Внешние запоминающие устройства. 2

   РОССИЙСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТОРГОВО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ

   УНИВЕРСИТЕТ

   ОМСКИЙ  ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ) 

   кафедра «Гуманитарные, естественнонаучные и  правовые дисциплины» 
 
 
 
 

   Контрольная работа

   по  дисциплине «Информатика»

   Вариант № 14

   «Внешние запоминающие устройства» 
 
 
 
 
 
 
 

         Выполнила: студентка 1 курса ЗК-11

   Хоруженко Алёна Александровна

   № зач.кн: ЗК-11- 14

   Проверил: к.т.н., доцент

   Огрызков  В.Е. 
 

   ОМСК

   2011

   Содержание 

1 Введение 3

1. История создания 4

2. Внешняя память компьютера 5

3. Накопители на жестких дисках 5

3.1. Характеристики 6

3.2. Производители 7

3.3. Принцип работы 8

3.4. Методы записи 9

a) Метод продольной записи 9

b) Метод перпендикулярной записи 9

c) Метод тепловой магнитной записи 9

4. Структурированные носители данных 10

4.1. Магнитные накопители 10

4.2. Карты памяти 11

5. Накопители на оптических дисках 15

Заключение 17

Литература 18 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Введение

   Практически каждый пользователь рано или поздно сталкивается с ситуацией, когда  свободного места на жестком диске  его компьютера катастрофически  не хватает для размещения важных документов, фильмов или музыки. Оптимальным решением этой проблемы становится приобретение внешнего накопителя, на который можно легко записать любые данные. Внешние накопители сегодня завоевали большую популярность благодаря простоте в обращении  и универсальности подключения  к любому компьютеру. Современные  внешние накопители обладают большой  емкостью, что позволяет записывать на них практически любую информацию. Благодаря внешнему накопителю нужные данные всегда окажутся под рукой, оставаясь  в целости и сохранности.

   Помимо  оперативной памяти, компьютеру необходима дополнительная память для долговременного  размещения данных. Такие устройства называются ВЗУ (внешние запоминающие устройства). Различные способы хранения и записи информации служат для разных целей, на сегодняшний день не существует универсального ВЗУ, которое может быть использовано как постоянное и переносное одновременно, и при этом быть доступным рядовым пользователям. Информацию необходимо сохранять на носителях, не зависящих от наличия напряжения, и таких размеров, которые превышают возможности всех современных видов первичной памяти. Сравнительно долговременное хранилище данных, расположенное вне системной платы компьютера, называется вторичным хранилищем данных (secondary storage). Внешняя (долговременная) память - это место длительного хранения данных (программ, результатов расчётов, текстов и т.д.), не используемых в данный момент в оперативной памяти компьютера. Внешняя память, в отличие от оперативной, является энергонезависимой. Носители внешней памяти, кроме того, обеспечивают транспортировку данных в тех случаях, когда компьютеры не объединены в сети (локальные или глобальные). Для работы с внешней памятью необходимо наличие накопителя (устройства, обеспечивающего запись и (или) считывание информации) и устройства хранения - носителя.

1. История создания

   Изначально  все накопители данных были внешними и подсоединялись к компьютерам  с помощью кабелей, что было обусловлено  общим уровнем развития технологии хранения информации. В частности, в 1956 году компания IBM создала первый накопитель на жестких магнитных  дисках, который представлял собой  огромный шкаф. В нем находился  пакет из 50 большущих пластин  диаметром 24 дюйма каждая. При этом информационная емкость такого диска  составляла всего 5 Мбайт. Отдельные  пластины были смонтированы на вращающемся  шпинделе. Специальный механический кронштейн содержал головки чтения и записи и перемещался вверх-вниз на вертикальном стержне. Несмотря на такую громоздкость конструкции, она  послужила прототипом для создания всех последующих жестких магнитных  дисков. Правда, сегодня уже используется отдельная пара головок чтения-записи для каждой магнитной поверхности, а не общая на весь диск. Благодаря  этому изобретению накопители на жестких магнитных дисках стали  основным средством хранения и записи информации в течение последующих  десятилетий и вплоть до наших дней.

   В начале семидесятых годов все  та же компания IBM выпустила первый в мире малогабаритный жесткий диск, который был помещен в полностью  закрытый корпус. С течением времени  накопители данных начали «проникать»  внутрь персональных компьютеров. Внутренние жесткие диски до сих пор верой  и правдой служат каждому пользователю ПК, который размещает на них необходимую  информацию. В тоже время постоянное увеличение объемов размещаемой информации и появление хакерских угроз привели к изобретению внешних дисков. 
Такие внешние HDD накопители стали использоваться в качестве средств хранения данных в дополнение к внутренним жестким дискам компьютера. Внешний HDD накопитель представляет собой обычный жесткий диск, который имеет USB-выход подключения к компьютеру или ноутбуку. Главное преимущество внешних HDD накопителей заключается в том, что они позволяют записывать и хранить большие объемы информации. В частности, сегодня можно легко приобрести внешний HDD накопитель емкостью до 1 Тб.

2. Внешняя память компьютера

   Внешняя память компьютера или ВЗУ - важная составная часть электронно-вычислительной машины, обеспечивающая долговременное хранение программ и данных на различных носителях информации. Внешние запоминающие устройства (ВЗУ) - можно классифицировать по целому ряду признаков: по виду носителя, по типу конструкции, по принципу записи и считывания информации, по методу доступа и т.д. При этом под носителем понимается материальный объект, способный хранить информацию.

   Свойства  внешней памяти:

• ВЗУ энергонезависима, целостность её содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер.
• В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором.

   В состав внешней памяти включаются:

• НЖМД – накопители на жёстких магнитных дисках.
• НГМД – накопители на гибких магнитных дисках.
• НОД – накопители на оптических дисках (компакт-дисках CD-R, CD-RW, DVD).
• НМЛ – накопители на магнитной ленте (стримеры).
• Карты памяти.

   Накопители – это запоминающие устройства, предназначенные для длительного (то есть не зависящего от электропитания) хранения больших объемов информации.

   Кроме основной своей характеристики –  информационной емкости – дисковые накопители характеризуются и двумя другими показателями: временем доступа и скоростью считывания последовательно расположенных байтов.

3.   Накопители на жестких дисках

   Накопитель  на жёстких магнитных дисках (HDD – Hard Disk Drive, винчестер) - это запоминающее устройство большой ёмкости, в котором носителями информации являются круглые алюминиевые пластины, обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. Используется для постоянного хранения информации - программ и данных. HDD обычно называют«винчестером» – так в свое время стали называть одну из первых моделей Накопителя на жёстких магнитных дисках, которая имела обозначение «30/30» и этим напоминала маркировку известного оружия.¹

1. Характеристики

   Интерфейс — совокупность линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических  средств, поддерживающих эти линии, и правил обмена. Серийно выпускаемые  внутренние жёсткие диски могут  использовать интерфейсы ATA, SATA, eSATA, SCSI, SAS, FireWire, SDIO и Fibre Channel.

   Ёмкость — количество данных, которые могут  храниться накопителем. С момента  создания первых жёстких дисков в  результате непрерывного совершенствования  технологии записи данных их максимально  возможная ёмкость непрерывно увеличивается. Ёмкость современных жёстких  дисков на ноябрь 2010 г. достигает 3000 ГБ. В отличие от принятой в информатике системы приставок, обозначающих кратную 1024 величину, производителями при обозначении ёмкости жёстких дисков используются величины, кратные 1000. Так, ёмкость жёсткого диска, маркированного как «200 ГБ», составляет 186,2 ГиБ.

   Физический  размер. Почти все современные  накопители для персональных компьютеров  и серверов имеют ширину либо 3,5, либо 2,5 дюйма — под размер стандартных  креплений для них соответственно в настольных компьютерах и ноутбуках. Также получили распространение  форматы 1,8 дюйма, 1,3 дюйма, 1 дюйм и 0,85 дюйма. Прекращено производство накопителей  в форм-факторах 8 и 5,25 дюймов.

   Время произвольного доступа — среднее  время, за которое винчестер выполняет  операцию позиционирования головки  чтения/записи на произвольный участок  магнитного диска. Диапазон этого параметра  — от 2,5 до 16 мс. Как правило, минимальным  временем обладают серверные диски, самым большим из актуальных — диски для портативных устройств. Для сравнения, у SSD накопителей этот параметр меньше 1 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 винчестеры со следующими стандартными скоростями вращения: 4200, 5400 и 7200, 5400, 5900, 7200 и 10 000, 10 000 и 15 000 об/мин. Увеличению скорости вращения шпинделя в винчестерах для ноутбуков препятствует гироскопический эффект, влияние которого пренебрежимо мало в неподвижных компьютерах.

   Надёжность  — определяется как среднее время  наработки на отказ. Также подавляющее  большинство современных дисков поддерживают технологию S.M.A.R.T.

   Количество  операций ввода-вывода в секунду  — у современных дисков это  около 50 оп./с при произвольном доступе к накопителю и около 100 оп./сек при последовательном доступе.

   Потребление энергии — важный фактор для мобильных  устройств.

   Уровень шума — шум, который производит механика накопителя при его работе. Указывается  в децибелах. Тихими накопителями считаются  устройства с уровнем шума около 26 дБ и ниже. Шум состоит из шума вращения шпинделя и шума позиционирования.

   Сопротивляемость  ударам — сопротивляемость накопителя резким скачкам давления или ударам, измеряется в единицах допустимой перегрузки во включённом и выключенном состоянии.

   Скорость  передачи данных при последовательном доступе:

• внутренняя зона диска: от 44,2 до 74,5 Мб/с;
• внешняя зона диска: от 60,0 до 111,4 Мб/с.

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

2.   Производители

   Изначально  на рынке было большое разнообразие жёстких дисков, производившихся  множеством компаний. В связи с  ужесточением конкуренции и понижением норм прибыли большинство производителей было либо куплено конкурентами, либо перешло на другие виды продукции. На сегодняшний день большая часть всех винчестеров производится всего несколькими компаниями: Seagate, Western Digital, Samsung, а также ранее принадлежавшим IBM подразделением по производству дисков фирмы Hitachi. Fujitsu продолжает выпускать жёсткие диски для ноутбуков и SCSI-диски, но покинула массовый рынок в 2001 году. Toshiba является основным производителем 2,5- и 1,8-дюймовых ЖД для ноутбуков. Достаточно яркий след в истории жёстких дисков оставила компания Quantum. Одним из лидеров в производстве дисков являлась компания Maxtor. В 2001 году Maxtor выкупила подразделение жёстких дисков компании Quantum. В 2006 году состоялось слияние Seagate и Maxtor. В середине 1990-х годов существовала компания Conner, которую купила Seagate. В первой половине 1990-х существовала фирма Micropolis, производившая очень дорогие диски premium-класса. Но при выпуске первых в отрасли винчестеров на 7200 об/мин ею были использованы некачественные подшипники главного вала, поставлявшиеся фирмой Nidec, и Micropolis понесла фатальные убытки на возвратах, разорилась и была полностью выкуплена компанией Seagate. Весной 2011 производство жёстких дисков фирмы Hitachi купила Western Digital. В тоже время Samsung продала своё HDD подразделение Seagate. На 2011 год осталось 3 производителя - Seagate, Western Digital и Toshiba.

   В настоящее время, в связи с  продвижением на рынок внешних накопителей  и развитием технологий типа SSD, количество фирм предлагающих готовые решения  вновь возросло.

3. Принцип работы

   Принцип работы жёстких дисков похож на работу магнитофонов. Рабочая поверхность  диска движется относительно считывающей  головки. При подаче переменного  электрического тока на катушку головки  возникающее переменное магнитное  поле из зазора головки воздействует на ферромагнетик поверхности диска  и изменяет направление вектора  намагниченности доменов в зависимости  от величины сигнала. При считывании перемещение доменов у зазора головки приводит к изменению  магнитного потока в магнитопроводе головки, что приводит к возникновению переменного электрического сигнала в катушке из-за эффекта электромагнитной индукции.

   В последнее время для считывания применяют магниторезистивный эффект и используют в дисках магниторезистивные головки. В них изменение магнитного поля приводит к изменению сопротивления, в зависимости от изменения напряжённости  магнитного поля. Подобные головки  позволяют увеличить вероятность  достоверности считывания информации.

4. Методы  записи

1. Метод продольной записи

   Биты  информации записываются с помощью  маленькой головки, которая, проходя  над поверхностью вращающегося диска, намагничивает миллиарды горизонтальных дискретных областей — доменов. При  этом вектор намагниченности домена расположен продольно, то есть параллельно  поверхности диска. Каждая из этих областей является логическим нулём или единицей, в зависимости от намагниченности.

   Максимально достижимая при использовании данного  метода плотность записи составляет около 23 Гбит/см². К 2010 году этот метод был практически вытеснен методом перпендикулярной записи.

2. Метод перпендикулярной записи

   Метод перпендикулярной записи — это технология, при которой биты информации сохраняются в вертикальных доменах. Это позволяет использовать более сильные магнитные поля и снизить площадь материала, необходимую для записи 1 бита. Плотность записи у современных образцов — 400 Гбит на кв/дюйм.

   Жёсткие диски с перпендикулярной записью  доступны на рынке с 2005 года.

3. Метод тепловой магнитной  записи

   Метод тепловой магнитной записи на данный момент самый перспективный из существующих, сейчас он активно разрабатывается. При использовании этого метода используется точечный подогрев диска, который позволяет головке намагничивать очень мелкие области его поверхности. После того, как диск охлаждается, намагниченность «закрепляется». На рынке ЖД данного типа пока не представлены, есть лишь экспериментальные образцы, плотность записи которых 150 Гбит/см². Разработка HAMR-технологий ведется уже довольно давно, однако эксперты до сих пор расходятся в оценках максимальной плотности записи. Так, компания Hitachi называет предел в 2,3−3,1 Тбит/см², а представители Seagate Technology предполагают, что они смогут довести плотность записи HAMR-носителей до 7,75 Тбит/см². Широкого распространения данной технологии следует ожидать в 2011—2012 годах.

4. Структурированные носители данных

   Структурированный носитель данных, — перспективная  технология хранения данных на магнитном  носителе, использующая для записи данных массив одинаковых магнитных  ячеек, каждая из которых соответствует  одному биту информации, в отличие  от современных технологий магнитной  записи, в которых бит информации записывается на нескольких магнитных доменах.

1. Магнитные накопители

   Накопитель  на гибких магнитных  дисках - Гибкий диск, дискета (англ.floppy disk) – устройство для хранения небольших объёмов информации, представляющее собой гибкий пластиковый диск в защитной оболочке. Наиболее распространены – «трехдюймовые дискеты». Дискета 3,5 имеет 2 рабочие поверхности, 80 дорожек на каждой стороне, 18 секторов на каждой дорожке (512 байт – каждый сектор).

   Устройство  дискеты: Принцип записи на магнитных носителях основан на намагниченности отдельных участков магнитного слоя носителя. Информация записывается по концентрическим дорожкам (трекам), которые делятся на секторы. Количество дорожек и секторов зависит от типа и формата дискеты. Сектор хранит минимальную порцию информации, которая может быть записана на диск или считана. Емкость сектора постоянна и составляет 512 байтов.²

   Накопители  на магнитной ленте (стримеры).

   Стример (англ. tape streamer) – устройство для резервного копирования больших объёмов информации. В качестве носителя здесь применяются кассеты с магнитной лентой ёмкостью 1 - 2 Гбайта и больше. Недостатком стримеров является их сравнительно низкая скорость записи, поиска и считывания информации.³

2. Карты памяти

   Flash-память (англ. Flash-Memory) – разновидность твердотельной полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти. Flash-память может быть прочитана сколько угодно раз, но писать в такую память можно лишь ограниченное число раз (обычно около 10 тысяч раз). Несмотря на то, что такое ограничение есть, 10 тысяч циклов перезаписи это намного больше, чем способна выдержать дискета или CD-RW.

   Flash память наиболее известна применением в USB Flash Drive. USB Flash Drive (на компьютерном сленге флэшка или карандаш) - носитель информации, использующий Flash - память для хранения данных и подключаемый к компьютеру или иному считывающему устройству через стандартный разъём USB. USB Flash Drive называют также USB Flash-картой.

   Flash-карты получили большую популярность в 2000-е годы из-за компактности, лёгкости перезаписывания файлов и большого объёма памяти (от 32 Мб до 64 Гб). Основное назначение : хранение, перенос и обмен данными, резервное копирование, загрузка операционных систем (LiveUSB) и др.⁴

   Флэш-память широко используется в портативных устройствах, работающих на батарейках и аккумуляторах – цифровых фотокамерах и видеокамерах, цифровых диктофонах, MP3-плеерах, КПК, мобильных телефонах, а также смартфонах и коммуникаторах. Кроме того, она используется для хранения встроенного программного обеспечения в различных устройствах - контроллерах.

   У флэш-дисков отсутствуют какие-либо подвижные части, по форме чаще всего они представляют собой прямоугольные картриджи. Для хранения информации в них используются специализированные микросхемы памяти с металлизацией (металл-нитридные), выполненные по технологии Flash. Дисками их называют условно, поскольку флэш-диски полностью эмулируют функциональные возможности HDD.

   По  существу, флэш-диски - это «полупостоянные» запоминающие устройства, стирание, считывание и запись информации в которых выполняется электрическими сигналами (в отличие от прочих ПЗУ, в которых эти действия производятся лучом лазера или чисто механически – «перепрошивкой»). Количество циклов перезаписи информации в одну и ту же ячейку у флэш-памяти ограничено, но оно обычно превышает 1 миллион – эта величина иногда указывается в паспорте микросхемы.

   Наиболее  распространенные типы карт памяти: 
CompactFlash (CF), MultiMeda Card, SD Card, Memory Stick, SmartMedia, xD-Picture Card, PC-Card (PCMCIA или ATA-Flash). Существуют и другие портативные форм-факторы флэш-памяти, однако встречаются они намного реже перечисленных.

   Флэш-карты бывают двух типов: с параллельным (parallel) и с последовательным (serial) интерфейсом.

   Параллельный:

• PC-Card (PCMCIA или ATA-Flash)
• CompactFlash (CF)
• SmartMedia (SSFDC)

   Последовательный:

• MultiMedia Card (MMC)
• SD-Card (Secure Digital - Card)
• Sony Memory Stick

   Самым старым и самым  большим по размеру следует признать PC Card (ранее этот тип карт назывался PCMCIA [Personal Computer Memory Card International Association]). Карта снабжена ATA контроллером. Благодаря этому обеспечивается эмуляция обычного жесткого диска. В настоящее время флэш-память этого типа используется редко. PC Card бывает объемом до 2GB. Существует три типа PC Card ATA (I, II и III). Все они отличаются толщиной (3,3 5,0 и 10,5 мм соответственно). Все три типа обратно совместимы между собой (в более толстом разъеме всегда можно использовать более тонкую карту, поскольку толщина разъема у всех типов одинакова – 3,3 мм). Питание карт - 3,3В и 5В. ATA-flash как правило относится к форм фактору PCMCIA Type I

   Конструкция карт CompactFlash обеспечивает эмуляцию жёсткого диска с АТА интерфейсом. Разъёмы Compact Flash расположены на торце карты, электрически и функционально повторяя назначение контактов PCMCIA. Карты Compact Flash поддерживают два напряжения: 3.3В и 5В.

   SmartMedia (SSFDC - Solid State Floppy Disk Card) 8 из 22-х контактов карты используются для передачи данных, остальные используются для питания микросхемы, управления и несут на себе другие вспомогательные функции.

   Толщина карты всего лишь 0,76мм.

   SmartMedia - единственный формат флэш-карт, не имеющий встроенного контроллера.

   На  карте имеется специальное углубление (в форме кружочка). Если в это место приклеить соответствующей формы токопроводящий стикер, то карта будет защищена от записи.

   По  сравнению с другими картами  флэш-памяти, в которых используется полупроводниковая память, размещённая  на печатной плате вместе с контроллером и другими компонентами, SmartMedia устроена очень просто. xD-Picture Card - XD следует расшифровывать как eXtreme Digital. Теоретически емкость карт xD может достигать 8ГБ.

   Сообщается, что скорость записи данных на xD будет достигать 3 Мбайт/с, а скорость чтения - 5 Мбайт/с.

   Размеры карты: 20 х 25 х 1,7 мм. Контакты у XD расположены, так же как и у SmartMedia, на лицевой части карты. Карта разработана в качестве замены SmartMedia и продается по сравнимой со SmartMedia цене (возможно, из-за отсутствия встроенного контроллера), благо чипы для xD-Picture Card производятся Toshiba. Теоретический предел емкости – 8GB.

   Карты MMC содержат 7 контактов, реально из которых используется 6, а седьмой формально считается  зарезервированным на будущее. По стандарту MMC способна работать на частотах до 20МГц. Карточка состоит из пластиковой оболочки и печатной платы, на которой расположена микросхема памяти, микроконтроллер и разведены контакты.

   MultiMedia Card работает с напряжением 2.0В - 3.6В, однако спецификацией предусматриваются карты с пониженным энергопотреблением - Low Voltage MMC (напряжение 1.6В - 3.6В).

   Стандарт SPI определяет только разводку, а не весь протокол передачи данных. По этой причине в MMC SPI используется подмножество команд протокола MMC. Режим SPI предназначен для использования в устройствах, которые используют небольшое количество карт памяти (обычно одну). преимущество использования режима SPI состоит в возможности использования уже готовых решений, уменьшая затраты на разработку до минимума. Недостаток состоит в потере производительности на SPI системах, по сравнению с MMC.