Внешние запоминающие устройства

   Объём буфера — буфером называется промежуточная  память, предназначенная для сглаживания  различий скорости чтения/записи и  передачи по интерфейсу. В современных  дисках он обычно варьируется от 8 до 64 Мб.

2.   Производители

   Изначально  на рынке было большое разнообразие жёстких дисков, производившихся  множеством компаний. В связи с  ужесточением конкуренции и понижением норм прибыли большинство производителей было либо куплено конкурентами, либо перешло на другие виды продукции. На сегодняшний день большая часть всех винчестеров производится всего несколькими компаниями: Seagate, Western Digital, Samsung, а также ранее принадлежавшим IBM подразделением по производству дисков фирмы Hitachi. Fujitsu продолжает выпускать жёсткие диски для ноутбуков и SCSI-диски, но покинула массовый рынок в 2001 году. Toshiba является основным производителем 2,5- и 1,8-дюймовых ЖД для ноутбуков. Достаточно яркий след в истории жёстких дисков оставила компания Quantum. Одним из лидеров в производстве дисков являлась компания Maxtor. В 2001 году Maxtor выкупила подразделение жёстких дисков компании Quantum. В 2006 году состоялось слияние Seagate и Maxtor. В середине 1990-х годов существовала компания Conner, которую купила Seagate. В первой половине 1990-х существовала фирма Micropolis, производившая очень дорогие диски premium-класса. Но при выпуске первых в отрасли винчестеров на 7200 об/мин ею были использованы некачественные подшипники главного вала, поставлявшиеся фирмой Nidec, и Micropolis понесла фатальные убытки на возвратах, разорилась и была полностью выкуплена компанией Seagate. Весной 2011 производство жёстких дисков фирмы Hitachi купила Western Digital. В тоже время Samsung продала своё HDD подразделение Seagate. На 2011 год осталось 3 производителя - Seagate, Western Digital и Toshiba.

   В настоящее время, в связи с  продвижением на рынок внешних накопителей  и развитием технологий типа SSD, количество фирм предлагающих готовые решения  вновь возросло.

3. Принцип работы

   Принцип работы жёстких дисков похож на работу магнитофонов. Рабочая поверхность  диска движется относительно считывающей  головки. При подаче переменного  электрического тока на катушку головки  возникающее переменное магнитное  поле из зазора головки воздействует на ферромагнетик поверхности диска  и изменяет направление вектора  намагниченности доменов в зависимости  от величины сигнала. При считывании перемещение доменов у зазора головки приводит к изменению  магнитного потока в магнитопроводе головки, что приводит к возникновению переменного электрического сигнала в катушке из-за эффекта электромагнитной индукции.

   В последнее время для считывания применяют магниторезистивный эффект и используют в дисках магниторезистивные головки. В них изменение магнитного поля приводит к изменению сопротивления, в зависимости от изменения напряжённости  магнитного поля. Подобные головки  позволяют увеличить вероятность  достоверности считывания информации.

4. Методы  записи

1. Метод продольной записи

   Биты  информации записываются с помощью  маленькой головки, которая, проходя  над поверхностью вращающегося диска, намагничивает миллиарды горизонтальных дискретных областей — доменов. При  этом вектор намагниченности домена расположен продольно, то есть параллельно  поверхности диска. Каждая из этих областей является логическим нулём или единицей, в зависимости от намагниченности.

   Максимально достижимая при использовании данного  метода плотность записи составляет около 23 Гбит/см². К 2010 году этот метод был практически вытеснен методом перпендикулярной записи.

2. Метод перпендикулярной записи

   Метод перпендикулярной записи — это технология, при которой биты информации сохраняются в вертикальных доменах. Это позволяет использовать более сильные магнитные поля и снизить площадь материала, необходимую для записи 1 бита. Плотность записи у современных образцов — 400 Гбит на кв/дюйм.

   Жёсткие диски с перпендикулярной записью  доступны на рынке с 2005 года.

3. Метод тепловой магнитной  записи

   Метод тепловой магнитной записи на данный момент самый перспективный из существующих, сейчас он активно разрабатывается. При использовании этого метода используется точечный подогрев диска, который позволяет головке намагничивать очень мелкие области его поверхности. После того, как диск охлаждается, намагниченность «закрепляется». На рынке ЖД данного типа пока не представлены, есть лишь экспериментальные образцы, плотность записи которых 150 Гбит/см². Разработка HAMR-технологий ведется уже довольно давно, однако эксперты до сих пор расходятся в оценках максимальной плотности записи. Так, компания Hitachi называет предел в 2,3−3,1 Тбит/см², а представители Seagate Technology предполагают, что они смогут довести плотность записи HAMR-носителей до 7,75 Тбит/см². Широкого распространения данной технологии следует ожидать в 2011—2012 годах.

4. Структурированные носители данных

   Структурированный носитель данных, — перспективная  технология хранения данных на магнитном  носителе, использующая для записи данных массив одинаковых магнитных  ячеек, каждая из которых соответствует  одному биту информации, в отличие  от современных технологий магнитной  записи, в которых бит информации записывается на нескольких магнитных доменах.

1. Магнитные накопители

   Накопитель  на гибких магнитных  дисках - Гибкий диск, дискета (англ.floppy disk) – устройство для хранения небольших объёмов информации, представляющее собой гибкий пластиковый диск в защитной оболочке. Наиболее распространены – «трехдюймовые дискеты». Дискета 3,5 имеет 2 рабочие поверхности, 80 дорожек на каждой стороне, 18 секторов на каждой дорожке (512 байт – каждый сектор).

   Устройство  дискеты: Принцип записи на магнитных носителях основан на намагниченности отдельных участков магнитного слоя носителя. Информация записывается по концентрическим дорожкам (трекам), которые делятся на секторы. Количество дорожек и секторов зависит от типа и формата дискеты. Сектор хранит минимальную порцию информации, которая может быть записана на диск или считана. Емкость сектора постоянна и составляет 512 байтов.²

   Накопители  на магнитной ленте (стримеры).

   Стример (англ. tape streamer) – устройство для резервного копирования больших объёмов информации. В качестве носителя здесь применяются кассеты с магнитной лентой ёмкостью 1 - 2 Гбайта и больше. Недостатком стримеров является их сравнительно низкая скорость записи, поиска и считывания информации.³

2. Карты памяти

   Flash-память (англ. Flash-Memory) – разновидность твердотельной полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти. Flash-память может быть прочитана сколько угодно раз, но писать в такую память можно лишь ограниченное число раз (обычно около 10 тысяч раз). Несмотря на то, что такое ограничение есть, 10 тысяч циклов перезаписи это намного больше, чем способна выдержать дискета или CD-RW.

   Flash память наиболее известна применением в USB Flash Drive. USB Flash Drive (на компьютерном сленге флэшка или карандаш) - носитель информации, использующий Flash - память для хранения данных и подключаемый к компьютеру или иному считывающему устройству через стандартный разъём USB. USB Flash Drive называют также USB Flash-картой.

   Flash-карты получили большую популярность в 2000-е годы из-за компактности, лёгкости перезаписывания файлов и большого объёма памяти (от 32 Мб до 64 Гб). Основное назначение : хранение, перенос и обмен данными, резервное копирование, загрузка операционных систем (LiveUSB) и др.⁴

   Флэш-память широко используется в портативных устройствах, работающих на батарейках и аккумуляторах – цифровых фотокамерах и видеокамерах, цифровых диктофонах, MP3-плеерах, КПК, мобильных телефонах, а также смартфонах и коммуникаторах. Кроме того, она используется для хранения встроенного программного обеспечения в различных устройствах - контроллерах.

   У флэш-дисков отсутствуют какие-либо подвижные части, по форме чаще всего они представляют собой прямоугольные картриджи. Для хранения информации в них используются специализированные микросхемы памяти с металлизацией (металл-нитридные), выполненные по технологии Flash. Дисками их называют условно, поскольку флэш-диски полностью эмулируют функциональные возможности HDD.

   По  существу, флэш-диски - это «полупостоянные» запоминающие устройства, стирание, считывание и запись информации в которых выполняется электрическими сигналами (в отличие от прочих ПЗУ, в которых эти действия производятся лучом лазера или чисто механически – «перепрошивкой»). Количество циклов перезаписи информации в одну и ту же ячейку у флэш-памяти ограничено, но оно обычно превышает 1 миллион – эта величина иногда указывается в паспорте микросхемы.

   Наиболее  распространенные типы карт памяти: 
CompactFlash (CF), MultiMeda Card, SD Card, Memory Stick, SmartMedia, xD-Picture Card, PC-Card (PCMCIA или ATA-Flash). Существуют и другие портативные форм-факторы флэш-памяти, однако встречаются они намного реже перечисленных.

   Флэш-карты бывают двух типов: с параллельным (parallel) и с последовательным (serial) интерфейсом.

   Параллельный:

• PC-Card (PCMCIA или ATA-Flash)
• CompactFlash (CF)
• SmartMedia (SSFDC)

   Последовательный:

• MultiMedia Card (MMC)
• SD-Card (Secure Digital - Card)
• Sony Memory Stick

   Самым старым и самым  большим по размеру следует признать PC Card (ранее этот тип карт назывался PCMCIA [Personal Computer Memory Card International Association]). Карта снабжена ATA контроллером. Благодаря этому обеспечивается эмуляция обычного жесткого диска. В настоящее время флэш-память этого типа используется редко. PC Card бывает объемом до 2GB. Существует три типа PC Card ATA (I, II и III). Все они отличаются толщиной (3,3 5,0 и 10,5 мм соответственно). Все три типа обратно совместимы между собой (в более толстом разъеме всегда можно использовать более тонкую карту, поскольку толщина разъема у всех типов одинакова – 3,3 мм). Питание карт - 3,3В и 5В. ATA-flash как правило относится к форм фактору PCMCIA Type I

   Конструкция карт CompactFlash обеспечивает эмуляцию жёсткого диска с АТА интерфейсом. Разъёмы Compact Flash расположены на торце карты, электрически и функционально повторяя назначение контактов PCMCIA. Карты Compact Flash поддерживают два напряжения: 3.3В и 5В.

   SmartMedia (SSFDC - Solid State Floppy Disk Card) 8 из 22-х контактов карты используются для передачи данных, остальные используются для питания микросхемы, управления и несут на себе другие вспомогательные функции.

   Толщина карты всего лишь 0,76мм.

   SmartMedia - единственный формат флэш-карт, не имеющий встроенного контроллера.

   На  карте имеется специальное углубление (в форме кружочка). Если в это место приклеить соответствующей формы токопроводящий стикер, то карта будет защищена от записи.

   По  сравнению с другими картами  флэш-памяти, в которых используется полупроводниковая память, размещённая  на печатной плате вместе с контроллером и другими компонентами, SmartMedia устроена очень просто. xD-Picture Card - XD следует расшифровывать как eXtreme Digital. Теоретически емкость карт xD может достигать 8ГБ.

   Сообщается, что скорость записи данных на xD будет достигать 3 Мбайт/с, а скорость чтения - 5 Мбайт/с.

   Размеры карты: 20 х 25 х 1,7 мм. Контакты у XD расположены, так же как и у SmartMedia, на лицевой части карты. Карта разработана в качестве замены SmartMedia и продается по сравнимой со SmartMedia цене (возможно, из-за отсутствия встроенного контроллера), благо чипы для xD-Picture Card производятся Toshiba. Теоретический предел емкости – 8GB.

   Карты MMC содержат 7 контактов, реально из которых используется 6, а седьмой формально считается  зарезервированным на будущее. По стандарту MMC способна работать на частотах до 20МГц. Карточка состоит из пластиковой оболочки и печатной платы, на которой расположена микросхема памяти, микроконтроллер и разведены контакты.

   MultiMedia Card работает с напряжением 2.0В - 3.6В, однако спецификацией предусматриваются карты с пониженным энергопотреблением - Low Voltage MMC (напряжение 1.6В - 3.6В).

   Стандарт SPI определяет только разводку, а не весь протокол передачи данных. По этой причине в MMC SPI используется подмножество команд протокола MMC. Режим SPI предназначен для использования в устройствах, которые используют небольшое количество карт памяти (обычно одну). преимущество использования режима SPI состоит в возможности использования уже готовых решений, уменьшая затраты на разработку до минимума. Недостаток состоит в потере производительности на SPI системах, по сравнению с MMC.