Накопители на жестких дисках

Следующий тип носителей – так называемые «винчестеры» или накопители на жестких дисках (Hard Disk Drive). По сравнению с дискетами они имеют некоторые преимущества:

- объем записываемой информации многократно превосходит возможности гибких дисков,

- скорость чтения/записи также намного больше,

- надежность гораздо более высока.

«Винчестеры» выполняются как в виде внутренних и внешних (переносных) устройств. Физические размеры дисков определяются так называемым форм-фактором. HDD с форм-фактором 3,5 имеют стандартные размеры корпуса 41.6х101х146 мм. Также они имеют несколько стандартных значений высоты 2,6”, 1”,3/4”, 0,5”. Чаще всего в компьютерах используются винчестеры 3,5”, 1” в высоту, так называемые Slimline. Винчестеры бывают нескольких типов: MFM, RLL, ESDI, IDE и SCSI. Диски типов MFM, RLL и ESDI уже не устанавливаются в современные машины. Их использовали на ПК типа ХТ и 286АТ.

Сегодня используются винчестеры типа IDE (Integrated Drive Electronics). Их главное отличие от предыдущих типов заключается в том, что управляющая электроника расположена не в контроллере, а на винчестере. Данное преимущество проявляется при приеме и передаче информации, так как в таких устройствах оптимально согласованы прием и передача сигналов. IDE HDD обрабатывают данные совместно с шиной ввода/вывода, поэтому частота тактового сигнала шины должна соответствовать быстродействию HDD.

Винчестеры типа SCSI имеют самую высокую скорость обмена данными. Хотя их основные характеристики сопоставимы с IDE-винчестерами, они различаются тем, что SCSI-винчестеры могут хранить большие объемы информации за счет высокой скорости обмена данными, в то время как объем IDE-винчестеров ограничен их производительностью.

Основной характеристикой винчестера является его емкость. Сегодня объем данных, которые можно записать должен быть не менее 4–5 Гб. Однако требования постоянно растут, поэтому жесткий диск приходится менять раз в 1–2 года. Частота смены зависит от того насколько интенсивно и с какими целями используется компьютер.

Следующая важная характеристика - время доступа необходимое HDD для поиска информации на диске. Сегодня среднее время доступа для лучших IDE и SCSI дисков - это значение меньше 10 мс.

Среднее время поиска – время, в течение которого магнитные головки перемещаются от одного цилиндра к другому. Эта характеристика зависит, в основном, от механизма привода головок, а не от интерфейса диска.

Скорость передачи данных, зависит от числа байт в секторе, количестве секторов на дорожке и от скорости вращения дисков (3000-3600 об./мин). У самых современных HDD скорость достигает 7200 об/мин.

На скорость работы винчестера существенно влияет кэш-память – ячейки памяти, размещенные на контроллере винчестера. Она работает по принципу кэш памяти 2-го уровня. Типичная величина может варьироваться от 64 Кб до 1024 Кб.

Съемные/внешние/переносные жесткие диски по своим характеристикам не отличаются от обычных. Альтернативой являются накопители со сменными дисками: в отличии от съемных винчестеров, подвижным является лишь непосредственно носитель информации, функционально напоминают накопители на жестких дисках, но существенно превосходят их по характеристикам. Объем записываемой информации варьируется от 100 Мб, до 1 Гб, среднее время доступа 10–30 мс, средняя скорость обмена 4–6 Мб/сек. Производственных стандартов на данный вид ВЗУ не существует, однако наиболее распространены накопители серии Zip и Jaz фирмы и Omega2.

Приводы CD-ROM

Ранее использовавшиеся для аудиоаппаратуры компакт-диски были модифицированы для применения в РС и теперь стали неотъемлемой частью современных компьютеров. СD являются отличным носителем информации. Они более компактны, удобны и дешевы чем винчестер, однако, не могут использоваться как HDD, так как стоимость записи и ее скорость намного выше. Привод выполняется как внутренне устройство, и имеет размер дисковода 5,25”. Могут управляться через IDE-, SCSI-интерфейс или звуковую карту. Диск изготавливается из поликарбоната, с одной стороны его покрывают отражающим слоем (из алюминия или золота). Запись осуществляется путем выжигания чередований углублений в металлическом слое лазерным лучом.

Основная характеристика – скорость передачи данных. Единицей считывания является скорость считывания с магнитной ленты. У созданных позже устройств скорость считывания кратна ей и варьируется от 150 Кб/сек до 6–7 Мб/сек. Качество считывания характеризует коэффициент ошибок. Качество является оценкой вероятности искажения информационного бита при его считывании. Этот параметр отражает способность устройства корректировать ошибки чтения / записи.

Буферная память позволяет передавать данные с постоянной скоростью. Существует три типа буферов: динамический, статический и с опережающим чтением.

Существуют также накопители CD-RW, позволяющие производить запись на компакт-диск. При этом диск покрыт слоем термочувствительной краски, с такими же отражающими свойствами, как и у алюминиевого покрытия. Этот привод считается последним достижением в области разработок записываемых компакт дисков.

DVD (Digital Video Disk) – диски, которые сменят CD-ROM, первоначально разрабатывались для домашнего видео. Отличаются тем, что могут хранить объем данных многократно превышающий возможности компакт дисков (от 4,7 до 17 Гб.). При этом уровень качества звука и изображения хранимого на DVD приближается к студийному качеству.

В DVD лазерный луч уже, что позволяет снизить толщину защитного слоя диска в 2 раза. Это привело к появлению двухслойных дисков.

Магнитооптические накопители (Magneto-Optical) являются накопителем информации, в основе которого лежит магнитный носитель с оптическим управлением. Сплав, которым покрыта поверхность такого магнитооптического диска, меняет свои свойства как под воздействием тепла, так и под воздействием магнитного поля. Если происходит нагревание диска сверх некоторой температуры, то становится возможным изменение магнитной поляризации с помощью небольшого магнитного поля. На этом свойстве основываются технологии чтения записи магнитооптических дисков. Такие диски могут быть односторонними 3,5” емкости 128, 230, и 640 Мб. Двухсторонними 5,25” емкостью 600 Мб – 2,6 Гб. 2,5” диски Mini Disk Data фирмы Sony, созданы специально для аудиоустройств и имеют емкость 140 Мб. 12” диски для однократной записи емкостью 3,5–7 Гб получили большое распространение при построении оптических библиотек3.

Флэш-память

Она используется в самых разнообразных цифровых устройствах. Так приятно, когда под рукой есть мобильный телефон, нужная информация находится в карманном компьютере, сделанные фотографии можно увидеть сразу, а не по возвращении из отпуска. Небольшой брелок умеет хранить массу полезных данных: флэш-память также служит памятью в МР3-плеерах и игровых приставках.

Флэш представляет собой твердотельное полупроводниковое устройство, которое не требует дополнительной энергии для хранения данных, т. е. при выключении питания информация сохраняется. Данные с флэш-носителя можно сколько угодно раз считать и ограниченное число раз перезаписать. Последнее связано с тем, что перезапись идет через стирание, которое приводит к износу микросхемы. Современная флэш-память позволяет заменять содержимое ячеек от 10 тыс. до 1 млн раз.

В отличие от жестких дисков CD- и DVD-ROM, во флэш-накопителях нет движущихся частей. Это существенно снизило потребление энергии при записи, а также в 5–10 раз, по сравнению с жесткими дисками, увеличило механическую нагрузку, которую способно выдерживать устройство памяти. Твердотельные носители можно трясти и ронять без ущерба для их работоспособности по оценкам производителей, информация на флэш-микросхемах хранится от 20 до 100 лет.

Благодаря компактным размерам, высокой степени надежности и низкому энергопотреблению твердотельные накопители активно используют в современных портативных устройствах, причем как в качестве съемного носителя, так и для хранения кода ПО.

1.4.2.4 Адаптеры. Ясно, что для поддержки взаимодействия устройств необходимо выполнять преобразование форм представления информации. Эту задачу решают специальные устройства, называемые адаптерами. Конструктивно они оформляются в виде печатных плат, которые, с одной стороны, имеют стандартный разъем для сопряжения с шиной, а с другой – специфический разъем (или разъемы) для связи с соответствующим устройством. На самой плате размещаются микросхемы и другие элементы, которые и выполняют необходимые преобразования.

Видеоадаптер – это устройство, преобразующее набор данных, подлежащих отображению на экране, в видеосигнал, посылаемый монитору по кабелю. Видеоадаптер обычно размещается в системном блоке компьютера.

В настоящее время существуют несколько стандартов на видеотракты ПК. Они различаются наборами показателей разрешающей способности, количеством отображаемых цветов, частотами разверток. В таблице 1.4 приведен перечень современных видеостандартов.

Таблица 1.4 – Видеостандарты

Все платы SVGA совместимы с более ранними, то есть адаптер SVGA, способный работать при разрешающей способности в 1280 ´ 1024 пикселей (pixel – элемент картинки), может также воспроизводить изображение и с более низкими значениями разрешающей способности.

Контроллер дисков – предназначен для управления работой механических подвижных частей устройства и формирования электрических импульсов при записи и чтении. Он содержит:

- генератор, питающий переменным током двигатель дисков;

- сложную серво систему, которая управляет устройством позиционирования блока головок на требуемую дорожку (цилиндр) в соответствии с поступающими от адаптера сигналами;

- усилители записи, формирующие электрические импульсы, которые подаются на магнитные головки при записи данных;

- усилители считывания и формирователи выходных сигналов при считывании информации.

Контроллер ввода – вывода, или адаптер портов, представляет собой устройство, которое обслуживает разнообразные внешние устройства, такие как принтеры, манипуляторы и т.п. Присоединение их к процессорному блоку осуществляется через специальные схемные элементы, называемые портами. Различают параллельные и последовательные порты. Параллельный порт позволяет передать за один такт по крайней мере один байт, поскольку каждому биту выделен один проводник (один контакт) и, таким образом, все составляющие байта передаются одновременно, параллельно.

Сетевая плата. Этот адаптер предназначен для сопряжения персонального компьютера с физическим каналом передачи данных, например с коаксиальным кабелем. Он осуществляет двунаправленную транспортировку данных: прием сигналов из канала и передачу их на шину компьютера или наоборот - прием данных из компьютера и их передачу в канал. При этом сетевая плата выполняет все необходимые преобразования структуры передаваемых сообщений строго в соответствии со стандартами, по которым построена данная вычислительная сеть.

Также широко используются адаптеры для Wi-Fi; USB; Bluetooth.