Накопители на магнитной ленте

Накопители на магнитной ленте были первыми ВЗУ вычислительных машин. В универсальных компьютерах широко использовались и используются накопители на бобинной магнитной ленте (НМЛ), а в персональных компьютерах — накопители на кассетной магнитной ленте (НКМЛ). Кассеты с магнитной лентой (картриджи) весьма разнообразны: они отличаются как шириной применяемой магнитной ленты, так и конструкцией.

Лентопротяжные механизмы для кассет носят название стримеров — это инерционные механизмы, требующие после каждой остановки ленты ее небольшой перемотки назад (перепозиционирования). Такое перепозиционирование увеличивает и без того большое время доступа к информации на ленте (десятки секунд), поэтому стримеры нашли применение в персональных компьютерах лишь для резервного копирования и архивирования информации с жестких дисков и в игровых компьютерах для хранения пакетов игровых программ.

Объемы хранимой на одной кассете информации постоянно растут. Так, емкость картриджей первого поколения, содержащих магнитную ленту длиной 120 м, шириной 3,81 мм с 2–4 дорожками, не превышала 25 Мбайт. Первый НМЛ Model 726 был выпущен фирмой IBM в 1952 году и имел емкость всего 1,4 Мбайт. В конце 80-х годов появились картриджи с большей плотностью записи на ленте шириной четверть дюйма (Quarter Inch Cartridge) (стандарты QIC — 40/80); первые такие картриджи были выпущены фирмой 3М — кассеты DC300, емкостью 60–250 Мбайт (поэтому этот стандарт часто называют стандартом 3М). Модели картриджей стандарта QIC 3010–3020 имеют емкость 340 Мбайт, 680 Мбайт и даже 840–1700 Мбайт и более (стандарт QIC 3010–3020 Wide, увеличивший ширину магнитной ленты до 0,315 дюйма).

В стандарте Travan используются также 0,315-дюймовые ленты с емкостью картриджа 400–4000 Мбайт; в DAT-стримерах (Digital Audio Tape) работает технология спирального сканирования, обеспечивающая очень высокую плотность записи и емкость картриджа до 8 Гбайт. Наконец, наиболее высокие надежность, скорость считывания/записи и емкость картриджа (до 35 Гбайт) обеспечивают стримеры в стандарте DLT (Digital Linear Tape). Стримеры, как правило, имеют собственные средства сжатия данных, поддерживающие очень высокие емкости картриджей. Анонсированы, например, картриджи емкостью 80 и более гигабайтов.

В мае 2002 года фирма IBM анонсировала картриджи емкостью 1 Тбайт (это примерно в 10 000 раз больше, чем может за всю жизнь сохранить человеческий мозг). Скорость считывания информации с магнитной ленты в стримерах также не высока и обычно составляет от 100 до 500 кбайт/с. НКМЛ рассчитаны на периферийные интерфейсы IDE-ATAPI и SCSI. В качестве стримера может быть использован и бытовой видеомагнитофон. Для этого необходимо видеомагнитофон подключить к ПК через интерфейсную плату «АрВид» (выпускаемую в России). Эта плата поддерживает на ленте многоуровневую иерархическую систему файлов с каталогами и имеет дружественный для пользователя интерфейс в стиле ОС с текстовыми меню (см. раздел «Операционные системы ПК» главы 19). Емкость стандартной видеокассеты составляет при этом от 1 до 8 Гбайт.

Устройства флэш-памяти

Флэш-диски (Flash Disks) — весьма популярный и очень перспективный класс энергонезависимых запоминающих устройств. Флэш-диски (твердотельные диски) представляют собой устройства для долговременного хранения информации с возможностью многократной перезаписи. Стирание и запись данных осуществляется так же, как у HDD — блоками (иногда называемыми по аналогии с магнитными дисками секторами, но более правильно было бы их именовать кластерами). У флэш-дисков отсутствуют какие либо подвижные части, да и форма у них совсем не круглая — чаще всего они представляют собой прямоугольные карты. Для хранения информации в них используются микросхемы памяти с металлизацией (металл-нитридные), выполненные по технологии Flash, изобретенной в начале 80-х годов в фирме Intel. Дисками их называют условно, поскольку флэш-диски полностью эмулируют функциональные возможности HDD. При работе указатели в микросхеме перемещаются на начальный адрес блока, затем байты данных передаются в последовательном порядке с использованием стробирующего сигнала. Стирание содержимого всего блока выполняется одномоментно отдельным сигналом (отсюда, вероятно, и название памяти flash — вспышка); тотальное стирание было специально организовано разработчиками, поскольку первоначально флэш-память применялась в военных приборах, и при обнаружении попыток несанкционированного доступа к ним необходимо было сразу уничтожать все данные — система автоматически генерировала внутренний сигнал стирания).

По существу, флэш-диски — это «полупостоянные» запоминающие устройства, стирание, считывание и запись информации в которых выполняется электрическими сигналами (в отличие от прочих ПЗУ, в которых эти действия производятся лучом лазера или чисто механически — «перепрошивкой»). Количество циклов перезаписи информации в одну и ту же ячейку у флэш-памяти ограничено, но оно обычно превышает 1 миллион — эта величина иногда указывается в паспорте микросхемы. В современных устройствах имеются программные или аппаратные средства формирования виртуальных блоков, обеспечивающие запись информации поочередно в разные области флэш-памяти так, чтобы число циклов стирания и записи было равномерно распределено по всем блокам диска. Это существенно увеличивает срок службы флэш-памяти: ее работоспособность сохраняется десятки лет.

Флэш-память может создаваться на базе логических схем NAND (НЕ-И, штрих Шеффера) и NOR (НЕ-ИЛИ, стрелка Пирса). Флэш-память на базе логических схем NOR позволяет организовать произвольный доступ к данным, и на ее основе могут создаваться оперативные запоминающие устройства. В последнее время выпускаются микросхемы флэш-памяти, в которых одна ячейка хранит два или более бит, MLC (multilevel cel)l - многоуровневые ячейки. В технологии MLC используется аналоговая природа ячейки памяти, ячейка способна различать более двух величин зарядов, помещённых на "плавающий" затвор. Преимущества MLC микросхем более низкая удельная стоимость хранения, большая емкость, но при этом снижается надёжность хранения, необходимо встраивание более сложных механизмов коррекции ошибок, более низкое быстродействие микросхемы.После появления MLC, однобайтные ячейки классифицируются как одноуровневые ячейки - Single Level Cell (SLC). Емкость флэш-дисков на основе MLC и е логических схем NAND достигает нескольких сотен гигабайтов при крайне миниатюрных их размерах.

Флэш-диски обладают высочайшей надежностью — среднее время наработки на отказ (Mean Time Between Failures — MTBF) у них составляет, как правило, более миллиона часов; они устойчивы к механическим ускорениям и вибрациям, работают в широком диапазоне температур (от –40 до +85^о С). Во время выполнения операций чтения-записи флэш-диски обычно потребляют не более 200 мВт электроэнергии и, естественно, не шумят. Флэш-диски в настоящее время выпускаются многими фирмами, с различными интерфейсами и в разных конструктивных исполнениях. Они могут быть не только внешними дисками ПК, но и устанавливаться внутри системного блока. Флэш-карты, выполненные в виде печатных плат, могут позиционироваться для непосредственной установки в разъемы системной платы компьютера. Они способны работать с системными и локальными интерфейсами ПК (USB, PCI и др.). Значительно чаще флэш-память используется в качестве альтернативных HDD твердотельных дисков. В этом случае востребованы периферийные интерфейсы ATA (IDE), Serial ATA, USB, IEEE 1394 и др. Широкое применение флэш-диски нашли в цифровых фото- и видеокамерах. Флэш-память (в том числе и флэш-диски) создается на основе флэш-карт. Конструктивных вариантов исполнения.Форматов флэш-карт существует довольно много.