<<
>>

Хранение информации. Внешняя память

Основной функцией внешней памяти компьютера является способность долговременно хранить большой объем информации (программы, документы, аудио- и видеоклипы и т.д.). Устрой- ство, которое обеспечивает запись/считывание информации, на-

зывается накопителем, или дисководом, а хранится информация на носителях (например, на дискетах).

В качестве устройств внешней памяти используются накопите- ли на гибких магнитных дисках (НГМД), жестких магнитных дис- ках (НЖМД), компакт-дисках, магнитной ленте (стримеры), Flash.

Накопители на гибких магнитных дисках. Гибкий диск (floppy disk), или дискета, — носитель небольшого объема информации, представляющий собой гибкий пластиковый диск в защитной оболочке. Он используется для переноса данных с одного компь- ютера на другой.

В процессе записи информации на гибкие и жесткие магнит- ные диски головка дисковода с сердечником из магнитомягкого материала (малая остаточная намагниченность) перемещается вдоль магнитного слоя магнитожесткого носителя (большая оста- точная намагниченность); при этом на магнитную головку посту- пают последовательности электрических импульсов (последова- тельности логических единиц и нулей), которые создают в голов- ке магнитное поле.

Магнитные домены на ферромагнитной поверхности матери- ала выстраиваются вдоль дорожек в направлении приложенного магнитного поля своими северными и южными полюсами. Обыч- но устанавливается однозначное соответствие между двоичной информацией и ориентацией магнитных доменов. Такой способ записи двоичной информации на магнитной поверхности назы- вается магнитным кодированием.

При считывании информации, наоборот, намагниченные уча- стки носителя вызывают в магнитной головке импульсы тока (яв- ление электромагнитной индукции). Последовательности таких импульсов передаются по магистрали в оперативную память ком- пьютера.

Информация записывается по кон- центрическим дорожкам (трекам), которые делятся на секторы (рис. 3.3).

Число дорожек и секторов зависит от типа и формата дискеты. Сектор хра- нит минимальную порцию информа- ции, которая может быть записана на диск или считана с него. Емкость сек- тора постоянна и составляет 512 байт.

В настоящее время наибольшее рас- пространение получили дискеты со следующими характеристиками:

• диаметр — 3,5 дюйма (89 мм);

• емкость — 1,44 Мбайт;

• число дорожек — 80; Рис. 3.3. Структура диска:

• число секторов на дорожках — 18. / - сектор; 2 — трек

Дискета устанавливается в накопитель на гибких магнитных дисках (floppy-disk drive), автоматически в нем фиксируется, пос- ле чего механизм накопителя раскручивается до частоты враще- ния 360 мин-1. В накопителе вращается сама дискета, магнитные головки остаются неподвижными.

Накопитель связан с процессором через контроллер гибких дисков. В последнее время появились трехдюймовые дискеты, ко- торые могут хранить до 3 Гбайт информации. Они изготавливают- ся по новой технологии Nano2 и требуют специального оборудо- вания для чтения и записи.

Для того чтобы на диске можно было хранить информацию, диск должен быть отформатирован, т.е. должна быть создана фи- зическая и логическая структура диска (см. подразд. 4.2).

Накопители на жестких магнитных дисках. Если гибкие диски — это средство переноса данных между компьютерами, то жесткий диск — это информационная база компьютера.

Накопитель на жестких магнитных дисках (HDD — Hard Disk Drive), или винчестер, — это наиболее распространенное запо- минающее устройство большой емкости, в котором носителями информации являются круглые алюминиевые пластины, обе по- верхности которых покрыты слоем магнитного материала толщи- ной 1,1 мкм, а также слоем смазки для предохранения головки от повреждения при ее опускании и подъеме на ходу.

Винчестер ис- пользуется для постоянного хранения информации — программ и данных. Как и у дискеты, рабочие поверхности пластин разделе- ны на кольцевые концентрические дорожки, а дорожки — на сек- торы.

Головки считывания-записи вместе с их несущей конструкци- ей и дисками заключены в герметически закрытый корпус, назы- ваемый модулем данных. При установке модуля данных на диско- вод он автоматически соединяется с системой, подкачивающей очищенный охлажденный воздух.

Поверхность пластин имеет магнитное покрытие. При враще- нии диска над ним образуется воздушный слой, который обеспе- чивает воздушную подушку для зависания головки на высоте 0,5 мкм над поверхностью диска.

Винчестеры имеют очень большую емкость — 50, 80, 100 Гбайт. В отличие от дискеты жесткий диск вращается непрерывно. Винче- стер связан с процессором через контроллер жесткого диска. Все современные накопители снабжаются встроенным кэшем (обычно 24 Мбайт), который существенно повышает их производительность.

Использование современных контроллеров жестких дисков с прямым доступом к оперативной памяти UltraDMA-133 (Direct Memory Access — прямой доступ к памяти) позволяет достигать скорости обмена данными между жесткими дисками и оператив- ной памятью до 133 Мбайт/с (обычный показатель — 1012байт/с).

Накопители на компакт-дисках. В настоящее время наиболь- шую популярность приобрели накопители на лазерных дисках (CD- ROM, DVD-ROM, CD-RW) (рис. 3.4, а).

В процессе считывания информации с лазерных дисков луч лазера, установленного в дисководе, падает на поверхность вра- щающегося диска и отражается. Так как поверхность лазерного диска имеет участки с различными коэффициентами отражения, то отраженный луч также меняет свою интенсивность (логиче- ские 0 или 1).

В процессе записи информации на лазерные диски для созда- ния участков поверхности с различными коэффициентами отра- жения применяются различные технологии — от простой штам- повки до изменения отражающей способности участков поверх- ности дисков мощным лазером.

Носителем информации является CD-ROM (Compact Disk Read- Only Memory — компакт-диск, с которого можно только читать). CD-ROM представляет собой прозрачный полимерный диск диа- метром 12 см и толщиной 1,2 мм, на одну сторону которого на-

пылен светоотражающий слой алюминия, защищенный от по- вреждений слоем прозрачного лака. Толщина напыления состав- ляет несколько десятитысячных долей миллиметра. Информация на диске представляется в виде последовательности впадин (уг- лублений в диске) и выступов (их уровень соответствует поверх- ности диска), расположенных на спиральной дорожке, выходя- щей вблизи оси диска (рис. 3.4, б). На каждом дюйме[1] по радиусу диска размещается 16 тыс. витков спиральной дорожки. Для срав- нения: на поверхности жесткого диска на каждом дюйме по ради- усу помещается лишь несколько сотен дорожек. Емкость CD дос- тигает 780 Мбайт. Информация наносится на диск при его изго- товлении и не может быть изменена.

CD-ROM обладают высокой удельной информационной ем- костью, что позволяет создавать на их основе справочные систе- мы и учебные комплексы с большой иллюстративной базой.

CD-ROM просты и удобны в работе, имеют низкую стоимость, практически не изнашиваются, не могут быть поражены вируса- ми, с них невозможно случайно стереть информацию.

В отличие от магнитных дисков компакт-диски имеют не мно- жество кольцевых дорожек, а одну — спиральную. В связи с этим угловая скорость вращения диска не постоянна. Она линейно умень- шается в процессе продвижения читающей лазерной головки к краю диска.

Для работы с CD-ROM нужно подключить к компьютеру на- копитель CD-R, преобразующий последовательность углублений и выступов на поверхности CD-ROM в последовательность дво- ичных сигналов, в котором используется считывающая головка с микролазером и светодиодом. Глубина впадин на поверхности диска равна четверти длины волны лазерного света.

Если в двух последо- вательных тактах считывания информации луч света лазерной го- ловки переходит с выступа на дно впадины или обратно, то раз- ность длин путей света в этих тактах меняется на полуволну, что вызывает усиление или ослабление совместно попадающих на све- тодиод прямого и отраженного от диска света. Если в последова- тельных тактах считывания длина пути света не меняется, то и со- стояние светодиода не меняется. В результате ток через светодиод образует последовательность двоичных электрических сигналов, со- ответствующих сочетанию впадин и выступов на дорожке.

На смену CD-ROM стремительно идет технология цифровых видеодисков DVD. Эти диски имеют тот же размер, что и обыч- ные CD, но вмещают больше информации — от 4,7 Гбайт и бо- лее, так как информация может быть записана с двух сторон, в два слоя на каждой стороне, а сами дорожки имеют меньшую толщину.

На таких дисках выпускаются мультимедийные игры и интер- активные видеофильмы отличного качества, позволяющие зрите- лю просматривать эпизоды под разными углами камеры, выби- рать различные варианты окончания картины, знакомиться с био- графиями снявшихся актеров, наслаждаться великолепным каче- ством звука.

Записывающий накопитель CD-ROM (Compact Disk Recordable) способен наряду с прочтением обычных компакт-дисков записы- вать информацию на специальные оптические диски емкостью 650 Мбайт и более (до 800 Мбайт). В дисках CD-R отражающий слой выполнен из золотой пленки. Между этим слоем и поликар- бонатной основой расположен регистрирующий слой из органи- ческого материала, темнеющего при нагревании. В процессе запи- си лазерный луч нагревает выбранные точки слоя, которые тем- неют и перестают пропускать свет к отражающему слою, образуя участки, аналогичные впадинам. Накопители CD-R благодаря силь- ному удешевлению приобретают все большее распространение.

Накопитель CD-RW (Compact Disk Rewriter/Writer) может ис- пользоваться для многократной записи информации на CD-ROM.

Накопители на магнитной ленте (стримеры).

Стример (tape streamer) — устройство для резервного копирования больших объе- мов информации. В качестве носителя здесь применяются кассеты с магнитной лентой емкостью 8... 12 Гбайт и больше.

Встроенные в стример средства аппаратного сжатия позволяют автоматически уплотнять информацию перед ее записью и вос- станавливать после считывания, что увеличивает объем сохраня- емой информации. Недостатком стримеров является их сравни- тельно низкая скорость записи, поиска и считывания информа- ции.

Flash. В настоящее время используются накопители Flash (рис. 3.5), имеющие встроенную карту памяти объемом от 64 Мб до 8 Гб, пользующиеся большим спросом благодаря своей компактности.

По оценкам специалистов, объем информации, фиксируемой на различных носителях, превышает 1 Эбайт в год (1018 байт/год). Примерно 80 % этой информации хранится в цифровой форме на магнитных и оптических носителях и только 20 % — на аналого- вых носителях (бумага, магнитные ленты, фото- и кинопленки).

Рис. 3.5. Flash memory

Если всю записанную в 2000 г. информацию распределить на всех жителей планеты, то на каждого человека придется по 250 Мбайт, а для ее хранения потребуется 85 млн жестких магнитных дисков по 20 Гбайт.

Любой носитель информации характеризуются информацион- ной емкостью, т.е. количеством информации, которое он может хранить. Наиболее информационно-емкими являются молекулы ДНК, которые имеют очень малый размер и большую плотность. Это позволяет хранить огромное количество информации, что дает возможность организму развиваться из одной единственной клет- ки, содержащей всю необходимую генетическую информацию.

Современные микросхемы памяти позволяют хранить в 1 мкм до 1010 бит информации, однако это в 100 млрд раз меньше, чем в ДНК. Можно сказать, что современные технологии пока суще- ственно проигрывают биологической эволюции.

Однако если сравнивать информационную емкость традицион- ных носителей информации (книг) и современных компьютер- ных носителей, то прогресс очевиден. На каждом гибком магнит- ном диске может храниться книга объемом около 600 страниц, а на жестком магнитном диске — целая библиотека, включающая в себя десятки тысяч книг.

Большое значение имеет надежность и долговременность хра- нения информации. Надежность (устойчивость к повреждениям) достаточно высока у аналоговых носителей, повреждение кото- рых приводит к потере информации только на поврежденном участ- ке. Поврежденная часть фотографии не лишает возможности ви- деть оставшуюся часть, повреждение участка магнитной ленты приводит лишь к временному пропаданию звука и т.д.

Цифровые носители гораздо более чувствительны к поврежде- ниям, даже утеря одного бита данных на магнитном или оптиче- ском диске может привести к невозможности считать файл, т.е. к потере большого объема данных. Именно поэтому необходимо со- блюдать правила эксплуатации и хранения цифровых носителей информации.

Наиболее долговременным носителем информации является молекула ДНК, которая в течение десятков тысяч (существования человека) и миллионов лет (существование некоторых живых орга- низмов) сохраняет генетическую информацию данного вида. Ана- логовые носители способны сохранять информацию в течение тысячелетий (египетские папирусы и шумерские глиняные таб- лички), сотен (бумага) и десятков лет (магнитная лента, фото- и кинопленка). Цифровые носители появились сравнительно недав- но и поэтому об их долговременности можно судить только по оценкам специалистов. По экспертным оценкам, при правильном хранении оптические носители способны хранить информацию сотни лет, а магнитные — десятки лет.

3.1.4.

<< | >>
Источник: Калмыкова Е. А.. Информатика. 2012

Еще по теме Хранение информации. Внешняя память:

  1. ПАМЯТЬ КРАТКОВРЕМЕННАЯ: ВРЕМЯ ХРАНЕНИЯ
  2. Структура массово-информационной деятельности: сбор, обработка, компоновка, передача, восприятие, трансформация, хранение и использование массовой информации. Потенциальная, принятая и реальная информация. Семантический, синтаксический и прагматический аспекты массово-информационных текстов.
  3. Внешний вид и одежда как источник информации
  4. Память прошлого и память будущего
  5. 4. Хранение в камерах хранения транспортных организаций
  6. 4. Хранение в камерах хранения транспортных организаций
  7. 2. ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ. СПЕЦИФИКА И АЛГОРИТМЫ РАБОТЫ С ИСТОЧНИКАМИ ИНФОРМАЦИИ. ДОСТУП К ИСТОЧНИКАМ ИНФОРМАЦИИ. ПРАВОВЫЕ И ЭТИЧЕСКИЕ НОРМЫ РАБОТЫ С ИСТОЧНИКАМИ ИНФОРМАЦИИ.
  8. Журналистика как массово-информационная деятельность. Понятия «информация» и «массовая информация». Массовая информация как продукт массово-информационной деятельности. Массовая информация и социальная информация.
  9. ПАМЯТЬ: КЛАССИФИКАЦИЯ
  10. ПАМЯТЬ БУФЕРНАЯ
  11. 10.2. Правовая защита интересов личности, общества, государства от угроз воздействия недоброкачественной информации, от нарушения порядка распространения информации
  12. ПАМЯТЬ ОПЕРАТИВНАЯ
  13. ПАМЯТЬ КРАТКОВРЕМЕННАЯ
  14. ПАМЯТЬ: МОДЕЛЬ ТРЕХКОМПОНЕНТНАЯ
  15. ПАМЯТЬ ИКОНИЧЕСКАЯ