35. Опишіть сучасні інтерфейси зовнішньої памяті.

Со времени создания персональных компьютеров было разработано несколь­ко типов интерфейсов для жестких дисков. Два первых интерфейса – ST-506/412 (фирмы Seagate Technologies) и ESDI (Enhanced Small Device Interface — усовершенствованный интерфейс малых устройств) в настоящее время не используются. Развитие интерфейсов шло по пути объединения кон­троллера и накопителя на жестких дисках, что позволило повысить тактовую частоту шифратора/дешифратора, плотность размещения данных на носи­теле и общее быстродействие системы. Поскольку современные интерфейсы используются для обмена данными не только с жесткими дисками, но и другими устройствами внешней памяти (например, CD-ROM или стримерами) их правильнее называть интерфейсами внешней памяти.

Наиболее распространенным интерфейсом внешней памяти на IBM-совместимых компьютерах является стандарт IDE (IDE расшифровывается как intelligent drive electronics или integrated drive electronics). Другое, официальное название интерфейса IDE, признанного ANSI в марте 1989 г., — АТА (AT Attachment).

Интерфейс ATA – это интерфейс системного уров­ня, в котором контроллер выполнен в виде микросхемы, установленной на плате накопителя. Первая версия интерфейса IDE (ATA) обеспечивала подключение не более двух жестких дисков со скоростью обмена 2-3 Мбайта/с, причем емкость жесткого диска не должна была превышать 504 Мбайт.

Спецификация АТА-2 или EIDE (Enhanced IDE), разработанная фирмой Western Digital, представляет собой расширение первоначального ва­рианта, названного АТА-1. Аналогичные стандарты Fast-ATA и Fast-ATA-2 были приняты фирма­ми Seagate и Quantum. В стандарте ATA-2 были произведены следующие изменения:

• увеличена максимальная емкость накопителей;

• увеличена скорость обмена данными;

• введен вторичный канал для подключения еще двух устройств;

• введен интерфейс ATAPI;

• введен режим экономии электроэнергии.

Максимальная емкость накопителей АТА-2 значительно увеличена за счет раз­работки улучшенной BIOS (Enhanced BIOS), что позволило преодолеть барьер в 504 Мбайт емкости жесткого диска.

В спецификации АТА-2 предусмотрено несколько режимов быстрого обмена данными с жесткими дисками, которые называются режимами про­граммного ввода/вывода PIO (Programmed Input/Output) со скоростями передачи данных 3,3-20 Мбайт/с. В многозадачных операционных системах целесообразно использовать режимы прямого доступа к оператив­ной памяти – DMA (Direct Memory Access). Процесс ввода/вывода данных в этом режи­ме происходит под управлением контроллера накопителя на жестких дисках только в паузах между обращениями процессора к оперативной памяти, что несколь­ко снижает скорость передачи данных, но экономит процессорное время. Для реализации режимов DMA, в отличие от PIO, необходимы специальные кон­троллеры и драйверы. В настоящее время разработан и внедрен новый режим – Ultra DMA-33, при котором скорость передачи данных повышается до 33 Мбайт/с.

В новых дисководах на магнитных дисках используется режим Ultra ATA/100, обеспечивающий режим обмена данными до 100 Мбайт/с.

С появлением процессоров Pentium контроллеры АТА-2 обеспечивают функцию Bus Master. В этом режиме процессор указывает контроллеру АТА-2, откуда он должен взять данные, и в какую область оперативной памяти их поместить. После этого контроллер захватывает управление шиной PCI и выполняет операции без участия процессора с помощью контроллера DMA. Особенно заметны преимущества режима Bus Master при одновременной работе нескольких приложений.

Контроллер АТА-2 имеет два канала (primary – первичный и secondary – вторичный), к каждому из которых можно подключить до двух устройств (всего четыре устройства).

Кроме того, АТА-2 позволяет подключать к контроллеру не только жесткие диски, но и другие устройства (дисководы CD-ROM, стримеры) поддерживающие спецификацию ATAPI (АТ Attachment Packet Interface). Эта спецификация получила широкую поддержку среди производителей дисководов CD-ROM и производителей операционных систем, что еще более расширило сферу распространения ATA-2.

В новых устройствах ATA-2 предусмотрен режим экономии электроэнергии: двигатель жесткого диска сам останавливается при отсутствии обращения к диску в течение временного интервала, определяемого пользователем системы.

Второй широко используемый интерфейс внешней памяти – SCSI (Small Computer System Interface – системный интерфейс малых компьютеров) был разработан и принят ANSI в 1986г. Этот интерфейс предусматривает подключение к одному адаптеру до 8 устройств (жестких дисков, дисководов CD-ROM, стримеров, сканеров и др.).

Связь между устройством SCSI и шиной ввода/вывода выполняется с помощью специального адаптера (контроллера) SCSI, вставляемого в разъем PCI. Каждое устройство, подключенное к адаптеру SCSI с помощью специальльной шины получает логический номер шины для иден­тификации его адаптером и установления связи с ним.

Стандарт SCSI за время своего развития претерпел существенные изме­нения. Одним из недостатков первой спецификации стандарта (SCSI-I) было то, что многие команды и функции не были определены как обяза­тельные, а это затрудняло работу периферийных устройств. В конечном счете, фирмы-изготовители определили набор из 18 базовых команд SCSI, и это привело к появлению в 1994 г. стандарта SCSI-II и его разновидностей: Fast SCSI со скоростью передачи данных 10 Мбайт/с, Wide SCSI со скоростью передачи данных до 20 Мбайт/с и Ultra SCSI со скоростью передачи данных до 40 Мбайт/с.

Последней версией стандарта SCSI является стандарт SCSI-III, предусматривающий реализацию последовательного канала передачи данных на оптоволокне (Fiber Channel Serial SCSI) со скоростью передачи данных до 100 Мбайт/с.

Интерфейс SCSI имеет явные преимущества перед ATA-2, особенно при работе с видео. Однако его аппаратная реализация обходится значительно дороже, т.к. во-первых, необходимо приобретение адаптера SCSI, а во-вторых, стоимость устройств с интерфейсом SCSI выше, чем аналогичных устройств с интерфейсом ATA-2. Поэтому, в основном, этот интерфейс используется в мощных серверах (кроме того, этот интерфейс является стандартным интерфейсом компьютеров фирмы Apple).

36. Які типи пристроїв зовнішньої пам’яті дозволяють копіювати великі об’єми даних з одного комп’ютера на інший?Подайте приклади і приведіть короткий опис кожному з них, в тому числі опишіть самі процеси магнітооптичного та оптичного запису.

Ограниченная емкость дискет не позволяет копировать большие объемы данных с одного компьютера на другой. Для этих целей в настоящее время используются следующие типы устройств:

• дисководы Бернулли;

• дисководы на гибких дисках большой емкости;

• сменные жесткие диски;

• дисководы на сменных жестких дисках.

В дисководах Бернулли (картриджах), которые производит фирма IOmega, применяются гибкие магнитные диски 3,5 и 5,25" объемом 150 Мбайт и более.

Принцип, положенный в основу работы дисководов, базируется на откры­тии швейцарского математика Даниила Бернулли. Закон Бернул­ли гласит, что чем выше скорость потока жидкости или газа через произволь­но выбранное сечение, тем меньше статическое давление, а при уменьшении скорости потока статическое давление возрастает. Этот закон объяс­няет наличие подъемной силы крыла как птицы, так и самолета. Строение крыла таково, что поток обтекает верхнюю часть крыла быстрее, чем ниж­нюю, а разность давлений образует подъемную силу.

Фирма IOmega применила этот же принцип при создании картриджа со сменным гибким диском и в знак уважения к швейцарскому математику назвала его именем Бернулли. Когда гибкий диск вращается внутри карт­риджа (конструкционные требования к картриджу высоки) с большой ско­ростью (3600 оборотов/мин), он становится псевдожестким диском.

Конструкционной особенностью дисковода Бернулли является использование пластины специального профиля (пластины Бернулли), которая располагается над гибким диском. Поток воздуха между пластиной и вращающимся гибким диском заставляет последний подниматься к пластине. Магнитные подвиж­ные головки записи/чтения расположены в прорезях пластины. Верхнее рас­положение магнитных головок имеет ряд достоинств. Вращающийся диск при­тягивается к головке на расстояние долей микрона, но не касается ее (зазор между носителем и головкой в накопителях Бернулли меньше, чем в жестких дисках).

Среднее время доступа к данным около 18 мс. Когда скорость диска падает, он плавно отходит от магнитной головки, т. е. в принципе исключается воз­можность касания головкой поверхности диска в случае механического от­каза или отключения электропитания. Помимо высокоточного исполнения всех узлов, дисковод Бернулли должен обладать достаточной прочностью. Дисководы Бернулли выпускаются как во встраиваемом в компьютер вари­анте, так и для внешнего подключения. Модель MultiDisk-150 размещается в отсеке для пятидюймового дисковода и подключается к адаптеру IDE. Для пор­тативного устройства требуется плата адаптера SCSI с внешним разъемом.

Кроме фирмы IOmega, устройства со сменными гибкими магнитными носителями выпускаются всего несколькими компаниями, в том числе SyQuest (новое название этой фирмы SyQT). Дисководы этой фирмы используют картриджи 135 Мбайт и 230 Мбайт (новые модели) и подключаются к компьютеру либо с помощью интерфейса EIDE (внутренние устройства), либо к параллельному порту или к интерфейсу SCSI (внешние устройства).

Дисководы на гибких магнитных дисках большой емкости выпускаются различными фирмами, но наиболее распространенными являются дисководы Zip фирмы IOmega, дисководы LS-120 (SuperDisk), выпускаемые несколькими фирмами, и дисководы HiFD совместного производства Sony и FujiFilm.

Первые дисководы Zip появились в 1995 г. и были рассчитаны на использование картриджей емкостью 100 Мбайт. Новые дисководы читают и записывают дискеты размером 250 Мбайт, но также поддерживают и старый формат на 100 Мбайт.

Эти устройства базируются на традиционной технологии магнитных носите­лей, но имеют более совершенную систему позиционирования головок запи­си/чтения и надежную механику привода.

Дисководы Zip выпускаются как во внутреннем исполнении (с интерфейсом EIDE или SCSI), так и в виде внешних устройств (в разных моделях для подключения используются разные интерфейсы: параллельный порт, SCSI или USB).

Скорость вращения диска в дисководе Zip составляет 3000 оборотов/мин, среднее время доступа – 29 мс. Скорость передачи данных зависит от типа интерфейса: минимальная – при использовании параллельного порта (0,79 Мбайт/с) и максимальная – при использова­нии встроенного накопителя со SCSI-контроллером (1,4 Мбайт/с).

В конце 1996 г. на рынке появились дисководы LS-120 емкостью 120 Мбайт, разработанные фирмами Compaq и ЗМ. В LS-120 используются стандартные технологии изготовления дисководов на магнитных дисках, од­нако они имеют специальные синхронизирующие дорожки, которые при из­готовлении были записаны лазерным лучом на носитель. Дисководы на гиб­ких магнитных дисках LS-120 используют лазерный луч для считывания информации с синхронизирующей дорожки и, таким образом, обеспечивают точное позиционирование магнитной головки записи/чтения. Высокая точность позиционирования головки позволяет увеличить поперечную плотность записи. Для дискет LS-120 поперечная плотность записи равна 2490 дорожек/дюйм (у 3,5-дюймовых дискет формата HD значение этого параметра может достигать 135 дорожек/дюйм). Такая высокая плотность достигается с помощью использования технологии двойного покрытия дискеты высокоплотным магнитным пигментом.

Отличительной особенностью дисководов LS-120 является возможность чтения/записи обычных 3,5-дюймовых дискет емкостью 1,44 Мбайта. Все современные материнские платы позволяют использовать дисководы LS-120 вместо FDD при загрузке операционной системы.

Так же, как и дисководы Zip, дисководы LS-120 выпускаются как во внутреннем исполнении (с интерфейсом EIDE или SCSI), так и в виде внешних устройств (с интерфейсами параллельного порта, SCSI или USB).

Скорость вращения диска в дисководе LS-120 составляет 720 оборотов/мин, а среднее время поиска – 70 мс. Скорость передачи данных так же, как у дисковода Zip, зависит от типа интерфейса: минимальная – при использовании параллельного порта (565 Кбайт/с) и максимальная – при использова­нии встроенного накопителя со SCSI-контроллером (до 4 Мбайт/с).

Дисководы HiFD (High Capacity Floppy Disk) появились в 1998 году и пока еще мало распространен среди пользователей компьютеров. Емкость его гибких дисков равна 200 Мбайт, и, кроме того, этот дисковод, как и LS-120, позволяет читать и записывать обычные 3,5-дюймовые дискеты. Внутренние дисководы HiFD подключаются с помощью интерфейса EIDE, а внешние – параллельному порту или порту USB. Скорость вращения для этого дисковода составляет 3600 оборотов/мин, а пиковая скорость передачи данных – до 3,6 Мбайт (в зависимости от типа интерфейса).

У сменного жесткого диска переносным является не только носитель данных, но и весь дисковод. В таких дисководах жесткий диск заключен вместе со своей электронной платой в о6щий корпус, закрытый со всех сторон, наружу выведены лишь разъемы для его подключения к контроллеру EIDE и электропитанию. Такой дисковод может вставляться в компьютер, а также извлекаться из него (для этого на его передней панели имеется специальная ручка).

Такие сменные жесткие диски можно использовать для архивирования и переноса больших объемов данных между компьютерами. Однако такие дисководы, также как и обычные дисководы жестких дисков, плохо приспособлены к внешним воздействиям, возникающим при их транспортировке (колебаниям и ударам). Кроме того, каждый раз при установке или извлечении таких дисководов необходимо вносить изменения в параметры CMOS Setup. Эти ограничения существенно ограничивают использование сменных жестких дисков.

В отличие от сменных жестких дисков, в дисководах на сменных жестких дисках сам корпус закрепляется в компьютере стационарно (для внутренних устройств), либо подключается к компьютеру как внешнее устройство, а сменными являются сами жесткие диски.

Дисководы на сменных жестких дисках производятся различными фирмами, но имеют общие черты.

В отличие от гибких дисков, сменные жесткие диски имеют жесткую металлическую или стеклопластиковую основу и выполнены с использованием технологии, аналогичной технологии производства жестких дисков. Однако расстояние между магнитным диском и головкой больше, чем в классических дисководах жестких дисков, поэтому плотность записи и, соответственно, общая емкость у этих дисководов меньше, чем у обычных жестких дисков. Для защиты от повреждений пластина жесткого диска заключается в прочный пластмассовый конверт. Привод дисковода на сменных жестких дисках во многом идентичен приводу внешнего дисковода на 3,25 и 5,25" гибких дисках.

Наиболее распространенными дисководами на сменных жестких дисках являются: дисководы Jaz фирмы Iomega и дисковод SyJet фирмы SyQT и дисковод ORB фирмы CastleWood.

Емкости сменных картриджей дисководов Jaz составляют 1 Гбайт и 2 Гбайта. Хотя в настоящее время выпускаются только двухгигабайтные дисководы, в них можно использовать оба типа картриджей. Накопители Jaz подключаются через интерфейс Fast SCSI-2 и выпускаются как во внутреннем, так и во внешнем исполнении.

Вращение диска в дисководе Jaz происходит со скоростью 5400 оборотов/мин. Средняя скорость обмена в устоявшемся режиме составляет 7,4 Мбайт/с, а среднее время доступа – 15,5-17,5 мс. Дисковод имеет кэш-память, размер которой составляет 512 Кбайт.

Программное обеспечение Jaz предусматривает присвоение буквенного сим­вола сменному дисководу, причем программные инструменты устанавлива­ют собственную пиктограмму (а не используют по умолчанию значок нако­пителя на сменных дисках).

Дисковод SyJet использует сменные картриджи емкостью 1,5 Гбайт. Такой картридж имеет 2 диска, 4 поверхности, а считывающие головки находятся снаружи, т.е. в самом устройстве.  Помимо интерфейса SCSI внутренний дисковод может подключаться к интерфейсу EIDE, а внешний – к параллельному порту.

Скорость вращения диска – 5400 оборотов/мин, скорость передачи составляет от 1,3 Мбайт/с (для параллельного порта) до 7 Мбайт/с (для интерфейсов EIDE и SCSI), а среднее время доступа – 11 мс.

Еще более вместительным и быстродействующим является дисковод ORB, емкость картриджа которого равна 2,2 Гбайт, а средняя скорость передачи – 12 Мбайт/с. Внутренний дисковод подключается по интерфейсам EIDE и SCSI, а внешний – к параллельному порту и порту USB, а также к интерфейсам SCSI и FireWire.