Современные информационные носители

  1. Введение

     В ХХI веке информация играет очень важную роль в жизни общества. Она затрагивает все аспекты жизни человека от покупки продуктов до запуска спутника в космос. Но мало только владеть информацией, нужно также её хранить и передавать. Эта работа посвящена сравнению различных, широко распространенных на сегодняшний день носителей информации. Цель работы - попытка выявить сильные и слабые стороны различных носителей информации, таких как оптические диски, винчестеры и flash-память, и выяснить в какой ситуации лучше применять те или иные из них. В работе использовался материал из книг, учебных пособий и научных статей, на основе которых был проведен сравнительный анализ. 

 

  1. Носители информации на магнитных дисках
    1. Гибкие  магнитные диски

     В настоящие время в основном пользуются следующими носителями информации: оптические диски, накопители на жестком магнитном диске и различные флеш и мультимедиа карты. Но вернемся в прошлое, когда жесткие диски до 1 Гбайта были вполне обычным явлением,  и посмотрим, чем пользовались тогда. На компьютерах тогда стояло два дисковода для дискет (накопители на гибком магнитном диске) размером 5,25 дюйма чаще всего имели ёмкость 360 Кбайт (Doubel Side/Doubel Densty) и 1,2 Мбайта (Doubel Side/High Densty).1

     На  компьютерах моделей IBM PC AT и PS/2 устанавливались накопители для чтения и записи дискет ёмкостью 1,2 Мбайта. Такие накопители могут так же читать дискеты ёмкостью 360 Кбайт, но информация, записанная ими на такие дискеты, плохо считывается на дисководах для дискет ёмкостью 360 Кбайт.

     На 3,5 дюймовые дискеты можно записать до 0,7 или до 1,44 Мбайта. Раньше они использовались в основном в портативных компьютерах. Эти дискеты заключены в жёсткий пластмассовый корпус, что повышает их надежность. В связи с этим дискеты 3,5 дюйма в своё время вытеснили дискеты размером 5,25 дюймов.

    1. Жёсткие магнитные диски

     Но  в чём же хранятся данные до записи на дискеты? Он хранятся на винчестере. Трудно поверить, что первые винчестеры появившиеся в начале 70-х годов, имели ёмкость не более десятка килобайт. А когда на рынке появились 10-мегабайтные винчестеры, почти все пользователи не знали, чем заполнить такой объём. Со временем ёмкость жёсткого диска возросла в тысячи раз, однако принципы его устройства не претерпели изменений.

      1. Строение

     Как и прежде, любой «винчестер» состоит из трёх основных блоков. Первый блок и есть, собственно, само хранилище информации – один или несколько стеклянных (или металлических) дисков, покрытых с двух сторон магнитным материалом, на который записываются данные. Магнитная поверхность каждого диска разделена на концентрические «дорожки», которые, в свою очередь, делятся на отрезки-сектора. Дисков в корпусе винчестера может быть несколько, и имеют они две рабочие поверхности.

     Поэтому, наряду с дорожками и секторами, создатели жесткого диска предусмотрели ещё и третье деление – на цилиндры. Цилиндр – это сумма всех совпадающих друг с другом дорожек по вертикали, по всем рабочим поверхностям.

     Второй  блок – механика жёсткого диска, ответственная  за вращение этого массива «блинов»  точное позиционирование системы считывающих головок. Каждой рабочей поверхности жёсткого диска соответствует одна читающая головка, причём располагаются они по вертикали точным столбиком.

     Наконец, третий блок включает в себя электронную  начинку – микросхемы, ответственные за обработку данных, коррекцию возможных ошибок и управление механической частью, а так же микросхемы кеш-памяти.

      1. Характеристики
        1. Объём

     Первым  и главным примером любого винчестера является, конечно же, количество информации, которое он способен хранить. Сегодня вряд ли стоит покупать винчестер с объемом меньше 100 Гбайт, тем более что разница в цене между винчестерами на порядок меньше их разницы в объёме: переплатив всего лишь 30% стоимости вы можете приобрести жёсткий диск вдвое большей ёмкости. Это происходит потому что, часто для получения некоторого винчестера затирают одну з поверхностей магнитного диска винчестера большего размера. Как правило, в характеристике винчестера указывается размер больший, чем он есть на самом деле. Причиной тому является то, что при расчёте объёма жёсткого диска 1 мегабайт признаётся равным 1000 килобайт, 1 гигабайт -1000 мегабайт. Разница в объёме получается не маленькая – 50 - 150 Мбайт, в зависимости от ёмкости винчестера. И разница эта – отнюдь не в пользу потребителей.

        1. Скорость

     Ещё одна из важных характеристик жёсткого диска это скорость чтения данных. Как ни странно, на этот параметр редко обращают внимание при покупке, считая, что скорость любого современного винчестера большей ёмкости настолько высока, что разница в один-два процента не играет большой разницы. Однако на деле разница доходит до 20% , что не так уж и мало. Средний сегодняшний показатель – около 9-12 Мб/с.

     Производители, конечно же, декларируют совсем другие величины. Считается, что жёсткий диск, соответствующий сертификации UDMA/66, обязан обеспечивать скорость чтения данных не менее 66Мб/с. А современные спецификации UDMA/100 и UMDA/133, по словам разработчиков, гарантируют скорость чтения не менее 100 и 133Мб/с соответственно. Однако на деле эти величины обозначают не скорость чтения данных с диска, а скорость их передачи по АТА-каналу. Скорость же чтения до сиз пор не превышает 50 Мб/с.

     Среднее время доступа и скорость вращения диска, вот ещё сопутствующие параметры, влияющие на скорость получения данных с винчестера. Среднее время доступа – время необходимое диску для доступа к любому выбранному участку. Средний показатель – 7-9 мс. Хотя для доступа к центральным участкам диска требуется меньше времени, поэтому там хранится наиболее часто используемая информация. Средняя скорость вращения диска на сегодня составляет порядка 7200 б/мин, покупать меньше не имеет смысла. Некоторые специалисты утверждают, что чрезмерные скорости вращения диска на самом деле не убыстряют чтения данных, а вот на надёжность хранения информации и срок службы винчестера влияют ощутимо.2

    1. Массивы жёстких дисков

     Иногда  необходимо добиться скорости чтения данных большей, чем 50 Мб/с. Конечно же, можно установить два-три жёстких диска на компьютер, но диски эти будут существовать независимо друг от друга, и достигнуть желаемого результата, увы, не получиться. Иное дело технология RAID (массивы независимых жёстких дисков), которую персональные компьютеры с неким опозданием переняли у больших промышленных ЭВМ. Эта технология имеет несколько модификаций, хотя в домашних ПК чаще всего используются лишь две, самые простые из них.

     Первая  система (RAID 0) позволяет объединить от двух до четырёх винчестеров в единый массив, которое компьютер воспринимает как единое дисковое пространство. Все данные, поступающие на жёсткий диск, RAID –система  разбивает на отдельные блоки, каждый из которых может быть записан на любую часть массива. Естественно, что при такой технологии резко возрастает скорость чтения и записи данных. Существенная прибавка в объёме и скорости, теперь она, наконец, то равна 100 Мб/с. Единственный минус этой системы, что при выходе из строя любого из дисков массива вы можете потерять сразу весь объём информации. А вероятность эта в случае с двумя-тремя дисками, повышается ровно в два-три раза.

     Вторая  схема (RAID 1), напротив, ориентированна не на скорость, а на надёжность. По этой модели в компьютер может быть установлена одна или две пары жёстких дисков, причём одинаковой модели и объёме. Информация, сохраняемая на первом диске пары, тут же дублируется на втором, резервном в режиме «зеркалирования» (mirroring). А значит, даже при поломке одного из дисков вашей информации ничто не угрожает. Такая схема весьма актуальна для бизнесменов, каждый документ которых может иметь ценность большую, чем хранящий его компьютер.

    1. Мобильные винчестеры
      1. Стандартные винчестеры

     Встроенные  жёсткие диски незаменимы при  хранении информации, но иногда требуется  переносить очень большой объём  информации с компьютера на компьютер. Не станешь же каждый раз «потрошить» компьютер. На помощь приходят мобильные винчестеры. Этот вид персональных накопителей появился, пожалуй, раньше всех остальных. И сегодня переживает настоящий ренессанс – пользователи, похоже устали ждать появление единого, стандартного носителя информации и обратились к проверенным средствам и заслуженным устройствам.

     Мобильным может стать любой винчестер. Главное – подобрать для него удобную коробочку, которую можно будет подключить к компьютеру без разбора его. Такие «футляры», снабженные кабелем для подключения к параллельному порту или USB, сегодня выпускаются многими азиатскими фирмами. Стоят они не дорого – 50-60 долл.

     Правда  здесь есть одна тонкость: современные  модели мобильных винчестеров, подключаемые к скоростным портам USB 2.0 или Fire Wire, действительны, удобны и быстры – скорость чтения и записи данных лишь немногим ниже, чем у обычных, встроенных винчестеров. Однако такими портами оборудованы лишь компьютеры, выпущенные после 2002 года. Старый же порт USB 1.1, на который рассчитана добрая половина коробочек, обеспечивает скорость передач данных, не превышающую 1 Мб/с. Представьте, сколько времени потребуются для закачки 60-80 Гб информации, именно такова средняя ёмкость жёсткого диска.

      1. Mobile Rack

     Существует  ещё один вид «боксов» для работы с переносными винчестерами – это так называемые Mobile Rack. Но здесь мобильность несколько ограничена – в корпус компьютера вам необходимо установить специальные «салазки», подключенные к обычному кабелю IDE. А уж в этот приготовленный заранее разъём нужно установить переносной блок с винчестером. На первый взгляд – удобно и практично, ведь Mobile Rack стоит значительно меньше USB-бокса. Но проблем тут гораздо больше, чем преимуществ: во-первых «реки» различных производителей несовместимы между собой. И даже если в том случае, если компьютер друга или коллеги оборудован «салазками», совершенно не факт, что вы сможете без проблем установить в них свой диск. Кроме того, после установки диска вам придется перегружать компьютер: «горячего» подключения интерфейс IDM, в отличии от USB, не предусматривает.

      1. Micro Drive

     Наиболее  компактным из переносных винчестеров  является жёсткий диск Micro Drive/ по сути – это переходное звено от переносных винчестеров к flash-накопителям, и является одним из самым ёмким из них (до 10 Гб). Предназначен для установки в обычный слот формата Compact Flash II и может использоваться вместо обычной flash – карты. Хотя работа с Micro Drive требует дополнительных затрат энергии, что резко снижает срок автономной работы КПК. К примеру, при просмотре фильмов или прослушивании музыки с Micro Drive ваш «накладонник» протянет без подзарядки  более полутора часов вместо положенных 8-10. однако такой формат по карману лишь самым обеспеченным пользователям, поскольку цену мобильных накопителей низкой не назовёшь. Современные флеш- карты (в зависимости от формата) стоят 10- 30 центов за мегабайт ёмкости, у дисков Micro Drive цена немного ниже 10-20 центов, но всё равно дорого.

 

  1. Флеш носители

     Флеш-память – это особый вид энергонезависимой не требующей дополнительных затрат дополнительной энергии для хранения данных, перезаписываемой, полупроводниковой (не содержит механических движущихся частей, как обычные жёсткие диски или CD, построенной на основе интегральных микросхем таких как IC-Chip) памяти.

    1. Flash-«брелки»

     Первые  экземпляры «брелков», содержащих в  себе крохотную пластинку «флеш-памяти», появилась ещё в 2001 году. Эти крошечные устройства действительно не отличаются по форме и размерам от обычного брелка, однако главная их задача – служить мобильным контейнером для информации. Современные «брелки» способны хранить в себе до 12 Гб данных. Самыми популярным сегодня считаются «брелки» от 1 до 8 Гб. После того как стоимость мегабайта упала, популярность флешек резко возросла – сегодня такую игрушку может позволить себе практический каждый пользователь, даже со скромным достатком. Более того, многие современные модели ПК содержат только USB выход.

     Достоинством  flash- «брелков», помимо относительно невысокой цены и большой памяти является малый вес, высокая надёжность  и стандартность (практически все компьютера имеют USB- разъём), высокая скорость при скачивании (ограничивается не пропускной способностью порта, а характеристикам самой флеш-памяти).

     Ячейки  флеш-памяти , в отличие от большинства других типов памяти, не содержит конденсаторов. Она состоит из одного транзистора особой формы. Так же плюсом ячейки флеш памяти и тот фокт, что она прекрасно маштабируетя. Это достигается не только благодаря успехам и минимизации размеров транзисторов, но и потому , что в одной ячейке флеш-памяти можно хранить несколько бит информации. Отличительными характеристиками флешки являются надежность  и долговечность: можно предположить, что информация на ней может храниться до сто лет,  и  способна выдержать значительные механические нагрузки (в 5-10 раз превышающие предельно допустимые для жёстких дисков). Одним из самых главных преимуществ флеш-памяти перед конкурентами состоит в том, что флеш-память потребляет значительно (примерно в 10-20 и более раз) меньше энергии во время работы, чем жёсткие диски и CDи DVD-ROM диски, в которых в свою очередь большая часть энергии уходит на приведение в движение механики этих устройств.

     Другие  виды flash-памяти

     Раз мы упомянули о флеш-брелках, то следует продолжить разговор о различных видах flash-памяти. Если точнее, то о карточках разного формата, которые могут использоваться в различных видах мобильных устройств – от плееров докарманных компьютеров фотоаппаратах. Ниже мы рассмотрим самые распространенные из них.

      1. Compackt Flash

     Карты памяти Compackt Flash обладают наибольшей ёмкостью – и наименьшей ценой. Зато с размерами всё обстоит с точностью до наоборот: карты этого формата в несколько раз больше своих конкурентов(типичный размер – 36,4 *42,8 *3,3 мм). Поэтому в компактных моделях фотоаппаратов вы их не встретите. А вот в профессиональных устройствах, где объём накопителя крайне важен, эти карты как нельзя уместны. Карты и слоты Compact Flash бывают двух модификаций: в разъёмы типа CF II можно установить две карты обычного формата Compact Flash или одну – «увеличенного» типа (сегодня большинство карт этого формата именно в форм-факторе CF II – толщиной около 5 мм).

      1. Secure Digital и Multimedia Card

     Secure Digital (SD) / Multimedia Card (MMC) – главный конкурент Compact Flash. Компактные, быстрые карточки размером 24*32*2,1 мм применяются сегодня в большинстве фотоаппаратов, в МР3 плеерах и прочих околокомпьютерных устройствах. Стоимость их несколько выше – около 60 долларов за карту емкостью 1 Гб.

      1. Extreme Digital

     Extreme Digital (xD) – весьма специфические карты памяти, применяющиеся в фотоаппаратах нескольких фирм (например Olympus). Отличаются самым компактными размерами (20*25*1,7 мм)  и самой высокой ценой. Memory Stick – ещё один «частный» формат созданный корпорацией Sony. Цена примерно 60 долларов за карту памяти 2 Гб.

    1. Рфбота  с Flash

     Считывать и записывать карты флеш-памяти можно  несколькими способами. Самый простой – подключить к ПК устройство, в котором они используются. Но это далеко не всегда оптимальный выход. Многие фотоаппараты и МР3-плееры по каким то причинам не поддерживают быструю передачу данных, работая со скоростью, максимум, старого интерфейса USB 1.1.поэтому лучше заранее обзавестись универсальным картридером. Это устройство, также подключается к порту USB 2.0, обеспечивая при этом максимально возможную скорость передачи данных. К тому же большинство современных картридеров рассчитано на работу со всеми современным картами памяти – от Compact Flash до Memory Stick , стоимость такого аппарата не превышает 10 долларов. Сегодня кардридер заменяет уже практически вышедшие из оборота дисковод.

 

  1. ZIV-носители

     В 2001 году компания Hyundai представила новый тип мобильного накопителя – ZIV-drive, который стал своего рода «недостающим звеном между Flash-брелками и мобильными винчестерами. C мобильными винчестерами ZIV устройство объединяет принцип работы и большая ёмкость. А с «брелками» ZIV роднят вес (около 150 грамм), компактность и, увы, высокая стоимость мегабайта. Проще говоря, ZIV – это тот же мобильный винчестер, только очень маленький, изящный и не нуждающийся в дополнительном питание, которое получает прямо через USB-порт. Накопители ZIV- обладают теми же характеристиками, что и «ноутбучные» винчестеры – сегодня вы можете приобрести устройства ёмкостью от 10 до 100 Гб. Стоимостью накопителя при этом составит (ориентировано) около 5 долларов за гигабайт.

  1. Оптические  диски

     Что и говорить, решение привлекательное  – правда как расходные матерьялы flash-память или ZIV накопители всё равно не будешь. Тут то нас выручают оптические диски. Технология лазерной  записи информации на компакт-диск появилась на свет задолго до рождения ПК. Приоритет в разработке «лазерной технологии принадлежит советским ученым Александру Прохорову и Николаю Басову – создателям первых «холодных» лазеров. В 1968 году компанией Philips был получен первый патент на лазерную запись данных.3

    1. CD-диски

     Нашу  современность можно назвать  эпохой Windows – а это значит, эпохо больших объёмов информации. Когда установочные комплекты программ стали занимать не одну или две, а порой десять и больше перед производителя встала задача создания нового носителя с большим объёмом информации. Нужен был ёмкий, универсальный, достаточно быстрый, и, самое главное дешёвый продукт для хранения информации. И вот тогда нашли свое широкое применение компакты диски, а через десять лет появились  новые DVD диски. Меняются виды записи, меняется плотность записи информации – однако сам компакт-диск за эти годы практически не изменился.

      1. Строение

     Технологически  стандартный диск должен состоять из следующих слоёв: подложка из поликарбонатного пластика, на который отштампован рельеф диска, отражающие покрытия из алюминия, и тонкий защитный слой из поликарбоната (в дорогих дисках) или полимерного лака (в дешёвых дисках), на который наносятся надписи и рисунки (методом шелкографии специальным химически нейтральной краской). Информация с дисков считывается со специальной дорожки, на которую нанесены специальные информационные точки – единицы хранения информации или «биты». Некоторые дешёвые диски имеют очень тонкий защитный слой, либо не имеют его совсем (достаточно частый случай для китайских производителей, экономящих на оборудовании для нанесения защитного покрытия), поэтому отражающее покрытие довольно легко повредить, а главное , при этом тончайший слой напяленного алюминия быстро окисляется кислородом до темного оксида алюминия, который в свою очередь плохо отражает луч лазера, что приводит к потере диска читаемости.

      1. Основные  характеристики

     Появление первых устройств CD-ROM  относится к 1983 году, хотя окончательно этот дисковод «прижился» на компьютерах лишь к началу 90-х. запись и чтение информации с компакт-диска осуществился лазером с длиной волны 780 нанометров (излучение такого лазера относится к красному сектору). Это позволяет сохранить на стандартной «болванке» до 700 Мб данных или   до 80 минут аудио информации (на самом деле информационная ёмкость диска намного выше – значительная её часть используется для хранения служебной информации и избыточного кода).4

      1. Формы записи

     Видов информации на диске может быть несколько, поэтому для каждого предусмотрен свой формат записи, описанный в спецификациях, так называемых книгах.

     Красная книга (1982) – аудиоинформация (AudioCD). Первоначально на аудиодиске планировалось хранить только один тип информации – музыкальные «дорожки», однако со временем разработчики AudioCD получили возможность добавлять на диск иную информацию. Например, текстовые сведенья о данном диске (CD – Text).

     Жёлтая  книга (1885) – «компьютерный» стандарт хранения данных (CD-ROM). Обычный диск с компьютерной информацией, архив файлов. Полный простор для фантазии – можно использовать как пакетную, так и сессионную запись, писать диск в одну или несколько сессий. Главное выбрать правильный стандарт.

     Зелёная книга (1988) – сочетание на компакт-диске  видео- и аудио- дорожек (CD-I). Такой диск ничем не отличается от обычного AudioCD, но если открыть этот диск на ПК, то перед глазами откроется новый раздел, который может содержать всё что угодно: мультимедийную энциклопедию об исполнителе, видеокадры его выступления, интервью и тексты песен. Разумеется, за счёт такой «добавки» время чистого звучания компакт-диска уменьшается – как правило, до 45-50 минут.

     Белая книга (1993) – видеоинформация (Video CD). С появлением DVD и «пиратского» формата сжатия видеоинформации Div:) (MP4) традиционные видеодиски постепенно вытесняются на обочину истории. Однако записывать обе модификации Video CD (1 и 2) по-прежнему обязана записывать любая уважающая себя программа. На первых порах каждая модель CD-ROM отличалась от других. И только к середине 90-х годов они были унифицированы. И тогда же CD-ROM превратился из дорогостоящей экзотики в стандартное, всем доступное устройство. Поначалу пользователи компьютеров могли работать только с уже готовыми, отпечатанными дисками.

    1. Перезаписываемые  диски
      1. Технология  CD-R

     В середине 90-х на рынке появились  записываемые диски – сначала  однократной (CD-R),  а затем многократной записи (CD-RW). Запись на диск СD-R осуществляется благодаря выжигу высокотемпературным лазерным лучом светочувствительной поверхности. То есть перед нами – нечто похожее на гравировку, правда, лазерный луч «выжигает» на тонкой металлической подложке. Поверхность подложки защищена слоем прозрачного пластика. При попадании лазера на рабочую (блестящую) поверхность диска остаётся точка, которая уже не отражает, а поглощает свет. Остальная же поверхность остаётся нетронутой и исправно отражает луч. Процесс записи одной дорожки представляет собой непрерывную операцию. В случае прерывания диск будет испорчен. Для обеспечения равномерности поступления  данных на лазер все приводы имеют буфер, исчерпание данных в нём приводит к аварийному прерыванию записи.

      1. Технология  CD-RW

     При записи перезаписываемых дисков используется иная технология. Конечно, в дисках CD-RW также имеются отражающие и поглощающие свет участки. Однако это не бугорки и ямки, как на CD-R и СD-ROM дисках. Диск CD-RW представляет из себя как бы слоеный пирог, где на металлической основе покоится рабочий, активный слой. Он состоит из специального материала, который под воздействием лазерного луча изменяет своё состояние . находясь в кристаллическом состоянии, одни участки рассеивают свет, а другие – аморфные – пропускают его через себя, на отражающую металлическую подложку.

     Для записи на CD-RW диски, кроме сессионного метода, может применяться и метод предварительного формирования, т.е. разбивка диска на секторы, подобно магнитным дискам. После такого формирования, диск CD-RW может использоваться, как обычный сменный диск – стандартные файловые операции такие как копирования, удаления и переименования преобразуются драйвером привода СD-RW в серии операций перезаписи сектора диска. Благодаря этому для работы с CD-RW не требуется специального программного обеспечения, кроме драйвера привода с поддержкой UDF и программы начальной разметки.

     Благодаря такой технологии, на диск можно  записывать информацию, а не только читать её. Диск, записанный единовременно, является универсальным и считывается любым CD-приводом и любым файловым диспетчером, однако после записи невозможно дописывание новых данных на диск. Этот режим также желателен для записи дисков для последующего тиражирования путем штамповки так, как большинство типовых станков для изготовления матриц воспринимают только непрерывно записанные оригиналы. С другой стороны режим DAO  поддерживается не всеми записывающими приводами.

    1. DVD-диски

     Впервые о DVD мир услышал 8 декабря 1995 года. Возвестили рождение нового стандарта крупнейшие мировые производители аудио-видео аппаратуры и носителей, объединившиеся в DVD Consortium: JVC, Hitachi, Mitsubishi, Philips, Pioneer, Sony, Thomson и Toshiba, а так гигант киноиндустрии Time Warner.5

      1. Ёмкость

     По  внешнему виду, как и способу записи, DVD не очень отличается от CD-ROM. Сектет DVD – в его большой ёмкасти. Даже в самом простом варианте – в виде одностороннего однослойного диска – ёмкость DVD-носителя составляет от 3,5 до 4,7 Гб, что в семь раз превышает объём сегодняшних CD-дисков. А ведь DVD может быть и многослойным, к тому же ещё и двухсторонним. И объём его может достигнуть после всех усовершенствований – ни много, ни мало – 17 Гб. Столь высокая ёмкость достигается, помимо прочих ухищрений, с помощью использования записывающего лазера с меньшей длиной волны (635 нанометров против 780 – у дисков CD-R/RW), что позволяет существенно повысить плотность дорожек на диске.

     На  одном диске DVD можно без труда уместить 140-минутный видеофильм, причём качество, обеспечиваемое DVD, оставляет далеко позади все другие виды носителей: качество изображения на DVD примерно в двое выше, чем на Video CD, и второе – чем на видеокассетах.