Оглавление 

     Введение.

     Устройства  долговременного хранения данных на ПК относятся к внешней памяти устройства, позволяющие сохранять  информацию для последующего ее использования  независимо от состояния компьютера (включен или выключен). Устройства хранения данных могут использовать различные физические принципы хранения информации — магнитный, оптический, электронный — в любых их сочетаниях. Внешняя память принципиально отличается от внутренней (оперативной, постоянной и специальной) памяти способом доступа процессора (исполняемой программы) к ее содержимому.

     Характерной особенностью внешней памяти является то, что ее устройства оперируют  блоками информации, но никак не байтами или словами, как это  позволяет оперативная память. Эти блоки обычно имеют фиксированный размер, кратный степени числа 2. Блок может быть переписан из внутренней памяти во внешнюю или обратно только целиком, и для выполнения любой операции обмена с внешней памятью требуется специальная процедура (подпрограмма). Процедуры обмена с устройствами внешней памяти привязаны к типу устройства, его контроллеру и способу подключения устройства к системе (интерфейсу).

1. Принципы  и средства долговременного  хранения информации.

     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).

     В основном используются накопители на гибких магнитных дисках (НГМД) или дискеты, накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД) или винчестер и накопители на лазерных компакт-дисках или CD-диски. Кроме того, в последнее время все большую популярность стали приобретать различные сменные карты памяти.

     Основными принципами всех средств долговременного хранения информации являются [3;92]:

     1. Информационная емкость – максимально возможный объем хранимой информации. Выражается в мегабайтах (для дискет и CD-дисков) и гигабайтах (для винчестеров).

     2. Время доступа к информации  – временной интервал между  моментом, когда процессор запрашивает  с диска данные, и моментом их выдачи. Измеряется в миллисекундах (мс). Наибольшее время доступа к информации у накопителей на гибких магнитных дисках (дискетах), а наименьшее – у винчестеров.

     3. Скорость чтения и записи информации  – определяется количеством байт, прочитанных/записанных в секунду. Выражается в Мбайт/с.

     Так же устройства хранения данных могут  использовать различные физические принципы хранения информации — магнитный, оптический, электронный — в любых  их сочетаниях.

     Внешняя память - это память, реализованная  в виде внешних, относительно материнской платы, устройств с разными принципами хранения информации и типами носителя, предназначенных для долговременного хранения информации. В частности, во внешней памяти хранится все программное обеспечение компьютера. Устройства внешней памяти могут размещаться как в системном блоке компьютера, так и в отдельных корпусах. Физически, внешняя память реализована в виде накопителей [1;69.].

     Накопители - это запоминающие устройства, предназначенные  для продолжительного (что не зависит от электропитания) хранения больших объемов информации. Емкость накопителей в сотни раз превышает емкость оперативной памяти или вообще неограниченная, когда речь идет о накопителях со сменными носителями [6;27].

     Накопитель  можно рассматривать как совокупность носителя 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.

     Основные  виды накопителей:

• накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);
• накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД);
• накопители на магнитной ленте (НМЛ);
• накопители CD-ROM, CD-RW, DVD.

Им  соответствуют основные виды носителей:

• гибкие магнитные диски (Floppy Disk) (диаметром 3,5’’ и ёмкостью 1,44 Мб; диаметром 5,25’’ и ёмкостью 1,2 Мб (в настоящее время устарели и практически не используются, выпуск накопителей, предназначенных для дисков диаметром 5,25’’, тоже прекращён)), диски для сменных носителей;
• жёсткие магнитные диски (Hard Disk);
• кассеты для стримеров и других НМЛ;
• диски CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD.

2. Запоминающие  устройства ПК: классификация, принципы их работы и характеристики.

Различные способы  хранения и записи информации служат для разных целей, на сегодняшний день не существует универсального запоминающего устройства, 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) [4,105].

     Запоминающие  устройства принято делить на виды и категории в связи с их принципами функционирования, эксплуатационно-техническими, физическими, программными и др. характеристиками. Так, например, по принципам функционирования различают следующие виды устройств:

1. электронные,
2. магнитные,
3. оптические
4. смешанные – магнитооптические.

     Каждый  тип устройств организован на основе соответствующей технологии:

1. Хранения
2. Воспроизведения
3. записи цифровой информации.

     Поэтому, в связи с видом и техническим  исполнением носителя информации, различают: электронные, дисковые и ленточные  устройства.

Основные  характеристики накопителей и носителей:

• информационная ёмкость;
• скорость обмена информацией;
• надёжность хранения информации;
• стоимость.

Классификация запоминающих устройств ПК.

1. Накопители на жёстких дисках (винчестеры) предназначены для постоянного хранения информации, используемой при работе с компьютером: программ операционной системы, часто используемых пакетов программ, редакторов документов, трансляторов с языков программирования и т.д. Наличие жёсткого диска значительно повышает удобство работы с компьютером.

     Основные  физические и логические параметры ЖД.

• Диаметр дисков. Наиболее распространены накопители с диаметром дисков 2.2, 2.3, 3.14 и 5.25 дюймов.
• Число поверхностей — определяет количество физических дисков, нанизанных на ось.
• Число цилиндров — определяет, сколько дорожек будет располагаться на одной поверхности.
• Число секторов — общее число секторов на всех дорожках всех поверхностей накопителя.
• Число секторов на дорожке — общее число секторов на одной дорожке. Для современных накопителей показатель условный, т.к. они имеют неравное число секторов на внешних и внутренних дорожках, скрытое от системы и пользователя интерфейсом устройства.
• Время перехода от одной дорожки к другой обычно составляет от 3.5 до 5 миллисекунд, а у самых быстрых моделей может быть от 0.6 до 1 миллисекунды. Этот показатель является одним из определяющих быстродействие накопителя, т.к. именно переход с дорожки на дорожку является самым длительным процессом в серии процессов произвольного чтения/записи на дисковом устройстве.
• Время установки или время поиска — время, затрачиваемое устройством на перемещение головок чтения/записи к нужному цилиндру из произвольного положения.
• Скорость передачи данных, называемая также пропускной способностью, определяет скорость, с которой данные считываются или записываются на диск после того, как головки займут необходимое положение. Измеряется в мегабайтах в секунду (MBps) или мегабитах в секунду (Mbps) и является характеристикой контроллера и интерфейса.

     С точки зрения операционной системы  элементарной единицей размещения данных на диске является кластер. Он представляет собой группу секторов, с точностью до которой происходит размещение файлов на диске. Сектор представляет собой зону дорожки, в которой собственно и хранятся разряды данных.

       Емкость винчестера – его основная характеристика. Сегодня объем данных, которые можно записать должен быть не менее 10-15 Гб, но требования программного обеспечения постоянно растут, поэтому жесткий диск придется менять раз в 1-2 года в зависимости от то того насколько интенсивно и с какими целями используется компьютер.

     Еще одой характеристикой является время  доступа необходимое HDD для поиска любой информации на диске. Среднее  время доступа, на сегодняшний день, для лучших IDE и SCSI дисков  - это  значение меньше 2 мс.  Среднее время поиска – время, в течение которого магнитные головки перемещаются от одного цилиндра к другому главным образом зависит от механизма привода  головок, а не от интерфейса. Скорость передачи данных, зависит от количества байт в секторе,  количестве секторов на дорожке и от скорости вращения дисков (3000-3600 об./мин. Самые современные HDD – 7200 об./мин.). Производители дают гарантию надежности устройства, которая обычно составляет 20000-500000 часов. Наработка винчестера за год составит 8760 часов, что делает этот параметр не важным, так как винчестер морально устареет раньше, чем физически.

2. Дискета представляет собой круглый кусок гибкого пластика, покрытый магнитным окислом. Магнитные диски, использующиеся на больших компьютерах, изготавливаются из жестких металлических пластин, а для дискет используются гибкие пластиковые кружки, что и дало им популярное название "гибкие" или "флоппи" - диски. То, что эти диски были сделаны гибкими, значительно уменьшило вероятность их повреждения при обращении с ними и это в значительной мере определило их успех. Сейчас в компьютерах используются накопители для дискет размером 3,5 дюйма (89 мм) и ёмкостью 1,44  Мбайт. Эти дискеты заключены в жёсткий пластмассовый конверт, что значительно повышает их надёжность и долговечность. На дискетах 3,5 дюйма имеется специальный переключатель - защёлка, разрешающая или запрещающая запись на дискету.

     Дискеты требуют аккуратного обращения. Они могут быть повреждены, если

• дотрагиваться до записывающей поверхности;
• писать на этикетке дискеты карандашом или шариковой ручкой;
• сгибать дискету;
• перегревать дискету (оставлять на солнце или около батареи отопления);
• подвергать дискету воздействию магнитных полей.

     Перед использованием дискета должна быть форматирована, т.е. должна быть создана её логическая и физическая структура.

3. Магнитооптика, так называемые магнитооптические дисководы. МО-привод представляет собой накопитель информации, в основу которого положен магнитный носитель с оптическим (лазерным) управлением. Существуют следующие форматы магнитооптических дисков: Односторонние 3,5”,Двусторонние 5,25”, 2.5” диски MD Data, разработанные фирмой Sony, 1.2” диски фирмы Maxell

     Конечно, оптические накопители значительно  опережают магнитооптические в  скорости записи и объемах хранимых данных но, увы, значительно проигрывают им в надежности хранения данных. Для примера, испортить данные на магнитооптическом диске довольно трудно; во-первых, диск заключен в картридж, предохраняющий от царапин; во-вторых — для того, чтобы стереть данные на магнитооптическом диске, необходимо нагреть его до очень высокой температуры Сегодня в продаже встречаются MOD 5,25”емкостью 4,6 Гб. Главное их преимущество, это возможность перезаписи информации. Тем не менее, эти устройства имеют слишком высокую цену.

4. Стримеры (Tape Drive) - Устройства хранения данных на магнитной ленте, являются распространенным средством архивации данных. Они относятся к категории устройств хранения Off-Line, для них характерно очень большое время доступа, обусловленное последовательным методом доступа, средняя скорость обмена и большая емкость носителя - от сотен мегабайт до нескольких гигабайт. Существуют стандарты: QIC, TRAVAN, DDS, DAT  и DLT. Существуют стандарты: QIC, TRAVAN, DDS, DAT  и DLT.QIC (Quarter Inch Cartridge) отличается низким быстродействием, так как подключается к интерфейсу накопителей на гибких дисках. Существуют кассеты  объемом от 40 Мб до 13 Гб.  TRAVAN разработан на основе QIC, в зависимости от объема информации, на которую рассчитана кассета (400-4000 Мб) использует контроллер накопителя на магнитных дисках или SCSI-2 (для кассет объемом 4000 Мб). DSS (Digital Data Storage) и DAT (Digital Audio Tape) стандарты разработаны фирмой Sony  и используются для цифровой аудио и видео записи. DLT – самый современный стандарт, появился в середине 90-х годов. Накопители, использующие эту технологию, могут хранить 20-40 Гб данных. Суммарная емкость ленточных библиотек построенных на основе DLT-кассет может достигать 5 Тб.
5. Флэш-память. С появлением флэш-памяти производители электроники получили возможность без особых проблем и затрат оснастить свои устройства новым типом накопителей. Налицо были выгоды – низкое энергопотребление, высокая надежность (из-за отсутствия движущихся деталей) и устойчивость к внешним воздействиям и нагрузкам.

     USB Flash Drive - портативное устройство  для хранения и переноса данных  с одного компьютера на другой. Компактный, легкий, удобный и удивительно простой в эксплуатации. Для его работы не нужны ни соединительные кабели, ни источники питания (включая батарейки), ни дополнительное программное обеспечение. Особенности USB Flash Drive: высокая скорость обмена данными по USB, защита от записи переключателем на корпусе , защита данных паролем, не требуются драйверы и внешнее питание, может быть отформатирован как загрузочный диск , хранение данных до 10 лет.

     В 1994 году корпорация SanDisk представила  первую ревизию спецификаций CompactFlash. Теоретический предел емкости накопителей на базе CompactFlash – 137 Гбайт. На данный момент на рынке доступны модели емкостью от 16 Мбайт (которые потихоньку становятся архаизмами) до 12 Гбайт. Но самые распространенные – на 1 и 2 Гбайта. CompactFash – самый популярный формат на цифровых фотокамерах профессионального уровня. В 2000 году компаниями SanDisk, Matsushita Electric и Toshiba был создан союз , названный SecureDigital Card Association  До 2003-2004 года на рынке карт памяти существовал ярко выраженный лидер CompactFlash. Этому способствовали несколько обстоятельств: емкость CF достигла 4 Гбайт, в то время как SD остановились на отметке 1 Гбайт; скорость работы CF значительно превышала возможности конкурента; целый легион компаний производил всевозможные контроллеры в формате CF. Однако с 2004 года стало заметно, что SecureDigital очень сильно укрепил позиции и догоняет более «старого» конкурента. Если раньше CF был де-факто единственный открытый стандарт, пригодный для использования в мобильных устройствах, то теперь производители новой портативной техники стали массово переходить на SD из-за их меньшего размера.

6. Оптическая технология. Самым распространенным представителем этого семейства является СD-ROM. Его характерезуют следующие показатели:

• По сравнению с винчестером он надежнее в транспортировке

• CD-ROM имеет большую емкость, порядка 700Мб
• CD-ROM практически не изнашивается

     Минимальная скорость передачи данных у CD-ROM составляет 150Кбайт/с и возрастает в зависимости от модели привода, т.е. 52-х скоростной CD-ROM ,будет иметь 52*150 = 7,8Мб/с.

     CD-ROM являются, в основном, адаптацией компакт-дисков цифровых аудиозаписывающих систем. Цифровые данные записываются на диск, используя специальное записывающее устройство, которое наносит микроскопические ямки на поверхности диска. Информация, закодированная с помощью этих ямок, может быть прочитана просто путем регистрации изменения отраженности (ямки будут темнее, чем фон блестящего серебристого диска). Как только CD-ROM будет отштампован с помощью прессов, данные уже не могут быть изменены, углубления будут вечны.

     Перезаписываемые  оптические устройства(CD-RW) выполняют именно то, что следует из их названия. Данные могут быть записаны на такие диски в форме, которая позволяет их оптическое считывание. Идея оптических перезаписываемых носителей заставила различных производителей начать развитие, по крайней мере, трех технологий - красящих полимеров, фазовых изменений и магнитооптики, две из которых позволили обеспечить высокую плотность хранения, возможную только на оптических носителях, а третья дала потенциальную возможность развивать эти носители в направлении обеспечения перезаписи хранимых данных. В системах с красящим полимером подкрашенный внутренний слой обесцвечивается от нагрева лазером. В системах с изменением фазы, материал, используемый для записи, может быть в виде правильной кристаллической решетки или в виде хаотично расположенных молекул, при этом его отражательная система изменяется. Недостаток перезаписываемых дисков, основанных на первых двух принципах - старение рабочего материала, третьего - невысокая скорость записи.

7. DVD-ROM. Дальнейшее развитие в области оптической записи привело к появлению стандарта DVD. Компакт-диск этого формата имеет такие же размеры (4,75”),как и CD, но имеет большую емкость. Для того чтобы достичь шести-семикратного увеличения плотности хранения данных по сравнению с CD-R(RW), нужно было изменить две ключевых характеристики записывающих устройств: длину волны записывающего лазера и относительное отверстие объектива, который его фокусирует. В технологии CD-R применяется инфракрасный лазер с длиной волны 780 нанометров (нм), в то время как DVD-R(RW) использует красный лазер с длиной волны либо 635, либо 650 нм. В то же время, относительное отверстие объектива типичного устройства CD-R(RW) равно 0,5, а устройства DVD-R(RW) - 0,6. Такие характеристики аппаратуры позволяют наносить на диски DVD-R(RW) метки размером всего лишь 0,40 мкм, что гораздо меньше минимального размера метки CD-R(RW) - 0,834 мкм.

      DVD является носителем, который может содержать любой тип информации, который обычно размещается на массово выпускаемых дисках DVD: видео, аудио, изображения, файлы данных, мультимедийные приложения и так далее. В зависимости от типа записанной информации диски DVD-R и DVD-RW можно использовать на стандартных устройствах воспроизведения DVD, включая большинство дисководов DVD-ROM и проигрывателей DVD-Video.

8. Голографические устройства. В своё время 650 мегабайт, помещавшиеся на оптическом диске, казались не таким уж и малым объёмом. Но информации становится всё больше, и зачастую оказывается, что хранить её просто негде. Выходом из сложившейся ситуации могут стать новые технологии, в частности— голографическая запись. Почему именно она? Дело в том, что на появившиеся в стандарты Blu-Ray, Blue-Laser и HD-DVD ("идейно" они очень похожи на обычный DVD) надежды мало. Пока закончатся ожесточённые "войны стандартов", 20 или 50 гигабайт, которые возможно записать на подобные носители, покажутся нам не слишком большими числами. Голографическая запись, анонсированная ещё в 2001 году компанией InPhase Technologies, позволяет записать на диск стандартного размера до 1,6 терабайта данных. Суть ноу-хау достаточно проста. Для записи луч лазера разделяется на опорный и сигнальный потоки, последний обрабатывается с помощью пространственного светового модулятора (Spatial Light Modulator — SLM). Это устройство преобразует предназначенные для хранения данные, состоящие из последовательностей 0 и 1, в "шахматное поле" светлых и тёмных точек — каждое такое поле содержит около миллиона бит информации.

     После пересечения опорного луча и проекции "шахматной доски" образуется голограмма, и на носитель производится запись интерференционной картины. Изменяя угол наклона опорного луча, а также длину его волны или положение носителя, на одну и ту же площадь можно записать несколько различных голограмм одновременно — этот процесс называется мультиплексированием. Для чтения данных достаточно осветить диск соответствующим опорным лучом и "прочитать" получившийся срез голограммы, фактически – ту самую "шахматную доску" — с помощью сенсора. Так и восстанавливаются исходные биты информации. Кроме объёмов хранения, в технологии впечатляют и остальные характеристики. Так, например, заявленная скорость передачи данных составляет 960 мегабит в секунду.

       Конечно же, Maxel и InPhase Technologies — далеко не единственные компании, работающие на ниве голографической записи данных. В Японии подобные устройства собирается выпускать фирма OptWare.  Кстати, обитатели Страны Восходящего Солнца  даже сформировали для продвижения этого стандарта альянс (HVD Aliance),  в состав которого входят такие гиганты, как FujiFilm. Их технологическое решение выглядит даже несколько более привлекательным: во-первых, никаких громоздких картриджей, напоминающих о пятидюймовых дискетах, а во-вторых, конструкторы обещают сделать так, чтобы в новом дисководе можно было проигрывать и стандартные CD и DVD-диски.

9. MODS-диски. Физики из Имперского колледжа в Лондоне (Imperial College) разработали оптический диск размером с CD или DVD, в котором помещается 1 терабайт данных (или 472 часа высококачественного видео), что на порядки больше не только по сравнению с DVD-ROM, но и с одной из самых последних развивающихся систем дисков формата Blu-Ray. Новый формат назван MODS (Multiplexed Optical Data Storage). Его секрет заключается не только в размерах одного пита (это углубления, которые считывает луч лазера) или их плотной упаковке. Главное новшество — один пит в MODS кодирует не один бит (1 или 0, как у всех прежних систем записи), а десятки бит.Дело в том, что каждый пит в новом формате не симметричен. Он содержит небольшую дополнительную впадинку, наклонённую вглубь под одним из 332 углов. Они создали аппаратуру и специальное программное обеспечение, позволяющее точно идентифицировать тонкие различия в отражении света от таких питов. По прогнозу физиков, серийные диски MODS и дисководы для них могут прийти на рынок между 2011 и 2015 годами, при условии финансирования дальнейшей работы группы. Интересно, что эти приводы будут обратно совместимыми с DVD и CD, хотя, разумеется, нынешние дисководы MODS-диски прочитать не смогут.
10. Перпендикулярная запись. Согласно прогнозам консультационной компании TrendFocus, жёсткие диски обычного настольного компьютера достигнут объёма 500-600 гигабайт. На ноутбуки будут устанавливать диски поменьше — 300 гигабайт, а в КПК и разных мелких мобильных устройствах обычным делом будут объёмы около 20 гигабайт. В настоящее время все чаще выходит в понятие "перпендикулярной записи данных", основанная на ориентации магнитных частиц перпендикулярно поверхности диска, которая позволит записывать до 1 Тб в стандартном 3,5-дюймовом форм-факторе. Упрощённо, биты (намагниченные участки) не лежат "навзничь" на поверхности диска, как это имеет место в обычной (продольной) записи, а стоят вертикально, перпендикулярно плоскости диска. Компания Maxtor, например, объявила о создании работающего прототипа такого диска, с объёмом записи до 175 Гб на пластину еще в 2005 году, и уже тогда большинство производителей начинало промышленное производство по этой технологии.

     Таким образом, здесь приведён обзор основных запоминающих устройств ПК и их характеристик.

Заключение

     Внешняя память предназначена для длительного хранения программ и данных, и целостность её содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер. В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором.

     Информации  становится всё больше, и зачастую оказывается, что хранить её просто негде. Выходом из сложившейся ситуации могут стать новые технологии. Новые технологии, стимулируют развитие средств хранения данных с более расширенными объемом. В настоящее время на рынке две конкурирующие системы хранения данных, HD-DVD и Blu-ray, являются лидерами нового поколения средства хранения информации с большим объемом памяти.

     И пока закончатся ожесточённые "войны стандартов", 20 или 50 гигабайт, которые возможно записать на подобные носители, уже покажутся нам не слишком большими числами.

Список  использованной литературы

1. Гейн А.Г., Сенокосов А.И., Шолохович В.Ф. Информатика: 7-9 кл. Учеб. для общеобразоват. учеб. заведений — М.: Дрофа, 2010.
2. Каймин В.А., Щеголев А.Г., Ерохина Е.А., Федюшин Д.П. Основы информатики и вычислительной техники: Проб. учеб. для 10-11 классов средн. школы. — М.: Просвещение, 1989.
3. Кушниренко А.Г., Лебедев Г.В., Сворень Р.А. Основы информатики и вычислительной техники: Учеб. для средн. учеб. заведений. — М.: Просвещение, 2009.
4. Малинина Л., «Основы информатики: Учебник для вузов». М., 2010.
5. Семакин И., Залогова Л., Русаков С., Шестакова Л. Информатика: уч. по базовому курсу. — М.: Лаборатория Базовых Знаний, 1998.
6. Симонович С., Евсеев Г. Общая информатика. Учебное пособие. М., 2008.
7. Угринович Н. Информатика и информационные технологии. Учебное пособие для общеобразовательных учреждений. — М.: БИНОМ, 2009.