Голографическая память

Магнитная лента

Магнитная лента представляет собой тонкую гибкую ленту, состоящую из основы и магнитного рабочего слоя. Рабочие свойства М. л. характеризуются её чувствительностью при записи и искажениями сигнала в процессе записи и воспроизведения. Наиболее широко применяется многослойная М. л. с рабочим слоем из игольчатых частиц магнитно-твёрдых порошков гамма-окиси железа (-Fe₂O₃), двуокиси хрома (CrO₂) и гамма-окиси железа, модифицированной кобальтом, ориентированных обычно в направлении намагничивания при записи. В 1973 фирмой «Филипс» (Нидерланды) разработан высококачественный порошок с очень мелкими игольчатыми частицами железа. В качестве основы М. л. используются полиэтилентелефталатная (лучшая), поливинилхлоридная, ди- и триацетатная плёнки. Рабочий слой наносится на основу в виде магнитного лака, состоящего из магнитного порошка, связующего вещества, растворителя, пластификатора и различных добавок, улучшающих качество М. л. После нанесения магнитного лака и его затвердевания М. л. сматывается в рулоны, а затем разрезается на полосы нужной ширины. Для улучшения качества поверхности рабочего слоя М. л. каландрируют или полируют. М. л. желательно хранить в помещении с кондиционированным и обеспыленным воздухом при температуре 20 ± 5 °С и относительной влажности 60 ± 5%. Для работы в особо тяжёлых климатических условиях применяют металлические или биметаллические М. л.

Ширина и толщина М. л. зависят от её назначения. В звукозаписи используют М. л. шириной 3,81 и 6,25 мм и толщиной 9, 12, 18, 27,37 и 55 мкм (кассетные и катушечные бытовые магнитофоны, студийные магнитофоны). Видеозапись осуществляется на М. л. шириной 50,8 и 25,4 мм и толщиной 37 мкм (студийные видеозаписи), 6,25 и 12,7 мм при толщине 37 мкм (бытовые видеомагнитофоны). В запоминающих устройствах применяют М. л. шириной 12,7 мм и толщиной 37 мкм (в ЭВМ первого «поколения» использовались также М. л. шириной 19,05 и 35 мм при толщине свыше 50 мкм). В измерительной аппаратуре применяются М. л. шириной 6,25 мм и толщиной 18 мкм, а также 12,7 и 25,4 мм и толщиной 37 мкм. В кино используют перфорированные М. л. шириной 35 мм и толщиной 150 мкм. В СССР тип М. л. обозначается комбинацией из пяти элементов: первый элемент — буква, обозначает назначение (например, А — звукозапись; Т — видеозапись и так далее); второй элемент — цифра (от 0 до 9), указывает на материал основы; третий элемент — цифра (от 0 до 9), обозначает толщину М. л. (например, 2 — 18 мкм; 3 — 27 мкм и т.д.); четвёртый элемент — цифра (от 01 до 99), обозначает технологическую разработку; пятый элемент — ширина М. л. в мм. Иногда ставят шестой дополнительный буквенный индекс: П — для перфорированных М. л.; Р — для М. л. к студийным магнитофонам; Б — для М. л. к бытовым магнитофонам. Например, А-4402-6 обозначает М. л. для звукозаписи на лавсановой основе, толщиной 37 мкм, шириной 6,25 мм (технологическая разработка — 02).

Разрабатываются металлизированные М. л. с тонким рабочим слоем из сплавов Со—Ni, Со—Р, Со—N—Р и Со—W, нанесённым электроосаждением, химическим восстановлением или напылением в вакууме.

Ярким примером магнитной ленты является компакт кассета .

Компа́кт-кассе́та (аудиокассе́та или просто кассе́та) — носитель информации на магнитной ленте, во второй половине 20 века— распространённый медианоситель для звукозаписи.

Появление стандарта

Массовое производство компакт-кассет впервые было организовано в Ганновере в 1964 году. В в 1965 году корпорацией Philips было запущено производство музыкальных кассет, а в сентябре 1966 года музыкальные кассеты были представлены в США.

Первоначальное предложение компании Philips состояло из 49 наименований. Компакт-кассеты того времени были предназначены для диктофонов и для использования в специальной аппаратуре. Они совершенно не подходили для записи музыки. Кроме того, конструкция кассет ранних моделей была ненадёжной.

В 1971 году компания Advent Corporation впервые представила кассету c магнитной лентой на основе оксида хрома . Появление этих кассет кардинально изменило судьбу этого вида носителей аудиоинформации. Качество звука на них было намного выше. Это привело к появлению кассет с записанной на них (в фабричных условиях) музыкой (фонограммой), кроме того, кассеты начали использоваться для самостоятельной записи музыки. 

Корпус и механизм

Корпус имеет размеры 100,4 × 63,8 × 12,0 миллиметров и сделан из пластмассы; в дешёвых моделях каждая половинка корпуса представляет собой единую деталь из прозрачного пластика (в кассетах более раннего производства это также непрозрачный чёрный или белый пластик, он немного уступает в привлекательности прозрачному, однако менее подвержен растрескиванию при механических воздействиях), в более дорогих возможны составные конструкции. Внутри кассеты находятся две катушки с лентой диаметром до 52,0 мм при намотке всей ленты на одну катушку (однако при использовании более тонкой пленки 18 мкм для 90-минутных кассет 60-минутная кассета будет иметь диаметр полной катушки около 42 мм); расстояние между осями катушек 42,5 мм. Длина плёнки для 90-минутных кассет составляет 135 метров при толщине 18 мкм. Плёнка помещается на пластмассовую катушку внешним диаметром не менее 20,0 мм (как правило диаметр сердечника составляет 22 мм), содержащую шесть зубцов, захватываемых валами лентопротяжного механизма, и втулку, крепящую конец ленты к катушке. Между катушками и половинками корпуса прокладываются пластины-щёчки из полимерной плёнки, иногда с нанесением антифрикционного материала (графит?) или на бумажной основе, уменьшающие трение. Кассеты могут собираться на пяти саморезах (разборные) или быть неразборными (некоторые кассеты фирмы TDK имеют четыре самореза по краям, а в центре направляющую). Лента, сматываемая с подающей катушки, проходит через пару направляющих роликов (в нижних углах корпуса), задающих положение ленты — строго по оси корпуса.

Снизу корпус кассеты имеет пять окон (общая ширина, включая перегородки, 67,0 мм), через которые осуществляется доступ к ленте:

§ Для стирающей головки (в прямом направлении) или прижимного ролика (в обратном)

§ Для концевого выключателя «жёсткого» автостопа (в обратном направлении)

§ Для головок записи и воспроизведения (или универсальной головки в двухголовочных аппаратах)

§ Для концевого выключателя «жёсткого» автостопа (в прямом направлении)

§ Для прижимного ролика (в прямом направлении) или стирающей головки (в обратном направлении)

Принципиальный недостаток компакт-кассеты — невозможность «вытянуть» плёнку из корпуса — так, как это делает, например, лентопротяжный механизм видеомагнитофона; если бы не вышеупомянутые окна и перегородки между ними, качество звучания можно было бы обеспечить меньшей ценой — но при этом сама кассета не была бы такой живучей в «полевых», уличных условиях. В 1976 году Sony предложила рынку формат Elcaset, в котором этот недостаток был ликвидирован, но рынок не принял его.

В центральном окне позади ленты расположена пружина с прижимной фетровой подушечкой, к которой магнитная головка прижимает ленту. В магнитофонах с «закрытым» двухвальным механизмом эта пружина не нужна (прижим обеспечивает калиброванное натяжение ленты) и даже вредна (лишняя деталь — лишний источник вибрации). Поэтому в совершенных лентопротяжных механизмах (Nakamichi, TEAC) предусмотрены специальные рычаги, отодвигающие подушку и пружину от ленты. Ещё дальше, между пружиной и катушками, расположен магнитный экран, препятствующий наводкам с вращающихся катушек на головку воспроизведения.

Сверху корпус кассеты имеет два прямоугольных кармана^[ (выемки) размером 6,0 × 5,0 мм, прикрытых пластмассовыми упорами. Для защиты ценной записи от непреднамеренного стирания (перезаписи) следует выломать упор со стороны принимающей катушки. При попытке записать что-либо на кассету с выломанным упором рычаг лентопротяжного механизма, проваливающийся в карман, физически блокирует включение режима записи. Существовали, но не закрепились на рынке кассеты с многоразовым сдвижным упором.

Также на верхнем ребре кассеты предусмотрены четыре кармана (выемки) для датчиков автоматического распознавания типа ленты (два для каждого направления движения ленты; см. таблицу ниже); комбинация открытых и закрытых карманов, нащупываемых концевыми выключателями магнитофона, и определяет тип ленты.

Магнитная лента — это прозрачная полимерная основа, покрытая ферромагнитным рабочим слоем из порошка магнитных металлов или их оксидов. Ширина ленты компакт-кассеты равна 3,81 мм, при этом максимальная ширина каждой из четырёх магнитных дорожек не более 0,66 мм; левому каналу соответствуют крайние дорожки, правому - средние. Первоначально в аудиокассете, разработанной Philips, использовался порошок гамма-оксида железа (Fe₂O₃); впоследствии стандартом IEC таким лентам было присвеоено обозначение Тип I, лентам на основе диоксида хрома — Тип II, на основе металлических порошков — Тип IV. Ленты Тип IV («Metal») обеспечивают наибольший динамический диапазон, но для того чтобы им воспользоваться, канал записи-воспроизведения должен выдерживать уровни сигнала на порядок большие, чем для обычных лент. В настоящее время продолжается выпуск кассет Type I и Type II; выпуск кассет Type IV прекращён в 1997 году.

Любая кассета имеет в начале и конце чистую (белую или прозрачную) плёнку — ракорд. Эта плёнка плотная, она не содержит магнитных элементов и скреплена с основной плёнкой полоской липкой ленты либо специальным клеем. На ней обязательно присутствуют два непрозрачных (тёмно-красных) маркера, необходимые для работы «мягкого» автостопа. Ракорд не является чистящей лентой: использовать любые чистящие средства следует строго по назначению, регулярный контакт головки с чистящей плёнкой привёл бы к ненужному загрязнению плёнки и преждевременному износу головок. Однако в кассетах, изготавливаемых на студиях звукозаписи и некоторых фабричных, может применяться ракорд с мягкими чистящими свойствами. Существуют специальные чистящие кассеты с одноразовой ворсистой плёнкой, которая чистит головки от возможных постепенных загрязнений. Продолжительность протяжки чистящей плёнки не должна превышать двух минут; ещё лучших результатов можно достичь, применяя дедовский способ — спирт и ватная палочка.

Продолжительность кассеты указывается на коробке (в минутах). Помимо стандартных лент на 60 и 90 минут (толщина 27 и 18 мкм), в разное время в продажу выпускались ленты на 46, 74, 100, 120, 150. Сверхтонкие плёнки кассет на 150 и 180 минут оказались непрочными и были изъяты из продажи. Как правило, длительность свыше 90 минут — редко встречающиеся кассеты. Качественная лента в этом классе — TDK MA-110 (Type IV), производившаяся короткой серией в конце 1980-х годов. Кассету StereoChrom C120 фирмы Agfa (Type II) также можно назвать удачной.

Понятие типичной продолжительности аудиокассеты применимо только для чистых кассет. В случае кассет с записью фабричного производства продолжительность может быть самой разной и отличаться от стандартной в меньшую или большую сторону (но, как правило, не более 60 минут). Она зависит от суммарной продолжительности песен, записанных на кассету. В процессе производства такой кассеты длина плёнки рассчитывается таким образом, чтобы на неё поместилась вся аудиоинформация и не осталось пустого места.

Жесткий диск (Hard Disk Drive)

Пока этим требованиям в наибольшей степени удовлетворяют так называемые жесткие диски ( HDD — Hard Disk Drive ), хотя не исключено появление в будущем других устройств, обладающих лучшими свойствами. Три основных требования к жесткому диску — это емкость, быстродействие и минимальные габариты (о надежности мы не говорим, поскольку это, само собой, разумеется). Емкость жестких дисков измеряется в гигабайтах (Гбайт). По состоянию на сегодняшний день емкости жестких дисков уже перевалили за отметку 100 Гбайт.

Для создания существующих магнитных дисков применяются технологии, при которых на пластину напыляется один слой магнитного материала - носителя информации, (как на верхнем рисунке).

Традиционный способ записи на магнитную пластину (вверху). При уменьшении размеров единичных ячеек с горизонтальной намагниченностью резко увеличивается вероятность их спонтанного размагничивания. Новый способ, предложенный Fujitsu (внизу). Использование дополнительного подслоя и вертикального намагничивания позволяет достичь в восемь раз большей плотности записи.

Требование емкости напрямую противоречит требованию минимальных габари­тов. Это противоречие снимается благодаря непрерывному улучшению техно­логии изготовления. Сегодня жесткий диск — это прецизионный прибор, изготовленный с привлечением самых последних достижений технологической науки. Он хрупок, не выносит ударов и требует предельной аккуратности в обращении. По этим причинам жесткий диск стационарно помещается внутри корпуса системного блока. Жесткий диск в совокупности с механическими и электронными устройствами, обеспечивающими его функционирование, называется дисковым накопителем или НМД.

Конструкция жесткого диска

Дисковый накопитель обычно состоит из набора пластин, представляющих собой металлические диски (сегодня большое распространение получили диски из композитных материалов), покрытые магнитным материалом и соединенные между собой при помощи центрального шпинделя. Над каждой поверхностью располагается считывающая головка. При высоких скоростях вращения дисков головки «парят» над их поверхностями на воздушной подушке. Для записи данных используются обе поверхности пластины (керамические, алюминиевые, или из композитных материалов, на которые нанесено специальное магнитное покрытие). В современных дисковых накопителях используется от 4 до 9 пластин. Шпиндель вращается с высокой постоянной скоростью (обычно 3600, 5400 или 7200 оборотов в минуту, но встречаются и более высокие скорости до 15000 об/мин). Каждая пластина содержит набор концентрических записываемых дорожек. Обычно дорожки делятся на блоки данных объемом 512 байт, иногда называемые секторами. Перед данными располагается заголовок (header), состоящий из преамбулы(preamble), которая позволяет головке синхронизироваться перед чтением или записью данных и служебной адресной информацией. После данных идет код с исправлением ошибок (код Хемминга или код Рида-Соломона). Между соседними секторами находится межсекторный интервал. Так что форматированный сектор составляет уже 571 байт. Количество блоков, записываемых на одну дорожку зависит от физических размеров пластины и плотности записи. Как правило, производители указывают размер неформатированного диска (как будто каждая дорожка содержит только данные, но более честно было бы указывать вместимость форматированного диска, когда не учитываются преамбулы, исправляющие коды и межсекторные интервалы. Емкость форматированного диска обычно на 15-20% меньше емкости неформатированного диска.

Данные записываются или считываются с пластин с помощью головок записи/считывания, по одной на каждую поверхность. Линейный двигатель представляет собой электромеханическое устройство, которое позиционирует головку над заданной дорожкой. Обычно головки крепятся на кронштейнах, которые приводятся в движение каретками.

Основные узлы НМД:

· магнитные диски;

· головки записи/считывания;

· двигатель привода дисков;

· механизм привода головок;

· печатная плата с контроллером диска;

· воздушные фильтры, кабели, разъемы и т.д.

Механизм привода головок, с его помощью головки передвигаются от центра диска к его краям и устанавливаются на заданный цилиндр. Различают приводы с шаговым двигателеми сервопривод (с подвижной катушкой), использующий сигнал обратной связи для точного позиционирования над выбранной дорожкой (цилиндром). Сервопривод более дорогое и более точное устройство.

Фильтры, используется два вида фильтров:

· рециркуляции;

· барометрические, необходимые для выравнивания давления внутри устройства с атмосферным.

Накопитель на магнитных дисках (НМД) представляет собой набор пластин, магнитных головок, кареток, линейных двигателей плюс воздухонепроницаемый корпус. Дисковым устройством называется НМД с относящимися к нему электронными схемами (контроллерами). Некоторые контроллеры содержат микропроцессор, производят буферизацию совокупности секторов и кэширование данных, а также устраняют поврежденные секторы.

Основные характеристики НМД:

· тип привода головок;

· способ парковки;

· надежность;

· быстродействие, производительность, стоимость;

· вид интерфейса (IDE, EIDE, SCSI).

Производительность диска является функцией времени обслуживания, которое включает в себя три основных компонента: время доступа, время ожидания и время передачи данных. Время доступа - это время, необходимое для позиционирования головок на соответствующую дорожку, содержащую искомые данные. Оно является функцией затрат на начальные действия по ускорению головки диска (порядка 6 мс), а также функцией числа дорожек, которые необходимо пересечь на пути к искомой дорожке. Характерные средние времена поиска - время, необходимое для перемещения головки между двумя случайно выбранными дорожками, лежат в диапазоне 10-20 мс. Время перехода с дорожки на дорожку меньше 10 мс и обычно составляет 2 мс. Вторым компонентом времени обслуживания является время ожидания. Чтобы искомый сектор повернулся до совмещения с положением головки требуется некоторое время. После этого данные могут быть записаны или считаны. Для современных дисков время полного оборота лежит в диапазоне 8-16 мс, а среднее время ожидания составляет 4-8 мс.

Последним компонентом является время передачи данных, т.е. время, необходимое для физической передачи байтов. Время передачи данных является функцией от числа передаваемых байтов (размера блока), скорости вращения, плотности записи на дорожке и скорости электроники. Типичная скорость считывания информации равна 1-15 Мбайт/с.

Пример:

HAD компании Seagate Technology, объем – 9 Гбайт, среднее время доступа – 8 мс, скорость – 7200 об/мин, интерфейс Fast SCSI -2, скорость считывания – 13 Мбайт/сек.

Способы кодирования данных

В современных системах для процесса записи/считывания используется гигантский магнито-резистивный эффект (GMR – Giant magnetic Resistance), который позволяет реализовать достаточно высокую плотность записи. Сам процесс записи и считывания основан на физических явлениях, описанных еще Фарадеем. Проиллюстрируем эти процессы с помощью рисунка 8.1.

Индуктивная катушка

Магнитная

головка

 

 

Зазор                                                                             Магнитные домены

S N N S S N N S S N N S S N N S S N N S

  

Сигнал записи

                                                                                    Физическая зона

Сигнал считывания

                                                                                       Направление вращения        

                                Рис. 10.1 Схема процесса записи/считывания

Поскольку количество зон смены знака (их называют битовые ячейки) ограничено возможностями технологии применяются различные способы кодирования, позволяющие, как бы, “втиснуть” как можно больше битов данных в отведенное количество зон.

Различают:

- частотная модуляция – FM (одинарная плотность – Single density);

- модифицированный частотный сигнал - MFM (двойная плотность – Double density);

- кодирование с ограниченной длиной поля записи – RLL (самый популярный сегодня).

Интерфейсы НМД

В состав компьютеров часто входят специальные устройства, называемые дисковыми контроллерами. К каждому дисковому контроллеру может подключаться несколько дисковых накопителей. Между дисковым контроллером и основной памятью может быть целая иерархия контроллеров и магистралей данных, сложность которой определяется главным образом стоимостью компьютера. Поскольку время передачи часто составляет очень небольшую часть общего времени доступа к диску, контроллер в высокопроизводительной системе разъединяет магистрали данных от диска на время позиционирования так, что другие диски, подсоединенные к контроллеру, могут передавать свои данные в основную память. Поэтому время доступа к диску может увеличиваться на время, связанное с накладными расходами контроллера на организацию операции ввода/вывода.

 

	HDD					CPU
	Контроллер диска
						Основная память
	Интерфейс SCSI Главный адаптер

 

 

                                                Шина SCSI

 

 

                                     

 

Рис. 10.2 Структура интерфейсов НМД

 

Необходимо отметить, что в последнее время все большее распространение получил интерфейс SCSI. Он не только более производителен, но и поддерживает до 16 устройств, что очень важно для файл-серверов и серверов сети.

Структура хранения информации на жестком диске

Компьютеру важно не просто записать информацию на диск, а так записать, ее, чтобы потом найти, причем быстро и безошибочно. Поэтому на жестком диске создается специальная структура для хранения данных. Операция созда­ния такой структуры называется форматированием диска. После форматиро­вания каждый файл, записанный на диск, может иметь собственный адрес, выраженный в числовой форме.

Несмотря на то, что физически жесткий диск состоит из п дисков и имеет 2п поверхностей, для изучения его структуры нам достаточно рассмотреть только одну поверхность. Эта поверхность разбивается на концентрические дорожки. В зависимости от конструкции диска таких дорожек может быть больше или меньше, и каждая дорожка имей свой уникальный номер.

Если мы теперь вновь вспомним, что реальный жесткий диск имеет много поверхностей, то у нас появится новый термин — цилиндр. До­рожки с одинаковыми номерами, но принадлежащие разным поверх­ностям, образуют один цилиндр. Каждый цилиндр имеет номер, совпадающий с номером входящих в него дорожек.

Дорожки, в свою очередь, разбиваются на секторы. Длина каждого сектора равна 512 байтам данных. Таким образом, сектор — наименьший элемент структуры жесткого диска. Для того чтобы записать, а затем затребовать информацию, необходимо задать адрес, состоящий из трех чисел: номера цилиндра, номера поверхности (номера головки) и номера сектора. Этот метод называется CHS (Cylinder Head Sector). Современным развитием этого метода является механизм трансляции линейных адресов и линейной адресации LBA (Logical Block Adressing), связанный однозначно с CHS. 

Таблица размещения файлов

Файлы в кан­целярском понимании — это «дела», с обычными человеческими именами, пылящиеся в таком месте, куда месяцами не ступает нога человека, но установить это место всегда можно по номеру «дела», если заглянуть в амбарную книгу, называемую реестром.

Роль такого «реестра» на жестком диске выполняет специальная таблица, кото­рая называется FAT-таблицей File Allocation Table (по-русски: таблица размещения файлов). Она находится на служебной дорожке жесткого диска и должна именовать, сохранять и производить поиск данных. Физическое повреждение секторов, в которых записана эта таблица, равносильно краху всей информа­ции, хранящейся на жестком диске, поэтому эта таблица всегда продублирована, и операционная система компьютера бережно следит за тем, чтобы информация в разных экземплярах таблицы строго совпадала. Для ОС W.95/98 это были FAT 16 и FAT 32. В этих случаях размер кластера определялся объемом HDD. Однако FAT 32 поддерживал только 32 Гбайт (W.95) при размере кластера 16 Кбайт. Это заставило разработчиков перейти на NTFS начиная с ОС Windows 2000 (для ПК), хотя эта система успешно работала и с Win. NT. Основными преимуществами NTFS является умение управлять дисками с объемом несколько терабайт, исправлять ошибки после сбоев и защищать систему от несанкционированного доступа. Вместе с тем ограниченное количество логических дисков, потери при перезагрузке при изменении размеров кластера вынудили разработчиков к дальнейшему совершенствованию системы. Итак, улучшенная NTFS называется WinFS для ОС Windows Longhorn. Теперь структура каталогов будет давать представление не только о месте хранения файлов, но и определять его предысторию. 

Оптическая память

Магнито-оптические диски

Другим направлением развития систем хранения информации являются магнитооптические диски. Запись на магнитооптические диски (МО-диски) выполняется при взаимодействии лазера и магнитной головки. Луч лазера разогревает до точки Кюри (температуры потери материалом магнитных свойств) микроскопическую область записывающего слоя, которая при выходе из зоны действия лазера остывает, фиксируя магнитное поле, наведенное магнитной головкой. В результате данные, записанные на диск, не боятся сильных магнитных полей и колебаний температуры. Все функциональные свойства дисков сохраняются в диапазоне температур от -20 до +50 градусов Цельсия. В то время, как вектор намагничивания при традиционной записи ориентирован в плоскости его поверхности диска, с помощью магнито-оптических технологий удается придать вектору вертикальную ориентацию, что значительно ослабляет взаимодействие доменов, а значит чувствительность к внешним полям и высоким температурам.

Конструктивно магнитооптический диск состоит из толстой стеклянной подложки, на которую наносится светоотражающая алюминиевая пленка и ферромагнитный сплав — носитель информации, покрытый сверху защитным слоем прозрачного пластика. У таких дисков диаметром 3,5 дюйма информационная емкость одной стороны достигает 128-230 Мбайт, при диаметре 5,25 дюйма — 600 Мбайт, с двух сторон — 1,3 Гбайт. Дисководы могут быть как встроенными, так и внешними. МО-диски уступают обычным жестким магнитным дискам лишь по времени доступа к данным. Предельное достигнутое МО-дисками время доступа составляет 19 мс. Магнитооптический принцип записи требует предварительного стирания данных перед записью, и соответственно, дополнительного оборота МО-диска. Однако завершенные недавно исследования в SONY и IBM показали, что это ограничение можно устранить, а плотность записи на МО-дисках можно увеличить в несколько раз используя голубой лазер. Во всех других отношениях МО-диски превосходят жесткие магнитные диски.

В магнитооптическом дисководе используются сменные диски, что обеспечивает практически неограниченную емкость. Стоимость хранения единицы данных на МО-дисках в несколько раз меньше стоимости хранения того же объема данных на жестких магнитных дисках.

Сегодня на рынке МО-дисков предлагается более 150 моделей различных фирм. Одно из лидирующих положений на этом рынке занимает компания Pinnacle Micro Inc. Для примера, ее дисковод Sierra 1.3 Гбайт обеспечивает среднее время доступа 19 мс и среднее время наработки на отказ 80000 часов. Для серверов локальных сетей и рабочих станций компания Pinnacle Micro предлагает целый спектр многодисковых систем емкостью 20, 40, 120, 186 Гбайт и даже 4 Тбайт. Для систем высокой готовности Pinnacle Micro выпускает дисковый массив Array Optical Disk System, который обеспечивает эффективное время доступа к данным не более 11 мс при скорости передачи данных до 10 Мбайт/с.

Дисковые массивы и уровни RAID

Одним из способов повышения производительности ввода/вывода является использование параллелизма путем объединения нескольких физических дисков в матрицу (группу) с организацией их работы аналогично одному логическому диску. К сожалению, надежность матрицы любых устройств падает при увеличении числа устройств.

Для достижения повышенного уровня отказоустойчивости приходится жертвовать пропускной способностью ввода/вывода или емкостью памяти. Необходимо использовать дополнительные диски, содержащие избыточную информацию, позволяющую восстановить исходные данные при отказе диска. Отсюда получают акроним для избыточных матриц недорогих дисков RAID (redundant array of inexpensive disks). Существует несколько способов объединения дисков RAID. Каждый уровень представляет свой компромисс между пропускной способностью ввода/вывода и емкостью диска, предназначенной для хранения избыточной информации.

Когда какой-либо диск отказывает, предполагается, что в течение короткого интервала времени он будет заменен и информация будет восстановлена на новом диске с использованием избыточной информации. Это время называется средним временем восстановления (mean time to repair - MTTR). Этот показатель можно уменьшить, если в систему входят дополнительные диски в качестве "горячего резерва": при отказе диска резервный диск подключается аппаратно-программными средствами. Периодически оператор вручную заменяет все отказавшие диски. Четыре основных этапа этого процесса состоят в следующем:

· определение отказавшего диска,

· устранение отказа без останова обработки;

· восстановление потерянных данных на резервном диске;

· периодическая замена отказавших дисков на новые.

RAID1: Зеркальные диски.

Зеркальные диски представляют традиционный способ повышения надежности магнитных дисков. Это наиболее дорогостоящий из рассматриваемых способов, так как все диски дублируются и при каждой записи информация записывается также и на проверочный диск. Таким образом, приходится идти на некоторые жертвы в пропускной способности ввода/вывода и емкости памяти ради получения более высокой надежности. Зеркальные диски широко применяются многими фирмами. В частности компания Tandem Computers применяет зеркальные диски, а также дублирует контроллеры и магистрали ввода/вывода с целью повышения отказоустойчивости. Эта версия зеркальных дисков поддерживает параллельное считывание.

Дублирование всех дисков может означать удвоение стоимости всей системы или, иначе, использование лишь 50% емкости диска для хранения данных. Повышение емкости, на которое приходится идти, составляет 100%. Такая низкая экономичность привела к появлению следующего уровня RAID.

RAID 2: матрица с поразрядным расслоением

Один из путей достижения надежности при снижении потерь емкости памяти может быть подсказан организацией основной памяти, в которой для исправления одиночных и обнаружения двойных ошибок используются избыточные контрольные разряды. Такое решение можно повторить путем поразрядного расслоения данных и записи их на диски группы, дополненной достаточным количеством контрольных дисков для обнаружения и исправления одиночных ошибок. Один диск контроля четности позволяет обнаружить одиночную ошибку, но для ее исправления требуется больше дисков.

При записи больших массивов данных системы уровня 2 имеют такую же производительность, что и системы уровня 1, хотя в них используется меньше контрольных дисков и, таким образом, по этому показателю они превосходят системы уровня 1. При передаче небольших порций данных производительность теряется, так как требуется записать либо считать группу целиком, независимо от конкретных потребностей.

RAID 3: аппаратное обнаружение ошибок и четность

Большинство контрольных дисков, используемых в RAID уровня 2, нужны для определения положения неисправного разряда. Эти диски становятся полностью избыточными, так как большинство контроллеров в состоянии определить,