Учебное пособие предназначено для студентов очной и заочной форм обучения специальности 351400 «Прикладная информатика ( в сфере сервиса )»
| Вид материала | Учебное пособие |
- Учебное пособие Ростов-на-Дону 2003 Печатается по решению кафедры экономической информатики, 494.94kb.
- Пособие предназначено для студентов специальности «Прикладная информатика (в экономике)», 1911.82kb.
- Практикум для студентов очной и заочной форм обучения по специальностям 080801., 2139.66kb.
- Учебное пособие для студентов очной, очно-заочной и заочной форм обучения (дистанционное, 929.04kb.
- С. В. Чувиков Метрология и сертификация программного обеспечения Учебное пособие, 1298.56kb.
- Учебное пособие для студентов заочной формы обучения Санкт-Петербург, 1247.83kb.
- Учебное пособие канд экон наук, доцент кафедры управления О. А. Соловьева Троицк 2008, 2909.51kb.
- Учебно-методический комплекс для студентов заочного обучения специальности Прикладная, 81.9kb.
- Учебное пособие 28365942 Москва 2008 ббк 66., 2986.28kb.
- Лекции по нейроанатомии учебное пособие Для студентов очной и заочной форм обучения, 1482.86kb.
3.6. Внешние запоминающие устройства
на магнитных лентах
Накопителями информации на магнитных лентах (НМЛ или стриммерами) называют устройства записи и воспроизведения цифровой информации на кассету с магнитной лентой. НМЛ были первыми внешними запоминающими устройствами вычислительных машин. НМЛ относятся к классу устройств с последовательным доступом к памяти, так как для того, чтобы обратиться к определенному участку памяти, необходимо перемотать ленту до того места, где хранится или куда нужно записать информацию. Последовательный доступ к информации и определяет основной недостаток этих устройств – низкая скорость передачи информации. Обычно НМЛ используют для архивации и резервного копирования больших объемов информации. Несмотря на обилие дисковых устройств всевозможных типов, ленточные накопители в качестве устройств для резервного копирования сохраняют свои позиции благодаря высокой надежности и низкой удельной стоимости хранения информации.
Отсчет истории современных кассетных ленточных накопителей обычно ведется с 1972 года, когда корпорация 3М представила накопитель на так называемой «четверть-дюймовой» кассете QIC с 6-мм пленкой (Quarter-Inch tape Cartridge – «картридж с четверть-дюймовой пленкой»). Кассета QIC похожа на обычную аудиокассету, имеет подающую и приемную катушки, соединенные специальным приводным ремнем, а лента приводится в движение ведущим валом, к которому лента прижимается резиновым роликом. Данные записываются на продольные дорожки, параллельные краям ленты. Количество дорожек в современных накопителях может доходить до 144. С обеих сторон от записывающей головки располагаются головки чтения, обеспечивающие немедленный контроль записи и перезапись блока в случае обнаружения ошибок (независимо от направления движения ленты).
Множество стандартов, принятых за время существования QIC, привело к тому, что большинство таких накопителей стали несовместимыми друг с другом. Кассеты нового стандарта Travan продолжили линию QIC. Они отличаются повышенной стабильностью конструкции, включают механизмы поддержания постоянного натяжения ленты и другие усовершенствования. Кассеты этого стандарта (TR-4, TR-5, TR-6) широко применяются в настоящее время. Лента в них имеет ширину 8 мм (0,315 дюйма). Емкость 72-дорожечной кассеты TR-4 составляет 4 Гбайт (при использовании сжатия – до 8 Гбайт), скорость передачи данных может достигать 1,2 Мбайт/с. Для 108-дорожечной кассеты TR-5 эти показатели равны соответственно 10 (20) Гбайт и 1,8 Мбайт/с, для 144-дорожечной кассеты TR-6 – 16 (32) Гбайт и 2,7 Мбайт/с.
В 1988 г разработан стандарт DDS (Digital Data Storage – «хранение цифровых данных»), определяющий способ записи на цифровые звуковые ленты DAT (Digital Audio Таре) произвольных цифровых данных. В накопителях DAT для записи на 4-мм ленту используется технология спиральной развертки, аналогичная применяемой для видеозаписи. Более высокие показатели емкости и производительности в этом случае достигаются ценой повышенного износа ленты (плотно прилегающей к вращающемуся со скоростью 2000 об/мин блоку головок) и заметно большей стоимостью. Стандарты серии DDS предусматривали кассеты емкостью до 20 Гбайт и скоростью передачи до 4,8 Мбайт/с, сохраняя совместимость с носителями более ранних стандартов.
В 1996 году был выпущен первый накопитель Mammoth на основе нового лентопротяжного механизма без ведущих валов, обеспечившего гораздо более бережное обращение с лентой, а следовательно, возможность применения более современных тонких лент. Накопители Mammoth к 2001 году имели емкость до 60 Гбайт, а скорость передачи – до 12 Мбайт/с.
В 1996 году также появились накопители на 8-мм ленте со спиральной разверткой, в которых была применена разработанная IBM технология сжатия данных, повышающая коэффициент компрессии до 2,6:1. Эти накопители имели емкостью до 260 Гбайт и скоростью передачи данных до 31 Мбайт/с.
В 1998 году корпорация Quantum представила новую технологию SuperDLT (Digital Linear Tape – «цифровая линейная лента») с лазерной системой точного позиционирования головки относительно ленты. Современный вариант SuperDLT имеет емкость 220 Гбайт и скорость передачи данных до 32 Мбайт/с. Накопители формата Ultrium имеют максимальную емкость до 200 Гбайт и скорость передачи данных до 40 Мбайт/с.
Кроме автономных ленточных накопителей широкое распространение получили ленточные библиотеки, состоящие из нескольких накопителей и упорядоченного хранилища кассет, выбор которых осуществляется автоматизированным электромеханическим устройством (роботом).
Ленточные массивы строятся аналогично дисковым массивам RAID: специальный контроллер распределяет данные по нескольким накопителям, увеличивая тем самым скорость чтения-записи и доступа к данным.
Отметим также хранилища с иерархическим управлением (Hierarchical Storage Management – HSM,) состоящие из накопителей различных типов – лент и дисков. Встроенное программное обеспечение таких хранилищ оценивает необходимую степень доступности для каждой содержащейся в нем коллекции данных и автоматически переносит часто используемые данные на наиболее быстрый накопитель.
3.7. Внешние запоминающие устройства
на оптических дисках
Первые оптические компакт-диски CD-DA (Compact Disk – Digital Audio – «цифровой звуковой компакт-диск) и CD-ROM (Compact Disk – Read-Only Memory) для записи, соответственно, звука и данных появились в начале 1980-х годов. На сегодняшний день компакт-диски являются недорогими, массово производимыми, надежными носителями информации как в бытовой аудиовидеотехнике, так и в вычислительной технике. В настоящее время накопитель на оптическом компакт-диске является практически обязательным компонентом современного компьютера. С момента своего появления технология производства CD-устройств постоянно развивается и совершенствуется.
Классический компакт-диск CD-ROM, получивший массовое распространение, представляют собой пластиковый поликарбонатный диск (чаще всего диаметром 4,72 дюйма) и имеет двухслойное покрытие: во-первых, отражающий слой из алюминия, золота, серебра или других металлов и сплавов, во-вторых, защитный слой из лака. Запись информации на такие диски осуществляется в производственных условиях лазерным лучом большой мощности, который «выжигает» на поликарбонатной основе компакт-диска спиральную дорожку с микроскопическими впадинами («питами» от pits – «углубления»). С помощью питов, собственно, и кодируется двоичная битовая информация, записываемая на диск (см. подраздел 3.1). В результате этого процесса создается так называемый первичный диск («мастер-диск»). Дальнейшее тиражирование компакт-дисков производится с помощью первичного диска методом литья под давлением или высокоточной штамповки.
В оптическом дисководе, установленном в компьютере, информация с дорожки считывается маломощным лазерным лучом. Лазерный луч, фокусируемый на дорожку, отслеживает ее структуру и, отражаясь, улавливается специальным фотоприемником (фотодиодом) оптической читающей головки, которая соответствующим образом интерпретирует полученный сигнал в виде двоичных чисел. Так как лазерный луч фокусируется не на внешней стороне поверхности диска, а на внутреннем «информационном» слое, то царапины или жировые пятна до определенного предела не искажают физические параметры луча.
Важнейшей характеристикой накопителей на оптических дисках является максимальная скорость, с которой данные пересылаются от носителя информации в компьютер. Непосредственно со скоростью передачи данных связан такой параметр, как скорость вращения диска. Первые дисководы CD-ROM передавали данные со скоростью 150 Кбайт/с. В последующих поколениях устройств скорость увеличивалась, как правило, кратно этой скорости. Поэтому приводы назывались «накопители с двух-, трех-, четырехкратной скоростью» и т. д. К низкоскоростным накопителям CD-ROM предъявлялось требование обеспечения постоянной линейной скорости считывания данных. Поэтому в них угловая скорость CD изменялась в зависимости от местонахождения считываемого (записываемого) участка дорожки для того, чтобы обеспечить постоянную линейную скорость носителя над головкой. Так при считывании информации с внутренней части диска скорость вращения должна составлять около 500 об/мин, а при считывании с внешней части – около 200 об/мин, т. е. изменяться в 2,5 раза. Такая технология давала возможность работы с постоянной оптимальной плотностью записываемых данных и относительно высокой емкостью дисков. Скоростные CD-ROM, начиная с коэффициента кратности 12х, обеспечивают трафик нужной минимальной величины в любом месте диска даже при постоянной угловой скорости вращения. Поэтому современные высокоскоростные накопители имеют постоянную угловую скорость и тем самым непостоянную линейную. На периферийных участках данные считываются с большей скоростью (4–7,8 Мбайт/с). Средняя скорость считывания при этом гораздо ближе к минимальным значениям, поскольку запись на диске начинается с внутренних областей.
Типовой дисковод CD состоит из блока электроники, двигателя со шпинделем для закрепления и вращения диска, системы оптической считывающей головки и системы загрузки диска. В блоке электроники размещены все управляющие схемы привода, интерфейс с контроллером компьютера и разъемы интерфейса. Система оптической головки состоит из самой головки и устройства ее перемещения. В головке размещены лазерный излучатель на основе инфракрасного лазерного светодиода, система фокусировки, фотоприемник и предварительный усилитель. Устройство позиционирования оптической системы ориентируется на специальные метки диска и не требует высокоточной механики, что делает это устройство достаточно дешевым в производстве.
В конце 1980-х годов появились компакт-диски с возможностью однократной записи – CD-R (Compact Disk Recordable – «записываемый компакт-диск»). Для хранения информации в них используется записывающий слой из органического полимерного красителя, оптически «темнеющего» от нагревания под воздействием лазерного луча. Длина волны лазерного луча (как и при чтении) составляет 780 нм, однако его интенсивность при записи на порядок выше, чем при чтении. «Затемненные» участки диска CD-R подобны питам и изменяют физические параметры отраженного лазерного луча.
Во второй половине 1990-х годов начат выпуск более универсальных накопителей и дисков CD-RW (Compact Disk ReWritable – «компакт-диск перезаписываемый») с возможностью перезаписи и многократной записи. В отличие от органических красителей, используемых для формирования активного слоя в дисках CD-R, в CD-RW активным слоем является специальный поликристаллический сплав (серебро–индий–сурьма–теллур), который переходит в жидкое состояние при сильном (500–700оС) нагреве лазером. При последующем быстром остывании жидких участков они остаются в аморфном состоянии, поэтому их отражающая способность отличается от поликристаллических участков. Возврат аморфных участков в кристаллическое состояние осуществляется путем более слабого нагрева ниже точки плавления, но выше точки кристаллизации (примерно 200оС). Выше и ниже активного слоя располагаются два слоя диэлектрика (обычно двуокиси кремния), отводящих от активного слоя излишнее тепло в процессе записи. Все эти слои прикрыты отражающим слоем и нанесены на поликарбонатную основу, в которой выпрессованы спиральные углубления (они необходимы для точного позиционирования головки и несут адресную и временную информацию).
В накопителе CD-RW используются три режима работы лазера, отличающиеся мощностью луча: режим записи (максимальная мощность, обеспечивающая переход активного слоя в неотражающее аморфное состояние), режим стирания (возвращает активный слой в отражающее кристаллическое состояние) и режим чтения (самая низкая мощность, не влияющая на состояние активного слоя).
Наиболее распространенная емкость CD-дисков – 650–700 Мбайт. С целью существенного увеличения этой емкости было разработано семейство новых оптических дисков, получивших название DVD (Digital Versatile Disk – «цифровой многофункциональный диск»). В результате ряда технологических усовершенствований удалось увеличить емкость диска DVD в 7–25 раз по сравнению с емкостью точно такого же по размерам традиционного СD. Прежде всего этому способствовало применение вместо инфракрасного лазера с длиной волны 780 нм лазера красного диапазона с длиной волны 635 или 650 нм. Уменьшение длины волны позволило сократить минимальный размер питов и шаг дорожек, что дало общий выигрыш в емкости в 4,5 раза. Остальное было получено за счет применения более эффективных кодов коррекции ошибок, которые позволили значительно уменьшить процент, отводимый на эти коды в каждом пакете данных.
Диски DVD выпускаются не только односторонними и однослойными, но и в двухслойном и двустороннем исполнении. Возможность изготовления двухслойных дисков (отражающий материал первого слоя является полупрозрачным, так что можно фокусировать лазер на находящимся над ним втором отражающем слое) позволила поднять емкость еще почти в два раза (на самом деле несколько меньше, поскольку в полупрозрачном слое не удается достичь такой же плотности записи, как в полностью отражающем слое). Двухсторонний диск, который представляет собой как бы два односторонних, склеенных отражающими слоями внутрь (общая толщина диска при этом остается неизменной), еще в два раза увеличил возможную емкость DVD. Для идентификации DVD-дисков используется следующая кодировка: DVD-5 (односторонний однослойный с емкостью 4,7 Гбайт), DVD-9 (односторонний двухслойный с емкостью 8,5 Гбайт), DVD-10 (двусторонний однослойный с емкостью 9,4 Гбайт) и DVD-18 (двусторонний двухслойный с емкостью около 17 Гбайт). Повышение плотности размещения данных на диске привело к автоматическому увеличению скорости передачи данных при той же скорости вращения носителя. Так, если в накопителе CD-ROM 1X данные передаются со скоростью 150 Кбайт/с, то в DVD-ROM 1X скорость передачи достигает 1250 Кбайт/с, что соответствует CD-ROM 8Х. Например, в накопителях DVD скорость 16Х соответствует гипотетической скорости 128Х в CD-ROM.
Современные накопители DVD также обеспечивают многократную запись на соответствующие диски. Для обеспечения совместимости накопителей DVD с носителями CD применяются различные технические решения, в том числе смена фокусирующих линз, два лазера с длинами волн 780 и 650 нм или специальный голографический элемент, обеспечивающий правильную фокусировку для каждого типа носителя.
Перспективной технологией является запись дисков, аналогичных по формату DVD, с помощью лазеров сине-фиолетового диапазона с длиной волны 405 нм. Меньшая длина волны позволяет уменьшить размеры «пятна» лазерного луча, а, следовательно, сократить размеры питов и расстояние между соседними дорожками, в результате чего существенно увеличить потенциальные значения емкости информации, хранимой на оптических дисках.