловой скорости при относительном снижении емкости.

Типовая техника подготовки такого диска предполагает мощный лазер для со-

здания на поверхности диска последовательности пузырьков. Для записи инфор-
мации предварительно отформатированный пузырьками диск помещается в нако-
питель WORM, где имеется маломощной лазер, тепла от которого тем не менее
достаточно для того, чтобы «взорвать» пузырек. В процессе операции считывания
лазер в накопителе WORM освещает поверхность диска. Так как «взорванный»
пузырек создает более высокий контраст, чем окружающая поверхность, его легко
распознать с помощью простой электроники. Данный тип носителя привлекате-
лен для архивного хранения документов и файлов.

EОD — оптические диски со стиранием

Среди многих рассматривавшихся технологий оптических дисков с возможнос-

тью многократной записи и перезаписи информации коммерчески приемлемой
оказалась только магнитооптическая. В таких системах энергия лазерного луча
используется совместно с магнитным полем. Запись и стирание информации про-
исходят за счет реверсирования магнитных полюсов маленьких областей диска,

покрытого магнитным материалом. Лазерный луч нагревает облучаемое пятно на
поверхности, и в этот момент магнитное поле может изменить ориентацию маг-
нитных полюсов на облучаемом участке. Поскольку процесс поляризации не вы-

зывает физических изменений на диске, ему не страшны многократные повторе-

ния. При чтении направление магнитного поля можно определить по поляризации

лазерного луча. Поляризованный свет, отраженный от определенного пятна, из-
меняет свой угол отражения в зависимости от характера намагниченности.

2 9 0 Глава 5. Память

Магнитные ленты

ЗУ на базе магнитных лент используются в основном для архивирования инфор-

мации. Носителем служит тонкая полистироловая лента шириной от 0,38-2,54 см
и толщиной около 0,025 мм, покрытая магнитным слоем. Лента наматывается на
бобины различного диаметра. Данные записываются последовательно, байт за бай-
том, от начала ленты до ее конца. Время доступа к информации на магнитной лен-

те значительно больше, чем у ранее рассмотренных видов внешней памяти.

Обычно вдоль ленты располагается 9 дорожек, что позволяет записывать попе-

рек ленты байт данных и бит паритета. Информация на ленте группируется в бло-
ки —

 записи.

 Каждая запись отделяется от соседней

 межблочным промежутком,

дающим возможность позиционирования головки считывания/записи на начало
любого блока. Идентификация записи производится по полю заголовка, содержа-

щемуся в каждой записи. Для указания начала и конца ленты используются физи-

ческие маркеры в виде металлизированных полосок, наклеиваемых на магнитную
ленту, или прозрачных участков на самой ленте. Известны также варианты маркиро-

вания начала и конца ленты путем записи на нее специальных кодов-индикаторов.

В универсальных ВМ обычно применяются бобинные устройства с вакуумными

системами стабилизации скорости перемещения ленты. В них скорость перемеще-
ния ленты составляет около 300 см/с, плотность записи — 4 Кбайт/см, а скорость
передачи информации — 320 Кбайт/с. Типовая бобина содержит 730 м магнитной
ленты.

В ЗУ на базе картриджей используются кассеты с двумя катушками, аналогич-

ные стандартным аудиокассетам. Типовая ширина ленты — 8 мм. Наиболее рас-
пространенной формой таких ЗУ является DAT (Digital Audio Тape). Данные на

ленту заносятся по диагонали, как это принято в видеокассетах. По размеру такой
картридж примерно вдвое меньше, чем обычная компакт-кассета, и имеет толщи-

ну 3,81 мм. Каждый картридж позволяет хранить несколько гигабайтов данных.
Время доступа к данным невелико (среднее между временами доступа к дискетам
и к жестким дискам). Скорость передачи информации выше, чему дискет, но ниже,

чем у жестких дисков.

Вторым видом ЗУ на базе картриджей является устройство стандарта DDS

(Digital Data Storage). Этот стандарт был разработан в 1989 году для удовлетворе-
ния требований к резервному копированию информации с жестких дисков в мощ-
ных серверах и многопользовательских системах. В сущности, это вариант DAT,

обеспечивающий хранение 2 Гбайт данных при длине ленты 90 м. В более позднем
варианте стандарта DDS-DC (Digital Data Storage — Data Compression) за счет
применения методов сжатия информации емкость ленты увеличена до 8 Гбайт.

Наконец, третий вид ЗУ на базе картриджей также предназначен для резервного

копирования содержимого жестких дисков, но при меньших объемах такой ин-
формации. Этот тип ЗУ отвечает стандарту QIC (Quarter Inch Cartridge tape) и бо-

лее известен под названием

 стример.

 Известны стримеры, обеспечивающие хра-

нение от 15 до 525 Мбайт информации. В зависимости от информационной емкости
и фирмы-изготовителя изменяются и характеристики таких картриджей. Так, число

дорожек может варьироваться в диапазоне от 4 до 28, длина ленты — от 36 до 300 м
и т. д.