ТЕМА 2.5. Зовнішня пам’ять комп’ютера.

Носії інформації та їх основні характеристики

· накопичувачі на гнучких та жорстких магнітних дисках

· дискові носії даних

· CD-ROM та DVD диски, основні характеристики

Основні терміни теми: накопичувач, носій, жорсткий диск, дискета, доріжка, циліндр, сектор, кластер, CD-ROM, DVD.

Зовнішня (довготривала) пам’ять – це місце тривалого зберігання даних (програм, результатів розрахунків, текстів тощо), що не використовуються на даний момент в оперативній пам’яті комп’ютера. Зовнішня пам’ять, на відміну від оперативної, є енергонезалежною. Носії зовнішньої пам’яті, крім того, забезпечують транспортування даних в тих випадках, коли комп’ютери не об’єднані в мережі (локальні чи глобальні).

Для роботи із зовнішньою пам’яттю необхідна наявність накопичувача (пристою, що забезпечує запис і (або) читання інформації) та пристроїв зберігання – носія.

Основні види накопичувачів:

· накопичувачі на гнучких магнітних дисках (НГМД);

· накопичувачі на жорстких магнітних дисках (НГМД);

· накопичувачі на магнітній стрічці (НМС);

· накопичувачі CD-ROM, CD-RW, DVD.

Їм відповідають основні види носіїв:

· гнучкі магнітні диски (Floppy Disk) (діаметром 3,5 дюйма та об’ємом 1,44 Мб), диски для змінних носіїв;

· жорсткі магнітні диски (Hard Disk), їх ще називають "вінчестери"

· касети для стримерів та інших НМС;

· диски CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD.

Запам’ятовуючі пристрої прийнято ділити на види та категорії у зв’язку з їх принципами функціонування, експлуатаційно-технічними, фізичними, програмними та іншими характеристиками. Так, наприклад, за принципами функціонування розрізняють наступні види пристроїв: електронні, магнітні оптичні та змішані – магнітооптичні. Кожен тип пристроїв організований на основі відповідної технології зберігання/відновлення/запису цифрової інформації. Тому, у зв’язку з видом та технічним виконанням носія інформації, розрізняють електронні, дискові та стрічкові пристрої. 

Основні характеристики накопичувачів та носіїв:

· інформаційна ємність;

· швидкість обміну інформацією;

· надійність зберігання інформації;

· вартість.

Розглянемо більш детально характеристики вище перелічених накопичувачів та носіїв.

Принцип роботи магнітних запам’ятовуючих пристроїв грунтується на способах зберігання інформації з використанням магнітних властивостей матеріалів. Як правило, магнітні запам’ятовуючі пристрої складаються із власне пристроїв читання/запису інформації та магнітного носія, на який безпосередньо здійснюється запис і з якого зчитується інформація. Магнітні запам’ятовуючі пристрої прийнято ділити на види у зв’язку з їх виконанням, фізико-технічними характеристиками носія інформації тощо. Найбільш часто розрізняють: дискові та стрічкові пристрої. Загальна технологія магнітних запам’ятовуючих пристроїв полягає в намагнічуванні змінним магнітним полем ділянок носія і зчитування інформації, закодованої як області змінної намагніченості. Дискові носії, як правило, намагнічуються вздовж концентричних полів – доріжок, розташованих на всій поверхні носія, що обертається. Запис проводиться в цифрових кодах. Намагнічування досягається за рахунок створення змінного магнітного поля за допомогою головок читання/запису. Головки представляють собою два чи більше магнітних керованих контури із сердечниками, на обмотки яких подається змінна напруга. Зміна величини напруги викликає зміну напрямку ліній магнітної індукції магнітного поля і, при намагнічуванні носія, означає зміну значення біта інформації з 1 на 0 чи з 0 на 1.

Дискові пристрої ділять на гнучкі (Floppy Disk) і жорсткі (Hard Disk) накопичувачі та носії. Основною властивістю дискових магнітних пристроїв є запис інформації на носій на концентричні замкнені доріжки з використанням фізичного та логічного цифрового кодування інформації. Плоский дисковий носій обертається в процесі читання/запису, чим і забезпечує обслуговування всієї концентричної доріжки, читання і запис здійснюються за допомогою магнітних головок читання/запису, які позиціонують по радіусу носія з однієї доріжки на іншу.

Для операційної системи дані на дисках організовані у вигляді доріжок та секторів. Доріжки (40 чи 80) представляють собою вузькі концентричні кільця на диску. Кожна доріжка розділена на частини, які називаються секторами. При читанні чи запису пристрій завжди зчитує чи записує ціле число секторів незалежно від об’єму інформації. Розмір сектора на диску дорівнює 512 байт. Циліндр – це загальна кількість доріжок, з яких можна зчитувати інформацію, не переміщаючи головки. Оскільки гнучкий диск має тільки дві сторони, а дисковод для гнучких дисків – тільки дві головки, то в гнучкому диску на один циліндр приходиться дві доріжки. В жорсткому диску може бути багато дискових пластин, кожна з яких має дві (або більше) головки, тому одному циліндру відповідає декілька доріжок. Кластер (або комірка для розміщення даних) – це найменша область диску, яку операційна система використовує для запису файла. Як правило, кластер – це один чи декілька секторів.

Перед використанням дискета повинна бути відформотована, тобто повинна бути створена її логічна та фізична структура.

Дискета вимагають акуратного відношення. Вони можуть бути пошкоджені, якщо

· доторкатися до її магнітної поверхні;

· згинати дискету;

· перегрівати дискету (залишати на сонці чи біля батареї опалення);

· піддавати дискету дії магнітних полів.

Накопичувачі на жорстких магнітних дисках об’єднують в одному корпусі носій (носії) та пристрій читання/запису, а також, часто і інтерфейсну частину, що називається контролером жорсткого диску. Типовою конструкцією жорсткого диску є виготовлення його у вигляді одного пристрою у металевій коробці, всередині якої знаходиться один чи більше дискових носіїв, розміщених на одній осі, та блок головок читання/запису з їх загальним приводом.

Основні фізичні та логічні параметри жорсткого диску:

· Діаметр дисків. Найбільш розповсюджені накопичувачі з діаметром дисків 2.2, 2.3, 3.14 и 5.25 дюймів.

· Кількість поверхонь – визначає кількість фізичних дисків, нанизаних на вісь.

· Кількість циліндрів – визначає, скільки доріжок буде розташовано на одній поверхні.

· Кількість секторів – загальна кількість секторів на всіх доріжках всіх поверхонь накопичувача.

· Кількість секторів на доріжці – загальна кількість секторів на одній доріжці. Для сучасних накопичувачів цей показник умовний, оскільки вони мають різну кількість секторів на зовнішніх та внутрішніх доріжках, і це приховано від системи та користувача інтерфейсом пристрою.

· Час переходу від однієї доріжки до іншої приблизно складає від 3.5 до 5 мілісекунд, а у самих швидких моделей може бути від 0.6 до 1 мілісекунди. Цей показник є одним із визначаючих швидкодію накопичувача, оскільки саме перехід с доріжки на доріжку є самим тривалим процесом в серії процесів довільного читання/запису на дисковому пристрої.

· Час установки або час пошуку – час, затрачуваний пристроєм на переміщення головок читання/запису до потрібного циліндра із довільного положення.

· Швидкість передачі даних, вона також називається пропускною здатністю, – визначає швидкість, з якою дані зчитуються чи записуються на диск після того, як головки займуть необхідне положення. Вимірюється в мегабайтах за секунду (MBps) чи мегабітах за секунду (Mbps) і є характеристикою контролера.

На даний час використовуються в основному жорсткі диски ємністю від 10 Гб до 80 Гб. Найбільш популярними є диски ємністю 20, 30, 40 Гб.

Крім НГМД та НЖМД доволі часто використовують змінні носії. Одним із розповсюджених із них є Zip. Він випускається у вигляді вбудованих чи автономних блоків, що підключаються до паралельного порту. Ці накопичувачі можуть зберігати 100 та 250 Мб даних на картриджах, які нагадують дискету формату 3,5 дюйма, забезпечують час доступу рівний 29 мс, та швидкість передачі даних до 1 МБ/с. Якщо пристрій підключається до системи через паралельний порт, то швидкість передачі даних обмежена швидкістю паралельного порту.

До накопичувачів на змінних жорстких дисках відноситься накопичувач Jaz. Ємність картриджу – 1 чи 2 Гб. Недолік  висока вартість картриджа. Основне призначення – резервне копіювання даних.

В накопичувачах на магнітних стрічках (частіше всього у такими пристроями є стримери) запис здійснюється на міні-касети. Ємність таких касет – від 40 Мб до 13 Гб, швидкість передачі даних – від 2 до 9 Мб за хвилину, довжина стрічки – від 63,5 до 230 м, кількість доріжок – від 20 до 144.

CD-ROM – це оптичний носій інформації, призначений для тільки для читання, на якому може зберігатися до 650 Мб даних. Доступ до даних на CD-ROM здійснюється швидше, ніж до даних на дискетах, але повільніше, ніж на жорстких дисках.

Компакт-диск діаметром 120 мм (біля 4,75 дюйма) виготовлений із полімеру та покритий металевою плівкою. Інформація зчитується саме з цієї металевої плівки, яка покривається полімером, що захищає дані від пошкодження. CD-ROM є одностороннім носієм інформації.

Зчитування інформації з диску здійснюється за рахунок реєстрації змін інтенсивності відбитого від алюмінієвого шару випромінювання малопотужного лазера. Приймач або фотодатчик визначає, чи відбився промінь від гладкої поверхні, чи був розсіяний чи поглинутий. Розсіювання чи поглинання променя відбувається в тих місцях, де в процесі запису були нанесені поглиблення. Фотодатчик сприймає розсіяний промінь, і ця інформація у вигляді електричних сигналів поступає на мікропроцесор, який перетворює ці сигнали на двійкові дані чи звук.

Швидкість зчитування інформації з CD-ROM порівнюють з швидкістю зчитування інформації з музичного диску (150 Кб/с), яку приймають за одиницю. На сьогоднішній день найбільш розповсюдженими є 52-ох швидкісні накопичувачі CD-ROM (швидкість зчитування 7500 Кб/с) .

Накопичувачі CD-R (CD-Recordable) дозволяють записувати власні компакт-диски.

Більш популярними є накопичувачі CD-RW, які дозволяють записувати та перезаписувати диски CD-RW, записувати диски CD-R, читати диски CD-ROM, тобто є в певному розумінні універсальними.

Абревіатура DVD розшифровується як Digital Versatile Disk, тобто універсальний цифровий диск. Маючи ті ж розміри, що й звичайний компакт-диск, і доволі подібний принцип роботи, він вміщає надзвичайно великий об’єм інформації – від 4,7 до 17 Гбайт. Можливо, саме із-за великої ємності він і називається універсальним. Правда, сьогодні реально використовується DVD-диск лише в двох областях: для зберігання відеофільмів (DVD-Video чи просто DVD) та надзвичайно великих баз даних (DVD-ROM, DVD-R).

Різниця у ємностях виникає так: на відміну від CD-ROM, диски DVD записуються з обох сторін. Більше того, з кожної сторони можуть бути нанесені один чи два шари інформації. Таким чином, односторонні одношарові диски мають об’єм 4,7 Гбайт (їх часто називають DVD-5, тобто диски ємністю біля 5Гбайт), двосторонні одношарові – 9,4 Гбайт (DVD-10), односторонні двошарові – 8,5 Гбайт (DVD-9), а двосторонні двошарові – 17 Гбайт (DVD-18). В залежності від об’єму потрібного для зберігання даних вибирається тип DVD-диску. Якщо мова йде про фільми, то на двосторонніх дисках часто зберігають дві версії одної картини – одна широкоекранна, а інша в класичному телевізійному форматі.