Виды внешной памяти

   Введение  
 

   Устройства  внешней памяти или, как их чаще называют, внешние запоминающие устройства или  накопители предназначены для длительного  хранения больших объемов информации. Выражение "большие объемы" означает, что емкость накопителя в десятки  и сотни раз превосходит емкость ОЗУ или вообще не ограничена (если речь идет о накопителе со сменным носителем)

     Накопитель можно рассматривать  как совокупность носителя и  соответствующего привода. Привод  представляет собой сочетание  механизма чтения-записи с соответствующими электронными схемами управления. Конструкция привода определяется принципом действия и видом носителя. Носитель, являющийся средой хранения информации, по внешнему виду может быть дисковым либо ленточным; по принципу запоминания - магнитным, магнитооптическим, оптическим. Ленточные носители применяются только в магнитных накопителях; в дисковых накопителях используются магнитные, магнитооптические и оптические методы записи-считывания. Накопители весьма разнообразны. Их можно классифицировать по целому ряду признаков: по виду носителя, типу конструкции, по записи и считывания информации, методу доступа и т.д.

   В данном реферате рассматривается виды внешней памяти и их характеристики, а также краткая история появления  каждого вида.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   1 Понятие о внешней памяти 
 

   Внешняя память используется для долговременного  хранения информации.

   Внешняя память энергонезависима и позволяет  сохранять большой объем информации. Под внешней памятью подразумевают обычно как устройства чтения/записи информации – накопители, так и устройства, где непосредственно хранится информация – носители информации.

   Как правило, для каждого носителя информации существует свой накопитель.  

   Характеристики  внешней памяти

• Объем памяти (зависит от типа носителя);
• Время доступа;
• Плотность записи – объем информации, записанной на единице длины дорожки (1 бит/мм);
• Скорость обмена информацией

   Классификация носителей по типу доступа

• Устройства с последовательным доступом к информации;
• Устройства с прямым доступом к информации

   Классификация  носителей по способу  записи-считывания

1. Магнитные носители

• Гибкие магнитные диски;
• Жесткие магнитные диски;
• Магнитные ленты.

2. Оптические носители

• CD и DVD

   2 Гибкие магнитные диски (дискета, флоппи-диск) 
 

   Устройством для записи-считывания информации с гибких магнитных дисков является дисковод (FDD – Floppy Disk Drive). Информационная ёмкость дискеты невелика и составляет всего 1.44 Мбайт. Скорость записи и считывания информации также мала (около 50 Кбайт/с) из-за медленного вращения диска (360 об./мин).

   Для того чтобы на диске можно было хранить информацию, диск должен быть отформатирован, т.е. должна быть создана  физическая и логическая структура  диска.

   В процессе форматирования на диске формируются  концентрические дорожки, которые, в свою очередь, делятся на сектора, для этого магнитная головка дисковода расставляет в определенных местах диска метки дорожек и секторов.

   Форматирование  диска – процесс магнитной разметки поверхности диска на дорожки и сектора.

   После форматирования гибкого диска формата 3.5", его параметры будут следующие: 

                     Рис.1 Структура гибкого диска 

   Рассчитаем  общую информационную емкость форматированного диска:

• Количество секторов: N = 18 * 80 * 2 = 2880
• Информационная емкость:   512 байт * N = 1 474 560 байт = 1 440 Кбайт =1,40625 Мбайт

   Использование 3,5' (1,44 Мбайт) гибких дисков уходит в  прошлое. Бывают двух типов и обеспечивают хранение информации на дискетах одного из двух форматов: 5,25' или 3,5'. Дискеты  формата 5,25' в настоящее время  практически не встречаются (максимальная емкость 1,2 Мб). Для дискет формата 3,5' максимальная емкость составляет 2,88 Мб, самый распространенный формат емкости для них – 1,44 Мб. Гибкие магнитные диски помещаются в пластмассовый корпус. В центре дискеты имеется приспособление для захвата и обеспечения вращения диска внутри пластмассового корпуса. Дискета вставляется в дисковод, который вращается с постоянной угловой скоростью.

   Все дискеты перед употреблением  форматируются – на них наносится  служебная информация, обе поверхности дискеты разбиваются на концентрические окружности – дорожки, которые в свою очередь делятся на сектора. Одноименные сектора обеих поверхностей образуют кластеры. Магнитные головки примыкают к обеим поверхностям и при вращении диска проходят мимо всех кластеров дорожки. Перемещение головок по радиусу с помощью шагового двигателя обеспечивает доступ к каждой дорожке. Запись/чтение осуществляется целым числом кластеров, обычно под управлением операционной системы. Однако в особых случаях можно организовать запись/чтение и в обход операционной системы, используя напрямую функции BIOS. В целях сохранения информации гибкие магнитные диски необходимо предохранять от воздействия сильных магнитных полей и нагревания, так как такие воздействия могут привести к размагничиванию носителя и потере информации. 
 

3 Flash – диски (карты) 
 

   Flash-память - это энергонезависимый тип памяти, позволяющий записывать и хранить  данные в микросхемах. Устройства  на основе flash-памяти не имеют  в своём составе движущихся  частей, что обеспечивает высокую сохранность данных при их использовании в мобильных устройствах.

   Flash-память  представляет собой микросхему, помещенную в миниатюрный корпус. Для записи или считывания  информации накопители подключаются  к компьютеру через USB-порт. Информационная емкость карт памяти от 256 Мбайт – 16 Гбайт.

   Устройства  для чтения – Картридер.  

  3.1 Виды Flash карт 

   Флэш  карта бывает следующих видов: Compact Flash, Memory Stick, Multimedia Card, SD Card, Smart Media, xD-Picture Card и почти не используется PC-Card.

   Это разные стандарты флэш карт, они  отличаются размером, весом, интерфейсом  и количеством контактов. 

   Compact Flash

   Compact Flash - самый старый и распространенный стандарт карт флэш-памяти. Первая CF-карта была произведена корпорацией SanDisk в 1994 году. Размеры карты Compact Flash - 43x36x3,3 мм.

   Одним из достоинств карты Compact Flash является то, что для компьютера карта ничем  не отличается от винчестера. Преобразователь  напряжения CF-карт позволяет подключать их в слоты с напряжением как 3.3 и 5 В.

   Compact Flash: бывают двух типов — CF type I и CF type II. Скорость чтения/записи а также объем флэш-карт такого типа достаточно высоки (В 2008 году максимальный объём CF достиг 100 Гб, а скорость передачи данных увеличена до 66 Мбайт/с). По соотношению цена-объем-скорость у них практически нет достойных конкурентов. Именно такой стандарт является самым популярным среди профессиональных фото- и видеокамер. 

   Multimedia Card (MMC)

   Multimedia Card (MMC) – это второй тип карт памяти.

   Карты стандарта Multimedia Card (MMC) появились в 1997 году. Они стали результатом сотрудничества SanDisk и Siemens. В 1998 году был создан ассоциация MMCA (Multimedia Card Association), в состав которого вошли такие «монстры» рынка информационных технологий как HP, Kodak, Hitachi, Sanyo, Siemens, Nokia и другие.

   На  момент появления карты MMC были самыми малогабаритными (24x32x1,4 мм) и легкими (менее 2 грамм).

   MMC-карты  предназначены для применение  в цифровых камерах (видео-  и фото), в смартфонах, в цифровых  плеерах, в игровых приставках и в КПК. Карты MMC имеют 100%-совместимость с устройствами, использующими карты типа Secure Digital.

   В ноябре 2002 года был утвержден стандарт на карты ММС уменьшенного размера (Reduced Size MMC или RS-MMC). Размеры карт RS-MMC - всего 24x18x1,4 мм. Предусмотрена совместимость карт RS-MMC с обычными MMC-носителями: при помощи переходников они могут быть использованы в устройствах, оснащенных слотами ММС. По замыслу разработчиков сферой применения RS-MMC являются мобильники, смартфоны и коммуникаторы.

   Еще одна разновидность MMC-карт - карты MMCplus, соответствующие новому стандарту MMC System Specification 4. Они отличаются от MMC тем, что имеют больше контактов, что позволяет достигать большей  скорости обмена информацией.

   Существует  и такая разновидность MMC-карт, как MM Cmobile. Эти карты также относятся к типу MM Cplus, но, помимо этого, поддерживают 2 вида напряжений: 3.3 В (как обычная MMC-карта) и 1.8 В (пониженное напряжение). 

   SD Card

   Карты типа Secure Digital или SD представляют собой дальнейшее развитие стандарта MMC - они являются представителями третьего поколения флэш-памяти и были разработаны компаниями San Disk, Matsushita и Toshiba. Для продвижения этого формата вышеупомянутые компании основали организацию SD Association (SDA), членами которой сегодня являются уже свыше 200 производителей.

   Название Secure Digital указывает на поддержку  картами памяти технологии защиты данных от несанкционированного доступа и  копирования. В отличие от других типов флэш-памяти, все SD-карты оснащаются электронной схемой защиты информации.

   Карта может хранить как незащищенную, так и защищенную информацию. Данные могут быть защищены или уникальным ID-ключом карты, или алгоритмом шифрования. Это дает владельцу карты уверенность  в надежности защиты его данных.

   Secure Digital-карты широко используются  в различных электронных устройствах:  в цифровых диктофонах, MP3-плеерах,  камерах, КПК, сотовых телефонах  и пр.

   Карты SD относятся к числу наиболее легких и компактных сменных карт: их размер составляет всего 24x32x2,1 мм, а вес - 2 грамма. Внешне SD-карты похожи на MMC и почти равны им по размерам. В отличие от MMC, имеющих 7 контактов, карты SD оснащены 9-контактным интерфейсом и маленьким переключателем для защиты от случайного уничтожения хранимых данных (примерно, как на 3-х дюймовых дискетах).

   На  сегодняшний день рынок предлагает карты SD с объемом до 4 Гбайт. Скорость чтения и записи зависит от размера карты и от ее марки.

   Стандарт mini SD был разработан в 2003 году на базе стандарта SD. Размеры карты mini SD - 20x21,5x1,4 мм. Карты этого формата могут устанавливаться и в разъем стандарта mini SD, и в разъем стандарта SD (при помощи специального переходника).

   В настоящий момент выпускаются mini SD-карты  объемом до 2 Гбайт.

   Карты micro SD являются одними из самых маленьких  флэш-карт - их размеры всего 11x15x1 мм. В качестве основной области их применения можно назвать мультимедийные мобильные  телефоны и коммуникаторы. Объем  таких карт - до 1 Гбайт. 

   Smart Media

   Стандарт Smart Media разработан компанией Toshiba в 1995 году. Это очень дешевая и ультратонкая флэш-карта толщиной всего 3/4 мм. Низкая цена достигается за счет простоты конструкции, однако есть и минусы - невысокая защищенность информации от случайного стирания.

   Карты Smart Media распространены в двух разновидностях: с напряжением питания 5В и 3В. Объем карт ограничен 128 Мбайт. Данный стандарт сейчас уже не развивается, но большое число цифровых фотоаппаратов и мобильных телефонов поддерживают его. 

   Memory Stick

   Компания Sony имеет собственную версию флэш-памяти, известную под названием Memory Stick. Memory Stick - это маленькое сменное устройство хранения данных большой емкости размером 21.5x50x 2.8 мм. В этом устройстве используется уникальный переключатель защиты от стирания.

   Существуют  разные версии этих флэш-карт: обычные, Micro (или M2), PRO, DUO и PRO DUO. Модель Micro обладает меньшими размерами (15 x 12,5 x 1,2 мм), как  видно из названия, и меньшим энергопотреблением. Последние три модели являются более  продвинутыми «потомками» обычных MS-карт.

   Объем Memory Stick (в зависимости от форм-фактора  и модели) варьируется от 16 Мбайт  до 4 Гбайт. 
 

   4 Жесткие магнитные диски (винчестер) 
 

   Винчестер является обязательным компонентом  современного компьютера (HDD – Hard Disk Drive) – представляет собой группу дисков, имеющих магнитное покрытие и вращающихся с высокой скоростью.

   Часто жесткий диск называют винчестер. Бытует легенда, объясняющая, почему за жесткими дисками повелось такое причудливое  название. Первый жесткий диск, выпущенный в Америке в начале 70-х годов, имел емкость по 30 Мб информации на каждой рабочей поверхности.

   В то же время, широко известная в той  же Америке магазинная винтовка О.Ф. Винчестера имела калибр - 30.30; может  грохотал при своей работе первый винчестер как автомат или порохом от него пахло - не ясно, но с той поры стали называть жесткие диски винчестерами.

   Устройство  жестких дисков показан на рисунке 2: 

   Рисунок 2. Устройство жетского диска 

   Основные  параметры жесткого диска: 

   Емкость – винчестер имеет объем от 40 Гб до 500 Гб.

   Скорость  чтения данных. Средний сегодняшний показатель – около 8 Мбайт/с.

   Среднее время доступа. Измеряется в миллисекундах и обозначает то время, которое необходимо диску для доступа к любому выбранному вами участку. Средний показатель – 9 мс.

   Скорость  вращения диска. Показатель, напрямую связанный со скоростью доступа и скоростью чтения данных. Скорость вращения жесткого диска в основном влияет на сокращение среднего времени доступа (поиска). Повышение общей производительности особенно заметно при выборке большого числа файлов.

   Размер  кэш-памяти – быстрой буферной памяти небольшого объема, в которую компьютер помещает наиболее часто используемые данные. У винчестера есть своя кэш-память размером до 8 Мбайт.

   Фирма-производитель. Освоить современные технологии могут только крупнейшие производители, потому что организация изготовления сложнейших головок, пластин, контроллеров требует крупных финансовых и интеллектуальных затрат. В настоящее время жесткие диски производят семь компаний: Fujitsu, IBM-Hitachi, Maxtor, Samsung, Seagate, Toshiba и Western Digital. При этом каждая модель одного производителя имеет свои, только ей присущие особенности. 
 

   5 Лазерные (оптические) диски 
 

   К лазерным дискам относятся:

   CD - Compact Disk  (компакт диск) и DVD - Digital Video Disk  (цифровой диск) 

   Привод  для работы с лазерными дисками  - рекордер  

   В качестве носителя программ и данных диски CD-ROM останутся актуальными  и в обозримом будущем, поэтому, несмотря на появление записывающих устройств, продолжается совершенствование и классических (только с функцией чтения) приводов CD-ROM – они становятся все более быстродействующими и дешёвыми. Устройства с однократной (CD-R) и многократной (CD-RW) записью, хотя и получают все большее распространение, пока не вытесняют, а скорее дополняют обычные проводы CD-ROM.

   На  диске CD-ROM промышленным способом записывается информация, и произвести ее повторную  запись невозможно. Наибольшее распространение  получили 5-дюймовые диски CD-ROM емкостью 670 Мбайт. По своим характеристикам они полностью идентичны обычным музыкальным компакт-дискам.  

   Лазерные  накопители CD-R.

   Аббревиатурой CD-R (CD-Recordable) обозначена технология однократной  оптической записи, которую можно  использовать для архивирования  данных, создания прототипов дисков для серийного производства и для мелкосерийного выпуска изданий на компакт-дисках, записи аудио и видео.  
 

   CD-RW - накопители на  перезаписываемых CD-дисках

   Более десяти лет назад на компьютерном рынке появились накопители, которые дают возможность работать с перезаписываемыми CD-RW (CD-ReWritable), известными также как CDE . Такие устройства позволяют заносить информацию на компакт-диски с возможностью дозаписи (CD-R ), а при использовании перезаписываемых CD-RW-дисков могут стирать старые данные и записывать вместо них новые. Емкость носителя CD-RW составляют 650 Мбайт и равна емкости дисков CD-ROM и CD-R. 

   Накопители DVD-ROM, DVD-R, DVD-RW, DVD+RW и  др.

   В конце 1997-го - начале 1998 года на рынке  стали появляться диски и приводы DVD. Этот стандарт был создан с расчетом на то, чтобы заменить разные носители сразу в нескольких областях – в индустрии видео, в сфере информационных технологий, в звуковых записях и даже, возможно в индустрии игровых картриджей. По замыслу разработчиков, это должен быть некий “универсальный” носитель, необычайно вместительный и надежный.

   DVD (Digital Versatile Disk, ранее Digital Video Disk), т.  е. многоцелевой цифровой диск  – тип компакт-дисков, хранящий  от 4,7 до 17 Гбайт информации, что вполне  достаточно для полнометражного фильма. Почти все уже уверены, что DVD скоро вытеснят как CD-ROM, так и обычные VHS-видеокассеты. Такой объем способен удовлетворить любого производителя компьютерных игр и энциклопедий, для выпуска которых обычно требовалось несколько CD-ROM, вызывая неудобства у пользователя.

   По  физическим размерам же диски CD и DVD абсолютно  одинаковы – DVD лишь немного тоньше. Естественно, так же как и CD-диски, DVD производится в двух форм-факторах: 12 см (4,7 дюйма) и 8 см (3,1 дюйма). Наиболее распространенным, как и в случае с CD, скорее всего, будет форм-фактор 12 см – ведь именно на него рассчитано большинство дисководов и DVD-плееров.

   Существуют  односторонние (SS - Single Sided) и двухсторонние DVD (DS), однослойные (SL - Single Layer) и двухслойные (DL). 

   HD DVD-диски

   HD DVD (англ. High-Density DVD[1] — DVD высокой ёмкости) — технология записи оптических дисков, разработанная компанией Toshiba, NEC и Sanyo. HD DVD (как и Blu-ray Disc) использует диски стандартного размера (120 миллиметров в диаметре) и голубой лазер с длиной волны 405 нм.

   Однослойный диск HD DVD имеет ёмкость 15 GB, двухслойный  — 30 GB. Toshiba также анонсировала трёхслойный  диск, который может хранить до 45 GB данных.  
 

   Blu-ray диски

   (англ. blue ray — голубой луч и disc — диск) — 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.

   Blu-ray (букв. «голубой-луч») получил своё  название от использования для записи и чтения коротковолнового (405нм) «синего» (технически сине-фиолетового) лазера.

   Однослойный диск Blu-ray (BD) может хранить 23,3/25/27 или 33 Гб, двухслойный диск может вместить 46,6/50 или 54 Гб. Также в разработке находятся диски вместимостью 100 Гб и 200 Гб с использованием соответственно четырёх и шести слоёв. Корпорация TDK уже анонсировала прототип четырёхслойного диска объёмом 100 Гб[3] [4].

   На  данный момент доступны диски BD-R и BD-RE, в разработке находится формат BD-ROM. 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. 
 

   6 Магнитные ленты 
 

   Устройства  для записи-считывания информации с гибких магнитных лент называется стримером.

   Магнитные ленты бывают:

1. Кассетными
2. Катушечными

   Достоинства:

• емкость до 1 600 Гб
• высокая скорость (до 120 Мб/с)
• дешевая магнитная лента
• сжатие при записи на ленту
• надежность
• возможность восстановления при сбоях

   Недостатки:

• последовательный доступ к данным («перематывать» в нужное место)
• низкая скорость поиска
• только для потока данных (весь винчестер или папка), крайне сложно работать с отдельными файлами

   Заключение 
 

   В заключении хотелось бы сделать сравнения видов внешней памяти.   

   По  максимальной емкости: 

   Таблица 1. Сравнение типов внешней памяти по емкости

   По  максимальной скорости (чтения): 

   Таблица 2. Сравнение типов внешней памяти по скорости чтения

Список  литературы 
 

1. Доклад  на тему «Флеш-карта», http://www.bestreferat.ru/referat-96997.html
2. Лекции по предмету «Основы информатики», http://www.ovt.edurm.ru/Files/Narab/Основы%20информатики.%20Начало_2.doc
3. Материал с сайта «Товаровед.info», http://www.tovaroved.info/telefon/flash-pamyat.html