Хранение информации Накопители Урок 42 Накопители информации

Хранение информации. Накопители. Урок 42

Накопители информации Выпускаемые накопители информации представляют собой гамму запоминающих устройств с различным принципом действия физическими и технически-эксплуатационными характеристиками. Основным свойством и назначением накопителей информации является ее хранение и воспроизведение. Запоминающие устройства принято делить на виды и категории в связи с их принципами функционирования, эксплуатационно-техническими, физическими, программными и др. характеристиками. 2005 -2006 уч. г. Т. Н. Парфененко 2

Накопители информации l. Бумажные носители l. Магнитные носители l. Оптические носители lflash-память 2005 -2006 уч. г. Т. Н. Парфененко 3

Бумажные носители l l Бумажные носители использовали счетноаналитические машины, получившие также название "счетно-перфорационные машины", для обработки больших массивов информации. В качестве носителя информации применялись бумажные перфокарты, поле которых было разбито на строки и колонки. В каждой колонке методом перфорации наносилась цифра в кодированном виде, а в дальнейшем и буква. По количеству строк, определяющему емкость одной перфокарты, они были двух видов: 45 колонные и 80 колонные. Последние прослужили долгие годы и успешно применялись во всех вычислительных машинах до появления гибких магнитных дисков (дискет). 2005 -2006 уч. г. Т. Н. Парфененко 4

Магнитные носители l Дискеты l Жёсткий диск l Сменные магнитные носители l Магнитооптические носители. 2005 -2006 уч. г. Т. Н. Парфененко 5

Дискеты l l l Дискеты были изобретены в 1971 году для решения задачи, с которой корпорация IBM столкнулась при создании компьютера System 370. Проблема состояла в том, что программы, хранившиеся в ее памяти на полупроводниках, стирались всякий раз, когда отключалось питание компьютера. В 1967 году специалисты лаборатории IBM из Сан-Хосе, занимавшейся разработкой устройств хранения, пыталась создать недорогое устройство, способное хранить и передавать микропрограммы. Цена устройства не могла превышать 5$, иначе его нельзя было бы считать заменяемым. Поставка его не должна была вызывать сложностей, а надежность - сомнений. Хотя Шугарта нередко называют отцом дискеты, сам он считает настоящим ее создателем Дэвида Нобла. Нобл был старшим инженером лаборатории в Сан-Хосе и стоически выносил на своих плечах тяготы работы в качестве единственного подчиненного Шугарта. 2005 -2006 уч. г. Т. Н. Парфененко 6

Дискеты l l l В течение года Нобл со своей группой завершили работу над устройством, получившим в IBM название "диск памяти". Это фактически и была дискета. Она представляла собой 8 дюймовый пластмассовый диск, покрытый закисью железа, обеспечивающий доступ только по чтению. Весил этот диск около 2 унций, емкость его составляла 80 Кбайт. Поворотным моментом в создании дискеты было изобретение защитного футляра. "Мы добились того, что наш диск работал, но никак не могли предложить для него хорошей защитной оболочки, вспоминал Шугарт. - Любая пылинка начисто уничтожала данные. Процент ошибок был очень велик". И вот разработчикам пришла идея поместить устройство в футляр из нетканого материала, который обеспечивал бы постоянную протирку поверхности дискеты в процессе ее вращения. Таким образом, поверхность всегда оставалась чистой. 2005 -2006 уч. г. Т. Н. Парфененко 7

Дискеты l l Все же конструкция дискеты, появившейся в 1971 году, не стала стандартом для отрасли. В 1973 году IBM представила новую версию дискеты. Формат записи был совершенно иным, к тому же дискета вращалась в другую сторону. Она обеспечивала возможность чтения и записи и позволяла хранить до 256 Кбайт данных. У пользователей появилась возможность вводить данные с дискет, а не с перфокарт. Представители IBM утверждали, что новое устройство позволяет вместить такой же объем информации, как 3 тыс. перфокарт. Выпуск новой дискеты стал своего рода выстрелом стартового пистолета для производителей этих устройств. Даже сейчас некоторые компании используют восьмидюймовые дискеты. Но в 1976 году, примерно тогда же, когда появились первые персональные компьютеры, была разработана дискета размером 5, 25 дюйма. 2005 -2006 уч. г. Т. Н. Парфененко 8

Дискеты l l l Компания Wang Laboratories работала над настольным компьютером, который мог бы выполнять функции текстового процессора, и восьмидюймовая дискета для него была слишком велика. Компания в сотрудничестве с Shugart Associates приступила к работе над устройством меньшего размера. "Размер дискеты мы обсуждали очень горячо - целую ночь просидели в одном из баров Бостона. Ответ нам подсказал случай - кто-то обратил внимание на салфетку, подложенную под стакан с коктейлем, ее размер был как раз 5, 25 дюйма, вспоминал Портер. - Мы похитили ее, привезли в Бостон и сказали нашим инженерам: “Раз подобный пустячок пользуется спросом, пусть наша дискета будет такого же размера”". Совершенствование дискет не остановилось на размере салфетки, впоследствии появилась столь популярная сейчас трехдюймовая дискета, разработанная корпорацией Sony. Такой размер был выбран не случайно: размер в точности равен размеру кармана рубашки. 2005 -2006 уч. г. Т. Н. Парфененко 9

Жёсткий диск l l Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД) - таково полное название устройств хранения данных, без которых сегодня немыслим ни один компьютер. Вероятно, вам знакомо и неофициальное прозвище упомянутых устройств - винчестер. Что общего может быть у названия ружья и накопителя данных? Одна из версий происхождения этого названия такова: первый накопитель, изготовленный фирмой IBM, состоял из двух дисков по 30 Мбайт каждый, а запись "30 -30" у кого-то из сотрудников фирмы вызвала ассоциацию с калибром ружья "винчестер". Типовой винчестер состоит из гермоблока и платы электроники. В гермоблоке размещены все механические части, на плате - вся управляющая электроника, за исключением предусилителя, размещенного внутри гермоблока в непосредственной близости от головок. 2005 -2006 уч. г. Т. Н. Парфененко 10

Сменные магнитные носители l Существует большое количество других магнитных носителей информации, но используются они достаточно редко. К компьютерам, например, подключаются видио и аудио магнитофоны, а носители соответственно - это аудио и видео кассеты. Способ неудобен малой скоростью чтения и записи 2005 -2006 уч. г. Т. Н. Парфененко 11

Магнитооптические носители l l Магнитооптические (МО) накопители являются одними из самых старейших представителей устройств со сменным носителем информации. Современные МО сочетают в себе большую емкость, высокую надежность и возможность переносить данные. Существуют два типоразмера МО накопителей 5, 25 и 3, 5 дюйма. 5, 25" МО диски бывают емкостью - 650 Мб, 1. 3 Гб, 2. 6 Гб, 4. 6 Гб. Так как диски этого формата двусторонние, то общая емкость складывается из емкостей двух поверхностей, т. е. 1. 3 Гб = 650 Мб + 650 Мб. 3, 5" МО диски бывают емкостью - 128 Мб, 230 Мб, 540 Мб, 640 Мб. Диски этого формата односторонние. МО накопители представленные в этой статье используют диски 3, 5" размера. 2005 -2006 уч. г. Т. Н. Парфененко 12

Магнитооптические носители l l В момент своего появления МО накопители 3. 5" имели емкость носителя 128 или 230 Мб, по тем временам эта емкость позволяла делать полные резервные копии не только с РС но и небольших серверов. MO накопитель объединяет в себе магнитные и лазерные технологии. Во время процесса записи интенсивный лазерный луч фокусируется на диске, покрытом уникальным кристаллическим сплавом, который может сохранять магнитное поле. После нагревания сплава до критической температуры (точка Кюри), кристаллы сплава становятся достаточно свободными, для того чтобы перемещаться под воздействием пишущей магнитной головки, которая намагничивает кристаллы сплава. Изменение магнитного поля кристаллов сплава позволяет создавать биты. Эти биты могут быть прочитаны во время отражения лазерного луча от кристаллов сплава. 2005 -2006 уч. г. Т. Н. Парфененко 13

Лазерные компактдиски l l l Широкому распространению оптических носителей информации предшествовала революционная разработка компании Philips в 70 -х гг. 12 -дюймового стандарта Laser. Vision, который получил широкое распространение. Laser. Vision - стандарт, при котором видео- и аудиоданные хранились на диске в аналоговой форме. В этой системе применялся сложный сигнал, содержащий в себе аудио-, видео- и управляющие сигналы одновременно. Диск состоял из бесконечного числа ямок и бугорков (питов) переменной длины на дорожке общей протяженностью 31 км (!). Успешное развитие этой технологии повлекло за собой разработку в начале 80 -х гг. двух других стандартов: CD-Audio - для массового производства звуковых компакт-дисков и дисков с однократной записью - для хранения компьютерных данных. Обе технологии основывались на принципах, которые использовались в Laser. Vision, но главное отличие состояло в том, что хранение информации осуществлялось не в аналоговой, а в цифровой форме. 2005 -2006 уч. г. Т. Н. Парфененко 14

Лазерные компактдиски l l Опираясь на предыдущий опыт, компания Philips решила запатентовать CD-Audio технологию и установить тем самым единый стандарт во всем мире. В начале 80 -х Philips и Sony издали совместный документ, унифицирующий проект CD-Audio, который был назван "Red Book" (Красная книга). Это был первый из целой серии документов, которые описывали компакт-диски. В названии этих документов по традиции использовался какой-либо цвет. 2005 -2006 уч. г. Т. Н. Парфененко 15

Лазерные компактдиски l l l Philips и Sony совместно опубликовали в 1984 г. Желтую книгу, где разъяснялось, что цифровой компакт-диск может использоваться не только в качестве носителя аудиоданных, но и для хранения различных цифровых данных для компьютера. Через некоторое время появились CD-R (CD-Recordable записываемый CD) диски и CD-E или CD-RW CD-Erasable стираемый CD, CD-Re. Writable - перезаписываемый CD) диски. Для однократной записи используются так называемые "болванки", представляющие собой обычный компакт-диск, в котором отражающий слой выполнен преимущественно из золотой или серебряной пленки, а между ним 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. 2005 -2006 уч. г. Т. Н. Парфененко 16

CD-RW и CD-R диски l l l В перезаписываемых дисках используется промежуточный слой из органической пленки, изменяющей под воздействием луча свое фазовое состояние с аморфного на кристаллическое и обратно, в результате чего меняется прозрачность слоя. Существующие диски выдерживают от тысяч до десятков тысяч циклов перезаписи. Однако их отражающая способность существенно ниже штампованных и однократных CD. В качестве регистрирующего слоя для дисков CD-R распространены органические соединения "цианин" (Cyanine) и "фталоцианин" (Phtalocyanine). Цианин имеет голубой (cyan) цвет (от которого и происходит название материала) и характеризуется средней стойкостью к облучению светом и перепадам температуры. Фталоцианин имеет золотистый цвет и значительно более стоек к внешним воздействиям. 2005 -2006 уч. г. Т. Н. Парфененко 17

DVD диски l l l После долгого периода времени, потраченного на планирование и разработки, увидел свет новый формат, которого все так ждали. Появление формата DVD ознаменовало собой переход на новый, более продвинутый, уровень в области хранения и использования данных, звука и видео. Первоначально аббревиатура DVD расшифровывалась, как digital video disc, это оптические диски с большой емкостью. Эти диски используются для хранения компьютерных программ и приложений, а так же полнометражных фильмов и высококачественного звука. Поэтому, появившаяся несколько позже расшифровка аббревиатуры DVD, как digital versatile disc, т. е. универсальный цифровой диск - более логична. Снаружи, диски DVD выглядят как обычные диски CD-ROM. Однако возможностей у DVD гораздо больше. 2005 -2006 уч. г. Т. Н. Парфененко 18

DVD диски l l l Диски DVD могут хранить в 26 раз больше данных, по сравнению с обычным CD-ROM. Имея физические размеры и внешний вид, как у обычного компакт-диска, они стали огромным скачком в области емкости для хранения информации, по сравнению со своим предком, вмещающим 650 MB данных. Стандартный однослойный, односторонний диск DVD может хранить 4. 7 GB данных. Но это не предел - DVD могут изготавливаться по двухслойному стандарту, который позволяет увеличить емкость хранимых на одной стороне данных до 8. 5 GB. Кроме этого, диски DVD могут быть двухсторонними, что увеличивает емкость одного диска до 17 GB. Как и CD-ROM, диски DVD хранят данные, за счет расположенных насечек вдоль спиральных треков на отражающей металлической поверхности, покрытой пластиком. 2005 -2006 уч. г. Т. Н. Парфененко 19

DVD диски l l Результатом исследований стала разработка более высокочастотного полупроводникового лазера с меньшей длиной волны, в следствии чего стало возможным использовать насечки более маленького размера. В то время, как лазер в обычном устройстве CD-ROM имеет длину волны 780 -нанометров (nm), устройства DVD используют лазер с длиной волны 650 -nm или 635 -nm, что позволяет покрывать лучом в два раза больше насечек на одном треке, и в два раза больше треков, расположенных на одной записанной поверхности. Другие нововведения - это новый формат секторов, более надежный код коррекции ошибок, и улучшенная модуляция каналов. Вместе, эти улучшения дополнительно увеличивают плотность записи данных в полтора раза. 2005 -2006 уч. г. Т. Н. Парфененко 20

Blu-ray-диски l l В Blu-ray используется технология "голубого", а точнее сине-фиолетового с длиной волны 405 нм, это дало возможность сузить дорожку в 2 раза. Уменьшение защитного слоя с 0, 6 мм до 0, 1 мм позволило проводить более качественную запись и чтение. Луч Blu-ray был разработан Blu-ray Disc Association (Apple, Dell, HP, Hitachi, LG , Matsushita, Mitsubishi, Pioneer, Philips, Samsung, Sharp, Sony, TDK, Thomson, Century Fox, Disney, Warner Bros. Entertainment). 2005 -2006 уч. г. Т. Н. Парфененко 21

Blu-ray-диски Ёмкость формата l Однослойный диск - 25 Гб. l Двухслойный 50 Гб. Blu-ray легко усовершенствуется и включает поддержку для дисков мультислоя, который должен позволить увеличить ёмкость запоминающего устройства до 100 -200 гигабайт (добавляя больше слоев ). Сейчас ведётся разработка 8 слоёв. Защита от повреждения механическая прочность Blu-ray диска в 100 раз больше, чем DVD. 2005 -2006 уч. г. Т. Н. Парфененко 22

Флуоресцентные диски l l Относительно недавно, компанией C 3 D было объявлено о создании новейшего типа носителей информации, под общим названием FMD ROM (fluorescent multilayer disk), то есть флуоресцентный многослойный диск. Эта перспективная разработка, как ожидают ее создатели, должна после своего выхода заменить все существующие на сегодняшний момент устройства хранения информации, причем не только устаревающие диски CD-ROM, но и относительно новые DVD -ROM. Магнитные диски просуществовали более тридцати лет, CDROM чуть меньше двадцати, на смену CD совсем недавно пришел стандарт DVD и вот не прошло и три года, как появился преемник DVD. 2005 -2006 уч. г. Т. Н. Парфененко 23

FMD ROM l l l Разработчики заявляют, что уже сейчас первые прототипы способны вмещать на стандартном 5 дюймовом носителе до 140 Гб. Это при десяти слоях. А в ближайших планах компании C 3 D есть желание, как минимум удесятерить число слоев. При этом становится вполне реальной возможность создания сменных носителей информации емкостью в десятки терабайт. Та емкость, которую на сегодняшний день можно получить лишь при использовании громадных дисковых массивов, занимающих подчас целые шкафы и даже комнаты, будет обеспечиваться компактным диском, который с легкостью умещается в кармане! Насчет скорости доступа еще очень мало данных. Разработчики обещают, что этот параметр будет намного выше, нежели у DVD. Хотелось бы верить, ведь иначе, с существующими скоростями, при работе с терабайтными массивами информации даже простые операции, например, перечитка диска, может затянуться на несколько часов. Новые гигантские объемы требуют и соответствующих скоростей доступа. 2005 -2006 уч. г. Т. Н. Парфененко 24

FMD ROM l l l Что же касается соотношения емкость/стоимость носителя, то и тут FMD ROM не имеет себе равных. Ведь он представляет собой практически кусок пластмассы, вернее полимерную матрицу с фотохромным веществом, но по стоимости, это просто пластиковый диск. И ни каких затрат по созданию дорогостоящих полупрозрачных слоев, как в DVD. В FMD материал, содержащий записанную информацию, не отражает, как в DVD или CD, а излучает! Использовано явление флуоресценции, то есть, при освещении вещество начинает излучать, сдвигая спектр падающего на него излучения в сторону красного цвета на определенную величину. Величина сдвига зависит от толщины слоя. Выбрав нужную толщину слоя можно с высокой достоверностью записывать информацию и считывать ее без потери данных. 2005 -2006 уч. г. Т. Н. Парфененко 25

FMD ROM l l l По заявлению разработчиков, даже при количестве слоев больше сотни не будет происходить сильного искажения полезного сигнала. Используя синий лазер (480 нм) можно увеличить плотность записи до десятков Терабайт на один FM диск. Вполне возможно создание диска с 1000 слоями - это уже субмолекулярные размеры. Теоретически возможно создание пятна размером в несколько молекул, проблема лишь в том, как зафиксировать столь малое флуоресцентное излучение. Одна из главных особенностей этой разработки возможность параллельного чтения слоев (т. е. последовательность бит будет записана не по "дорожкам", а по слоям) - скорость выборки данных в этом случае должна быть очень высокой. 2005 -2006 уч. г. Т. Н. Парфененко 26

flash-память l Изобретателем flash-памяти считается корпорация Intel (1988 г. ), а название технологии произошло от метода стирания - вся микросхема за раз. Впоследствии чипы flash избавились от этого недостатка, и теперь стирание происходит побайтовое или постранично. Тем не менее название прижилось и используется по сей день. 2005 -2006 уч. г. Т. Н. Парфененко 27

Flash USB Drive l l USB DRIVE™ представляет собой устройство на базе электрически перепрограммируемого ПЗУ (или Flash), взаимодействующее с компьютером посредством USB-порта. Сочетание этих двух технологий позволило разработчикам создать средство хранения больших объемов информации, которое легко умещается в карман, при этом обмен данными с компьютером крайне быстр и прост. USB-интерфейс позволяет подключать устройства без необходимости выключения питания и перезагрузки компьютера. Строго говоря, слово Drive в названии флэш-накопителя - это маркетинговое недоразумение. Конечно, никакого привода там нет, как нет в нем и вообще никаких движущихся частей. По сути, разработчики просто отразили в названии процедуру работы с Flash USB Drive, как с любым внешним дисководом (CD-RW, Zip, жестким диском). На самом же деле "псевдодиск" состоит из микросхемы флэш-ПЗУ, спецконтроллера и интерфейса USB. Собственно, именно конструкция и предопределила все достоинства данного устройства: миниатюрность и устойчивость к внешним воздействиям. 2005 -2006 уч. г. Т. Н. Парфененко 28

На следующем уроке итоговый тест по теме "Двоичное кодирование. Системы счисления" 1. 2. 3. 4. 5. 6. Понятие «Информация» . Количество информации как мера уменьшения неопределённости знаний. Единицы измерения количества информации. Задачи на определение количества информации. Системы счисления. Перевод чисел в позиционных системах счисления. Арифметические операции. Кодирование чисел. Кодирование графики. Кодирование звука. 2005 -2006 уч. г. Т. Н. Парфененко