1. Зовнішні запам'ятовуючі пристрої Накопичувачі з магнітним носієм
2. Накопичувачі з оптичним носієм

Зовнішні запам'ятовуючі пристрої

Накопичувачі з магнітним носієм

В даний час поширені три типи накопичувачів з магнітним записом інформації: на жорстких (незнімних) магнітних дисках (НЖМД або "вінчестери"), на гнучких магнітних дисках (НГМД або флоппі-дисководи) і на магнітній стрічці (НМЛ або стримери).

НЖМД містить один або кілька жорстких алюмінієвих або скляних дисків, покритих шаром феромагнітного матеріалу, які змонтовані на осі-шпинделі. Зчитувальні головки в робочому режимі не торкаються поверхні пластин завдяки тонкому прошарку повітря (частки мікрон), утвореною при швидкому обертанні дисків. Швидкість обертання сучасних вінчестерів становить 5400-15000 об / хв. Інформація записується на диск в результаті зміни орієнтації магнітних доменів на ділянці поверхні диска під записуючої головкою. Для кодування інформації в перших вінчестерах використовувався метод MFM13. В цьому випадку "1" перекладається в комбінацію "01", а "0" - в комбінацію "10", якщо слід за бітом "0", або в "00", якщо слід за бітом "1", що забезпечує не більше трьох нулів підряд. При записи цієї послідовності на диск логічна "1" кодується зміною намагніченості на відповідній ділянці, а логічний "0" - відсутністю зміни ( Мал. 16.3 ). Це означає, що один перехід намагніченості відповідає 1-3 бітам.

Схема кодування MFM

Згодом стала використовуватися схема кодування RLL14. Алгоритми RLL забезпечують таку закодовану послідовність, що довжина поля записи (кількість біт між переходами від "0" до "1" або від "1" до "0") обмежена певним діапазоном [d + 1; k + 1]. Параметри d і k задаються модифікацією алгоритму (позначається RLL d, k). Для вінчестерів використовувався RLL 2,7: 8 біт даних перекодуються в 16 так, щоб в послідовності зустрічалося не менше двох і не більше семи нулів. Потім був впроваджений RLL 3,9 (Advanced RLL) і т.п. Більшість сучасних накопичувачів використовують ту чи іншу модифікацію RLL.

Поверхня магнітного носія в її первозданному вигляді - це всього лише магнітне покриття, яке не готове до роботи. Структура диска, що включає в себе доріжки (концентричні смужки, але які розділена кожна сторона пластини), циліндри (доріжки на обох сторонах пластини, розташовані на кіл з однаковим радіусом) і сектора (ділянки доріжки, що представляють собою найменший розмір порції даних, яка може бути змінена в результаті перезапису), формується при фізичному (низкоуровневом) форматуванні. В ході цієї операції контролер накопичувача записує на носій службову інформацію: байти синхронізації, що вказують на початок кожного сектора, ідентифікаційні заголовки, що складаються з номерів головки, сектора і циліндра, байти контрольної суми CRC (Cyclic Redundancy Check) і коди виявлення помилок ECC (Error Correction Code); при цьому відбувається також маркування дефектних секторів для виключення звернення до них в процесі експлуатації диска.

Всі сучасні вінчестери підтримують технологію SMART (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology), яка передбачає виконання внутрішньої діагностики вінчестера, що визначає стан двигуна, магнітних головок, робочих поверхонь носія і контролера.

Певний інтерес представляють також накопичувачі зі змінним носієм: НГМД і НМЛ (останні рідше використовуються в настільних системах).

Зазвичай дискета (floppy disk) являє собою гнучку пластикову пластину, покриту феромагнітним шаром. Ця пластина поміщається в гнучку або жорстку оболонку, що захищає магнітний шар від фізичних ушкоджень. Запис і зчитування дискет здійснюється за допомогою спеціального пристрою - дисковода (флоппі-дисковода). Дискети зазвичай мають функцію захисту від запису, за допомогою якої можна надати доступ до даних тільки в режимі читання.

Перша дискета діаметром в 200 мм (8 дюймів) з відповідним дисководом була представлена ​​фірмою IBM в 1971 В перших моделях IBM PC використовувалися дискети діаметром 133 мм (5 дюйма). У 1982 році фірма Sony представила дискети діаметром 90 мм (3 дюйма) і дисководи для них. Широке поширення цей тип дискет отримав в 1984 році, коли Apple використовувала новий формат для комп'ютерів Macintosh. Фірма IBM прийняла рішення використовувати 3,5-дюймові дисководи тільки в 1987 році в комп'ютерах серії PS / 2. Найбільш популярні формати дискет представлені в табл. 16.3 . При записи на дискету використовується кодування MFM.

Внутрішні дисководи підключаються за допомогою інтерфейсу SA-400, розробленого на початку 1970-х років компанією Shugart Associates. Інтерфейс відноситься до категорії інтерфейсів на рівні пристрою, тому що містить сигнали, характерні для функцій пристрою (Motor On - включити мотор, Index - прохід індексного мітки, Side 1 Select - вибір головки і т.п.) Інтерфейс забезпечує швидкість близько 300 Кбіт / с.

Носії на магнітній стрічці (стримери) застосовуються в комп'ютерах з початку 50-х років. Порівняльні характеристики різних стримеров представлені в табл. 16.4 .

Таблиця 16.4. Характеристики різних носіїв для стримерів Марка Рік випуску Ширина, мм Довжина, м Ємність, Гбайт Швидкість, Мбайт / с DDS (Digital Data Storage), розроблений Sony і Hewlett Packard DDS -1 1989 3,8 60/90 1,3 / 2, 0 0,6 DDS -2/3/4 1993/96/99 120/125/150 4,0 / 12/20 0,6 / 1,1 / 2,4 DAT 72 2003 170 36 3,5 DLT (Digital Linear Tape), розроблений Digital Equipment Corporation CT I / II 1984 12,6 0,1 / 0,3 0,045 DLT III / IV 1989 2,6-40 0,8-6 SDLT I / II 1 998 110-300 10-36 LTO (Linear Tape-Open), розроблений Certance, Hewlett Packard і IBM LTO1 1999 100-200 20-40 LTO2 2002 200-400 40-80 LTO3 2005 400-800 80-160 AIT (Advanced Intelligent Tape), розроблений Sony AIT - 1/2 1996/99 8,0 170/230 25/50 3/6 AIT -3/4 2001/05 230/246 100/200 12/24 QIC-MC (Quarter Inch Cartridge - MiniCartridge), розроблений на основі DataCartridge фірми 3M QIC -40-MC 1983-19 97 6,35 / 8,00 62,5 / 93,5 0,040 / 0,060 0,06 QIC -80-MC 62,5-305 0,080-0,530 0,06 QIC -30x0-MC 122-305 0,340-2 0, 06-1 QIC -3110-MC 122 2 QIC -3210-MC 122 1,8 / 2,3 QIC -3230-MC 228 15,5

Для внутрішніх накопичувачів всіх типів використовують інтерфейси SCSI, EIDE / ATA або SerialATA, а для зовнішніх - SCSI, IEEE 1284 (іноді), USB і FireWire.

Накопичувачі з оптичним носієм

Під накопичувачем для оптичних носіїв найчастіше мають на увазі привід для компакт-дисків (CD). Компакт-диск був створений в 1979 році компаніями Philips і Sony. У Philips розробили загальний процес виробництва, грунтуючись на своїй більш ранній технології лазерних дисків, а Sony виробила методику корекції помилок.

Компакт-диски виготовляються з полікарбонату товщиною 1,2 мм, покритого тонким шаром алюмінію із захисним шаром з лаку, на якому зазвичай друкується етикетка. Компакт-диски діаметром 12 см вміщають до 650 Мбайт інформації (74 хв. Аудіо). Використовуються також CD об'ємом 700 Мбайт (80 хв. Аудіо), 800 Мбайт (90 хв. Аудіо) і більш, проте вони можуть не читатися на деяких приводах компакт-дисків. Бувають також міні-CD діаметром 8 см, що вміщають 140 Мбайт даних (21 хв. Аудіо).

Інформація на диску зберігається у вигляді спіральної доріжки так званих питов (поглиблень), видавлених на полікарбонатному шарі. Кожен піт має приблизно 125 нм в глибину, 500 нм в ширину і довжину від 850 нм до 3,2 мкм. Відстань між сусідніми доріжками спіралі - 1,5 мкм. Дані з диска читаються за допомогою лазерного променя з довжиною хвилі 780 нм, який просвічує полікарбонатний шар, відбивається від алюмінієвого і прочитується фотодиодом. Промінь лазера утворює на що відбиває шарі пляма діаметром приблизно 1,5 мкм. Оскільки диск читається з нижньої сторони, кожен піт виглядає для лазера як піднесення. Місця, де такі піднесення відсутні, називаються майданчиками. Світло від лазера, що потрапляє на майданчик, відбивається і вловлюється фотодиодом. Якщо ж світло потрапляє на піднесення, він відчуває інтерференцію зі світлом, відбитим від майданчика навколо піднесення, і не відбивається. Так відбувається тому, що висота кожного піднесення дорівнює чверті довжини хвилі світла лазера, що призводить до різниці в фазах в половину довжини хвилі між світлом, відбитим від майданчика, і світлом, відбитим від піднесення. Таким чином, фіксуються логічні "1" і "0" ( Мал. 16.4 ), Відповідні вихідними даними в коді EFM17 Для корекції помилок використовується алгоритм CIRC18.

Мал.16.4.

Кодування інформації на CD з використанням EFM

Розрізняють такі види компакт-дисків: CD-ROM, CD-R і CD-RW. Звичайні компакт-диски (CD-ROM) штампуються на заводах за допомогою скляної матриці з витравленим на неї малюнком доріжок, якій пресується металевий шар диска.

CD-R - це однократно записуваний компакт-диск. Він складається з пластикової основи і записуючого шару, що представляє собою шар органічного барвника (ціанін, металізований AZO або фталоцианин) і відображає шар зі срібла, його сплаву або золота. Що відображає шар покривається захисним лаком. Чистий CD-R не є повністю порожнім, на ньому є службова доріжка з сервометки ATIP19. Ця спеціальна доріжка потрібна для системи стеження, яка утримує промінь лазера при записі на доріжці і стежить за швидкістю записи. Крім функцій синхронізації службова доріжка також містить інформацію про виробника цього диска, відомості про матеріал записуючого шару, довжині доріжки для запису і т.п. Службова доріжка не руйнується при запису даних на диск. При записи CD-R дані наносяться на диск променем лазера підвищеної потужності, щоб фізично "пропалити" органічний барвник записуючого шару. Коли барвник нагрівається вище певної температури, він руйнується і змінює відбивні властивості (темніє). Керуючи потужністю лазера, записуючого шарі можна отримати чергування темних і світлих плям, які при читанні інтерпретуються як піти. При читанні лазер має значно меншу потужність, ніж при записі, і не руйнує барвник записуючого шару. Відбитий від шару срібла промінь потрапляє на фотодіод; якщо ж промінь падає на темний ( "затятий") ділянку, то майже не проходить через нього до відбиває шару і фотодіод реєструє ослаблення світлового потоку. Пропалювання записуючого шару є незворотнім хімічним процесом, тобто одноразовим, тому записану на CD-R інформацію можна стерти.

CD-RW - це перезаписуваний компакт-диск. Технологія CD-RW була представлена ​​в 1997 році. У CD-RW записує шар складається з матеріалу з фазовим переходом (зазвичай сплав AgInSbTe). За допомогою інфрачервоного лазера кристалічні ділянки записуючого шару швидко нагріваються і переходять в аморфний стан або трансформуються при більш низькій температурі і більш тривалому нагріванні назад в кристалічний стан. Різниця в коефіцієнтах відображення аморфних і кристалічних областей інтерпретується як піти і майданчики. Однак рівень сигналів в такому випадку виходить нижче, ніж декларується стандартами CD-ROM і CD-R, тому компакт-диски CD-RW можуть не читатися в приводах, випущених до 1997 р

Основним стандартом, який визначає логічний і файловий формати запису компакт-дисків, є ISO 9660 (файлова система компакт-дисків). Ряд інших стандартів, що стосуються компакт-дисків, викладено в документах, які називаються "кольоровими книгами":

• "Red Book" ( "Червона книга") описує аудіо-CD (CD Digital Audio). Відповідно до цієї специфікації на компакт-диск можна записувати звук в два канали з 16-бітної сигнал PCM (PCM) і частотою дискретизації 44,1 кГц. Специфікація була запропонована фірмами Philips і Sony в 1980 року або пізніший термін була затверджена в якості стандарту ISO / IEC 60908.
• "Yellow Book" ( "Жовта Книга") описує формат CD-ROM, затверджена в якості стандартів IEC / ISO 10149 та ECMA20 130.
• "Orange Book" ( "Помаранчева книга") являє собою серію технічних стандартів, пов'язаних з CD-R і CD-RW.
• "White Book" ( "Біла книга") була випущена в 1987 р фірмами Philips, Matsushita і JVC і описує формат Video-CD: файлова система, сумісна з ISO 9660, двоканальний (стерео) аудиопоток 224 кбіт / с з частотою дискретизації 44 , 1 кГц в форматі MPEG 1 Layer 2, відеопотік 352х240 30 кадр / с (NTSC) або 352x288 25 кадр / с (PAL) в форматі MPEG 1 (приблизно 1,13 Мбіт / с).

У вересні 1995 року група компаній (Philips, Sony, Toshiba і ін.), Пізніше утворили DVD Forum, була запропонована специфікація оптичних дисків високої щільності - DVD21. DVD представляє собою дві склеєних пластини з полікарбонату товщиною по 0,6 мм, покритих шаром з алюмінію або золота. Один шар здатний зберігати 4,38 Гбайт інформації. Для читання DVD використовується лазер з довжиною хвилі 650 нм і більшою, ніж у лазерів для CD, апертурою, що дозволяє значно збільшити щільність запису. Крім того, в DVD використовується більш ефективні алгоритми кодування (EFM-Plus22) і корекції помилок (RS-PC23).

DVD за структурою даних бувають трьох типів: DVD-Video, DVD-Audio і DVD-Data. На відміну від CD, всі три типи DVD зберігають дані в форматі файлової системи UDF.

Розрізняють такі типи носіїв DVD:

• DVD-ROM - штамповані на заводі диски;
• DVD-R / RW (DL) - одноразово (RW - багаторазово) записуються диски, стандартизовані DVD Forum (Double Layer - двошарові);
• DVD-RAM - багаторазово записуються диски з довільним доступом (RAM - Random Access Memory);
• DVD + R / RW (DL) - одноразово (RW - багаторазово) записуються диски, запропоновані DVD + RW Alliance (Double Layer - двошарові).

Стандарт запису DVD-R / RW був розроблений консорціумом DVD Forum як офіційна специфікація (пере) записуваних дисків. Однак ціна ліцензії на цю технологію була занадто висока, і тому кілька виробників пишучих приводів і носіїв для запису об'єдналися в DVD + RW Alliance, який і розробив стандарт DVD + R / RW. Вартість ліцензії на цю специфікацію нижче. Стандарти запису DVD + R / RW і DVDR / RW частково сумісні. Всі приводи для DVD можуть читати обидва формати дисків, і більшість пишучих приводів також можуть записувати диски обох технологій.

DVD-RAM за технологією ближче до вінчестерам, ніж до компакт-дисків, тому що замість однієї спіральної доріжки містить безліч концентричних доріжок. Технологія довільного доступу забезпечує роботу з DVD-RAM як зі звичайним змінним накопичувачем (можлива довільний запис, як на дискету або вінчестер, без використання спеціального ПЗ).

За обсягом виділяють наступні категорії DVD-дисків:

• DVD-5 - одношарові односторонні 4,7 гігабайт (4,38 Гбайт);
• DVD-9 - двошарові однобічні 8,5 гігабайт (7,92 Гбайт);
• DVD-10 - одношарові двосторонні 9,4 гігабайт (8,75 Гбайт);
• DVD-18 - двошарові двосторонні 17,1 гігабайт (15,9 Гбайт).

Швидкість CD-приводів вказується в одиницях, кратних 150 Кбайт / с (1х), а DVD-приводів - в одиницях, кратних тисячу триста п'ятьдесят дві Кбайт / с (що відповідає 9х для CD-приводу). Зазвичай внутрішні CD- і DVD-приводи підключаються через інтерфейс EIDE / ATA або SCSI, а зовнішні - через SCSI, USB або FireWire.

Питання для самоконтролю

1. Дайте класифікацію периферійних пристроїв.
2. Сформулюйте основні принципи роботи пристроїв введення.
3. Перерахуйте класи сканерів.
4. Назвіть типи дисплеїв, фізичні принципи формування зображення.
5. Порівняйте принтери різних технологій.
6. Назвіть види зовнішньої пам'яті ПК.
7. Які існують способи запису інформації на магнітні носії?
8. Поясніть, в чому переваги RLL 2,7 перед MFM.
9. Охарактеризуйте різновиди оптичних дисків.
10. Опишіть оптичні способи запису інформації.