Накопители на магнитных дисках являются: Накопители на гибких магнитных дисках и накопитель на жестком магнитном диске

Содержание

Накопители на гибких магнитных дисках и накопитель на жестком магнитном диске

Основой накопителей на магнитных дисках является диск (или диски), покрытые магнитными окислами, которые под воздействием магнитного поля могут изменять свою намагниченность и оставаться в таком состоянии достаточно длительное время. Магнитный диск может быть либо гибким, на основе полимеров, либо жестким, на основе алюминиевых пластин.

Носителем в накопителях на гибких магнитных дисках (НГМД) является магнитный диск—дискета (флоппи-диск) — на полимерной основе, заключенный в пластиковый конверт. Носитель читается и записывается в приводе — дисководе, который содержит магнитную головку и двигатель, приводящий в движение диск и головку: Дискета может свободно выниматься из привода, поэтому дискеты чаше всего используют для переноса информации между компьютерами. Недостатками накопителей на гибких магнитных дисках являются их низкая емкость, недостаточные быстродействие и надежность.

Накопитель на жестком магнитном диске внешне представляет собой прочный металлический корпус, внутри которого находится один или несколько магнитных дисков. Он полностью герметичен и защищает дисковод от частичек пыли, которые при попадании в узкий зазор между головкой и поверхностью диска могут повредить чувствительный магнитный слой и вывести диск из строя. Кроме того, корпус экранирует накопитель от электромагнитных помех. Сам диск представляет собой круглую металлическую пластину с очень ровной поверхностью, покрытую тонким ферромагнитным слоем. Магнитные головки считывают и записывают информацию на диски. Цифровая информация преобразуется в переменный электрический ток, поступающий на магнитную головку, а затем передается на магнитный диск, но уже в виде магнитного поля, которое диск может воспринять и «запомнить».

Накопители на жестких магнитных дисках имеют большую емкость (измеряемую в десятках и сотнях гигабайт), большое быстродействие и поэтому являются основным внешним запоминающим устройством современного компьютера.

Существуют также и другие виды накопителей, например Zip, Jazz и другие, в которых основой выступают магнитные диски.


Запись опубликована в рубрике Информатика с метками диск, накопитель, носитель, память. Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Накопители на магнитных дисках — КиберПедия

Накопители на магнитных дисках подразделяются на накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД или HDD) и накопители на гибких магнитных дисках (НГМД или FDD), принципиально они весьма сходны, но имеются конструктивные отличия.

Способ записи двоичной информации на магнитной поверхности называется магнитным кодированием. Он заключается в том, что магнитные домены выстраиваются вдоль дорожек в направлении приложенного магнитного поля своими северными и южными полюсами. Устанавливается однозначное соответствие между двоичной информацией и ориентацией магнитных доменов. Информация на магнитные диски записывается и считывается магнитной головкой, которая перемещается радиально с фиксированным шагом, а сам диск при этом вращается вокруг своей оси рис 2.12.

Основа жесткого дискаплаттер изготавливается из сплавов алюминия или керамики, на который наносится магнитный слой. Жёсткость диска позволяет увеличить плотность записи, по сравнению с гибким диском. Несколько жёстких дисков иногда надеваются на одну общую ось и представляют собой пакет дисков. Такие пакеты позволяют резко увеличить объём информации, хранящейся на одном дисководе жёсткого диска.

Пакет дисков находится в гермозоне корпусе с очищенным от пыли и влаги воздухом или азотом, там же находится блок головок с устройством их позиционирования и привод вращения диска. Головки в рабочем состоянии не касаются поверхности пластин, а держатся на тонком слое воздуха. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках около 10 нм). При отсутствии вращения дисков головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.

Жесткий диск HDD управляется процессором через контроллер жесткого диска.

 

Головка, считывает или записывает информацию, расположенную на концентрической окружности, которая называется дорожкой или треком. Количество дорожек на диске определяется шагом перемещения головки и зависит от технических характеристик привода диска и качества самого диска. За один оборот диска может быть считана информация с одной дорожки. Общее время доступа к информации на диске складывается из времени перемещения головки на нужную дорожку и времени одного оборота диска. Каждая дорожка дополнительно разбивается на ряд участков – секторов. Сектор содержит минимальный блок информации, который может быть записан или считан с диска, обычно он составляет 512 байтов (планируется переход к секторам 4096 байт). Чтение и запись на диск осуществляется блоками, поэтому дисководы называют блочными устройствами.

Физическая структура диска определяется количеством дорожек и числом секторов на каждой дорожке. Она задаётся при форматировании диска, которое выполняется специальными программами и должно быть проведено перед первым использованием диска для записи информации.

Кроме физической структуры диска, говорят ещё о логической структуре диска. Логическая структура определяется файловой системой, которая реализована на диске и зависит от операционной системы компьютера, на котором используется данный диск. Логическая структура подразумевает выделение некоторого количества секторов для выполнения служебных функций размещения файлов и каталогов на диске.

Параметры, характеризующие жесткие диски.

Форм–фактор характеризует диаметр диска обычно он 3.5 дюйма, иногда 2.5 для ноутбуков.

Емкость в 2010 году она достигла 3 терабайтов при форм-факторе диска 3.5 дюйма.

Время доступа – это время, за которое головка позиционируется на диске для чтения или записи, оно составляет миллисекунды от 2.5 до 16 мс.

Скорость вращения шпинделя — количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и средняя скорость передачи данных. В настоящее время выпускаются жесткие диски со следующими стандартными скоростями вращения: 5400, 7200, 10 000 и 15 000 об/мин для серверов.

Скорость передачи данных при последовательном доступе до 111,4 Мб/с, на сегодняшний день.

Объём буфера. Буфер – это промежуточная память, предназначенная для сглаживания различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу. В современных дисках он обычно варьируется от 8 до 64 Мб.

Накопители на гибких магнитных дисках.

Устаревающее устройство. Дискета состоит из круглой полимерной подложки, покрытой с обеих сторон магнитным окислом и помещенной в пластиковую упаковку, на внутреннюю поверхность которой нанесено очищающее покрытие. В упаковке сделаны с двух сторон радиальные прорези, через которые головки считывания/записи накопителя получают доступ к диску. Все сменные носители на дисках, в том числе и рассмотренные ниже оптические диски, характеризуются своим диаметром (форм-фактором). Наибольшее распространение получили диски 3,5 дюйма (89 мм). Но существуют диски с форм-фактором 5,25 дюйма и 1,8 дюйма.

Сами магнитные диски изготавливаются из гибкого синтетического материала, на который с обеих сторон нанесён слой магнитного материала. Такие гибкие диски имеют объём хранимой информации 1,38 Мбайт, число дорожек 80, количество секторов на дорожках 18.

Дискета устанавливается в НГМД автоматически в нем фиксируется, после чего диск раскручивается до частоты вращения 360 об/мин. Дискета вращается только при обращении к ней. Накопитель связан с процессором через контроллер гибких дисков.

Кроме гибких дисков широкое распространение получили сменные магнитные носители типа ZIP. Использование более совершенной системы позиционирования головок системы привода позволило увеличить плотность записи, и довести его для диска с форм-фактором 3,5 дюйма до 250 Мбайт. К сожалению, диски ZIP несовместимы с обычными гибкими дисками и для их использования приходится устанавливать специальный привод ZIP.

Накопители на магнитных дисках подразделяются на накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД или HDD) и накопители на гибких магнитных дисках (НГМД или FDD), принципиально они весьма сходны, но имеются конструктивные отличия.

Способ записи двоичной информации на магнитной поверхности называется магнитным кодированием. Он заключается в том, что магнитные домены выстраиваются вдоль дорожек в направлении приложенного магнитного поля своими северными и южными полюсами. Устанавливается однозначное соответствие между двоичной информацией и ориентацией магнитных доменов. Информация на магнитные диски записывается и считывается магнитной головкой, которая перемещается радиально с фиксированным шагом, а сам диск при этом вращается вокруг своей оси рис 2.12.

Основа жесткого дискаплаттер изготавливается из сплавов алюминия или керамики, на который наносится магнитный слой. Жёсткость диска позволяет увеличить плотность записи, по сравнению с гибким диском. Несколько жёстких дисков иногда надеваются на одну общую ось и представляют собой пакет дисков. Такие пакеты позволяют резко увеличить объём информации, хранящейся на одном дисководе жёсткого диска.

Пакет дисков находится в гермозоне корпусе с очищенным от пыли и влаги воздухом или азотом, там же находится блок головок с устройством их позиционирования и привод вращения диска. Головки в рабочем состоянии не касаются поверхности пластин, а держатся на тонком слое воздуха. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках около 10 нм). При отсутствии вращения дисков головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.

Жесткий диск HDD управляется процессором через контроллер жесткого диска.

 

Головка, считывает или записывает информацию, расположенную на концентрической окружности, которая называется дорожкой или треком. Количество дорожек на диске определяется шагом перемещения головки и зависит от технических характеристик привода диска и качества самого диска. За один оборот диска может быть считана информация с одной дорожки. Общее время доступа к информации на диске складывается из времени перемещения головки на нужную дорожку и времени одного оборота диска. Каждая дорожка дополнительно разбивается на ряд участков – секторов. Сектор содержит минимальный блок информации, который может быть записан или считан с диска, обычно он составляет 512 байтов (планируется переход к секторам 4096 байт). Чтение и запись на диск осуществляется блоками, поэтому дисководы называют блочными устройствами.

Физическая структура диска определяется количеством дорожек и числом секторов на каждой дорожке. Она задаётся при форматировании диска, которое выполняется специальными программами и должно быть проведено перед первым использованием диска для записи информации.

Кроме физической структуры диска, говорят ещё о логической структуре диска. Логическая структура определяется файловой системой, которая реализована на диске и зависит от операционной системы компьютера, на котором используется данный диск. Логическая структура подразумевает выделение некоторого количества секторов для выполнения служебных функций размещения файлов и каталогов на диске.

Параметры, характеризующие жесткие диски.

Форм–фактор характеризует диаметр диска обычно он 3.5 дюйма, иногда 2.5 для ноутбуков.

Емкость в 2010 году она достигла 3 терабайтов при форм-факторе диска 3.5 дюйма. Время доступа – это время, за которое головка позиционируется на диске для чтения или записи, оно составляет миллисекунды от 2.5 до 16 мс.

Скорость вращения шпинделя — количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и средняя скорость передачи данных. В настоящее время выпускаются жесткие диски со следующими стандартными скоростями вращения: 5400, 7200, 10 000 и 15 000 об/мин для серверов.

Скорость передачи данных при последовательном доступе до 111,4 Мб/с, на сегодняшний день.

Объём буфера. Буфер – это промежуточная память, предназначенная для сглаживания различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу. В современных дисках он обычно варьируется от 8 до 64 Мб.

Накопители на гибких магнитных дисках.

Устаревающее устройство. Дискета состоит из круглой полимерной подложки, покрытой с обеих сторон магнитным окислом и помещенной в пластиковую упаковку, на внутреннюю поверхность которой нанесено очищающее покрытие. В упаковке сделаны с двух сторон радиальные прорези, через которые головки считывания/записи накопителя получают доступ к диску. Все сменные носители на дисках, в том числе и рассмотренные ниже оптические диски, характеризуются своим диаметром (форм-фактором). Наибольшее распространение получили диски 3,5 дюйма (89 мм). Но существуют диски с форм-фактором 5,25 дюйма и 1,8 дюйма.

Сами магнитные диски изготавливаются из гибкого синтетического материала, на который с обеих сторон нанесён слой магнитного материала. Такие гибкие диски имеют объём хранимой информации 1,38 Мбайт, число дорожек 80, количество секторов на дорожках 18.

Дискета устанавливается в НГМД автоматически в нем фиксируется, после чего диск раскручивается до частоты вращения 360 об/мин. Дискета вращается только при обращении к ней. Накопитель связан с процессором через контроллер гибких дисков.

Кроме гибких дисков широкое распространение получили сменные магнитные носители типа ZIP. Использование более совершенной системы позиционирования головок системы привода позволило увеличить плотность записи, и довести его для диска с форм-фактором 3,5 дюйма до 250 Мбайт. К сожалению, диски ZIP несовместимы с обычными гибкими дисками и для их использования приходится устанавливать специальный привод ZIP.

Накопители на магнитных дисках

Накопители на магнитных дисках

Накопители на магнитных дисках

Помимо оперативной памяти, компьютер оснащен и другими устройствами памяти, которые рассчитаны на долговременное хранение информации. Ими являются внешние запоминающие устройства (ВЗУ), которые являются важной частью персонального компьютера.
К ним относятся:
—  накопители на гибких магнитных дисках НГМД (FLOPPY DISK DRIVE-FDD) — носитель информации — дискета;
—  накопители на жестких магнитных дисках НЖМД (HARD DISK DRIVE-HDD) — носитель информации диск;
А также:
—  CD-ROM — носитель информации компакт диск;

—  DVD-ROM — носитель информации компакт диск;
—  Стримеры — носитель информации магнитная лента.
Время доступа к информации для этих запоминающих устройств находится в области миллисекунд, в то время как для элементов оперативной памяти в пределах наносекунд.
1 миллисекунда = 10— 3 секунд (одна тысячная секунды)
1наносекунда = 10— 9 секунд (одна миллиардная часть секунды)

 
                      
Накопитель на гибких магнитных дисках.

Впервые дисковод гибких дисков был разработан в фирме IBM для загрузки программного обеспечения. В персональном компьютере до недавнего прошлого использовались 2 вида дискет:

·        Дискеты 5.25″ (сняты с производства).

·        Дискеты 3.5″

В персональном компьютере дискеты служат для следующих целей:
—  резервирования (дублирования) информации;
—  обеспечения конфиденциальности данных;
—  транспортирования данных;
—  распространения программного обеспечения.
   НГМД — это периферийное устройство, в которое устанавливается гибкий диск и которое обеспечивает как считывание, так и запись на него информации. Принцип записи заключается в намагничивании участков поверхности диска, что распознается при считывании.
  

Принцип действия.

Конструктивно НГМД состоит из следующих узлов:

·        Рабочий двигатель — механический привод, который обеспечивает вращение гибкого диска.

·        Рабочие головки — блок магнитных головок    ЧТЕНИЯ/ЗАПИСИ.

·        Шаговые двигатели — система позиционирования магнитных головок, которая служит для перемещения головок относительно поверхности дискеты в радиальном направлении. В состав  системы позиционирования магнитных головок входят шаговые двигатели.

·        Управляющая электроника — электронный блок, который обеспечивает управление накопителем и преобразование сигналов.

 

Рабочий двигатель включается только тогда, когда в дисковод вставлена дискета и к НГМД осуществляется обращение по команде ЧТ/ЗП. Следовательно, диск непрерывно не вращается. Двигатель обеспечивает постоянную скорость вращения, которая равна — 360 об./мин.
   Для запуска двигателю нужно примерно в среднем 400 миллисекунд.
Рабочие головки. Для ЗАПИСИ и ЧТЕНИЯ данных НГМД оснащен одной парой комбинированных головок.

Обычно дискеты бывают двусторонними, т.е. имеется 2 рабочие поверхности (верхняя и нижняя). Головки ЧТЕНИЯ/ЗАПИСИ жестко закреплены и двигаются радиально одновременно «гребнем».

 

Шаговые двигатели. Движение и позиционирование головок выполняется при помощи двух двигателей. Уже при включении РС двигатели издают характерный звук («крякают»). Это шаговые двигатели перемещают головки для проверки работоспособности привода.

 

Управляющая электроника. Для подключения НГМД к компьютеру служит устройство- контроллер. Электронные схемы дисковода выполняют функции передачи сигналов к контроллеру, т. е. отвечают за преобразование информации, которую записывают или считывают головки. Чтобы не нарушалась постоянная скорость вращения привода, он должен работать только в горизонтальном положении. При установке дисковода под косым углом его конструкция получает долговременные нагрузки.

 

ДИСКЕТЫ (FLOPPY).

В настоящее время применяются в основном дискеты 3,5″. Конструктивно дискета представляет собой пластмассовый футляр, внутри которого находится пластмассовый диск с нанесенным на него магнитным слоем.
Область, с которой контактирует головка ЧТ/ЗП, всегда защищена металлической заслонкой до тех пор, пока дискета не вставлена в дисковод. И только внутри дисковода эта заслонка автоматически отодвигается в сторону.
Логическое разбиение дискет. Информация на гибкий диск размещается по концентрическим окружностям, которые называются дорожками. Разбиение дискеты на определенные участки происходит при её форматировании по команде Форматировать, которая входит в состав операционных систем. При этом дискета разбивается на дорожки (TRACKS) и сектора (SECTORS). Сектор — это участок дорожки магнитного диска, который хранит минимальную порцию информации и которая может быть считана с диска или записана на него. Каждая дорожка имеет свой номер. Каждый сектор имеет уникальный адрес. Между секторами имеется межсекторный промежуток. Для гибких дисков емкость сектора составляет для DOS 512 байт. Другие операционные системы устанавливают свои объемы секторов.

Для дискеты 3.5″:

   Число сторон:  2

   Число дорожек на стороне: 80

   Секторов на дорожке: 18

   Количество байт в секторе: 512

   Объем дискеты: 1.44 Мбайт (720 Кбайт)

  

Цилиндр. Дискета имеет, как правило, две рабочие поверхности. Дорожки с одинаковыми номерами верхней поверхности и нижней образуют цилиндр. Доступ к информации, записанный в одном цилиндре, осуществляется без перемещения головок. Число дорожек — 80, значит и 80 цилиндров.

Число цилиндров и секторов на дорожке устанавливается при форматировании дисков. В последующем без повторного форматирования диска их изменить нельзя.  Разработчики программного обеспечения используют это для защиты своих программных продуктов от несанкционированного копирования. Они путём изощренного программирования добиваются форматирования дискеты с различным числом секторов на дорожках и размерами секторов. При копировании информации или программы с такой дискеты на дискету со стандартным форматированием, информация или программа будет искажена и загружаться в компьютер не будет.

Обмен информацией между ОЗУ и дискетами осуществляется только секторами.
 

Кластер — это минимальная единица дисковой памяти, выделяемая файлу. Каждый файл занимает целое число секторов. Последний сектор при этом может быть не заполнен полностью. Кластер представляет собой один или несколько смежных секторов в логическом дисковом адресном пространстве. На дискетах кластер занимает один или два сектора, а на жестком диске обычно 4 или 8 секторов. Логическое разбиение области данных на кластеры как совокупности секторов взамен использования одиночных секторов имеет следующий смысл:

·        уменьшается возможная фрагментация файлов;

·        уменьшается размер FAT   и, следовательно, объём системной области логического диска,

·        ускоряется доступ к файлу.

 

                                                                                                                                  В начало страницы  


6.7.2. Накопители информации на жестких магнитных дисках. Информатика: аппаратные средства персонального компьютера

6.7.2. Накопители информации на жестких магнитных дисках

6.7.2.1. Внутренние накопители информации на жестких магнитных дисках

Накопители информации на жестких магнитных дисках (НЖМД), также как и НГМД, относятся к внешним ЗУ и предназначены для долговременного хранения больших объемов информации. НЖМД относятся к ЗУ с прямым (произвольным) доступом к данным и подразделяются на внутренние, устанавливаемые в системный блок компьютера, и внешние (переносные) по отношению к системному блоку.

В настоящее время пять ведущих фирм в области производства НЖМД, таких как Seagate, Maxtor, Western Digital, Hitachi и Samsung, производят НЖМД разных объемов, от десятков и сотен гигабайт, в соответствии с рядом: 20, 30, 40, 60, 80… 200 Гбайт и т. д. Накопители информации на жестких магнитных дисках (HDD – Hard Disk Drive), которые также называют винчестерами, являются обязательным компонентом ПК. Название «винчестер» применительно к НЖМД было впервые использовано компанией IBM в 1973 г.

Запись и считывание информации в НЖМД реализуется также, как в НГМД, посредством электромагнитного способа, т. е. информация записывается на магнитное покрытие диска и считывается с него.

Конструктивно НЖМД выполнен в виде электронно-механического единого устройства, которое устанавливается в системный блок компьютера. В корпусе этого устройства установлены и объединены такие блоки и элементы, как носители информации (диски), двигатель дисковода, управляющий двигатель, электромагнитные головки записи и считывания информации, устройство позиционирования электромагнитных головок и электронный блок, обеспечивающий обработку данных и управление механическими устройствами НЖМД, а также микросхемы кэш-памяти. Упрощенная конструкция НЖМД представлена на рис. 6.8. Если в НГМД применяется один гибкий диск, то в НЖМД используется несколько дисковых пластин, расположенных одна над другой. Диски изготовлены из жесткого материала, в основном алюминия, который покрыт магнитным слоем. Диски заключены в герметически закрытый корпус, что практически изолирует их от внешней среды и предотвращает попадание пыли или других частиц, которые могут повредить магнитную поверхность дисков или электромагнитные головки. Для доступа к информации в НЖМД один двигатель дисковода вращает пакет дисков, а управляющий устанавливает головки в место считывания или записи информации. У каждого диска имеется своя пара электромагнитных головок, которые приводятся в движение и позиционируются при помощи управляющего (шагового) двигателя. При этом позиционирование одной головки вызывает аналогичное перемещение и всех остальных.

Рис. 6.8. Упрощенная конструкция НЖМД

Все современные НЖМД имеют в своем составе микросхемы кэш-памяти объемом от 2 до 8 Мбайт. Наличие кэш-памяти позволяет повысить производительность НЖМД за счет хранения в ней промежуточных данных, необходимых МП в процессе обработки информации. Обмен информацией между НЖМД и МП компьютера осуществляется через контроллер НЖМД. Контроллер НЖМД представляет собой микрокомпьютер специализированного назначения, который обеспечивает обмен информации между НЖМД и МП по определенным правилам и протоколам, называемых интерфейсом.

Для внутренних НЖМД в настоящее время широко используется интерфейс IDE (Integrated Disk Electronic) и быстродействующий интерфейс SCSI (Small Computer System Interface).

Перечислим основные характеристики НЖМД:

• объем памяти (информационная емкость) десятки и сотни гигабайт;

• время доступа, т. е. интервал времени между моментом, когда микропроцессор запрашивает данные с диска, и моментом их выдачи. Среднее время доступа для современных НЖМД 7–9 мс;

• средняя скорость считывания и записи информации – составляет 60 Мбайт/с;

• скорость вращения шпинделя дисков от 5400 до 7200 об./мин;

• объем кэш-памяти 2–8 Мбайт.

Таким образом, если сравнивать характеристики НГМД и НЖМД, то последние имеют преимущества перед первыми по трем основным характеристикам: объему памяти, скорости обмена информацией (скорости записи и считывания информации) и времени доступа.

Также как и для дискеты, для записи информации на жесткий магнитный диск и ее считывания, диск должен быть отформатирован, т. е. на жестком магнитном диске должна быть создана физическая и логическая структура. Первоначальное физическое форматирование жесткого диска осуществляет фирма – производитель НЖМД.

Формирование физической структуры жесткого магнитного диска, также как и гибкого, состоит в создании на диске концентрических магнитных дорожек (треков), которые в свою очередь делятся на сектора и кластеры (см. рис. 6.6). Для этого в процессе форматирования диска магнитные головки дисковода расставляют в определенных местах магнитного диска соответствующие метки.

Форматирование жесткого диска может быть реализовано и с помощью специальных компьютерных программ. В ОС Windows ХР имеется программа, позволяющая осуществить форматирование жесткого магнитного диска, форматирование производится так же, как для гибкого магнитного диска (см. рис. 6.5).

Логическая структура жесткого диска отличается от логической структуры гибкого диска, поскольку формируется с помощью файловых систем – FAT16, FAT32, NTFS. Для логической структуры жесткого диска характерно то, что минимально адресуемой областью памяти является кластер, который может содержать несколько секторов. Размер кластера определяется типом используемой файловой системы (см. табл. 6.3–6.5) и зависит от объема жесткого диска. Файлам при этом всегда выделяется целое число кластеров.

Для поиска файлов по их имени на жестком диске файловая система автоматически создает каталог и таблицу размещения файлов.

Как уже отмечалось в п. 6.5, в файловых системах FAT16, FAT32, NTFS предусмотрена возможность с помощью специальной системной программы проводить условное разбиение жестких дисков на несколько логических дисков. Полученные при разбиении жесткого диска логические диски не существуют как отдельные физические устройства, а представляют лишь часть одного физического диска. Такое разбиение позволяет более рационально использовать жесткий диск, так как при этом каждый логический диск имеет собственный каталог и таблицу размещения файлов. В результате этого на каждом логическом диске действует своя система адресации и потери из-за размеров кластеров становятся меньше. Кроме того, такое разбиение полезно, если на компьютере работают несколько пользователей и каждому принадлежит свой логический диск.

Логическим дискам присваиваются имена, в качестве которых используются буквы латинского алфавита [С: ], [D: ], [Е: ], [F: ] и т. д.

Процедуры записи информации на жесткий магнитный диск и считывания пользовательской информации аналогичны процедурам, используемым для записи информации на гибкий диск и считывания с гибкого диска.

Удаление ненужных файлов и папок с НЖМД производится так же, как и в НГМД. Однако после подтверждения удаления файлов или папок они не будут удалены в НЖМД (при условии, что не установлена опция уничтожения файлов сразу после удаления, не помещая их в корзину), а только перемещены в папку «Корзина», из которой затем их можно будет восстановить.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

1.3 Магнитные накопители — Магнитные накопители

1.3 Магнитные накопители

Классификация и основные характеристики накопителей. В  качестве  ВЗУ   используются устройства, различающиеся типом носителя,  способом  регистрации и характером использования информации, способом доступа и.т.

По типу носителя  различают  ВЗУ  с  подвижным и неподвижным носителем.  Если поиск, запись и считывание информации сопровождается механическим  перемещением  носителя,  то такие ВЗУ называют  накопителями  с  подвижным   носителем   (накопители  на магнитных дисках  НМД), оптических дисках (НОД), магнитных лентах (НМЛ).  Если   при   поиске,   записи,  считывании  механического перемещения  не  происходит,  то  ВЗУ — накопитель  с  неподвижным носителем (накопители на основе цилиндрических магнитных  доменов -ЦМД). Реже в ВЗУ используют объемную  запись – полупроводниковые ЗУ, приборы с зарядовой связью.

По способу регистрации   различают ВЗУ  с магнитной и оптической (магнитооптической) записью.

По характеру использования информации —  постоянные ВЗУ, которые допускают только чтение информации, ВЗУ  с  однократной  записью  (после   чего   только   чтение)   и многократной записью (произвольное число записей и чтения).

По способу доступа к информации — накопители с последовательным и прямым доступом.

ВЗУ принято характеризовать следующими параметрами:

− емкостью памяти;

− пропускной способность или скоростью  чтения-записи;

Рекомендуемые материалы

− временем доступа,  т.е. интервалом времени от момента запроса до  момента  выдачи  блока.

   Плотность  записи  ВЗУ b. Здесь понимают числа бит  информации, записанных  на  единице поверхности  носителя;  это  поверхностная плотность. Различают  также  продольную плотность bl, бит/мм, т.е. число  бит  на  единице  длины  носителя  вдоль  вектора  скорости перемещения, и поперечную плотность bq, бит/мм, т.е. число бит на единице  длины  носителя  в направлении, перпендикулярном  вектору скорости.

Плотность записи определяет  геометрические размеры накопителя, параметры его быстродействия, а также  объемами  памяти.

Принцип записи информации на магнитную поверхность. В качестве запоминающей среды в устройствах магнитной записи используются порошковые и гальванические покрытия, нанесенные на немагнитную среду — подложку. В качестве подложки для магнитных лент используется лавсан. Метод записи/считывания в НМЛ контактный, магнитная головка находится в механическом контакте с магнитоносителем.

Магнитные диски и барабаны покрываются металлическими покрытиями на основе никеля, кобальта, вольфрама, наносимыми гальваническим способом. Толщина покрытия колеблется от 0,01 до 1 мкм.

   Гибкие магнитные диски (дискеты) вырубаются из магнитной пленки. В накопителях на гибких магнитных дисках (НГМД) применяется также контактный метод, в отличие от накопителей на жестких магнитных дисках (НЖМД) и накопителей типа винчестер, где метод записи-считывания — бесконтактный.

Для намагничивания отдельных участков магнитного покрытия с целью записи используется магнитная головка или блок магнитных головок, состоящих из магнитного сердечника с зазором и намотанной на него катушки индуктивности.

Накопители на гибких магнитных дисках. Устройство (НГМД) (рисунок 1.19) включает ГМД, пять основных систем (приводной механизм, механизм позиционирования, механизм центрования и крепления, систему управления и контроля, систему записи-считывания) и три специальных датчика (датчик индексного отверстия, датчик запрета записи, датчик дорожки 00).

Полезная поверхность диска представляет собой набор дорожек, расположенных с определенным шагом. Нумерация дорожек начинается с внешней стороны (нулевой дорожки). Позиция дорожки 00 определяется в накопителе с помощью специального фотоэлектрического датчика. Сама дорожка разбивается на отдельные участки записи равной длины — секторы. Начало участков записи-считывания на дорожках определяется имеющимся на диске специальным круглым индексным отверстием. Когда индексное отверстие при вращении диска проходит под соответствующим окном кассеты, другой фотоэлектрический датчик вырабатывает короткий электрический импульс, по которому обнаруживается позиция начала дорожки.

 

В НГМД используют два основных метода записи: метод частотной модуляции (ЧМ) и метод модифицированной ЧМ.

Адаптеры накопителей на гибких магнитных дисках. Адаптер НГМД переводит команды, поступающие из ПЗУ BIOS, в электрические сигналы, управляющие НГМД, а также преобразует поток импульсов, считываемых с дискеты МГ, в информацию, воспринимаемую ПЭВМ. Конструктивно электронное оборудование адаптера может быть размещено на системной плате. Один из вариантов построения структурной схемы адаптера НГМД приведен на рисунке 1.20.


 

Основным функциональным блоком адаптера НГМД является контроллер НГМД, реализуемый конструктивно обычно в виде БИС (интегральные микросхемы 8272 Intel, 765 NEC и др.). Данный контроллер обеспечивает управление операциями НГМД и определяет условия обмена с центральным процессором.

Контроллер НГМД выполняет следующий набор команд: позиционирование, форматирование, считывание, запись, проверка состояния НГМД и др. Каждая команда выполняется в три фазы: подготовительной, исполнения и заключительной.

Zip накопители. Накопители Zip выпускаются в виде внутренних SCSI- и ATAPI-моделей и внешних устройств, подключаемых через параллельный порт либо интерфейсы SCSI и USB. Диски Zip имеют максимальную емкость 250 Мбайт (поддерживается всеми дисководами, кроме USB-модели). Максимальная скорость обмена у первых моделей  Zip достигала 1,4 Мбайт/с, в среднем время доступа было порядка 30 мс. Новые модели стали немного быстрее. По своим скоростным характеристикам они сопоставимы, скажем, с современными записывающими дисководами CD-RW, немного уступая им в скорости чтения и времени доступа к диску, но превосходя при этом в скорости записи.

Другим вариантом сменных накопителей, основанных на использовании мягких магнитных дисков, является так называемая флоптическая технология. Это решение подразумевает, что позиционирование головки чтения/записи осуществляется при помощи луча лазера на служебную дорожку (servo-track), а сами операции чтения и записи — стандартным магнитным способом.

У современных устройств скорость передачи данных составляет 1,1 Мбайт/с (ATAPI). У  SCSI-накопителей  этот показатель еще выше — до 4 Мбайт.

Стримеры. Они используются для архивирования или резервного копирования, потому что носителем информации в них служит магнитная лента (лавсан, полиэфирной или ацетатной пленки), покрытой ферролаком, нанесенным в магнитном поле с целью ориентации плоских доменов по оси легкого намагничивания.

В зависимости от типа накопителя и, соответственно, носителя, применяются ленты разной ширины и длины, начиная от 3,61 мм для миникассет до 35 мм для катушек (бобин). Чаще используется лента ширины 12,7 мм; при большей ширине возникают перекосы ленты и усложняется блок магнитных, головок. Размещение информации зависит от ширины ленты. На узких лентах информация записывается последовательным кодом, на широких — параллельным. Применяется также запись параллельно-последовательным кодом.

На рисунке 1.21 показано размещение информации на МЛ при последовательно-параллельной записи на 11 дорожках. Каждой дорожке соответствует своя магнитная головка: 8 информационных, головка синхроимпульсов, головка начала зоны. Наибольшее время тратится на поиск зоны — оно может достигать нескольких минут в зависимости от расположения искомой зоны на ленте. Лентопротяжные механизмы обеспечивают продвижение ленты со скоростями от 0,9 до 6,3 м/с. и скорость обмена информацией от 30 Кбайт/с до 1,5 Мбайт/с. Для обеспечения быстрого пуска и останова ленты в лентопротяжном механизме НМЛ имеются вакуумные колонки, которые являются буферными устройствами, содержащими определенный запас ленты в виде компенсационной петли.

а) размещение на ленте зон произвольной длины;

б) размещение информации в зоне

Рисунок 1.21 — Размещения информации при последовательно-параллельной форме размещения информации на магнитной ленте НМЛ

Контроллеры НМЛ выполняют функции управления режимами работы накопителя по командам, поступающим от ЭВМ. Контроллеры НМЛ стандартизованы и позволяют подключать до 8-ми накопителей разных типов в любом сочетании к каналу ЭВМ.

НМЛ подключаются к контроллеру с помощью стандартного интерфейса. Наиболее часто используются 8 шин управления, 4 шины признаков состояния и 8 шин ответа. Шины управления и шины признаков являются общими для всех НМЛ, подключенных к контроллеру.

Оптические и магнитооптические накопители. Оптические внешние ЗУ имеют высокую плотность записи информации, на несколько порядков большую плотности магнитных ВЗУ, так как для регистрации одного бита достаточно участка на носителе с размерами порядка длины волны излучаемого лазером света(порядка 0,5 мкм). Этот тип внешних ЗУ имеет высокое быстродействие и надежность.

Как запись на оптический носитель — оптический диск, так и воспроизведение с него, осуществляются лазерным лучем. Лазеры способны генерировать и усиливать электромагнитные колебания в диапазонах 0,4 мм …0,78 мкм (инфракрасная часть оптического спектра, это мазеры), 0,78 …0,38 мкм (волны видимого света) и 0,38…2 нм (ультрафиолетовая часть спектра).

Цифровой оптический диск состоит из рабочего (регистрирующего, информационного) слоя, на который наносится информационная сигналограмма в виде определенных чередований его состояний, и основы, на которой находится этот рабочий слой. На рисунке 1.22 показана конструкция двухстороннего компакт-диска фирмы Philips, в котором две прозрачные основы с рабочими слоями соединены вместе и образуют замкнутое пространство для рабочих слоев.

Рисунок 1.22 — Конструкция двустороннего оптического диска

Имеются отражающий зеркальный слой и воздушный промежуток. Подложка выполнена из пластика. В качестве материала рабочего слоя применяются теллур и его сплавы, сплав селена, индия, меди, алюминия, никеля и цинка.

Конструкция оптической головки, предназначенной для записи и считывания  дисков, приведена на рисунке 1.23. Наиболее распространены компакт-диски диаметром 119 мм (4,7 дюймов). На однократно записываемом диске такого диаметра располагается 550 либо 680 Мбайт. Производятся так же диски диаметром 80 мм емкостью 200 Мбайт

Рисунок 1.23 — Оптическая головка комбинированного типа для  дисков с перезаписью

Устройства записи работают в трех режимах. В односеансном режиме запись всего диска должна осуществляться за один проход без перерывов. Многосеансный режим позволяет записывать данные за несколько сеансов, в результате чего информация на диске представляется в виде отдельных томов, напоминающих логические разделы жесткого диска и инкрементный режим позволяет записать часть данных, остановиться, а затем продолжить запись.

Оптическое дисковое ВЗУ состоит из двух частей: накопителя на оптических дисках (НОД) и устройства управления (УУ), приведенных на рисунке 1.24.

Рисунок 1.24 — Обобщенная структурная схема оптического дискового ВЗУ

В накопителе осуществляются процессы записи, хранения, считывания, стирания и поиска информации.

Связь УУ и НОД осуществляется по шинам: команд, состояния, адреса и по линиям: данных записи, данных воспроизведения, синхронизации данных воспроизведения.

Канал записи — воспроизведения (КЗВ) представляет собой часть информационного канала ВЗУ на ОД. С его помощью реализуется запись и воспроизведение информации на ОД. Он состоит из оптической и электрической части. Оптическую часть канала называют оптической головкой (ОГ).

Электрическая часть КЗВ в процессе записи преобразует информационные сигналы, поступающие из контроллера, в форму, пригодную для записи на ОД, и управляет непосредственно реализацией процесса записи путем изменения интенсивности лазерного луча, падающего на точку записи ОД, в соответствии с информационными сигналами. При воспроизведении электрическая часть КЗВ обрабатывает электрические сигналы, поступающие из фотоприемника: формирует, детектирует, распознает и передает их в контроллер.

В быстродействующих МО-накопителях в режимах записи и чтения используется буферная кэш-память большого объема (от 4 Мбайт).

Система поиска информации в НОД включает в себя позиционер оптической  головки, привод ОД а также в случае многодисковых НОД систему хранения, выбора и смены ОД.

Позиционер ОГ служит для перемещения ОГ на заданную дорожку ОД и удержания светового луча на дорожке в процессе записи и воспроизведения.

На рисунке 1.25 показана структурная схема CD ROM.

Рисунок 1.25 — Структурная схема CD-ROM

Состав:

— сервосистема управления вращением диска;

— сервосистема позиционирования лазерного считывающего устройства;

— сервосистема автофокусировки;

— сервосистема радиального слежения;

— система считывания;

— схема управления лазерным диодом.

Сервосистема управления вращением диска обеспечивает постоянство линейной скорости движения дорожки считывания на диске относительно лазерного пятна. Характерными признаками исправной работы являются четко прослеживающиеся фазы:

– старт и разгон вращения диска;

– установившийся режим вращения;

– интервал торможения до полной остановки;

– съем диска лотком каретки и вынос его наружу из дисковода.

На рисунке 1.26 показана структура связей оптико-электронной системы считывания информации.

Рисунок 1.26 — Структура связей оптико-электронной системы

считывания информации

Сервосистема позиционирования головки считывания информации обеспечивает плавное подведение головки к заданной дорожке записи с ошибкой, не превышающей половины ширины дорожки в режимах поиска требуемого фрагмента информации и нормального воспроизведения. Сервосистема радиального слежения обеспечивает удержание луча лазера на дорожке и оптимальные условия считывания информации.

Обратите внимание на лекцию «5. Схема управления системой «водитель-автомобиль-дорога-среда»».

Контроль и управление вертикальным перемещением фокусирующей линзы осуществляется под воздействием сервофокуса. Эта система обеспечивает точную фокусировку лазерного луча в процессе работы на рабочей поверхности диска.

Система считывания информации содержит фотодетекторную матрицу и дифференциальные усилители сигналов. О нормальной работе этой системы можно судить по наличию высокочастотных сигналов на ее выходе при вращении диска.

Система управления лазерным диодом обеспечивает номинальный ток возбуждения диода в режимах пуска диска и считывания информации. Признаком нормальной работы системы является наличие ВЧ-сигнала амплитудой около 1 В на выходе системы считывания.

ВЗУ на ЦМД – содержащих материалах. Цилиндрические магнитные домены (ЦМД) представляют собой изолированные однородно намагниченные области магнетика в форме круговых цилиндров, направление вектора намагниченности в которых противоположно направлению намагниченности остальной части магнетика.

Для создания ЦМД на практике используются нанесенные на подложку тонкие плоскопараллельные пластины — пленки (толщиной от 1 до 100 мкм) магнитных материалов с наведенной в процессе изготовления анизотропией, обладающие малой остаточной индукцией порядка 0,01 — 0,02 тесла.

ВЗУ на основе голографии. Использование лазерной техники для ввода, хранения и выдачи информации в форме объемных изображений позволило создать голографические средства отображения (СО). Объем памяти голографических ЗУ практически неограничен: теоретически достижимая плотность записи с помощью двумерных голограмм — 410 8 бит/см2, а с помощью объемных голограмм — 41012 бит/см 3 .

Накопители на жёстких магнитных дисках. Основные характеристики

Определение 1

Накопитель на жёстких магнитных дисках – это запоминающее устройство большой ёмкости, принцип действия которого базируются на методах магнитной записи.

Устройство и принцип действия накопителя на жестких магнитных дисках

Накопителем на жёстких магнитных дисках (HDD — hàrd (magnetìc) dìsk drìve) является оборудование, служащее для сохранения информации, которое использует принципы магнитной записи. В основной массе компьютерного оборудования такие устройства являются главным модулем памяти.

Информационные данные пишутся в таких накопителях на твёрдые пластины, сделанные из алюминия или даже стекла, на которые нанесён слой ферромагнитного вещества (обычно двуокись хрома). В жёстких дисках применяется набор пластинок, расположенных на единой оси. Головки для считывания информации при работе не должны касаться поверхностного слоя пластины, что обеспечивается набегающим потоком воздуха, который формируется при вращении пластин с большой скоростью. Зазор между диском и считывающей головкой равен примерно нескольким нанометрам (в основном, примерно десять Нм), то есть механический контакт между ними отсутствует, что гарантирует долговременную бесперебойную работу оборудования. Когда пластины не вращаются, головки располагаются около шпинделя или вне пластин в недоступной зоне, что исключает их нерабочее контактирование с дисковой плоскостью. Кроме того, его отличительной особенностью является то, что информационный носитель объединён с накопителем, приводами и электронным модулем и (для ПК это всегда выполняется), как правило, расположен в составе системного блока.

Основные характеристики HDD

HDD, которые выпускаются серийно, предназначены для интерфейсного типа ATA и других.

Замечание 1

Под ёмкостью накопителя понимается объём информационных данных, которые он способен сохранить.

С начала выпуска первых НЖМД и по сей день технология хранения данных постоянно улучшается и, соответственно, всё время возрастает их максимальная ёмкость. Сегодня уже никого не удивляет размер HDD в три терабайта, хотя совсем недавно это казалось фантастикой. Следует заметить, что в отличие от используемых в информатике набора приставок, которые обозначаю величину кратную 1024, компании, производящие HDD, при указании объёма дисков применяют величины, кратные тысяче. То есть, если указана на жёстком диске ёмкость 300 Гб, то фактически она равна 186,2 Гб.

Физические размеры современных HDD – 3,5 или 2,5 дюйма в ширину, что соответствует размерам отведённых для них мест в ПК и ноутбуках.

Готовые работы на аналогичную тему

Под временем произвольного доступа понимается время, в течение которого жёсткий диск сможет однозначно исполнить процедуру чтения или записи данных на любую зону магнитного диска. Этот параметр располагается в пределах от 2,5 до 16мсек. Обычно, самое маленького время у серверных дисков, а максимальное у жёстких дисков компьютерного оборудования малых габаритов.

Скорость вращения шпинделя– это число оборотов шпинделя в минуту. Эта характеристика существенно влияет на время доступа и быстродействие информационного обмена. На сегодняшний день определены такие параметры:

  • От четырёх до семи тысяч для ноутбуков.
  • От пяти до десяти тысяч для ПК.
  • От десяти до пятнадцати тысяч для серверов и рабочих станций с высокой производительностью.

Повысить скорость вращения шпинделя в HDD ноутбуков мешает гироскопический эффект, который для неподвижных устройств практически незаметен.

Характеристикой надёжности жёсткого диска является усреднённое время наработки на отказ. Практически все сегодняшние жёсткие диски обладают технологией S.M.A.R.T. (sèlf-monìtoring, analysìs and reportìng tèchnology), то есть это технология, которая позволяет оценивать состояние жёсткого диска.

Число операций ввода и вывода в секунду для жёстких дисков – примерно пятьдесят операций в секунду при организации произвольного доступа к диску, и примерно сто операций в секунду при организации последовательного доступа.

Важной характеристикой для жёстких дисков, используемых в мобильных устройствах, является потребляемая мощность.

Уровнем шума является шум, производимый механическими элементами жёсткого диска при его эксплуатации. Измеряется этот параметр в децибелах. Работающими тихо являются жёсткие диски, которые имеют уровень шума не выше 26 дБ. Можно выделить шумы, издаваемые вращающимся шпинделем, и шумы, вызванные перемещением головок.

Способность HDD противостоять ударам является сопротивляемостью большим перепадам давления. Может измеряться в единицах допускаемой перегрузки при его работе и бездействии.

Буфером является промежуточный модуль памяти, который служит для согласования разных скоростных параметров чтения, записи и трансляции через интерфейсный блок. Этот параметр в жёстких дисках колеблется в диапазоне от восьми до шестидесяти четырёх Мб.

Конструкция HDD

В состав HDD входят блок электроники и, так называемая, гермозона. Блок-схема HDD приведена на рисунке ниже:

Рисунок 1. Конструкция HDD. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

В состав гермозоны входят:

  1. Корпус, выполненный из сплава повышенной прочности.
  2. Магнитные пластины (диски, покрытые магнитным составом).
  3. Устройство позиционирования вместе с блоком головок.
  4. Шпиндельный электропривод.

Блок электроники состоит из:

  1. Блока управления.
  2. ПЗУ, то есть постоянного запоминающего устройства.
  3. Буферной памяти.
  4. Интерфейсного блока.
  5. Блока, отвечающего за цифровую обработку сигнала.

Блок головок представляет собой рычажный набор из пружинящей стали, а именно по два рычага к каждому диску. Один конец рычагов крепится на оси около края диска, а на других концах, расположенных сверху дисков, располагаются считывающие головки.

Магнитные диски обычно изготавливают из различных сплавов на основе металлов, но поначалу компании, производящие жёсткие диски, пытались их делать пластиковыми и даже стеклянными. Но были не очень прочные и, как следствие, недолговечные. Пластины покрываются тончайшим магнитным налётом, состав которого является коммерческой тайной.

Накопители на магнитных дисках

Компьютеры Накопители на магнитных дисках

просмотров — 241

Тема 2.2 Организация ввода-вывода

Студент должен:

иметь представление:

— о типах носителœей, применяемых до изобретения магнитных дисков;

знать:

— способы организации ввода-вывода;

— задачи ОС по управлению файлами и устройствами;

Внешние устройства ЭВМ. Накопители на магнитных носителях. Файлы. Циклы обработки файлов. Накопители на магнитных дисках.

Различают магнитные диски жесткие (НЖМД, HDD, «винчестер») и гибкие (НГМД, FDD, «флоппи») HDD являются более скоростными устройствами, чем FDD.

Винчестер (HDD) — накопитель на несъемном пакете магнитных дисков был создан в 1973 г Все магнитные диски (объединœенные в пакет дисков) герметически «упакованы» в общий кожух. Магнитные диски не могут изыматься из HDD и заменяться на аналогичные.

Флоппи (FDD) (разработка фирмы IBM) — накопитель на съемном гибком магнитном диске (флоппи) Флоппи-диск имеет пластиковую основу и находится в пластиковом кожухе Флоппи-диск вставляется в FDD вместе с кожухом и вращается внутри кожуха со скоростью 300 об/мин.

CD, DVD -компакт-диски.

Жесткие диски, или, как их еще называют, винчестеры предназначены для постоянного хранения используемой при работе с компьютером информации. Это бывают программы и данные операционной системы, пакеты прикладных программ, документы и т.д. Из всœех устройств хранения информации, если не считать оперативную память, жесткие диски обеспечивают наиболее быстрый доступ к данным и высокие скорости чтения и записи.

Все жесткие диски, или дисковые накопители, несмотря на огромное их разнообразие, имеют в основе одно и то же устройство. Внутри корпуса жесткого диска на единой оси-шпинделœе — установлено несколько магнитных пластин, сделанных из металла или пластика. С обеих сторон пластины покрыты тонким слоем магнитного материала. Магнитные пластины закреплены на шпинделœе и вращаются на нем как единое целое. Шпиндель приводится во вращение специальным двигателœем, обеспечивающим требуемую частоту вращения, к примеру 5400 об/мин, 7200 об/мин или 10000 об/мин. Скорость вращения шпинделя влияет на время поиска и скорость передачи данных.

Над каждой стороной каждой магнитной пластины находится собственная головка чтения/записи. Все головки соединœены воедино и движутся совместно, радиально относительно пластин. Таким образом обеспечивается быстрый доступ к любой точке любой пластины.

Передача данных между жестким диском и компьютером, обработка команд компьютера, управление вращением магнитных пластин и движением головок чтения/записи осуществляется встроенной электроникой жесткого диска.

Для пользователя жесткие диски отличаются друг от друга следующими характеристиками:

• емкостью, то есть объемом информации, которая помещается на диск. Емкость диска измеряется в мегабайтах (Мбайт) и гигабайтах (Гбайт). Это -основная характеристика накопителя. Современные жесткие диски имеют емкость от 20-40 Гбайт до 200-300 и более гигабайт;

• быстродействием — временем доступа к данным и скоростью чтения/записи данных на диске;

• интерфейсом, ᴛ.ᴇ. типом контроллера, к которому подсоединяется жесткий диск. Чаще всœего используется интерфейс IDE, распространены также интерфейсы Serial ATA (SATА) и различные варианты SCSI.

Поверхность магнитного диска, покрытая ферромагнитным слоем, принято называть рабочей.

Каждый магнитный диск пакета͵ кроме верхнего и нижнего, имеет две рабочие поверхности.

Информация на дисках располагается на концентрических дорожках (Track), которые нумеруются, начиная с внешней, имеющей номер 0. Каждая дорожка разбивается на секторы(Sector), содержащие минимальные блоки информации, которые бывают записаны на диск или считаны с него. Секторы также пронумерованы. На каждом диске нанесен маркер, относительно которого осуществляется нумерация секторов. Ближайший к маркеру сектор имеет номер 1. Все секторы диска можно также пронумеровать последовательно, начиная с нуля. Такая нумерация принято называть абсолютной.

В начале каждого сектора располагается заголовок (Prefix portion), по которому определяется начало сектора и его номер. В конце сектора (Suffix portion) содержится контрольная сумма, служащая для проверки целостности данных. Между заголовком и концом находится область данных размером 512 байт (1 байт содержит 8 бит).

Совокупность всœех дорожек с одинаковым номером на всœех дисках, ᴛ.ᴇ. дорожек, к которым можно получить доступ без перемещения головок чтения/записи, составляет цилиндр(Cylinder). Номер цилиндра и номер дорожки — это одно и то же.

Из N цилиндров М являются резервными и N-M — основными. Дорожки резервных цилиндров пользователям недоступны. Системные средства обеспечивают замену дорожки основного цилиндра, ставшей дефектной, на дорожку запасного цилиндра.

Количество цилиндров может составлять несколько десятков тысяч. Чем плотнее запись на диске, тем больше цилиндров можно на нем сформировать, тем больше емкость диска.

Для каждой рабочей поверхности диска в накопителœе существует своя головка (Head), обеспечивающая запись и считывание информации. Головки собраны в блок и нумеруются начиная с 0. Современные дисковые накопители обычно имеют небольшое количество магнитных дисков — 1-2, чтобы облегчить блок головок и увеличить скорость доступа к секторам. Такой накопитель соответственно имеет 2-4 головки.

Структура секторов на жестком диске создается процедурой низкоуровневого или физического форматирования, при которой размечается каждый трек диска. Низкоуровневое форматирование выполняется производителями жестких дисков.

Набор параметров жесткого диска, включающий количество цилиндров (С), количество головок (Н) и количество секторов на дорожке (S), принято называть геометрией жесткого диска. Диск с геометрией C/H/S имеет объем C*H*S*512 байт.

Кластер — совокупность секторов, минимальный размер места на диске, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ может быть выделœено файловой системой для хранения одного файла. Определяется он, как правило, автоматически, при форматировании винчестера, по зависимости, указанной в таблице.


Читайте также


  • — Накопители на магнитных дисках

    Накопители на магнитных и оптических дисках Устройства, которые обеспечивают запись информации на носители, а также ее поиск, считывание и воспроизведение в оперативную память, называют накопителями или дисководами. Наиболее распространенными являются накопители… [читать подробенее]


  • — Накопители на магнитных дисках

    Тема 2.2 Организация ввода-вывода Студент должен: иметь представление: — о типах носителей, применяемых до изобретения магнитных дисков; знать: — способы организации ввода-вывода; — задачи ОС по управлению файлами и устройствами; Внешние устройства ЭВМ. Накопители… [читать подробенее]


  • — Накопители на магнитных дисках

    Внешние запоминающие устройства В отличие от оперативного запоминающего устройства, внешние запоминающие устройства (ВЗУ) обладают большим объёмом сохраняемой информации и являются энергонезависимыми. Наибольшее распространение в настоящее время получили… [читать подробенее]


  • — Накопители на магнитных дисках

    В настоящее время наиболее широкое распространение в качестве устройств хранения информации имеют внешние запоминающие устройства на магнитных носителях (дисках, лентах). Принцип действия их основан на использовании явлений электромагнитной индукции. В основе процесса… [читать подробенее]


  • — Накопители на магнитных дисках.

    Для накопителей такого типа имеется три основные координаты: дорожка (цилиндр) (радиальное измерение), сторона диска (вертикальное измерение), сектор внутри дорожки (измерение по окружности). С точки зрения операционной системы, диск рассматривается как одномерный массив…. [читать подробенее]


  • — Накопители на магнитных дисках.

    Для накопителей такого типа имеется три основные координаты: дорожка (цилиндр) (радиальное измерение), сторона диска (вертикальное измерение), сектор внутри дорожки (измерение по окружности). С точки зрения операционной системы, диск рассматривается как одномерный массив…. [читать подробенее]


  • Методы изготовления жестких дисков и материалы

    Изготовление и материалы для жестких дисков (приводов)

    Ниже приводится краткий обзор некоторых ключевых вопросов, связанных с изготовлением жестких дисков, с точки зрения материаловеда. А именно, чтобы преодолеть некоторые технические проблемы при изготовлении и улучшении жестких дисков, какие материалы лучше всего подходят и почему?

     

    Магнитный носитель информации


    Магнитные зерна (масштабная линейка 100 нм, между делениями 10 нм)

    Магнитные зерна (масштабная линейка 50 нм, 5 нм между делениями)

    Жесткие диски используют магнетизм для хранения информации в слое магнитного материала под поверхностью вращающегося диска.Если бы вы посмотрели с большим увеличением на поверхность пластины типичного жесткого диска, вы бы увидели изображения, подобные тем, что показаны справа. Эти изображения были получены с помощью сканирующего электронного микроскопа высокого разрешения (СЭМ). Как видите, материал неоднороден, а состоит из плотного набора очень мелких зерен, типичный диаметр которых составляет около 10 нм. Эти изображения были получены в Йельском университете с помощью СЭМ, организованного Йельским институтом нанонауки и квантовой инженерии (YINQUE).

    Информация хранится в магнитном слое за счет создания в этом материале небольших магнитных доменов.Магнитные домены — это области материала, имеющие одинаковое направление магнитного момента. Магнетизм в целом и формирование магнитных моментов в ферромагнитных материалах в основном основаны на спине электрона (то есть на том факте, что электроны действуют как крошечные стержневые магниты). Вы можете прочитать приведенные выше ссылки, чтобы лучше понять детали.

    Отношение зерен (показанных выше) к магнитным доменам не является однозначным. В пределах данного зерна намагниченность всегда имеет одно и то же направление (т.е. одно зерно не имеет нескольких доменов). Но для типичного жесткого диска сегодня многие частицы выравнивают свои магнитные моменты вместе в одном направлении, создавая магнитный домен, который может достигать сотен нанометров. В принципе, каждое зерно может действовать как независимый домен для очень плотного хранения информации; просто при существующей технологии магнитное поле от одного зерна настолько слабое, что оно ниже пределов обнаружения для существующих считывающих головок (см. ниже).

     


    Переменные магнитные домены, создаваемые ими магнитные поля и считывающая головка

    Информация на жестком диске хранится в схемах намагничивания магнитных доменов.На диаграмме справа домены обозначены областями, где стрелки магнитного момента указывают в одном направлении. (На диаграмме магнитные моменты направлены в плоскости пластины, но в новейшей аппаратной технологии вместо этого используются внеплоскостные моменты; однако принцип работы тот же.) Например, домен, направленный влево рядом с один указатель вправо будет представлять собой двоичный ноль, а противоположный образец вправо-влево будет представлять единицу.

    Понятно, что чем меньше могут быть домены, тем плотнее может храниться информация и выше емкость.Что может ограничивать плотность хранения, так это множество фактов, среди которых: (а) очень маленькие домены трудно создавать и считывать обратно, (б) очень маленькие домены могут иногда менять направление из-за тепла или шума в окружающей среде и (в) когда очень маленькие домены очень плотно упакованы рядом друг с другом, их магнитные поля влияют друг на друга, и один домен может перевернуть намагниченность соседнего домена с течением времени. Все эти проблемы создают ошибки при чтении и записи бинарных данных — информация повреждается или теряется.

    Фактические материалы, составляющие магнитные слои, обычно представляют собой металлические сплавы. Металлический сплав очень похож на жидкий раствор, в котором растворены различные материалы: например, когда вы растворяете соль в воде или смешиваете спирт и воду, соль или спирт равномерно растворяются в воде повсюду. В сплаве два металла (или металл и другой материал) одинаково равномерно смешиваются. Повседневными примерами сплавов являются сталь (железо и немного углерода), бронза (медь и олово), а также золото и серебро в ювелирных изделиях (каждый из которых содержит следы различных металлов для придания им прочности).Для жестких дисков магнитные сплавы обычно представляют собой CoPtCr (кобальт + платина + хром) с добавлением иногда следов бора или тантала для повышения стабильности магнитных доменов.

     


    Магнитные зерна

    Справа изображения магнитных доменов для жестких дисков, полученные с помощью трансмиссионного электронного микроскопа (ПЭМ) из исследования IBM. Масштабная линейка в верхнем левом углу составляет 10 нанометров (нм), поэтому эти домены имеют диаметр всего в несколько десятков нанометров! Если присмотреться, то иногда можно увидеть яркие полосы в определенных областях — эти полосы на самом деле показывают расположение атомных плоскостей, составляющих материал: когда вы находитесь в наномасштабе, атомы не намного меньше…

     

    Чтение данных назад

    Учитывая наличие на жестком диске небольших магнитных доменов, как эта информация считывается и извлекается? Какие материалы лучше всего подходят для этого? Как описано выше, информация хранится в изменяющемся образце намагниченности: а именно, когда пластина жесткого диска вращается под частью жесткого диска, которая считывает информацию (магнитная считывающая головка), магнитные домены меняют направление и кодирует информация.Когда магнитные домены меняют направление, это означает, что два северных или два южных полюса доменов обращены друг к другу: это создает поблизости сильные магнитные поля рассеяния. Таким образом, считывающая головка должна перемещаться очень близко к поверхности пластины (подробнее об этом см. десятки нанометров для жестких дисков уже сегодня!

    Следовательно, необходим материал, который очень чувствителен к магнитным полям и может преобразовывать существование полей рассеяния в некоторый электрический сигнал, который нужно измерить для восстановления двоичной информации.Основная идея заключается в использовании системы материалов, сопротивление которой зависит от направления магнитного поля. Закон Ома говорит нам, что V = IR, а именно, напряжение V на каком-либо проводящем материале пропорционально протекающему через него току, умноженному на его сопротивление R. В типичном устройстве, таком как жесткий диск, напряжение V фиксировано, как задано источником питания. — так что при фиксированном V ток I будет изменяться обратно пропорционально сопротивлению: если R велико, то I мало, и наоборот. Если изменение R существенно, то изменение I будет легко измерить.Таким образом, необходим магниторезистивный материал , который изменит свое сопротивление R в ответ на воздействующее на него магнитное поле: это изменит ток I через него (при фиксированном напряжении), и, таким образом, он будет действовать как преобразователь магнитного поля в электрический ток! Таким образом, информация выйдет в виде электрического сигнала, закодированного в токе I (высокий или низкий уровень, представляющий двоичную единицу или ноль).

    Теоретически все это хорошо, но существуют ли магниторезистивные материалы, которые могут заметно изменять свое сопротивление в зависимости от магнитного поля? Ответ положительный, и его открытие в 1988 году принесло Питеру Грюнбергу и Альберту Ферту Нобелевскую премию в 2007 году за открытие гигантского магниторезистивного эффекта (GMR).Открытие GMR было еще более примечательным, поскольку оно имело такое технологическое значение, что примерно через одно десятилетие оно уже использовалось в коммерческих продуктах, таких как жесткие диски, — быстрая скорость передачи технологий от науки к практике. Они обнаружили, что если создать многослойную сэндвич-структуру из двух магнитных материалов, разделенных другим материалом, ток, протекающий между двумя внешними (магнитными) слоями, сильно зависит от того, действуют ли магнитные поля извне на сэндвич.

    Схема считывающей головки GMR (исходное изображение из этой работы)

    Более подробно на схеме справа показана компоновка считывающей головки GMR. Есть два магнитных (ферромагнетик на изображении) слоя, разделенных проводящим слоем. Ток идет от одного ферромагнетика к другому по проводнику. Верхний ферромагнит имеет фиксированное магнитное направление (выбирая подходящий магнитный материал, такой как CoFe, который не меняет свою намагниченность легко, а также близость к антиферромагнитному слою над ним, помогает зафиксировать его магнитное направление на месте благодаря квантово-механическому обмену). эффект.) Нижний ферромагнетик может легко менять свое направление, как показано стрелками, и обычно изготавливается из NiFe (пермалой): NiFe может легко менять направление намагниченности, когда на него действует внешнее магнитное поле (от доменных переключателей в подложке). Это. Сопротивление этой установки изменяется примерно на 10% или более, когда магнитные направления выровнены или не выровнены, и это достаточно большое изменение для технических целей.

    Но почему меняется сопротивление? Удивительно, но это происходит благодаря квантово-механическим эффектам отдельных электронов! У электронов есть свойство, называемое спином (которое заставляет их вести себя так, как будто они вращаются вокруг оси, как волчок).В магнитных материалах оси вращения электронов выровнены в одном направлении — и именно это совместное выравнивание и создает магнетизм. Во время протекания тока, когда электроны проходят между двумя ферромагнетиками с выровненными направлениями, им легче (т.е. меньшее сопротивление) в отличие от случая противоположного выравнивания (т.е. более высокое сопротивление из-за несоответствия направлений спина). Таким образом, каждый раз, когда мы используем жесткий диск, мы используем квантово-механические эффекты для отдельных электронов!

     

    Высокая скорость, чтение на малой высоте

    Чтобы создать быстрый жесткий диск, способный быстро считывать данные, пластина должна вращаться с высокой скоростью — типичная скорость составляет 5400 или более оборотов в минуту.Это означает, что считывающая головка движется с относительной скоростью 100 км/час (около 62 миль/час) по отношению к поверхности диска… представьте, что вы читаете книгу так быстро!

    Если это не впечатляет, учтите, что считывающая головка должна располагаться очень близко к поверхности диска, чтобы иметь возможность считывать крошечные магнитные домены. Близко здесь означает около 10 нм. Для справки: лист бумаги имеет ширину 0,1 мм или 100 микрометров; человеческий волос обычно имеет ширину от 50 до 200 микрометров; речь идет о высоте как минимум в 1000 раз меньшей!

    Итак, у нас есть считывающая головка, движущаяся со скоростью 100 км/час всего лишь примерно в 10 морских милях над ней.Как вы можете себе представить, поверхность пластины должна быть очень плоской, чтобы избежать столкновений между поверхностью пластины и считывающей головкой, и для того, чтобы поверхность была очень плоской, чтобы силы трения и силы сопротивления были затрачены много инженерных усилий. находятся под контролем, что материалы не деформируются при нагреве или охлаждении и т. д. Однако для безопасности все поверхности жестких дисков покрыты защитным покрытием и смазкой. Внешнее покрытие обычно представляет собой углерод в алмазоподобной форме, что обеспечивает твердость и коррозионную стойкость; верхний слой имеет толщину всего несколько нм.Типичными смазочными материалами являются фторполиэфир (PFPE), обладающие высокой химической и термической стабильностью; слой смазки также имеет толщину не более 1 нм.

    Магнитные детали




    Магнитные носители информации

    Первым магнитным запоминающим устройством был телеграфон, изобретенный в 1898 году датским ученым Вальдемаром Поулсеном.

    Цифровая революция до сих пор была магнитной. Подавляющее большинство мировых данных в настоящее время создается, транспортируется и хранится в электромагнитных системах.

    Жесткие диски (весь мир)

    Ни один носитель информации никогда не имел такого взрывного роста, как жесткий диск.

    Источник: IDC (1999) «Прогноз и обзор рынка дисковых накопителей Winchester за 1999 год»

    Невероятный рост поставок жестких дисков сопровождался неуклонным снижением стоимости гигабайта емкости хранения:

    Источник: Wall Street Journal, 26 июня 2000 г.

    Подробная информация о поставках жестких дисков.

    Темпы роста

    Прогнозы роста объемов продаж жестких дисков в течение следующих нескольких лет предполагают увеличение отгружаемых единиц на 15–20 % в год, но фактическую отгружаемую емкость будет расти гораздо быстрее — 70 — 80% годовых.

    По данным Disk/Trend, 75% проданных дисков предназначены для настольных компьютеров, за ними следуют 13% для серверов и 12% мобильных дисков для портативных компьютеров. Таким образом, несмотря на то, что каждая дисковая система хранения корпоративного уровня может иметь огромную емкость, огромное количество дисков, развернутых на отдельных рабочих станциях, на самом деле объясняет огромный масштаб современных возможностей цифрового хранения в мире.

    Срок службы жесткого диска составляет примерно 3 года. Емкость хранилища жестких дисков, отгруженных в 1998, 1999 и 2000 годах, составляет 4672 петабайта, или примерно 5 эксабайт. В Чтобы оценить масштаб этой статистики, учтите, что Рой Уильямс Калифорнийского технологического института сообщает, что 5 эксабайт эквивалентны количеству слов когда-либо произносимые всеми людьми.

    Жесткий диск, обычно поставляемый с настольным персональным компьютером в 2000 году, имеет емкость 10 гигабайт.

    Ожидается, что дисковые накопители будут использоваться в приложениях, отличных от персональных компьютеров, таких как телевизионные приставки. Эти все более популярные устройства позволяют пользователям сохранять телепередачи на дисках, а не на пленке, а также останавливать и перематывать во время трансляции во время записи. В целом, по прогнозам IDEMA, к 2003 г. такие устройства будут составлять 8-10% рынка дисковых накопителей. Точно так же, начиная с 2000 г., музыкальные автоматы и компьютерные игровые приставки также будут включать жесткие диски. Уже более высокие разрешения цифровых камер создают такие большие размеры файлов, что маленькие жесткие диски также будут встроены в камеры.

    Флоппи-диски (мир)

    Количество дисководов, продаваемых каждый год, оставалось относительно постоянным на уровне около 100 миллионов штук в течение последних нескольких лет. Ожидается небольшое изменение. (Источник: Computer Tech Review, 1 апреля 1999 г.). Количество продаваемых гибких дисков быстро сокращается, поскольку их емкость для хранения слишком мала, чтобы их можно было использовать в свете того, что в настоящее время распространены гораздо большие размеры файлов.


    Год

    3.5-дюймовые диски (млрд.)

    Общая емкость (терабайты)

    5,25-дюймовые диски (миллионы)
    1996 1,823 2625 32
    1997 1,179 1698 11,7

    Источник: Международная ассоциация звукозаписывающих компаний

    Однако Японская ассоциация звукозаписывающих компаний заявляет о несколько более высоких показателях производства гибких дисков, хотя и подтверждает, что тенденция все еще резко снижается.Эта организация, например, ожидала, что в 1998 г. будет продано 2,21 миллиарда дискет. Представляется, что оценки в 2 миллиарда в 1998 г., 1,5 миллиарда в 1999 г. и 1 миллиард в 2000 г. были бы разумным компромиссом относительно этих цифр. Это будет означать, что общий запас гибких дисков составит 4,5 миллиарда, если предположить, что запас составляет 3 года производства.

    Одним из крупнейших в мире производителей 3,5-дюймовых гибких дисков является CMC Magnetics. Они утверждают, что в 1998 году они произвели более 700 миллионов дисков.Кроме того, предполагается, что в 2000 г. они производили 56% мировых гибких дисков, что предполагает рынок где-то к северу от 1 миллиарда дисков.

    Дискеты в основном используются для резервного копирования и в настоящее время мало используются для создания оригинального контента.

    Съемные магнитные диски (весь мир)

    Съемные накопители в основном используются для резервного копирования, передачи файлов, например, для настольной публикации файлов в бюро обслуживания или редактирования видео или изображений. Общая тенденция к младшим дискам (емкостью от 100 до 250 мегабайт, т.грамм. Iomega Zip Drives) растут с большой вероятностью того, что, если проблема несовместимости производителя когда-либо будет решена, этот формат сможет заменить дискету на 1,44 МБ. Однако съемные накопители большой емкости с емкостью в гигабайт или больше заменяются записываемыми компакт-дисками, которые, в свою очередь, могут быть заменены записываемыми DVD.


    Год

    Младшие дисковые накопители

    Высокопроизводительные дисковые накопители
    1996 3723 992
    1997 7724 1334
    1998 12035 1164
    1999 17039 701
    2000 21775 623
    2001 26087 578
    2002 30182 554
    2003 34287 541
    Источник: IDC (1999 г.), «Прогноз и обзор рынка оптических/съемных накопителей на 1999 г.»

    Диски большой емкости (Iomega Jaz) поставляются с бесплатным картриджем, и предполагается, что с каждым диском продаются еще три картриджа.Источник: San Francisco Chronicle, 23 января 1998 г. «Означают ли плохие новости для Iomega ужасные новости для HMT?»

    Таким образом, количество оригинального контента, созданного непосредственно на этом носителе, вероятно, довольно мало. Кроме того, диски регулярно используются повторно и обычно не рассматриваются в качестве архивных решений.

    Магнитная лента

    Лента была основным носителем данных для первого поколения электронных компьютеров в 1950-х годах. Полудюймовая лента с катушки на катушку использовалась для хранения данных на мэйнфреймах с первых дней вычислительной техники до 1970-х годов.С тех пор было разработано множество форматов лент. По всему миру установлено 25,2 миллиона ленточных накопителей. Майкл Леск подсчитал, что в 1995 году производители магнитных лент поставят 200 петабайт чистой ленты. (Леск, М., «Сохранение цифровых объектов: повторяющиеся потребности и проблемы»).

    Согласно текущим оценкам, каждый год будет продаваться ленточных носителей примерно на 1 миллиард долларов. Источник, Infostore, 1 июля 1999 г. (Запись: СМИ — это сообщение).

    В отчете, поданном в Комиссию по ценным бумагам и биржам США в июле 1999 г., компания Storage Tek, крупный производитель ленточных накопителей, указала, что стоимость хранения данных на компьютерных ленточных носителях составляет менее $.005/мегабайт (5 долларов США/ГБ). Следовательно, если верны прогнозы о том, что каждый год продается компьютерных ленточных носителей примерно на 1 миллиард долларов, это означает, что во всем мире годовая емкость ленточных накопителей составляет 200 петабайт. В этих цифрах может быть некоторое несоответствие, потому что 1 миллиард долларов может отражать доход производителя от продукта, а не розничную стоимость продукта для конечных пользователей, которая, по-видимому, будет намного выше. На самом деле, данные Министерства торговли США за середину 1990-х годов показывают, что доход производителей компьютерных лент составлял от 600 до 700 миллионов долларов.Значительное количество ленточных носителей производится в других странах, поэтому вполне вероятно, что доход производителя составляет 1 миллиард долларов.

    Если предположить, что розничная цена ленточных носителей в два раза превышает цену производителя, то розничные продажи лент на сумму 2 миллиарда долларов составят около 400 петабайт емкости. Наценка в розничной торговле по сравнению с ценами производителя, вероятно, ограничена из-за конкуренции и обычной практики, когда пользователи покупают ленты большими партиями. Далее, некоторая модерация обусловлена ​​более низкой ценой формата DAT.

    Младшие форматы

    Четвертьдюймовый ленточный накопитель Imation DC2000 или Travan представляет собой бюджетный продукт, используемый в основном для резервного копирования настольных ПК. Их общая емкость находится в диапазоне от 500 мегабайт до 4 гигабайт. В августе 2000 года миникартридж Sony Travan Formatted MiniCartridge, способный хранить 4 ГБ несжатых данных, был выставлен на продажу в Интернете по цене 29,49 долларов за штуку. Сопоставимый ленточный картридж на 4 Гб производства Maxell можно было приобрести за 30,79 долларов.

    Tandberg SLR (скалярная линейная запись) также является форматом резервного копирования для настольных компьютеров и рабочих станций и обычно хранит от 350 мегабайт до 4 гигабайт.

    Ленточные накопители 4 мм составляют самый большой сегмент рынка и используют формат цифровых аудиолент (DAT). Они обычно развертываются в качестве резервных копий для серверов ПК. Эти диски обычно обеспечивают резервное копирование в диапазоне от 5 до 40 гигабайт (без сжатия). Этот формат имеет установленную базу из 7,6 миллионов пользователей.

    Форматы среднего уровня

    Стримеры 8 мм обеспечивают хранение в диапазоне от 14 до 50 гигабайт. Поставщики включают Exabyte (Mammoth), Sony (AIT), IBM (Magstar 3570).

    DLT: (Цифровая линейная лента) производства Quantum Corporation.резервное копирование компьютеров среднего уровня с исходной емкостью от 15 до 40 гигабайт. Развернуто более 1,4 миллиона ленточных накопителей DL и продано около 40 миллионов ленточных картриджей этого формата. По оценкам Quantum, к концу 2000 года клиентам будет поставлено 1,9 миллиона дисков DLT.

    LTO Ультриум. Новый формат от консорциума IBM, Seagate и Hewlett Packard. Спецификация формата Ultrium указана для 100 гигабайт собственного хранилища.

    Форматы корпоративного уровня

    1/2-дюймовый картридж: доминирующий формат на рынке систем хранения корпоративного уровня для мейнфреймов.

    Автоматизированные ленточные библиотеки, которые обеспечивают полностью автоматизированное автоматическое управление хранением, включая произвольный доступ к лентам, сложную робототехнику, автоматическое резервное копирование и снижение трудозатрат, как ожидается, вырастут с менее чем 18 000 единиц, отгруженных в 1996 году, до почти 120 000 единиц к 2002. (Источник: Freeman Reports)

    В отрасли существует эмпирическое правило, согласно которому следует поддерживать соотношение емкости диска к емкости ленты три к одному.


    Формат

    3490Е

    3480

    Катушка к катушке
    1996 9.3 миллиона 11,7 млн ​​ 2,1 миллиона
    1997 10,7 млн ​​ 9,5 млн 1,9 миллиона
    Источник: International Recording Media Association

    . В августе 2000 г. розничная цена 3590 ленточных картриджей с исходной емкостью 10 ГБ составляла 53,21 доллара США. Картриджи Fuji Film DLT Tape также были доступны в розницу по цене 51,10 доллара США за 10 ГБ исходной емкости.Ленты Sony DLT продавались по цене 49,72 доллара за 10 ГБ. несжатый. (http://www.cleansweepsupply.com/pages/skugroup2599.html)

    От недорогих форматов, таких как Travan, через самый популярный формат DLT до высокопроизводительного формата 3590, розничная цена составляет примерно 5 долларов США за гигабайт нативного объем памяти на ленте кажется разумной оценкой. (Ленты DAT являются единственным исключением и намного дешевле.) Конечно, если более крупные закупки приводят к существенным скидкам, то предположения о доходах будут соразмерно смещены в сторону оценки оптовой продажи в 1 миллиард долларов; Таким образом, это не очень влияет на расчет цены за гигабайт емкости хранилища.

    Согласно Computer Technology Review (март 1998 г.) общий объем хранилища на типичном сайте Fortune 1000, по прогнозам, увеличится с 10 ТБ в 1997 г. до 1 ПБ к 2000 г. В следующие пять лет типичная большая система баз данных для США Ожидается, что государственные учреждения будут принимать 5 ТБ в день и архивировать от 15 до 100 ПБ.

    В 1995 году компания Freeman Associates предсказала, что общее количество ленточных библиотек увеличится с 6 454 в 1994 году до примерно 90 000 к 2000 году. приложений от крупномасштабных научных приложений до бизнес-приложений, в значительной степени ориентированных на транзакции.Установленная база компьютеров класса OS390 для мейнфреймов IBM оценивается IDC примерно в 16 500 в 2000 году. диск или дисковый массив. Типичная стратегия хранения резервных копий состоит в том, чтобы единожды сохранить всю файловую систему, а затем выполнять добавочные обновления любых сделанных изменений, уменьшая объем хранилища, необходимый для хранения текущей копии всей файловой системы под рукой.

    В крупных ленточных библиотеках могут быть тысячи или даже десятки тысяч магнитных лент, обеспечивающих первичное хранение данных приложений. Масштабы требований к хранению быстро растут по мере того, как строятся новые объекты, такие как Большой адронный коллайдер, и начинаются эксперименты. Крупномасштабные базы данных также становятся все более распространенными, поскольку корпорации прилагают все больше усилий для всестороннего отслеживания транзакций потребителей.

    Количество домохозяйств, осуществляющих банковские операции, может достичь 32 млн. к 2003 году.Стоимость транзакции интернет-банкинга оценивается в 1 цент, по сравнению с 1,14 доллара США за транзакцию у кассира, 55 центов по телефону, 29 центов. через банкомат и 2 цента через собственную компьютерную систему. (Источник: «Банковский в Интернете»)

    Важность крупномасштабных баз данных в обычных коммерческих сферах подтверждается опытом Wal-Mart, лидера в области так называемой технологии «интеллектуального анализа данных» и владельца одного из крупнейших частных наборов данных. .Министерство торговли США в своем отчете «Цифровая экономика 2000» за июль 2000 г. отмечает, что «за трехлетний период Wal-Mart добился 47-процентного увеличения продаж при всего лишь 7-процентном увеличении запасов за счет использования системы реляционных баз данных. работает на массово параллельных компьютерах. Система позволяет поставщикам получать доступ к информации о продажах и транзакциях клиентов практически в реальном времени и обрабатывает 120 000 запросов каждую неделю от 7 000 поставщиков».

    Создание цифровых данных

    Компьютеры по большей части не вносят большого вклада в производство новых и оригинальных данных, но большим исключением являются научные исследования, где обычны огромные наборы данных и где новые открытия зависят от вычислений и хранения.

    Физика высоких энергий

    Большой адронный коллайдер строится в ЦЕРН в Швейцарии. Ожидается, что примерно в 2005 году на нем будут проводиться производственные эксперименты. 1500 мегабайт в секунду. В настоящее время эксперименты по физике высоких энергий генерируют данные со скоростью 35 мегабайт в секунду и многие сотни терабайт за эксперимент. Понятно, что это все исходные данные.

    Источник: Шиерс, Джейми, «Массовое управление данными с использованием решений, основанных на стандартах», 16-й симпозиум IEEE по системам хранения данных.

    Эксперимент BaBar в SLAC будет генерировать около 200 ТБ данных в год со скоростью 10 МБ/с в течение 10 лет.

    Лос-Аламосская национальная лаборатория оценила общую емкость хранения в своей открытой системе хранения в 243 терабайта и в ее защищенной системе в 2,31 петабайта по состоянию на 1998 год. Также ожидается, что емкость хранилища вырастет до 5 петабайт в 2001 году.

    GeoScience

    Большинство данных, хранящихся и управляемых Национальным управлением океанических и атмосферных исследований, хранятся в трех национальных центрах данных: Национальном центре климатических данных в Эшвилле, Северная Каролина; Национальный центр океанографических данных в Силвер-Спринг, штат Мэриленд; и Национальный центр геофизических данных в Боулдере, штат Колорадо.Климатические данные, безусловно, являются самой большой из трех коллекций и содержат около 640 терабайт на 350 000 магнитных лентах. Общий объем геофизических и океанографических данных составляет 12 терабайт на 14 500 лентах.

    Центр вычислительных наук НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, располагает 27 692 лентами с данными по состоянию на август 2000 года. Этот центр использует ленты 3590 и 9840, каждая из которых содержит 20 ГБ несжатых данных. Этот центр также автоматически создает дубликаты лент для всех новых генерируемых данных. По состоянию на август 2000 года это хранилище вмещает 92 единицы.5 терабайт уникальных данных и более 162 терабайт с учетом повторяющихся данных. Новые данные поступают со скоростью примерно 200-300 гигабайт в месяц.

    Токийский университет хранит спутниковые изображения в экологической цифровой библиотеке объемом около 6 терабайт, примерно 60 000 изображений, средний размер которых составляет 100 мегабайт.

    Суперкомпьютерный центр Сан-Диего хранил по состоянию на август 1998 года примерно 65 терабайт. SDSC на тот момент хранил данные примерно 11 000 лент.По состоянию на середину 2000 года SDSC хранит 1,5e+15 байт.

    Национальный центр атмосферных исследований (NCAR) в 1996 году имел около 68 ТБ и рос со скоростью 1,5 ТБ в месяц.

    Аналоговая лента для хранения данных

    Первое использование магнитных носителей для хранения данных произошло около пятидесяти лет назад с появлением магнитной ленты. Ряд форматов развивался на протяжении десятилетий, но сегодня наиболее распространенными являются кассеты, используемые для массового распространения предварительно записанной музыки на рынке.Другим важным применением магнитной ленты для хранения аналоговых сигналов являются видеозаписи.

    Аналоговая аудиокассета

    Распространение предварительно записанной музыки — одно из наиболее распространенных применений магнитной ленты. Однако продажи музыки в этом формате сейчас намного меньше, чем они были в прошлом, и, как правило, ожидается, что они будут продолжать снижаться по мере того, как цифровые медиа становятся более распространенными и удобными.

    Источник: Американская ассоциация звукозаписывающих компаний,

    . Несмотря на резкое снижение общих продаж кассет из-за наличия музыки в альтернативных форматах, рынок книг на кассетах переживает бум.По данным Ассоциации аудиоиздателей, этот рынок вырос на 100% с 1990 года. Причины этого в том, что кассеты могут воспроизводиться на 40 минут дольше, чем компакт-диски, у них есть встроенная «закладка», и их часто слушают. в автомобиле, и 75% автомобилей производятся только с кассетным радиоприемником AM / FM.

    IFPI сообщает, что во всем мире продажи предварительно записанной музыки на кассетах снизились на 11% в 1998 году до 1,2 миллиарда из-за падения продаж в Азии.

    Пустая аудиокассета

    The U.S. поставки чистых аудиокассет резко сократились в 1990-е годы.


    Отгрузки пустых аудиокассет производителями в США

    Год

    Доллары (тысячи опущены)

    Единица измерения (тысячи опущены)
    1984
    1985
    1986
    1987
    1988
    1989
    1990
    1991
    1992
    1993
    1994
    1995
    1996
    1997
    $ 268287 $
    286865
    $ 336179 $
    363336
    $ 369550 $
    397734
    $ 387895 $
    367716
    $ 369769 $
    353022
    $ 338428 $
    301316
    $ 247442
    $ 215576
    243061 243 061
    295,313
    368 488
    387 518
    396 587
    429 9003
    437 840
    436 659
    436 739
    437 783
    438 949
    415 028
    330 353
    296,151
    Источник: Международная ассоциация звукозаписывающих компаний

    Ожидается, что мировые поставки чистых аудиокассет сократятся в 2000 году до 921 миллиона единиц с 971 миллиона в 1999 году, а к 2003 году ожидается рынок на уровне 771 миллиона кассет.Источник: Consumer MultiMedia Report, 27 декабря 1999 г. 1998 — 1,719 млрд
    1999 г. — 1,748 млрд
    2000 г. — 1,664 млрд
    2001 г. – 1,561 млрд.

    Источник: Международная ассоциация звукозаписывающих компаний

    Основная область применения пустой видеокассеты – потребители для записи телевизионных программ.Ожидается, что продажи этой ленты сильно упадут, если телешоу с оплатой за просмотр будут защищены от копирования. Подсчитано, что очень большая часть пользователей видеомагнитофонов делает это для временного сдвига программ просмотра.

    Пустые видеокассеты (эквивалентные единицы формата VHS T-120) (мир)

    1997 г. — 1 485 миллионов
    1998 г. — 1 446 млн
    1999 — 1 463 млн
    2000 — 1400 миллионов
    2001 г. – 1,275 млн.

    Источник: Международная ассоциация звукозаписывающих компаний

    Другой взгляд на рынок пустых видеоматериалов был получен от британской исследовательской фирмы Understanding & Solutions.Их прогноз был для 1,147 миллиарда пустых видеокассет в 1999 году по сравнению с 1,146 в 1998 году. те, что продаются пустыми или просто предварительно записанными. Кроме того, не уточняется, относится ли эта оценка исключительно к Соединенным Штатам или включает весь мир. (Информационный бюллетень, IRMA, февраль 1997 г.) Мы приняли эту оценку во внимание, но не использовали ее напрямую, потому что кажется, что поток новых видеокассет во всем мире каждый год будет давать значительно более высокую цифру, даже если предположить, что многие видеокассеты можно рассматривать как одноразовые. через несколько лет.Вместо этого мы оценили мировой запас видеокассет всех форматов примерно в 10 миллиардов.

    Преобразование

    Проблемы преобразования звука

    При преобразовании огромного количества аудиоинформации, доступной на кассетной ленте, в ее цифровой эквивалент, мы решили использовать формат компакт-диска, линейный звук PCM с разрядностью 16 бит и разрядностью 44,1. частота дискретизации кГц. Хотя профессиональные студии звукозаписи используют частоту дискретизации 96 кГц, подавляющее большинство аудиоматериалов, записанных на магнитную ленту, представляет собой музыку для потребительского использования, а формат компакт-диска является предпочтительным цифровым форматом для этого приложения.Объем данных, генерируемых этим форматом, легко подсчитывается. Каждую секунду для двух дорожек делается 44 100 16-битных выборок. Таким образом, генерируется 1,4 миллиона бит в секунду и 5,08 гигабита в час. Преобразование в байты дает 605 мБ в час. (1 мБ = 1 048 576 байт). Эти данные не сжаты и дают разумное представление музыки для большинства людей.

    Проблемы преобразования видео

    Делая предположения о размере хранилищ аналоговых видеокассет, мы решили выполнить преобразование, предполагая использование стандарта сжатия видео MPEG-2.В случае с видеокассетами использование этого коэффициента преобразования считается уместным, поскольку он был разработан как общий формат для цифрового мультимедиа и включает схему кодирования как для видео, так и для аудио.

    В случае с видео огромное количество генерируемых данных требует, чтобы для любых практических целей использовалась какая-то схема сжатия. MPEG-2 теперь является международным стандартом для хранения видео. Сжатие достигается двумя способами: пространственным сжатием и временным сжатием. Пространственное сжатие достигается за счет уменьшения количества битов, используемых для представления одного кадра.Временное сжатие, обеспечивающее большую часть экономии, пытается закодировать только те биты, которые представляют части кадра, которые изменились по сравнению с предыдущим кадром.

    Фактическая степень сжатия, которая может быть достигнута с помощью MPEG-2, сильно различается. Мы предположили, что 2 гигабайта достаточно для представления 1 часа высококачественных аудио- и видеоданных высокой четкости.

    Ссылки и ресурсы

    Гибсон, Г. Д. (1994): Обзор аудио, фильмов и видео.Отчет о международном обзоре 500 аудио-, кино- и видеоархивов. Библиотека Конгресса, Вашингтон, округ Колумбия.

    Экспертная группа по движущимся изображениям



    © 2000 Regents of the University of California

    Что такое твердотельный диск (SSD)? Почему SSD намного быстрее?

    Скорость хранения
    Здравый смысл говорит, что компьютер системы и сети становятся все быстрее и быстрее благодаря порядков с течением времени. С точки зрения процессора тактовой частоты, это в значительной степени верно.Запоминающие устройства, однако находятся в относительном застое. Скорость хранения — измеряется поиском время, операции в секунду, общая пропускная способность и другие рубрики — увеличилась черепашьими темпами по сравнению с другими аспекты вычислительной техники.

    Скорости хранения отстают от процессоров потому что большая часть хранилища ограничена физическими соображения. Магнитный вращающийся диск должен быть записан на или читать с помощью физической руки, перемещающейся по диску. Проходят драгоценные миллисекунды, когда одна часть начинает раскручиваться, затем другой перемещается в соответствующую область.Согласно с StorageReview.com, доступ к самым быстрым жестким дискам раз, равный 5 миллисекундам (пиковая производительность). Умножить это миллиарды операций, требуемых пользователями ежедневно, и получается значительное отставание.


    Жесткий диск — движущиеся части и низкая скорость хранения

    Введите твердотельные диски. Твердотельные диски решить проблему физических ограничений, заменив жесткие дисководы с высокоскоростной схемой.Вместо вращающегося диск, твердотельный диск использует микросхемы памяти (обычно DDR RAM или Flash Memory) для чтения и записи данных. Твердое состояние диски позволяют хранилищу догнать остальную часть вычислительный мир. Твердотельные диски RAM Texas Memory Systems иметь время доступа 15 микросекунд (в 250 раз быстрее, чем жестких дисков), а наши флеш-системы имеют 80-200 микросекундное время доступа. Результат – полное использование существующие процессоры. Вместо того, чтобы позволить дорогие серверы постоянно сидеть и ждать жестких дисков ваших серверов заняты увеличением производительности и количества операций в секунду.Когда серверы выполняют больше транзакций каждый день, практический результат напрямую улучшается.

    Непосредственная озабоченность по поводу оперативной памяти твердотельные диски относятся к сохранению и изменчивости данных. В отличие от дисководов на магнитных дисках, для дисков на основе оперативной памяти требуется питание. для сохранения своих данных. Решение этого удивительно просто: твердотельные диски включают в себя резервные батареи и резервное копирование флэш-накопителей или жестких дисков, чтобы любые данные, записываемые на оперативная память DDR может быть зеркалирована или резервирована на эти диски.Наши твердотельные флэш-диски используют флэш-память в качестве основные носители информации. Флэш-память по своей сути нелетучий. Кроме того, флэш-системы используют память DDR. как кеш, который резервируется конденсатором или батареей и сбрасывает все незаписанные данные во флэш-память в случае внешнее питание не работает.

    Линейка твердых материалов RamSan® компании Texas Memory Systems Государственные диски предназначены для идеального удовлетворения этой потребности. Диски RamSan, получившие название «Самое быстрое хранилище в мире», не только превосходят самые быстрые обычные диски в сотни раз больше, но во много раз быстрее ближайшего конкурента.Каждая модель RamSan превосходит твердые материалы других марок. государственные диски, оставаясь при этом простыми по конструкции, полностью интегрируется с существующими сетями хранения данных, доступен по цене и масштабируемый.

    См. полная линейка продукции Texas Memory Systems RamSan.

    Глава 6: Приводы на магнитных дисках



    Обзор жестких дисков (Hard Disk Drives, HDD)

    Жесткие диски названы так потому, что они содержат жесткие магнитные диски внутри корпуса.Они предназначены для хранения больших объемов информации, и им не требуется постоянное питание для хранения этих данных. Подавляющее большинство используемых сегодня ПК имеют как минимум один жесткий диск, и почти во всех из них жесткий диск используется для хранения ОС, программ и данных. Когда компьютер загружается, в зависимости от настроек BIOS компьютер ищет загрузочные файлы на разных дисках, чаще всего сначала на гибком диске, затем на жестком диске, а затем на компакт-диске. Для регулярного использования на любом современном ПК только жесткий диск достаточно большой для хранения необходимых файлов.На самом деле компьютеры, в которых не используются жесткие диски, выходят за рамки этой книги. На рис. 6.1 показан типичный жесткий диск ПК. Обратите внимание, что жесткие диски ноутбуков физически намного меньше.


    Рисунок 6.1: Стандартный жесткий диск EIDE для ПК.

    Основные характеристики жесткого диска

    Внешне жесткие диски имеют разъем питания, разъем данных и перемычки. Мы обсудим перемычки позже в этой главе. Разъем питания подключается к одному из разъемов накопителя от блока питания, а разъем данных подключается к соответствующему разъему накопителя на материнской плате.Внутри жесткие диски имеют вращающиеся магнитные пластины и головки. Головки — это небольшие устройства, которые хранят и снимают магнитную информацию с пластин; они имеют сходство с головками на кассетных магнитофонах. Области хранения на пластинах разделены на части, называемые цилиндрами , секторами и кластерами . Информация об этих параметрах содержится в документации на винчестер и часто на бумажной этикетке на корпусе. При переходе на страницу настройки BIOS отображается информация о жестком диске, пример которой показан на рисунке 6.2, вы можете увидеть часть или всю эту информацию и, возможно, больше. В категории «тип» обычно есть три или более настроек: «Пользовательский», «Нет» и «Авто» (другие настройки могут не применяться к стационарным жестким дискам). Параметр «Нет» отключает диск. Пользователь позволяет пользователю вводить настройки вручную. Если вы выберете User, настройки должны точно совпадать с настройками накопителя. Auto заставляет компьютер определять информацию о диске; на подавляющем большинстве новых компьютеров лучшим вариантом является Авто.


    Рисунок 6.2: Информация о жестком диске в программе настройки BIOS.

    Примечание 

    Эта книга посвящена только тому, что вам нужно знать о жестких дисках для ремонта ПК. Тем не менее, будет очень полезно увидеть ясное и простое объяснение того, как работают жесткие диски, на сайте howstuffworks.com/hard-disk.htm или выполнить поиск жестких дисков на сайте howstuffworks.com.



    твердотельных накопителей VS. Магнитные вращающиеся приводы: чем они отличаются?

    Хранение данных стало необходимостью для людей нового тысячелетия.Куда ни глянь, почти у каждого в руках ноутбук. Хотя очевидно, что они используют устройство для основных нужд, таких как работа или учеба, большинство из них не знают, как хранятся их данные. Очевидный пример, который мы можем собрать, — это знания о разнице SSD (твердотельных накопителей) между магнитными вращающимися дисками. Для непрофессионала приводы — это просто приводы. Они просто устанавливаются на их компьютеры для хранения своих файлов, так что в этом такого? Почему важно знать разницу?

    SSD и магнитные вращающиеся накопители Определены

    Если у вас был опыт покупки собственного ноутбука, велика вероятность, что вы слышали термины SSD и HDD.Это то, что технически подкованному человеку не составит труда понять, но для среднего покупателя это вызывает царапины на голове и трение подбородка. Хотя знание разницы между ними не является обязательным требованием, лучше иметь понимание, особенно если вы действительно ищете тот, который лучше всего соответствует вашим потребностям. Если вы покупатель, который хочет узнать больше о том, что он покупает, то читайте дальше!

    Что такое SSD?
    Во-первых, SSD означает твердотельный накопитель.Признайтесь, мы знаем, что вы знакомы с USB-накопителями. Это, пожалуй, самое распространенное устройство хранения данных. В случае с SSD вы можете думать о нем как о USB-накопителе большого размера. Как и обычная карта памяти, твердотельные накопители не имеют движущихся частей. Собранная информация помещается в микросхемы. Обычно в SSD используется так называемая флэш-память на основе NAND. Это позволяет ему сохранять данные и «запоминать» их даже после выключения диска. Это, конечно, необходимое условие для любого типа постоянной памяти.Как правило, твердотельные накопители имеют стандартные размеры 1,8″, 2,5″ или 3,5″, которые идеально подходят для разъемов и корпуса жестких дисков того же размера.

    Что такое магнитный вращающийся привод?
    Как вы, возможно, уже знаете, ваш компьютер должен хранить данные в цифровом формате. Одним из наиболее широко используемых типов цифровых носителей является магнитный накопитель. Существует несколько типов магнитных накопителей, но в наши дни наиболее популярным типом является магнитный вращающийся накопитель, который чаще всего называют жестким диском (HDD).Жесткие диски существуют уже много лет. Впервые он был представлен IBM в середине 50-х годов, то есть технологии, которой уже 60 лет! Как следует из самого термина, этот магнитный вращающийся привод использует магнетизм для хранения данных на вращающемся диске. Головка чтения и записи парит над вращающимся диском, выполняющим всю работу. Чем быстрее вращается диск, тем выше производительность жесткого диска. Глядя на это со стороны, HDD практически не отличаются от SSD и используют интерфейс SATA. Обычный размер жестких дисков для ноутбуков — 2.5-дюймовый форм-фактор, а более крупный 3,5-дюймовый форм-фактор используется для настольных компьютеров.
    Теперь, когда у нас есть обзор двух типов дисков, пришло время углубиться и сравнить их.

    Твердотельный накопитель и магнитный накопитель: сравнение

    Как и в любой ситуации, требующей принятия решения, взвешивание вариантов — один из способов добиться этого. Есть несколько факторов, которые мы можем учитывать при сравнении этих двух устройств хранения данных.

    Емкость
    Что касается емкости, твердотельные накопители имеют максимальную емкость 4 ТБ для настольных компьютеров и менее 1 ТБ для небольших дисков для ноутбуков.С другой стороны, магнитный накопитель имеет в среднем от 500 ГБ до 2 ТБ для небольших ноутбуков и максимум 10 ТБ для настольных компьютеров.

    Срок службы батареи
    Жёсткие диски потребляют в среднем 6–7 Вт батареи, а SDD — всего 2–3 Вт.

    Время загрузки ОС
    Время загрузки жестких дисков составляет 30–40 секунд, а для твердотельных накопителей — всего 10–13 секунд.

    Скорость копирования файлов
    Для магнитных дисков скорость копирования файлов составляет от 50 до 120 МБ, а для твердотельных накопителей скорость записи составляет от 200 МБ до 550 МБ.

    Скорость открытия файлов
    Твердотельные накопители быстрее жестких дисков до 30%, когда речь идет о скорости открытия файлов,

    Шифрование
    Что касается шифрования, то твердотельные и жесткие диски поддерживают FDE или полное шифрование диска на некоторых поддерживаемых моделях. Эта функция означает защиту всех данных, хранящихся на вашем компьютере, с помощью паролей в качестве замков.

    Магнетизм
    Магниты действительно вредны для жестких дисков, так как могут стереть некоторые файлы.С другой стороны, магниты никак не влияют на SDD.

    Вибрация, шум и тепловыделение
    SSD не вибрируют; не выделяют много тепла и не создают шума, поскольку не имеют движущихся частей. Жесткие диски имеют пластины и другие движущиеся части, что приводит к вибрации и слышны некоторые шумы при вращении. Жесткие диски также выделяют больше тепла, поскольку потребляют больше энергии, а также имеют движущиеся части.

    Надежность
    Для твердотельных накопителей в возрасте от 2 до 3 лет требуется значительно более низкая ежегодная частота замены, чем для жестких дисков, главным образом потому, что они имеют движущиеся части, которые делают их физически уязвимыми.Механическая реальность для жестких дисков состоит в том, что их движущиеся части со временем просто изнашиваются, и, хотя твердотельные накопители имеют в этом небольшое преимущество, важно помнить, что банк памяти твердотельных накопителей может быть записан и прочитан только ограниченное количество раз.
    Так что же на самом деле лучше, жесткие диски или твердотельные накопители? Оба этих накопителя имеют свои преимущества и недостатки, а их надежность и важность по-прежнему будут зависеть от ваших личных потребностей. Приведенное выше сравнение просто показывает сильные стороны дисков, но чтобы помочь вам решить, что лучше для вас, вот несколько советов.

    Выберите жесткие диски, если:

    • Вы не собираетесь тратить крупную сумму денег
    • Вам очень нужно много места для хранения
    • Вам не обязательно открывать программы очень быстро

    Выберите твердотельные накопители, если:

    • Скорость — ваш приоритет, и вы не против потратить определенную сумму денег
    • Вам не нужно больше 4 ТБ дискового пространства.

    Большинство людей до сих пор используют HDD этого стандарта.Однако, поскольку люди хотят повысить производительность своего компьютера, твердотельные накопители также получили широкое признание на рынке. Ваш выбор всегда будет зависеть от того, что вы хотите и что вам нужно.

    Небольшой экскурс в историю интерфейсов жестких дисков

    Старые большие исключительные машины тех дней теперь превратились в персональные компьютеры. Теперь все очень просто, так как устройства ввода постоянно совершенствуются в лучшую сторону. Эти устройства ввода представляют собой интерфейс, обеспечивающий связь между компьютером и пользователем.Однако этому интерфейсу также нужны разъемы для подключения к внутренней системе компьютера, что привело к появлению нескольких настроек, таких как IDE, SATA, SCSI, SAS и многих других.

    SCSI

    Потребность в физическом интерфейсе для подключения компьютеров к периферийным устройствам возникла в 1970-х годах. Системный интерфейс Shugart Associates или SASI появился на свет и стал играть роль «50-контактного плоского ленточного разъема» между компьютерами и жесткими дисками. Этот интерфейс был выпущен на рынок как SCSI 1 и произносится как «scuzzy», но сама аббревиатура означает интерфейс небольшой компьютерной системы.В настоящее время это наиболее распространенный параллельный интерфейс, используемый многими компьютерными компаниями. SCSI позволяют подключать несколько устройств, от 7 до 15 в зависимости от ширины шины. Это большое преимущество, поскольку позволяет разместить все необходимые устройства на одной плате. Самый последний SCSI поддерживает IEEE, Fibre Cable и SSP, обратно совместимый и со скоростью передачи данных 80 МБ в секунду. В частности, SCSI может поддерживать такие устройства, как сканеры, плоттеры, клавиатуры, мыши и принтеры.

    ИДЕ

    В прошлом у IDE было более 80 ленточных и 40-контактных кабелей, но самый последний на рынке имеет более 28 контактов.Этот интерфейс также известен как подключение ATA или AT и обычно используется в качестве разъемов для приводов CD-ROM и жестких дисков, поддерживая 8/16-битный интерфейс, который может передавать в среднем 8,3 МБ для ATA 2 и в среднем 100 МБ для ATA. 6. Комитет по малым форм-факторам разработал довольно много версий ATA, включая ATA, ATA-2, ATA-3, Ultra-ATA, ATA/66 и ATA/100.

    САТА

    В прошлом 2003 году Serial ATA был запущен как замена IDE. С тех пор как они были выпущены, они стали тенденцией для каждого персонального компьютера, поскольку они сделали новую технику передачи информации между материнской платой и приводом только с использованием быстрой последовательной шины вместо медленного параллельного интерфейса.Первые SATA были представлены с интерфейсом 1,5 ГБ/сек, тогда как последние SATA могут передавать в среднем 6 ГБ/сек. Это кабель последовательной связи, состоящий в среднем из четырех проводов, который соединяет устройства точка-точка. Помимо последовательного подключения, SATA также предлагает горячее подключение, которое позволяет каждому пользователю заменить компьютерное оборудование без необходимости выключать систему. В то же время SATA содержит очень важный интерфейс с открытым исходным кодом, AHCI или Advanced Host Controller Interface.

    САС

    Serial Attached SCSI — это, по сути, «последовательный периферийный интерфейс типа «точка-точка», в котором дисковые накопители подключаются напрямую.SAS — это значительное улучшение по сравнению с традиционным интерфейсом, поскольку он позволяет одновременно подключать 128 устройств различных размеров и типов с помощью более длинных и тонких кабелей. Он поддерживает передачу 3 ГБ в секунду посредством полнодуплексной передачи сигнала, а также имеет функцию горячего подключения.

    Разработка этих интерфейсов привела к лучшей согласованности, надежности, увеличению скорости передачи данных и максимальной производительности дисковых пространств. Большой выбор жестких дисков и интерфейсов абсолютно выровняет вашу рабочую производительность.

    Архивирование данных и устройства архивного хранения

    Архивирование данных, практика и метод переноса определенных данных, которые в настоящее время не используются или не нужны, на другое устройство хранения для сохранения записей в профессиональных деловых целях или для использования в будущем. Архивные данные компилируются самым тщательным образом, хранятся и сохраняются с индексированием, чтобы их можно было легко найти при необходимости.

    Архивирование данных и резервное копирование данных часто путают друг с другом. Архивирование данных — это хранение прошлой информации, которая не используется активно, но может потребоваться для использования в будущем.Этот метод позволяет увеличить пространство на основном устройстве хранения и очень подходит для хранения данных, таких как записи базы данных, важные сообщения электронной почты и файлы, в рамках оперативных бизнес-требований. С другой стороны, резервное копирование данных выполняется как метод возрождения данных для их восстановления во времени, когда происходят неблагоприятные события, которые приводят к их уничтожению или повреждению.

    Взгляд на архивирование данных в прошлом

    С самого начала открытия компьютеров проблемой было то, что мы продолжаем создавать файлы и занимать дисковое пространство, пока не достигнем максимального объема памяти.Мир постоянно вращается, и даже архивирование данных прошло через разные этапы, прежде чем оно стало тем, чем оно является сегодня, и до сих пор мы все еще сталкиваемся с большой потребностью в надежных цифровых устройствах хранения для целей эффективного архивирования данных. Однако, прежде чем мы перейдем к новому открытию, давайте взглянем на хронологию нашей истории архивирования данных.

    Происхождение съемных запоминающих устройств

    Перфокарты

    Еще до появления компьютеров уже существовало множество механических устройств, используемых для вычислительных целей.Герман Холлерит изготовил устройство из прямоугольных карточек с отверстиями для указания определенной информации переписи, такой как возраст и пол, для упрощения процесса табуляции данных. Вскоре после этого, в начале 1950-х годов, появление компьютеров сделало эти перфокарты лишь основным методом ввода данных.

    Магнитные картриджи и ленты с открытыми катушками

    С 1950-х по 1980-е годы все пользователи мини-компьютеров и мэйнфреймов использовали магнитные ленты для своего бизнеса.Эти 10 ½ барабанов служат лентопротяжными устройствами, а тонкая металлическая полоса магнитно записывает данные. Компьютер с лентами с более чем девятью дорожками может в среднем хранить 175 МБ на каждой ленте. Поскольку это были еще старые добрые времена, это уже считалось большим объемом данных, подходящим для недельного архивирования. В настоящее время этих 175 МБ, вероятно, может быть недостаточно даже для хранения ваших любимых фильмов.

    С наступлением 1990-х родилась компания Linear Tape-Open. LTO — это хорошо разработанная цифровая лента, которая может хранить до 100 ГБ данных.По сей день спрос на эти ленты все еще существует, поскольку объем их хранения увеличился до 6 ТБ каждая лента. Однако, поскольку облачное хранилище стало трендом для индустрии архивирования и резервного копирования данных, LTO может вскоре быть прекращено.

    Кассетные магнитофоны

    По мере развития компьютеров появились и кассетные магнитофоны с единственной целью создания недорогого и удобного способа сохранения и записи музыки. Это также служило способом связи, когда телефонные звонки тогда стоили роскоши.Кассетные магнитофоны раньше позволяли людям создавать и сохранять команды.

    Дискеты

    Дискеты

    появились на свет в 1970-х годах, и их популярность сохранялась на протяжении десятилетий. Это портативное запоминающее устройство началось с восьмидюймового устройства, которое могло хранить 80 КБ данных. Со временем он постоянно улучшался, и было выпущено 5 ¼ проектов, вмещающих 120 КБ данных. Macintosh от Apple последовал за ним в 1984 году с размером 3 ½ дюйма и объемом памяти до 1,44 МБ на каждом диске, который стал доминирующим портативным устройством хранения данных той эпохи.

    DVD и CD

    В 1980-х годах компакт-диски были известны и популярны как отличное хранилище музыки. Однако записывающие устройства для компакт-дисков по-прежнему очень дороги и имеют размер стиральной машины. Спасибо за постоянно совершенствующуюся технологию, в 1990-х CD-R совершенствовались и продавались по более низким ценам.

    Поскольку людям требуется гораздо больше места для хранения, DVD-R и DVD-RW пришли и поделились хорошими новостями. Каждый диск позволяет хранить 4,3 ГБ данных, и стало еще лучше, когда двухслойные носители и записывающие устройства позволяют хранить 8 ГБ.Диски Blu-ray становятся одним из самых популярных брендов на рынке, поскольку они повышают уровень игры, предоставляя своим дискам емкость от 25 ГБ до 128 ГБ.

    Флэш-накопители

    В конце 2000-х на рынок были выпущены флешки. Это было очень удобное портативное запоминающее устройство, и его можно было снять, так как они имеют небольшие размеры. Он был сделан из комбинации транзисторов и чипов и имеет максимальную емкость 64 ГБ. Флэш-накопители также менее чувствительны к перезаписи и сохранению файлов, и на них никогда не влияют электромагнитные помехи.Поскольку это устройство становится тенденцией во всем мире, теперь они заменили DVD и компакт-диски.

    Облачное хранилище данных

    Когда люди открыли для себя Интернет, люди по-прежнему не перестают использовать его по максимуму. Облачное хранилище данных было представлено миру как место, где они могут хранить бесконечное количество данных. Облачные данные обеспечивают неограниченное количество услуг хранения и доступность из любой точки мира в любое время. Однако облачная безопасность — это бесконечная проблема, когда речь идет об услугах, которые они предоставляют.

    Устройства хранения определенно претерпели множество изменений, прежде чем зайти так далеко. Приятно знать, с чего все началось, и теперь мы решили выбрать лучшее хранилище данных, которое будет соответствовать нашим потребностям и желаниям.

    Каталожные номера:

    Разнообразие данных, краткая история хранения данных — http://www.dataversity.net/brief-history-data-storage/

    Backblaze, История съемных компьютерных хранилищ — https://www.backblaze.com/blog/history-removable-computer-storage/

    Резервное копирование данных поиска, методы архивирования данных: выбор лучшего архивного носителя — https://searchdatabackup.techtarget.com/tip/Data-archiving-techniques-Choosing-the-best-archive-media

    Computer Wekkly, SATA, SCSI и SAS: какой диск подходит для вашей среды хранения? — https://www.computerweekly.com/news/1362941/SATA-SCSI-and-SAS-Which-drive-is-right-for-your-storage-environment

    ProStorage, SCSI, SATA и IDE — эволюция технологий — https://getprostorage.com/blog/scsi-vs-sata-vs-ide/

    Webopedia, Общие сведения о SAS, SATA, SCSI и ATA — https://www.webopedia.com/DidYouKnow/Computer_Science/sas_sata.asp

    Что такое жесткий диск IDE/ATA? – https://www.hdd-tool.com/hdd-basic/hard-drive-introduction-and-comparison.html#.W7b6hXszbIV

    Backblaze, история жестких дисков — https://www.backblaze.com/blog/history-hard-drives/
    SSD vs HDD — https://www.storagereview.com/ssd_vs_hdd

    Магнитные диски (жесткие диски)

    Конспект лекций для CS 140
    Spring 2020
    John Ousterhout

    • Литература по этой теме из Операционные системы: принципы и практика : Раздел 12.1.
    • Базовая геометрия:
      • 1-5 пластины с магнитным покрытием на каждой поверхности
      • Пластины постоянно вращаются со скоростью 5000-15000 об/мин
      • Рычаг привода позиционирует головки , которые могут считывать и записывать данные на магнитных поверхностях.
      • Габаритный размер упаковки дисков: 1-8 дюймов.
    • Организация дисковых данных:
      • Круговые гусеницы соответствующие конкретному положение рычага привода.
      • Типичная плотность сегодня: 200 000 дорожек на радиальный дюйм.
      • Треки разбиты на секторов по 4096 байт . Типичный дорожки содержат несколько тысяч секторов.
      • Стандартная общая емкость дисков: 100 ГБ-2 ТБ
        • 100ГБ ~ 50М страниц текста с двойным интервалом.
      • Дисковая технология была одной из самых быстро развивающихся технологии: до недавнего времени мощности увеличивались быстрее чем закон Мура.
    • Чтение и письмо:
      • Поиск : переместите рычаг привода, чтобы расположить головы над нужный трек.Типичное время поиска: 2-10 мс.
      • Выберите определенную головку.
      • Задержка вращения : ожидание желаемого сектора пройти под головой. Вращение половины диска включено средний (4 мс при 7500 об/мин)
      • Передача: чтение или запись одного или нескольких секторов по мере их прохождения под головкой. Типичные скорости передачи: 100-150 Мбайт/сек.
      • Задержка относится к сумме времени поиска плюс ротация задержка; обычно 5-10 мс.
    • API для дисков:
      чтение (начальный сектор, количество секторов, физадрес)
      запись (начальный сектор, секторный счетчик, физадрес)
       
    • Раньше структура дорожки и поверхности диска была видимо для программного обеспечения:
      чтение (дорожка, поверхность, сектор, сектор, физадрес)
       
    • В настоящее время структура дорожек скрыта внутри диска:
      • Внутренние дорожки имеют меньше секторов, чем внешние дорожки
      • Если некоторые сектора повреждены, программное обеспечение диска автоматически переназначает их на запасные сектора.

    Связь с устройствами ввода-вывода

    • Регистры устройства :
      • Каждое устройство появляется в физическом адресном пространстве машины, как несколько слов, называется регистров устройства .
      • Операционная система читает и записывает регистры устройства для управления устройством.
      • Биты в регистрах устройства служат 3 целям:
        • Параметры, предоставляемые ЦП устройству (например, номер первого сектора для чтения)
        • Биты состояния, передаваемые устройством ЦП (например,грамм. «операция завершено» или «произошла ошибка»).
        • Управляющие биты, установленные ЦП (например, «начать чтение с диска») на инициировать операции.
      • Регистры устройства не ведут себя как обычная память места:
        • Бит «Начать работу» всегда может читаться как 0.
        • Биты могут изменяться без записи процессором (например, бит «операция завершена»).
    • Типичная операция ввода/вывода:
      • ЦП записывает регистры устройства для начала работы (т.е.г., читать)
      • ЦП опрашивает бит готовности в регистре устройства
      • По завершении операции устройство переходит в состояние готовности
      • Большинство устройств поддерживают DMA (прямой доступ к памяти):
        • Устройство может передавать данные в физическую память и из нее без помощь от процессора.
        • CPU загружает адрес буфера в регистр устройства перед началом работы (например, куда копировать данные читать с диска).
        • Устройство перемещает данные напрямую в/из физической памяти.
    • Прерывания : разрешить процессору выполнять другую работу, пока устройства работают.
      • Бит «Разрешение прерывания» в регистре устройства
      • CPU начинает операцию ввода/вывода, устанавливает бит IE, затем работает другие вещи.
      • Когда устройство требует внимания (операция завершается), оно прерывает ЦП:
        • Принудительный вызов процедуры по определенному адресу в ядро.
      • Операционная система определяет, какое устройство было прервано, обслуживает это устройство.
        • Либо начните новую операцию, либо отключите бит IE.
      • Операционная система возвращается из прерывания обратно в над чем бы он ни работал.
      • Прерывания значительно повышают эффективность операционной системы; например, может одновременно загружать несколько устройств, а также запускает пользовательский код.
      • Многоядерные машины распределяют прерывания для балансировки нагрузки.

    Магнитный диск / Полезные примечания

    Внутренняя часть жесткого диска, включая магнитный диск.

    Форма Массового Запоминающего устройства, одна из самых ранних популярных форм и повсеместно распространенная сегодня. Он состоит из вращающегося диска, который считывается и записывается магнитом, называемым «головкой». Магнитные диски намного дешевле и медленнее, чем оперативная память (включая флэш-память), дороже и быстрее, чем оптические диски, и могут хранить огромные объемы данных (в последние годы для больших дисков они измеряются в терабайтах по сравнению с гигабайтами, используемыми даже для самых больших дисков). другие форматы хранения).

    Дисковые запоминающие устройства или дисководы бывают съемными или стационарными.Дисководы для гибких дисков и менее популярные варианты, такие как дисководы Zip или Jaz, относятся к первому типу, где диск (диски) можно отделить от дисковода. Жесткие диски (HDD) относятся к последнему типу, где диски запечатаны внутри привода. Как ни странно, жесткий диск был фактически изобретен первым на предприятии IBM в Сан-Хосе, штат Калифорния, в 1956 год; дискеты не были представлены до 1971 года, 15 лет спустя, и не стали популярными до тех пор, пока Shugart Associates (теперь уже давно поглощенная Panasonic через Xerox) не представила 5-1 / 4-дюймовые «мини-дискеты» (по сравнению с оригинальными 8-дюймовые изобретены в DEC) в 1976 году.В течение многих лет, начиная с появления Apple Disk II в 1978 году и 360-килобайтного стандарта персонального компьютера IBM в 1983 году, дискета была одной из предпочтительных форм распространения программного обеспечения (наряду с кассетной лентой, которая просуществовала в 1980-х годах за пределами США). США из-за его более низкой стоимости), начиная исчезать только после того, как компакт-диски достигли критической массы примерно в 1995 году.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.