Внешняя память ПК

     Головки   нумеруются  снизу вверх от 0 до 9. Таким образом, адрес каждой  дорожки  в   пакете   определяется  адресом   цилиндра и   номером  головки.

В отличие от накопителя на магнитных лентах в  накопителях прямого доступа  используется бесконтактный метод  записи и считывания информации. Это  обусловлено тем, что диски неэластичны  и контакт их с головками может  привести к механическому повреждению  магнитного слоя дисков. С другой стороны, нежелательно жестко фиксировать головки  в пространстве над поверхностями  дисков, так как практически невозможно изготовить диски абсолютно плоскими, а, следовательно, из-за неровности их поверхностей при вращении дисков расстояние между головками и магнитным  слоем постоянно изменялось бы. Это, во-первых, не позволяет обеспечить высокую плотность записи и, во-вторых, отражается на амплитуде считываемых  сигналов. Компенсировать некоторые  дефекты можно, используя в накопителях  прямого доступа так называемых «плавающих» магнитных головок.

С уменьшением  частоты вращения дисков головки  автоматически отводятся от поверхностей дисков на расстояние 0,4-1,5 мм и выводятся из пакета (в некоторых накопителях, не поднимаясь над поверхностью).

     В  накопителях прямого доступа  применяется двухчастотный последовательный  способ записи информации с  самосинхронизацией при воспроизведении.  Способ этот состоит в том,  что байты записывают последовательно  бит за битом на одну дорожку.  Во время записи в накопитель  постоянно поступают синхронизирующие  импульсы. Для записи единицы  в интервале между СИ подается  дополнительный импульс, при записи  нуля дополнительный импульс  отсутствует.

Таким образом, если записываются единицы, то частота  импульсов, поступающих в накопитель, удваивается по сравнению с частотой синхроимпульсов или, что то же самое, с частотой импульсов при записи нулей. Поэтому данный способ записи получил название двухчастотного.

     Применение  в накопителях со сменными  пакетами магнитных дисков двухчастотного  способа записи предусмотрено  рекомендациями ИСО. Структура  записи информации по дорожкам (адреса, наборы данных и др.).

     Итак, мы познакомились с историей  ВЗУ и переходим к современным  и разрабатывающимся вариантам. 
 

Накопитель  на гибких магнитных  дисках (НГМД - дисковод)

    Это  устройство использует в качестве  носителя информации гибкие магнитные  диски - дискеты, которые могут  быть 5-ти или 3-х дюймовыми.  Дискета - это магнитный диск  вроде пластинки, помещенный в  картонный конверт. В зависимости  от размера дискеты изменяется  ее емкость в байтах. Если на  стандартную дискету размером 5’25 дюйма помещается до 720 Кбайт информации, то на дискету 3’5 дюйма уже  1,44 Мбайта. Дискеты универсальны, подходят на любой компьютер того же класса оснащенный дисководом, могут служить для хранения, накопления, распространения и обработки информации. Дисковод - устройство параллельного доступа, поэтому все файлы одинаково легко доступны. Сейчас дискеты применяются в основном для резервирования небольших объемов данных и для распространения информации. Дискеты размером 5’25 дюйма морально устарели и используются редко. Наибольшим  распространением из накопителей на гибких магнитных дискахпользуется дискета 3’5 дюйма или флоппи-диски (floppy disk).

     Диск  покрывается сверху специальным  магнитным слоем, который обеспечивает  хранение данных. Информация записывается  с двух сторон диска по дорожкам, которые представляют собой концентрические  окружности. Каждая дорожка разделяется  на секторы. Плотность записи  данных зависит от плотности  нанесения дорожек на поверхность,  т. е. числа дорожек на поверхности  диска, а также от плотности  записи информации вдоль дорожки. 

    Если  при покупке на поверхность  диска не нанесены дорожки  и секторы, то его нужно подготовить  для записи данных, отформатировать.  Для этого в состав системного  программного обеспечения включена  специальная программа, которая  производит форматирование диска.

    К  недостаткам относятся маленькая  емкость, что делает практически  невозможным долгосрочное хранение  больших объемов информации, и  не очень высокая надежность  самих дискет.

Накопитель  на жестком магнитном  диске (нжмд - винчестер)    

Является  логическим продолжением развития технологии магнитного хранения информации. Появились  несколько лет назад и уже  завоевали огромную популярность благодаря своим многочисленным достоинствам: 

   - чрезвычайно большая емкость;  

   - простота и надежность использования;  

   - возможность обращаться к тысячам файлов одновременно;  

   - высокая скорость доступа к данным.  

   Из недостатков можно выделить лишь отсутствие съемных носителей информации, все данные записаны внутри винчестера на жестких магнитных дисках. (В настоящее время используются внешние винчестеры и системы резервного копирования с дисками по типу дискет). Емкости современных винчестеров поистине устрашающи: еще пять лет назад винчестер емкостью 100 Мбайт казался недостижимым идеалом, пределом заветных мечтаний - казалось, что и половины его пространства хватит на много лет работы. Но прошло пять лет, и такие винчестеры уже даже не выпускаются как морально устаревшие. Им на смену пришли новые, более быстрые, более вместительные аппараты. Винчестеры емкостью 850 Мб, 1.6, 2.1, 3.5, 4.3 Гигабайт давно ни кого не удивляют. А ведь существуют винчестеры в 1000 раз более емкие - речь идет о Терабайтах информации. Одного такого винчестера хватило бы, чтобы записать всю историю Древнего Мира.  

   Но пока они используются только в очень солидных организациях.

     В  компьютере предусмотрена возможность  с помощью специальной системной  программы условно разбивать  один диск на несколько. Такие  диски, которые не существуют  как отдельное физическое устройство, а представляют лишь часть  одного физического диска, называются  логическими дисками. Логическим  дискам присваиваются имена, в  качестве которых используются  буквы латинского алфавита [С:], [D:], [Е:], [F:] и т. д.

Проблема увеличения объема диска

Для того, чтобы  при сохранении физического размера  диска ( еще лучше - его уменьшения) на него записывать больше информации необходимо увеличивать плотность записи данных на диск.

С 1997 года в среднем  производители жестких дисков увеличивали  плотность записи вдвое каждый год.

      До сих пор покрытие дисков  состояло из сплава кобальта, платины, хрома и бора. Это ферромагнитный сплав, который состоит из частиц, способных под воздействием внешнего магнитного поля записывающей головки менять свои магнитные свойства, например, магнитные полюса. Для увеличения плотности записи эти частицы должны становиться мельче, а магнитный слой - тоньше. Но физическая природа этих частиц не позволяет уменьшать их размер бесконечно, т.к. на магнитные свойства малых частиц уже влияет не только магнитное поле, но и температура - при нагревании диска с него может теряться информация.

Эту проблему пытались решать двумя способами - создавали  технологии обработки и улучшения  качества сигнала, полученного магнитными головками и создавали сплавы более устойчивые ко внешним воздействиям на частицы. Но такие сплавы требуют более мощные головки записи, что приводит к увеличению энергозатрат и нагреванию диска.

      Интересное решение проблемы  представила в 2001 году компания IBM. Ученые компании разработали  технологию «волшебной пыли»  - PIXIE DUST. Эта «антиферромагнитносвязанная» (afc) многослойная структура позволяет одновременно повысить плотность и надежность записи. В 2001 году «пыль» состояла из рутениевого слоя толщиной в три атома, расположенного между двумя такими же тонкими магнитными слоями. Сверхтонкий слой рутения - металла, не обладающего магнитными свойствами - заставляет смежные слои приобретать противоположную магнитную ориентацию. За счет этого обеспечивается автономность работы отдельных слоев покрытия. При этом намагниченность покрытия надежно удерживается благодаря общей толщине pixie dust.

     В  2002 году специалисты IBM усовершенствовали  технологию, добавив в pixie dust еще два тончайших слоя из рутения и магнитного сплава. С помощью нового покрытия создан жесткий диск для ноутбука Travelstar 80GN с самой высокой в мире плотностью записи - 70 Гигабит на квадратный дюйм.

Устройство чтения компакт-дисков (CD-Rom)

    В  этих устройствах используется  принцип считывания сфокусированным  лазерным лучом бороздок на  металлизированном несущем слое  компакт-диска. Этот принцип позволяет  достичь высокой плотности записи  информации, а, следовательно и большой емкости при минимальных размерах. Компакт-диск является идеальным средством хранения информации плюс дешев, практически не подвержен каким-либо влияниям среды, информация записанная на нем не исказится и не сотрется, пока диск не будет уничтожен физически, имеет емкость 650 мбайт, сравнимую с неплохим винчестером при этом его производство несравнимо дешевле и проще, при размерах с 5-ти дюймовую дискету вмещает информации в 900 раз больше, чем дискета.  

   Имеет только один недостаток - на компакт-диск нельзя записывать информацию. данные на него записываются либо в процессе производства, либо потом, пользователем (устройство cd-r), но только единожды.  

Технические детали

     Компакт-диски  изготавливаются из поликарбоната  толщиной 1,2 мм, покрытого тончайшим слоем алюминия (ранее использовалось золото) с защитным слоем из лака, на котором обычно наносится графическое представление содержания диска. Поэтому, вопреки распространённому мнению, компакт-диск никогда не следует класть вверх ногами (этикеткой вниз), так как отражающий алюминиевый слой, на котором и хранятся данные, снизу защищён, как было сказано выше, 1,2-миллиметровым слоем поликарбоната, а сверху — лишь тонким слоем лака. Кроме того, на отражающей стороне имеется кольцевой выступ высотой 0,5 мм, позволяющий диску, положенному на ровную поверхность, не касаться этой поверхности. В центре диска расположено отверстие диаметром 15 мм (при желании диск можно переносить, надев на палец, вообще не прикасаясь к его поверхности). 

     Компакт-диски  имеют в диаметре 12 см и изначально вмещали до 650 мегабайт информации (или 74 минуты аудио). Есть предположение, что разработчики рассчитывали объём так, чтобы на диске полностью поместилась девятая симфония Бетховена (самое популярное музыкальное произведение в Японии в 1979 году согласно специально проведённому опросу), длящаяся именно 74 минуты. Однако, начиная приблизительно с 2000 года, всё большее распространение получали диски объёмом 700 мегабайт, которые позволяют записать 80 минут аудио, впоследствии полностью вытеснившие диск объемом 650 мегабайт. Встречаются и носители объёмом 800 мегабайт (90 минут) и даже больше, однако они могут не читаться на некоторых приводах компакт-дисков. Бывают также мини-CD (не путать с мини-дисками), диаметром 8 см, на которые вмещается около 140 или 210 Мб данных или 21 минута аудио, и CD, формой напоминающие кредитные карточки (т. н. диски-визитки). 

     Формат  хранения данных на диске, известный  как «Красная Книга» («Red Book», не путать с Красной книгой в привычном понимании), был разработан компанией Philips. В соответствии с ним на компакт-диск можно записывать звук в два канала с 16-битной импульсно-кодовой модуляцией (PCM) и частотой дискретизации 44,1 кГц. Благодаря коррекции ошибок с помощью кода Рида-Соломона, лёгкие царапины не влияют на читаемость диска. Philips также владеет всеми правами на знак «Compact disс digital audio», логотип формата аудио компакт-дисков. 

     Информация  на диске записывается в виде спиральной дорожки так называемых питов (углублений), выдавленных на алюминиевом слое (в отличие от технологии записи CD-ROM’ов где информация записывается цилиндрически). Каждый пит имеет примерно 125 нм в глубину и 500 нм в ширину. Длина пита варьируется от 850 нм до 3,5 мкм. Расстояние между соседними дорожками спирали — 1,5 мкм. Данные с диска читаются при помощи лазерного луча с длиной волны 780 нм, который просвечивает поликарбонатный слой, отражается от алюминиевого и считывается фотодиодом. Луч лазера образует на отражающем слое пятно диаметром примерно 1,5 мкм. Так как диск читается с нижней стороны, каждый пит выглядит для лазера как возвышение. Места, где такие возвышения отсутствуют, называются площадками. 
 

     Чтобы вам было легче представить отношение  размеров диска и пита: если компакт-диск был бы величиной со стадион, пит был бы размером примерно с песчинку. 

     Свет  от лазера, попадающий на площадку, отражается и улавливается фотоприёмником. Если же свет попадает на возвышение, он испытывает интерференцию со светом, отражённым от площадки вокруг возвышения и не отражается. Так происходит потому, что высота каждого возвышения равняется  четверти длины волны света лазера, что приводит к разнице в фазах  в половину длины волны между  светом, отражённым от площадки и светом, отражённым от возвышения.