Устройства хранения данных

ЛЕКЦИЯ №4

УСТРОЙСТВА ХРАНЕНИЯ, ВВОДА/ВЫВОДА ДАННЫХ

План

o Устройства хранения данных.

o Устройства ввода/вывода данных.

УСТРОЙСТВА ХРАНЕНИЯ ДАННЫХ

Память является составной частью аппаратных средств ПК. В памяти хранятся как программы, так и данные. Память персонального компьютера подразделяется на внутреннюю и внешнюю.

Внутренняя память предназначена для временного хранения программ и обрабатываемых в текущий момент данных (оперативная память, кэш-память), а также для долговременного хранения информации о конфигурации ПК (энергонезависимая память). Внешняя память используется для длительного хранения большого объема данных и программ.

Физической основой внутренней памяти, как было показано ранее, являются электронные схемы (ПЗУ, ОЗУ), отличающиеся высоким быстродействием, но не позволяющие хранить большие объемы данных. Кроме этого, оперативная память является энергозависимой, т. е. при отключении ПК ее содержимое стирается. В персональных компьютерах функция длительного хранения больших объемов данных возложена на внешнюю память, которая является медленной, энергонезависимой и практически неограниченной.

Внешняя память — это память, реализованная в виде внешних относительно материнской платы устройств с Разными принципами хранения информации и типами носителей, предназначенных для долговременного хранения данных. В современных компьютерах используются три вида носителей: электрические, магнитные, оптические.

Накопитель представляет собой совокупность носителя данных и соответствующего привода. Различают накопители со сменными и постоянными носителями.

Привод — это объединение механизма чтения/записи с соответствующими электронными схемами управления. Его конструкция определяется принципом действия и видом носителя.

Носитель — это физическая среда хранения информации. По внешнему виду может быть дисковым или ленточным. По способу запоминания различают магнитные, оптические и магнитооптические. В ленточных носителях используют магнитные, а в дисковых — магнитные, магнитооптические и оптические методы записи/считывания информации.

Накопитель на гибких магнитных дисках (НГМД, FDD — Floppy Disk Drive) представляет собой устройство (дисковод) для чтения и записи гибких магнитных дисков (дискет). Магнитный диск вращается с помощью привода, для записи и считывания информации используются магнитные головки.

Магнитные диски являются съемными носителями, т. е. один дисковод может последовательно работать с множеством дискет. Стандартная емкость дискет (3,5 дюйма), используемых в современных ПК, составляет 1,44 Мб. Маркировка дискеты «2HD 1,44 Mb» указывает на двухстороннюю высокую плотность записи и общую емкость диска 1,44 Мб. Информация на дискету записывается по дорожкам-окружностям (трекам). Каждая дорожка разбивается на сектора размером в 256, 512 или 1024 байт, но чаще 512 байт, образующие кластеры.

Кластер — это минимальная единица размещения информации на диске, состоящая из одного или нескольких секторов и равная обычно 512 байт. Каждому файлу выделяется участок памяти, кратный определенному количеству кластеров.

Накопитель на жестких магнитных дисках (НЖМД, винчестер, HDD — Hard Disk Drive) — устройство для чтения/записи с жестких магнитных дисков, установленных внутри накопителя. Накопители на жестких магнитных дисках получили такое наименование из-за жесткости дисковых пластин — носителей данных. В НЖМД несколько пластин, нанизанных на стержень. Дисковые пластины вращаются с постоянной скоростью, которая составляет для современных НЖМД до 10 000 оборотов в минуту. Чтение и запись данных осуществляются блоком магнитных головок, которые расположены над рабочей поверхностью диска на расстоянии 0,5-0,13 мкм. Запись проводится на обе поверхности каждой пластины (кроме крайних).

Работой НЖМД управляет специальное аппаратно-логическое устройство — контроллер НЖМД. В накопителе может быть до десяти дисков. Здесь информация также размещается на дорожках, секторах и кластерах, которые образуются во время форматирования диска. Форматирование выполняет пользователь с помощью специальных программ. Отметим наиболее важные характеристики НЖМД:

• скорость (частота) обращения дисков: для накопителей IDE — 4500-7200 об/мин, а для накопителей SCSI — 7500-10000 об/мин;

• емкость кэш-памяти в устройствах может изменяться от 64 Кб до 8 Мб.

Накопитель на магнитной ленте, именуемый стримером, — это устройство для быстрой перезаписи данных с жесткого диска на магнитную ленту. Стримеры работают со съемными носителями — кассетами. Недостатки стримеров: большое время доступа к данным и недостаточная надежность, связанная с повышенными механическими нагрузками.

Магнитооптические накопители (НМОД) во многом аналогичны НГМД, но отличаются более высокой емкостью. В магнитооптических дисках информация также хранится на магнитном носителе-дискете, но чтение и запись осуществляются оптическим (лазерным) лучом, что значительно повышает сохранность носителя.

Оптическими устройствами хранения данных являются оптические накопители CD-ROM (Compact Disk Read Оnly Memory — постоянное запоминающее устройство на основе компакт-дисков), унаследовавшие свое название ^от первых оптических носителей. В качестве носителя информации первые оптические накопители использовали компакт-диски (CD), которые записывались («прожигались») однократно, не допускали перезаписи и фактически являлись постоянными запоминающими устройствами, на что и указывает приставка ROM.

Накопители на оптических дисках получили широкое распространение благодаря большой емкости компакт-диска (свыше 650 Мб), поэтому они являются превосходными носителями для больших программных продуктов и мультимедийных данных. Компакт-диски изготовляют из прозрачного пластика диаметром 120 мм и толщиной 1,2 мм. На пластиковую поверхность напыляется слой алюминия или золота. Запись на диск происходит путем выдавливания на поверхности дорожки углубления.

Компакт-диск раскручивается электродвигателем. На поверхность диска с помощью привода оптической системы фокусируется луч из лазерного излучателя. Луч отражается от поверхности диска и сквозь призму подается на датчик. Световой поток превращается в электрический сигнал, который поступает в микропроцессор, где он анализируется и превращается в двоичный код. В настоящее время широко используются 4 вида оптических накопителей.

Накопитель CD-ROM (CD Read Only Memory) используется для чтения оптических компакт-дисков.

Накопитель CD-R (CD-Recordable) — внешне похожий на накопитель CD-ROM и совместимый с ним по размерам дисков и формату записи, позволяет выполнить одноразовую запись и неограниченное количество считываний.

Накопитель CD-RW (CD-ReWritable) используется для многоразовой записи данных, причем можно как дописать новую информацию на свободное пространство, так и полностью перезаписать диск (предыдущие данные уничтожаются).

Накопитель DVD (Digital Video Disk) — устройство для записи и чтения цифровых видеозаписей. Внешне DVD-диск похож на обычный CD-диск (диаметр — 120 мм, толщина — 1,2 мм), однако отличается более высокой плотностью записи (на одной стороне DVD-диска может быть писано до 4,7 Гбайт). Запись на DVD-диск производится на обе поверхности.

Основной характеристикой оптических накопителей является скорость передачи данных, которая измеряется кратных долях скорости проигрывателя аудио-компакт-дисков (150 Кб/с) и характеризует максимальную скорость, с которой накопитель передает данные в оперативную память компьютера. Например, 2-скоростной CD-ROM (2х) будет считывать данные со скоростью 300 Кб/с, 50-ско-ростной(50х) — 7500 Кб/с.

Перспективными носителями данных являются электронные схемы, использующие Flash- (флэш-) память. Flash-память относится к статической энергонезависимой памяти. По устройству чип flash-памяти напоминает микросхему динамической энергозависимой памяти, только вместо конденсаторов ячейками памяти являются полупроводниковые приборы (транзисторы), принимающие одно из фиксированных положений — закрытое или открытое, тем самым моделируя логические ноль и единицу. Отличительные особенности носителей с flash-памятью: компактность, энергонезависимость, высокая емкость, бесшумная работа. Эти устройства подключаются к компьютеру, как правило, через интерфейс USB.