Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Устройства долговременного хранения данных на ПК. 4

ВСЕРОССИЙСКИЙ ЗАОЧНЫЙ ФИНАНСОВО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

КАФЕДРА ПРИКЛАДНОЙ ИНФОРМАТИКИ

КУРСОВАЯ РАБОТА

по информатике

на тему: «Устройства долговременного хранения данных на ПК»

Студентка:

Факультет:

Специальность:

2 курс 208 группа

Личное дело №

Преподаватель:

Москва - 2010

Оглавление

Введение3

Основные понятия4

Классификация устройств хранения данных. Компакт-диск....................5

DVD-диск.......................................................................................................7

HD DVD-диск..............................................................................................10

Blu-Ray Disc.................................................................................................11

Дискета.........................................................................................................13

Жёсткий диск...............................................................................................16

Flash-память.................................................................................................18

Заключение..................................................................................................20

Практика......................................................................................................21

Список использованной литературы........................................................27

Введение

В данной работе будут рассматриваться различные устройства долговременного хранения информации.

При работе память компьютера обращается к одному из двух типов так называемых «хранилищ» информации. Энергозависимая память компьютера - это такое хранилище информации, которое должно быть постоянно обновлено, чтобы в нем хранилась разная информация, необходимая в данный момент для работы компьютера. Статическая память компьютера - это хранилище информации, рассчитанное на неизменное и долговременное хранение файлов, которые должны находиться в памяти компьютера, после того как компьютер будет отключен от электропитания. Устройства долговременного хранения данных на компьютере (ПК) относятся к внешней статической памяти устройства. Внешняя память компьютера предназначена для долговременного хранения любого вида информации. Эта память не ограничена, в случае необходимости ее можно увеличить. 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.

В наше время существуют разнообразные способы и средства хранения информации. Основные носители будут рассмотрены в данной работе.

В практической части будет решена задача с помощью программы MS Excel версии 2007 г, так как в этом пакете есть все необходимые для выполнения поставленной задачи средства расчетов; имеется развитая подсистема построения графиков и диаграмм; эта программа имеет на сегодняшний день наибольшее распространение на персональных компьютерах, что позволяет использовать созданные для расчета формы в дальнейшем для подобных задач в реальной работе экономиста.

Основные понятия

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. 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 .

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. По принципу запоминания различают магнитные, оптические и магнитооптические носители.

Самыми распространенными являются накопители на магнитных дисках, которые делятся на накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД) и накопители на гибких магнитных дисках (НГМД), и накопители на оптических дисках, такие как накопители CD-ROM, CD-R, CD-RW и DVD-ROM, а также широко распространились флеш-носители.

Классификация устройств хранения данных.

Компакт-диск

«CD», «Shape CD», «CD-ROM», «КД ПЗУ» — оптический носитель информации в виде диска с отверстием в центре, информация с которого считывается с помощью лазера. Изначально компакт-диск был создан для цифрового хранения аудио (т. н. Audio-CD), но в настоящее время широко используется как устройство хранения данных широкого назначения. Аббревиатура «CD-ROM» означает «Compact Disc Read Only Memory» что в переводе обозначает компакт-диск с возможностью чтения. «КД ПЗУ» означает «Компакт-диск, постоянное запоминающее устройство». CD-ROM’ом часто ошибочно называют CD-привод для чтения компакт-дисков.

Компакт-диск был создан в 1979 году компаниями Philips и Sony.

Компакт-диски изготавливаются из поликарбоната толщиной 1,2 мм, покрытого тончайшим слоем алюминия (ранее использовалось золото) с защитным слоем из лака, на котором обычно наносится графическое представление содержания диска. Поэтому, вопреки распространённому мнению, компакт-диск никогда не следует класть вверх ногами (этикеткой вниз), так как отражающий алюминиевый слой, на котором и хранятся данные, снизу защищён, как было сказано выше, 1,2-миллиметровым слоем поликарбоната, а сверху — лишь тонким слоем лака. Кроме того, на отражающей стороне имеется кольцевой выступ высотой 0,5 мм, позволяющий диску, положенному на ровную поверхность, не касаться этой поверхности. В центре диска расположено отверстие диаметром 15 мм (при желании диск можно переносить, надев на палец, вообще не прикасаясь к его поверхности).

Информация на диске записывается в виде спиральной дорожки так называемых питов (углублений), выдавленных на алюминиевом слое (в отличие от технологии записи CD-ROM’ов где информация записывается цилиндрически). Каждый пит имеет примерно 125 нм в глубину и 500 нм в ширину. Длина пита варьируется от 850 нм до 3,5 мкм. Расстояние между соседними дорожками спирали — 1,5 мкм. Данные с диска читаются при помощи лазерного луча с длиной волны 780 нм, который просвечивает поликарбонатный слой, отражается от алюминиевого и считывается фотодиодом. Луч лазера образует на отражающем слое пятно диаметром примерно 1,5 мкм. Так как диск читается с нижней стороны, каждый пит выглядит для лазера как возвышение. Места, где такие возвышения отсутствуют, называются площадками.

Свет от лазера, попадающий на площадку, отражается и улавливается фотоприёмником. Если же свет попадает на возвышение, он испытывает интерференцию со светом, отражённым от площадки вокруг возвышения и не отражается. Так происходит потому, что высота каждого возвышения равняется четверти длины волны света лазера, что приводит к разнице в фазах в половину длины волны между светом, отражённым от площадки и светом, отражённым от возвышения.

Скорость чтения/записи CD указывается кратной 150 KБ/с (то есть 153 600 байт/с). Например, 48-скоростной привод обеспечивает максимальную скорость чтения (или записи) CD дисков, равную 48 x 150 = 7200 KБ/с (7,03 MБ/с).

Компакт-диски бывают для однократной записи (CD-R ‒ Compact Disc Recordable), для многократной записи (CD-RW ‒ Compact Disc ReWritable). Диски этих типов предназначены для записи в домашних условиях на специальных пишущих приводах. В таких дисках отражающая способность питов и промежутков между ними должны имитироваться другим способом. Это достигается добавлением красителя между золотой(алюминиевой) поверхностью и слоем поликарбоната. В изначальном состоянии уровень красителя прозрачен и позволяет лучу лазера свободно проходить через него и отражаться от золотого(алюминиевого) покрытия. Во время записи лазер переходит в режим повышенной мощности(8-16мВт). Когда лазер попадает на краситель, он нагревает его, разрушая химические связи, и образует темные, непрозрачные пятна. При чтении лучом лазера с мощностью 0,5 мВт фотодетектор замечает разницу между прожжеными пятнами и нетронутыми областями. Это различие интерпретируется так же, как и разница между выемками и ровными поверхностями на обычных компакт дисках. В некоторых CD-плеерах и музыкальных центрах такие диски могут не читаться, но сейчас большинство производителей бытовых музыкальных центров и CD-плееров включают в свои устройства поддержку чтения CD-R/RW.

DVD-диск

DVD (Digital Versatile Disc) — цифровой многоцелевой диск — носитель информации в виде диска, внешне схожий с компакт-диском, однако имеющий возможность хранить бо́льший объём информации за счёт использования лазера с меньшей длиной волны, чем для обычных компакт дисков.

Первые диски и проигрыватели DVD появились в ноябре 1996 в Японии и в марте 1997 в США. Изначально «DVD» расшифровывалось как «Digital Video Disc» (цифровой видеодиск), поскольку данный формат первоначально разрабатывался как замена видеокассетам. Позже, когда стало ясно, что носитель подходит и для хранения произвольной информации, многие стали расшифровывать DVD как Digital Versatile Disc (цифровой многоцелевой диск). Toshiba, заведующая официальным сайтом DVD Forum’а, использует «Digital Versatile Disc». К консенсусу не пришли до сих пор, поэтому сегодня «DVD» официально вообще никак не расшифровывается.

DVD по структуре данных бывают трех типов:

DVD-Video

Формат DVD-Video предназначен для хранения и воспроизведения видео. Как и DVD-ROM, эта спецификация определяет возможность только чтения информации - воспроизведение записей с помощью видеоплееров (видеорекодеров). Воспроизведение DVD-video возможно только на бытовых видеоплеерах (видеорекодерах) или на DVD-дисководах, подключенных к компьютеру.

DVD-Audio

Новое поколение музыкального формата после CD. Спецификацией формата определены высококачественный многоканальный звук, поддержка широкого диапазона качества звука (квантование 16, 20, 24 бит при частоте от 44,1 до 192 кГц), воспроизведение DVD плеерами CD дисков, поддержка дополнительной информации (включая видео, текст, меню, заставки, удобную навигационную систему), связь с осуществляющими информационную поддержку web-сайтами, расширение возможностей при появлении новых технологий. Выработаны специальные меры защиты дисков от пиратского копирования.

DVD-Data — содержат любые данные, смешанное содержимое.

В отличие от компакт-дисков, в которых структура аудиодиска фундаментально отличается от диска с данными, в DVD всегда используется файловая система UDF (для данных может быть использована ISO 9660).

DVD-диски, так же как и CD бывают для однократной и многократной записи. Все известные спецификации перезаписываемых DVD дисков используют технологию многократной записи, основанную на физическом принципе смены фазового состояния (кристаллическое/аморфное) информационного слоя под воздействием лазера с длиной волны 650 (635) нм (phase-change recording).

DVD-R

DVD-R ‒ формат однократной записи, разработанный компанией Pioneer. Устройства на базе этого формата были первыми, которые записывали на дисках DVD.

На диски DVD-R могут быть записаны как компьютерные данные, мультимедийные программы, так и видео/аудио информация. В зависимости от типа записанной информации диски могут быть прочитаны на других, совместимых с записанным форматом типах устройств, включая DVD-Video видеоплееры и большинство DVD-ROM приводов. Односторонние диски DVD-R вмещают 4,7 или 3,95 ГБ на сторону. Двусторонние диски выпускаются только общей емкостью 9,4 ГБ (4,7 ГБ на сторону). В настоящее время формат не поддерживает технологию записи в два слоя. Они бывают двух типов: диски общего назначения (general purpose) и диски для авторинга (authoring). DVD-R общего назначения, в отличие от дисков для авторинга, содержат встроенную систему защиты от нелегального копирования. Диски общего назначения можно записывать на обычном DVD рекордере. Для записи авторинговых дисков используются специальные рекордеры. Записанные таким образом диски не содержат защиты от нелегального копирования и используются только для последующего тиражирования на заводах. Долговечность дисков DVD-R оценивается сроком более 100 лет.

DVD-R(W)

DVD-RW – это формат перезаписываемых DVD дисков. Один DVD-RW носитель можно стирать и записывать до 1'000 раз. Объем данного диска также составляет 4,7 Гб.

Спецификации на указанные диски созданы организацией DVD Forum, в которую входят около 200 различных компаний из Азии, Европы и Америки. Данной организацией разработаны спецификации на DVD-ROM, DVD-RAM и DVD-R(W) диски.

DVD+R(W)

Эти диски разработаны организацией DVD+RW Alliance, в которую вошли несколько известных компаний (например Sony, Philips и другие). Спецификации указанных дисков появились в 2001 (RW) и 2002 (R) годах, т.е. значительно позже своих конкурентов. Это позволило разработчикам спецификаций формата «плюс», создать технически более совершенные носители.

По аналогии с форматом «минус» данные диски бывают однократно записываемыми (DVD+R) и перезаписываемыми (DVD+RW). Один носитель DVD+R(W) вмещает также 4,7 Гб информации. DVD+RW диски поддерживают до 1'000 циклов перезаписи.

Следует отметить, что форматы DVD-R(W) и DVD+R(W) не совместимы. Однако считываться записанные диски могут в большинстве современных DVD проигрывателей. Дело в том, что различия форматов сказываются, главным образом, на записи дисков, а не на их считывании.

Единица скорости (1x) чтения/записи DVD составляет 1 385 000 байт/с (то есть около 1352 Кбайт/с = 1,32 Мбайт/с), что примерно соответствует 9-й скорости (9x) чтения/записи CD, которая равна 9 × 150 = 1350 Кбайт/с. Таким образом, 16-скоростной привод обеспечивает скорость чтения (или записи) DVD равную 16 × 1,32 = 21,12 Мбайт/с.

HD DVD-диск

HD DVD (англ. High-Density DVD— DVD высокой ёмкости) — технология записи оптических дисков, разработанная компанией Toshiba, NEC и Sanyo. Первоначально формат назывался “Advanced Optical Disc” (AOD), но 19 ноября 2003 решением собрания DVD Forum был переименован в HD DVD. HD DVD (как и Blu-ray Disc) использует диски стандартного размера (120 миллиметров в диаметре) и голубой лазер с длиной волны 405 нм.

HD DVD-R — High Density DVD Recordable — диск однократной записи HD DVD. Объём однослойного диска может достигать 15 Гб, двухслойного 30 Гб.

HD DVD-RW — High Density DVD Rewritable — перезаписываемый диск HD DVD. Объём однослойного диска может достигать 15 Гб, двухслойного 30 Гб. Цикл перезаписи превышает 1000 раз.

HD DVD-RAM — формат записи дисков HD DVD. Предлагается в качестве замены формату DVD-RAM. Метод основан на случайном доступе к медиа данным на оптическом диске, что позволяет увеличить объём записываемой информации до 20 Гб. Формат коммерчески не реализован.

Противостояние двух форматов HD DVD и Blu-ray, неофициально названное «Война форматов» разрешилась в пользу Blu-ray. Компания Toshiba (основной сторонник HD DVD) официально отказалась от данного формата и прекращает его производство. Важным аргументом в этом споре выступило то, что ряд голливудских киностудий и, в частности, Warner Bros. (последняя компания, выпускавшая свою продукцию в обоих форматах) отказалась от использования HD DVD в январе 2008 года в пользу Blu-ray. Однако записываемые и перезаписываемые диски данного формата ещё можно встретить в продаже.

19 февраля 2008 года компания Toshiba объявила о прекращении поддержки технологии HD DVD в связи с решением положить конец войне форматов.

Blu-Ray Disc

Blu-ray Disc, BD (англ. blue ray — синий луч и disc — диск; написание blu вместо blue — намеренное) — формат оптического носителя, используемый для записи и хранения цифровых данных, включая видео высокой чёткости с повышенной плотностью. Стандарт Blu-ray был совместно разработан консорциумом BDA. Представлен на международной выставке потребительской электроники Consumer Electronics Show (CES), которая прошла в январе 2006 года. Коммерческий запуск формата Blu-ray прошёл весной 2006 года.

Blu-ray (букв. «синий луч») получил своё название от использования для записи и чтения коротковолнового (405 нм) «синего» (технически сине-фиолетового) лазера. Буква «e» была намеренно исключена из слова «blue», чтобы получить возможность зарегистрировать торговую марку, так как выражение «blue ray» является часто используемым и не может быть зарегистрировано как торговая марка.

Однослойный диск Blu-ray (BD) может хранить 23,3/25/27 или 33 Гб, двухслойный диск может вместить 46,6/50/54 или 66 Гб. Также в разработке находятся диски вместимостью 100 Гб и 200 Гб с использованием четырёх и восьми слоёв соответственно. Корпорация TDK уже анонсировала прототип четырёхслойного диска объёмом 100 Гб.

На данный момент доступны диски BD-R (одноразовая запись) и BD-RE (многоразовая запись), в разработке находится формат BD-ROM. BD-R диски также могут быть LTH типа. В дополнение к стандартным дискам размером 120 мм, выпущены варианты дисков размером 80 мм для использования в цифровых фото- и видеокамерах. Планируется, что их объём будет достигать 15 Гб для двухслойного варианта.

В технологии Blu-ray для чтения и записи используется сине-фиолетовый лазер с длиной волны 405 нм. Обычные DVD и CD используют красный и инфракрасный лазеры с длиной волны 650 нм и 780 нм соответственно (635 нм для DVD-R for Authoring). Такое уменьшение позволило сузить дорожку вдвое по сравнению с обычным DVD-диском (до 0,32 мкм) и увеличить плотность записи данных.

Более короткая длина волны сине-фиолетового лазера позволяет хранить больше информации на 12 см дисках того же размера, что и у CD/DVD. Эффективный «размер пятна», на котором лазер может сфокусироваться, ограничен дифракцией и зависит от длины волны света и числовой апертуры линзы, используемой для его фокусировки. Уменьшение длины волны, использование большей числовой апертуры (0,85, в сравнении с 0,6 для DVD), высококачественной двухлинзовой системы, а также уменьшение толщины защитного слоя в шесть раз (0,1 мм вместо 0,6 мм) предоставило возможность проведения более качественного и корректного течения операций чтения/записи. Это позволило записывать информацию в меньшие точки на диске, а значит, хранить больше информации в физической области диска, а также увеличить скорость считывания до 432 Мбит/с.

Из-за того, что на дисках Blu-Ray данные расположены слишком близко к поверхности, первые версии дисков были крайне чувствительны к царапинам и прочим внешним механическим воздействиям, из-за чего они были заключены в пластиковые картриджи. Этот недостаток вызывал большие сомнения относительно того, сможет ли формат Blu-ray противостоять HD DVD — стандарту, который в то время рассматривался как основной конкурент Blu-ray. HD DVD, помимо своей более низкой стоимости, мог нормально работать без картриджей, так же как и форматы CD и DVD, что делало его более удобным для покупателей, а также более интересным для производителей и дистрибьюторов, которым было невыгодно нести дополнительные траты на изготовление картриджей.

Решение этой проблемы появилось в январе 2004 года с появлением нового полимерного покрытия, которое дало дискам более качественную защиту от царапин и пыли. Это покрытие, разработанное корпорацией TDK, получило название «Durabis». Оно позволяет очищать BD при помощи бумажных салфеток, которые могут нанести повреждения CD и DVD.

Дискета

Гибкий магнитный диск (ГМД или дискета) представляет собой гибкую лавсановую пластинку, диск диаметром 3,5 дюйма, что примерно равно девяти сантиметрам (точнее 89 миллиметрам, 1 дюйм равен 2,54 сантиметра). Обычно такие диски называют трехдюймовыми. Пластинка покрыта с одной или двух сторон специальным веществом, хорошо сохраняющим состояние намагниченности (примерно таким же, какое нанесено на ленты бытовых магнитофонов). Стороны диска, на которые нанесено магнитное покрытие, называются рабочими поверхностями. У гибкого диска могут быть одна или две рабочие поверхности. Каждая рабочая поверхность имеет собственный номер.

Для предохранения магнитного покрытия рабочих поверхностей диска от случайного разрушения пластина упаковывается в жесткий пластиковый защитный чехол, который практически полностью закрывают рабочие поверхности диска (рис. 2.3). У нижнего торца защитного чехла диска имеется переключатель защиты от записи. В нижнем положении переключателя (как на рис. 2.3) включается защита диска от записи. Это означает, что запись новой информации на диск невозможна. Кроме того, невозможно уничтожить (стереть) уже имеющуюся на диске информацию. В верхнем положении переключателя защита от записи выключена, могут производиться как запись, так и стирание информации. Защита от записи обычно включается для того, чтобы предотвратить случайное уничтожение хранящейся на диске важной информации, а также для защиты от компьютерных вирусов.

Дискеты были изобретены в 1971 году для решения задачи, с которой корпорация IBM столкнулась при создании компьютера System 370. Проблема состояла в том, что программы, хранившиеся в ее памяти на полупроводниках, стирались всякий раз, когда отключалось питание компьютера.

В 1967 году специалисты лаборатории IBM из Сан-Хосе, занимавшейся разработкой устройств хранения, пыталась создать недорогое устройство, способное хранить и передавать микропрограммы для процессоров, мэйнфреймов и управляющих модулей. Цена устройства не могла превышать 5 долл., иначе его нельзя было бы считать заменяемым. Поставка его не должна была вызывать сложностей, а надежность - сомнений.

Хотя Шугарта нередко называют отцом дискеты, сам он считает настоящим ее создателем Дэвида Нобла. Нобл был старшим инженером лаборатории в Сан-Хосе и стоически выносил на своих плечах тяготы работы в качестве единственного подчиненного Шугарта.

Прежде всего Нобл опробовал существовавшие тогда технологии. Но скоро стало ясно, что надо искать принципиально новые пути. Именно тогда и была предложена первая дискета.

В течение года Нобл (группа которого уже значительно пополнилась) завершил работу над устройством, получившим в IBM название "диск памяти". Это фактически и была дискета. Она представляла собой 8-дюймовый пластмассовый диск, покрытый закисью железа, обеспечивающий доступ только по чтению. Весил этот диск около 2 унций, емкость его составляла 80 Кбайт. Поворотным моментом в создании дискеты было изобретение защитного футляра.

"Мы добились того, что наш диск работал, но никак не могли предложить для него хорошей защитной оболочки, - вспоминал Шугарт. - Любая пылинка начисто уничтожала данные. Процент ошибок был очень велик". И разработчикам пришла идея поместить устройство в футляр из нетканого материала, который обеспечивал бы постоянную протирку поверхности дискеты в процессе ее вращения. Таким образом, поверхность всегда оставалась чистой.

После всеобъемлющих испытаний дискета была встроена в System 370; это произошло в 1971 году. Кроме того, она использовалась для загрузки микропрограмм в контроллер дискового пакета Merlin 3330 компании IBM.

В 1973 году IBM представила новую версию дискеты, на этот раз для системы 3704 Data Entry System.

"Формат записи был совершенно иным, к тому же дискета вращалась в другую сторону", - пояснил Портер. Она обеспечивала возможность чтения и записи и позволяла хранить до 256 Кбайт данных. У пользователей появилась возможность вводить данные с дискет, а не с перфокарт. Представители IBM утверждали, что новое устройство позволяет вместить такой же объем информации, как 3 тыс. перфокарт.

Выпуск новой дискеты стал своего рода выстрелом стартового пистолета для производителей этих устройств. Даже сейчас некоторые компании используют восьмидюймовые дискеты. Но в 1976 году, примерно тогда же, когда появились первые персональные компьютеры, была разработана дискета размером 5,25 дюйма.