Небольшая история внешних устройств
n В целом носители информации можно разделить на следующие группы: n перфокарта 45 – 80 байт перфолента в зависимости от длины магнитный барабан 20 – 100 Кб магнитная лента в зависимости от длины дискета 8 д. 0. 8 – 1. 6 Мб дискета 5 д. 0. 11 – 1. 2 Мб дискета 3, 5 д. 0. 72 – 2. 8 Мб флеш-карта 8 Мб – 64 Гб CD 640 – 800 Мб DVD 4. 7 Гб BR-DVD, HD-DVD 30 – 54 Гб HVD 200 Гб – 3. 9 Тб n n n
Механическая память. Перфокарты и перфоленты n В тридесятом царстве, в тридевятом государстве, а точнее во Франции жил простой ткач Базиль Бушон. Еще в 1725 году его голову озарила гениальная мысль. Он пытался упростить свою работу на ткацком станке и придумал ленту с проделанными в ней отверстиями, т. е. перфоленту. В зависимости от того присутствует или нет отверстие в перфоленте, нить станка отпускалась или поднималась. Таким образом, создавался сложный запрограммированный рисунок. К тому же Базиль сообразил склеить ленту в обод, что создавало непрерывную работу станков. Несколькими годами позже Жан-Батист Фалькон, тоже ткач, в 1728 году немного усовершенствовал идею Бушона. Ленту он заменил перфорированными карточками, соединенными между собой. Карточки можно было вытаскивать и вставлять обратно, не нарушая целостности цепочки. Это способствовало легкому изменению фрагментов ткацкого рисунка. Все бы хорошо, но ткацкие станки, даже с перфокартами были полуавтоматическими. Требовали ручной подачи перфокарт. Но в 1801 году Жозеф-Мари Жаккард, сын ткача и французский изобретатель, создает первый автоматический ткацкий станок на основе перфокарт.
В 1822 году Чарльз Беббидж решил использовать перфокарты не для ткацких станков, а для своей аналитической машины, которая и по сей день считается первым прототипом современного компьютера. Идея Беббиджа заключалась в том, чтобы заставить два жаккаровских механизма с цепочкой карт в каждом, управлять действиями машины. Эта мысль и открыла первую страницу в истории внешних компьютерных носителей информации. 1888 год стал большим толчком к развитию перфокарт. В США каждые десять лет проводится перепись населения, т. к. количество мест в сенате для каждого штата зависит от численности населения штата. Для обработки данных переписи 1880 года понадобилось 8 лет, надо было что-то менять. В 1888 году, за два года до следующей переписи, Герман Холлерит создает табулятор. Устройство, которое должно облегчить работу статистиков. Ввод информации в него осуществляется при помощи перфокарт. Холлерит получает точное число жителей США по данным переписи 1890 года уже через неделю, и патентует табулятор. В 1928 году компания IBM создает формат перфокарты. Теперь она состоит из 80 столбцов и 12 строк. Каждая колонна кодирует один байт. Из 80 байт, расположенных на перфокарте, 8 – служебные, остальные используются по прямому назначению. Считывание информации производилось посредством специальных электромеханических считывателей или с помощью фотоэлементов. Также применялись перфорированные бумажные ленты. Скорость обработки перфокарт до 2000 карт в минуту. С 1935 года в СССР выпускается полный комплект перфокарточной техники. Только в 1965 году производство перфокарт свернуто. Перфокарты применялись еще несколько десятков лет. К тому же на них осталось огромное количество информации. Не известно кому и когда она может понадобиться, но пока эта информация не перенесена на другие носители.
n n Магнитная память. Телеграфон, магнитные ленты и дискеты В 1888 году у американского инженера Оверлинга Смита рождается мысль о том, что намагничивание чего-либо может быть использовано для записи звука. Вальдемар Пульсен развивает эту идею и в 1898 год создает телеграфон. Он патентует его как аппарат для магнитной записи звука. Телеграфон состоял из медного цилиндра, обмотанного тонким проводом и электромагнита, который двигался вдоль него. Посредством намагничивания провода производилась и запись звука. В 1930 -е годы появляется идея о замене проволоки лентой с напыленным на нее магнитным порошком. 1952 год – компания IBM впервые использует магнитную ленту в электронной вычислительной машине IBM Model 701 как внешний носитель информации. Скорость считывания – 7500 байт в секунду, а вместимость – 1, 4 Мбайта. Эта лента была разработана компанией Imation. телеграфон
Дискеты 1967 год – компания IBM изобретает первую дискету. Дэвид Ноубл, работавший в IBM под руководством Алана Шугарта, автора множества изобретений и основателя нескольких компаний, предложил использовать 8 -дюймовый неперезаписываемый диск емкостью 80 Кбайт. Устройство показало себя отлично, но оставалась проблема сохранности поверхности. Простая и изящная идея использования пластикового конверта была предложена Шугартом. И первая дискета была готова. С 1973 года IBM стала выпускать устройство 3740 Data Entry System. Емкость дискет достигла 256 Кбайт, и появилась возможность для записи. 1975 год – с появлением персонального компьютера требования к дискетам изменились. Необходимо было, чтобы она была меньше и дешевле. Инициатива по созданию диска размером 5, 25 дюйма также принадлежит Шугарту. Были и попытки замены их 3 дюймовыми дискетами, но успеха они не имели. Радикальным шагом стало появление 3, 5 дюймовых дискет в жестком контейнере. Начальная емкость таких дискет была 360 Кбайт, затем 720 Кбайт и, наконец, привычные всем нам 1440 Кбайт.
USB-flash n n n Флеш-память была изобретена Фудзи Масуока (Fujio Masuoka), когда он работал в Toshiba в 1984 году. Имя «флеш» было придумано также в Toshiba коллегой Фудзи, Сёдзи Ариизуми (Shoji Ariizumi), потому что процесс стирания содержимого памяти ему напомнил фотовспышку (англ. flash). Масуока представил свою разработку на IEEE 1984 International Electron Devices Meeting (IEDM), проходившей в Сан-Франциско, Калифорния. Intel увидела большой потенциал в изобретении и в 1988 году выпустила первый коммерческий флеш-чип NOR-типа. NAND-тип флеш-памяти был анонсирован Toshiba в 1989 году на International Solid-State Circuits Conference. У него была больше скорость записи и меньше площадь чипа. Стандартизацией чипов флеш-памяти типа NAND занимается Open NAND Flash Interface Working Group (ONFI). Текущим стандартом считается спецификация ONFI версии 1. 0, выпущенная в 28 декабря 2006 года. Группа ONFI поддерживается крупнейшими производителями NAND чипов: Intel, Micron Technology и Sony.
Полупроводниковая память. Флеш -карты n n n n Первый вариант флеш-памяти (Flash Erase EEPROM) был разработан в 1984 году компанией Toshiba. Четырьмя годами позже подобное решение информационного носителя было представлено и компанией Intel. Накопители на основе флеш-памяти называют твердотельными, т. к. они не имеют движущихся частей. Это повысило надежность флеш-памяти по сравнению с другими носителями. Стандартные рабочие перегрузки равняются 15 g, а кратковременные могут достигать 2000 g, т. е. теоретически карта должна превосходно работать при максимально возможных космических перегрузках и выдержать падения с трёхметровой высоты. Причем в таких условиях гарантируется функционирование карты до 100 лет. Стирание на этих картах происходит участками, поэтому нельзя изменить один бит или байт без перезаписи всего участка. Данные можно обнулять или в определенном минимальном размере, например, 256 или 512 байт, или полностью. Первыми флеш-накопителями были карты ATA Flash. Они изготавливались в виде PC Card со встроенным АТА контроллером. Потом начали выходить все новые и новые стандарты флеш-карт. Такие, как Compact Flash Type. I (CF I) и Compact Flash Type. II (CF II) – выпущены в 1994 году компанией San. Disk, представляют собой модификацию PC Card. В 1995 году Smart. Media Card (SMC) без встроенного контроллера разработаны компанией Toshiba. 1997 год - Infineon Technologies (подразделение Siemens) создает Multi. Media. Card (MMC), они еще меньше, чем рассмотренные выше и весят они всего 1, 5 г, поэтому и предназначены для портативных устройств. Позже компания Panasonic (Matsushita Electronic) вместе с San. Disk и Toshiba разработали стандарт Secure Digital (SD).
Оптическая память. Компактдиски n n В 1972 году впервые было представлено устройство, в котором информация считывалась и записывалась на прозрачный пластмассовый диск оптическим способом. Прародителями идеи стали разработчики компании Philips. Через шесть лет та же фирма создала систему цифровой оптической звукозаписи. А в 1981 году, совместно с компанией Sony, представила доработанную версию той же системы. А ее параметры стали мировым стандартом. Надо сказать, что строго определенная емкость компакт-диска неслучайна. Исполнительный директор японской компании Sony почему-то решил, что компакт-диски должны отвечать исключительно запросам любителей классической музыки. Благодаря опросу, проведенному в Японии, выяснилось, что японцы предпочитают Девятую симфонию Бетховена. Длится эта симфония 74 минуты, поэтому компакт-диск было решено создавать на 74 минуты звучания, а точнее на 74 минуты и 33 секунды. Так и был рожден стандарт Red Book. Те же Philips и Sony сыграли ведущую роль и в разработке стандарта Yellow Book – первых цифровых компакт-дисков. Стандартный диск состоит из трех слоев: подложка из поликарбоната, на которой отштампован рельеф диска, напыленное на нее отражающее покрытие из алюминия, золота, серебра или другого сплава, и более тонкий защитный слой лака. Информационный рельеф диска состоит из спиральной дорожки, идущей от центра к краю. Информация кодируется чередованием штрихов и промежутков между ними. Считывание информации с диска происходит посредствам инфракрасного полупроводникового лазера. Там, где были нанесены штрихи, луч поглощается, там, где углублений нет – отражается. В 1986 году первые CD-ROM начали встраивать в ПК.
n Формат DVD-RW был предложен еще в 1995 году. Он записывается красным полупроводниковым лазером. Дело в том, что чем меньше длина волны лазера, чем плотнее может быть записана информация на оптические диски. Поэтому сейчас появились устройства HD-DVD и BRDVD, которые используют фиолетовый лазер. Длина волны такого лазера, а, значит, информация записывается еще плотнее. Кроме того, 17 мая 2006 года японские исследователи NTT Basic Research Laboratories создали ультрафиолетовый полупроводниковый лазер. Так что это первый шаг к оптическим дискам емкостью до 3, 9 терабайт (1024 Гб). Также готовятся к выпуску голографические оптические диски HVD, носящие информацию в объемных голограммах. А вскоре появятся и атомно-голографические диски, разрабатываемые на основе нанотехнологий. Их емкость просто не укладывается в голове – это терабайты, петабайты (1024 Тб) и даже экзабайты (1024 Пб) информации! Как говорится: дальше – больше, в полном смысле слова.
Внешний жёсткий диск n Внешний жёсткий диск устроен практически такой же как и обычный жёсткий диск, но для удобства пользователя он располагается в отдельном корпусе и подключается через usb-разъём, поэтому рассмотрим устройство внешнего жёсткого диска на примере обычных жёстких, а в завершение и немножко историю жёстких дисков посмотрим.
Характеристики на которые в основн смотрит пользователь n n n Интерфейс — набор, состоящий из линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих эти линии, и правил обмена. Современные накопители могут использовать интерфейсы ATA (AT Attachment, он же IDE — Integrated Drive Electronic, он же Parallel ATA), (EIDE), Serial ATA, SCSI (Small Computer System Interface), SAS, Fire. Wire, USB, SDIO и Fibre Channel. Ёмкость (англ. capacity) — количество данных, которые могут храниться накопителем. Ёмкость современных устройств достигает 1000 Гб. В отличие от принятой в информатике (случайно) системе приставок, обозначающих кратную 1024 величину (кило=1024, мега=1 048 576 и т. д. ; позже для этого были не очень успешно введены двоичные приставки), производителями при обозначении ёмкости жёстких дисков используются кратные 1000 величины. Так, напр. , «настоящая» ёмкость жёсткого диска, маркированного как « 200 Гб» , составляет 186, 2 Ги. Б. Кроме того, часть производителей указывают неформатированную ёмкость (вместе со служебной информацией), что делает ещё большим «зазор» между заявленными « 200 Гб» и реальными 160 Ги. Б. Физический размер (форм-фактор) — почти все современные (2002— 2008 гг. ) 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.
Устройство n n n 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.
Технологии записи данных n n n Принцип работы жестких дисков похож на работу магнитофонов. Рабочая поверхность диска движется относительно считывающей головки (например, в виде катушки индуктивности с зазором в магнитопроводе). При подаче переменного электрического тока (при записи) 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 напряженности магнитного поля. Подобные головки позволяют увеличить вероятность достоверности считывания информации (особенно при больших плотностях записи информации). Метод параллельной записи На данный момент это самая распространенная технология записи информации на НЖМД. Биты информации записываются с помощью маленькой головки, которая проходя над поверхностью вращающегося диска намагничивает миллиарды горизонтальных дискретных областей — доменов. Каждая из этих областей является логическим нулём или единицей, в зависимости от намагниченности. Максимально достижимая при использовании данного метода плотность записи оценивается 150 Гбит/дюйм² (23 Гбит/см²). В ближайшем будущем ожидается постепенное вытеснение данного метода методом перпендикулярной записи.
n n n Метод перпендикулярной записи — это технология, при которой биты информаии 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 — 100— 150 Гбит/дюйм² (15 -23 Гбит/см²), в дальнейшем планируется довести плотность до 400— 500 Гбит/дюйм² (60— 75 Гбит/см²). Жесткие диски с перпендикулярной записью доступны на рынке с 2005 года. Метод тепловой магнитной записи (англ. Heat assisted magnetic recording — HAMR) 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 (на 2008 год), есть лишь экспериментальные образцы, но их плотность уже достигла 1 Тбит/дюйм² (150 Гбит/см²). Разработка HAMR-технoлогий ведется уже довольно давнo, однакo эксперты до сих пор расходятся в оценках максимальной плoтности записи. Так, компания Hitachi называет предел в 15 − 20 Тбит/дюйм², а Seagate Technology предполагает, что смогут довести плотность записи HAMR-носители до 50 Тбит/дюйм²[5]. Широкогo распространения данной технoлогии следует oжидать в 2010— 2013 годах.
История прогресса накопителей n n n n 1956 — продажа первого коммерческого жёсткого диска, IBM 350 RAMAC, 5 Мб. Он весил около тонны, занимал два ящика — каждый размером с большой холодильник, а общий объем памяти 50 вращавшихся в нем покрытых чистым железом тонких дисков диаметром с большую пиццу составлял 5 мегабайт 1980 — первый 5, 25 -дюймовый Winchester, Shugart ST-506, 5 Мб 1986— Стандарт SCSI 1991 — Максимальная ёмкость 100 Мб 1995 — Максимальная ёмкость 2 Гб 1997 — Максимальная ёмкость 10 Гб 1998 — Стандарты UDMA/33 и ATAPI 1999 — IBM выпускает Microdrive ёмкостью 170 и 340 Мб 2002 — Взят барьер адресного пространства выше 137 Гб (проблема 48 -bit LBA) 2003 — Появление SATA 2005 — Максимальная ёмкость 500 Гб 2005 — Стандарт Serial ATA 3 G 2005 — Появление SAS (Serial Attached SCSI) 2006 — Применение перпендикулярного метода записи в коммерческих накопителях 2006 — Появление «гибридных» жёстких дисков, содержащих дополнительный блок флэшпамяти 2007 — Hitachi представляет накопитель ёмкостью 1 Тб
Конец
Скачать презентацию Небольшая история внешних устройств n В целом
презентация 1.5 внешние устройства.ppt