10. Внешняя память

Внешняя память.

Магнитные диски

Магнитный диск состоит из одной или нескольких алюминиевых поверхностей, покрытых магнитным слоем. Изначально их диаметр составлял 50 см, сейчас — от 3 до 12 см, у портативных компьютеров — меньше 3 см, причем это значение продолжает уменьшаться. Головка диска, содержащая индукционную катушку, двигается над поверхностью диска, опираясь на воздушную подушку. Отметим, что у дискет головка касается поверхности. Когда через головку проходит положительный или отрицательный ток, он намагничивает поверхность под головкой. При этом магнитные частицы намагничиваются направо или налево в зависимости от полярности тока. Когда головка проходит над намагниченной областью, в ней (в головке) возникает положительный или отрицательный ток, что дает возможность считывать записанные ранее биты. Конфигурация дорожки диска показана на рис. 3.

Дорожкой диска называется круговая последовательность битов, записанных на диск за его полный оборот. Каждая дорожка делится на секторы фиксированной длины. Каждый сектор обычно содержит 512 байт данных. Перед данными располагается преамбула (preamble), которая позволяет головке синхронизироваться перед чтением или записью. После данных идет код исправления ошибок (Error-Correcting Code, ECC), в качестве которого используется код Хэмминга или чаще код Рида-Соломона, позволяющий исправлять множественные ошибки, а не только одиночные. Между соседними секторами находится межсекторный интервал.

Дискеты

(floppy disk), — небольшой сменный носитель информации. Дискеты были придуманы фирмой IBM.

Дискеты обладают теми же общими характеристиками, что и диски, которые мы только что рассматривали, с тем лишь различием, что головки жестких дисков перемещаются над поверхностью диска на воздушной подушке, а у дискет головки касаются поверхности. В результате и сами дискеты, и головки очень быстро изнашиваются. Поэтому, когда не происходит считывания и записи информации, головки убираются с поверхности, а компьютер останавливает вращение диска. Это позволяет продлить срок службы дискет. Но при этом, если поступает команда считывания или записи, происходит небольшая задержка (примерно полсекунды) перед тем, как начнет работать мотор.

RAID

RAID 0 – это базовая конфигурация дискового массива, предназначенная для повышения производительности системы. Один большой файл разбивается на несколько частей, которые записываются на разные диски. Это называется распределением данных. При обращении к такому файлу для чтения диски могут передавать данные параллельно, так что общее время его пересылки по сравнению со временем хранения на одном диске уменьшается во столько раз, сколько дисков в RAID-массиве.

Архитектура RAID 1 позволяет повысить надежность хранения данных путем записи их идентичных копий не на одном, а на двух дисках. Такие диски называются зеркальными. Если один из них выходит из строя, операция чтения и записи продолжается с зеркальным диском. Это довольно дорогой способ повышения надежности хранения, поскольку он требует дублирования всех дисков системы.

Уровни RAID 2, RAID 3 и RAID 4 предназначены для повышения надежности системы с помощью различных схем контроля четности, не требующих полного дублирования дисков. Вся информация, предназначенная для контроля четности, хранится на диске.

В RAID 5 также используется схема выявления ошибок, основанная на контроле четности. Однако информация, предназначенная для контроля четности, распределяется между всеми дисками.

Разработано и несколько гибридных схем. Так RAID 10 представляет собой дисковый массив, одновременно выполняющий функции RAID 1 и RAID 0.

Оптическая память

Используемая в CD-системах оптическая технология основана на применении лазерного луча. Лазерный луч направляется на поверхность вращающегося диска, вдоль дорожек которого располагаются впадины, отражающие сфокусированный луч в направлении фотодетектора, фиксирующего записанные на диске двоичные данные. Лазер излучает когерентный свет, состоящий из синхронизированных волн одинаковой длины. Если объединить два одинаковых луча в одной фазе, получится более яркий луч, а если сдвинуть лучи на полфазы, они погасят друг друга. Но если два таких луча будут направлены на фотодетектор, то в первом случае он зафиксирует яркое пятно, а во втором – темное.

Данные наносятся на поверхность диска в виде впадин (pit), чередующихся с с плоскими участками – площадками (land). Поверх диска с записанной на него информацией наносится тонкий слой отражающего алюминия, а на него – защитное акриловое покрытие.

CD-ROM

В компьютерных приложениях такие ошибки недопустимы. Но поскольку избежать их невозможно, необходимы дополнительные биты для выявления и исправления ошибок. Компакт-диск с такими битами называется CD-ROM, поскольку после записи производителем его содержимое можно только считывать как из полупроводниковой ROM.

Данные на дорожках CD-ROM организованы в блоки, которые называются секторами. Существует несколько различных форматов секторов. В соответствии с одним из них, размер сектора должен быть 2352 байт. Каждый сектор снабжен 16-байтовым заголовком, который содержит поле синхронизации для определения начала сектора, и адресную информацию, предназначенную для идентификации сектора. Далее следует 2048 байт данных. В конце располагаются еще 288 байт, предназначенных для коррекции ошибок.

CD-R

Произвести запись поверх однажды помещенных на CD-R данных невозможно. Но неиспользованные части диска позднее могут пригодиться для записи дополнительных данных.

CD-RW

Существуют CD-ROM, которые могут многократно перезаписываться пользователем. Они называются перезаписываемыми CD (CD-ReWritable, CD-RW)

Цифровые видеодиски

Успех технологии CD и возрастающие требования к вместимости дисков привели к разработке новой технологии, получившей название DVD (Digital Versatile Disk – универсальный цифровой диск). Первый стандарт был разработан для хранения полнометражного фильма на одной стороне диска.

Физический размер DVD-диска такой же как у CD: толщина – 1,2 мм, диаметр – 120 мм, а вот его вместимость значительно выше, достигаемая следующим:

• вместо инфракрасного лазера с длиной волны 780 мм, который характерен для CD-технологии, в DVD используется красный лазер с длиной волны 635 мм;

• впадины имеют меньший размер – их минимальная длина равна 0,4 мк.

• Дорожки располагаются ближе друг к другу – расстояние между ними составляет 0,74 мк.

Диски Blu-Ray

Ничто не вечно в компьютерном бизнесе, особенно технологии хранения. Стоило только появиться стандарту DVD, как тут же у него обнаружился серьезный конкурент. Преемником DVD можно считать технологию Blu-Ray, предусматривающую применение синего лазера вместо красного. Синий лазер отличается более короткой длиной волны, а значит, повышенной точностью; за счет этого обстоятельства он позволяет уменьшать размеры лунок и площадок. На односторонних дисках Blu-Ray умещается около 25 Гбайт данных; на двухсторонних — 50 Гбайт. Скорость передачи данных составляет 4,5 Мбит/с,