Внешняя память компьютеров Ø Накопители на жестких дисках

Внешняя память компьютеров Ø Накопители на жестких дисках (НЖМД) Ø Накопители на оптических дисках (CD, DVD, BD) Ø Твердотельные накопители

С чего начиналось хранение цифровой информации Перфокарта (187, 325 × 82, 55 мм)

• Перфокарты впервые начали применяться в ткацких станках Жаккарда (1808) для управления узорами на тканях. В информатике перфокарты впервые были применены в «интеллектуальных машинах» коллежского советника С. Н. Корсакова (1832), механических устройствах для информационного поиска и классификации записей. Перфокарты также планировалось использовать в «аналитической машине» Бэббиджа. В конце XIX в. началось использование перфокарт для обработки результатов переписей населения в США (см. табулятор Холлерита).

• Существовало много разных форматов перфокарт; наиболее распространённым был «формат IBM» , введённый в 1928 г. — 12 строк и 80 колонок, размер карты 7⅜ × 3¾ дюйма (187, 325 × 82, 55 мм), толщина карты 0, 007 дюйма (0, 178 мм). Первоначально углы были острые, а с 1964 г. — скруглённые (впрочем, в СССР и позже использовали карты с нескруглёнными углами). Примечательно, что по приблизительным подсчетам, гигабайт информации, представленной в виде перфокарт весил бы примерно 22 тонны (не считая веса, потерянного в результате перфорации отверстий).

• ПЕРФОЛЕНТА (перфорационная лента) - носитель информации в виде узкой тонкой ленты из бумаги или пластмассы, на которую информация записывается пробивкой отверстий (перфораций). Одно из первых применений - трансмиттер (1858) Ч. Уитстона и наборная машина (1866 -67) русского изобретателя П. П. Княгининского (1839 -70); перфоленты широко использовались в телеграфных аппаратах (1 -я пол. 20 в. ) и ЭВМ (50 -60 -е гг. 20 в. ).

Дискета 8" Дискета 51/4" 80, 256 и 800 Кб 110, 360, 720 или 1200 Кб Дискета 3 1/2"

Накопители на жестких магнитных дисках

Принцип действия магнитной записи • Магнитное покрытие диска разбито на множество мельчайших областей спонтанной намагниченности (битов), собственные магнитные моменты которых ориентируются в соответствии с направлением прикладываемого магнитного поля и «замораживаются» в таком положении после прекращения действия внешнего поля, сохраняя записанную на диск информацию. • Сама среда записи уже давно является наноструктурированной – она состоит из магнитных частиц сплава Co. Pt. Cr. B размером 10 -15 нм. •

• Для считывания информации в магнитном накопителе используется магниторезистивный сенсор. При считывании информации головка перемещается на некотором расстоянии от поверхности пластины (около 10 нм), которая вращается с постоянной скоростью (до 15 тыс. оборотов в минуту). Чем меньше это расстояние, тем больше надежность считывания, и тем выше может быть плотность записи информации. . Более 60 Гбит/см² • Для увеличения емкости магнитного накопителя он содержит не один, а сразу пакет дисков. Как правило, пластины изготавливают из алюминия, стекла или керамики и наносят на них слои высококачественного ферромагнетика.

Запись и считывание информации

В сентябре 1956 года первый в мире накопитель на жестких магнитных дисках начала производить знаменитая компания IBM. Называлось это устройство RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control) • Накопитель состоял из пятидесяти дисков диаметром 24" (61 см), головки чтения и записи подводились к каждому диску поочерёдно при помощи сервопривода. Всего на первом жёстком диске с произвольным доступом хранилось порядка 5 Мб данных, пластины имели покрытие из оксида железа.

• • • • 1956 год — жесткий диск IBM 350 в составе первого серийного компьютера IBM 305 RAMAC. Накопитель занимал ящик размером с большой холодильник и имел вес 971 кг, а общий объём памяти 50 вращавшихся в нём покрытых чистым железом тонких дисков диаметром 610 мм составлял около 5 миллионов 6 -битных байт (3, 5 Мб в пересчёте на 8 -битные байты). 1980 год — первый 5, 25 -дюймовый Shugart ST-506, 5 Мб. 1991 год — максимальная ёмкость 100 Мб. 1995 год — максимальная ёмкость 2 Гб. 1997 год — максимальная ёмкость 10 Гб. 2002 год — стандарт ATA/ATAPI-6 и накопители емкостью свыше 137 Гб. 2003 год — появление SATA. 2005 год — максимальная ёмкость 500 Гб. 2005 год — стандарт Serial ATA 3 G (или SATA II). 2006 год — применение перпендикулярного метода записи в коммерческих накопителях. 2007 год — Hitachi представляет первый коммерческий накопитель ёмкостью 1 Тб. 2008 год — Seagate Technology представляет накопитель емкостью 1, 5 Тб. 2009 год — на основе 500 -гигабайтных пластин Western Digital, затем Seagate Technology LLC выпустили модели емкостью 2 Тб. 2009 год — Western Digital объявила о создании 2, 5 -дюймовых HDD объемом 1 Тб (плотность записи — 333 Гб на одной пластине)

• Стример (streamer) — накопитель на магнитной ленте (НМЛ), применяемый для резервирования записей (от десятков Мбайт до 100/200 Гбайт на одну кассету).

Laserdisc (LD) — первый коммерческий оптический носитель данных, предназначавшийся, прежде всего, для домашнего просмотра кинофильмов. • В продажу первый лазердиск поступил в Атланте (США) 15 декабря 1978 года — через два года после появления на рынке видеомагнитофонов формата VHS и за четыре года до CD, основывавшихся на технологии Laser. Disc. Стандартный лазердиск для домашнего использования имеет диаметр 30 см и склеен из двух односторонних покрытых пластиком алюминиевых дисков. Время записи составляло 45 -60 минут на сторону

Оптические диски • В 1982 году фирмы Sony и Philips завершили работу над форматом CD-аудио (Compact Disk), открыв тем самым эру цифровых носителей на компакт-дисках. Чтение и запись информации осуществляется лазером с длиной волны от 780 нм для CD и 650 нм для DVD до 405 нм для Blu-ray дисков. В оптической записи данные кодируются в виде последовательности отражающих и не отражающих участков, которые интерпретируется как единица и ноль, соответственно. Максимальный объем информации для оптических дисков составляет от 680… 800 Мбайт (СD) до 17 Гб (DVD) и 23… 54 Гб (BD) при массе всего лишь 14 -33 грамм. Однако основным недостатком оптической записи все еще остается низкая скорость чтения/записи информации, составляющая менее 100 Мбайт/с для Blu-ray дисков (по сравнению с 3 Гб/с в магнитных накопителях). История гласит, что на нём был записан альбом «The Visitors» группы ABBA.

• Конструктивно диск представляет собой трехслойный «пирог» : • Подложка из оптически прозрачного материала (поликарбонат), которая изготавливается методом литья под давлением. При изготовлении подложки на одной из ее поверхностей формируется информационный рисунок, состоящий из ямок (питов) и промежутков между ямками (лэндов). На информационный рисунок напыляется тонкий отражающий слой. Поверх отражающего слоя наносится слой лака, защищающий диск от повреждений.

Для чтения информации с КД используется луч лазера инфракрасного диапазона (ИК). Луч подается на вращающийся диск со стороны подложки, отражается от отражающего слоя и возвращается на специальный фотоприемник. При попадании луча на питы и лэнды интенсивность отраженного луча меняется. В итоге, на выходе фотоприемника формируется электрический сигнал, повторяющий по форме информационный рисунок на поверхности компакт-диска.

Flash-память • Флеш-память была изобретена Фудзи Масуока (Fujio Masuoka), когда он работал в Toshiba в 1984 году. Intel увидела большой потенциал в изобретении и в 1988 году выпустила первый коммерческий флеш-чип. Запоминающая ячейка Flash-памяти представляет собой транзистор с двумя изолированными затворами: управляющим и плавающим, способным удерживать электроны, то есть заряд. Транзистор имеет два затвора: управляющий и плавающий. Последний полностью изолирован и способен удерживать электроны до 10 лет. В ячейке имеются также сток и исток. Программирование и чтение ячеек сильно различаются в энергопотреблении: устройства флеш-памяти потребляют достаточно большой ток при записи, тогда как при чтении затраты энергии малы. • Флеш-память имеет массу преимуществ, включая высокую скорость доступа, и отсутствие задержек на механическое движение диска и считывающего устройства, однако стоимость 1 Гб электронного носителя в 3… 5 раз превосходит аналогичную величину для магнитной записи.

Она может быть прочитана сколько угодно раз, но писать в такую память можно лишь ограниченное число раз (до нескольких миллионов циклов). Распространена флеш-память, выдерживающая около 100 тысяч циклов перезаписи

Твердотельный накопитель англ. SSD, Solid State Drive • — энергонезависимое, перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство без движущихся механических частей. Преимущества Отсутствие движущихся частей, отсюда: Полное отсутствие шума; Высокая механическая стойкость; Высокая скорость чтения/записи, нередко превосходящая пропускную способность интерфейса жесткого диска (SAS/SATA II 3 Gb/s, SAS/SATA III 6 Gb/s, SCSI, Fibre Channel и т. д. ); R 525/W 475 MB/s

Твердотельный накопитель SSD 2. 5" SATA-3 60 Gb OCZ Agility (R 525/W 475 MB/s) 1 990 руб.

• Intel приступила к поставкам SSD-накопителей Intel SSD DC S 3700 Series, особенностью которых является повышенная выносливость к рабочим нагрузкам, сообщили в пресс-службе. • Благодаря технологии Intel High Endurance новые накопители способны выполнять до 10 циклов полной перезаписи каждый день в течение 5 летнего срока службы. Это эквивалентно тому, как если бы в течение срока службы накопителя емкостью 800 ГБ на него было записано в общей сложности 186 лет HD-видео.

• 14 декабря 2012 года, 09: 38 | Текст: Роман Иванов | Послушать эту новость • Японская Ассоциация по созданию энергоэффективной электроники (LEAP) давно поставила себе цель заменить флеш-память NAND, что используется при создании новомодных SSD-запоминающих устройств, на энергонезависимую память на основе фазового перехода PRAM(Phase-change memory. Необходимость замены NAND связана в первую очередь с проблемой слишком быстрого износа этого типа памяти (NAND-ячейка деградирует всякий раз, когда на неё подаётся напряжение). Что же касается PRAM, то этот тип памяти отличается высочайшей скоростью работы (от 5 нс, что лишь на 3 нс медленнее, чем у энергозависимой DRAM) и низким энергопотреблением (тут не только NAND-памяти стоит беспокоиться, но и обычным жёстким дискам, а если ещё вспомнить, что каждая PRAM-ячейка способна переходить в одно из четырёх возможных состояний, то перспективы перед этим типом памяти открываются и вовсе сказочные).

• Кристаллическое и аморфное состояния халькогенида кардинально различаются электрическим сопротивлением, а это лежит в основе хранения информации. Аморфное состояние, обладающее высоким сопротивлением, используется для представления двоичного 0, a кристаллическое состояние, обладающее низким уровнем сопротивления, представляет 1. Халькогенид — это тот же самый материал, что используется в перезаписываемых оптических носителях (как например, CD-RW и DVD-RW). В таких носителях оптические свойства материала поддаются управлению лучше, чем его электрическое сопротивление, так как показатель преломления халькогенида также меняется в зависимости от состояния материала.

Эволюция физических принципов и устройств записи информации: 1. механический принцип записи (перфокарта), 2. магнитная запись информации (изображение магнито-силовой микроскопии дорожек жесткого диска компьютера), 3. – оптический принцип записи (АСМ изображение поверхности DVD диска, интервал между витками – 1. 6 мкм, ширина углубления – 0. 5 мкм, глубина – 0. 125 мкм, минимальная длина – 0. 83 мкм). 4. магнитный нанокомпозит – ферромагнитная нанопроволока в матрице мезопористого диоксида кремния (просвечивающая электронная микроскопия). Фотографии 2, 3, 4 – экспериментальные результаты ФНМ МГУ.