Внешние запоминающие устройства

В качестве внешних запоминающих устройств в ПК использу­ются накопители на гибких дисках (дискетах), накопители на же­стких дисках (Hard Drive, или HD), которые называют также винчестер, накопители на оптических и магнитооптических дис­ках, стриммеры и другие виды устройств.

Дискеты. Гибкие диски позволяют переносить документы и программы с одного компьютера на другой, хранить информа­цию, не используемую постоянно на компьютере, делать архи­вные копии данных, содержащихся на жестком диске.

Прототип гибкого магнитного диска увидел свет еще в начале 50-х годов XX в. Изобретение принадлежит японскому ученому Йосиро Накамацу. В то время оно не вызвало интереса, и только в 1971 г. инженер Алан Шугарт из IBM разработал первую се­рийную 8-дюймовую дискету для компьютера. В 1976 г. компани­ей Shugart Associates выпущен первый дисковод для дискет 5,25 дюйма, а в 1982 г. Sony представила диск 3,5 дюйма и соответ­ствующий привод.

Эти дискеты получили наибольшее распространение в современных ПК. Их емкость — 1,44 Мб (обозначаются они как High Density, HD). Совсем не используются дискеты диаметром 5,25 дюйма (133 мм), емкостью 1,2 Мб (Double Side/ High Density, DS/HD). Были разработаны также дискеты, имеющие емкость 2 и 2,8 Мб, которые, правда, не нашли широкого распространения. В 1996 г. появились флоппи-диски емкостью 120 Мб, однако в настоящее время они практически не используются.

В начале 2001 г. компания Iomega анонсировала новые накопи­тели со сменными носителями, получившие название Iomega Peer­less. Устройства поддерживают носители емкостью 5, 10 и 20 Гб. Головки чтения записи встраиваются непосредственно в сменные Диски.

Мобильный накопитель ZIY выпустила корпорация Hyundai в мае 2001 г. ZIV имеет размеры 12x7x1 см и способен хранить 10, 15 и 20 Гб. Устройство подключается к порту USB. 1 Мб ZIV стоит Дешевле, чем 1 Мб flash памяти.

Оптические диски. Основными достоинствами накопителей на оптических дисках являются: высокая плотность записи ин­формации; универсальность, т.е. пригодность для хранения ин­формации, записанной в различной форме; возможность быст-Р°и перезаписи огромных объемов информации и надежность Длительного хранения дисков; низкая удельная стоимость на байт информации.

Выпускаются два типа накопителей на оптических дисках: на компакт-дисках постоянной памяти (CD-ROM) и на перезапи­сываемых оптических дисках (CD-R). CD-ROM по формату напо­минает звуковой компакт-диск, его емкость при стандартном ди­аметре 130 мм составляет 540 Мб и более.

Накопители на оптических дисках могут содержать различные руководства и учебники, эталонные копии программного обеспе­чения и другую неизменяемую информацию. Вместо хранения более 500 млн алфавитно-цифровых знаков накопитель может содер­жать до 20 000 страниц графических данных или 3600 цветных те­левизионных кадров.

Помимо накопителей на оптических дисках постоянной памя­ти имеются компактные накопители на дисках с записью диамет­ром 133 мм. В таких дисках данные могут быть записаны непосред­ственно пользователем.

В последнее время появились недорогие устройства для записи информации на компакт-диски (CD-R). В октябре 2001 г. большин­ство производителей CD-RW дисководов осуществили переход с 16-й на 20-ю или 24-ю скорости. Некоторые фирмы заявили о сво­ей готовности поставлять 32х CD-RW дисководы. Такие устройства можно использовать для резервного копирования информации.

В 1996 г. началось производство устройств для работы с диска­ми стандарта цифровых видеодисков (DVD-ROM). Конструкция дисков такова, что она позволяет производить запись на обе сто­роны диска. Вместимость одной стороны диска составляет 4,7 Гб, а емкость двустороннего двухслойного диска — 17 Гб. Для сжатия данных в устройствах этого типа используется алгоритм MPEG2. Максимальная скорость передачи данных, достижимая устрой­ствами DVD, составляет 10 Мбит/с.

На выставке, прошедшей в октябре 2001 г. в Японии, компа­ния СЕАТЕС Matsushita Electric Industrial впервые представила оп­тический дисковод нового поколения на основе DVD. Емкость дис­ка составляет 25 Гб на каждую сторону, что позволяет записать до 150 мин качественного HDTV видео. Компания Matsushita начала производство дисковода в 2003 г.

Во второй половине 2002 г. японская компания OptWare начала выпуск оптического диска, способного хранить более 1 Тб дан­ных. Таких результатов удалось добиться за счет применения го-лографической технологии чтения/записи.

Стриммер — это устройство для сохранения всей информа­ции, находящейся на жестком диске. Стриммер записывает ин­формацию на кассеты с магнитной лентой.

Преимущество стриммеров в низкой стоимости хранения дан­ных. Сейчас она все еще меньше, чем при хранении на переза­писываемых компакт-дисках (CD-RW) или магнитооптических дисках (МО).

Имеется большое разнообразие стриммерных картриджей, но

них обычно выделяют три разновидности: QIC, DDS 4 и 8 мм. ^И3 В формате QIC используются лента шириной 0,25 дюйма и кар-

иджи размеров 3,5 и 5,25 дюйма. Устройства QIC 5,25 являются ^Тпофессиональными, их обычно применяют на рабочих станциях. Устройства QIC 3,5 выпускаются несколькими фирмами. Фирма Sony в 1993 г. разработала формат QIC-Wide с лентой шириной 8 _{мМ и} емкостью до 2,5 Гб. В 1994 г. компания ЗМ разработала новый формат Travan, а в 1995 г. фирмы Gegatek и Verbatim-формат — ЕХТга. Сейчас существует пять типов картриджей Sony, шесть ти­пов картриджей Travan и шесть ЕХТга. Их емкость от 60—120 Мб до 12 Гб. Несколько лет назад появились два новых стандарта — картриджи «винтового сканирования» DDS и 8 мм. Они разрабо­таны фирмой Sony. Кассеты DDS вмещают без сжатия 8 Гб, а кас­сеты 8 мм — 20 Гб.

На выставке СеВ1Т'99 корпорация Seagate продемонстрирова­ла ленточный накопитель Scorpion 40, обеспечивающий хранение до 40 Гб данных на одном картридже.

Исследовательской лаборатории корпорации Sony удалось в начале 2001 г. совершить прорыв в области создания устройств хранения данных на магнитных лентах. Емкость новых кассет ре­зервного копирования достигает 1 Тб. Новые ленты обеспечивают запись информации с плотностью 6,5 Гбайт на квадратный дюйм. Однако выпуск соответствующего оборудования удастся наладить только через несколько лет.

Жесткие диски. Накопители на жестких дисках (HD) предназ­начены для постоянного хранения информации, используемой при работе с компьютером, программ операционной системы, постоянно применяемых пакетов, редакторов, документов и т.д. Без жесткого диска в настоящее время невозможна работа с ком­пьютером.

Типовой винчестер состоит из двух компонентов: гермоблока и платы с электронными элементами. В гермоблоке размещаются все механические компоненты, а на плате с электронными элемента­ми — устройства управления и контроля. В гермоблоке установлен шпиндель с одним или несколькими дисками. Диски изготовляют­ся из алюминия, керамики или стекла и покрыты тонким слоем окиси хрома, которая имеет существенно большую износостой­кость, чем покрытие на основе окиси железа, которую использо-^вали в ранних моделях. Двигатель, вращающий диски, включается ^ПРИ подаче питания на диск, расположен он под дисками или встро­ек в шпиндель. Частота вращения измеряется в оборотах в минуту N: 4500, 5400, 7200, 10 000, 12 000 или 15 000.

Чем выше скорость вращения, тем, во-первых, выше скорость ^Тения с поверхности диска, во-вторых, меньше время доступа к ^нУЖной информации.

Принцип действия магнитной памяти основан на сохранении в течение длительного времени группой близлежащих магнитных элементов одинаковой ориентации, поддерживаемой за счет их суммарного магнитного поля. Начальная ориентация элементов достигается за счет воздействия магнитного поля записывающей головки. При считывании в обмотку головки подается ток, кото­рый усиливается при прохождении над участком элементов, ори­ентированных в направлении тока подмагничивания, и ослабля­ется при прохождении головки над участком элементов, ориен­тированных в противоположном направлении. Схемными средства­ми можно устойчиво фиксировать величину тока в обмотке счи­тывающей головки на границе участков элементов с различной ориентацией. Поэтому записываемые на магнитный носитель дво­ичные данные модулируются так, чтобы по изменениям намаг­ниченности можно было восстановить двоичный код, произведя при этом минимальное число переключений.

В магнитной памяти используются два основных типа модуля­ции: MFM-модуляция (Modified Frequency Modulation); RLL-мо-дуляция (Run Length Limited).

В случае использования MFM-модуляции перемагничивание осуществляется только при записи «единицы» или на границе между смежными записываемыми битами, если последние равны нулю. RLL-модуляция основана на использовании кодовых групп переменной длины. При RLL-модуляции достигается вдвое боль­шая плотность хранения информации по сравнению с MFM-mo-дуляцией. Последняя используется в основном в накопителях на гибких магнитных дисках (НГД). Операции модуляции и демоду­ляции выполняются контроллером.

Основными показателями качества накопителей на магнитных дисках является их емкость и время доступа. Емкость магнитного диска зависит от продольной плотности (определяемой числом намагничиваний на одном миллиметре) и от поперечной плот­ности, или числа цилиндров (приходящихся на один миллиметр).

Продольная плотность главным образом зависит от расстояния между головкой и поверхностью магнитного носителя. В накопи­телях на жестких дисках (НЖД) это расстояние составляет 3 —10 мк (в НГД оно значительно больше). Кроме того, продольная плот­ность зависит от толщины слоя магнитного материала (обычно составляющей 1 — 4 мк) и его свойств. Поперечная плотность маг­нитной записи тесно связана с конструкцией механизма позициони­рования головок на дорожках. Кроме того, этим механизмом прак­тически определяется и время доступа к данным, поскольку основ­ные затраты времени при операциях записи/считывания приходятся именно на механическое перемещение головок на заданную дорожку.

НЖД выполнены в виде пакета дисков, которых насчитывается от 1 до 10; при этом каждая поверхность обслуживается своей го-

ловкой. В большинстве моделей не допускается раздельное позици­онирование головок каждой из поверхностей. Сами диски выпол­нены из алюминиевых сплавов или стеклокерамики. Диаметры же­стких дисков могут быть разными: 12/305, 5/127, 3,74/95, 2,5/64, 1,34/34 и 1,125/29 дюйма/мм. В ПК чаще всего используются диски диаметром 3,74 и 2,5 дюйма. Скорость вращения дисков составляет от 3600 до 15 000 об/мин.

Важным понятием, характеризующим жесткие диски, явля­ется «цилиндр». Цилиндр — это совокупность дорожек на всех пластинах, равноудаленных от их краев. Например, на жестком диске установлены две пластины. На них располагаются четыре рабочих поверхности. На каждой поверхности имеется нулевая дорожка. Четыре нулевых дорожки жесткого диска образуют ну­левой цилиндр. Ближе к центру располагается первый цилиндр, еще ближе второй и т.д. При записи данных на винчестер снача­ла происходит заполнение цилиндра, находящегося ближе к краям пластин, затем головки движутся дальше и заполняют следую­щий цилиндр. Таким образом, происходит одновременная рабо­та со всеми пластинами. Это существенно ускоряет процесс за­писи информации.

При работе блок магнитных головок вначале перемещается к нужной дорожке (цилиндру). После небольшого интервала ожи­дания, пока вращающиеся пластины не повернутся настолько, чтобы нужные сектора оказались под магнитными головками, начинается процесс чтения/записи. Считанная информация посту­пает в кэш-буфер жесткого диска и передается процессору. При­чем кэш-буфер в продолжении всего цикла передачи сохраняет копию этого информационного сообщения. В случае выявления ошибок в переданном сообщении (путем проверки на четность или нечетность и т.п.) и повторного запроса процесса оно посту­пает в ОЗУ уже из кэш-памяти, что намного ускоряет обмен дан­ными и повышает общую производительность системы.

Информация из кэш-памяти считывается контроллером отдель­ными пакетами. Величина пакетов, способ их кодировки, ско­рость и последовательность передачи определяются используемы­ми в данном случае режимами.

Непосредственное управление механизмами дисковода выпол­няется контроллером диска. Он представляет собой специализи­рованную карту и содержит следующие узлы:

• микросхему (микропроцессор) контроллера и буферного ме­
  неджера;
• генератор внутренней синхронизации;
• схему управления двигателем привода диска;
• схему модуляции и демодуляции;
• схему обнаружения маркера нарушения синхронизации;
• схему сервоуправления позиционированием головок;

• буферную кэш-память данных;
• контроллер реализации интерфейсных функций.
  Существует несколько типов интерфейса контроллера диска,

причем наиболее распространенными из них являются SCSI (Small Computer Standard Interface) и EIDE (Enhanced Integrated Drive Electronics), именуемый еще AT Attachment (ATA)), а также их модернизированные варианты.

Выбор типа интерфейса дисковой подсистемы обычно связан с тем, какова ожидаемая стоимость системы в целом. По своим техни­ческим возможностям SCSI имеет превосходство над EIDE, но последний реализован на большинстве материнских плат и, таким образом, является «бесплатным». Для подключения же SCSI-уст­ройства требуется дорогостоящий контроллер, который, как пра­вило, не входит в стандартную поставку ПК. При сравнении НЖД по стоимости нетрудно заметить существенную разницу — опять-таки не в пользу SCSI. Можно сделать вывод, что EIDE приемлем для тех пользователей, чей бюджет явно ограничен, a SCSI необхо­дим тем, кому важны технические преимущества SCSI-устройств.