Типы внешней памяти ЭВМ различного поколения

Министерство  образования и науки РФ

Филиал  ГОУ ОмГПУ в г. Таре

Математический  факультет

Кафедра ИКТО 
 
 
 
 
 

Реферат

 Типы внешней памяти ЭВМ различного поколения 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                                                                        Выполнил:

студент первого курса

профиля «Информатика» 

Проверил: 
 
 
 
 
 
 

Тара-2011

Содержание 

Введение 3

1. История 4

2. Накопители  на магнитной ленте 5

3.1. Общие сведения 6

3.2. Принципы  работы накопителя на сменных  магнитных дисках 7

3.3. Накопитель  на гибких магнитных дисках (НГМД - дисковод) 8

3.4. Накопитель  на жестком магнитном диске  (НЖМД - винчестер) 9

4. Проблема увеличения  объема диска 10

5. Устройство  чтения компакт-дисков (CD-ROM) 11

6. DVD 12

7. Другие устройства  накопления и хранения информации 15

7.1 USB Flash Drive 15

Заключение. 16

Список литературы 17

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

    Внешняя память предназначена для долговременного  хранения программ и данных. Устройства внешней памяти (накопители) являются энергонезависимыми, выключение питания  не приводит к потере данных. Они  могут быть встроены в системный  блок или выполнены в виде самостоятельных  блоков, связанных с системным  через его порты. Важной характеристикой  внешней памяти служит ее объем. Объем  внешней памяти можно увеличивать, добавляя новые накопители. Не менее  важными характеристиками внешней  памяти являются время доступа к  информации и скорость обмена информацией. Эти параметры зависят от устройства считывания информации и организации  типа доступа к ней.

    Внешняя (долговременная) память - это место хранения данных, не используемых в данный момент в памяти компьютера.

    Устройства  внешней памяти - это, прежде всего, магнитные устройства для хранения информации.

     По способу записи и чтения накопители делятся, в зависимости от вида носителя, на магнитные, оптические и магнитооптические.

    Раньше  в вычислительной технике к внешним устройствам (ВЗУ) относили устройства хранения дискретной информации, главным образом, на магнитных лентах, барабанах, дисках.

    Положительным качеством ЗУ на магнитных лентах, дисках, барабанах по сравнению с оперативными ЗУ, например, на ферритовых сердечниках является их большая емкость при сравнительно низкой стоимости хранения единицы информации. Во многих ВЗУ имеется возможность быстрой смены носителей информации: катушек с магнитной лентой, пакетов магнитных дисков. Это позволяет, как бы беспредельно наращивать их емкость.

    Для того чтобы полностью оценить  новейшие разработки в области внешних  запоминающих устройств необходимо знать, с чего все начиналось, т. е. Историю ВЗУ.

 

1. История

    ВЗУ относят к устройствам ввода-вывода. ВЗУ со сменными носителями  информации могут использоваться для ввода информации в ЭВМ или для вывода результатов вычислений. Однако по сравнению   с   этими   устройствами ВЗУ считывают и записывают информацию с очень высокой скоростью, а также допускают многократную перезапись информации на одном и том же носителе. Указанные достоинства  ВЗУ обусловили их широкое применение   в   вычислительной   технике.   Особое   значение ВЗУ получили в ЭВМ третьего поколения.

    Машины  третьего поколения, в частности  все модели Единой системы ЭВМ  (ЕС ЭВМ), работают практически полностью  под управлением той  или  иной операционной системы. Они имеют развитое математическое обеспечение, для   хранения  которого   требуются   сотни тысяч и миллионы запоминающих ячеек. Основная часть математического обеспечения хранится в ВЗУ. Несмотря на то, что ВЗУ применяют с начала развития вычислительной техники, в научно-технической литературе описаны они сравнительно мало.

    Введение  средств  расширения возможностей  интерфейса ввода - вывода требует использования дополнительных линий. Принято решение об использовании этой целью существовавших ранее резервных линий. Эти линии обеспечивают уплотнение информации в шинах, повторение канальных команд и селективный сброс, вводимый УВУ, без увеличения   числа   разъемов. Введение второго комплекта информационных шин требует использования двух дополнительных кабелей: информационного и маркерного.

    Перечисленные  возможности   усовершенствованного интерфейса   ввода - вывода  должны учитываться при новых разработках каналов и УВВ.

 

 

2. Накопители на магнитной ленте

    Магнитные ленты хранят и используют намотанными  на катушки. Запись информации на магнитную ленту осуществляется по девяти дорожкам.

    В накопителях ЕС ЭВМ информация записывается с продольной плотностью 8 бит/мм, 32 бит/мм, или 63 бит/мм. На девяти дорожках параллельно записывается 8 информационных битов и 1 контрольный бит, которые составляют 1 байт. Для записи контрольного разряда отводится четвертая дорожка. Группа байтов, записываемая по одному КСК или по связанной цепочкой данных последовательности КСК, образует зону.

    ЦКС записывается на ленте за последним байтом данных с промежутком в 4 байта. Для формирования ПКС ведется подсчет единиц на каждой дорожке зоны.  Их общее число на любой дорожке должно быть четным. Строка ПКС записывается после ЦКС с промежутком в 4 байта. При  плотности записи  8  и  63   бит/мм, размещение данных на ленте такое же, как и при плотности записи 32 бит/мм, но в конце зоны записывается только ПКС с промежутком в 4 байта от последнего байта данных. Для записи информации с плотностью 8 и 32 бит/ мм используется потенциальный метод без возвращения к нулю с модификацией по единице называемый методом «без возвращения к нулю» (БВН-1). В зарубежной литературе этот метод сокращенно называют также NRZ-1.

    При плотности 63 бит/мм  используется другой  метод записи - метод  фазовой   модуляции   или фазового кодирования  (ФК). Метод ФК позволяет значительно повысить достоверность выделения сигналов. Объясняется это тем, что при изменении частоты в широких пределах фазе искажения  сигналов остаются малыми, что позволь проще идентифицировать считываемые сигналы и поэтому реализовать более высокую плотность записи 63 бит/мм.  При использовании метода фазового кодирования строка ЦКС не записывается.

 

3. Накопители  прямого доступа

    3.1. Общие сведения

    К ЗУ прямого доступа в номенклатуре технических средств ЕС ЭВМ относятся  устройства хранения информации на магнитных дисках и барабанах. Во всех накопителях прямого доступа, как и в накопителях на магнитной ленте, используется принцип электромагнитной записи информации на движущийся носитель. Носителями информации в накопителях прямого доступа служат магнитные диски или барабаны, которые в рабочем состоянии постоянно вращаются с большой скоростью. Накопители на магнитных дисках подразделяются на две группы: накопители на сменных магнитных дисках, на которых можно осуществлять быструю смену пакетов магнитных дисков и Накопители на постоянных магнитных дисках, в которых пакет магнитных дисков или один диск стационарно устанавливается в заводских условиях и не может быть оперативно заменен.

    ЗУ  с накопителями на постоянных магнитных  дисках и на магнитных барабанах используются в машине как устройства внешней памяти большой емкости. ЗУ на сменных магнитных дисках по системотехническим возможностям подобны ЗУ на магнитной ленте. Они служат только внешней памятью, но и устройствами ввода вывода информации. Пакеты сменных магнитных дисков удобны в хранении. Из них на вычислительных центрах создаются библиотеки, что позволяет как бы неограниченно наращивать емкость внешней памяти вычислительных систем.

     Однако стоимость хранения единицы  информации на магнитных дисках и барабанах примерно на порядок больше, чем на магнитных лентах.

     3.2. Принципы работы накопителя на сменных магнитных дисках

    Информация  записывается на рабочих поверхностях дисков по концентрическим окружностям - дорожкам. На одной дорожке может быть записано последовательно бит за битом 3625 байтов. Десять дорожек, расположенных друг под другом на всех десяти рабочих поверхностях дисков, образуют так называемый цилиндр.

    В рабочем состоянии пакет дисков постоянно вращается. Для записи и считывания информации накопитель имеет десять магнитных головок. Магнитная головка состоит из универсальной головки и головки стирания. Магнитные головки располагаются друг под другом и укреплены на каретке. Каретка может фиксироваться в одном из 203 положений, располагая, таким образом, головки на одном из цилиндров. Запись и считывание информации в пределах одного цилиндра осуществляется без механического перемещения каретки с магнитными головками. Одновременно работает только одна головка из десяти. Она поразрядно записывает или считывает информацию на одной дорожке. Выбор дорожки в цилиндре осуществляется электронной коммутацией головки.

    В отличие от накопителя на магнитных  лентах в накопителях прямого доступа используется бесконтактный метод записи и считывания информации. В накопителях прямого доступа применяется двухчастотный последовательный способ записи информации. Способ этот состоит в том, что байты записывают последовательно бит за битом на одну дорожку. Для записи единицы в интервале между СИ подается дополнительный импульс, при записи нуля дополнительный импульс отсутствует.

    Таким образом, если записываются единицы, то частота импульсов, поступающих  в накопитель, удваивается по сравнению с частотой синхроимпульсов или, что - то же самое, с частотой импульсов при записи нулей. Поэтому данный способ записи получил название двухчастотного.

     3.3. Накопитель на гибких магнитных дисках (НГМД - дисковод)

    Это устройство использует в качестве носителя информации гибкие магнитные диски  - дискеты, которые могут быть 5-ти или 3-х дюймовыми. Дискета - это магнитный диск вроде пластинки, помещенный в картонный конверт. В зависимости от размера дискеты изменяется ее емкость в байтах. Если на стандартную дискету размером 5’25 дюйма помещается до 720 Кбайт информации, то на дискету 3’5 дюйма уже 1,44 Мбайта. Дискеты универсальны, подходят на любой компьютер того же класса оснащенный дисководом, могут служить для хранения, накопления, распространения и обработки информации. Дисковод - устройство параллельного доступа, поэтому все файлы одинаково легко доступны. Сейчас дискеты применяются в основном для резервирования небольших объемов данных и для распространения информации. Дискеты размером 5’25 дюйма морально устарели и используются редко. Наибольшим  распространением из накопителей на гибких магнитных дискахпользуется дискета 3’5 дюйма или флоппи-диски (floppy disk).

    Диск  покрывается сверху специальным  магнитным слоем, который обеспечивает хранение данных. Информация записывается с двух сторон диска по дорожкам, которые представляют собой концентрические  окружности. Каждая дорожка разделяется  на секторы. Плотность записи данных зависит от плотности нанесения  дорожек на поверхность, т. е. числа  дорожек на поверхности диска, а  также от плотности записи информации вдоль дорожки.

    К недостаткам относятся маленькая  емкость, что делает практически  невозможным долгосрочное хранение больших объемов информации, и  не очень высокая надежность самих  дискет.

     3.4. Накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД - винчестер)

      Является логическим продолжением  развития технологии магнитного  хранения информации. Появились  несколько лет назад и уже  завоевали огромную популярность  благодаря своим многочисленным  достоинствам:

 

    - чрезвычайно большая емкость;

 

    - простота и надежность использования;

 

    - возможность обращаться к тысячам файлов одновременно;

 

    - высокая скорость доступа к данным.

 

    Из недостатков можно выделить лишь отсутствие съемных носителей информации, все данные записаны внутри винчестера на жестких магнитных дисках. (В настоящее время используются внешние винчестеры и системы резервного копирования с дисками по типу дискет). Емкости современных винчестеров поистине устрашающи: еще пять лет назад винчестер емкостью 100 Мбайт казался недостижимым идеалом, пределом заветных мечтаний - казалось, что и половины его пространства хватит на много лет работы. Но прошло пять лет, и такие винчестеры уже даже не выпускаются как морально устаревшие. Им на смену пришли новые, более быстрые, более вместительные аппараты. Винчестеры емкостью 850 Мб, 1.6, 2.1, 3.5, 4.3 Гигабайт давно ни кого не удивляют. А ведь существуют винчестеры в 1000 раз более емкие - речь идет о Терабайтах информации. Одного такого винчестера хватило бы, чтобы записать всю историю Древнего Мира.

 

    Но пока они используются только в очень солидных организациях.

    В компьютере предусмотрена возможность  с помощью специальной системной  программы условно разбивать  один диск на несколько. Такие диски, которые не существуют как отдельное  физическое устройство, а представляют лишь часть одного физического диска, называются логическими дисками. Логическим дискам присваиваются имена, в качестве которых используются буквы латинского алфавита [С:], [D:], [Е:], [F:] и т. д.

 

4. Проблема увеличения объема диска

    Для того, чтобы при сохранении физического  размера диска на него записывать больше информации необходимо увеличивать  плотность записи данных на диск.

    До  сих пор покрытие дисков состояло из сплава кобальта, платины, хрома  и бора. Это ферромагнитный сплав, который состоит из частиц, способных  под воздействием внешнего магнитного поля записывающей головки менять свои магнитные свойства, например, магнитные  полюса. Для увеличения плотности  записи эти частицы должны становиться  мельче, а магнитный слой - тоньше. Но физическая природа этих частиц не позволяет уменьшать их размер бесконечно, т.к. на магнитные свойства малых частиц уже влияет не только магнитное поле, но и температура - при нагревании диска с него может теряться информация.

     Интересное решение проблемы представила  в 2001 году компания IBM. Ученые компании разработали технологию «волшебной пыли» - pixie dust. Эта «антиферромагнитносвязанная» (AFC) многослойная структура позволяет  одновременно повысить плотность и  надежность записи. В 2001 году «пыль» состояла из рутениевого слоя толщиной в три  атома, расположенного между двумя  такими же тонкими магнитными слоями. Сверхтонкий слой рутения - металла, не обладающего магнитными свойствами - заставляет смежные слои приобретать противоположную магнитную ориентацию. За счет этого обеспечивается автономность работы отдельных слоев покрытия. При этом намагниченность покрытия надежно удерживается благодаря общей толщине pixie dust.

    В 2002 году специалисты IBM усовершенствовали  технологию, добавив в pixie dust еще  два тончайших слоя из рутения  и магнитного сплава. С помощью  нового покрытия создан жесткий диск для ноутбука Travelstar 80GN с самой  высокой в мире плотностью записи - 70 Гигабит на квадратный

 

5. Устройство чтения компакт-дисков (CD-ROM)

    В этих устройствах используется принцип считывания сфокусированным лазерным лучом бороздок на металлизированном несущем слое компакт-диска. Этот принцип позволяет достичь высокой плотности записи информации, а, следовательно и большой емкости при минимальных размерах. Компакт-диск является идеальным средством хранения информации плюс дешев, практически не подвержен каким-либо влияниям среды, информация записанная на нем не исказится и не сотрется, пока диск не будет уничтожен физически, имеет емкость 650 Мбайт, сравнимую с неплохим винчестером при этом его производство несравнимо дешевле и проще, при размерах с 5-ти дюймовую дискету вмещает информации в 900 раз больше, чем дискета.

 

    Имеет только один недостаток - на компакт-диск нельзя записывать информацию. Данные на него записываются либо в процессе производства, либо потом, пользователем (устройство CD-R), но только единожды.

 

6. DVD

Отличия DVD от обычных CD-ROM

    Самое основное отличие - это, естественно, объем  записываемой информации. Если на обычный CD-диск можно записать 640 Мб (хотя в  последнее время встречаются  болванки и на 800 Мб, но далеко не все  приводы смогут прочитать то, что  записано на таком носителе), то на один DVD-диск влезет от 4,7 до 17 Гб.

    В DVD используется лазер с меньшей  длиной волны, что позволило существенно  увеличить плотность записи, а  кроме того, DVD подразумевает возможность  двухслойной записи информации, то есть на поверхности компакта находится  один слой, поверх которого наносится  еще один, полупрозрачный, и первый считывается сквозь второй параллельно.

      В самих носителях тоже отличий больше, чем кажется на первый взгляд.

     Из-за того, что плотность записи существенно возросла, а длина  волны стала меньше, изменились и  требования к защитному слою - для DVD он составляет 0,6 мм против 1,2 мм у  обычных CD. Естественно, что диск такой  толщины будет значительно более  хрупким, по сравнению с классической болванкой.

    Поэтому еще 0,6 мм обычно заливаются пластиком  с двух сторон, чтобы получились те же 1,2 мм. Но самый главный бонус  такого защитного слоя в том, что  благодаря его малому размеру  на одном компакте стало возможным  записывать информацию с двух сторон, то есть удваивать его емкость, при  этом оставляя размеры практически  прежними.

 
 
 
 
 
 

Емкость DVD

Существует  пять разновидностей DVD-дисков:

 1. DVD5 - однослойный односторонний диск, 4,7 Гб, или два часа видео;

 2. DVD9 - двухслойный односторонний диск, 8,5 Гб, или четыре часа видео;

 3. DVD10 - однослойный двухсторонний диск, 9,4 Гб, или 4,5 часа видео;

 4. DVD14 - двухсторонний диск, два слоя на одной и один на другой стороне, 13,24 Гб, или 6,5 часов видео;

 5. DVD18 - двухслойный двухсторонний диск, 17 Гб, или более восьми часов видео.

 Последний вариант, DVD18, из-за слишком дорогой и сложной технологии производства в природе встречается очень редко. Самые популярные стандарты - DVD5 и DVD9.

Возможности

    Ситуация  с DVD-носителями сейчас напоминает аналогичную  с CD, на которых долгое время тоже хранили только музыку. Сейчас можно  встретить не только фильмы, но и  музыку (так называемые DVD-Audio) и сборники софта (в основном, демонстрационные версии, которые занимают на болванке совсем крошечный кусочек места  и выпускаются на DVD только из соображений  престижа). Естественно, что основной областью использования  является кинопродукция.

     Разработчикам софта и игр пока что не нужны все возможности DVD, но в скором будущем ситуация будет меняться.

Звук  в DVD

    Звуковое  сопровождение может быть закодировано во многих форматах. Самые известные  и часто используемые - Dolby Prologic, DTS и Dolby Digital всех версий. То есть фактически в форматах, используемых в кинотеатрах  для получения максимально точной и красочной звуковой картины.

 
 
 

Механические повреждения

    К механическим повреждениям диски CD и DVD одинаково чувствительны. То есть царапина есть царапина. Однако из-за гораздо  более высокой плотности записи потери на DVD-диске будут более  значительными (плотность данных намного  больше). Особо переживать по этому  поводу не стоит, так как небольшой  дефект на видеодиске скорее всего  будет выражен тем, что на проблемном моменте вы ненадолго увидите  богатую артефактами картинку, после  чего все станет нормально. Если же царапин много, то тут уж ничего не поделаешь.

 

Защита от копирования

    Кроме региональной защиты, есть еще одна - все содержимое DVD-диска шифруется, чтобы его нельзя было воспроизвести  после копирования. А ключ состоит  из двух частей: первая часть - это ключ, хранящийся на самом диске (всего  их хранится около 400, и только один является подходящим), а вторая находится  в памяти своего проигрывателя... Называется эта технология CSS (Content Scrambling System). И  сейчас есть программы, которые позволяют  расшифровывать содержимое DVD и сливать  его на диск без каких бы то ни было проблем. Есть и программы, позволяющие  сразу создавать образ диска  для его дальнейшего копирования.

 

7. Другие устройства накопления и хранения информации

    кроме вышеперечисленных основных устройств  накопления и хранения информации существуют некоторые другие, по разным причинам менее популярные. К таким устройствам  относятся:

 

    - магнитооптические диски;

 

    - бернулли-диски;

 

    - устройства резервирования данных;

 

    - некоторые другие устройства.

 

    Все эти устройства имеют разные емкости, скорости доступа к информации, свои минусы и плюсы, а также разную цену. У них есть свои ограничения, но есть и несомненные достоинства. Одно у них всех есть общее - эти устройства были созданы для хранения, накопления и резервирования данных.

Теперь о некоторых из них подробнее:

 

7.1 USB Flash Drive

    Новый тип внешнего носителя информации для  компьютера, появившийся благодаря  широкому распространению интерфейса USB(универсальной шины) и преимуществам  микросхем Flash памяти. Достаточно большая  емкость при небольших размерах, энергонезависимость, высокая скорость передачи информации, защищённость от механических и электромагнитных воздействий, возможность использования на любом  компьютере - всё это позволило USB Flash Drive заменить или успешно конкурировать  со всеми существовавшими ранее  носителями информации.

 
 
 

 

Заключение.

    Таким образом, можно сказать, что жесткие  диски еще долго будут сохранять  лидирующие позиции на рынке ВЗУ. Это связано с низкой стоимостью записи по сравнению с CD и DVD, которые являются достойными конкурентами по объему записываемой информации. Различные способы хранения и записи информации соответствуют различным целям. На текущий момент не существует универсального ВЗУ, которое может быть использовано как постоянное и переносное одновременно и быть при этом доступным обычным пользователям. По всей видимости, в ближайшие годы нам придется так же пользоваться винчестерами в качестве основного носителя хотя мысль не стоит на месте, и никто не знает, что еще может изобрести человек в скором времени.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список литературы

1. Богумирский Б.C. “Справочное руководство по windows” 2001г.
2. Леонтьев В.П. “Новейшая энциклопедия ПК” 2003г.
3. “Основы современных технологий” уч. пособие под ред. Хоманенко А.Д. Гофмана В.Э. Мальцевой П.Б. 2003г.
4. Куликова Е.В. Вовк Е.Г. “Самоучитель работы на компьютере” 2000г.
5. Журнал “Хакер” №10(70) за окт. 2004г.
6. Журнал “PC- магазин” за авг. 2003г.
7. www.cdrinfo.com
8. www.abit-usa.com
9. www.extremetech.com
10. www.digitimes.com
11. www.wdc.com
12. www.gembird.com