Вопрос № 28. Устройства внешней памяти. Принцип работы и характеристики

Внешняя память компьютера, Внешние запоминающие устройства

Внешняя память компьютера или ВЗУ — важная составная часть электронно вычислительной машины, обеспечивающая долговременное хранение программ и данных на различных носителях информации. Внешние запоминающие устройства (ВЗУ) — можно классифицировать по целому ряду признаков : по виду носителя, по типу конструкции, по принципу записи и считывания информации, по методу доступа и т.д. При этом под носителем понимается материальный объект, способный хранить информацию.

Свойства внешней памяти :

  • ВЗУ энергонезависима, целостность её содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер .
  • В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором.

В состав внешней памяти включаются :

  • НЖМД – накопители на жёстких магнитных дисках.
  • НГМД – накопители на гибких магнитных дисках.
  • НОД – накопители на оптических дисках (компакт-дисках CD-R, CD-RW, DVD).
  • НМЛ – накопители на магнитной ленте (стримеры).
  • Flash накопители.

Накопители – это запоминающие устройства, предназначенные для длительного (то есть не зависящего от электропитания) хранения больших объемов информации.

Кроме основной своей характеристики – информационной емкости – дисковые накопителихарактеризуются и двумя другими показателями : временем доступа и скоростью считывания последовательно расположенных байтов.

Видео

Оптические диски

К устаревшей внешней памяти относятся компакт-диски – полимерные накопители 120 мм в диаметре и толщиной 1,2 мм с одним либо несколькими светоотражающими слоями. Для записи и считывания информации применяется дисковод или оптический привод. В зависимости от типа накопителя, может вмещать до 50 ГБ (трёхслойные) или 100 ГБ (четырёхслойные).

Различаются неперезаписываемые носители – обозначаются буквой R (ROM – от read) и перезаписываемые – RW (rewritable). Информация на первые записывается один раз и не меняется. Вторые можно одно- или многократно очищать от данных, дописывать их. Также оптические накопители разделяют по типу носителя: CD, DVD, Blu-ray.

Жесткий диск

Винчестер или накопитель на жестких магнитных дисках — сложное устройство с записью магнитного типа для хранения данных и произвольного доступа к ним. Им оснащены практически все компьютеры. Запись происходит на жесткие стеклянные или алюминиевые пластины. Они покрыты слоем материала, имеющего ферромагнитные свойства. Диск может содержать одну или две пластины, размещенные на одной оси или шпинделе. Между ними размещены считывающие головки.

При быстром вращении шпинделя образуется поток воздуха. Следовательно, головки не касаются поверхности ферромагнетика. Расстояние между ними равно 10 нм (10^(-9) = 0,00000001 м.). Если диск не работает, то они находятся у шпинделя и не касаются магнитной поверхности. При аварийном отключении электроэнергии устройство считывания, благодаря использованию конденсаторных блоков, отводится на безопасное расстояние. Конденсаторы служат для накопления электрического заряда определенной емкости, которой хватает для правильного завершения работы винчестера.

Носитель информации находится внутри компьютера. Он совмещен с накопителем и электронной платой, которая называется вспомогательным контроллером.

Конструктивная особенность

Основными частями винчестера являются гермозона и электрическая плата (блок электроники). Первая часть состоит из корпуса (прочный сплав), считывающего механизма (головки и устройство позиционирования), дисков и двигателя шпинделя. Внутри нее отсутствует вакуумное пространство, поскольку производители наполняют область очищенным воздухом без примесей воды или азотом.

Давление выравнивается при помощи специального фильтра с мембраной для избежания деформации во время полета в самолете или перегрева. Если в гермозону попали мелкие частички, то при вращении они попадают в пылеулавливатель. Головки состоят из сплава на основе алюминия. Диски покрыты ферромагнетиком (сплав окиси железа, марганца и т. д. ) и изготавливаются из прочного металлического сплава. Фирма IBM делала их также из пластика и стекла, но модели оказались недолговечными. Количество пластин зависит от емкости устройства.

Закрепляются магнитные диски на оси, которая называется шпинделем. Она вращается со скоростью от 5200 до 15000 об/мин. Если диски еще не набрали соответствующих оборотов, то головки находятся в парковочной зоне. Вращение происходит при помощи вентильного электродвигателя. Между магнитными пластинами находится сепаратор в виде диска из пластика или алюминия. Он применяется для стабилизации потока воздуха или газа.

Устройство позиционирования — соленоидный электродвигатель малоинерционного типа. Блок электроники состоит из таких элементов: постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), буфера (памяти), блоков управляющего сигнала, интерфейса и цифровой обработки сигнала. В ПЗУ находятся информация о модели и программы, которые управляют работой блоков.

Буферная память предназначена для увеличения быстродействия. Блок управляющего сигнала принимает и обрабатывает информацию от различных датчиков (скорость вращения, противоударный акселерометр, давления, температуры, свободных падений и угловых ускорений).

Блок интерфейса осуществляет сопряжение между элементами винчестера и компьютером. Кодирование и декодирование информации осуществляется узлом цифровой обработки.

Технические характеристики

При покупке винчестера нужно обратить внимание на его характеристики, поскольку от них зависит производительность всего компьютера. К ним относятся следующие:

  1. Интерфейс — взаимодействие двух независимых устройств. Бывают следующих типов: ATA, eSATA, SАТА, SCSI, SAS, FireWirе, SDIО и Fibrе СНАNNЕL.
  2. Емкость — важный параметр, указывающий на количество информации, которую можно записать на носитель.
  3. Геометрические параметры — размер устройства, измеряемый в дюймах.
  4. Random Access Time — параметр, характеризующий время доступа к данным.
  5. Частота вращения шпинделя — скорость, с которой вращается ось.
  6. Средняя продолжительность наработки на отказ — параметр, показывающий время работы устройства до первого отказа.
  7. Число опросов в секунду (IOPS) показывает максимальную величину элементарных операций в секунду во время записи и чтения.
  8. Мощность — параметр, показывающий количество потребляемой энергии за единицу времени.
  9. Скорость передачи данных — величина передачи или приема максимального блока информации за 1 секунду.
  10. Объем буфера — количество памяти для уменьшения различий между операциями чтения и записи, а также последующей передачи данных по интерфейсу в RAM.

Однако следует обратить внимание на все характеристики, кроме 3, 4, 6, 7 и 9, поскольку у современных дорогих моделей они оптимальны.

Оптические диски

Определение 2

Оптический диск – это накопитель, чтение с которого производится при помощи оптического излучения. Основа диска изготавливается из поликарбоната, на который нанесен специальный слой. Информация записывается в виде углублений в поликарбонатной основе. На диск направляется луч лазера, он отражается, потом отраженный сигнал декодируется. Таким образом, производится считывание с диска.

К оптическим дискам относятся следующие разновидности:

  • CD (Compact Disc) – компакт диски;
  • DVD (Digital Versatile Disc)-цифровой многоцелевой диск;
  • BD (Blu-ray Disc) – «синий луч».

CD бывают двух разновидностей: CD-R — для однократной записи и последующего многократного чтения и CD-RW – для многократной перезаписи. Объем информации, записываемой на CD может быть равен $650$Мб, $700$Мб, $800$Мб или $900$Мб.

Дальнейшим развитием этой технологии стали DVD-диски. Внешне DVD-диски мало отличаются от CD-дисков, но они используют лазер с меньшей длиной волны. Это позволяет увеличить объем памяти на диске до 17Гб. Аналогично компакт дискам также бывают DVD-R только для однократной записи и DVD-RW для многократной записи и чтения.

BD — это формат оптического диска, используемый для записи и хранения видео высокой чёткости и высокой плотности. Этот вид носителя получил свое название «синий луч» из-за того, что для его записи и чтения используется специальный коротковолновой лазер синего цвета. Однослойный диск Blu-ray может хранить $23,3$Гб,$25$Гб, $27$Гб или $33$ Гб, двухслойный диск может хранить $46,6$Гб, $50$Гб, $54$Гб или $66$ Гб.

Флеш-память

  • Твердотельные накопители (SSD) – замена для жёстких дисков.
  • Флешки – используются для переноса информации между компьютерами, её хранения, например цифровых ключей.
  • Флеш-карты – применяются для хранения данных на цифровой технике: фотоаппараты, камеры, видеорегистраторы, телефоны, планшеты.

Преимущества флеш-памяти над HDD:

Преимущества флеш-памяти над HDD:

  • Скорость считывания и записи до десятка раз выше.
  • Надёжность – менее подвержена потерям данных при облучении электромагнитными полями, падении накопителя.
  • Отсутствие механики – не шумит.
  • Экономичность – потребляют меньше энергии.

Из недостатков на данный момент отметим:

  • Стоимость одного гигабайта – обходится дороже HDD в разы, но ситуация постоянно улучшается.
  • Объём – для HDD в основном 1-2 ТБ, для SSD – 256-512 ГБ.

Компактность большой роли не играет. Ограниченный срок службы ячейки ранее относился к недостаткам, с развитием технологий количество циклов перезаписи перестало быть проблемой.

Теги