Внешние запоминающие устройства

FMD ROM-накопители (fluorescent multilayer disk) флюоресцентный многослойный диск

В отличие от обычного CD ROM (отражающий алюминиевый слой нанесен на выдавленную подложку из полимера, из-за чего он собственно и непрозрачен), диск FMD ROM монолитен и при этом разделен по вертикали на некоторые условные области, это параметры форматирования диска (аналог сектор и дорожка). Толщина этих слоев строго фиксирована.

Максимальная удельная емкость диска определяется размером светового пятна от лазера, которое зависит от длины волны (у красных лазеров - 650 нм). Можно использовать два слоя.

Материал, содержащий записанную информацию, не отражает, как подложка в DVD или CD, а излучает световые волны. Использовано явление флюоресценции, т. е. при освещении активирующим излучением. Вещество начинает излучать, сдвигая спектр падающего на него излучения в сторону красного цвета на определенную величину, причем величина сдвига зависит от толщины слоя.

Выбрав толщину слоя, так чтобы спектр отраженного света получался смещенным относительно длины волны излучающего лазера на строго определенную величину, например на 30 или 50 нм, можно записывать информацию вглубь диска и впоследствии считывать ее без потери данных. Чем меньше дополнительное излучение флюоресцирующего вещества, добавляющееся к частоте рабочего лазера, который удастся зафиксировать, тем большее число слоев можно вместить в один диск. Излученный свет от флюоресцентного слоя некогерентен и хорошо контрастирует с отраженным светом лазера, что является дополнительной гарантией надежности считывания.

Используя синий лазер (480 нм) можно увеличить плотность записи до десятков терабайт на один FM-диск. Возможно создание диска с 1000 слоями.

Принцип записи на FMD ROM основан на явлении фотохромизм - это свойство некоторых веществ под действием активирующего излучения обратимо переходить из одного состояния в другое при этом изменяя свои физические свойства (например, такие как цвет, появление/исчезновение флюоресценции и т. д.). Материал, из которого состоит FMD ROM содержит специальную фотохромную субстанцию, которая циклизуется под воздействием лазерного луча определенной длины волны, превращаясь в необходимый устойчивый флюоресцент.

Обратная реакция рециклизации, приводящая к исчезновению флюоресцентных свойств (операция стирания), происходит под действием лазера с другой длиной волны. Стирающая частота лазера выбирается с таким расчетом, чтобы она не встречалась в повседневной жизни во избежание потери данных.

CD-MO

CD-MO (Compact Disc-Magneto-Optical, Магнито-оптический компакт-диск) - разновидность компакт-диска ( CD ), разработан в 1988 году и позволяет многократно записывать и стирать информацию. Стандарт CD-MO является частью стандарта "Orange Book" - part I, и в общих чертах является компакт-диском с магнито-оптическим записывающим слоем. Появился до внедрения технологии записываемых CD-RW компакт дисков.

Технические детали

Запись данных производится нагреванием магнито-оптического материала записывающего слоя, при которой теряется упорядоченная намагниченность материала, то есть информация стирается, а затем магнитная записывающая головка намагничивает только что стертый участок в определенном направлении, то есть записывает новую информацию. Подобным способом записывается и MiniDisc - стандарт оптического носителя, разработанный фирмой Sony.

Данный формат не получил широкого коммерческого распространения и успеха.

MiniDisc

Минидиск (MD) ® - магнитооптический носитель информации. Был разработан и впервые представлен компанией Sony 12 января 1992 года. Позиционировался как замена компакт-кассетам. Его можно использовать для хранения любого вида цифровых данных. Наиболее широко минидиски используются для хранения аудио информации.

Минидиски до сих пор используются некоторыми производителями аудио систем (в основном это такие производители как: Sony, Sharp, Aiwa).

Накопители на магнитных лентах (ННМЛ)

Различные конструкции ЛПМ (лентопротяжных механизмов)(а,б), структура данных на магнитных лентах (в): 1-физическое начало ленты (начальный ракорд); 2 - информационные блоки (ИБ)1-го файла; 3 - GAP, промежуток между блоками; 4 - EOF - end-of-file, служебный блок, задающий конец 1-го файла; 5 - информационные блоки (ИБ) 2-го файла; 6-конец 2-го файла; 7 - ЕОV - end-of-volume, служебный блок, задающий логический конец ленты; 8 - физический конец ленты (ракорд)

В таких накопителях доступ к требуемому набору данных происходит только после завершения перемотки всей предшествующей части магнитной ленты (МЛ). Магнитные ленты для цифровой записи данных размещаются на бобинах или кассетах. Информация размещается на носителе в виде блоков (массивов данных фиксированной или переменной длины); информационные блоки разделены пустыми промежутками, позволяющими считывающему устройству распознать начало (окончание) блока. Размер промежутка между записями выбирается достаточным для разгона ленты до установленной скорости и остановки ее точно на следующем промежутке. Недостаток промежутков между записями - уменьшение полезного объема МЛ, так как области, отведенные под промежутки, нельзя использовать для хранения данных.

Метод блокирования - объединение нескольких записей в блоки.

Блоки разделяются на информационные (ИБ - распознаются программами) и служебные (распознаются устройством - конец файла и конец тома); физическое начало и физический конец ленты обычно определяются оптическим или механическим образом (независимо от содержания ленты).

В ЭВМ обычно применяется девятидорожечная запись (одновременно 9 МГ). Из девяти одновременно записываемых битов информации восемь являются информационными (один байт) и один - контрольным битом четности. Начало области магнитной ленты, в которую записывается информация, называется точкой загрузки и помечается специальным физическим маркером. Физический маркер представляет собой кусочек алюминиевой фольги, наклеиваемый на расстоянии 1-2 м от начала магнитной ленты. Конец информационной области МЛ помечается таким же физическим маркером, наклеиваемым на расстоянии от конца МЛ. Наличие указанных специальных маркеров, распознавание которых производится фотоэлектронным способом, позволяет осуществить перемотку МЛ к началу информационной области и автоматический останов по достижении ее конца.

Устройства записи-считывания информации с МЛ позволяет осуществлять следующие операции:

• пропустить (вперед или назад) несколько ИБ;
• пропустить (вперед или назад) несколько файлов;
• прочитать (записать) блок;
• прочитать (записать) файл;
• позиционировать на конец файла (для записи дополнительных ИБ в этот файл; очевидно, что данные последующих файлов будут затерты);
• позиционировать на начало ленты;
• позиционировать на конец ленты (для записи дополнительного файла).

Если блок EOV будет записан в начале ленты, то все файлы становятся недоступными, и лента приобретает статус инициализированной.

Значение контрольного бита четности выбирается в зависимости от значений восьми информационных битов. Если число единиц в восьми информационных битах нечетное, то в контрольный бит четности заносится единица, а если четное - нуль. Таким образом, общее число единиц в девяти записываемых битах всегда должно быть четным, это контролируется в процессе чтения данных.

Помимо посимвольного контроля, производимого с помощью контрольного бита четности, существует поблочный контроль данных. Его суть заключается в том, что в конце каждого блока записывается контрольная комбинация. В случае возникновения в блоке единичной ошибки посимвольный и поблочный контроль позволяет определить ее местонахождение и выполнить автоматическое исправление. Для этого перед байтом поблочного контроля записывается байт циклического контроля. После обнаружения ошибки делается предположение о наличии временного дефекта МЛ и осуществляется повторная попытка записи информации на то же место. Если и последующие попытки заканчиваются неудачей, то дефектный участок пропускается. В целях контроля правильности выполнения операций записи-чтения помимо основного набора магнитных головок используется дополнительный.

С помощью дополнительного набора магнитных головок считываются только что записанные на МЛ биты информации, в случае их несовпадения идентифицируется состояние ошибки. Оба набора магнитных головок считывают данные с МЛ и при несовпадении какой-либо пары битов также будет выработан сигнал об ошибке.

Картриджи с магнитными лентами.

8-миллиметровые ленты видеоформата, заключенные внутрь кассеты называется картриджем. Емкость картриджа составляет от 2 до 5 Гбайт, а скорость считывания с него данных - несколько сотен килобайтов в секунду. Чтение и запись выполняются системой спиральной развертки, подобной той, что применяется в видеокассетах. Плотность записи данных составляет десятки миллионов битов на квадратный дюйм. Существуют системы, позволяющие автоматизировать загрузку и выгрузку картриджей таким образом, чтобы десятки гигабайт данных можно было скопировать с диска без вмешательства оператора.

СТРИМЕР и Искровая камера

Устройство для резервного копирования больших объемов информации. В качестве носителя здесь применяются кассеты с магнитной лентой емкостью до 900 Гб.

Встроенные в стример средства аппаратного сжатия позволяют автоматически уплотнять информацию перед ее записью и восстанавливать после считывания, что увеличивает объем сохраняемой информации

Преимущества: Невысокая стоимость стабильность работы, надежность. информационного носителя,

Недостатки: Низкая скорость доступа к данным из-за последовательного доступа, низкая скорость записи, поиска и считывания информации. Большие размеры

Основное назначение: Запись и воспроизведение информации, создание резервных копий данных.

Искровая камера - прибор для регистрации частиц, действие которого основано на развитии искрового разряда в газовом промежутке электрического конденсатора при пролете через него частицы. Искровой разряд возникает благодаря электронам, появляющимся при ионизации газа заряженной частицей. Разряд вдоль следа (трека) частицы видим невооруженном глазом и может быть сфотографирован. Достоинство искровой камеры это малая инерционность.

Магнитный барабан

Магнитный барабан - ранняя разновидность компьютерной памяти, широко использовавшаяся в 1950-1960-х годах. Изобретена Густавом Таушеком (en) в 1932 году в Австрии.

Барабан представляет собой большой металлический цилиндр, наружная поверхность которого покрыта ферромагнитным регистрирующим материалом. Упрощенно можно сказать, что это пластина жесткого диска, имеющая форму цилиндра, а не плоского диска. Ряд считывающих головок движется по окружности барабана, каждая по отдельной дорожке.

Ключевое отличие между барабаном и диском заключается в том, что на барабане головки не могут перемещаться произвольно для поиска необходимой дорожки. Это означает, что время чтения и записи любого одиночного фрагмента информации меньше, чем оно было бы на диске. Контроллер просто ждет когда данные появятся под нужной головкой при повороте барабана. Производительность магнитных барабанов полностью определяется скоростью их вращения, в то время как у диска важны как скорость вращения, так и скорость перемещения головок.

Пластиковая карта

Пластиковые карты применяются:

• для идентификации их владельца;
• как аналог платежных средств;
• как "пропуск в мир скидок" - т.е. дисконтные;

Для совмещения в себе каких-либо из перечисленных выше свойств.

Большинство видов пластиковых карт имеют формат определенный стандартом ISO 7810 ID-1: 85,6 мм ? 53,98 мм.

Пластиковые карты - непременный атрибут современного бизнеса, прекрасный инструмент создания лояльности потребителей и повышения уровня дисциплины сотрудников. Выпуск пластиковых карт характеризует высокий уровень компании, делает ее имидж более привлекательным, и обычно представляется потребителям, как преимущество 'большой' компании перед более мелкими конкурентами.

Перфолента Перфолента (перфорированная лента) - устаревший носитель информации в виде бумажной ленты с отверстиями. Первые перфоленты использовались с середины XIX века в телеграфии, отверстия в них располагались в 5 рядов, для передачи данных использовался код Бодо.

Благодаря простоте устройств ввода/вывода, перфолента получила распространение в компьютерной технике. Поздние компьютерные перфоленты имели ширину 7 или 8 рядов и использовали для записи кодировку ASCII. Использовались в миникомпьютерах для ввода/вывода информации и для управления

Недостатком перфолент по сравнению с перфокартами является низкая механическая прочность ленты и невозможность "ручного редактирования" текстовых файлов (добавлением или заменой перфокарт в колоде). По сравнению с магнитными лентами основным недостатком была низкая скорость чтения/записи.

Скорость записи и считывания оставляет порядка 4 бод, что хорошо согласуется со скоростью печати символьных печатающих устройств того времени.

Способ записи механический, способ считывания - оптический. При записи бумажные кружочки от проколотых отверстий попадают в съемный контейнер.

Перфокарта

Перфокарта (сокр. от перфорированный и карта) - носитель информации, предназначенный для использования системами автоматической обработки данных. Сделанная из тонкого картона, перфокарта представляет информацию наличием или отсутствием отверстий вопределенных позициях карты.

Перфокарты впервые начали применяться в ткацких станках Жаккарда (1808) для управления узорами на тканях.

Существовало много разных форматов перфокарт; наиболее распространенным был "формат IBM", введенный в 1928 г. - 12 строк и 80 колонок. Первоначально углы были острые, а с 1964 г. - скругленные.

Компьютеры первого поколения, в 20-50-е годы XX-го столетия, использовали перфокарты в качестве основного носителя при хранении и обработке данных. Затем, в течение 70-х - начале 80-х, они использовались только для хранения данных и постепенно были замещены гибкими магнитными дисками большого размера. В настоящее время перфокарты не используются нигде, кроме устаревших систем.

Главным преимуществом перфокарт было удобство манипуляции данными - в любом месте колоды можно было добавить карты, удалить, заменить одни карты другими.

Двоичный и текстовый режим

При работе с перфокартами в двоичном режиме перфокарта рассматривается как двумерный битовый массив; допустимы любые комбинации пробивок. Например, в системах IBM 701 машинное слово состояло из 36 бит; при записи данных на перфокарты в одной строке пробивок записывалось 2 машинных слова (последние 8 колонок не использовались), всего на одну перфокарту можно было записать 24 машинных слова.

При работе с перфокартами в текстовом режиме каждая колонка обозначает один символ; таким образом, одна перфокарта представляет строку из 80 символов. Допускаются лишь некоторые комбинации пробивок. Наиболее просто кодируются цифры - одной пробивкой в позиции, обозначенной данной цифрой. Буквы и другие символы кодируются несколькими пробивками в одной колонке. Отсутствие пробивок в колонке означает пробел (в отличие от перфоленты, где отсутствие пробивок означает пустой символ, NUL ). В системе IBM/360 были определены комбинации пробивок для всех 256 значений байта (например, пустой символ NUL обозначался комбинацией 12-0-1-8-9), так что фактически в текстовом режиме можно было записывать и любые двоичные данные.

Для удобства работы с текстовыми данными вдоль верхнего края перфокарты часто печатались те же символы в обычном человекочитаемом виде.

Флеш-память

Флеш-память (англ. Flash-Memory ) - разновидность твердотельной полупроводниковой энергозависимой перезаписываемой памяти.

Может быть прочитана сколько угодно раз, но писать в такую память можно лишь ограниченное число раз (обычно около 10 тысяч раз). Более надежна и компактна, в отличии от жестких дисках.

Ёмкостью флеш-памяти достигает 1 Тб, широко используется в портативных устройствах, работающих на батарейках и аккумуляторах - цифровых фотокамерах и видеокамерах, цифровых диктофонах, MP3-плеерах, КПК, мобильных телефонах, а также смартфонах. Также используется для хранения встроенного программного обеспечения в различных периферийных устройствах (маршрутизаторах, мини-АТС, коммуникаторах, принтерах, сканерах).

История

Флеш-память была изобретена Фудзи Масуока ( Fujio Masuoka ), когда он работал в Toshiba в 1984 году. Имя "флеш" было придумано также в Toshiba коллегой Фудзи, Седзи Ариизуми ( Shoji Ariizumi ), потому что процесс стирания содержимого памяти ему напомнил фотовспышку (англ. flash ). Масуока представил свою разработку на IEEE 1984 International Electron Devices Meeting (IEDM) , проходившей в Сан-Франциско, Калифорния. Intel увидела большой потенциал в изобретении и в 1988 году выпустила первый коммерческий флеш-чип NOR -типа.

NAND -тип флеш-памяти был анонсирован Toshiba в 1989 году на International Solid-State Circuits Conference. У него была больше скорость записи и меньше площадь чипа.

Стандартизацией чипов флеш-памяти типа NAND занимается Open NAND Flash Interface Working Group (ONFI) . Текущим стандартом считается спецификация ONFI версии 1.0, выпущенная в 28 декабря 2006 года. Группа ONFI поддерживается крупнейшими производителями NAND чипов: Intel, Micron Technology и Sony.

Принцип действия

Флеш-память хранит информацию в массиве транзисторов с плавающим затвором, называемых ячейками (англ. cell). Каждая из них может хранить только один бит. Некоторые новые устройства с многоуровневыми ячейками (англ. multi-level cell, MLC ) могут хранить больше одного бита, используя разный уровень электрического заряда на плавающем затворе транзистора.

NOR

В основе этого типа флеш-памяти лежит ИЛИ-НЕ элемент (англ. NOR ), потому что в транзисторе с плавающим затвором низкое напряжение на затворе обозначает единицу.

Транзистор имеет два затвора: управляющий и плавающий. Последний полностью изолирован и способен удерживать электроны до 10 лет. В ячейке имеются также сток и исток. При программировании напряжением на управляющем затворе создается электрическое поле и возникает туннельный эффект. Некоторые электроны туннелируют через слой изолятора и попадают на плавающий затвор, где и будут пребывать. Заряд на плавающем затворе изменяет "ширину" канала сток-исток и его проводимость, что используется при чтении.

Устройства потребляют большой ток при записи, а при чтении малую энергию.

Для стирания информации на управляющий затвор подается высокое отрицательное напряжение, и электроны с плавающего затвора переходят (туннелируют) на исток.

В NOR архитектуре к каждому транзистору необходимо подвести индивидуальный контакт, что увеличивает размеры схемы. Эта проблема решается с помощью NAND архитектуры.

NAND

В основе NAND типа лежит И-НЕ элемент (англ. NAND ). Принцип работы такой же, от NOR типа отличается только размещением ячеек и их контактами, не требуется подводить индивидуальный контакт к каждой ячейке. Так же запись и стирание происходит быстрее. Однако эта архитектура не позволяет обращаться к произвольной ячейке.

NAND и NOR архитектуры сейчас существуют параллельно и не конкурируют друг с другом, поскольку находят применение в разных областях хранения данных.

Файловые системы

Основное слабое место - количество циклов перезаписи. Если ОС часто записывает данные в одно и то же место, ситуация ухудшается. Например, часто обновляется таблица файловой системы, так что первые сектора памяти израсходуют свой запас значительно раньше. Распределение нагрузки позволяет существенно продлить срок работы памяти.

Для решения этой проблемы были созданы специальные файловые системы: JFFS2 и YAFFS для GNU/Linux и exFAT для Microsoft Windows.

USB флеш-носители и карты памяти, такие как SecureDigital и CompactFlash имеют встроенный контроллер, который производит обнаружение и исправление ошибок и старается равномерно использовать ресурс перезаписи флеш-памяти. На таких устройствах не имеет смысла использовать специальную файловую систему и для лучшей совместимости применяется обычная FAT.

Применение

Скорость некоторых устройств с флеш-памятью может доходить до 100 Мб/с.

Для увеличения объема в устройствах часто применяется массив из нескольких чипов. В основном на середину 2007 года USB устройства и карты памяти имеют объем от 512 Мб до 64 Гб. Самый большой объем USB устройств составляет 1 Тб.

Типы карт памяти

MMC (MultiMedia Card ): карточка в формате MMC имеет небольшой размер - 24х32х1,4 мм. Разработана совместно компаниями SanDisk и Siemens. MMC содержит контроллер памяти и обладает высокой совместимостью с устройствами самого различного типа. В большинстве случаев карты MMC поддерживаются устройствами со слотом SD.

RS-MMC (Reduced Size MultiMedia Card): карта памяти, которая вдвое короче стандартной карты MMC. Ее размеры составляют 24x18x1,4 мм, а вес - около 6 г, все остальные характеристики не отличаются от MMC. Для обеспечения совместимости со стандартом MMC при использовании карт RS-MMC нужен адаптер.

DV-RS-MMC (Dual Voltage Reduced Size MultiMedia Card) : карты памяти DV-RS-MMC с двойным питанием (1,8 и 3,3 В) отличаются пониженным энергопотреблением, что позволит работать мобильному телефону немного дольше. Размеры карты совпадают с размерами RS-MMC, 24x18x1.4 мм.

MMCmicro: миниатюрная карта памяти для мобильных устройств с размерами 14x12x1,1 мм. Для обеспечения совместимости со стандартным слотом MMC необходимо использовать переходник.

SD Card (Secure Digital Card) : поддерживается фирмами SanDisk, Panasonic и Toshiba. Стандарт SD является дальнейшим развитием стандарта MMC. По размерам и характеристикам карты SD очень похожи на MMC, только чуть толще (32х24х2.1 мм). Основное отличие от MMC - технология защиты авторских прав: карта имеет криптозащиту от несанкционированного копирования, повышенную защиту информации от случайного стирания или разрушения и механический переключатель защиты от записи. Несмотря на родство стандартов, карты SD нельзя использовать в устройствах со слотом MMC.

SD (Trans-Flash) и SDHC (High Capacity) : Старые карты SD т. н. Trans-Flash и новые SDHC (High Capacity) и устройства их чтения различаются ограничением на максимальную емкость носителя, 2Гб для Trans-Flash и 32Гб для High Capacity (Высокой Емкости). Устройства чтения SDHC обратно совместимы с SDTF, то есть SDTF карта будет без проблем прочитана в устройстве чтения SDHC, но в устройстве SDTF увидится только 2Гб от емкости SDHC большей емкости, либо не будет читаться вовсе. Предполагается, что формат TransFlash будет полностью вытеснен форматом SDHC. Оба суб-формата могут быть представлены в любом из трех форматов физ. размеров (Стандартный, mini и micro).

miniSD (Mini Secure Digital Card) : От стандартных карт Secure Digital отличаются меньшими размерами 21.5х20х1.4 мм. Для

microSD (Micro Secure Digital Card) : являются на настоящий момент (2008) самыми компактными съемными устройствами флеш-памяти

(11х15х1 мм). Используются, в первую очередь, в мобильных телефонах, коммуникаторах, и т. п., так как, благодаря своей компактности, позволяют существенно расширить память устройства, не увеличивая при этом его размеры. Переключатель защиты от записи вынесен на адаптер microSD-SD.

MS Duo (Memory Stick Duo) : данный стандарт памяти разрабатывался и поддерживается компанией Sony. Корпус достаточно прочный. На данный момент - это самая дорогая память из всех представленных. Memory Stick Duo был разработан на базе широко распространенного стандарта Memory Stick от той же Sony, отличается малыми размерами (20х31х1.6 мм.).

Контрольные вопросы.

1. На какие устройства делятся ЗУ по устойчивости записи?
2. Что относиться к основным техническим характеристикам ВЗУ?
3. Каких типов выпускаются магнитооптические носители?
4. На каком явлении основывается принцип записи FMD ROM?
5. Какой магнитооптический носитель позиционировался как замена компакт-касет для хранения цифровой информации?
6. Какие операции позволяет осуществлять устройство записи-считывания информации с магнитных лент?
7. Какая емкость у картриджа с магнитными лентами?
8. Какие преимущества и недостатки у ЗУ Стример?
9. Где применяются пластиковые карты?
10. 10.Какой носитель представляет большой металлический цилиндр, наружная поверхность которого покрыта ферромагнитным регистрирующим материалом?
11. В чем отличия перфолент от перфокарт?
12. Какие существуют типы карт памяти?
13. Какие существуют форматы оптических CD дисков? В чем их отличия?
14. Какие существуют форматы оптических DVD дисков? В чем их отличия?
15. Какие особенности характерны пакетной записи?
16. Какие файловые системы используют оптические носители?
17. Какие механизмы загрузки используют оптические носители?
18. Какие особенности характерны для стандарта DVD+R?
19. Какой тип лазера использует стандарт blu-ray?
20. Какие технические особенности использует стандарт blu-ray?