Скачать презентацию ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬ Используется для долговременного хранения информации Твёрдотельные Скачать презентацию ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬ Используется для долговременного хранения информации Твёрдотельные

Внешняя память.ppt

  • Количество слайдов: 23

ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬ Используется для долговременного хранения информации Твёрдотельные носители информации Накопители на жестких магнитных ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬ Используется для долговременного хранения информации Твёрдотельные носители информации Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД, HDD) АППАРАТНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ Накопители на магнитной ленте – «Стримеры» Накопители на лазерных дисках (CD, Compact Disk и др. ) Носитель информации – среда для записи/считывания и хранения информации.

Вариант классификации носителей информации, используемых в компьютерной технике Носители информации для ЭВМ Ленточные носители Вариант классификации носителей информации, используемых в компьютерной технике Носители информации для ЭВМ Ленточные носители магнитные Дисковые носители оптические Флэш-носители магнитооптические

Основным видом внешней памяти является магнитная память Магнитная запись В конце 1898 года датчанин Основным видом внешней памяти является магнитная память Магнитная запись В конце 1898 года датчанин Вальдемар Поулсен (Valdemar Poulsen) предложил устройство для магнитной записи звука на стальную проволоку. Спустя 30 лет немецкий инженер Фриц Плеймер (Fritz Pfleumer) представил звукозаписывающее устройство с носителем в виде бумажной ленты, на которую наносилось тонкое стальное покрытие. В 1932 году немецкая компания AEG продемонстрировала первый звукозаписывающий аппарат, который получил название «Magnetophon» . Магнитная лента обладает основным недостатком – способностью размагничиваться при длительном хранении и имеет неравномерную частотную характеристику (различная чувствительность к записи на разных частотах). Кроме того, любая магнитная лента обладает собственными шумами (физические свойства магнитного слоя и способы записи-воспроизведения звука).

Принцип магнитной записи заключается в воздействии электромагнитного поля на ферромагнитный материал магнитной ленты, осуществляемом Принцип магнитной записи заключается в воздействии электромагнитного поля на ферромагнитный материал магнитной ленты, осуществляемом при записи, а также перезаписи аналогового сигнала. Магнитное поле в процессе записи изменяется в соответствии с изменениями электрических сигналов. Электрические колебания от источника звука подаются на записывающую головку и возбуждают в ней магнитное поле звуковой частоты (20 Гц – 20 к. Гц). Под действием этого поля происходит намагничивание отдельных участков магнитной ленты, равномерно перемещаемой вдоль головок записи, стирания и воспроизведения (Рис. ).

Для записи-воспроизведения, а также использования различных данных на машиночитаемые носители данных используется преобразование аналогового Для записи-воспроизведения, а также использования различных данных на машиночитаемые носители данных используется преобразование аналогового (звукового и видео) сигнала в цифровую форму. Такая технология получила название оцифровки информации. Принцип оцифровки (кодирования) звука заключается в преобразовании непрерывного разного по величине амплитудночастотного звукового и видео сигналов в закодированную последовательность чисел, представляющих дискретные значения амплитуд этого сигнала, взятые через определенный промежуток времени. Для этого необходимо измерять амплитуду сигнала через определённые промежутки времени и на каждом временнóм отрезке определять среднюю амплитуду сигнала. Согласно теореме Шенона (Котельникова), этот промежуток времени (частота) должен быть не меньше удвоенной максимальной частоты передаваемого звукового сигнала (Рис. ).

Эта частота называется частотой дискретизации. Дискретизация – процесс взятия отсчётов непрерывного во времени сигнала Эта частота называется частотой дискретизации. Дискретизация – процесс взятия отсчётов непрерывного во времени сигнала в равноотстоящих друг от друга по времени точках, составляющих интервал дискретизации. В процессе дискретизации измеряется и запоминается уровень аналогового сигнала. Амплитуда Частота (Гц) Рис. 13. Преобразование аналогового сигнала в цифровой. Чем реже (меньше) промежутки времени, тем качество закодированного сигнала выше.

Стримеры Ленточные носители используются для резервного копирования с целью обеспечения сохранности данных. В качестве Стримеры Ленточные носители используются для резервного копирования с целью обеспечения сохранности данных. В качестве таких устройств применяется стример (Рис. ), а – носителя информации в них используются магнитные ленты в кассетах и ленточных картриджах. Обычно на магнитную ленту запись осуществляется побайтно, при этом домен соответствует двоичной единице. Если считывающее устройство его не обнаруживает, то полученное значение соответствует нулю.

Система записи на магнитные диски и дискеты несколько похожа на систему записи на пластинки. Система записи на магнитные диски и дискеты несколько похожа на систему записи на пластинки. В отличие от последних запись осуществляется не по спирали, а на концентрические окружности – дорожки ( «траки» - traks), расположенные на двух сторонах диска и образующие как бы цилиндры. Окружности, в свою очередь, делятся на сектора (Рис. ). Каждый сектор дискеты, не зависимо от размеров дорожки, имеет одинаковый размер, равный 512 байт, что достигается различной плотностью записи: меньшей на периферии и большей ближе к центру дискеты.

Жесткий диск (НЖМД) Жесткий диск (НЖМД)

Магнитооптический носитель информации внешние высоконадёжные устройства переноса и хранения информации. Магнитооптические диски (МО) появились Магнитооптический носитель информации внешние высоконадёжные устройства переноса и хранения информации. Магнитооптические диски (МО) появились в 1988 году. МО диск заключён в пластиковый конверт (картридж) и является устройством произвольного доступа. Он совмещает в себе магнитный и оптический принципы хранения информации и представляет поликарбонатную подложку (слой) толщиной 1, 2 мм, на которую нанесено несколько тонкоплёночных магнитных слоёв (Рис. ). Запись лазером с температурой примерно в 200 о. С на магнитный слой происходит одновременно с изменением магнитного поля. Рис. Состав МО диска.

Запись данных осуществляется лазером в магнитном слое. Под воздействием температуры в месте нагрева в Запись данных осуществляется лазером в магнитном слое. Под воздействием температуры в месте нагрева в магнитном слое уменьшается сопротивляемость изменению полярности, и магнитное поле изменяет полярность в нагретой точке на соответствующую двоичной единице. По окончании нагрева сопротивляемость увеличивается, но установленная полярность сохраняется. Стирание создаёт в магнитном поле одинаковую полярность, соответствующую двоичным нулям. При этом лазерный луч последовательно нагревает стираемый участок. Считывание записанных данных в слое производится лазером с меньшей интенсивностью, не приводящей к нагреву считываемого участка. При этом, в отличие от компакт-дисков, поверхность диска не деформируется.

CD-ROM - устройство CD-ROM - устройство

Компактный оптический диск (CD) – это пластмассовый диск со специальным покрытием, на котором в Компактный оптический диск (CD) – это пластмассовый диск со специальным покрытием, на котором в цифровой форме размещается записанная информация. Благодаря изменению скорости его вращения, дорожка относительно считывающего луча лазера движется с постоянной линейной скоростью. У центра диска скорость выше, а у края – медленнее (1, 2– 1, 4 м/сек). В CD используют лазер с длиной волны излучения = 0, 78 мкм. «Прожигаемая» лазером цифровая информация сохраняется в виде «пит» – чёрточек шириной 0, 6– 0, 8 мкм и длиной 0, 9– 3, 3 мкм. Существует три основных вида CD: ● CD-ROM, на которые запись, как правило, осуществляется фабрично методом штамповки с матрицы; ● CD-R, используемые для одно или несколькократной лазерной записи сессиями; ● CD-RW, предназначенные для многократных циклов записистирания.

В CD-R (Compact Disk Recordable) поверх отражающего слоя из золота, серебра или алюминия, расположен В CD-R (Compact Disk Recordable) поверх отражающего слоя из золота, серебра или алюминия, расположен органический слой специального легкоплавкого пластика. Ввиду этого такой диск чувствителен к нагреванию и воздействию прямых солнечных лучей. В CD-RW в качестве промежуточного слоя также используется органический состав, но он способен при сильном нагреве переходить из кристаллического (прозрачного для лазера) состояния в аморфное. Слабый нагрев возвращает его обратно в кристаллическое состояние. Таким образом осуществляется перезапись.

DVD В начале 1997 года появился стандарт компакт-дисков под названием DVD (Digital Video Disc), DVD В начале 1997 года появился стандарт компакт-дисков под названием DVD (Digital Video Disc), предназначенный в основном для записи высококачественных видеопрограмм. В дальнейшем аббревиатура DVD получила следующее значение – Digital Versatile Disc (универсальный цифровой диск), как более полно отвечающая возможностям этих дисков для записи звуковой, видео, текстовой информации, программного обеспечения ПК и др. DVD обеспечивает более высокое качество изображения, чем CD. В них используется лазер с более короткой длиной волны излучения = 0, 635– 0, 66 мкм. Это позволяет повысить плотность записи, т. е. уменьшить геометрические размеры пит до 0, 15 мкм и шаг дорожки до 0, 74 мкм.

Плотность записи оптических дисков определяется длиной волны лазера, то есть возможностью сфокусировать на поверхности Плотность записи оптических дисков определяется длиной волны лазера, то есть возможностью сфокусировать на поверхности диска луч с пятном, диаметр которого равен длине волны. Вслед за DVD в конце 2001 года появились устройства Blu-Ray, позволяющие работать в синей области спектра с длиной волны = 450– 400 нм.

Для увеличения ёмкости используют и флуоресцентные диски - FMD (Fluorescent Multilayer Disk). Принцип их Для увеличения ёмкости используют и флуоресцентные диски - FMD (Fluorescent Multilayer Disk). Принцип их действия заключающийся в изменении физических свойств (появление флуоресцентного свечения) некоторых химических веществ под воздействием лазерного луча (Рис. ). Здесь вместо технологий CD и DVD, использующих отражённый сигнал, под воздействием лазера свет излучается непосредственноинформационнымслоем. Такие диски изготавливаются из прозрачного фотохрома. Под воздействием лазерного излучения в них происходит химическая реакция, и отдельные участки информационного слоя ( «питы» ) заполняются флуоресцентным материалом. Этот метод может считаться методом объёмной записи данных. В бόльшей степени такая запись возможна при использовании трёхмерной голографии, позволяющее ныне в кристалле размером с сахарный кубик, разместить до 1 Тб данных.

Используется два основных типа Flash-памяти: NAND и NOR (логическая функция ИЛИ-НЕ) и NAND (логическая Используется два основных типа Flash-памяти: NAND и NOR (логическая функция ИЛИ-НЕ) и NAND (логическая функция И-НЕ). Структура NOR состоит из параллельно включенных элементарных ячеек хранения информации. Такая организация ячеек обеспечивает произвольный доступ к данным и побайтную запись информации. В основе структуры NAND лежит принцип последовательного соединения элементарных ячеек, образующих группы (по 16 ячеек в одной группе), которые объединяются в страницы, а страницы в блоки. При таком построении массива памяти обращение к отдельным ячейкам невозможно. Программирование выполняется одновременно только в пределах одной страницы, а при стирании обращение происходит к блокам или к группам блоков.

Микросхемы NOR хорошо работают совместно оперативной памятью RAM, поэтому чаще используются для BIOS. При Микросхемы NOR хорошо работают совместно оперативной памятью RAM, поэтому чаще используются для BIOS. При работе со сравнительно большими массивами данных процессы записи/стирания в памяти NAND выполняются значительно быстрее, чем в памяти NOR. Поскольку 16 прилегающих друг к другу ячеек памяти NAND соединены последовательно, без контактных промежутков, достигается высокая плотность размещения ячеек на кристалле, что позволяет получить большую емкость при одинаковых технологических нормах. С середины 1990 -х гг. появились микросхемы NAND в виде твердотельных дисков (Solid State Disk, SSD). Для сравнения времени доступа у SDRAM оно составляет 10– 50 мкс, у флэш-памяти – 50– 100 мкс, а у жестких дисков – 5000 – 10000 мкс.

Твердотельный жесткий диск Samsung. Скорость чтения с такого диска составляет 57 Мбайт/с, а скорость Твердотельный жесткий диск Samsung. Скорость чтения с такого диска составляет 57 Мбайт/с, а скорость записи на него – 32 Мбайт/с. Энергопотребление SSD составляет менее 5% от показателей традиционных жестких дисков, увеличивая более чем на 10% время автономной работы портативных ПК. SSD обеспечивают сверхвысокую надежность хранения данных и отлично зарекомендовали себя в условиях экстремальных температур и влажности. Петербургская фирма “Просто. Софт” предложила драйвер Flash. RAID для объединения двух флэш-накопителей в RAID-массив.

Flash-память – переносной энергонезависимый накопитель. Обычно используются следующие стандарты флэш-памяти: Compact. Flash, Smart. Media, Flash-память – переносной энергонезависимый накопитель. Обычно используются следующие стандарты флэш-памяти: Compact. Flash, Smart. Media, Memory Stick, Floppy Disks, Multi. Media Cards и др. Они могут использоваться вместо дискет, лазерных и магнитооптических компактных, небольших жёстких дисков. Современные сменные устройства флэш-памяти обеспечивают высокую скорость обмена данными (Ultra High Speed) – более 16, 5 Мбит/с. Для подключения к USB-порту компьютера используются специальные USB Flash Drive (Рис. ), представляющие собой мобильные малогабаритные устройства хранения данных, не имеющие подвижных и вращающихся механических частей.

Голография – фотографический метод записи, воспроизведения и преобразования волновых полей. Впервые был предложен в Голография – фотографический метод записи, воспроизведения и преобразования волновых полей. Впервые был предложен в 1947 году венгерским физиком Деннисом Габором. В 1960 -е годы, с появлением лазера представилась возможность точно записывать и воспроизводить объёмные изображения в кристалле ниобата лития. С 1980 -х годов, с появлением компакт-дисков, голографические устройства хранения информации на основе лазерной оптики стали одной из технологий внешней памяти. Голографическая память представляет весь объём запоминающей среды носителя, при этом элементы данных накапливаются и считываются параллельно.

Современные голографические устройства хранения получили название HDSS (holographic data storage system). Они содержат: лазер, Современные голографические устройства хранения получили название HDSS (holographic data storage system). Они содержат: лазер, расщепитель луча для разделения лазерного пучка, зеркала для направления лазерных лучей, жидкокристаллическую панель, используемую как пространственный модулятор света, линзы для фокусировки лазерных лучей, кристалл ниобата лития или фотополимер как запоминающее устройство, фотодетектор для считывания информации (Рис. ).