Накопители

Средняя школа №10

Реферат на тему: «Накопители»

       Выполнил:

         Ученик 11Б класса

   Поладич Евгений

  Научный руководитель:

Калашникова Наталия Владимировна

Волгоградская область

г.Михайловка

2007г.

Содержание

1.     Введение________________________________________________1

2.     История Жестких дисков __________________________________2

3.     Использование и устройство Жестких дисков _________________2

·        Антиударные технологии__________________________________9

·        Самый маленький жесткий диск___________________________14

4. Магнитные и оптические накопители_______________________15

5. Ленточные накопители___________________________________21

6. Переносные диски_______________________________________23

7. Твердотельные накопители________________________________24

8. Список литературы_______________________________________30

Введение

Накопители – это энергонезависимые устройства, способные хранить информацию при отсутствии внешнего питающего напряжения. Однако для их использования (Чтения/записи/перезаписи данных) необходимо подключение к соответствующеиу интерфейсу и его активизация.

На сегоднящний день накопители твёрдо вошли в нашу жизнь и это не обязательно устройства использующиеся в компьютерах, а это компонент, устанавливающийся и в бытовой технике (цифровые фотопараты, видеокамеры и др). Но нестоит забывать компакт-диски и твердотельные носители.

Сейчас накопители можно классифицировать на следующие типы:

·        жесткие диски

·        съемные дисковые магнитные носители (гибкие диски, MD(MicroDrive), PCMCIA-disk, Click Drive, ZIP, JAZ, Orb, HiFD, LS-120 и другие);

·        компактные твердотельные носители (CF(CompactFlash),MS(MemoryStick),xD Picture Card, SM(SmartMedia),SD(SecureDigital),MMC(MultiMedia Card),USB Flash Drive)

·        оптические носители (CD, DVD, ML-CD, FMD, BD, HDDVD…);

·        магнитооптические носители;

·        Ленточные накопители (стримеры).

Этот список не показывает полноценного разнообразия накопителей информации т.к. эти подразделяются на другие модели и также с течением времени они совершенствуются, появляются новые.

История Жестких дисков

13 сентября 1956 года группа специалистов из исследовательского подразделения компании IBM представила первую в мире дисковую систему памяти под называнием RAMAC 305 (сокращённо от Random Access Method of Accounting and Control). Устройство состояло из пятидесяти 24-дюймовых алюминиевых пластин с нанесённым на них магнитным слоем. Общая ёмкость накопителя, сравнимого по размерам с промышленным холодильником и весящего около тонны, составляла около пяти мегабайт.

Несмотря на наличие пяти десятков пластин, в RAMAC использовались только две головки чтения/записи. Среднее время доступа при этом составляло 600 мс. Данные в RAMAC могли передаваться со скоростью до 9 тыс. символов в секунду, что по тем временам являлось рекордным показателем. К тому же RAMAC стала первой системой с произвольным доступом к информации.

Устройства RAMAC выпускались в течение пяти лет - до 1961 года. За это время было произведено свыше тысячи подобных систем. Мощности RAMAC корпорация IBM сдавала в аренду по цене в 3,2 тысячи долларов в месяц. Практическое использование систем RAMAC полностью прекратилось во второй половине шестидесятых годов прошлого века.

В настоящее время выпускаются жёсткие диски с диаметром пластины один дюйм, способные хранить в сотни раз больше данных, нежели RAMAC. А компания IBM недавно представила комплекс хранения данных System Storage DS8000 Turbo, который в максимальной конфигурации вмещает до 320 ТБ информации.

         Использование и устройство HDD  (Hard disk Drive)

Жесткие диски являются основным видом компьютерных накопителей. Любой домашний компьютер, сервер или лэптоп (ноутбук) должны иметь хотя бы один жесткий диск. На жестком диске хранится вся информация: операционная система, приложения, документы и различные медиа файлы, устанавливаемые пользователем. Среди основных качеств жесткого диска: емкость (объем), используемый интерфейс, скорость обмена данными, надёжность, шумность и тепловыделение.

Рассмотрим устройство жесткого диска.

Из основных элементов можно выделить:

1)     пакет дисковых пластин на вращающейся оси

2)     головки чтения-записи

3)     позиционер (атюатор)

4)     контролер

Дисковая пластина состоит из основы и магнитного покрытия, на которое записываются данные. Основу изготавливают из алюминевых славов, а в последнее время из керамики или стеклянных  компонентов. Магнитное покрытие обычно выполняется из оксида железа.Современные технологии (например, с антиферромагнитной связью), требуют применения двух слоев магнитного покрытия с прослойкой из парамагнитного материала.

Данные хранятся на пластинах в виде дорожек, каждая из которых разделена по 512байт, состоящие из доменов. Ориентация доменов в магнитном слое служит для распознования двоичной информации (0 или 1)*. Размер доменов определяет плотность записи данных. Магниторезистивные технологии (MR) обеспечивают плотность до 3 Гбайт на одну пластину, технологии GMR – свыше 40 Гбайт, TuMR (Tunneling Magneto Resistive, или Туннельный магнитный резистор.2006г.) до 170 Гбайт на 1 квадратный дюйм.

Плотность записи и емкость диска тесно свазаны между собой. Поверхностная плотность записи зависит от расстояния  между дорожками (поперечная плотность) и минимального размера магнитного домена (продольная плотность). Обобщающим критерием выступает плотность записи на единицу площади диска или емкость пластины. Чем выше плотность записи, тем больше скорость обмена данными между головками и буфером (внутренняя скорость передачи данных). В настоящее время типовой считается емкость пластины 120Гбайт, но существуют и свыше 375 Гбайт.

Интерфейс жесткого диска – неотъемлемая часть проводных накопителей, необходимая для соединения их с основной частью компьютера – материнской платой. Отметим основные интерфесы:

IDE (PATA), Serial ATA (SATA), SCSI

А для внешних накопителей:

IEEE1394 (FireWire) и USB.

На ближайшуб перспективу основным можно считать интерфейс SATA 150/300/2, обеспечивающий пиковую скорость обмена данными 150/300/3000 мбайт/с. Интерфейс IDE с режимами ATA 100/133 также остается распространённым, но постепенно вытесняется с рынка из-за своих недостатков.

Интерфей всегда определяет реальную производительность жестких дисков в компьютере. Как бы ни была эффективна внутренняя организация диска, в конечном счёте с «блинов» в оперативную память все «прокачивается» по 8-жильному интерфейсу .Ранее (С IDE интерфейсом) была проблема при работе с 2-мя устройствами на одном шлейфе. В том случае производительность падала на 50-80%.

Для проффесиональных систем, где цена не играет решающей роли, преимущества SCSI неоспоримы. Вместе с тем и для «бюджетых» компьютеров можно построить эффективную дисковую систему, опираясь на интерфейс IDE или SATA. Во-первых, для домашнего развлекательного компьютера за глаза хватит производительности современного жесткого диска, если его интерфейс IDE или SATA, а скорость вращения шпинделя 7200 об/мин.

Дисковые массивы с избыточностью данных, которые принято называть RAID (Redubdant Arrays of Independebt Disks – избыточный массив независимых дисков) известны с 1988 года. Действительно массовыми они стали с развитием IDE RAID – контроллеров. В современных адаптерах реализована поддержка четырех уровней (спецификаций): RAID 0, RAID 1, RAID 0+1, RAID 5.

RAID 0. Дисковой массив без гарантии отказоустойчивости (Strped Disk Array without Fault Tolerance). Представляет собой дисковой массив, в котором данные разбиваются на блоки и каждый блок записывается (считывается) на отдельный диск. Таким образом, можно осуществлять несколько операций ввода-вывода одновременно. Обеспечивает наивысшую производительность при интенсивной обработке запросов ввода/вывода и данных большого объема, но отказ одного диска влечет за собой потерию всех данных массива. В котроллерах IDE RAID, как правило, можно создавать Striped-массивы из двух или четырех дисков. Конечно, при создании массива желательно использовать одинаковые диски.

RAID 1. Дисковой массив с дублированием, или «зеркала»( mirroring). Зеркальное дублирование данных является традиционным способом повышения надёжности дискового массива небольшого объёма. В простейшем варианте используется два диска, на которые записывается одинаковые данные. В случае отказа одного из дисков остается его копия, которая продолжает работать в прежнем режиме. Преимущества заключается в надёжности, основной недостаток – удвоение стоимости хранения данных. В контроллерах IDE RAID, как правило, можно создавать зеркальные массивы из двух дисков. Объём массива равен объёму наименьшего диска. В этом случае также желательно использовать одинаковые диски. Большинство современных контроллеров позволяют подключать «запасной» диск, на который в случае отказа одного из основных дисков массива вся информация пишется в фоновом режиме. В принципе, такая конфигурация выдерживает отказ двух дисков из трёх.

Всего, на 2007 год, существует массивы RAID 0,1,0+1,5,10 Jbod configuration. Думаю описывать каждый из них нет смысла, так как они построены на основе выше описанных. Что касается домашнего применения, то RAID 0 является наилучшим вариантом. Подключение двух даже сравнительно недорогих дисков увеличит производительность как минимум в полтора раза.

Скорость вращения шпинделя в основном влияет на среднее время доступа к данным. Известно, что головке чтения-записи жесткого диска необходимо какое-то время на поиск данных (то есть для перемещения на нужную дорожку). К этому добавляется скрытое время доступа (задержки), обусловленное необходимостью провернуть диск до попадания сектора под головку. В лучшем случае оно окажется равным нулю, а в худшем будет равно времени полного оборота диска. Принято считать, что задержка в среднем равна времени полуоборота и составляет от 5,6 мс (для дисков с частотой вращения 5400 об/мин) до 2мс (для SCSI-дисков с частотой вращения 15000 об/мин).

Сегодня стандартом частоты вращения для жестких дисков с интерфейсом SATA или IDE считается значения 7200 оборотов в минуту (среднее время доступа 9-10 мс), с интерфейсом SCSI – 15000 оборотов в минуту (среднее время доступа 1-2мс), но это вовсе не означает предел скорости или времени отклика – существуют высокоскоростные модели для домашних ПК с частотой вращения шпинделя 10000 оборотов в минуту и 21000 для SCSI интерфейсов. Каждая «ступенька» прироста скорости  обеспечивает увеличение общей производительности примерно на 25%.

Объём буфера (кэш-памяти) в основном влияет на внутреннюю скорость передачи данных. В жестких дисках с интерфейсом SATA устанавливают, как правило, буфер ёмкостью 8-16мб. Диски с интерфейсом SCSI обычно оснащают кэш-памятью объёмом 8-64 Мбайт.

Также стремительно многие компании внедряют различные технологии в жесткие диски для увеличения надежности и производительности. Так некоторое время назад фирмой Maxtor разработана технология DualWave (двойного потока). В контроллере диска впервые примерно два процессора. Цифровой сигнальный процессор управляет приводами, отвечает за операции чтения-записи и коррекции ошибок. RISC-процессор собственной разработки Maxtor оптимизирован для операций ввода-вывода и обработки команд интерфейса ATA. Оба процессора имеют свободный доступ к буферу данных и шине обмена данными между собой. Технология DualWave позволяет существенно повысить эффективность работы с потоковыми данными большого объёма (видео, трехмерные игры, базы данных). Например, жесткий диск DiamondMax 6800 со скоростью вращения 5400об/мин., оснащенный блоком DualWave, на многих тестах уверенно опережает  обычные диски со скоростью вращения 7200 об/мин.

Надежность – самый важный и, в то же время, наименее определенный критерий. В принципе, каждый производитель указывает MTBF (Mean Time Between Failure) – среднее время наработки на отказ (измеряется в часах). Обычным показателем для дисков с интерфейсом IDE считается наработка на отказ 300000-500000 часов, с интерфейсом SATA/SCSI – 500000-1000000 часов. Этот параметр является чисто статистическим. Для конкретного экземпляра он означает, что за период в 1000 часов его работы вероятность выхода из строя составит 0,5% (при показателе наработки на отказ 200000 часов).

Таким образом, пять сотен тысяч MTBF, заявленных производителем, вовсе не означают, что ваш диск не сломается через час после покупки.

Если не заниматься ежедневным резервным копированием данных, то поломка жесткого диска влечёт решение непростых проблем восстановления информации. Иногда стоимость таких работ превышает цену нового винчестера. Поэтому при таких выборе жесткого диска обращают внимание на поддержку технологий сохранности данных. Для повышения надёжности большинство производителей применяют в жестких дисках различные вариации технологии S.M.A.R.T.(Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology – технология самотестирования и анализа). Обычно предусматривается автоматическая проверка целостности данных , состояния поверхности пластин, перенос данных с критических участков на нормальные и другие операции без участия пользователя. В случае нарастания фатальных ошибок программа своевременно выдаст сообщение о необходимости принятия срочных мер по спасению данных.

Как показали исследования, основной причиной необратимого выхода жестких дисков из строя является ударное воздействие. Удары возможны как в процессе доставки жесткого диска с завода-изготовителя к месту продажи, так и период эксплуатации диска. Поэтому ведущие фирмы, выпускающие жесткие диски, уделяют пристальное внимание развитию технологий, предотвращающих вредные последствия ударных нагрузок.

Samsung

В первом квартале 2000 года компания Samsung представит в России две новые модели винчестеров серии SpinPoint: V9100 и V10200. Cовместное использование в этих моделях двух собственных технологий защиты от ударов ImpacGuard (ТМ) и Shock Skin Bumper (ТМ) позволит обеспечивать защиту от ударных воздействий с уровнем до 250G в нерабочем состоянии. Более ранние модели SpinPoint серий V6800, V4300, V4, V3, V3A, V3200 имеют показатели 75G для длительности воздействия в 11 ms (или 200G Ref. для длительности в 2ms). Несколько выпадает из этого ряда модели серии W2100,  у которой эти показатели ниже.

Фирма Quantum с 1998 года развила технологию SPS (Shock Protection System), впервые внедренную в накопителях серии Fireball EL. Она представляет собой ряд конструктивных решений, направленных на поглощение энергии удара и минимизацию отрицательного эффекта.

Компания Seagate использует в своих дисках технологию GFP (G-Force Protection). Рядом конструктивных мер обеспечивается большая степень защиты двигателя и подшипника вращения шпинделя, головки, гибкого держателя головок, а также увеличив величину зазора между держателем и диском, инженеры компании заметно уменьшили кинетическую энергию этих компонентов, приобретаемую ими в момент удара. Проскальзывание дисков происходит достаточно редко, но даже в этом случае жесткие диски семейств Barracuda и Cheerah способны продолжить работу  благодаря встроенной системе коррекции головок на каждый оборот диска (Once Per Revolutiob Compensation - OPRC).

Maxtor тоже не осталась в стороне, и разработала свою собственную технологию, получившую название ShockBlock. Первой моделью накопителя с этой технологией, стала модель DiamondMax Plus 5120. Как и в технологиях конкурентов, проблема шлепка головки решается в ней за счет уменьшения физических размеров и массы головки. Но здесь Maxtor, добавила еще одно решение. Все мы знаем, что в нерабочем состоянии головки винчестера размещаются в так называемой landing zone, в зоне, куда запись информации никогда не производится. Поэтому, укрепив покрытие магнитного диска в landing zone, компания заметно уменьшила вероятность появления мелких частиц и осколков в случае, когда головка все же ударялась о диск накопителя в отключенном состоянии. Первым накопителем произведенным с этой технологией стал DiamondMax 6800. Чем же достигнута такая высокая ударостойкость. По мнению Maxtor, делая держатели головок более гибкими, производители не только не снижают силу шлепка головки о диск, а даже увеличивают его, так как эффект "хлыста", только усиливает удар. Maxtor наоборот сделала держатели гораздо более упругими в своих новых накопителях. Неизбежно, увеличив упругость держателя, компании пришлось дополнительно решать вопрос обеспечения прежнего "парения" головок над диском во время его вращения. И видимо ей это удалось. Более того, компания пошла дальше. Справедлив рассудив, что пагубным эффектом является не столько сам шлепок, а его последствия (частицы и осколки на диске), то нужно сделать так чтобы даже после шлепка появление осколков было мене вероятным. На рисунке видно что головка, опускаясь после удара, всегда бьет о диск своей кромкой. Вероятность повредить диск - очень велика.

Поэтому компания изменила конструкцию крепления головки к держателю таким образом, что бы даже во время шлепка, головка ударялась о диск равномерно всей поверхностью. Это в несколько раз уменьшает вероятность появления осколков и частиц после удара головки.

Fujitsu

Компания не изобретала и не патентовала каких либо громких технологий по защите дисков от ударных воздействий, но, тем не менее, многие из производимых в настоящее время винчестеров очень устойчивы к нерабочим ударным нагрузкам. Например, винчестеры серий MPE3xxx имеют удароустойчивость на уровне 250 G. А модели серий Hornet 9, 10, 11 до 600 G! Причем, их варианты для мобильных компьютеров способны нормально переносить до 700 G в нерабочем состоянии и до 125 G во время работы.

Western Digital

Мне не удалось найти какой либо информации о применяемых в винчестерах данной компании специальных технологиях защиты от ударов. Но, судя по техническим данным винчестеров, этих технологий возможно и не было. Ряд моделей запущенных в производство совсем недавно, имеют повышенную ударостойкость на уровне 150-200 G. Остальные модели на уровне 60-70 G. Поэтому также требуют очень бережного обращения.

IBM

Существующие на настоящий момент накопители серий DeskStar и UltraStar емкостью свыше 3.5 Gb имеют удароустойчивость на уровне 175 G в нерабочем состоянии. Модели этих серий с емкостью ниже 3.5 Gb имеют меньшие возможности выдержать внешние ударные воздействия. Модели винчестеров для мобильных компьютеров серии TravelStar от 2.2 Gb и выше обладают очень неплохими показателями и способны переносить до 400-500G в нерабочем состоянии и до 150 G в рабочем. Недавно анонсированные новые модели винчестеров UltraStar 36, 72 будут производится с использованием технологии Active Damping™, которая позволит эксплуатировать эти винчестеры в условиях с повышенным уровнем вибрации.

В повседневной эксплуатации проблемы с шумностью диска обычно стоят на первом месте. Во-первых, шумный диск действительно производит достаточно громкие звуки – до 40дБ! Во-вторых, для многих людей стало привычкой держать компьютер включённым постоянно. Что может негативно сказаться на нервной системе.

При выборе диска не вредно поинтересоваться уровнями шумов, создаваемых во время работы. Сами шумы могут быть двоякого рода: щелчки при перемещении головок и постоянный шум, издаваемый непосредственно во время вращения шпинделя. Обычно спектр постоянного шума как раз перекрывает диапазон частот, к которому слух человека наиболее чувствителен. Поэтому даже незначительный вроде бы уровень шума в этом диапазоне воспринимается обостренно.

Ныне уровень шума жесткого диска является нормированной величиной, и практически все модели в требования стандартов укладываются без проблем. Однако известны и чрезвычайно тихие «чемпионы», например модель Seagate Barracuda с рекордно низким уровнем шума 21дБ.

Что касается нагрева диска во время его работы, то это более локальная проблема, так как на комфортность работы с компьютером не влияет. Хотя в некоторых случаях слишком горячий диск нарушает тепловой баланс системы в целом и приходится принимать дополнительные меры для его охлаждения. Обычно справедливо правило, что больше греются высокооборотные и, следовательно,  более производительные жесткие диски.

Учитывая, что температуру воздуха внутри корпуса компьютера желательно поддерживать на уровне 25-35 ºС, приходим к выводу, что рабочая температура жесткого диска доходит до 48-50 ºС, то она не нарушит теплового баланса, если система охлаждения исправна. При более высокой температуре следует подумать о более эффективном охлаждении. К сожалению для современных моделей жестких дисков повышение температуры понижает производительность. Разница между лучшими и худшими моделями достигает 14дБ по уровню шума и 13 ºС по температуре нагрева. (Для справки: разница в 10дБ означает примерно вдвое большую мощность звука). Таким образом, у пользователя имеются широкие возможности выбора конкретной модели, исходя не только из емкости, но и шумовых параметров.

Среди производителей жестких дисков идёт постоянная борьба и передел рынка. Например, компания IBM продала свое подразделение по выпуску жестких дисков фирме Hitachi, а компания Quantum вообще ушла с рынка. Наоборот корейская фирма Sаmsung расширяет производство и завоевывает всё большую долю рынка. Среди стабильных производителей, выпускающих качественную продукцию, отметим Seagate, Western Digital Maxtor.

Самый маленький жесткий диск

Компания Imation объявила о выпуске самого маленького в мире жесткого диска Imation Micro Hard Drive. Диск Imation Micro Hard Drive снабжен встроенным кабелем USB, с помощью которого диск можно носить на ремне или портфеле. Этот накопитель данных емкостью 4 ГБ позволит обмениваться файлами благодаря высокоскоростному интерфейсу, а также способности передавать файлы на платформы ПК, Mac и Linux. Микро-диск весит около тридцати граммов и заключен в удароустойчивый металлический корпус. Внутри устройства размещен рекордсмен Книги рекордов Гиннеса 2005 — самый маленький жесткий диск, изобретение компании Toshiba размером менее одного дюйма в диаметре. 0,85-дюймовый жесткий диск компании Toshiba — это первый диск, который обладает многогигабайтной емкостью при габаритах менее одного дюйма.

Магнитные и оптические накопители

Вопрос о технологиях хранения данных, альтернативных жесткому, обычно встает при возникновении задач резервного копирования и переноса информации. Жесткие диски создавались в качестве внутренних устройств компьютерной системы и поэтому для переноса информации не особо подходят.

Самым массовым устройством для сменных носителей, в какой-то степени, является привод флоппи-дисков (FDD) формата 3.5 дюйма. По некоторым оценкам, ещё недавно продавалось около 100 миллионов штук флоппи-дисководов ежегодно. Дисководы для 3,5 дюймовых гибких дисков сегодня стоят практически на каждом компьютере. Их емкость (1,44 Мбайт) по современным меркам просто не стоит упоминания, а скорость обмена данными не удовлетворяет даже самым минимальным требованиям. Однако пока ни одно устройство с возможностью произвольной записи основанное на альтернативных технологиях, даже близко не подошло к уровню популярности древнего дисковода. Массовое распространение и, как следствие, возможность использование переносного диска практически на любом компьютере до сих пор перевешивало недостатки: устаревший интерфейс (FDD - ISA), малую ёмкость (1,44 Мбайт) и низкую скорость передачи данных.

Устройства HiFD фирмы Sony полностью совместимы с дисками FDD, имеют высокую форматированную ёмкость (около 200 Мбайт), стандартный интерфейс (FDD+IDE), а также хорошую скорость переноса данных (до 3,6 Мбайт/сек). Однако высокие цены и проблемы с юстировкой  головок «угробили» HiFD. Устройства LS-120 фирмы Imation отличаются низкой скоростью чтения/записи (0,6 Мбайт/сек), меньшей емкостью (120 Мбайт) и перспектив практически не имели с самого начала появления на рынке.

Рынок устройств ZIP фирмы Iomega расширяется медленно. И хотя ZIP после FDD  является самым распространённым приводом «гибких» носителей, перспективы его туманны. Носитель представляет собой 3,5-дюймовый гибкий диск, данные с которого считываются головкой, поддерживающей постоянный зазор с поверхностью за счёт  эффекта Бернулли. Ёмкость диска 100 или 250Мбайт при скорости передачи данных до 1,5 Мбайт/сек и времени доступа около 30мс. Последней разработкой фирмы Iomega стал «микро-ZIP»: компактный дисковод Click Drive формата PC Card Type l (ёмкостью 40 Мбайт).

Рынок сменных жестких дисков практически монополизирован фирмами Iomeg и Castlewood точнее, - их продуктами Jaz и Orb. Сравнение характеристик сменных жестких дисков со стационарными по времени поиска, частоте вращения и максимальной скорости передачи данных показывает, что сменные устройства ненамного уступают стационарным изделиям среднего класса. Однако емкость таких дисков пока не превышает 5,7 Гбайт, что в 100 раз меньше обычной емкости стационарных дисков. Первый вариант 3,5 – дюймового съёмного жесткого диска под названием Jaz (объемом 1Гбайт) был выпущен фирмой Iomega в 1996г. Здесь скорость передачи данных достигает 5,4 Мбайт/сек, время доступа составляет 12 Мс. В конце 90-х годов выходит дисковод Jaz2 с носителями емкостью 2 Гбайт. Инженеры из безвременно «скончавшейся» фирмы SyQuest организовали компанию Castlewood System и разработали привод под названием Orb. Благодаря использованию магниторезистивных головок удалось повысить плотность записи и достичь емкости 3,5-дюймовых носителей 2,16 Гбайт при скорости передачи данных до 17,3 Мбайт/сек.

Основная проблема при выборе подобных устройств состоит в не совместимости форматов. Даже в рамках линии продуктов одного производителя нельзя нельзя использовать картриджи на любых устройствах. Например, сменные диски емкостью 2 Гбайт могут использоваться только в приводах Jaz2, хотя в них допустимо применение и дисков емкостью 1Гбайт от устройств Jaz. Поступить наоборот уже невозможно. В дисководах Orb на 5,7 Гбайт можно читать диски на 2,2 Гбайт, а вот записывать на них нельзя.

Для бытовой цифровой техники и компактных компьютеров разработаны съёмные жесткие диски форм-фактора PC Card Type ll (IBM Microdrive, ёмкостью до 1 Гбайт) и PC Card Type l (Toshiba PC Card Drivers, ёмкостью до 5 Гбайт). Диск IBM толщиной всего 5 мм отличается неплохими показателями: среднее время поиска 12 мс, максимальная внутренняя скорость передачи данных 60 Мбайт/сек. Реальная скорость передачи зависит от особенностей реализации интерфейса PCMCIA на конкретном компьютере и в среднем составляет 800 Кбайт/сек.

Современные приводы CD/DVD-ROM достигли высоких скоростей считывания информации с лазерного компакт-диска благодаря внедрению технологии CAV(Constant Angular Velocity - постоянная угловая скорость). В этом режиме частота оборотов диска остаётся постоянной, соответственно на периферийных участках  данные считываются с большой скоростью (4-7,8Мбайт/с для CDи 6-80Мбайт/с для DVD) чем на внутренних участках (2-3,5 Мбайт/с и, соответственно, 4-20Мбайт/с). Средняя скорость считывания при этом гораздо ближе к минимальным значениям, поскольку запись на диске начинается с внутренних областей. Сегодняшние максимальные скорости дисководов, указываемые производителями (до 58х для CD, 16х для DVD, 4х для BD), то есть каждая рассчитывается исходя из кратности по отношению к стандартной единице, равной производительности 0,15/4,128/32 Мбайт/сек.

В 2006г. фирмой Sony был разработан формат Blu-Ray. Емкость таких диско достигает 25-50 Гбайт при скорости считывания 2х, что равно 64 Мбайт/с. В марте этого же года инженеры разработали двухслойный формат для данных диско, тем самым увеличив объём дисков в двое. Но на сегодняшний день стоимость данного формата не позволяет ему стать стандартом.

Для высокоскоростных приводов частота вращения превышает 10 000 оборотов в минуту. На таких  скоростях начинаются сильно сказываться дефекты производства (и хранения) лазерных дисков: неравномерность массы, искажения геометрии. В качестве аналогии можно привести автомобильные колёса, которым необходима специальная балансировка для комфортного движения на больших скоростях. На лазерных дисках балансировку выполнить невозможно, поэтому изготовители приводов прибегают к различным ухищрениям, призванным уменьшить паразитные биения.

В частности, приводы фирмы ASUSTeK  оборудовали специальными демпфирующими устройствами, повышающими надёжность считывания данных с «кривых» дисков. Отсутствие демпферов приводит к тому, что в высокооборотных приводах «кривые» компакт-диски могут разрушиться. Достоверно зафиксировано немало таких случаев, а иногда привод становится просто опасным – лоток привода внезапно выскакивает  и запускает диск в полёт бешенной скоростью.

Сегодня большая часть приводов CD/DVD-ROM выпускается с интерфейсом IDE/SATA. Область применения приводов с интерфейсом SCSI – графические станции, серверы и другие мощные системы. Пока только SCSI способен поддержать надёжное функционирование систем с подключением нескольких приводов и их работу в многозадачном режиме при потоковой перекачке данных.

Внешние приводы CD/DVD-ROM обычно делают с интерфейсом USB. Они могут подключаться к компактным компьютерам без собственного привода или к терминальным устройствам, вообще не имеющим никаких дисков.

Время от времени среди компьютерных новостей появляются сообщения о новых «революционных» решениях в технологии производства (записи) компакт-диска. Некоторые из них получают право на жизнь. Например, технология OverBurn позволяет полностью заполнить поверхность диска данными, расширив его стандартную емкость (650 Мбайт) до 700 Мбайт. Другой перспективной технологией считается многослойный диск ML-CD (Multilevel CD), разработанный компанией Calimetrics. При использовании лазеров с обычной длиной волны емкость диска достигает 2 Гбайт, а при  переходе на лазеры синего диапазона – повышается до 5 Гбайт (то есть становится больше емкости однослойного DVD-диска). Сейчас компания Sanyo приступает к производству чипов контроллеров и приводов ML-CD.

Сейчас на рынке представлены устройства в основном со скоростью записи 48-52х/8-16х. Перезапись осуществляется со скоростью 24/16х. Здесь сложилась ситуация технологического насыщения, и кардинального роста скорости в ближайшей перспективе не предвидится.

Для домашнего использования с целью резервного копирования данных, создания альбомов, фото- и файловых архив, мультимедийных дисков подходят любые модели оптических накопителей с интерфейсом IDE/SATA. При записи «болванок» лишь от случая к случаю практической разницы нет. Если же возникает необходимость записывать диски регулярно, да по несколько раз в день, потребуется самый скоростной привод.

На российском рынке приводы DVD различных стандартов перешли в категорию устройств с высокой популярностью. Объясняется это, прежде всего, увеличением носителей с фильмами и резким падением цен на них. Ныне спецификация DVD- ROM является стандартной и соблюдается всеми производителями. С помощью приводов DVD- ROM можно считывать данные с компакт-дисков форматов СD- ROM, СD- R, СD- RW, DVD- ROM, DVD- RАM, DVD- R, DVD- RW, DVD- RDL (односторонних, двусторонних, однослойных, двухслойных, емкостью 4,7 – 19 Гбайт), дисков видео- DVD. Установка привода DVD на компьютер не вызывает никаких проблем, так как используются стандартный интерфейсы IDE/SATA или SCSI. Для воспроизведения видео высокого качества в формате MPEG2 не требуется наличия никаких других устройств. Для воспроизведения звукового сопровождения качества Dolby Digital необходима поддержка этого формата со стороны аудиокарты. Современные устройства DVD- ROM относятся уже к третьему поколению.

Спецификация DVD- RW разработана группой крупнейших японских компаний, в числе которых JVC, Hitachi, Mitsubishi и другие монсты. Спецификацию DVD+RW поддерживают фирмы Sony. Philips, Yamaha и прочие не менее мощные корпорации. Хотя обычном пользователям выгоднее будет приобретать DVD+RW, практической разницы между данными форматами не замечается.

Магнитооптические носители представляют собой многослойные диски, запись и чтение данных на которых основаны как магнитных, так и оптических свойствах. При чтении данных используется эффект Керра: изменение поляризации отраженного луча в зависимости от направления намагниченности облучаемого участка диска. Запись осуществляется внешним магнитным полем за два прохода: при первом проходе данные стираются, при втором проходе записываются новые данные.

Свойства используемых материалов таковы, что изменить направление намагниченности нужного участка можно только при его нагреве до точки Кюри (примерно 200ºС). При обычных температурах носитель не подвержен влиянию магнитных и электрических полей и потому чрезвычайно надёжен – считается, что гарантированный срок хранения данных превышает 30лет.

Магнитооптические устройства получили широкое распространение в компьютерных системах высокого уровня благодаря своей универсальности.  Их помощью без проблем решаются задачи резервного копирования, обмена данными и их накопления. Однако достаточно высокая стоимость приводов и носителей не позволяет отнести магнитооптику к устройствам массового спроса. В этом секторе параллельно развиваются 5,25- и 3,5-дюймовые накопители, носители для которых отличаются в основном форм-фактор и емкостью. В настоящее время известны магнитооптические носители (Magneto Optical) с однократной записью стандарта CCW (Continuous Composite WORM) и перезаписываемые стандарта LIMDOW (Light Intensity Modular/Direct OwerWrite). Последние поколение носителей формата 5,25 дюйма достигает емкости 64,1 Гбайт. Стандартная емкость 3,5 дюймовых носителей – 9,1 Гбайт.

Ленточные накопители

Существует такие области деятельности, где до сих пор отлично чувствуют себя «древние» ленточные накопители, история которых прослеживается с 1972 года – времени появления стримера с кассетой формата QIC (Quarter-Inch tape Cartridge – четвертьдюймовая кассета). С тех пор ни один другой вид носителя не смог превзойти магнитную ленту по сочетанию. Стримеры широко используют в системах разведки, безопасности, связи, навигации и в десятке других областей, где надо непрерывно записывать огромные массивы данных при безусловном обеспечении надежности хранения. Для домашнего компьютера использование стримера может быть актуальным в случае увеличения владельца видеосъемкой.

На сегодняшний день существуют несколько форматов носителей (и стримеров) на магнитной ленте. Одним из самых распространенных является формат Travan различных версий. Актуальная ныне спецификация Travan-5 имеет емкость кассет 10 Гбайт (20 Гбайт в сжатом виде) при скорости передачи данных до 1,8 Мбайт/с.

Спецификация DAT (Digital Audio Tape, - цифровая звуковая лента) появилась, как явствует из названия, в сфере профессиональной звукозаписи. Этот формат характеризуется повышенной скоростью движения ленты, использующей технологию спиральной развертки. Емкость кассет стандарта DDS-4 достигает 20 Гбайт, а скорость передачи данных – 4,8 Мбайт/с.

В 1996 году компанией Exodata был разработан собственный формат 8-мм магнитной ленты со спиральной разверткой - AIT (Advanced Intelligent Tape). В кассету встроена микросхема флэш-памяти, содержащая информацию о параметрах  самой кассеты и расположении данных на ленте. Ныне действующая спецификация AIT-3 рассчитана на кассеты емкостью 100 Гбайт (260 Гбайт со сжатием данных) и скорость передачи данных до 12 Мбайт/с. Перспективный формат AIT-6 предусматривает увеличение емкости до 800 Гбайт (2000) Гбайт и скорости до 95 Мбайт/с.

Компания Quantum выпускает стримеры с кассетами формата Super DLT (Digital Linear Tape), отличающиеся «нежным» обращением с лентой. В результате срок службы головки стримера достигает 30 000 часов. Емкость кассеты SDLT-320 составляет 160 Гбайт (320 Гбайт со сжатием данных), скорость передачи данных – до 16 Мбайт/с. Носители формата LTO (Linear Tape Open) разработаны как свободная от лицензионных отчислений версия SDLT. Согласно спецификации Ultrium кассеты LTO беспечивают емкость 100 (200) Гбайт, а скорость передачи данных составляет около 20 Мбайт/сек.

Переносные диски

Внешние переносные диски не относятся к какой-либо особой категории носителей – их параметры в точности соответствуют внутренним моделям. Технические решения, обеспечивающие переносимость обычных жестких дисков (Mobile Rack), известны сравнительно давно (благодаря внедрению «противоударных» технологий) и успели завоевать популярность среди массовых пользователей. Суть технологии заключается в том, что в корпусе компьютера, в одном из отсеков для внешних устройств (обычно формата 5,25 дюйма) устанавливается разъем, подключенный к интерфейсу IDE и блоку питания. В этот отсек может вставляться съемный пластиковый контейнер с соответствующим разъёмом, внутри которого закреплён обычный жесткий диск. При подключении к системе жесткий диск опознаётся как ещё один диск и конфигурация происходит автоматически. Если необходимо перенести данные  на другой компьютер, они копируются на переносной диск, система выключатся, контейнер вынимается из отсека и переезжает в такой же отсек, оснащенный таким же разъёмом.

В последнее время на рынке расширяется предложение внешних накопителей  с интерфейсом Fire-Wire (IEEE1394) и USB 2.0, которые превосходят систему  Mobile Rack по универсальности. Поддержка USB обеспечена на вех без исключения компьютерах с системной платой стандарта ATX, однако  по скорости работы такое решение не вполне удовлетворяет современным требованиям. К тому же USB не всегда может обеспечить жесткий диск достаточным электропитанием и иногда требуется дополнительный кабель на порт PS/2 или внешний юлок питания.

Твердотельные накопители

Казалось бы, что среди носителей может быть «твёрже» жесткого диска? Однако нашлись другие чемпионы по «твердости» - устройства, выполненные на микросхемах (кристаллах), не имеющие подвижных частей. Несмотря на разнообразие форм и названий, все они основаны на кристаллах электрически перепрограммируемой флэш-памяти. В основе работы запоминающей ячейки этого типа лежит физический эффект «Фаули - Норджайма», связанный с лавинной инжекцией зарядов в полевых транзисторах. Содержимое флэш-памяти программируется электрическим способом. Флэш-память читается и записывается байт за байтом. Современные типы флэш-памяти допускают до миллиона циклов перезаписи.

Физический принцип организации ячеек флэш-памяти можно считать одинаковым для всех выпускаемых устройств, как бы они ни назывались. Различаются такие устройства по форм-фактору (интерфейсу) и применяемому контроллеру, что обусловливает разницу в емкости, скорости передачи данных и энергопотреблении.

Формат карт флэш-памяти Multimedia Card (MMC) и Secure Digital (SD) часто встречаемы в различной бытовой аппаратур (mp3 плееры, видео- фото камеры, телефоны и др.) Объем карт SD превышает 8 Гбайт при скорости чтения 20 Мбайт/с. Формат MMC аналогичен SD, но область его применения немного уже из-за его форм-фактора.

Формат SmartMedia (SM) призван стать новым форматом для «умных» карт широкого применения (банковских карточек и проездных в метро). Тонкие пластинки массой всего 2 грамма имеют открыто расположенные контакты, что не слишком удобно. Однако приличная для таких габаритов емкость до (4 Гбайт) и скорость передачи данных (до 12 Мбайт/с) обусловили их проникновение в сферу фотографии и mp3-устройств.

Memory Stick (MS) – «эксклюзивный» формат фирмы Sony. Широко применяется в аппаратуре этой торговой марки, но практически не используется другими компаниями. Помимо самой  Sony  к выпуску Memory Stick приступила фирма SanDisk. Максимальная емкость карточки равна  2 Тбайт при скорости передачи данных 14Мб/с.

Формат Compact Flash (CF) – на сегодняшний день самый распространенный, универсальный и к тому же имеющий перспективы развития формат твердотельных носителей. Форм-фактор  CF совместим по сигналам с PC Card Type ll и через адаптер 50/68 (PCMCIA) легко подключается к любому ноутбуку. Для настольных компьютеров существуют внешние и внутренние «картридеры» (Card Reader), подключаемые к IDE, USB, IEEE1394. Основная область применения CF  - цифровая фотография. По емкости (до 16 Гбайт) сегодняшние CF карты не уступают IBM Microdrive, однако немного отстают по скорости обмена данными (до 18 Мбайт/с).

PC Card (PCMCIA ATA) – основной тип флэш-памяти для компактных компьютеров. В настоящее время существуют четыре формата карточек PC Card: Type l, Type ll, Type lll Card Bus, различающиеся размерами, разъёмами и рабочим напряжением. Для PC Card возможна  обратная совместимость по разъёмам «сверху вниз». Важным преимуществом PC Card является поддержка интерфейса ATA, что гарантирует совместимость практически со всеми компьютерами и многими цифровыми устройствами. Все карты оснащены шиной данных шириной 16бит, а модификация Card Bus – шириной 32бит. Емкость PC Card достигает 4 Гбайт, а скорость передачи до 40 Мбайт/с при обмене  данными с жестким диском. Как правило, производители гарантируют работоспособность карт в течение 500 000 часов и стойкость разъёмов 10 000 подключений (5000 в полевых условиях).

MiniatureCard (MC) – малогабаритная карточка флэш-памяти, предназначена в основном для карманных компьютеров, мобильных  телефонов и цифровых фотокамер. На момент написания реферата максимальная ёмкость данного типа карт составляла 4 Гбайт. Но данный тип карт очень редко применяется.

xD Picture Card (eXtreme Digital) является новым типом флэш-памяти, разработанным компанией Toshiba специально для цифровых фотоаппаратов. Благодаря использованию технологии NAND не имеют ограничений на максимальный объём. Сейчас известны модели объемом 2Гбайт.

USB Flash Drive – эти накопители отличаются от предыдущих последовательным интерфейсом USB 2.0 с пропускной способностью 480 Мбит/с. Сам носитель заключен в компактный корпус обтекаемой формы. Основные параметры (Скорость и емкость) USB Flash Drive значительно выше обычных флэш-карт. Сегодня можно приобрести флэш-память объёмом 32 Гбайт (на картинке справа) и со скоростью до 20 Мбайт/с, а на стадии разработки уже известны модели на 64 и 128 Гбайт.

USB Flash Drive может служить не только «переносчиком» файлов, но и работать как обычный накопитель – с него можно запускать приложения, воспроизводить музыку и сжатое видео, редактировать и создавать файлы. Значительно облегчается процедура синхронизации файлов между домашними и служебными компьютерами. Более того, USB Flash Drive можно использовать как ключ доступа в систему. Отметим рекордно низкое среднее время доступа к данным на Flash-диске – менее 2,5 мс, что намного превосходит показатели даже самых лучших SCSI-дисков. Вероятно, накопители класса USB Flash Drive, в перспективе полностью заменят собой обычные дискеты и частично – перезаписываемые компакт-диски, носители Iomega ZIP и им подобные.

Большое число несовместимых по физическому интерфейсу твердотельных носителей и иных переносных устройств памяти вызвало появление многоцелевых аппаратов сопряжения компьютеров с внешними носителями, обычно называемые CardReader. Лучшие из них позволяют использовать до 54 типов флэш-памяти и микро - жесткий  диск IBM MicroDrive. Применение таких устройств в домашнем компьютере вряд ли оправдано, поскольку большинство моделей цифровых фотокамер могут сопрягаться с компьютером с помощью интерфейса USB.

Увы, не возможно сказать какие накопители лучше и какие надо приобретать. У каждого типа есть свои преимущества и недостатки. Модели, у которых недостатков больше чем преимуществ или на них спрос был мал, почти сразу уходят с рынка.

Список литературы

1.Мураховский В. - Железо ПК практическое руководство

2.Таненбаум Э. – Архитектура компьютера

3.Журнал «Хакер»

4.Журнал «Железо»