Зовнішні пристрої пам’яті

План

1. Зовнішня пам’ять. Накопичувачі.

1. Накопичувачі на гнучких магнітних дисках.
2. Накопичувачі на жорстких магнітних дисках ;
3. Накопичувачі на компакт-дисках.
4. Накопичувачі на магнітно-оптичних компакт-дисках.
5. Накопичувачі на магнітній стрічці (стримери) і накопичувачі на змінних дисках.

2. Класифікація зовнішніх пристроїв пам’яті.

3. Історія зовнішніх пристроїв пам’яті.
1. Перфокарти.
2. Магнітні барабани, магнітні стрічки.
3. Магнітні диски.
4. Оптичні диски.
4. Найбільш розповсюджені типи зовнішніх пристроїв пам’яті.

1. Жорсткі магнітні диски (Hard Disk).
2. Гнучкі магнітні диски (Floppy Disk).
3. Магнітні диски великої ємності (ZIP, JAZ).
4. Оптичні диски (CD, DVD).

5. Операції над зовнішніми пристроями пам’яті.

1. Форматування.
2. Запис інформації.
3. Знищення інформації, та можливості її відновлення.
4. Техніка безпеки.

6. Система управління файлами.

5. Історія файлової системи.
6. Застосування файлових систем.
7. Структура файлової системи.

7. Перспективні напрямки розвитку зовнішніх пристроїв пам’яті.

Зовнішня пам’ять призначена для тривалого зберігання програм і даних, і цілісність її вмісту не залежить від того, включений або виключений комп’ютер. На відміну від оперативної пам’яті, зовнішня пам’ять не має прямого зв’язку із процесором. Інформація від зовнішньої пам’яті до процесора й навпаки циркулює приблизно по наступному ланцюжку:

Пристрої зовнішньої пам'яті можуть розміщуватись як в системному блоці комп'ютера так і в окремих корпусах. Фізично зовнішня пам'ять реалізована у вигляді накопичувачів. Накопичувачі — це запам'ятовуючі пристрої, призначені для тривалого (що не залежить від електроживлення) зберігання великих обсягів інформації. Ємність накопичувачів в сотні разів перевищує ємність оперативної пам'яті або взагалі необмежена, якщо мова йде про накопичувачі зі змінними носіями. [3]

Накопичувач можна розглядати як сукупність носія та відповідного приводу. Розрізняють накопичувачі зі змінними і постійними носіями. Привід — це поєднання механізму читання/запису з відповідними електронними схемами керування. Його конструкція визначається принципом дії та виглядом носія. Носій — це фізичне середовище зберігання інформації, на зовнішній вигляд може бути дисковим або стрічковим. За принципом запам'ятовування розрізняють магнітні, оптичні та магнітооптичні носії. Стрічкові носії можуть бути лише магнітними, у дискових носіях використовують магнітні, магнітооптичні та оптичні методи запису/зчитування інформації.[3]

До складу зовнішніх пристроїв пам’яті комп’ютера входять:

– накопичувачі на жорстких магнітних дисках;

– накопичувачі на гнучких магнітних дисках;

– накопичувачі на компакт-дисках;

– накопичувачі на магнітно-оптичних компакт-дисках;

– накопичувачі на магнітній стрічці (стримери) і ін.

Накопичувачі на гнучких магнітних дисках.

Накопичувачі на гнучких магнітних дисках (НГМД)  або дисковод вмонтований у системний блок. Гнучкі носії для НГМД випускають у вигляді дискет. Гнучкий диск, дискета (англ. floppy disk) — це пристрій для зберігання невеликих обсягів інформації, що представляє собою гнучкий пластиковий диск у захисній оболонці. Використовується для перенесення даних з одного комп’ютера на інший і для поширення програмного забезпечення.

Дискета складається із круглої полімерної підкладки, покритої по обидва боки магнітним окислом і поміщену в пластикову упаковку, на внутрішню поверхню якої нанесене покриття, що очищається. В упаковці зроблені із двох сторін радіальні прорізи, через які головки зчитування/запису накопичувача одержують  доступ до диска. Спосіб запису двійкової інформації на магнітному середовищі називається магнітним кодуванням. Він полягає в тім, що магнітні домени в середовищі вибудовуються уздовж доріжок у напрямку прикладеного магнітного поля своїми північними й південними полюсами. Звичайно встановлюється однозначна відповідність між двійковою інформацією й орієнтацією магнітних доменів. Інформація записується по концентричних доріжках (трекам), які діляться на сектори. Кількість доріжок і секторів залежить від типу й формату дискети. Сектор зберігає мінімальну порцію інформації, що може бути записана на диск. Ємність сектора постійна й становить 512 байтів.

На дискеті можна зберігати від 360 Кілобайт до 2,88  

мегабайт інформації. У цей час найбільше поширення одержали дискети з наступними характеристиками: діаметр 3,5 дюйми (89 мм), ємність 1,44 Мбайт, число доріжок 80, кількість секторів на доріжках 18.

Дискета встановлюється в накопичувач на гнучких магнітних дисках (англ. floppy-disk drive), автоматично в ньому фіксується, після чого механізм накопичувача розкручується до частоти обертання 360 хв-1. У накопичувачі обертається сама дискета, магнітні головки залишаються нерухомими. Дискета обертається тільки при звертанні до неї. Накопичувач пов'язаний із процесором через контролер гнучких дисків.[1]

Накопичувачі на жорстких магнітних дисках

Якщо гнучкі диски — це засіб перенесення даних між комп'ютерами, то жорсткий диск — це інформаційний склад комп'ютера.

Накопичувач на жорстких магнітних дисках (англ. HDD — Hard Disk Drive) або вінчестерский накопичувач — це найбільш масовий запам'ятовувальний пристрій великої ємності, у якому носіями інформації є круглі алюмінієві пластини — плоттери, обидві поверхні яких покриті шаром магнітного матеріалу. Використовується для постійного зберігання інформації — програм і даних. Ззовні, вінчестер являє собою плоску герметично закриту коробку, всередині якої знаходяться на спільній осі декілька жорстких алюмінієвих або скляних пластинок круглої форми. Поверхня кожного з дисків покрита тонким феромагнітним шаром (речовини, що реагує на зовнішнє магнітне поле), власне на ньому зберігаються записані дані.

Як і в дискетах, робочі поверхні плотерів розділені на кільцеві концентричні доріжки, а доріжки — на сектори. Кожна доріжка має свій номер. Доріжки з однаковими номерами, що розташовані одна над одною на різних дисках утворюють циліндр. Доріжки на диску розбиті на сектори (нумерація починається з одиниці). Сектор займає 571 байт: 512 відведено для запису потрібної інформації, решта під заголовок (префікс), що визначає початок і номер секції та закінчення (суфікс), де записана контрольна сума, потрібна для перевірки цілісності збережених даних. Сектори й доріжки утворюються під час форматування диска. Форматування виконує користувач за допомогою спеціальних програм. Ніяка інформація не може бути записана на неформатований диск. Жорсткий диск може бути розбитий на логічні диски. Це зручно, оскільки наявність декількох логічних дисків спрощує структуризацію даних, що зберігаються на жорсткому диску.

Запис проводиться на обидві поверхні кожної пластини диска(крім крайніх) за допомогою блоку спеціальних магнітних головок. Кожна головка знаходиться над робочою поверхнею диска на відстані 0,5-0,13 мкм. Головки зчитування — запису разом з їхньою несучою конструкцією й дисками укладені в герметично закритий корпус, названий модулем даних. При установці модуля даних на дисковод він автоматично з'єднується із системою, що підкачує очищене охолоджене повітря. Поверхня плотера має магнітне покриття товщиною всього лише в 1,1 мкм, а також шар змащення для запобігання головки від ушкодження при опусканні й підйомі на ходу. При обертанні плотера над ним утворюється повітряний шар, що забезпечує повітряну подушку для зависання головки на висоті 0,5 мкм над поверхнею диска. Вінчестерські накопичувачі мають дуже велику ємність: від сотень Мбайт до десятків Гбайт або навіть сотні Гбайт. У сучасних моделей швидкість обертання шпинделя досягає 5600 - 7200 обертів у хвилину, середній час пошуку даних — 10 мс, максимальна швидкість передачі даних до 40 Мбайт/с. На відміну від дискети, вінчестерский диск обертається безупинно. Вінчестерский накопичувач пов'язаний із процесором через контролер жорсткого диска.[6]

Запис даних у жорсткому диску здійснюється наступним чином. При зміні сили струму, що проходить через головку, відбувається зміна напруженості динамічного магнітного поля в щілині між поверхнею та головкою, що приводить до зміни стаціонарного магнітного поля феромагнітних частин покриття диску. Операція зчитування відбувається у зворотному порядку. Намагнічені частинки феромагнітного покриття спричиняють електрорушійну силу самоіндукції магнітної головки. Електромагнітні сигнали, що виникають при цьому, підсилюються й передаються на обробку.

Роботою вінчестера керує спеціальний апаратно-логічний пристрій — контролер жорсткого диска. В минулому це була окрема дочірня плата, яку під'єднували через слоти до материнської плати. У сучасних комп'ютерах функції контролера жорсткого диска виконують спеціальні мікросхеми, розташовані в чіпсеті.

Існує величезна кількість різноманітних моделей жорстких дисків багатьох фірм, таких як Seagate, Maxtor, Quantum, Fujitsu і т.д. Щоб забезпечити сумісність вінчестерів, розроблено стандарти на їх характеристики, які визначають номенклатуру з'єднувальних провідників, їх розміщення в перехідних роз’ємах, електричні параметри сигналів. Найпоширенішими нині є стандарти інтерфейсів IDE (Integrated Drive Electronics) або ATA та більш продуктивні EIDE (Enhanced IDE) і SCSI (Small Computer System Interface). Саме характеристики цих інтерфейсів, за допомогою яких вінчестери зв'язані з материнською платою, у значній мірі визначають продуктивність сучасних жорстких дисків.

Всі сучасні накопичувачі забезпечуються вбудованим кешем (64 Кбайт і більше), що істотно підвищує їхню продуктивність.[5]

Накопичувачі на компакт-дисках

Починаючи з 1995 року в базову конфігурацію персонального комп'ютера замість дисководів на 5,25 дюймів почали включати дисковод CD-ROM. Абревіатура CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) перекладається як постійний запам'ятовуючий пристрій на основі компакт-дисків. Принцип дії цього пристрою полягає у зчитуванні цифрових даних за допомогою лазерного променя, що відбивається від поверхні диска. В якості носія інформації використовується звичайний компакт-диск CD. Цифровий запис на компакт-диск відрізняється від запису на магнітні диски високою щільністю, тому стандартний CD має ємність порядку 650-700 Мбайт. Такі великі об'єми характерні для мультимедійної інформації (графіка, музика, відео), тому дисководи CD-ROM відносяться до апаратних засобів мультимедіа. Крім мультимедійних видань (електронні книги, енциклопедії, музикальні альбоми, відеофільми, комп'ютерні ігри) на компакт-дисках розповсюджується також різноманітне системне та прикладне програмне забезпечення великих обсягів (операційні системи, офісні пакети, системи програмування і т.д.) [1]

 CD-ROM складається із прозорої полімерної основи діаметром 12см і товщиною 1,2 мм. Одна сторона покрита тонким алюмінієвим шаром, захищеним від ушкоджень шаром лаку. Двійкова інформація представляється послідовним чергуванням поглиблень (pits(піт) — ямки) і основного шару (land(ленд) — земля). Логічна одиниця кодується переходом між пітом та лендом. Від центру до краю компакт-диску нанесена єдина доріжка у вигляді спіралі шириною 4 мкм із кроком 1,4 мкм. Поверхня диска розбита на три ділянки. Початкова (Lead-In) розташована в центрі диска і зчитується першою. В ній записано вміст диска, таблиця адрес всіх записів, мітка диска й інша службова інформація. Середня ділянка містить основну інформацію і займає більшу частину диска. Кінцева ділянка (Lead-Out) містить мітку кінця диску. Для штампування існує спеціальна матриця-прототип (мастер-диск) майбутнього диска, яка витискує доріжки на поверхні. Після штампування, на поверхню диска наносять захисну плівку з прозорого лаку. На одному дюймі (2,54 см) по радіусі диска розміщається 16 тисяч доріжок з інформацією. Для порівняння — на дюймі по радіусі дискети всього лише 96 доріжок. Ємність CD до 780 Мбайт. Інформація заноситься на диск на заводі й не може бути змінена.[3]

Накопичувач CD-ROM містить:  

• електродвигун, що обертає диск;
• оптичну систему, яка складається з лазерного випромінювача, оптичних лінз та датчиків і призначена для зчитування інформації з поверхні диска;
• мікропроцесор, що керує механікою привода, оптичною системою і декодує прочитану інформацію у двійковий код.

Компакт-диск розкручується електродвигуном. На поверхні диска за допомогою приводу оптичної системи фокусується промінь із лазерного випромінювача. Промінь відбивається від поверхні диска і скрізь призму подається на датчик. Світловий потік перетворюється в електричний сигнал, який поступає у мікропроцесор, де він аналізується й перетворюється у двійковий код.[5]

Переваги CD-ROM:

1. При малих фізичних розмірах CD-ROM мають високу інформаційну ємність, що дозволяє використати її у довідкових системах і в навчальних комплексах з багатим ілюстративним матеріалом; один CD, маючи розміри приблизно дискети, по інформаційному обсязі дорівнює майже 500 таким дискетам;
2. Зчитування інформації з CD відбувається з високою швидкістю, порівнянної зі швидкістю роботи вінчестера;
3. CD прості й зручні в роботі, практично не зношуються;
4. CD не можуть бути уражені вірусами;
5. На CD-ROM неможливо випадково стерти інформацію;
6. Вартість зберігання даних (розраховуючи на 1 Мбайт) низька.[6]