3. Периферийные устройства эвм. Внешние запоминающие устройства

Внешние запоминающие устройства на магнитных носителях.

Назначение и классификация.

Внешняя память компьютера или ВЗУ - важная составная часть электронно-вычислительной машины, обеспечивающая долговременное хранение программ и данных на различных носителях информации.Внешние запоминающие устройства (ВЗУ) - можно классифицировать по целому ряду признаков : по виду носителя, по типу конструкции, по принципу записи и считывания информации, по методу доступа и т.д. При этом под носителем понимается материальный объект, способный хранить информацию.

Свойства внешней памяти :

• ВЗУ энергонезависима, целостность её содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер .

• В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором.

В состав внешней памяти включаются :

• НЖМД – накопители на жёстких магнитных дисках.

• НГМД – накопители на гибких магнитных дисках.

• НОД – накопители на оптических дисках (компакт-дисках CD-R, CD-RW, DVD).

• НМЛ – накопители на магнитной ленте (стримеры).

• Карты памяти.

Накопители – это запоминающие устройства, предназначенные для длительного (то есть не зависящего от электропитания) хранения больших объемов информации.

Кроме основной своей характеристики – информационной емкости – дисковые накопителихарактеризуются и двумя другими показателями : временем доступа и скоростью считывания последовательно расположенных байтов.

Накопители на гибких магнитных дисках и дисках типа "винчестер".

Накопители на жестких дисках.

Накопитель на жёстких магнитных дисках (HDD – Hard Disk Drive, винчестер) - это запоминающее устройство большой ёмкости, в котором носителями информации являются круглые алюминиевые пластины, обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. Используется для постоянного хранения информации - программ и данных. HDD обычно называют«винчестером» – так в свое время стали называть одну из первых моделей Накопителя на жёстких магнитных дисках, которая имела обозначение «30/30» и этим напоминала маркировку известного оружия.

Примечание

Возможно, также, что название происходит от места первоначальной разработки – филиала фирмы IBM в г. Винчестере (Великобритания), где впервые была применена технология создания винчестеров...

Винчестер.

Поверхность диска рассматривается как последовательность точечных позиций, каждая из которых считается битом и может быть установлена в 0 или 1. Так как расположения точечных позиций определяется неточно, то для записи требуются заранее нанесенные метки, которые помогают записывающему устройству находить позиции записи. Процесс нанесения таких меток называется физическим форматированием и является обязательным перед первым использованием накопителя. Винчестеры имеют очень большую ёмкость : от сотен Мегабайт (самые старые) до десятков терабайт.

Структурные элементы винчестера.

На каждой стороне каждой пластины размечены тонкие концентрические окружности (по ним располагаются синхронизирующиеся метки). Каждая концентрическая окружность называется дорожкой. Группы дорожек (треков) одного радиуса, расположенных на поверхностях магнитных дисков, называются цилиндрами.  Номер цилиндра совпадает с номером образующей дорожки. HDD могут иметь по несколько десятков тысяч цилиндров.

Каждая дорожка разбивается на секторы. Сектор – наименьшая адресуемая единица обмена данными дискового устройства с оперативной памятью. Нумерация секторов начинается с 1. Для того чтобы контроллер диска мог найти на диске нужный сектор, необходимо задать ему все составляющие адреса сектора : номер цилиндра, номер поверхности, номер сектора ([c-h-s]).

Операционная система при работе с диском использует, как правило, собственную единицу дискового пространства, называемую кластером. Кластер (ячейка размещения данных) - объем дискового пространства, участвующий в единичной операции чтения/записи, осуществляемой операционной системой.

Магнитные накопители.

Накопитель на гибких магнитных дисках - Гибкий диск, дискета (англ.floppy disk) – устройство для хранения небольших объёмов информации, представляющее собой гибкий пластиковый диск в защитной оболочке. Наиболее распространены – «трехдюймовые дискеты». Дискета 3,5 имеет 2 рабочие поверхности, 80 дорожек на каждой стороне, 18 секторов на каждой дорожке (512 байт – каждый сектор).

Устройство дискеты : Принцип записи на магнитных носителяхоснован на намагниченности отдельных участков магнитного слоя носителя. Информация записывается по концентрическим дорожкам (трекам), которые делятся на секторы. Количество дорожек и секторов зависит от типа и формата дискеты. Сектор хранит минимальную порцию информации, которая может быть записана на диск или считана. Емкость сектора постоянна и составляет 512 байтов.

Примечание

На сегодняшний день дискеты устарели, на смену им «пришли» более надежные, быстродействующие и более емкие носители – оптические диски и карты памяти...

Накопители на магнитной ленте (стримеры).

Стример (англ. tape streamer) – устройство для резервного копирования больших объёмов информации. В качестве носителя здесь применяются кассеты с магнитной лентой ёмкостью 1 - 2 Гбайта и больше. Недостатком стримеров является их сравнительно низкая скорость записи, поиска и считывания информации.

Примечание

На сегодняшний день стримеры устарели и практически не применяются...

Оптические дисковые накопители.

Оптический диск (англ. optical disc) — собирательное название для носителей информации, выполненных в виде дисков, чтение с которых ведётся с помощью оптического излучения. Диск обычно плоский, его основа сделана из поликарбоната, на который нанесён специальный слой, который и служит для хранения информации. Для считывания информации используется обычно луч лазера, который направляется на специальный слой и отражается от него. При отражении луч модулируется мельчайшими выемками «питами» (от англ. pit — «ямка», «углубление») на специальном слое, на основании декодирования этих изменений устройством чтения восстанавливается записанная на диск информация.

Первое поколение оптических дисков :

Лазерный диск

Компакт-диск

Магнитооптический диск

Второе поколение оптических дисков :

DVD

MiniDisc

Digital Multilayer Disk

DataPlay

Fluorescent Multilayer Disc

GD-ROM

Universal Media Disc

Третье поколение оптических дисков :

Blu-ray Disc

HD DVD

Forward Versatile Disc

Ultra Density Optical

Professional Disc for DATA

Versatile Multilayer Disc

Четвёртое поколение оптических дисков :

Holographic Versatile Disc

SuperRens Disc[1]

Optical Disc Archive Advisory Group[2]

Некоторые параметры оптических дисков:

Базовая (1×) и максимальная (ориентировочно) скорости чтения
Поколение	Базовая	Максимальная
	(Mbit/s)	(Mbit/s)	×
1-е (CD)	1.17	65.62	56×
2-е (DVD)	10.55	210.94	20×
3-е (BD)	36	432	12×^[3]

Ёмкость и номенклатура
Обозначение			Сторон		Слоёв		Диаметр		Ёмкость
							(см)		(GB)		(GiB)
CD-ROM 74 min	SS SL	1		1		12		0.682		0.635
CD-ROM 80 min	SS SL	1		1		12		0.737		0.687
CD-ROM	SS SL	1		1		8		0.194		0.180
DDCD-ROM	SS SL	1		1		12		1.364		1.270
DDCD-ROM	SS SL	1		1		8		0.387		0.360
DVD-1	SS SL	1		1		8		1.46		1.36
DVD-2	SS DL	1		2		8		2.66		2.47
DVD-3	DS SL	2		2		8		2.92		2.72
DVD-4	DS DL	2		4		8		5.32		4.95
DVD-5	SS SL	1		1		12		4.70		4.37
DVD-9	SS DL	1		2		12		8.54		7.95
DVD-10	DS SL	2		2		12		9.40		8.74
DVD-14	DS DL/SL	2		3		12		13.24		12.32
DVD-18	DS DL	2		4		12		17.08		15.90
DVD-R 1.0	SS SL	1		1		12		3.95		3.68
DVD-R (2.0), +R, -RW, +RW	SS SL	1		1		12		4.70		4.37
DVD-R, +R, -RW, +RW	DS SL	2		2		12		9.40		8.75
DVD-RAM	SS SL	1		1		8		1.46		1.36
DVD-RAM	DS SL	2		2		8		2.65		2.47
DVD-RAM 1.0	SS SL	1		1		12		2.58		2.40
DVD-RAM 2.0	SS SL	1		1		12		4.70		4.38
DVD-RAM 1.0	DS SL	2		2		12		5.16		4.80
DVD-RAM 2.0	DS SL	2		2		12		9.40		8.75
HD DVD	SS SL	1		1		8		4.70		4.38
HD DVD	SS DL	1		2		8		9.40		8.75
HD DVD	DS SL	2		2		8		9.40		8.75
HD DVD	DS DL	2		4		8		18.80		17.50
HD DVD	SS SL	1		1		12		15.00		13.97
HD DVD	SS DL	1		2		12		30.00		27.94
HD DVD	DS SL	2		2		12		30.00		27.94
HD DVD	DS DL	2		4		12		60.00		55.88
HD DVD-RAM	SS SL	1		1		12		20.00		18.63

Компакт-диск изготавливается с использованием очень мощного инфракрасного лазера, который выжигает отверстия диаметром 0,8 микрон в специальном стеклянном мастер-диске. По этому мастер-диску делается шаблон с выступами в тех местах, где лазер прожег отверстия. В шаблон вводится жидкая сола (поликорбанат), и, таким образом получается компакт-диск с тем же набором отверстий, что и в стеклянном дичке. На смолу наностится очень тонкий слой алюминия, который, в свою очередь, покрывается защитным лаком. После этого наклеивается этикетка. Углубления в нижнем слое смолы называются лунками (pits), а равные пространства между лунками – площадками (lands).

Рис№2. Схема записи компакт-диска.[6.С.115]

Лунки и площадки записываются по спирали. Запись начинается на некотором расстоянии от отверстия в центре диска и продвигается к краю, занимая 32 мм диска. Спираль проходит 22188 оборотов вокруг диска (примерно 600 на 1 мм). Если спираль распрямить, её длина составит 5,6 км. Спираль изображена на рис.

Физическая и логическая структура дисков.

Физическая структура жёстких дисков предполагает разбиение диска на рабочие поверхности, дорожки и секторы, номера которых образуют адрес, по которому на диске хранится информация.

Логическая структура жёсткого диска предполагает деление общего дискового пространства на области, каждая из которых хранит специфическую информацию: MBR (Master Boot Record), BR (Boot Record), FAT1 и FAT2, Root Directory и область для данных.

MBR-это главный загрузочный сектор, это первый сектор на диске, с чтения его содержимого начинается работа компьютера при включении или перезагрузке. MBR состоит из двух частей: в первой части записана программа IPL1- InitialProgram Loading 1, при выполнении которой компьютер исследует содержимое второй части MBR- таблицу разделов дискаPartition Table, в которой указаны номера первого и последнего секторов каждого из разделов диска. Количество разделов может быть от 1 до 4-х, когда диск условно разделён на 4 логических диска. В Partition Table также хранится информация о типе файловой системы раздела и признак того- является раздел загрузочным или нет. Каждый из разделов жёсткого диска содержит сектор BR (Boot Record), две копии File Allocation Table (FAT )- FAT1 и FAT2, корневой каталог Root Directory и область данных.

Сектор BR (Boot Record)- это первый сектор раздела, в котором записана одноимённая программа Boot Record, являющаяся частью операционной системы и предназначенная для запуска на выполнение остальных программ операционной системы, хранящихся на диске. BR имеется во всех разделах жёсткого диска, хотя не все разделы содержат файлы операционной системы, т.е. не все разделы являются "системными".

Таблица FAT (File Allocation Table) – таблица размещения файлов, хранит записи длиной 16 или 32 бита, хранящие информацию о месторасположении кластеров, на которых записан каждый файл. Если FAT повреждается, то компьютер теряет доступ к файлу и на диске появляются "потерянные кластеры"- т.е. секторы с бесполезной информацией, которую невозможно прочесть.

Root Directory- корневой каталог диска, содержит записи с информацией о каждом файле – имя, тип, объём, дата и время создания, атрибут файла (системный, скрытый, только для чтения, архивный) и хранит указатель на первый кластер файла.Корневой каталог является самым «главным» каталогом в разделе диска, все остальные каталоги и файлы располагаются по иерархии ниже его.

Data Area- область для данных- основная область раздела диска, хранит сами файлы.

Физическая и логическая структуры жёсткого диска создаются в процессе форматирования. В отличие от дискет, процесс форматирования жёсткого диска разбит на 2 этапа- низкоуровневое форматирование и форматирование высокого уровня. Низкоуровневое форматирование выполняется один раз на заводе-изготовителе. Форматирование высокого уровня выполняется утилитой Format.exe, хранящейся на загрузочной дискете, либо соответствующими средствами Windows.

Программные средства для работы с дисками.

Обслуживание дисков пользователь выполняет с такой целью:

- Сканирование поверхности диска и устранения ошибок в файловой системе (программа ScanDisk), часто случаются в случае неправильного выключения компьютера;

- Устранение фрагментации диска (программа Defrag) при интенсивной его эксплуатации;

- "лечение " сбойного диска, чтобы добиться доступа к файлам (программа

Norton Disk Doctor, сокращенно Ndd);

- Снятие копий с системных областей дисков для последующей реставраций "файловой" системы в случае ее значительного повреждения (прога Rescue);

- Получение информации об имеющихся системных ресурсов (Rescue Meter) и т.д.

Сервисные программы для обслуживания дисков

1.2 Форматирование диска

Форматимрование диска -- процесс разметки устройств хранения или носителей информации: жёстких дисков, дискет, устройств хранения на основе флеш-памяти Флеш-память (Flash-Memory) -- разновидность твердотельной полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти., оптических носителей и др. Существуют разные способы этого процесса.

Само форматирование заключается в создании (формировании) структур доступа к данным, например структур файловой системы. При этом, вся находящаяся на носителе информация теряется или уничтожается. В процессе форматирования также может проверяться целостность носителя.

Форматирование жесткого диска включает в себя три этапа:

1.Форматирование диска на низком уровне (низкоуровневое форматирование). Это единственный "настоящий" метод форматирования диска. При этом процессе на жестком диске создаются физические структуры: треки, сектора, управляющая информация. Этот процесс выполняется заводом-изготовителем на пластинах, которые не содержат еще никакой информации.

2.Разбиение на разделы. Этот процесс разбивает объем винчестера на логические диски (C, D, и т.д.). Этим обычно занимается операционная система, и метод разбиения сильно зависит от операционной системы.

3.Высокоуровневое форматирование. Этот процесс также контролируется операционной системой и зависит как от типа операционной системы, так и от утилиты, используемой для форматирования. Процесс записывает логические структуры, ответственные за правильное хранение файлов, а также, в некоторых случаях, системные загрузочные файлы в начало диска. Это форматирование можно разделить на два вида: быстрое и полное. При быстром форматировании перезаписывается лишь таблица файловой системы, при полном же -- сначала производится верификация (проверка) поверхности накопителя, а уже потом производится запись таблицы файловой системы.

1.3 Низкоуровневое форматирование

Низкоуровневое форматирование -- это процесс нанесения информации о позиции треков и секторов, а также запись служебной информации для сервосистемы. Этот процесс иногда называется "настоящим" форматированием, потому что он создает физический формат, который определяет дальнейшее расположение данных. Когда в первый раз запускается процесс низкоуровневого форматирования винчестера, пластины жесткого диска пусты, т.е. не содержат абсолютно никакой информации о секторах, треках и т.п. Это последний момент, когда у жесткого диска абсолютно пустые пластины. Информация, записанная во время этого процесса, больше никогда не будет переписана.

1.4 Высокоуровневое форматирование

Высокоуровневое форматирование -- это процесс записи структуры файловой системы на диск, которая позволяет использовать диск в операционной системе для хранения программ и данных. В случае использования операционной системы DOS, для примера, команда format выполняет эту работу, записывая в качестве такой структуры главную загрузочную запись и таблицу размещения файлов.

3. Дефрагментация диска

При работе с диском Windows сохраняет и удаляет файлы со всей его поверхности, а длинные файлы могут храниться не в одном месте диска, а в разных, «по кусочкам». Дефрагментация - это процесс объединения «кусочков», в результате все файлы хранятся более компактно, а для теста производительности и проектов по редактированию видео остаются большие свободные участки.

Стандартная утилита Дефрагментация диска (Windows Disk Defragmenter) может проанализировать состояние диска и определить, нуждается ли он в дефрагментации.

4. Тестирование диска

Итак, ваш диск только что был дефрагментирован. Пора проверить его в тесте производительности от компании Pinnacle.

К сведению: цифровой видеопоток передается из камеры со скоростью около 3,6 Мб в секунду. Таким образом, для успешного его приема диск должен записывать данные со скоростью не менее 3,6 Мб/с, а для передачи цифрового видео в камеру он должен с такой же скоростью считывать данные.

Программы для записи оптических дисков :

Ashampoo Burning Studio

AVS Disc Creator

Astroburn Free\Pro

BurnAware Free\Home\Pro

Burn4Free

Brasero

CDBurnerXP

Cdrtools

CloneCD

CopyToDVD

DeepBurner Free\Pro

dvd+rw-tools

FinalBurner Free\Pro

Express Burn

gBurner

InfraRecorder

ImgBurn

k3b

Nero Burning ROM

NTI Media Maker

ONES (Optical new edge Storage)

Oront Burning Kit

Power2Go

Roxio Easy Media Creator (Roxio Creator) (в Германии известна как Roxio WinOnCD)

Small CD-Writer

StarBurn

UltraISO

UsefulUtils Discs Studio

JetBee Free\Pro и Complex Evolution (один разработчик)

Roxio TOAST — для Mac OS X

PowerLaserExpress 1.0

Software HDD diagnostics and recovery:

Wipe My Disks

HDD Raw Copy Tool

HDD LLF Low Level Format Tool

HDD Capacity Restore Tool

Partition Find and Mount

HDD Wipe Tool

Hard drive firmware update utility (Bootable CD ISO)

Magic Boot Disk v2.0

USBASPI V2.20 MS-DOS Driver

HDDScan

IBM/HITACHI Drive Feature Tool

Victoria

MHDD

Литература: [2], [4], [5].