Внешней памятью эвм называют Устройства, предназначенные для долговременного хранения больших объёмов информации, которая не разрушается при отключении питания компьютера.

Устройства внешней памяти (ВП) оперируют блоками информации. Эти блоки обычно имеют фиксированный размер, кратный степени двой­ки.

Блок информации может быть переписан из оперативной (внутрен­ней) памяти во внешнюю память (или обратно) только целиком, и для выполнения любой операции обмена с внешней памятью требуется специальная про­цедура.

Процедуры обмена с ВП привязаны к типу устройства, его контрол­леру и способу подключения устройства к системе (интерфейсу).

Все устройства ВП делятся на два класса:

· Устройства прямого дос­тупа.

· Устройства последовательного доступа.

Прямой доступ (Direct access) подразумевает возможность обраще­ния к блокам информации по их адресам в произвольном порядке. Устройствами прямого доступа являются дисковые накопители, флэш накопители.

Последовательный доступ является характерным для устройств, работа которых основана на использовании магнитной ленты - НМЛ, они же стримеры. Здесь каждый блок информации также имеет свой адрес, но для обращения к нему устройство должно найти некоторый маркер нача­ла ленты (тома), после чего последовательным, холостым чтением блока за блоком дойти до требуемого места и только тогда производить собст­венно операции обмена данными (чтения или записи).

Каждый раз возвращаться на начало ленты не нужно, однако необходимость последова­тельного сканирования блоков (вперёд или назад) сохраняется.

Внешняя память получила своё название ещё и потому, что она под­ключается к системному блок (компьютеру) аналогично тому, как под­ключаются и другие периферийные устройства.

Носители информации ВЗУ

В конструкциях В3У используются носители информации различного типа.

В то же время носители информации существенно влияют на кон­структивное решение устройства ВП.

Конструктивно ВП может выполняться в виде накопителей:

· на гибких магнитных дисках – НГМД;

· на жёстких магнитных дисках с несъемными дисками (винчестеры) – НЖМД;

· на жёстких дисках со сменными пакетами дисков – НМД;

· на магнитных лентах (НМЛ), где используют магнитные ленты шириной от 3,81 до 12.7 мм, в виде катушек (бобин) или неразборных компакт кассет;

· на съемных оптических дисках;

· с несъемными оптическими дисками - винчестеры;

· флэш – накопители.

Разновидности носителей:

· Гибкие диски - майларовые диски (дискеты), на которые нанесён ферромагнитный слой. Первые накопители использовали дискеты диамет­ром 5,25 дюйма (133 мм). В настоящее время, все еще, используются дискеты с диа­метром диска 3.5 дюйма с форматированной ёмкостью 1,44 Мбайт (Рис. 1, а).

 

 

 

Рис.1.а. Накопитель на гибких дисках

· Жёсткие диски, диаметр которых определяется конструкцией нако­пителя. Накопитель на жёстких дисках может содержать один или не­сколько дисков (Рис. 1, б).

Рис.1.б. Накопитель на жёстких дисках

· Оптические диски имеют прозрачную поликарбонатную (пласти­ковую) основу, над которой расположен слой, хранящий информацию, по­крытый защитным слоем (Рис. 2).

 

Рис.2. Накопитель на оптическом диске

 

· Флэш накопители изготавливаются в виде микросхем на основе полевых транзисторов с плавающим затвором, которые объединяются в различные конфигурации.

 

Устройства, осуществляющие запись и считывание информации, и вращение диска называются дисководами. Все дисководы (НГМД НЖМД, НОД) принципиально построены аналогично, но их характери­стики естественно различны.

В дисководах гибких дисков головка плотно прижима­ется к поверхности гибкого диска, обеспечивая тем самым контактный способ записи - считывания информации.

Информация на гибких дисках размещается на концентрических дорожках (треках). На современных гиб­ких дисках информация размещается на обеих сторонах диска, количество дорожек на каждой из сторон равно 40-90. Дисковод имеет два двигателя, ­один осуществляет вращение дисков со скоростью 250 - 500 оборотов в минуту, а второй - перемещает головки по радиусу диска. Команды контроллера НГМД преобразуются в электри­ческие сигналы различной полярности.

При положительных сигналах го­ловка перемещается на один или несколько шагов вперёд (к шпинделю), при отрицательных - в обратную сторону.

Дисковод обеспечивает ёмкость диска в 1,44 Мбайт и скорость считывания - записи 60 Кбайт/сек.

Информа­ция, размещаемая на дорожках, разделена на секторы фиксированного объёма (128,512 или 1024 байта). Дорожки, расположенные друг над дру­гом на разных сторонах диска, именуются цилиндром. Адресация к ин­формации на гибких дисках производится по номеру цилиндра, номеру головки и номеру сектора. В такой системе время поиска информации достаточно велико (десятки миллисекунд).

В дисководах НЖМД (винчестерах) и НМД (со сменными паке­тами дисков) головка записи-считывания располагается над диском на некотором расстоянии, что обеспечивает бесконтактный метод записи ин­формации и значительно более высокую скорость вращения дисков (от 3600 об/мин до 15 тысяч об/мин). Герметичность корпуса «винче­стера» обеспечивает очень маленький зазор между поверхностью диска и головкой (несколько микрон), что делает возможным существенно увели­чить плотно­сть записи и тем самым высокую скорость записи-считывания.

 

В совре­менных накопителях НМД ис­пользуются линейные двигатели (так называемые «звуковые катушки» по аналогии с принципом работы динамика). Это обеспечивает высо­кие скорости и точность позиционирования головок.

На Рис. 3, а приведён диск с постоянным количеством секто­ров. На таком диске плотность записи на внутренних дорожках резко воз­растает. В дисках с переменным количеством секторов в различных зонах диска удаётся уравнять плотность размещения информации в различных зонах (Рис. 3, б).

 

 

Рис.3,а,б. Структуры секторов на дисках

 

В случае 3.б, однако, адресация данных затруднена, так как диск делится на множество зон, в которых количество секторов разное.

Проблема адресации была решена введением в конструкцию дис­ковода микропроцессора, который преобразует трёхмерные адреса секторов (физические) в линейные (одномерные) адреса. Новый вид адресации получил название логическая адресация блоков (LBA - Logical Block Addresing).

В накопителях на жёстких дисках со сменными пакетами боль­шой ёмкости принципиально всё организовано так же, как в винчестерах. Но, к сожалению, разработчики этих накопителей не сумели договориться о едином стандарте на носитель информации - сменном пакете дисков.

 

В результате в настоящее время используются более десятка разновидно­стей накопителей, имеющих несовместимые друг с другом носители ин­формации. Дисководы этих носителей обычно имеют линейную адреса­цию и те же интерфейсы (АТА, SCSI, USB) что и винчестеры, но по скорости записи и считывания они сильно уступают винчестерам вследствие низкой скорости вращения дисков и невысокой продольной плотности записи информации.

В дисководах оптических дисков используется оптический и маг­нитно-оптический принцип записи и считывания информации с помощью полупроводникового лазера. Оптические диски по способу размещения информации на них могут быть двух разновидностей - диски со спираль­ной формой дорожки и диски с концентрическими дорожками.

По своему внутреннему устрой­ству и логике работы дисковод оптических дисков аналогичен дисководу для гибких магнитных дисков - лазерный луч перемещается вдоль радиуса диска и производит запись и считывание информации. Оптические техно­логии записи и считывания позволяют ввести в дисковод различные спо­собы автоподстройки, что обеспечивает лазерным дисководам более высо­кую плотность записи информации.

Спиральная дорожка обеспечивает преимущество при воспроизведении аудио- и видеозаписей, так как реали­зуется непрерывность потока информации. С другой стороны, такая форма дорожки создаёт проблемы, когда нужно вести запись отдельных порций данных на диск при наличии больших временных интервалов между опе­рациями записи. Геометрические параметры оптического диска (CD, DVD) приведены на рис 4.

отверстие для шпинделя защитный слой

подложкаслой хранения

Рис. 4. Оптический диск в разрезе

 

 

В настоящее время используются оптические диски следующих типов:

1. CD (Compact Disk) - компакт-диск первого поколения.

2. DVD (Digital Video Disk) - цифровой видеодиск.

 

Среди компакт-дисков различают три типа:

- CD ROM (Compact Disk - Read Only Memory) - диски, предназначенные только для считывания.

- CD-R (CD Recordable) - однократно записываемые диски.

- CD-RW (CD - Rewritablе) - перезаписываемые компакт-диски.

 

Среди DVD-дисков можно выделить также три разновидности:

· DVD-ROM - диски, допускающие только считывание.

· DVD R -диски, допускающие однократную запись.

· DVD RV -диски, допускающие многократную запись.

 

В настоящее время магнитные диски и ленты выходят из употребления, но все, же еще используются, поскольку существует огромное количество различных архивов на этих носителях.

Кроме того сменные жесткие диски и магнитные ленты до сих пор используются в больших ЭВМ, поэтому в этой лекции мы коснулись их. Более подробно устройство этих накопителей и организация хранения данных на магнитных носителях описаны в книге Ю.В.Огородова «Системы ввода – вывода и периферия компьютеров». Мы же в дальнейшем этих накопителей касаться больше не будем.

Далее рассмотрим более подробно накопители на оптических дисках и затем перейдем к флэш – накопителям, как наиболее перспективным на текущий момент.

 

НАКОПИТЕЛИ НА ОПТИЧЕСКИХ ДИСКАХ

Оптические (лазерные) диски пришли в вычислительную техни­ку из аудио-видеотехники и во многом сохранили параметры, ха­рактерные для техники воспроизведения звука и изображений.

Накопители на оптических дисках (НОД) обладают по сравнению с НМД заметными преимуществами, основными из которых являются:

 

1. Высокая плотность записи информации, превышаю­щая на несколько порядков плотность записи в НМД. Поверхност­ная плотность достигает 2-25 Мбит/мм²

2. Скорость передачи данных за счет буферизации накопителя достигает величины около 200 Мбит/с.

3. Время доступа к данным в пределах одного диска приближа­ется к 0,01 с -10 мс.

4. Возможность реализации поперечной плотности до 1000 дорожек /мм.

5. Длительность хранения информации составляет десятки лет.

6. Малая подверженность оптического диска воздействию внешних факторов, пыли, механических царапин, радиации, маг­нитного поля и т.п.

 

К недостаткам оптических дисков следует отнести:

1. Наличие прецизионных механических и оптических узлов, не выдерживающих ударов и вибраций.

2. Использование дорогих материалов для дисков (в том числе редкоземельных: теллур, тербий и др., а также золота).

3. Селективное (выборочное) стирание и повторная запись тре­бует значительных затрат времени.