 |
Машинные носители информации
|
|
|
|
В современных средствах цифровой техники, используются несколько видов машинных носителей информации, которые можно классифицировать по различным основаниям. МНИ в первую очередь разделяются на две основные группы: энергозависимые и энергонезависимые.
К энергозависимым машинным носителям информации в основном относятся оперативные запоминающие устройства (ОЗУ или RAM), встроенные в средства цифровой техники. Основным назначением ОЗУ является ускорение работы центрального микропроцессора. Скорость передачи данных из ОЗУ на их обработку в микропроцессор на несколько порядков больше, чем непосредственное считывание информации с иного носителя информации. ОЗУ является устройством временного хранения программ, необходимых для непосредственной работы СЦТ (операционные системы), программ для выполнения определенных задач (прикладные программы) и иной информации. При отключении электропитания от ОЗУ информация, содержащаяся в его ячейках памяти, уничтожается (стирается) без какой-либо возможности ее восстановления.
Энергонезависимые носители (иногда их называют постоянными) по технологии записи, хранения и считывания информации подразделяются на три основные группы: электронные, магнитные и оптические. Первыми энергонезависимыми носителями (не учитывая бумажные) стали накопители на магнитной ленте, а позднее были созданы накопители на магнитных картах, которые представляли собой прямоугольный отрезок носителя с магнитным покрытием. Информация на магнитных носителях могла быть перезаписана неоднократно, т.е. они относились к перезаписываемым запоминающим устройствам. В отличие от перфокарт и перфолент, магнитные ленты и карты хоть и не применяются в современных компьютерах, но используются в других областях, например в качестве носителя информации кредитных или идентификационных карточек. Носителем в них является магнитная полоса, закрепленная на носителе карточки. В настоящее время карточки с магнитной лентой (полосой) активно вытесняются смарт-картами и RFID-картами.
|
|
|
Практически любое средство цифровой техники укомплектовано электронным постоянным запоминающим устройством (ПЗУ или ROM), которое предназначены для длительного хранения информации. Информация, записанная в таком запоминающем устройстве при отключении питания, сохраняется достаточно длительное время и может быть по мере надобности использована неоднократно.
ПЗУ делятся на собственно ПЗУ и перепрограммируемые ПЗУ (ППЗУ). В ПЗУ информация может быть записана один раз, а ППЗУ допускают многократную запись/стирание информации. В ПЗУ обычно записывают информацию (программы), которые сохраняют актуальность на весь период работы средств цифровой техники. В средствах компьютерной техники в ППЗУ записана BIOS (Basic Input Outpet System) - базовая система ввода-вывода. Запись информации в ПЗУ осуществляют с помощью специальных устройств с использованием различных технологий. В ПЗУ информация обычно записывается изготовителем СЦТ, а в ППЗУ - изготовителем однократно или многократно пользователем СЦТ.
К ППЗУ относят и так называемую память CMOS (Complimentary Metal-Oxide-Semicondactor), которая служит для хранения информации о каких-либо настраиваемых изготовителем или пользователем характеристиках или настройках СЦТ. И хотя микросхемы памяти CMOS и относят к энергонезависимым машинным носителям, в действительности же ее электропитание осуществляется с помощью специальных аккумуляторов.
Не рассматривая историю развития энергонезависимых машинных носителей, выделим лишь те, которые используются в настоящее время.
|
|
|
К магнитным относятся накопители на гибких магнитных дисках (НГМД) и накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД).
Редко используемые в настоящее время НГМД форм-фактора 3,5 дюйма представляет собой гибкий диск (Floppy Disk (FD)) из полимерного материала с магнитным покрытием, заключенным в жесткий пластмассовый корпус. Запись информации и доступ к ней, производится при вращении диска в дисководе. Магнитные головки входят в непосредственный контакт с поверхностью магнитного диска, что обуславливает невысокие скорости записи/чтения информации и его недолговечность.
Применение НГМД в качестве переносимого носителя в современных условиях постепенно сходит на нет. Это обусловлено двумя основными причинами: недостаточный объем записываемой информации (всего 1,44 Мб) и проблемы хранения и доступа к записанной информации. Практически каждый из пользователей средств компьютерной техники сталкивался с ситуациями, когда дискета, записанная на одном компьютере, не читается на другом, или спустя какое-то время (иногда после перевозки в городском пассажирском электрическом транспорте) доступ к информации оказывается невозможен и на том же компьютере, на котором записывался НГМД.
Накопитель на жестких магнитных дисках представляет собой устройство, в котором на оси установлен один или несколько дисков (пластин), изготовленных из сплава на основе алюминия или из специальной керамики с магнитным покрытием.
Диски вращаются с помощью двигателя, установленного в корпусе НЖМД. Головки чтения/записи информация «парят» над поверхностью дисков, не касаясь их, на расстоянии нескольких микрон и перемещаются относительно поверхности дисков (позиционируются) с помощью прецизионного механизма. Диски и головки чтения/записи изолированы в герметичном отсеке (гермоблоке), предотвращающем попадание пыли и посторонних загрязнений.
Емкость НЖМД постоянно увеличивается и сегодня достигает двух терабайт (2000 Гб). НЖМД различаются между собой по количеству и диаметру устанавливаемых в них дисков. Сегодня выпускаются НЖМД следующих основных типоразмеров: 3,5, 2,5 и 1,8 дюйма. В подавляющем большинстве случаев НЖМД встраиваются в средства компьютерной техники (настольные и переносимые компьютеры). Выпускаются и НЖМД с меньшими размерами дисков (например, 1,3, 1,0 и 0,85 дюйма), которые используются в качестве мобильных (переносимых) накопителей, или они устанавливаются в различные модели средств цифровой техники (например, цифровые видеокамеры, музыкальные плееры).
|
|
|
НЖМД имеют полувековую историю. По оценкам специалистов в настоящее время доля информации, записанной на НЖМД, составляет чуть более 90% (в это объем входит только информация долговременного архивного хранения).
Реальности современного мира приводят к тому, что пользователям компьютерных средств либо не хватает емкости, первоначально установленного в компьютере НЖМД, либо требуется хранить большие объемы цифровой информации, доступ к которой осуществляется непостоянно. Для выхода из подобных ситуации стали выпускать внешние накопители, представляющие собой отдельное устройство, в которое устанавливается один или несколько НЖМД. Электропитание внешних накопителей на НЖМД формфактора 3,5” обычно осуществляет от сети переменного тока, а мобильных (переносимых) НЖМД меньших типоразмеров, монтируемых в легкие защитные корпуса - через один или два разъема USB.
В последнее время широкое распространение получают так называемые NAS-системы (Network Attached Storage) - сетевые устройства хранения данных, представляющие собой управляющий компьютер с большим (от единиц до сотни терабайт) дисковым массивом. Несколько таких компьютеров могут быть объединены в одну систему и использоваться в качестве общего устройства хранения информации в корпоративных компьютерных сетях.
Несмотря на распространенность НЖМД, обусловленную самой низкой себестоимостью хранения информации, они обладают несколькими существенными недостатками. Во-первых, это наличие механической части в приводах НЖМД, выход из строя которой может привести к потере доступа к записанной информации. Во-вторых, что особенно критично для ноутбуков и мобильных НЖМД, они чувствительны к механическим воздействиям (ударам). И, в-третьих, вращение дисков в НЖМД различных моделей со скоростью от 5000 до 15000 оборотов в минуту, даже при отсутствии непосредственного контакта головок с поверхностью диска, приводит к постепенному разрушению магнитного слоя. Считается, что средний срок эксплуатации НЖМД, при его работе порядка 40 часов в неделю, составляет порядка 4-5 лет.
|
|
|
Недостатки, присущие НГМД и НЖМД, были устранены в твердотельных SSD (Solid State Drive, Solid State Disk) накопителях, являющихся разновидностью электронной твердотельной полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти. Некоторые типы SSD компактных накопителей носят название флэш-накопители (от англ. Flash -плоский).
Информация, записанная на SSD-накопителях, может быть считана сколько угодно раз, но на запись информации накладываются чисто физические ограничения (теоретически - около миллиона циклов, а фактически средняя наработка SSD на отказ составляет порядка 100 тысяч циклов перезаписи, но что все равно на несколько порядков больше, чем могут выдержать НГМД, НЖМД или перезаписываемые оптические носители).
В отличие от НЖМД, SSD-накопители не содержат подвижных частей, более надежны и компактны, и благодаря этому, а также из низкого потребления электроэнергии, широко используется в портативных устройствах - цифровых фотокамерах и видеокамерах, цифровых диктофонах, МР3-плеерах, карманных персональных компьютерах (КПК), мобильных телефонах, смартфонах, коммуникаторах и т.п. Кроме того, SSD-накопители используются для хранения (и время от времени обновляемого) программного обеспечения в различных устройствах (например, принтерах и сканерах).
Основным недостатком SSD является высокое соотношение цена/объём записанной информации, превышающее этот параметр у НЖМД в 4‑5 раз.
Первыми по времени начала практического использования и самыми большими по размеру из всех флэш-накопителей стали так называемые PC Card, которые первоначально обозначались как PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association). PC Card снабжена собственным контроллером (устройством управления процессами записи/чтения), обеспечивающего эмуляцию (подобие) работы обычного НЖМД.
В настоящее время наиболее распространенными являются следующие типы SSD флэш-накопителей: Compact Flash (CF), MultiMedia Card (MMC), SD Card, Memory Stick, SmartMedia, xD-Picture Card. Существуют и другие различные портативные форм-факторы флэш-памяти, однако встречаются они намного реже перечисленных.
В подавляющем большинстве случаев SSD флэш-накопители используются в цифровых фотоаппаратах, видеокамерах,мобильных телефонах, смартфонах, коммуникаторах и в иной цифровой технике.
|
|
|
В настоящее время наблюдается устойчивая тенденция к замене (особенно в мобильных компьютерах) НЖМД на SSD-накопители большой емкости, которые представляют корпус с расположенной внутри него электронной платой, на которой установлено несколько микросхем памяти и контроллер. SSD-накопители выпускаются в корпусах различных форм-факторов, аналогичных корпусам НЖМД.
LaserDisc (LD) - первый коммерческий оптический носитель данных, информация с которых считывалась на отражение, имел диаметр 30 см (формат стандартной грампластинки). На LD, которые выпускались с 1978 г. по 2001 г., записывались аудио- и аудиовизуальные произведения.
Технологии, отработанные при изготовлении LD, затем были использованы в современных оптических носителях. Впервые запись музыкальных программ на оптические диски диаметра 120 мм, которые стали обозначаться аббревиатурой CD (Compact Disc), была осуществлена в 1982 г. фирмами Sony и Philips.
В 1995 г. были созданы приводы для записи информации на CD самостоятельно пользователям средств компьютерной техники. Запись осуществлялась на диски, получивших название CD-R (CD Recordable – диски для однократной записи). В CD-R в качестве фиксирующего информацию активного материала использовали пленки легкоплавких металлов (теллур) или сплавов (теллур-селен, теллур-углерод, теллур-селен-свинец и др.) или органические красители, воздействие на которые излучением лазера приводило к их локальному потемнению (т.е. изменению коэффициента отражения материала).
Практически одновременно с CD-R появились и перезаписываемые компакт-диски - CD-RW (Compact Disc ReWritable). В них в качестве активного материала использовались неорганические вещества, которые под действием светового воздействия лазерным лучом переходили из аморфного агрегатного состояния в кристаллическое и наоборот, различающиеся между собой по коэффициенту отражения. Считается, что информация на CD-RW может быть удалена и вновь записана около 1000 раз. Процесс записи на оптические диски с помощью лазерного луча называется «прожигом» (от англ. - to burn).
В начале второй половины 1990-х годов появились DVD (Digital Versatile Disk)- цифровой универсальный (многоцелевой) диск, которые первоначально обозначались как - Digital Video Disc. На DVD можно было хранить (записывать) бо́льший объём информации за счёт использования лазеров с меньшей длиной волны, чем для обычных компакт-дисков. Первый привод, поддерживающий запись DVD-R, выпущен компанией Pioneer в 1997 г. Для считывания и записи DVD используется лазер с длиной волны 650 нм.
Физически DVD может иметь одну или две рабочие стороны и один или два рабочих слоя на каждой стороне, которые разделяются промежуточным полуотражающим слоем. При считывании информации лазер фокусируется на первом или втором слое. От количества рабочих слоев и рабочих сторон зависит ёмкость диска.
Blu-ray Disc - BD (англ. blue ray - голубой луч и disc - диск) - формат оптического носителя, используемый для записи и хранения цифровых данных, включая видео высокой чёткости с повышенной плотностью. Стандарт BD был совместно разработан консорциумом нескольких компаний, включая Sony. BD получил своё название от использования для записи/чтения коротковолнового (405 нм) «синего» (технически сине-фиолетового) лазера. Коммерческий запуск формата BD прошел весной 2006 года.
Однослойный BD может хранить 23,3/25/27 или 33 Гб, двухслойный диск может вместить 46,6/50/54 или 66 Гб. В разработке находятся диски вместимостью 100 Гб и 200 Гб с использованием соответственно четырёх и восьми слоёв. Выпущены однослойные и двухслойные варианты BD диаметром 80 мм (для двухслойного емкость достигает 15 Гб), которые предназначены для использования в цифровых фото- и видеокамерах.
BD-Live (Blu-ray Disc - Live) - технология Sony, используемая в Blu-ray дисках с записанным мультимедийным контентом для реализации интерактивных функций. Функция BD-Live предоставляет дополнительные возможности доступа к онлайн-играм, блогам, конкурсам и другим онлайновым сервисам. После активации BD-Live также появляется возможность загрузки дополнительных материалов о фильме, которых нет на диске, например, интервью с актёрами и режиссёром. Для доступа к этим материалам необходимо посетить специальную страничку, посвящённую фильму, и скачать нужную информацию на внешнее USB-устройство.
HVD(Holographic Versatile Disc - голографический многоцелевой диск) разрабатываемая несколькими компаниями перспективная технология производства оптических дисков, которая предполагает значительно увеличить объём хранимых на диске данных по сравнению с BD Blu-Ray и HD DVD. Она использует технологию голографической (объемной) записи информации в рабочем слое, с одновременным применением двух лазеров (в красной (650 нм) и зеленой (532 нм) области спектра). Предполагаемая информационная ёмкость HVD может достигать 3,9 терабайт (Tб), что сравнимо с 6000 CD, 830 DVD или 160 однослойными дисками Blu-ray. Скорость передачи данных с HVD определяется на уровне 1 Гб/сек. Стандарт HVD года был утверждён и опубликован в конце июня 2007 г.
|
|
|
