Лекция 8. Внешние запоминающие устройства

8.1. Что такое внешняя память

Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного хранения программ и данных, и целостность её содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер. В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором. Информация от ВЗУ к процессору и наоборот циркулирует примерно по следующей цепочке:

ОЗУ Кэш Процессор» height=24 src=»http://techn.sstu.ru/kafedri/%D0%BF%D0%BE%D0%B4%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F/1/MetMat/shaturn/inform/%D0%9B%D0%B5%D0%BA%D1%86%D0%B8%D1%8F%208/0008.gif» width=316>

В состав внешней памяти компьютера входят:

8.2. Накопители на гибких магнитных дисках

Дискета состоит из круглой полимерной подложки, покрытой с обеих сторон магнитным окислом и помещенной в пластиковую упаковку, на внутреннюю поверхность которой нанесено очищающее покрытие. В упаковке сделаны с двух сторон радиальные прорези, через которые головки считывания/записи накопителя получают доступ к диску.

Способ записи двоичной информации на магнитной среде называется магнитным кодированием. Он заключается в том, что магнитные домены в среде выстраиваются вдоль дорожек в направлении приложенного магнитного поля своими северными и южными полюсами. Обычно устанавливается однозначное соответствие между двоичной информацией и ориентацией магнитных доменов.

В настоящее время наибольшее распространение получили дискеты со следующими характеристиками: диаметр 3,5 дюйма (89 мм), ёмкость 1,44 Мбайт, число дорожек 80, количество секторов на дорожках 18.

В последнее время появились трехдюймовые дискеты, которые могут хранить до 3 Гбайт информации. Они изготовливаются по новой технологии Nano2 и требуют специального оборудования для чтения и записи.

8.3. Накопители на жестких магнитных дисках

Рис. 8.1. Винчестерский накопитель
со снятой крышкой корпуса

Как и у дискеты, рабочие поверхности платтеров разделены на кольцевые концентрические дорожки, а дорожки — на секторы. Головки считывания-записи вместе с их несущей конструкцией и дисками заключены в герметически закрытый корпус, называемый модулем данных. При установке модуля данных на дисковод он автоматически соединяется с системой, подкачивающей очищенный охлажденный воздух. Поверхность платтера имеет магнитное покрытие толщиной всего лишь в 1,1 мкм, а также слой смазки для предохранения головки от повреждения при опускании и подъёме на ходу. При вращении платтера над ним образуется воздушный слой, который обеспечивает воздушную подушку для зависания головки на высоте 0,5 мкм над поверхностью диска.

8.4. Накопители на компакт-дисках

CD-ROM представляет собой прозрачный полимерный диск диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм, на одну сторону которого напылен светоотражающий слой алюминия, защищенный от повреждений слоем прозрачного лака. Толщина напыления составляет несколько десятитысячных долей миллиметра.

CD-ROM обладают высокой удельной информационной емкостью, что позволяет создавать на их основе справочные системы и учебные комплексы с большой иллюстративной базой. Один CD по информационной емкости равен почти 500 дискетам. Cчитывание информации с CD-ROM происходит с достаточно высокой скоростью, хотя и заметно меньшей, чем скорость работы накопителей на жестком диске. CD-ROM просты и удобны в работе, имеют низкую удельную стоимость хранения данных, практически не изнашиваются, не могут быть поражены вирусами, c них невозможно случайно стереть информацию.

В отличие от магнитных дисков, компакт-диски имеют не множество кольцевых дорожек, а одну — спиральную, как у грампластинок. В связи с этим, угловая скорость вращения диска не постоянна. Она линейно уменьшается в процессе продвижения читающей лазерной головки к краю диска.

Рис. 8.2. Накопитель CD-ROM

Для работы с CD-ROM нужно подключить к компьютеру накопитель CD-ROM (рис. 8.2), преобразующий последовательность углублений и выступов на поверхности CD-ROM в последовательность двоичных сигналов. Для этого используется считывающая головка с микролазером и светодиодом. Глубина впадин на поверхности диска равна четверти длины волны лазерного света. Если в двух последовательных тактах считывания информации луч света лазерной головки переходит с выступа на дно впадины или обратно, разность длин путей света в этих тактах меняется на полуволну, что вызывает усиление или ослабление совместно попадающих на светодиод прямого и отраженного от диска света.

Если в последовательных тактах считывания длина пути света не меняется, то и состояние светодиода не меняется. В результате ток через светодиод образует последовательность двоичных электрических сигналов, соответствующих сочетанию впадин и выступов на дорожке.

Профиль дорожки CD-ROM

Различная длина оптического пути луча света в двух последовательных тактах считывания информации соответствует двоичным единицам. Одинаковая длина соответствует двоичным нулям.

8.5. Записывающие оптические и магнитооптические накопители

· Записывающий накопитель CD-R (Compact Disk Recordable) способен, наряду с прочтением обычных компакт-дисков, записывать информацию на специальные оптические диски емкостью 650 Мбайт. В дисках CD-R отражающий слой выполнен из золотой пленки. Между этим слоем и поликарбонатной основой расположен регистрирующий слой из органического материала, темнеющего при нагревании. В процессе записи лазерный луч нагревает выбранные точки слоя, которые темнеют и перестают пропускать свет к отражающему слою, образуя участки, аналогичные впадинам. Накопители CD-R, благодаря сильному удешевлению, приобретают все большее распространение.

Рис.8.3. Накопитель CD-MO

· Накопитель на магнито-оптических компакт-дисках СD-MO (Compact Disk — Magneto Optical) (рис. 8.3). Диски СD-MO можно многократно использовать для записи. Ёмкость от 128 Мбайт до 2,6 Гбайт.

· Накопитель WARM (Write And Read Many times), позволяет производить многократную запись и считывание.

8.6. Накопители на магнитной ленте (стримеры) и накопители на сменных дисках

Рис. 8.4. Накопитель
на сменных дисках

Стримеры позволяют записать на небольшую кассету с магнитной лентой огромное количество информации. Встроенные в стример средства аппаратного сжатия позволяют автоматически уплотнять информацию перед её записью и восстанавливать после считывания, что увеличивает объём сохраняемой информации.

Недостатком стримеров является их сравнительно низкая скорость записи, поиска и считывания информации.

В последнее время всё шире используются накопители на сменных дисках, которые позволяют не только увеличивать объём хранимой информации, но и переносить информацию между компьютерами. Объём сменных дисков — от сотен Мбайт до нескольких Гигабайт.

Источник

Внешняя память компьютера: что такое, для чего необходима и другое

Содержание:

Компьютеры и ноутбуки работают с рядом запоминающих устройств, взаимодействующих между собой. Различают два основных типа памяти: внешняя – это накопители, внутренняя – используется процессором для вычислений. Ко второй относят ОЗУ, разнообразные кэши, буфер и не перезаписываемые виды запоминающих устройств. Первые рассмотрим подробнее.

Внешняя память компьютера: что это такое

В отличие от внутренней, энергонезависимая, постоянная или внешняя память служит для долговременного хранения цифровой информации. Данные из неё не удаляются даже после отключения электропитания, могут находиться на накопителе продолжительное время (годами). Она не связана с центральным процессором напрямую, взаимодействует с ним посредством иных устройств, соединённых с материнской платой.

Внешняя память (ВП) ещё называется внешними запоминающими устройствами (ВЗУ) или накопителями.

Разновидности внешней памяти

В зависимости от принципа записи, хранения и считывания информации ВЗУ разделяются на механические и немеханические. К механическим внешним запоминающим устройствам (внешней памяти) относятся накопители на гибких (FDD, дискеты), жёстких (винчестеры, HDD) и оптических носителях.

Ко вторым – устройства без механических частей – флеш-память. По способу чтения/записи внешняя память бывает: оптической, магнитной и комбинированной. Она характеризуется: объёмом, стоимостью за гигабайт, долговечностью, надёжностью, временем доступа, скоростью чтения и записи.

Гибкие диски

Дискета – носитель цифровой информации объемом до 2,8 МБ. Представлена подложкой, покрытой окислом с магнитными свойствами и помещённой в полимерный корпус. Данные записываются на дорожки – концентрические ячейки памяти, разделённые на секторы.

Ныне гибкие диски вытеснены другими типами памяти. Накопители на магнитных лентах применяются крайне редко в узкоспециализированных сферах, например, железнодорожные перевозки.

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.

Жёсткие диски (HDD)

Наиболее распространённая внешняя память. Работает по принципу магнитной записи. Информация записывается на дорожки отполированных металлических либо стеклянных пластин с магнитными свойствами благодаря покрытию ферромагнетику.

Состоят из одной или нескольких пластин, на которых хранятся данные, устройства позиционирования головки, самих считывающих головок и сложного блока электроники. Различаются:

Диск(-и) быстро вращается, считывающая головка парит над ним, при подаче напряжения она изменяет вектор намагниченности домена ферромагнетика. Для считывания меняется магнитный поток головки, приводящий к изменению электрического сигнала из-за возникновения индукции. По скорости опережают оптические накопители минимум на порядок: чтение – до 150 – 200 МБ/с, запись до 100 МБ/с.

По сравнению с предыдущими накопителями, HDD более быстрые, многократно перезаписываемые, надёжные, дешевые.

Флеш-память

Преимущества флеш-памяти над HDD:

Из недостатков на данный момент отметим:

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

Источник

Как выбрать внешний жесткий диск (HDD)

Пора увеличивать дисковую память и неудивительно, что многие в первую очередь вспоминают о внешних жестких дисках – ведь это самый простой способ подключить к системе дополнительный жесткий диск, а в случае с многими планшетами – так и вовсе единственный.

Сегодня в продаже встречаются внешние жесткие диски двух видов – SSD и HDD.

SSD (Solid State Disk – Твердотельный диск) использует для хранения данных микросхемы flash-памяти. SSD являются, фактически, разновидностью USB flash накопителей, отличаясь от «флешек» габаритами, максимальным объемом, наличием кэш-памяти и высокими скоростными показателями.

HDD (Hard Disk Drive – Накопитель на жестком диске) хранит данные на дисках из ферромагнитного материала, запись и чтение производится с помощью блока головок. Поэтому скорости чтения-записи у жестких дисков в разы (а в некоторых случаях – в десятки раз) меньше, чем у SSD. Кроме того, HDD боятся сотрясений во время работы – зазор между головкой и вращающимся диском составляет всего около 0,1 мкм, касание же головкой диска может привести к потере данных и даже к выходу HDD из строя. Почему же HDD сохраняют популярность?

— HDD намного дешевле. Средний HDD почти в 10 раз дешевле аналогичного по емкости SSD.

— Максимальный объем HDD больше – в продаже можно найти HDD накопители объемом до 24 ТБ. У SSD предел скромнее – 2 ТБ.

— При частой перезаписи данных HDD проработает дольше – у SSD ограничено количество циклов записи. Использование SSD в качестве рабочего диска для часто меняющихся данных быстро выведет его из строя. У HDD такого недостатка нет.

Резюмируя, можно сказать, что если вам нужен мобильный и не боящийся ударов накопитель не слишком большого объема для хранения редко меняющихся данных (архивы, музыка, изображения, видеофайлы, базы данных) и вам важна скорость чтения с этого накопителя, то SSD подойдет лучше.

Если же вам нужен диск большого объема по минимальной цене, и вы готовы мириться с недостатками HDD, то осталось только разобраться в остальных его характеристиках и выбрать модель, наиболее вам подходящую.

Характеристки внешних жестких дисков

Объем– основной параметр любого накопителя, определяющий как его привлекательность, так и цену. «Аппетиты» современных программ постоянно растут, как и объемы видеофайлов и файлов с фотографиями, поэтому желание приобрести накопитель большого объема вполне понятно. С другой стороны внешние HDD большого объема стоят дороже иного компьютера. Где же «золотая середина»?

Как видно из графика, выгоднее всего покупать диски объема 4-8 ТБ – у них стоимость 1 ТБ объема будет самой низкой.

Форм-фактор.

Исторически сложилось, что жесткие диски для компьютеров и ноутбуков выпускаются в двух форм-факторах – 2,5″ – для ноутбуков и 3,5″ – для стационарных компьютеров.

А поскольку внешний жесткий диск – это обычный жесткий диск в отдельном корпусе, форм-факторы сохранились те же – 3,5″ и 2,5″. Диски форм-фактора 2,5″ компактнее и мобильнее, но максимальный объем их ограничен 5ТБ. Внешние HDD большего объема бывают либо в форм-факторе 3,5″, либо составные из нескольких HDD.

Вид накопителя.

Портативныевнешние диски имеют небольшой размер и не требуют отдельного питания. Большинство портативных HDD выполнены в форм-факторе 2,5″. Портативный HDD удобно использовать в качестве мобильного накопителя для ноутбука или планшета.

Стационарные жесткие диски могут состоять из одного или нескольких HDD и достигать объема 24 ТБ. Стационарные накопители зачастую требуют отдельного питания, кроме того, их размеры и вес намного больше, чем у портативных. Такой жесткий диск лучше использовать в качестве внешнего накопителя для стационарного компьютера.

Скорость вращения шпинделя влияет на скорость чтения и записи данных с жесткого диска. Разница особенно сильно проявляется при записи и чтении больших нефрагментированных файлов, но и при работе с мелкими файлами скорость доступа к данным на более высокооборотистых HDD, как правило, выше. Это справедливо для сравнимых HDD одного производителя, к примеру, жесткие диски WD с частотой вращения шпинделя в 5400 rpm почти вдвое уступают по скорости чтения дискам того же производителя, но с частотой вращения 7200 rpm.

Сравнительный анализ скорости чтения 3х жестких дисков WesternDigital в различных режимах работы

Сравнивать по скорости вращения шпинделя разные жесткие диски разных производителей некорректно – скорость чтения/записи зависит не только от частоты вращения, но и от скорости позиционирования головок, от схемотехники контроллера жесткого диска и т.д.

Объем кэш-памяти.

Кэш-память предназначена для буферизации данных перед чтением и записью на диск, для хранения часто используемой информации (индексов, загрузочных записей, таблиц размещения файлов) или информации, которая может потребоваться в ближайшее время (например, содержимое секторов, ближайших к уже прочитанному). Наличие кэш-памяти значительно ускоряет работу с данными на жестком диске.

А вот объем кэш-памяти влияет на скорость работы незначительно – минимального для современных жестких дисков объема кэша в 8 МБ вполне достаточно для хранения служебной информации о диске, а для заметного ускорения работы за счет кэширования необходимо, чтобы объем кэша заметно превышал объем обрабатываемых файлов.

Поскольку размер в десятки мегабайт для современных файлов совсем не редкость, то проявляться эффект ускорения за счет кэширования будет нечасто. При работе с небольшими файлами разницу между объемом кэша в 8 МБ и в 64 МБ еще можно будет заметить, а вот между 32 и 64 уже вряд ли. При работе же с большими файлами размер кэша вообще не повлияет на скорость их считывания или записи.

Интерфейс подключения.

— USB 2.0 на сегодняшний день считается уже устаревшим. Его максимальная пропускная способность составляет 480 Мб/с (т.е. 60 Мбайт/с), а скорости чтения/записи на современных HDD зачастую превышают 100 Мбайт/с. Впрочем, такую скорость жесткие диски выдают только при чтении или записи больших нефрагментированных файлов, при обычной работе скорость будет в разы меньше. Но если вы часто копируете на внешний диск и обратно большие файлы (например, фильмы) и хотите, чтобы процесс шел побыстрее, то лучше предпочесть накопитель с более скоростным интерфейсом.

— USB 3.0 имеет максимальную скорость передачи данных 5 Гб/с, чего вполне достаточно для любого жесткого диска. С учетом распространенности этого интерфейса его можно считать оптимальным для внешних жестких дисков на сегодняшний день, тем более что обратная совместимость интерфейса USB позволяет подключать устройства USB 3.0 к старым компьютерам, не имеющим USB 3.0 портов (разумеется, со снижением скорости до стандартов 2.0). Но следует иметь в виду, что сила тока в разъеме USB 3.0 может быть почти в два раза выше, чем у 2.0, и многие USB 3.0 устройства рассчитаны именно на повышенный ток. И в этом случае устройство просто не заработает, будучи подключено к разъему USB 2.0. Проблемы не возникнет, если у жесткого диска есть отдельное питание, но такой накопитель скорее всего не получится использовать в отрыве от розетки.

Нельзя забывать, что повышенное энергопотребление USB 3.0 устройств ведет к сокращению срока автономной работы ноутбуков и планшетов. С USB 2.0 устройством розетка потребуется не так быстро.

— USB 3.1 имеет максимальную скорость в 10Гб/с, что для жестких дисков является даже излишним, поэтому гнаться за поддержкой именно этого интерфейса не стоит – жесткий диск все равно не сможет обеспечить скорость передачи данных, при которой будет важна поддержка именно USB 3.1. Обратная совместимость работает и с этим интерфейсом, USB 3.1 устройство можно подключать к разъемам USB 3.0 и USB 2.0 – но только в том случае, если интерфейсный кабель снабжен разъемом Standard-A (Type-A). Многие внешние жесткие диски с этим интерфейсом комплектуются переходником, позволяющим подключать их к любому типу разъема. Более практичный вариант – универсальный интерфейсный кабель с двумя разъемами или с разъемом-трансформером.

— Thunderbolt применяется только на компьютерах Apple, поэтому внешний жесткий диск с поддержкой этого интерфейса будет интересен в первую очередь владельцам MacBook-ов и iMac-ов. Впрочем, чтобы не терять остальных покупателей, большинство производителей устройств с поддержкой thunderbolt снабжают их также поддержкой USB 3.0/3.1

-Firewire (IEEE 1394) – стандарт, разработанный фирмой Apple в 1995г, обеспечивал скорость до 400Мб/с, чем – на тот момент – значительно превосходил другие существующие стандарты. В конце 90-х годов стандарт считался наиболее перспективным, но лицензионная политика Apple и слабая совместимость между различными версиями стандарта привели к тому, что на сегодняшний день он уже почти не применяется, повсеместно уступив стандарту USB 3.0/3.1

Защита от внешнего воздействия – немаловажная для всех для внешних накопителей характеристика в случае жестких дисков становится еще более востребованной. Если вы подбираете внешний жесткий диск для ноутбука или планшета и собираетесь эксплуатировать его в самых различных условиях, озаботьтесь наличием на жестком диске защиты от ударовили, хотя бы, чтобы он был в резиновомили силиконовомкорпусе. Для работы на открытом воздухе или в производственных помещениях не повредит наличиезащиты от пыли и влаги.

Варианты выбора внешних жестких дисков

Если вам нужен внешний жесткий диск по минимальной цене, имейте в виду, что накопители объемом в 500Гб имеют самую большую стоимость единицы объема среди всех внешних жестких дисков. Лучше с минимальной доплатой приобрести диск объемом от 1 ТБ.

Если вы желаете получить максимум объема за минимум денег, выбирайте среди внешних жестких дисков объема 4-8 ТБ – в этом диапазоне стоимость 1 ТБ самая низкая.

Если вам важна скорость обмена данных с накопителем, выбирайте среди внешних жестких дисков с частотой вращения шпинделя 7200 rpm

Если вы хотите надолго забыть о недостатке места, выбирайте среди жестких дисков большого объема – 8-10 ТБ.

Если вы собираетесь использовать накопитель в не самых благоприятных условиях и опасаетесь за его сохранность, выбирайте модели в корпусе из резины или силикона и с защитой от внешних воздействий.

Источник