Автор: Пользователь скрыл имя, 21 Декабря 2012 в 00:20, доклад
Носителем информации может быть любой материальный объект. И наоборот – любой материальный объект всегда несёт на себе некую информацию. Традиционно используемым носителем информации является бумага с нанесёнными на ней тем или иным способом изображениями. Поскольку в наше время основным средством обработки информации является компьютер, то и для хранения информации все чаще стали использоваться машинно-читаемые носители.
•Введение 3
• Эпоха картона 3
•Триумф магнитных полей 4
•Магнитное разнообразие 6
•Оптические технологии 6
•Полупроводниковая сфера 8
•Завтрашний день 9
Носителем информации может быть любой материальный объект. И наоборот – любой материальный объект всегда несёт на себе некую информацию. Традиционно используемым носителем информации является бумага с нанесёнными на ней тем или иным способом изображениями.
Поскольку в наше время основным средством обработки информации является компьютер, то и для хранения информации все чаще стали использоваться машинно-читаемые носители.
Терабайтные жесткие диски, флэш-накопители емкостью в несколько гигабайт, вместительные DVD-болванки по мизерной цене — это день сегодняшний. Современные носители данных отличаются высокой скоростью работы и удобством в использовании. Однако за всем этим стоит длительный эволюционный процесс, который стартовал сразу после появления первых компьютеров, а продолжается и по сей день.
Как известно, первые компьютеры были огромны и некрасивы и, по сути, представляли собой нагромождение шкафов, заполненных различными проводами и лампами. Носители информации в те времена не знали понятий «удобство» и «высокая плотность записи». Данные загружались при помощи перфокарт — картонных карточек с проделанными в них отверстиями. Информация записывалась и считывалась согласно определенным схемам, но в основе лежал двоичный код: наличие дырки — 1, отсутствие — 0.
Существовало приличное число форматов, но наибольшее распространение получили перфокарты «форматаIBM», введенного в 1928 году. Его ключевые особенности: размеры карты составляли 187х83 мм, на ней располагалось 12 строк и 80 столбцов. Данные можно было записывать как в двоичном, так и в текстовом виде. Если перевести емкость перфокарты в классические единицы измерения, мы получим значение 120 байт.
Для ввода информации в компьютер перфокарты собирали в стопки строго определенной последовательности и подавали на вход считывающего устройства. Карты можно было менять местами, при необходимости удалять или заменять другими. Нарушение последовательности карт в колоде оборачивалось фатальными последствиями: восстановить информацию, если перфокарты не были пронумерованы, было практически невозможно.
В качестве альтернативы перфокартам
выступали перфоленты. Смысл оставался
почти тот же: информация в двоичном
виде записывалась на бумажную ленту,
на которой располагались
Основные недостатки перфокарт и перфолент — ограниченная информационная плотность записи (до 102 бит на 1 см2) и малая механическая прочность.
На смену перфокартам пришли устройства магнитного хранения данных, основанные на явлении, именуемом электромагнетизмом. Суть его заключается в следующем: при пропускании электрического тока через проводник внутри последнего образуется магнитное поле. Обратное утверждение также верно: в проводнике, на который воздействует переменное магнитное поле, возникает электрический ток. Первое правило используется для записи данных, второе — для считывания.
В любом магнитном носителе
информации есть поверхность, покрытая
слоем ферромагнетика, и головка
чтения/записи, состоящая из U-образного
сердечника с обмоткой. Когда по
обмотке протекает ток, в сердечнике
появляется магнитное поле, полярность
которого зависит от направления
тока. Магнитное поле распространяется
в окружающее пространство, и если
вблизи есть другой ферромагнетик (рабочая
поверхность носителя), то магнитные
частицы в нем поляризуются в
направлении действия поля, создавая
остаточную намагниченность. Для изменения
полярности этих частиц достаточно изменить
направление протекания тока в обмотке.
Воздействуя магнитными полями разной
полярности на отдельные участки
поверхности носителя (домены), можно
записать информацию. При считывании
данных головка регистрирует зоны,
в которых изменяется направление
остаточной намагниченности
Первыми накопителями этого типа были магнитные барабаны — большие металлические цилиндры, покрытые ферромагнетиком, вокруг которых располагался ряд считывающих головок, каждая на своей дорожке. Скорость работы устройства зависела от скорости вращения барабана. Сами головки не могли перемещаться произвольно, и контроллеру большую часть времени приходилось ждать, когда необходимые данные появятся под нужной головкой при повороте барабана. Сами понимаете, что время доступа у носителя было не на высоте.
Следующим на арену вышел жесткий диск. Случилось это в 1956 году, когда IBM начала продажи первой дисковой системы хранения данных — 305 RAMAC. Чудо инженерной мысли состояло из 50 дисков диаметром 60 см и весило около тонны. Объем жесткого диска по тем временам был просто феноменальным — целых 5 МБ! Главное преимущество новинки заключалось в высоком скорости работы: в системе RAMAC головка чтения/записи свободно «гуляла» по поверхности диска, так что данные записывались и извлекались заметно быстрее, чем в случае с магнитными барабанами.
В конце шестидесятых
годов IBM выпустила высокоскоростной
накопитель с двумя дисками
емкостью по 30 МБ. Объема в 60 МБ
на тот момент было более
чем достаточно, и производители
накопителей стали работать
Впрочем, вернемся в прошлое.
К магнитным носителям
Магнитные носители информации — это не только дискета и жесткий диск. Существует множество альтернативных моделей накопителей, которые по тем или иным причинам не обрели должной популярности. Один из примеров — гибкие диски Imation LS-120 SuperDisk, Iomega Zip и Iomega Jaz. Это относительно быстрые, емкие и недорогие носители, каждый из которых способен работать лишь с дисководом собственного формата. Обилие различных стандартов и их несовместимость между собой не позволили подобным устройствам широко распространиться.
Достаточно долго были популярны накопители на основе магнитной ленты. По конструкции они выглядели как обычная аудиокассета, а основным их предназначением было резервное копирование данных. Век этих устройств подошел к концу, когда жесткие диски стали емкими и дешевыми, а в обиход прочно вошли записываемые оптические диски.
В середине семидесятых целый ряд крупных компаний приступил к разработке носителей информации принципиального нового типа — оптических накопителей. Выдающихся успехов на этом поприще добились компании Philips и Sony. Результатом их интенсивной работы стало появления стандарта CD (Compact Disk), который был впервые продемонстрирован в 1980 году.
Внешний вид CD известен каждому пользователю: круглая 120-мм пластина из прозрачного поликарбоната с нанесенным на нее отражающим алюминиевым слоем и тонким слоем защитного лака. При записи информации на рабочую поверхность диска наносятся впадины («питы»), оставшиеся нетронутыми участки называются «лендами». При считывании луч лазера проходит через слой поликарбоната и, если попадает на ленд, отражается от алюминиевого слоя и улавливается фотоприемником. Если луч попадает в выемку, происходит его расфокусировка. Данные, получаемые фотоприемником, преобразуются в исходную информацию.
В продажу компакт-диски
и соответствующие
Главный недостаток накопителей
типа CD-ROM в том, что на них невозможно
записать данные в домашних условиях.
Диски изготавливаются на заводах
методом штамповки при
В 1996 году на смену компакт-дискам пришел формат DVD (Digital Versatile Disc). По сути, это все тот же компакт-диск, но с увеличенной плотностью записи. Эффект был достигнут путем уменьшения размеров впадин и изменения типа лазера. Кроме того, у DVD может быть два рабочих слоя на одном диске. Объем однослойного диска составляет 4,7 ГБ, двухслойного — 8,5 ГБ. Разумеется, для работы с DVD-дисками были выпущены специальные приводы.
В 1997 году формат DVD пополнился дисками типа DVD-R и DVD-RW. Цена лицензии на эту технологию была очень высока, поэтому ряд компаний объединились в так называемый «DVD+RW Alliance» и в 2002 году выпустили диски стандартов DVD+R и DVD+RW. Многие старые DVD-приводы отказывались работать с дисками нового типа, но «самозванцам» все же удалось завоевать популярность. Сегодня DVD-R(W) и DVD+R(W) мирно сосуществуют, а современные приводы поддерживают оба формата.
В 2002 году миру были представлены сразу два преемника DVD — несовместимые между собой форматы HD DVD иBlu-ray Disc (BD). В обоих случаях для записи и чтения данных используется голубой лазер с длинной волны 405 нм, что позволило в очередной раз уменьшить размеры питов. Благодаря подобным техническим маневрам диск формата HD DVD способен хранить 15 ГБ или 30 ГБ информации (один и два слоя соответственно). Для Blu-ray значения составляют 25 ГБ и 50 ГБ. У BD-дисков высокая плотность записи достигается за счет уменьшенной в шесть раз (по сравнению с HD DVD) толщиной защитного слоя. Тем не менее Blu-ray ничуть не уступает HD DVD по степени защищенности от физических повреждений. На данный момент диски HD DVD и BD одинаково распространены, ни один из форматов не собирается сдаваться. Стоимость соответствующих носителей и приводов все еще высока, но цены неуклонно снижаются.
Как и в случаях с CD/DVD, вскоре после появления носителей нового типа в продажу поступили записываемые диски: HD DVD-R, HD DVD-RW,BD-R и BD-RE (Blu-ray Disc с возможностью перезаписи).
Возвращаемся в 80-е годы прошлого века. Следующим важным событием стало появление флэш-памяти. Здесь, как во многих других областях, образовались два пути развития: память NAND и NOR.
Флэш-память архитектуры NAND была разработана компанией Toshiba в 1984 году, а память типа NOR в 1988 году представила Intel. Архитектура NOR отличается плохой масштабируемостью, но высокой скоростью работы в операциях произвольного побайтового доступа и повышенной надежностью. Микросхемы NAND работают с небольшими блоками ячеек, поэтому скорость последовательного чтения и записи у них значительно выше. Кроме того, технология NAND позволяет создавать чипы с более высокой плотностью записи.
В современном мире востребованы оба типа памяти. На базе NAND создают носители информации больших объемов, а микросхемы NOR используют как хранилища программных кодов (например, BIOS) в различных устройствах.