Внешние запоминающие устройства

Буферная память сглаживает разницу скоростей интерфейсной части и накопителя (используется быстродействующая статическая  память). Увеличение размера буферной памяти позволяет увеличить скорость работы накопителя. 

Интерфейс -- набор, состоящий из линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических  средств, поддерживающих эти линии, и правил обмена. Современные накопители могут использовать интерфейсы АТА (AT Attachment, он же IDE -- Integrated Drive Electronic, он же Parallel ATA), (EIDE), Serial; ATA, SCSI (Small Computer System Interface), SAS, FireWire, USB, SDIO и Fibre Channel.

Проблема увеличения объема диска

Для того, чтобы  при сохранении физического размера диска (еще лучше - его уменьшения) на него записывать больше информации необходимо увеличивать плотность записи данных на диск.

С 1997 года в среднем  производители жестких дисков увеличивали  плотность записи вдвое каждый год.

До сих пор покрытие дисков состояло из сплава кобальта, платины, хрома и бора. Это ферромагнитный сплав, который состоит из частиц, способных под воздействием внешнего магнитного поля записывающей головки менять свои магнитные свойства, например, магнитные полюса. Для увеличения плотности записи эти частицы должны становиться мельче, а магнитный слой - тоньше. Но физическая природа этих частиц не позволяет уменьшать их размер бесконечно, т.к. на магнитные свойства малых частиц уже влияет не только магнитное поле, но и температура - при нагревании диска с него может теряться информация.

Эту проблему пытались решать двумя способами - создавали  технологии обработки и улучшения  качества сигнала, полученного магнитными головками и создавали сплавы более устойчивые к внешним воздействиям на частицы. Но такие сплавы требуют более мощные головки записи, что приводит к увеличению энергозатрат и нагреванию диска. 

2. Современные  внешние запоминающие устройства 

2.1 Устройство  чтения компакт-дисков (CD-ROM)

Компакт-диски  имеют в диаметре 12 см и изначально вмещали до 650 мегабайт информации (или 74 минуты аудио). Однако, начиная приблизительно с 2000 года, всё большее распространение получали диски объёмом 700 мегабайт, которые позволяют записать 80 минут аудио, впоследствии полностью вытеснившие диск объемом 650 мегабайт. Встречаются и носители объёмом 800 мегабайт (90 минут) и даже больше, однако они могут не читаться на некоторых приводах компакт-дисков. Бывают также мини-CD диаметром 8 см, на которые вмещается около 140 или 210 Мб данных или 21 минута аудио, и CD, формой напоминающие кредитные карточки (т. н. диски-визитки).

Информация на диске записывается в виде спиральной дорожки так называемых питов (углублений), выдавленных на алюминиевом слое (в отличие от технологии записи CD-ROMов где информация записывается цилиндрически).

Компакт-диски  бывают CD-ROM, CD-R для однократной записи, CD-RW для многократной записи. Диски  последних двух типов предназначены  для записи в домашних условиях на специальных пишущих приводах. В некоторых CD-плеерах и музыкальных центрах такие диски могут не читаться (в последнее время все производители бытовых музыкальных центров и CD-плееров включают в свои устройства поддержку чтения CD-R/RW).

Скорость чтения/записи CD указывается кратной 150 KБ/с (то есть 153 600 байт/с). Например, 48-скоростной привод обеспечивает максимальную скорость чтения (или записи) CD дисков, равную 48 x 150 = 7200 KБ/с (7,03 MБ/с).

2.2 DVD. Отличия  DVD от обычных CD-ROM

Самое основное отличие - это, естественно, объем записываемой информации. Если на обычный CD-диск можно записать 640 Мб, то на один DVD-диск помещается от 4,7 до 17 Гб.

В DVD используется лазер с меньшей длиной волны, что позволило существенно увеличить  плотность записи, а кроме того, DVD подразумевает возможность двухслойной записи информации, то есть на поверхности компакта находится один слой, поверх которого наносится еще один, полупрозрачный, и первый считывается сквозь второй параллельно.

В самих носителях  тоже отличий больше, чем кажется  на первый взгляд. 

Из-за того, что  плотность записи существенно возросла, а длина волны стала меньше, изменились и требования к защитному  слою - для DVD он составляет 0,6 мм против 1,2 мм у обычных CD. Естественно, что  диск такой толщины будет значительно  более хрупким, по сравнению с классической болванкой. 

Поэтому еще 0,6 мм обычно заливаются пластиком с двух сторон, чтобы получились те же 1,2 мм. Но самое главное преимущество такого защитного слоя в том, что благодаря  его малому размеру на одном компакте стало возможным записывать информацию с двух сторон, то есть удваивать его емкость, при этом оставляя размеры практически прежними. 

Емкость DVD 

Существует пять разновидностей DVD-дисков: 

1. DVD5 - однослойный  односторонний диск, 4,7 Гб, или два  часа видео; 

2. DVD9 - двухслойный односторонний диск, 8,5 Гб, или четыре часа видео; 

3. DVD10 - однослойный  двухсторонний диск, 9,4 Гб, или 4,5 часа видео; 

4. DVD14 - двухсторонний  диск, два слоя на одной и  один на другой стороне, 13,24 Гб, или 6,5 часов видео; 

5. DVD18 - двухслойный двухсторонний диск, 17 Гб, или более восьми часов видео. 

Последний вариант, DVD18, из-за слишком дорогой и сложной  технологии производства в природе  встречается очень редко. Самые  популярные стандарты - DVD5 и DVD9. 

Возможности 

Ситуация с DVD-носителями сейчас напоминает аналогичную с CD, на которых долгое время тоже хранили только музыку. Сейчас можно встретить не только фильмы, но и музыку (так называемые DVD-Audio) и сборники софта (в основном, демонстрационные версии, которые занимают на болванке совсем небольшой кусочек места и выпускаются на DVD только из соображений престижа). Естественно, что основной областью использования является кинопродукция. 

Разработчикам софта и игр пока что не нужны  все возможности DVD, но в скором будущем ситуация будет меняться. 

Механические  повреждения 

К механическим повреждениям диски CD и DVD одинаково  чувствительны. Однако из-за гораздо  более высокой плотности записи потери на DVD-диске будут более  значительными (плотность данных намного  больше).  

Защита от копирования 

Кроме региональной защиты, есть еще одна - все содержимое DVD-диска шифруется, чтобы его  нельзя было воспроизвести после  копирования. А ключ состоит из двух частей: первая часть - это ключ, хранящийся на самом диске (всего их хранится около 400, и только один является подходящим), а вторая находится в памяти своего проигрывателя 

И сейчас есть программы, которые позволяют расшифровывать содержимое DVD. Есть и программы, позволяющие  сразу создавать образ диска  для его дальнейшего копирования. 

2.3 Blu-крытые слоем  ферромагнитного материала, чаще  всего двуокиси хрома. В некоторых  НЖМД используется одна пластина, в других -- несколько на одной  оси. Считывающие головки в  рабочем режиме не касаются  поверхности пластин благодаря  прослойке набегающего потока воздуха, образуемого у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках 5-10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков, головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков. 
 

Ёмкость современных  устройств достигает 1000 Гб. В отличие  от принятой в информатике (случайно) системе приставок, обозначающих кратную 1024 величину, производителями при обозначении ёмкости жёстких дисков используются кратные 1000 величины. Так, напр., «настоящая» ёмкость жёсткого диска, маркированного как «200 Гб», составляет 186,2 ГиБ. Кроме того, часть производителей указывают неформатированную ёмкость (вместе со служебной информацией), что делает ещё большим «зазор» между заявленными «200 Гб» и реальными 160 ГиБ. 

Физический размер (форм-фактор) -- почти все современные  накопители для персональных компьютеров и серверов имеют размер либо 3,5, либо 2,5 дюйма. Последние чаще применяются в ноутбуках. Получили распространение форматы -- 1,8 дюйма, 1,3 дюйма и 0,85 дюйма. Прекращено производство накопителей в формфакторе 5,25 дюймов. 

Время произвольного доступа -- от 3 до 15 мс, как правило, минимальным временем обладают серверные диски (например, у Hitachi Ultrastar 15K147 -- 3,7 мс), самым большим из актуальных -- диски для портативных устройств (Seagate Momentus 5400.3 -- 12,5). 

Надёжность определяется как среднее время наработки на отказ (Mean Time Between Failures, MTBF). Технология SMART (S.M.A.R.T. (англ. Self Monitoring Analysing and Reporting Technology) -- технология оценки состояния жёсткого диска встроенной аппаратурой самодиагностики, а также механизм предсказания времени выхода его из строя.) 

Количество операций ввода-вывода в секунду -- у современных  дисков это около 50 оп./сек при  произвольном доступе к накопителю и около 100 оп./сек при последовательном доступе. 

Уровень шума -- шум, который производит механика накопителя при его работе. Указывается в децибеллах. Тихими накопителями считаются устройства с уровнем шума около 26 дБ и ниже. Шум состоит из шума вращения шпинделя (в том числе аэродинамического) и шума позиционирования. 

Сопротивляемость ударам (англ. G-shock rating) -- сопротивляемость накопителя резким скачкам давления или ударам, измеряется в единицах допустимой перегрузки во включённом и выключенном состоянии. 

Скорость передачи данных (англ. Transfer Rate): 

· Внутренняя зона диска: от 44,2 до 74,5 Мб/с  

· Внешняя зона диска: от 60,0 до 111,4 Мб/с  

Жёсткий диск состоит  из следующих основных узлов: корпус из прочного сплава, собственно жесткие  диски (пластины) с магнитным покрытием, блок головок с устройством позиционирования, электропривод шпинделя и блок электроники. 

Вопреки расхожему  мнению, жесткие диски не герметичны, внутренняя полость жесткого диска  сообщается с атмосферой через фильтр, способный задерживать очень  мелкие (несколько мкм) частицы. Это  необходимо для поддержания постоянного давления внутри диска при колебаниях температуры корпуса. 

Пылинки, оказавшиеся  при сборке в жёстком диске  и попавшие на поверхность диска, при вращении сносятся на ещё один фильтр -- пылеуловитель.

Блок электроники 

В ранних жёстких дисках управляющая логика была вынесена на MFM или RLL контроллер компьютера, а плата электроники содержала только модули аналоговой обработки и управление шпиндельным двигателем, позиционером и коммутатором головок. Увеличение скоростей передачи данных вынудило разработчиков уменьшить до предела длину аналогового тракта, и в современных жёстких дисках блок электроники обычно содержит: управляющий блок, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), буферную память, интерфейсный блок и блок цифровой обработки сигнала. 

Интерфейсный  блок обеспечивает сопряжение электроники  жесткого диска с остальной системой. 

Блок ПЗУ хранит управляющие программы для блоков управления и цифровой обработки  сигнала, а также служебную информацию винчестера. 

Буферная память сглаживает разницу скоростей интерфейсной части и накопителя (используется быстродействующая статическая память). Увеличение размера буферной памяти позволяет увеличить скорость работы накопителя. 

Интерфейс -- набор, состоящий из линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих эти линии, и правил обмена. Современные накопители могут использовать интерфейсы АТА (AT Attachment, он же IDE -- Integrated Drive Electronic, он же Parallel ATA), (EIDE), Serial; ATA, SCSI (Small Computer System Interface), SAS, FireWire, USB, SDIO и Fibre Channel.

Проблема увеличения объема диска

Для того, чтобы  при сохранении физического размера  диска (еще лучше - его уменьшения) на него записывать больше информации необходимо увеличивать плотность  записи данных на диск.

С 1997 года в среднем  производители жестких дисков увеличивали  плотность записи вдвое каждый год.

До сих пор  покрытие дисков состояло из сплава кобальта, платины, хрома и бора. Это ферромагнитный сплав, который состоит из частиц, способных под воздействием внешнего магнитного поля записывающей головки менять свои магнитные свойства, например, магнитные полюса. Для увеличения плотности записи эти частицы должны становиться мельче, а магнитный слой - тоньше. Но физическая природа этих частиц не позволяет уменьшать их размер бесконечно, т.к. на магнитные свойства малых частиц уже влияет не только магнитное поле, но и температура - при нагревании диска с него может теряться информация.