Носії даних магнітні та оптичні. Магнітні та оптичні носії інформації та можливість їх використання у практиці організацій. Накопичувачі на жорстких магнітних дисках

Накопичувачі на магнітних та оптичних носіях

Накопичувачі гнучких магнітних дисках: принцип дії, технічні характеристики, основні компоненти. Накопичувачі на жорстких магнітних дисках: форм-чинники, принцип роботи, типи, основні характеристики, режими роботи. Конфігурування та форматування магнітних дисків. Утиліти обслуговування жорстких магнітних дисків. Логічна структура та формат магнітооптичних та компакт-дисків. Приводи CD-R(RW), DVD-R (RW), ZIP: принцип дії, основні компоненти, технічні характеристики. Магнітооптичні накопичувачі, стримери, флеш-диски. Огляд основних моделей.

Студент повинен знати:

• принцип дії та основні компоненти дисководу FDD;
• характеристики та режими роботи накопичувача на жорстких магнітних дисках;
• принцип роботи приводів магнітооптичних та компакт-дисків;
• формати оптичних та магнітооптичних дисків;

Студент повинен вміти:

• записувати інформацію на різні носії;
• використовувати програмні засоби технічне обслуговування жорсткого диска;
• визначати основні характеристики накопичувачів;

Цілі заняття:

• – ознайомити студентів із основними компонентами накопичувачами інформації.
• - Вивчити типи накопичувачів інформації їх характеристики.
• - Виховання інформаційної культуриучнів, уважності, акуратності, дисциплінованості, посидючості.
• - Розвиток пізнавальних інтересів, навичок самоконтролю, вміння конспектувати.

Теоретична частина.

Зберігання даних на магнітних носіях

Практично у всіх персональних комп'ютерах інформація зберігається на носіях, які використовують магнітні чи оптичні принципи. При використанні магнітних пристроїв зберігання двійкові дані "перетворюються" на невеликі металеві намагнічені частинки, розташовані на плоскому диску або стрічці у вигляді "узору". Цей магнітний "візерунок" згодом може бути розшифрований в потік двійкових даних.

В основі роботи магнітних носіїв – накопичувачів на жорстких та гнучких дисках – лежить електромагнетизм. Суть його у тому, що з пропускання через провідник електричного струму навколо нього утворюється магнітне полі (рис. 1). Це поле впливає на феромагнітну речовину, що виявилася в ньому. При зміні напряму струму полярність магнітного поля змінюється. Явище електромагнетизму використовується в електродвигунах для генерації сил, що впливають на магніти, які встановлені на валу, що обертається.

Проте існує й протилежний ефект: у провіднику, який впливає змінне магнітне поле, виникає електричний струм. При зміні полярності магнітного поля змінюється напрям електричного струму (рис. 2).

Головка читання/запису в будь-якому дисковому накопичувачі складається з U-подібного феромагнітного сердечника та намотаної на нього котушки (обмотки), якою може протікати електричний струм. При пропусканні струму через обмотку в осерді (магнітопроводі) головки створюється магнітне поле (рис. 3). При перемиканні напрямку струму, що протікає, полярність магнітного поля також змінюється. По суті, головки являють собою електромагніти, полярність яких можна дуже швидко змінити, переключивши напрямок електричного струму, що пропускається.

Рис. 2. При переміщенні провідника в магнітному полі у ньому генерується електричний струм
Рис. 3. Головка читання/запису

Магнітне поле в сердечнику частково поширюється в навколишній простір завдяки наявності зазору, "пропиляного" в основі літери U. Якщо поблизу зазору розташовується інший феромагнетик (робочий шар носія), то магнітне поле в ньому локалізується, оскільки подібні речовини мають менший магнітний опір . Магнітний потік, що перетинає зазор, замикається через носій, що призводить до поляризації магнітних частинок (доменів) у напрямку дії поля. Напрямок поля і, отже, залишкова намагніченість носія залежить від полярності електричного поля обмотці головки.

Гнучкі магнітні диски зазвичай робляться на лавсановій, а жорсткі - на алюмінієвій або скляній підкладці, на яку наноситься шар феромагнітного матеріалу. Робочий шар переважно складається з окису заліза з різними добавками. Магнітні поля, створювані окремими доменами на чистому диску, орієнтовані випадковим чином і взаємно компенсуються на будь-якій протяжній (макроскопічній) ділянці поверхні диска, тому його залишкова намагніченість дорівнює нулю.

Якщо ділянка поверхні диска під час протягування поблизу зазору головки піддається впливу магнітного поля, то домени вишиковуються в певному напрямку і їх магнітні поля більше не компенсують один одного. В результаті на цій ділянці з'являється залишкова намагніченість, яку можна згодом виявити. Висловлюючись науковою мовою, можна сказати: залишковий магнітний потік, який формується даною ділянкою поверхні диска, стає відмінним від нуля.

Конструкції головок читання/запису

У міру розвитку технології виробництва дискових накопичувачів удосконалювалися конструкції голівок читання/запису. Перші головки являли собою осердя з обмоткою (електромагніти). За сучасними мірками їх розміри були величезними, а густина запису - надзвичайно низькою. За роки конструкції головок пройшли довгий шлях розвитку від перших головок з феритовыми сердечниками до сучасних типів.

Найчастіше використовуються головки наступних чотирьох типів:

• феритові;
• з металом у зазорі (MIG);
• тонкоплівкові (TF);
• магніторезистивні (MR);
• гігантські магніторезистивні (GMR).
• Ферритові головки

Класичні феритові головки вперше були використані у накопичувачі Winchester 30-30 компанії IBM. Їхні сердечники робляться на основі пресованого фериту (на основі окису заліза). Магнітне поле у ​​зазорі виникає при протіканні через обмотку електричного струму. У свою чергу при змінах напруженості магнітного поля поблизу зазору в обмотці наводиться електрорушійна сила. Отже, головка є універсальною, тобто. може використовуватись як для запису, так і для зчитування. Розміри та маса феритових головок більше, ніж у тонкоплівкових; тому, щоб запобігти їх небажаним контактам з поверхнями дисків, доводиться збільшувати зазор.

За час існування феритових головок їхня первісна (монолітна) конструкція була значно вдосконалена. Були розроблені, зокрема, так звані склоферитові (композитні) головки, невеликий феритовий осердя яких встановлений в керамічний корпус. Ширина сердечника та магнітного зазору таких головок менша, що дозволяє підвищити щільність розміщення доріжок запису. Крім того, знижується їхня чутливість до зовнішніх магнітних перешкод.

• Головки з металом у зазорі

Головки з металом у зазорі (Metal-In-Gap – MIG) з'явилися в результаті удосконалення конструкції композитної феритової головки. У таких головках магнітний проміжок, розташований у задній частині сердечника, заповнений металом. Завдяки цьому суттєво зменшується схильність матеріалу сердечника до магнітного насичення, що дозволяє підвищити магнітну індукцію в робочому зазорі і, отже, виконати запис на диск із більшою щільністю. Крім того, градієнт магнітного поля, створюваного головкою з металом у зазорі, вище, а це означає, що на поверхні диска формуються намагнічені ділянки з чіткіше вираженими межами (зменшується ширина зон зміни знака).

Ці головки дозволяють використовувати носії з великою коерцитивною силою та тонкоплівковим робочим шаром. За рахунок зменшення загальної маси та покращення конструкції такі головки можуть розташовуватися ближче до поверхні носія.

Головки з металом у зазорі бувають двох видів: односторонні та двосторонні (тобто з одним та з двома металізованими зазорами). В односторонніх головках прошарок з магнітного сплаву розташований тільки в задньому (неробочому) зазорі, а в двосторонніх - в обох. Шар металу наноситься шляхом вакуумного напилення. Індукція насичення магнітного сплаву приблизно вдвічі більша, ніж у фериту, що дозволяє здійснювати запис на носії з великою коерцитивною силою, які використовуються в накопичувачах високої ємності. Двосторонні головки в цьому відношенні кращі за односторонні.

• Тонкоплівкові головки

Тонкоплівкові (Thin Film - TF) головки виробляються майже за тією ж технологією, що й інтегральні схеми, тобто. шляхом фотолітографії. На одній підкладці можна “надрукувати” одразу кілька тисяч головок, які виходять у результаті маленькими та легкими.

Робочий зазор в тонкоплівкових головках можна зробити дуже вузьким, причому його ширина регулюється в процесі виробництва шляхом нарощування додаткових шарів алюмінієвого немагнітного сплаву. Алюміній повністю заповнює робочий проміжок і добре захищає його від пошкоджень (сколів країв) при випадкових контактах з диском. Власне сердечник виготовляється зі сплаву заліза та нікелю, індукція насичення якого в 2–4 рази більша, ніж у фериту.

Ділянки залишкової намагніченості на поверхні диска, що формуються тонкоплівковими головками, мають чітко виражені межі, що дозволяє досягти дуже високої щільностізапис. Завдяки невеликій вазі та малим розмірам головок можна значно зменшити просвіт між ними та поверхнями дисків у порівнянні з феритовими та MIG-головками: у деяких накопичувачах його величина не перевищує 0,05 мкм. В результаті, по-перше, підвищується залишкова намагніченість ділянок поверхні носія і, по-друге, збільшується амплітуда сигналу і покращується співвідношення "сигнал-шум" в режимі зчитування, що в результаті позначається на достовірності запису та зчитування даних.

В даний час тонкоплівкові головки використовуються в більшості накопичувачів високої ємності, особливо в малогабаритних моделях, практично витіснивши головки з металом у зазорі. Їх конструкція та характеристики постійно покращуються, але, швидше за все, найближчим часом вони будуть витіснені магніторезистивними головками.

• Магніторезистивні головки

Магніторезистивні (Magneto-Resistive – MR) головки з'явилися порівняно недавно. Вони розроблені компанією IBM і дозволяють досягти найвищих значень щільності запису та швидкодії накопичувачів. Вперше магніторезистивні головки були встановлені в накопичувачі жорстких дискахємністю 1 Гбайт (3,5″) компанії IBM у 1991 році.

Усі головки є детекторами, тобто. реєструють зміни в зонах намагніченості і перетворюють їх на електричні сигнали, які можуть бути інтерпретовані як дані. Однак при магнітному записі існує одна проблема: при зменшенні магнітних доменів носія зменшується рівень сигналу головки і існує можливість прийняти шум за "справжній" сигнал. Для вирішення цієї проблеми необхідно мати ефективну голівку читання, яка достовірніше зможе визначити наявність сигналу.

Магніторезистивні головки дорожчі і складніші за головки інших типів, оскільки в їх конструкції є додаткові елементи, а технологічний процесвключає кілька додаткових етапів. Нижче наведено основні відмінності магніторезистивних головок від звичайних:

• до них мають бути підведені додаткові дроти для подачі вимірювального струму на резистивний датчик;
• у процесі виробництва використовується 4-6 додаткових масок (фотошаблонів);
• завдяки високій чутливості магніторезистивні головки більш сприйнятливі до зовнішніх магнітних полів, тому їх доводиться ретельно екранувати.

У всіх розглянутих раніше голівках у процесі запису і зчитування “працював” той самий зазор, а магниторезистивной голівці їх два - кожен своєї операції. При створенні головок з одним робочим проміжком доводиться йти на компроміс при виборі його ширини. Справа в тому, що для поліпшення параметрів головки в режимі зчитування потрібно зменшувати ширину зазору (для збільшення роздільної здатності), а при записі зазор повинен бути ширшим, оскільки при цьому магнітний потік проникає в робочий шар на велику глибину (намагнічуючи його по всій товщині). У магніторезистивних головках із двома зазорами кожен із них може мати оптимальну ширину. Ще одна особливість розглянутих головок полягає в тому, що їх записуюча (тонкоплівкова) частина формує на диску ширші доріжки, ніж це необхідно для роботи вузла, що зчитує (магніторезистивного). В даному випадку зчитує голівка "збирає" з сусідніх доріжок менше магнітних перешкод.

• Гігантські магніторезистивні головки

У 1997 році IBM анонсувала новий тип магніторезистивних головок, що мають набагато більшу чутливість. Вони були названі гігантськими магніторезистивними головками (Giant Magnetoresistive – GMR). Таку назву вони отримали на основі використовуваного ефекту (хоча за розміром були меншими за стандартні магніторезистивні головки). Ефект GMR був відкритий в 1988 році в кристалах, поміщених в дуже сильне магнітне поле (приблизно в 1000 разів, що перевищує магнітне поле, що використовується в накопичувачах на жорстких дисках).

Способи кодування даних

Дані на магнітному носії зберігаються в аналоговій формі. У той самий час самі дані представлені у цифровому вигляді, оскільки є послідовністю нулів і одиниць. При виконанні запису цифрова інформація надходить на магнітну головку, створює на диску магнітні домени відповідної полярності. Якщо під час запису на головку надходить позитивний сигнал, магнітні домени поляризуються в одному напрямку, а якщо негативний – у протилежному. Коли змінюється полярність сигналу, що записується, відбувається також зміна полярності магнітних доменів.

Якщо під час відтворення головка реєструє групу магнітних доменів однакової полярності, вона не генерує жодних сигналів; генерація відбувається лише тоді, коли головка виявляє зміну полярності. Ці моменти зміни полярності називають зміною знака. Кожна зміна знака призводить до того, що головка, що зчитує, видає імпульс напруги; саме ці імпульси пристрій реєструє під час читання даних. Але при цьому головка, що зчитує, генерує не зовсім той сигнал, який був записаний; насправді вона створює низку імпульсів, кожен із яких відповідає моменту зміни знака.

Щоб оптимально розташувати імпульси в сигналі запису, необроблені вихідні дані пропускаються через спеціальний пристрій, який називається кодером/декодером (encoder/decoder). Цей пристрій перетворює двійкові дані на електричні сигнали, оптимізовані в аспекті розміщення зон зміни знака на доріжці запису. Під час зчитування кодер/декодер виконує зворотне перетворення: відновлює сигналу послідовність двійкових даних. За минулі роки було розроблено кілька методів кодування даних, причому головною метою розробників було досягнення максимальної ефективності та надійності запису та зчитування інформації.

При роботі з цифровими даними особливого значення набуває синхронізація. Під час прочитування або запису дуже важливо точно визначити момент кожної зміни знака. Якщо синхронізація відсутня, то момент зміни знака може бути визначений неправильно, у результаті неминуча втрата чи спотворення інформації. Щоб запобігти цьому, робота передавального та приймаючого пристроїв має бути суворо синхронізована. Існує два шляхи вирішення цієї проблеми. По-перше, синхронізувати роботу двох пристроїв, передаючи спеціальний сигнал синхронізації (або синхросигнал) окремим каналом зв'язку. По-друге, об'єднати синхросигнал із сигналом даних і передати їх разом по одному каналу. Саме в цьому полягає суть більшості способів кодування даних.

Хоча розроблено безліч найрізноманітніших методів, на сьогоднішній день реально використовуються лише три з них:

• частотна модуляція (FM);
• модифікована частотна модуляція (MFM);
• кодування з обмеженням довжини поля запису (RLL).

Частотна модуляція (FM)

Метод кодування FM (Frequency Modulation - частотна модуляція) був розроблений насамперед і використовувався при записі на гнучкі диски так званої одинарної щільності (single density) у перших ПК. Місткість таких односторонніх дискет становила лише 80 Кбайт. У 1970-х роках запис методом частотної модуляції використовувалася у багатьох пристроях, але зараз від нього повністю відмовилися.

Модифікована частотна модуляція (MFM)

Основною метою розробників методу MFM (Modified Frequency Modulation - модифікована частотна модуляція) було скорочення кількості зон зміни знака для запису того ж обсягу даних порівняно з FM-кодуванням і збільшення потенційної ємності носія. При цьому способі запису кількість зон зміни знака, що використовуються лише для синхронізації, зменшується. Синхронізуючі переходи записуються тільки на початок осередків з нульовим бітом даних і тільки в тому випадку, якщо йому передує нульовий біт. В інших випадках синхронізуюча зона зміни знака не формується. Завдяки такому зменшенню кількості зон зміни знака за тієї ж допустимої щільності їх розміщення на диску інформаційна ємність порівняно із записом за методом FM подвоюється.

Саме тому диски, записані методом MFM, часто називають дисками подвійний щільності (double density). Оскільки при розглянутому способі запису на те саме кількість зон зміни знака припадає вдвічі більше "корисних" даних, ніж при FM-кодуванні, швидкість зчитування і запису інформації на носій також подвоюється.

Кодування з обмеженням довжини поля запису (RLL)

На сьогоднішній день найбільш популярним є метод кодування з обмеженням довжини поля запису (Run Length Limited - RLL). Він дозволяє розмістити на диску в півтора рази більше інформації, ніж під час запису за методом MFM, і втричі більше, ніж при FM-кодуванні. З використанням цього відбувається кодування не окремих бітів, а цілих груп, у результаті створюються певні послідовності зон зміни знака.

Метод RLL був розроблений IBM і спочатку використовувався дискових накопичувачах великих машин. Наприкінці 1980-х років його почали використовувати у накопичувачах на жорстких дисках ПК, а сьогодні він застосовується майже у всіх ПК.

Вимірювання ємності накопичувача

У грудні 1998 року Міжнародна електротехнічна комісія (МЕК), що займається стандартизацією в галузі електротехніки, представила як офіційний стандарт систему назв та символів одиниць вимірювання для використання в галузі обробки та передачі даних. До недавнього часу при одночасному використанні десяткової та двійкової систем вимірювань один мегабайт міг дорівнювати як 1 млн байт (106), так і 1048576 байт (220). Стандартні скорочення одиниць, що використовуються для вимірювання ємності магнітних та інших накопичувачів, наведено у табл. 1.

Відповідно до нового стандарту 1 MiB (mebibyte) містить 220 (1048576) байт, а 1 Мбайт (мегабайт) - 106 (1 000 000) байт. На жаль, не існує загальноприйнятого способувідрізняти двійкові кратні одиниці виміру від десяткових. Інакше кажучи, англійське скорочення MB (чи M) може позначати як мільйони байтів, і мегабайти.

Як правило, обсяги пам'яті вимірюються в двійкових одиницях, але ємність накопичувачів - і в десяткових і двійкових, що часто призводить до непорозумінь. Зауважте також, що в англійському варіанті біти (bits) і байти (Bytes) відрізняються регістром першої літери (вона може бути малою або великою). Наприклад, при позначенні мільйонів бітів використовується мала буква “b”, у результаті одиниця виміру мільйон бітів за секунду позначається Mbps, тоді як MBps означає мільйон байтів за секунду.

Що таке жорсткий диск

Найнеобхіднішим і водночас найзагадковішим компонентом комп'ютера є накопичувач на жорсткому диску. Як відомо, він призначений для зберігання даних, і наслідки його виходу з ладу найчастіше виявляються катастрофічними. Для правильної експлуатації або модернізації комп'ютера необхідно добре уявляти собі, що це таке - накопичувач на жорсткому диску.

Основними елементами накопичувача є кілька круглих алюмінієвих чи некристалічних склоподібних пластин. На відміну від гнучких дисків (дискет) їх не можна зігнути; звідси і з'явилася назва жорсткого диска (рис. 4). У більшості пристроїв вони незнімні, тому іноді такі накопичувачі називаються фіксованими (fixed disk). Існують також накопичувачі зі змінними дисками, наприклад, пристрої Iomega Zip і Jaz.

Новітні досягнення

Майже за 20 років, що минули з того часу, як жорсткі дискистали звичними компонентами персональних комп'ютерів, їх параметри змінилися радикально. Щоб дати деяке уявлення про те, як далеко зайшов процес удосконалення жорстких дисків, наведемо найяскравіші факти.

Максимальна ємність 5,25-дюймових накопичувачів збільшилася від 10 Мбайт (1982) до 180 Гбайт і більше для 3,5-дюймових накопичувачів половинної висоти (Seagate Barracuda 180). Місткість 2,5-дюймових дисководів з висотою не більше 12,5 мм, які використовуються в портативних комп'ютерах, зросла до 32 Гбайт (IBM Travelstar 32GH). Жорсткі диски об'ємом менше 10 Гбайт у сучасних настільних комп'ютерах практично не використовуються.

Швидкість передачі збільшилася від 85–102 Кбайт/с у комп'ютері IBM XT (1983 рік) до 51,15 Мбайт/с у найбільш швидкодіючих системах (Seagate Cheetah 73LP).

Середній час пошуку (тобто час установки головки на потрібну доріжку) зменшився від 85 мс в комп'ютері IBM XT (1983 рік) до 4,2 мс в одному з найбільш швидкодіючих дисководі (Seagate Cheetah X15).

У 1982 році накопичувач ємністю 10 Мбайт коштував понад 1500 доларів (150 доларів за мегабайт). В даний час вартість жорстких дисків знизилася до половини цента за мегабайт.

Принципи роботи накопичувачів на жорстких дисках

У накопичувачах на жорстких дисках дані записуються і зчитуються універсальними головками читання/записи з поверхні магнітних дисків, що обертаються, розбитих на доріжки і сектори (512 байт кожен), як показано на рис. 5.

У накопичувачах зазвичай встановлюється кілька дисків, і записуються на обох сторонах кожного з них. У більшості накопичувачів є щонайменше два або три диски (що дозволяє виконувати запис на чотирьох або шести сторонах), але є також пристрої, що містять до 11 і більше дисків. Однотипні (однаково розташовані) доріжки на всіх сторонах дисків поєднуються в циліндр (рис. 6). Для кожної сторони диска передбачена своя доріжка читання/запису, але всі головки змонтовані на загальному стрижні, або стійці. Тому головки що неспроможні переміщатися незалежно друг від друга і рухаються лише синхронно.

Жорсткі диски обертаються набагато швидше ніж гнучкі. Частота їх обертання навіть у більшості перших моделей становила 3600 об/хв (тобто в 10 разів більше, ніж у накопичувачі на гнучких дисках) і до останнього часу була майже стандартом для жорстких дисків. Але зараз частота обертання жорстких дисків зросла. Наприклад, у портативному комп'ютері Toshiba диск об'ємом 3,3 Гбайт обертається з частотою 4852 об/хв, але вже існують моделі з частотами 5400, 5600, 6400, 7200, 10000 і навіть 15000 об/хв. Швидкість роботи того чи іншого жорсткого диска залежить від частоти обертання, швидкості переміщення системи головок і кількості секторів на доріжці.

При нормальному роботі жорсткого диска головки читання/запису не торкаються (і не торкаються!) дисків. Але при вимиканні живлення та зупинці дисків вони опускаються на поверхню. Під час роботи пристрою між головкою і поверхнею диска, що обертається, утворюється дуже малий повітряний зазор (повітряна подушка). Якщо в цей зазор потрапить порошинка або станеться струс, головка зіткнеться з диском, що обертається на повному ходу. Якщо удар буде досить сильним, станеться поломка голівки. Наслідки цього можуть бути різними - від втрати кількох байтів даних до виходу з експлуатації всього накопичувача. Тому в більшості накопичувачів поверхні магнітних дисків легують і покривають спеціальними мастилами, що дозволяє пристроям витримувати щоденні злети і приземлення головок, а також серйозніші потрясіння.

Рис. 6. Циліндр накопичувача на жорстких дисках

Доріжки та сектори

Доріжка – це одне “кільце” даних на одній стороні диска. Доріжка запису на диску занадто велика, щоб використовувати її як одиницю зберігання інформації. У багатьох накопичувачах її ємність перевищує 100 тис. байт і відводити такий блок для зберігання невеликого файлу вкрай марнотратно. Тому доріжки на диску розбивають на нумеровані відрізки, які називаються секторами.

Кількість секторів може бути різною залежно від щільності доріжок та типу накопичувача. Наприклад, доріжка гнучких дисків може містити від 8 до 36 секторів, а доріжка жорсткого диска - від 380 до 700. Сектори, що створюються за допомогою стандартних програмформатування мають ємність 512 байт, але не виключено, що в майбутньому ця величина зміниться.

Нумерація секторів на доріжці починається з одиниці, на відміну головок і циліндрів, відлік яких ведеться з нуля. Наприклад, дискета HD (High Density) формату 3,5 дюйми (ємністю 1,44 Мбайт) містить 80 циліндрів, пронумерованих від 0 до 79, в дисководі встановлені дві головки (з номерами 0 і 1), і кожна доріжка циліндра розбита на 18 секторів (1-18).

При форматуванні диска на початку та в кінці кожного сектора створюються додаткові області для запису їх номерів, а також іншої службової інформації, завдяки якій контролер ідентифікує початок і кінець сектора. Це дозволяє відрізняти неформатовану та форматовану ємність диска. Після форматування ємність диска зменшується, і з цим доводиться миритись, оскільки для забезпечення нормальної роботи накопичувача деякий простір на диску має бути зарезервований для службової інформації.

На початку кожного сектора записується його заголовок (або префікс - prefix portion), яким визначається початок і номер сектора, а наприкінці - висновок (або суфікс - suffix portion), в якому знаходиться контрольна сума(Checksum), необхідна для перевірки цілісності даних. У більшості нових дисководів замість заголовка використовується так званий запис No-ID, що містить більший обсяг даних. Крім зазначених областей службової інформації, кожен сектор містить область даних ємністю 512 байт.

Для наочності уявіть, що сектори – це сторінки у книзі. На кожній сторінці міститься текст, але їм заповнюється не весь простір сторінки, оскільки має поля (верхнє, нижнє, праве і ліве). На полях міститься службова інформація, наприклад назви розділів (у нашій аналогії це буде відповідати номерам доріжок та циліндрів) та номери сторінок (що відповідає номерам секторів). Області на диску, аналогічні полям на сторінці, створюються під час форматування диска; тоді в них записується і службова інформація. Крім того, під час форматування диска області даних кожного сектора заповнюються фіктивними значеннями. Відформатувавши диск, можна записувати інформацію в області даних звичайним чином. Інформація, яка міститься у заголовках та висновках сектора, не змінюється під час звичайних операцій запису даних. Змінити її можна лише переформатувавши диск.

Форматування дисків

Розрізняють два види форматування диска:

• фізичне або форматування низького рівня;
• логічне, або форматування високого рівня.

При форматуванні гнучких дисків за допомогою програми Explorer Windows 9x або команди DOS FORMAT виконуються обидві операції, але для жорстких дисків ці операції слід виконувати окремо. Більше того, для жорсткого диска існує третій етап, що виконується між двома вказаними операціями форматування, - розбивка диска на розділи. Створення розділів абсолютно необхідне в тому випадку, якщо ви плануєте використовувати на одному комп'ютері кілька операційних систем. Фізичне форматування завжди виконується однаково, незалежно від властивостей операційної системи та параметрів форматування високого рівня (які можуть бути різними для різних операційних систем). Це дозволяє поєднувати декілька операційних систем на одному жорсткому диску.

При організації кількох розділів однією накопичувачі кожен із новачків може використовуватися до роботи під управлінням своєї операційної системи чи представляти окремий том (volume), чи логічний диск (logical drive). Том, або логічний диск, - це те, чому система надає буквене позначення.

Таким чином, форматування жорсткогодиск виконується в три етапи.

1. Форматування низького рівня.
2. Організація розділів на диску.
3. Форматування найвищого рівня.

Форматування низького рівня

Під час форматування низького рівня доріжки диски розбиваються на сектори. При цьому записуються заголовки та укладання секторів (префікси та суфікси), а також формуються інтервали між секторами та доріжками. Область даних кожного сектора заповнюється фіктивними значеннями або спеціальними наборами тестових даних. У накопичувачах на гнучких дисках кількість секторів на доріжці визначається типом дискети та дисководу; кількість секторів на доріжці жорсткого диска залежить від інтерфейсу накопичувача та контролера.

Практично у всіх накопичувачах IDE та SCSI використовується так званий зонний запис зі змінною кількістю секторів на доріжці. Доріжки, більш віддалені від центру, отже, і довші, містять більше секторів, ніж близькі до центру. Один із способів підвищення ємності жорсткого диска полягає у поділі зовнішніх циліндрів на більшу кількість секторів у порівнянні з внутрішніми циліндрами. Теоретично зовнішні циліндри можуть містити більше даних, оскільки мають більшу довжину кола. Однак у накопичувачах, що не використовують метод зонного запису, всі циліндри містять однакову кількість даних, незважаючи на те, що довжина кола зовнішніх циліндрів може бути вдвічі більшою, ніж внутрішніх. В результаті втрачається простір зовнішніх доріжок, оскільки він використовується вкрай неефективно (рис. 7).

При зонному записі циліндри розбиваються на групи, які називаються зонами, причому в міру просування до зовнішнього краю диска доріжки розбиваються все більше секторів. У всіх циліндрах, що належать до однієї зони, кількість секторів на доріжках однакова. Можлива кількість зон залежить від типу накопичувача; у більшості пристроїв їх буває 10 і більше (рис. 8).

Рис. 7. Стандартний запис: кількість секторів однакова на всіх доріжках Рис. 8. Зонний запис: кількість секторів на доріжках змінюється в міру переміщення від центру диска

Ще одна властивість зонного запису полягає в тому, що швидкість обміну даними з накопичувачем може змінюватись і залежить від зони, в якій в конкретний момент розташовуються головки. Відбувається це тому, що секторів у зовнішніх зонах більше, а кутова швидкість обертання диска постійна (тобто лінійна швидкість переміщення секторів щодо голівки при зчитуванні та запису даних на зовнішніх доріжках виявляється вищою, ніж на внутрішніх).

Організація розділів на диску

При розбивці диска на області, які називають розділами, у кожній з них може бути створена файлова система, що відповідає певній операційній системі. Сьогодні в роботі операційних систем найчастіше використовують три файлові системи.

FAT (File Allocation Table – таблиця розміщення файлів). Це стандартна файлова система для DOS, Windows 9х та Windows NT. У розділах FAT під DOS допустима довжина імен файлів - 11 символів (8 символів власне імені та 3 символи розширення), а обсяг тома (логічного диска) - до 2 Гбайт. Під Windows 9х і Windows NT 4.0 та вище допустима довжина імен файлів – 255 символів.

FAT32 (File Allocation Table, 32-bit - 32-розрядна таблиця розміщення файлів). Використовується з Windows 95 OSR2 (OEM Service Release 2), Windows 98 і Windows 2000. У таблицях FAT 32 осередків розміщення відповідають 32-розрядні числа. За такої файлової структури обсяг тома (логічного диска) може досягати 2 Тбайт (2048 Гбайт).

NTFS (Windows NT File System - файлова система Windows NT). Доступна лише в операційній системі Windows NT/2000. Довжина імен файлів може досягати 256 символів, а розмір розділу (теоретично) – 16 Ебайт (16Ч1018 байт). NTFS забезпечує додаткові можливості, які не надаються іншими файловими системами, наприклад засоби безпеки.

Найбільшого поширення наразі набула файлова система FAT, оскільки саме вона підтримується більшістю існуючих операційних систем.

Створення розділів на диску виконується за допомогою програми FDISK, що поставляється з операційною системою, використовуючи яку можна вибрати (як у мегабайтах, так і у відсотковому виразі) розмір основного та додаткового розділів. Жорстких вказівок щодо створення розділів на диску не існує - необхідно враховувати обсяг диска, а також операційну систему, що встановлюється.

Після створення розділів необхідно виконати форматування високого рівня за допомогою операційної системи.

Форматування високого рівня

При форматуванні високого рівня операційна система (Windows 9х, Windows NT чи DOS) створює структури для роботи з файлами та даними. Кожен розділ (логічний диск) заноситься завантажувальний сектор тома (Volume Boot Sector - VBS), дві копії таблиці розміщення файлів (FAT) і кореневий каталог (Root Directory). За допомогою цих структур даних операційна система розподіляє дисковий простір, відстежує розташування файлів і навіть "обходить", щоб уникнути проблем, дефектні ділянки на диску.

По суті, форматування високого рівня - це не так форматування, як створення змісту диска і таблиці розміщення файлів. Справжнє форматування – це форматування низького рівня, при якому диск розбивається на доріжки та сектори. За допомогою DOS-команди FORMAT для гнучкого диска здійснюються відразу обидва типи форматування, а для жорсткого - тільки форматування високого рівня. Щоб виконати низькорівневе форматування жорсткого диска, потрібна спеціальна програма, яка зазвичай надається виробником диска.

Основні вузли накопичувачів на жорстких дисках

існує багато різних типівнакопичувачів на жорстких дисках, але практично всі вони складаються з тих самих основних вузлів. Конструкції цих вузлів і якість матеріалів можуть бути різними, але основні їх робочі характеристики і принципи функціонування однакові. До основних елементів конструкції типового накопичувача на жорсткому диску (рис. 9) належать такі:

• диски;
• головки читання/запису;
• механізм приводу головок;
• двигун приводу дисків;
• друкована плата із схемами управління;
• кабелі та роз'єми;
• елементи конфігурації (перемички та перемикачі).

Диски, двигун приводу дисків, головки та механізм приводу головок зазвичай розміщуються у герметичному корпусі, який називається HDA (Head Disk Assembly – блок головок та дисків). Зазвичай цей блок сприймається як єдиний вузол; його майже ніколи не розкривають. Інші вузли, що не входять до блоку HDA (друкована плата, лицьова панель, елементи конфігурації та монтажні деталі) є знімними.

Диски

Зазвичай накопичувач містить один або кілька магнітних дисків. За минулі роки встановлено низку стандартних розмірів накопичувачів, які визначаються в основному розмірами дисків, а саме:

• 5,25 дюйма (насправді – 130 мм, або 5,12 дюйма);
• 3,5 дюйми (насправді - 95 мм, або 3,74 дюйми);
• 2,5 дюйми (насправді - 65 мм, або 2,56 дюйми);
  • 1 дюйм (насправді – 34 мм, або 1,33 дюйма).

Існують також накопичувачі з дисками великих розмірів, наприклад, 8 дюймів, 14 дюймів і навіть більше, але, як правило, ці пристрої в персональних комп'ютерах не використовуються. Зараз у настільних та деяких портативних моделях найчастіше встановлюються накопичувачі формату 3,5 дюйми, а малогабаритні пристрої (формату 2,5 дюйми і менше) – у портативних системах.

У більшості накопичувачів встановлюється щонайменше два диски, хоча в деяких малих моделях буває і по одному. Кількість дисків обмежується фізичними розмірами накопичувача, саме висотою його корпусу. Найбільша кількість дисків у накопичувачах формату 3,5 дюйми дорівнює 11.

Робочий шар диска

Незалежно від того, який матеріал використовується як основа диска, він покривається тонким шаром речовини, здатної зберігати залишкову намагніченість після впливу зовнішнього магнітного поля. Цей шар називається робітником або магнітним, і саме в ньому зберігається записана інформація. Найпоширенішими є два типи робочого шару:

• оксидний;
• тонкоплівковий.

Оксидний шар є полімерним покриттям з наповнювачем з окису заліза.

Тонкоплівковий робочий шар має меншу товщину, він міцніший, і якість його покриття набагато вища. Ця технологія лягла в основу виробництва накопичувачів нового покоління, в яких вдалося суттєво зменшити величину зазору між головками та поверхнями дисків, що дозволило підвищити густину запису.

Тонкоплівковий гальванізований робочий шар отримують шляхом електролізу. Це відбувається майже так само, як і при хромуванні бампера автомобіля. Алюмінієву підкладку диска послідовно занурюють у ванни з різними розчинами, у результаті вона покривається кількома шарами металевої плівки. Робочим шаром служить шар із сплаву кобальту завтовшки всього близько 1 мікродюйма (приблизно 0,025 мкм).

Головки читання/запису

У накопичувачах на жорстких дисках кожної зі сторін кожного диска передбачена власна головка читання/записи. Усі головки змонтовані на загальному рухомому каркасі та переміщуються одночасно.

На рис. 10 показана стандартна конструкція механізму приводу головок з рухомою котушкою.

Коли накопичувач вимкнено, головки торкаються дисків під дією пружин. При розкручуванні дисків аеродинамічний тиск під головками підвищується і вони відриваються від робочих поверхонь (злітають). Коли диск обертається на повній швидкості, проміжок між ним і головками може становити 0,5-5 мікродюймів (0,01-0,5 мкм) і навіть більше.

Рис. 10. Головки читання/запису та поворотний привід з рухомою котушкою

Механізми приводу головок

Мабуть, ще важливішою деталлю накопичувача, ніж самі головки, є механізм, який встановлює їх у потрібне положення і називається приводом головок. Саме з його допомогою головки переміщаються від центру до країв диска та встановлюються на заданий циліндр. Існує багато конструкцій механізмів приводу головок, але їх можна розділити на два основні типи:

• з кроковим двигуном;
• з рухомою котушкою.

Тип приводу багато в чому визначає швидкодію та надійність накопичувача, достовірність зчитування даних, його температурну стабільність, чутливість до вибору робочого стану та вібрацій. Скажімо відразу, що накопичувачі з приводами на основі крокових двигунів набагато менш надійні, ніж пристрої з приводами рухомих котушок.

Привід із кроковим двигуном

Кроковий двигун - це електродвигун, ротор якого може повертатися лише східчасто, тобто. на чітко визначений кут. Якщо покрутити його вал вручну, то можна почути тихі клацання (або тріск при швидкому обертанні), які виникають щоразу, коли ротор проходить чергове фіксоване положення.

Привід із рухомою котушкою

Привід із рухомою котушкою використовується практично у всіх сучасних накопичувачах. На відміну від систем з кроковими двигунами, в яких переміщення головок здійснюється наосліп, у приводі з рухомою котушкою використовується сигнал зворотного зв'язку, щоб можна було точно визначити положення головок щодо доріжок та скоригувати їх у разі потреби. Така система дозволяє забезпечити більш високу швидкодію, точність та надійність, ніж традиційний привід із кроковим двигуном.

Привід із рухомою котушкою працює за принципом електромагнетизму. Механізми приводу головок із рухомою котушкою бувають двох типів:

• лінійний;
• поворотний.

Ці типи відрізняються лише фізичним розташуванням магнітів та котушок.

Лінійний привід переміщує головки прямою, строго вздовж лінії радіуса диска. Котушки розташовуються у зазорах постійних магнітів. Головне достоїнство лінійного приводу у тому, що з його використанні виникають азимутальные похибки, характерні поворотного приводу. (Під азимутом розуміється кут між площиною робочого зазору головки та напрямком доріжки запису.) При переміщенні з одного циліндра на інший головки не повертаються та їх азимут не змінюється.

Однак лінійний привід має істотний недолік: його конструкція надто потужна. Щоб підвищити продуктивність накопичувача, потрібно знизити масу приводного механізму та самих головок. Чим легший механізм, тим із більшими прискореннями він може переміщатися з одного циліндра на інший. Лінійні приводи набагато важчі за поворотні, тому в сучасних накопичувачах вони не використовуються.

Поворотний привід працює за тим самим принципом, що й лінійний, але в ньому до рухомої котушки кріпляться кінці важелів головок. Під час руху котушки щодо постійного магніту важелі переміщення головок повертаються, пересуваючи головки до осі або країв дисків. Завдяки невеликій масі така конструкція може рухатися з великими прискореннями, що дозволяє значно скоротити час доступу до даних. Швидкому переміщенню головок сприяє і те що, що плечі важелів робляться різними: те, у якому змонтовані головки, має велику довжину.

До недоліків цього приводу слід віднести те, що головки при переміщенні від зовнішніх циліндрів до внутрішніх повертаються кут між площиною магнітного зазору головки і напрямом доріжки змінюється. Саме тому ширина робочої зони диска (зони, в якій розташовуються доріжки) виявляється часто обмеженою (для того, щоб неминуче виникаючі азимутальні похибки залишалися в допустимих межах). В даний час поворотний привід використовується майже у всіх накопичувачах з рухомою котушкою.

Автоматичне паркування головок

У разі вимкнення живлення важелі з головками опускаються на поверхні дисків. Накопичувачі здатні витримати тисячі "зльотів" та "посадок" головок, але бажано, щоб вони відбувалися на спеціально призначених для цього ділянках поверхні дисків, на яких не записуються дані. При цих зльотах і посадках відбувається зношування (абразія) робочого шару, так як з-під головок вилітають "клуби пилу", що складаються з частинок робочого шару носія; якщо під час зльоту чи посадки відбудеться струс накопичувача, то ймовірність пошкодження головок і дисків істотно зросте.

Однією з переваг приводу з рухомою котушкою є автоматичне паркування головок. Коли живлення увімкнено, головки позиціонуються і утримуються в робочому положенні за рахунок взаємодії магнітних полів рухомої котушки та постійного магніту. При вимиканні живлення поле, що утримує головки над конкретним циліндром, зникає, і вони починають безконтрольно ковзати по поверхнях дисків, що ще не зупинилися, що може стати причиною пошкоджень. Для того щоб запобігти можливим пошкодженням накопичувача, поворотний блок головок приєднується до зворотної пружини. Коли комп'ютер увімкнено, магнітна взаємодія зазвичай перевершує пружність пружини. Але при відключенні живлення головки під впливом пружини переміщуються до зони паркування до того, як диски зупиняться. У міру зменшення частоти обертання дисків головки з характерним потріскуванням "приземляються" саме у цій зоні. Таким чином, щоб у накопичувачах із приводом від рухомої котушки привести в дію механізм паркування головок, досить просто вимкнути комп'ютер; ніякі спеціальні програмидля цього не потрібні. У разі раптового зникнення живлення голівки паркуються автоматично.

Двигун приводу дисків

Двигун, що призводить до обертання дисків, часто називають шпиндельним (spindle). Шпиндельний двигун завжди пов'язаний із віссю обертання дисків, ніякі приводні ремені або шестерні для цього не використовуються. Двигун повинен бути безшумним: будь-які вібрації передаються дискам і можуть призвести до помилок під час зчитування та запису.

Частота обертання двигуна має бути строго визначеною. Зазвичай вона коливається від 3600 до 7200 об/хв або більше, а для її стабілізації використовується схема управління двигуном з зворотним зв'язком(автопідстроювання), що дозволяє досягти високої точності.

Плата керування

У кожному накопичувачі, у тому числі і на жорстких дисках, є хоч одна плата. На ній монтуються електронні схеми для керування шпиндельним двигуном та приводом головок, а також для обміну даними з контролером (представленими у заздалегідь обумовленій формі). У накопичувачах IDE контролер встановлюється безпосередньо у накопичувачі, а SCSI необхідно використовувати додаткову плату розширення.

Кабелі та роз'єми накопичувачів

У більшості накопичувачів на жорстких дисках передбачено кілька інтерфейсних роз'ємів для підключення до системи, подачі живлення, а іноді для заземлення корпусу. У більшості накопичувачів є щонайменше три типи роз'ємів:

• інтерфейсний роз'єм (або рознімання);
• роз'єм живлення;

Найбільше значення мають інтерфейсні роз'єми, тому що через них передаються дані та команди в накопичувач та назад. Багато стандартів інтерфейсів передбачають підключення кількох накопичувачів до одного кабелю (шині). Звісно, ​​у разі їх має бути щонайменше двох; в інтерфейс SCSIдопускається підключення до семи накопичувачів одного кабелю (Wide SCSI-2 підтримує до 15 пристроїв). У деяких стандартах (наприклад, ST-506/412 або ESDI) для даних і керуючих сигналів передбачені окремі роз'єми, тому накопичувач і контролер з'єднуються двома кабелями, проте більшість сучасних пристроїв ISE і SCSI підключаються за допомогою одного кабелю.

Роз'єм живлення накопичувачів на жорстких дисках зазвичай такі ж, як і у дисководів для гнучких дисків. У більшості накопичувачів використовуються дві напруги живлення (5 і 12 В), але малогабаритним моделям, розробленим для портативних комп'ютерів, Досить напруги 5 В.

Характеристики накопичувачів на жорстких дисках

Якщо ви зібралися купувати новий накопичувач або просто хочете розібратися, які відмінності між пристроями різних сімейств, порівняйте їх параметри. Нижче наведено критерії, за якими зазвичай оцінюють якість жорстких дисків.

• Надійність.
• Швидкодія.
• Протиударна підвіска.
• Вартість.

Надійність

В описах накопичувачів можна зустріти такий параметр, як середньостатистичний час між збоями (Mean Time Between Failures - MTBF), який зазвичай коливається від 20 до 500 тис. годин і більше. Я ніколи не звертаю уваги на ці цифри, оскільки вони є суто теоретичними.

S.M.A.R.T. (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology – технологія самотестування, аналізу та звітності) – це новий промисловий стандарт, що описує методи передбачення появи помилок жорсткого диска. При активізації системи S.M.A.R.T. жорсткий диск починає відслідковувати певні параметри, які чутливі до несправностей накопичувача або вказують на них. Внаслідок такого відстеження можна передбачити збої в роботі накопичувача.

Швидкодія

Важливим параметром накопичувача на жорсткому диску є швидкодія. Цей параметр для різних моделейможе змінюватись у широких межах. І як це часто буває, найкращим показником швидкодії накопичувача є його ціна. Швидкодія накопичувача можна оцінити за двома параметрами:

• середньостатистичний час пошуку (average seek time);
• швидкості передачі (data transfer rate).

Під середньостатистичним часом пошуку, що вимірюється в мілісекундах, мається на увазі середній час переміщення головок з одного циліндра на інший (причому відстань між цими циліндрами може бути довільною). Виміряти цей параметр можна, виконавши досить багато операцій пошуку випадково вибраних доріжок, а потім розділивши загальний час, витрачений на цю процедуру, кількість скоєних операцій. В результаті буде отримано середній час одноразового пошуку.

Вартість

Останнім часом "питома вартість" накопичувачів на жорстких дисках впала до 2 центів за мегабайт (і навіть нижче). Вартість накопичувачів продовжує знижуватись, і через деякий час вам здасться, що навіть півцента за мегабайт – це дуже дорого. Саме через зниження цін накопичувачі ємністю менше ніж 1 Гбайт зараз практично не випускаються, а оптимальним вибором буде диск ємністю понад 10 Гбайт.

• неформатована ємність у мільйонах байтів;
• форматована ємність у мільйонах байтів;
• неформатована ємність у мегабайтах (Мбайт);
• форматована ємність у мегабайтах (Мбайт).

Запитання для самоконтролю

1. Що являє собою гнучкий диск?
2. У чому полягає суть магнітного кодування двійкової інформації?
3. Як працюють накопичувачі на гнучких магнітних дисках та накопичувачі на жорстких магнітних дисках?
4. Які переваги та недоліки накопичувачів на компакт-дисках?

Гребенюк О.І., Гребенюк Н.О. Технічні засоби інформатизації видавничий дім "Академія"-Москва, 2007 /стр.51-82/

Доповідь з фізики

по темі:

“Магнітний запис.

Магнітні носії інформації”

Технологія запису інформації на магнітні носії з'явилася порівняно недавно - приблизно в середині 20-го століття (40-ті - 50-ті роки). Але вже через кілька десятиліть - 60-ті - 70-ті роки - ця технологія стала дуже поширеною в усьому світі.

Дуже давно з'явилася на світ перша грам-пластинка. Яка використовувалася як носій різних звукових даних - неї записували різні музичні мелодії, мова людини, пісні.

Сама технологія запису на платівки була досить простою. За допомогою спеціального апарату в спеціальному м'якому матеріалі, вінілі, робилися засічки, ямки, смужки. І з цього виходила пластинка, яку можна було прослухати за допомогою спеціального апарату – патифона чи програвача. Патіфон складався з: механізму, що обертає платівку навколо своєї осі, голки і трубки.

Приводився в дію механізм, що обертає платівку, і ставилася голка на платівку. Голка плавно пливла по канавках, прорубаним у платівці, видаючи при цьому різні звуки - залежно від глибини канавки, її ширини, нахилу і т.д., використовуючи явище резонансу. А потім труба, що знаходилася біля самої голки, посилювала звук, що “висікається” голкою. (Рис. 1)

Майже така сама система і використовується в сучасних (та й використовувалася раніше теж) пристроях зчитування магнітного запису. Функції складових частин залишилися колишніми, тільки змінилися самі складові частини - замість вінілових пластинок тепер використовуються стрічки з напиленим на них зверху шаром магнітних частинок; а замість голки - спеціальний пристрій для зчитування. А трубка, що підсилює звук, зникла зовсім, і на її місце прийшли динаміки, які вже використовують нову технологію відтворення і посилення звукових коливань. А в деяких галузях, у яких застосовуються магнітні носії (наприклад, у комп'ютерах) зникла необхідність використання таких трубок.

Магнітна стрічка складається зі смужки щільної речовини, на яку напилюється шар феромагнетиків. Саме на цей шар "запам'ятовується" інформація.

Процес запису також схожий на процес запису на вінілові пластинки - за допомогою магнітної індукційної суміші спеціального апарату.

На головку подається струм, який приводить у дію магніт. Запис звуку на плівку відбувається завдяки впливу електромагніту на плівку. Магнітне поле магніту змінюється в такт зі звуковими коливаннями, і завдяки цьому маленькі магнітні частинки (домени) починають змінювати своє місце розташування на поверхні плівки в певному порядку, залежно від впливу на них магнітного поля, створюваного електромагнітом.

А при відтворенні запису спостерігається процес зворотного запису: намагнічена стрічка збуджує в магнітній головці електричні сигнали, які після посилення надходять далі в динамік. (Рис. 2)

Дані, що використовуються в комп'ютерної техніки, записуються на магнітні носії так само, з тією різницею, що для даних потрібно менше місця на плівці, ніж для звуку. Просто вся інформація, що записується на магнітний носій у комп'ютерах, записується в двійковій системі - якщо при читанні з носія головка "відчуває" знаходження під собою домену, то це означає, що значення даної частинки даних дорівнює "1", якщо не "відчуває", то значення - "0". А далі вже система комп'ютера перетворює дані, записані в двійковій системі, більш зрозумілу для людини систему.

Зараз у світі є безліч різних типів магнітних носіїв: дискети для комп'ютерів, аудіо- та відеокасети, бабині стрічки, жорсткі диски всередині комп'ютерів і т.д.

Але поступово відкриваються нові закони фізики, і разом із ними – нові можливості запису інформації. Вже кілька десятиліть тому з'явилося безліч носіїв інформації, що базуються на новій технології - зчитування інформації за допомогою лінз та лазерного променя. Але все одно технологія магнітного запису проіснує ще досить довго через свою зручність у використанні.

Що було відомо першій людині? Як вбити мамонта, бізона чи зловити кабана. В епоху палеоліту вистачало стін у печері, щоби зафіксувати все вивчене. Печерна база даних цілком помістилася б на скромну флешку розміром мегабайт. За 200000 років свого існування ми дізналися про геном африканської жаби, нейронні мережі і більше не малюємо на скелях. Нині ми маємо диски, хмарні сховища. А також інші види носіїв інформації, які здатні зберегти на одному чіпсеті всю бібліотеку МДУ.

Що таке носій інформації

Носій інформації - це фізичний об'єкт, властивості та характеристики якого використовуються для запису та зберігання даних. Прикладами носіїв інформації є плівки, компактні оптичні диски, карти, магнітні диски, папір та ДНК. Носії інформації розрізняються за принципом здійснення запису:

• друкована чи хімічна з нанесенням фарби: книги, журнали, газети;
• магнітна: HDD, дискети;
• оптична: CD, Blu-ray;
• електронна: флешки, твердотільні накопичувачі.

Класифікуються сховища даних формою сигналу:

• аналогові, що використовують для запису безперервний сигнал: аудіо компакт-касети та бобіни для магнітофонів;
• цифрові – з дискретним сигналом у вигляді послідовності чисел: дискети, флешки.

Перші носії інформації

Історія запису та зберігання даних почалася 40 тисяч років тому, коли Homo sapiens прийшла ідея робити ескізи на стінах свого житла. Перша наскальна творчість знаходиться у печері Шове на півдні сучасної Франції. Галерея містить 435 малюнків, що зображають левів, носорогів та інших представників фауни пізнього палеоліту.

На зміну Оріньякській культурі в бронзовому столітті виник новий вид носіїв інформації - туппу́м. Девайс був пластиною з глини і нагадував сучасний планшет. На поверхню за допомогою очеретяної палички – стілусу – наносилися записи. Щоб праця не розмила дощем, туппуми обпалювалися. Усі таблички з стародавньою документацією ретельно сортувалися та зберігалися у спеціальних дерев'яних ящиках.

У Британському музеї є туппум, що містить інформацію про фінансову угоду, що відбулася в Месопотамії за правління царя Ассурбаніпалу. Офіцер зі почту принца підтверджував продаж рабині Арбели. Табличка містить його іменний друк та запис про хід операції.

Кіпу та папірус

З ІІІ тисячоліття до нашої ери в Єгипті починають використовувати папірус. Запис даних відбувається на листи, виготовлені із стебел рослини papyrus. Портативний та легкий вигляд носіїв інформації швидко витіснив свою глиняну попередницю. На папірусі пишуть не лише єгиптяни, а й греки, римляни, візантійці. У Європі матеріал використовували до XII ст. Останній документ, написаний на папірусі, – папський декрет 1057 року.

Одночасно з стародавніми єгиптянами, на протилежному кінці планети інки винаходять стос, або «вузлики, що говорять». Інформація фіксувалася за допомогою зав'язування вузлів на нитках прядильних. Кіпу зберігали дані про податкові збори, чисельність населення. Імовірно використовувалась нечислова інформація, але вченим її треба розгадати.

Папір та перфокарти

З XII до середини XX століття основним сховищем даних був папір. Її використовували для створення друкованих та рукописних видань, книг, засобів мас-медіа. В 1808 з картону почали робити перфокарти - перші цифрові носії інформації. Представляли собою листи картону з виконаними в певної послідовностіотворами. На відміну від книг та газет, перфокарти зчитувалися машинами, а не людьми.

Винахід належить американському інженеру з німецьким корінням Герману Холлеріту. Вперше автор застосував своє дітище для складання статистики смертності та народжуваності у Нью-Йоркській Раді охорони здоров'я. Після пробних спроб перфокарти використовували для перепису населення США в 1890 році.

Але сама ідея робити дірки в папері, щоб записувати інформацію, була далеко не новою. Ще в 1800 році перфокарти впровадив француз Джозеф-Марі Жаккард для управління ткацьким верстатом. Тому технологічний прорив полягав у створенні Холлерита не перфокарт, а табуляційної машини. Це був перший крок на шляху до автоматичного зчитування та обчислення інформації. Компанія TMC Германа Холлеріта з виробництва табуляційних машин у 1924 році була перейменована на IBM.

OMR-картки

Є аркушами щільного паперу з інформацією, записаною людиною у вигляді оптичних міток. Сканер розпізнає мітки та обробляє дані. OMR-картки використовують для складання опитувальників, тестів з опціональним вибором, бюлетенів та форм, які необхідно заповнювати вручну.

Технологія ґрунтується на принципі складання перфокарт. Але машина зчитує не наскрізні отвори, а опуклості або оптичні мітки. Похибка обчислень становить менше 1%, тому OMR-технологію продовжують використовувати державні установи, екзаменаційні органи, лотереї та букмекерські контори.

Перфострічка

Цифровий носій інформації у вигляді довгої паперової смужки з отворами. Перфоровані стрічки були вперше використані Базилом Бушоном у 1725 році для управління ткацьким верстатом та механізування відбору ниток. Але стрічки були дуже крихкими, легко рвалися і дорого коштували. Тож їх замінили на перфокарти.

З кінця XIX століття перфострічка отримала широке застосування в телеграфії, для введення даних в комп'ютери 1950-1960 років і як носії для міні-комп'ютерів і верстатів з ЧПУ. Зараз бобіни з намотаною перфострічкою стали анахронізмом і канули в Лету. На зміну паперовим носіям прийшли потужніші та об'ємні сховища даних.

Магнітна стрічка

Дебют магнітної стрічки як комп'ютерний носій інформації відбувся в 1952 році для машини UNIVAC I. Але сама технологія з'явилася набагато раніше. У 1894 році датський інженер Вольдемар Поульсен виявив принцип магнітного запису, працюючи механіком у Копенгагенській телеграфній компанії. 1898 року вчений втілив ідею в апараті під назвою "телеграфон".

Сталевий дріт проходил між двома полюсами електромагніту. Запис інформації на носій здійснювався у вигляді нерівномірного намагнічування коливань електричного сигналу. Вольдемар Поульсен запатентував свій винахід. На Всесвітній виставці 1900 року в Парижі він мав честь записати голос імператора Франца Йосипа на свій девайс. Експонат з першим магнітним звукозаписом досі зберігається в Датському музеї науки та техніки.

Коли патент Поульсена минув, Німеччина зайнялася покращенням магнітного запису. У 1930 році сталевий дріт був замінений гнучкою стрічкою. Рішення використовувати магнітні смуги належить австрійсько-німецькому розробнику Фріцу Пфлеймеру. Інженер придумав покривати тонкий папір порошком оксиду заліза та здійснювати запис за допомогою намагнічування. З використанням магнітної плівки було створено компакт-касети, відеокасети та сучасні носії інформації для персональних комп'ютерів.

HDD-диски

Вінчестер, HDD або жорсткий диск - це апаратний пристрій з незалежною пам'яттю, що означає повне збереження інформації, навіть при відключеному живленні. Є вторинним пристроєм, що складається з однієї або декількох пластин, на які записуються дані з використанням магнітної головки. HDD знаходяться всередині системного блокуу відсіку дисководів. Підключаються до материнської платиза допомогою кабелю ATA, SCSI або SATA та до блоку живлення.

Перший жорсткий диск був розроблений американською компанією IBM у 1956 році. Технологію застосували як новий вид носіїв інформації для комерційного комп'ютера IBM 350 RAMAC. Абревіатура розшифровується як «метод випадкового доступу до обліку та контролю».

Щоб вмістити девайс у себе вдома, знадобилася б ціла кімната. Усередині диска було 50 алюмінієвих пластин по 61 см у діаметрі та 2,5 см шириною. Розмір системи зберігання даних прирівнювався до двох холодильників. Його вага становила 900 кг. Місткість RAMAC була лише 5МБ. Смішні цифри на сьогоднішній день. Але 60 років тому це розцінювалося як технологія завтрашнього дня. Після анонсування розробки щоденна газета міста Сан Хосе випустила репортаж під назвою «Машина з суперпам'яттю!».

Розміри та можливості сучасних HDD

Жорсткий диск – комп'ютерний носій інформації. Використовується для зберігання даних, включаючи зображення, музику, відео, текстові документита будь-які створені чи завантажені матеріали. Крім того, містять файли для операційної системи та програмного забезпечення.

Перші вінчестери містили до кількох десятків Мбайт. Технологія, що постійно розвивається, дозволяє сучасним HDD зберігати терабайти інформації. Це близько 400 фільмів із середнім розширенням, 80 000 пісень у mp3-форматі або 70 комп'ютерних рольових ігор, аналогічних «Скайрім», на одному пристрої.

Дискета

Floppy, або гнучкий магнітний диск - носій інформації, створений IBM в 1967 році як альтернатива HDD. Дискети коштували дешевше за вінчестери і призначалися для зберігання електронних даних. На ранніх комп'ютерах не було CD-ROM чи USB. Гнучкі диски були єдиним способом встановлення нової програми або резервного копіювання.

Місткість кожної 3,5-дюймової дискети була до 1,44 Мбайт, коли одна програма «важила» не менше півтора мегабайта. Тому версія Windows 95 з'явилася одразу на 13 дискетах DMF. Floppy disk на 2,88 Мбайт з'явився лише 1987 року. Проіснував цей електронний носій інформації до 2011 року. У сучасній комплектації комп'ютерів відсутні флоппі-дисководи.

Оптичні носії

З появою квантового генератора почалася популяризація оптичних пристроїв. Запис здійснюється лазером, а дані зчитуються за рахунок оптичного випромінювання. Приклади носіїв інформації:

• Blu-ray диски;
• CD-ROM диски;
• DVD-R, DVD+R, DVD-RW та DVD+RW.

Пристрій є диском, покритим шаром полікарбонату. На поверхні знаходяться мікропоглиблення, які зчитуються лазером під час сканування. Перший комерційний лазерний диск з'явився на ринку в 1978 році, а в 1982 японська компанія SONY і Philips випустили в продаж компакт-диски. Їхній діаметр становив 12 см, а роздільна здатність була збільшена до 16 біт.

Електронні носії формату CD використовувалися виключно для відтворення звукового запису. Але на той час це була передова технологія, за яку в 2009 Royal Philips Electronics отримала нагороду IEEE. А в січні 2015 року CD було нагороджено як найціннішу інновацію.

У 1995 році з'явилися універсальні цифрові диски або DVD, що стали оптичними носіями нового покоління. Для їхнього створення використовувалася технологія іншого типу. Замість червоного лазера DVD використовує більш коротке інфрачервоне світло, що збільшує обсяг носія інформації. Двошарові DVD-диски здатні зберігати до 8,5 Гбайта даних.

Flash-пам'ять

Флеш-пам'ять - це інтегральна мікросхема, яка вимагає постійної потужності для збереження даних. Інакше кажучи, це енергонезалежна напівпровідникова комп'ютерна пам'ять. Запам'ятовувачі з флеш-пам'яттю поступово завойовують ринок, витісняючи магнітні носії.

Переваги Flash-технології:

• компактність та мобільність;
• великий обсяг;
• висока швидкість роботи;
• низьке енергоспоживання.

До запам'ятовуючих пристроїв Flash типу відносять:

• USB флешки. Це найпростіший і найдешевший носій інформації. Використовується для багаторазового запису, зберігання та передачі даних. Розміри варіюються від 2 Гбайт до 1 Тбайт. Містить мікросхему пам'яті у пластиковому або алюмінієвому корпусі з USB-роз'ємом.
• Карти пам'яті. Розроблено для зберігання даних на телефонах, планшетах, цифрових фотоапаратах та інших електронних девайсах. Відрізняються розміром, сумісністю та обсягом.
• SSD. Твердотільний накопичувач з енергонезалежною пам'яттю. Це альтернатива стандартному жорсткому диску. Але на відміну від вінчестерів у SSD немає магнітної головки, що рухається. За рахунок цього вони забезпечують швидкий доступдо даних, що не видають скрипів, як HDD. З недоліків – висока ціна.

Хмарні сховища

Хмарні онлайн-сховища - це сучасні носії інформації, які є мережею з потужних серверів. Вся інформація зберігається віддалено. Кожен користувач може отримувати доступ до даних у будь-який час і з будь-якої точки світу. Брак повної залежності від інтернету. Якщо у вас немає підключення до мережі або Wi-Fi, доступ до даних закрито.

Хмарні сховища набагато дешевші від своїх фізичних аналогів і мають великий обсяг. Технологія активно використовується в корпоративному та освітньому середовищі, розробці та проектуванні веб-додатків комп'ютерного софту. На хмарі можна зберігати будь-які файли, програми, резервні копіївикористовувати їх як середовище розробки.

З усіх перелічених видів носіїв інформації найперспективнішими є хмарні сховища. Також все більше користувачів ПК переходять із магнітних жорстких дисків на твердотільні накопичувачі та носії з Flash-пам'яттю. Розвиток голографічних технологій та штучного інтелекту обіцяє поява принципово нових девайсів, які залишать флешки, SDD та диски далеко позаду.

Накопичувачі на магнітних та оптичних носіях.

Назвемо причини необхідності наявності зовнішньої пам'ятібіля комп'ютера.

1. Збереження інформації для подальшого використання або передачі іншим людям мало велике значення для розвитку цивілізації. До появи ЕОМ людина використовувала для цієї мети книги, фотографії, магнітофонні записи, кіноплівку і т. д. До кінця XX століття потоки інформації значно зросли і поява ЕОМ сприяла розробці та застосуванню носіїв інформації, що забезпечують можливість її довготривалого зберігання у компактній формі.

2. Оперативна пам'ять ЕОМ має низку недоліків, пов'язаних з технологією її виготовлення. Навіть сьогодні, у XXI столітті вона не має достатньо великого обсягу і не вміщує величезних обсягів інформації. Крім того, вміст ОЗУ все ще втрачається при вимкненні комп'ютера. Тому наявність у комп'ютерній системі ще одного виду пам'яті – зовнішньої, дозволило усунути ці недоліки. Основною функцією зовнішньої пам'яті є здатність довго зберігати інформацію. Крім цього зовнішня пам'ять має великий обсяг і дешевший за оперативну. І ще, носії зовнішньої пам'яті забезпечують перенесення інформації з одного комп'ютера в інший, що у ситуації, коли відсутні комп'ютерні мережі.

Таким чином зовнішня (довготривала) пам'ять - це місце тривалого зберігання даних (програм, результатів розрахунків, текстів тощо), які не використовуються в Наразів оперативній пам'яті комп'ютера. Зовнішня пам'ять, на відміну від оперативної, є незалежною, але не має прямого зв'язку з процесором.

Крім того, носії зовнішньої пам'яті забезпечують транспортування даних у тих випадках, коли комп'ютери не об'єднані в мережі (локальні або глобальні).

Для роботи із зовнішньою пам'яттю необхідна наявність накопичувача(пристрою, що забезпечує запис та (або) зчитування інформації) та пристрої зберігання - носія.

Основні види накопичувачів:

Накопичувачі на гнучких магнітних дисках (НГМД);

Накопичувачі на жорстких магнітних дисках (НЖМД);

Накопичувачі CD-ROM, CD-RW, DVD. Їм відповідають основні види носіїв:

Гнучкі магнітні диски (FloppyDisk);

Жорсткі магнітні диски (HardDisk):

Диски CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD. Основні характеристики накопичувачів та носіїв:

Інформаційна ємність;

швидкість обміну інформацією;

Надійність зберігання інформації;

Вартість.

Принцип роботи магнітних запам'ятовують пристроїв

В основі магнітного запису лежить перетворення цифрової інформації (у вигляді 0 і 1) змінний електричний струм, який супроводжується змінним магнітним полем. В результаті поверхня магнітних носіїв поділяється на не намагнічені ділянки (0) та намагнічені (1).

У комп'ютерів ранніх поколінь функції зовнішньої пам'яті виконували перфострічки та перфокарти, а також магнітні стрічки, які зараз використовуються дуже рідко. Магнітні стрічки є пристроєм із послідовним доступом. Дані можна читати або записувати лише послідовно, при порушенні порядку доводиться довго чекати, доки стрічка буде перемотана в потрібне місце. Магнітні стрічки - досить повільні пристрої, хоч і з великою ємністю. Сучасні пристроїдля роботи з магнітними стрічками - стримери мають збільшену швидкість запису, і ємність однієї касети стримеру вимірюється сотнями та тисячами мегабайтів, а швидкість передачі даних - від 2 до 9 Мбайт на хвилину.

Гнучкий диск

Накопичувач на гнучких магнітних дисках (англ. floppy disk) або дискета - носій невеликого обсягу інформації, що є гнучкий диск в захисній оболонці. Використовується для перенесення даних з одного комп'ютера на інший та для розповсюдження програмного забезпечення.

Влаштування дискети.

Шторка вікна читання/запису

Пластиковий конверт

Втулка дискового приводу

Блокування запису: вимкнено/ввімкнено

Диск знаходиться усередині пластикового конверта, який захищає його від механічних пошкоджень. Щоб прочитати або записати дані, необхідно вставити дискету в дисковод для гнучких магнітних дисків, щілина якого знаходиться на передній панелі системного блоку. Всередині дисковода шторка читання/запису автоматично відкривається і саме над цим місцем встановлюється головка читання/запису дисководу. Диск усередині дисководу обертається з постійною кутовою швидкістю, яка є досить низькою (кількабайт на секунду, середній час доступу - 250 мс). Запис інформації відбувається на обидві сторони диска. В даний час найбільш поширеними є дискети розміром 3,5 дюйми (1 дюйм = 2,54 см) і ємністю 1,44 Мбайта (це приблизно 600 сторінок тексту або кілька десятків) графічних зображень). Диск можна захистити від записування. Для цього використовується запобіжна клямка.

Дискети потребують акуратного поводження. Вони можуть бути пошкоджені, якщо:

Торкатися записуючої поверхні;

Писати на етикетці дискети олівцем або кульковою ручкою;

Згинати дискету;

Перегрівати дискету (залишати на сонці або біля батареї опалення);

Піддавати дискету впливу магнітних полів.

Жорсткий магнітний диск

Так як гнучкий диск має невеликий обсяг, його, в основному, використовують для перенесення інформації з одного комп'ютера на інший. Жорсткий диск є інформаційним складом ЕОМ і може зберігати величезні обсяги інформації.

Накопичувач на жорстких магнітних дисках (HDD - Hard Disk Driver) або вінчестер - це найбільш масовий пристрій великої ємності, в якому носіями інформації є алюмінієві пластини, обидві поверхні яких покриті шаром магнітного матеріалу. Використовується для постійного зберігання програм та даних.

Диски вінчестера поміщені на одну вісь і разом з головками читання/запису і головками, що їх несуть, поміщені в герметично закритий металічний корпус. Така конструкція дозволила суттєво збільшити швидкість обертання дисків та щільність запису. Запис інформації відбувається на обидві поверхні дисків.

На відміну від дискети, жорсткий диск обертається безперервно. Тому швидкість його обертання може бути від 3600 до 10000 об/хв, середній час пошуку даних – 9 мс, середня швидкість передачі – до 60 Мбайт/сек.

Місткість вінчестерів у комп'ютерах 2000 року вимірювалася десятками гігабайтів. Найбільш поширені накопичувачі з діаметром 2.2, 2.3, 3.14, 5.25 дюймів.

З метою збереження інформації та працездатності вінчестер необхідно уберегти від ударів та різких змін просторової орієнтації у процесі роботи.

Лазерний диск

CD-ROM (англ.CompactDiskRealOnlyMemory - постійний пристрій на основі компакт диска)

Компакт-диск діаметром 120 мм (близько 4,75 дюймів) виготовлений із полімеру та покритий металевою плівкою. Інформація зчитується саме з цієї металевої плівки, що покривається полімером, що захищає дані від пошкодження. CD-ROM є одностороннім носієм інформації.

Принцип цифрового запису інформації на лазерний диск відрізняється від принципу магнітного запису. Закодована інформація наноситься на диск лазерним променем, який створює на поверхні мікроскопічні западини, що поділяються плоскими ділянками. Цифрова інформація є чергуванням западин (кодування нуля) і відбивають світло острівців (кодування одиниці). Інформація, нанесена на диск, не може бути змінена.

Зчитування інформації з диска відбувається за рахунок реєстрації змін інтенсивності відбитого від алюмінієвого шару випромінювання малопотужного лазера. Приймач або фотодатчик визначає, чи позначився промінь від гладкої поверхні (у такий спосіб фіксується одиниця), був розсіяний або поглинений (фіксування нуля). Розсіювання чи поглинання променя відбувається у місцях, де у процесі запису було завдано поглиблення. Фотодатчик сприймає розсіяний промінь, і це інформація як електричних сигналів надходить на мікропроцесор, який перетворює ці сигнали в двійкові дані чи звук.

CD-ROM обертається зі змінною кутовою швидкістю, щоб забезпечити постійну лінійну швидкість читання. Таким чином, читання інформації з внутрішніх ділянок диска здійснюється за більшої кількості обертів, ніж із зовнішніх. Тому доступ до даних на CD-ROM здійснюється швидше, ніж даних на дискетах, але повільніше, ніж жорстких дисках (від 150 до 400 мс при швидкості обертання до 4500 об/мин). Швидкість передачі становить не менше 150 Кбайт і сягає 1,2 Мбайта/с.

Місткість CD-ROM досягає 780 Мбайт, завдяки чому на них зазвичай випускаються мультимедійні програми.

CD-ROM прості та зручні в роботі, мають низьку питому вартість зберігання даних, практично не зношуються, не можуть бути уражені вірусами, з них неможливо випадково стерти інформацію.

CD-R (Compact Disk Recorder)

CD-R є записуваним диском ємністю 650 Мбайт. На дисках CD-R шар, що відбиває, виконаний із золотої плівки. Між цим шаром і основою розташований реєструючий шар органічного матеріалу, що темніє при нагріванні. У процесі запису лазерний промінь нагріває вибрані точки шару, які темніють і перестають пропускати світло до шару, що відбиває, утворюючи ділянки, аналогічні западинам. Накопичувачі CD-R, завдяки сильному здешевленню, набувають все більшого поширення.

CD-RW (Compact Disk Rewritable)

Найбільш популярними є накопичувачі CD-RW, які дозволяють записувати та перезаписувати інформацію. Дисковод CD-RW дозволяє записувати та читати диски CD-Rі CD-RW, читати диски CD-ROM, тобто є у певному сенсі універсальними.

Абревіатура DVD розшифровується як DigitalVersatileDisk,тобто. універсальний цифровий диск.Маючи ті ж габарити, що звичайний компакт-диск і дуже схожий принцип роботи, він вміщує надзвичайно багато інформації - від 4,7 до 17 Гбайт. Можливо, саме через велику ємність він і називається універсальним. Правда, на сьогодні реально застосовується DVD-диск лише у двох областях: для зберігання відеофільмів (DVD-Video або просто DVD) та надвеликих баз даних (DVD-ROM, DVD-R).

Розкид ємностей виникає так: на відміну від CD-ROM, диски DVDзаписуються з обох боків. Більше того, з кожної сторони можуть бути нанесені один або два шари інформації. Таким чином, односторонні одношарові диски мають об'єм 4,7 Гбайт (їх часто називають DVD-5, тобто диски ємністю близько 5 Гбайт), двосторонні одношарові – 9,4 Гбайт (DVD-10), односторонні двошарові – 8,5 Гбайт (DVD-9), а двосторонні двошарові – 17 Гбайт (DVD-18). Залежно від обсягу даних, що потребують зберігання, і вибирається тип DVD-диска. Якщо йдеться про фільми, то на двосторонніх дисках часто зберігають дві версії однієї картини – одна широкоекранна, друга у класичному телевізійному форматі.

Основним параметром дисководів CD-ROM є швидкість читання даних. Вона вимірюється у кратних частках. За одиницю виміру прийнято швидкість читання у перших серійних зразках, що становить 150 Кбайт/с, тому дисковод з подвоєною швидкістю читання забезпечує продуктивність 300 Кбайт/с, з чотириразовою - 600 Кбайт/с і т.д.

З метою збереження інформації лазерні диски необхідно оберігати від механічних пошкоджень (подряпин), а також від забруднення.

Структура поверхні дисків

Постановка проблеми.

Уявіть книгу, виконану у вигляді довгої стрічки.

Чи зручно шукати потрібну інформацію у такій «книзі»? Чому?

У чому зручність пошуку потрібної інформації у звичайній книзі, у якій є сторінки? Чому?

Висновок:у книзі можна знайти потрібну інформацію без проблем, тому що вона має зручну структуру, а саме – розділена на сторінки. У книзі, виконаній у вигляді довгої стрічки, незручно шукати інформацію, оскільки незрозуміло, в якій частині стрічки вона знаходиться. Сторінки мають свої номери, тому для пошуку потрібної інформації достатньо знати номер сторінки, на якій вона знаходиться, тобто книга має структуру. Без цієї структури пошук інформації не може.

Так як книга є аналогом зовнішньої пам'яті, то поверхня будь-якого диска повинна мати певну структуру. Так само як при виготовленні книги великий аркуш паперу розрізають на сторінки і потім збирають їх разом, так і поверхню диска розрізають на частини - сторінки.

Магнітні диски.

Будь-який магнітний диск спочатку до роботи не готовий. Для приведення його в робочий станвін має бути відформатований, тобто має бути створена структура диска. Для гнучкого магнітного диска – це магнітніконцентричні доріжки,- розділені на сектори.А у жорсткого магнітного диска ще присутні циліндри,тому що жорсткий диск складається з декількох пластин.

Сектор - це надто маленький шматочок поверхні диска (як рядок на сторінці). Тому сектори об'єднуються у більші «шматочки» - кластери.

Об'єм диска можна обчислити таким чином.

Об'єм = кількість сторін * кількість доріжок * сектора * обсяг сектора.

Що далі від центру диска, то доріжки довші. Тому при однаковій кількості секторів на кожному з них щільність запису на внутрішніх доріжках має бути вищою, ніж на зовнішніх. Кількість секторів, ємність сектора, а отже, та інформаційний обсяг диска залежать від типу дисководу та режиму форматування, а також від якості самих дисків.

Лазерні диски

На відміну від магнітних дисків CD-ROM має лише одну фізичну доріжку у формі спіралі, що йде від зовнішнього діаметра диска до внутрішнього.

приклад 1.Дано дерево файлової структури диска. Величезними літерами позначені імена каталогів, малими - імена файлів.

Перерахувати імена каталогів 1-го, 2-го, 3-го рівнів. Вказати шлях до файлу letter. txt від кореневого каталогу. Вказати шлях до файлу letter1.doc від кореневого каталогу, а до файлу letter2.doc – від каталогу WORK. Вказати повні імена файлів

letter. txt та letterl. doc, якщо файлова структура зберігається на диску.

Рішення.Каталоги 1 рівня COMPUTER, WORK, UROK. Каталоги 2-го рівня – IBM, APPLE, DOCUMENT, PRINT. Каталоги 3-го рівня – D0C1, D0C2.

Дорога до файлу letter. txt від кореневого каталогу: \WORK\PRINT. Шлях до letterl файлу. doc від кореневого каталогу: \W0RK\D0CUMENT\D0C2. Шлях до файлу letter2.doc від каталогу W0RK: D0CUMENT D0C2.

Повні імена файлів Letter. txt та letterl. doc:

C: WORK PRINT letter. txtі

C: W0RK D0CUMENT D0C2 letterl. doc.

Дано дерево ієрархічної файлової структури на магнітному диску. Заголовними літерами позначені імена каталогів, малими - імена файлів:

Знайти помилки у файловій структурі.

Дано дерево ієрархічної файлової структури на магнітному диску. Заголовними літерами позначені імена каталогів, малими - імена файлів:

Перерахувати каталоги 1-го, 2-го, 3-го рівнів, якщо вони є. Вказати шляхи від кореневого каталогу до кожного файлу.

\COUNTRY\USA\INFO\culture. txt; \COUNTRY\USA\washington. txt; \COUNTRY\RUSSIA\moscow. txt; \COUNTRY\RUSSIA\INFO\industry. txt; \COUNTRY\RUSSIA\INFO\culture. txt

Вказано шляхи від кореневого каталогу до деяких файлів, що зберігаються на магнітному диску. Заголовними літерами позначені імена каталогів, малими - імена файлів: \BOX\LETTER\peter. txt; \BOX\LETTER\kate. txt; \LETTER\WORK\april. txt; \LETTER\WORK\may. txt; \LETTER\FREND\SCHOOL\mary. txt; \LETTER\FREND\sport. txt. Відобразити файлову структуруу вигляді дерева.

Вирішіть завдання: ■ № 1

Двостороння дискета має об'єм 800 Кбайт. Скільки доріжок з одного боку дискети, якщо кожна доріжка містить 20 секторів по 0,5 Кбайт. Рішення".

1) 800:2 = 400 Кбайт - об'єм дискети;

2) 20 * 0,5 = 10 Кбайт - обсяг усіх секторів;

3) 400:10 = 40 - доріжок. Відповідь: 40 доріжок.

Який об'єм має кожен сектор двосторонньої дискети ємністю 360 Кбайт, якщо кожна сторона дискети розбита на 40 доріжок по 18 секторів на доріжці?

Рішення:

1) 40 * 18 = 720 секторів на диску;

2) 360:720 = 0,5 Кбайт - обсяг сектора. Відповідь: 0,5 Кбайт.

Вказано шляхи від кореневого каталогу до деяких файлів, що зберігаються на магнітному диску. Заголовними літерами позначені імена каталогів, малими - імена файлів: \SPORT\SKI\russia. txt; \SPORT\SKI\germany. txt; \SPORT\SKATE\finland. txt; \COMPUTER\IBM\INFO\pentium. txt; \COMPUTER\INFO\ibm. txt. Відобразити файлову структуру як дерева.

Найпершим носієм магнітного запису, у якому фіксувалася інформація у апаратах Поульсена межі XIX-ХХвв., була сталевий дрітдіаметром до 1 мм. На початку XX століття для цих цілей використовувалася також сталева катана стрічка.Проте якісні характеристики цих носіїв були дуже низькими. Достатньо сказати, що для виробництва 14-годинного магнітного запису доповідей на Міжнародному конгресі в Копенгагені в 1908 р. знадобилося 2500 км дроту вагою близько 100 кг. Крім того, в процесі використання дроту і сталевої стрічки виникала проблема з'єднання окремих їх шматків. Наприклад, пов'язана вузликом дріт не проходила через магнітну головку. До того ж, вона легко плуталася, а тонка сталева стрічка різала руки. Сталевий магнітний диск,перший патент на який було видано ще 1906 р., не отримав тоді застосування 1 .

Лише з другої половини 1920-х рр., коли була винайдена порошкова магнітна стрічка,почалося широкомасштабне застосування магнітного запису. Патент на технологію нанесення феромагнітного порошку на плівку отримав у 1928 р. Фріц Пфеймер у Німеччині. Спочатку магнітний порошок наносився на паперову підкладку, потім - на ацетилцелюлозу, поки не почалося застосування як підкладка високоміцного

1 Василевський Ю. А.Носії магнітного запису. М., 1989. С. 5-6.

матеріалу - поліетилентерефталату (лавсану). Удосконалювалося також якість магнітного порошку. Стали використовуватись, зокрема, порошки оксиду заліза з добавкою кобальту, оксиду хрому, металеві магнітні порошки заліза та його сплавів, що дозволило у кілька разів збільшити густину запису. Робочий шар наноситься на підкладку шляхом вакуумного напилення або електролітичного осадження у вигляді магнітного лаку, який складається з магнітного порошку, сполучної речовини, розчинника, пластифікатора та різних добавок.

Крім гнучкої основи та робочого магнітного шару у стрічці можуть бути і додаткові шари: захисний - на поверхні робочого шару та антифрикційний - на тильній стороні стрічки, з метою запобігання робочому шару від механічного зносу, підвищення механічної міцності стрічки та для покращення її ковзання по поверхні головки. Антифрикційний шар знімає також електричні заряди, що накопичуються на магнітній стрічці. Проміжний (підшар) між основою та робочим шаром служить для покращення зчеплення робочого та антифрикційного шарів з основою.

На відміну від носіїв механічного звукозапису магнітна стрічка придатна для багаторазового запису інформації. Число таких записів дуже велике і обмежується лише механічною міцністю самої магнітної стрічки.

Перші магнітофони, що з'явилися в 1930-х рр., були котушковими. Вони магнітна стрічка намотувалась на котушки. Причому спочатку це були величезні бобіни завширшки 1 дюйм (25,4 мм). При записі та відтворенні плівка перемотувалась із заповненої котушки на порожню.

У 1963 р. фірмою Philips був розроблений так званий касетний запис, що дозволив застосовувати дуже тонкі магнітні стрічки. Їхня максимальна товщина складає всього 20 мкм при ширині 3,81 мм. У касетних магнітофонах обидві котушки знаходяться у спеціальній компакт-касетіі кінець плівки заздалегідь закріплений на порожній котушці. Інакше кажучи, тут магнітна стрічка та касета є єдиним функціональним механізмом. Запис на компакт-касетах – двосторонній. Загальний час запису зазвичай становить 60, 90 і 120 хвилин.

Наприкінці 1970-х років. з'явились мікрокасетирозміром 50x33x8 мм, тобто величиною в сірникову коробку, для портативних диктофонів і телефонів з автовідповідачем, а в середині 1980-х років. - пікокасети- втричі менше мікрокасет.

З 1952 р. магнітна стрічка стала використовуватися для запису та зберігання інформації в електронно-обчислювальних машинах. Перевагою магнітної стрічки є можливість здійснювати запис з підвищеною щільністю за рахунок того, що загальна площа поверхні магнітного шару стрічки значно вище, ніж у інших типів носіїв, і обмежена тільки довжиною стрічки. Накопичувачі на касетній магнітній стрічці картриджідосягають ємності в кілька Тбайт, а в найближчій перспективі їх ємність становитиме десятки Тбайт. Стрічкопротяжні механізми для картриджів отримали назву стримери(Від англ, stream – потік). За принципом дії вони схожі на магнітофон.

Водночас магнітній стрічці притаманний і серйозний недолік. Вона не дає можливості прямого доступу до записаної інформації. Для цього стрічку потрібно спочатку перемотати на потрібне місце, що значно підвищує час зчитування з неї інформації. Касети з магнітною стрічкою (картриджі) характеризується також великими розмірами. Тому в даний час вони застосовуються головним чином у системах резервного копіювання в центрах зберігання даних, на підприємствах, у великих інформаційних центрах, а також для зберігання інформації в серверах та настільних робочих станціях, де першорядне значення має надійність, стабільність роботи, велика ємність, порівняно невелика вартість. Системи резервного копіювання дозволяють забезпечити збереження інформації за помилок, несправностей або стихійних лих.

На магнітну стрічку можна записувати як звукову, а й відеоінформацію. Стрічка для відеозйомкиза своєю будовою аналогічна стрічці для аудіозапису. Однак її робочий шар зазвичай має більш складну структуру. Справа в тому, що відеосигнали високої частотизаписуються біля самої поверхні робочого шару. Їх можна використовувати дрібні частинки металів. Низькі частоти краще передаються великими частинками, які доцільно розміщувати в глибині. Тому робочий шар магнітної стрічки для відеозйомки може складатися із двох шарів. Магнітна стрічка для відеодокументування також заправляється у спеціальні касети, які забезпечують їй захист від механічних впливів, забруднення та швидку зарядкуу відеоапаратуру. Широко поширені у 1980-ті – 1990-ті рр. ХХ ст. відеокасети в даний час поступилися своїм місцем більш перспективним носіям відеоінформації.

В електронно-обчислювальних машинах спочатку використовувалися також магнітні барабани.Зокрема, у вітчизняній великій електроно-лічильній машині (БЕСМ-6) застосовувалися магнітні барабани вагою близько 8 кг, але з об'ємом пам'яті лише 1 Мбайт.

З початку 1960-х років. широке застосування, насамперед у запам'ятовуючих пристроях ЕОМ, отримали магнітні диски.Це алюмінієві або пластмасові диски діаметром від 30 до 350 мм, покриті магнітним порошковим робочим шаром завтовшки кілька мікрон. Магнітне покриття спочатку складалося з окису заліза, згодом - з двоокису хрому.

У дисководі, як і в магнітофоні, інформація записується за допомогою магнітної головки, тільки не вздовж стрічки, а на концентричних магнітних доріжках, розташованих на поверхні диска, що обертається, як правило, з двох сторін. Магнітні диски бувають жорсткими та гнучкими, змінними та вбудованими у персональний комп'ютер. Їх основними характеристиками є: інформаційна ємність, час доступу до інформації та швидкість зчитування поспіль.

Жорсткі незнімні дискиЕОМ конструктивно об'єднані в єдиному блоці з дисководом. Вони компонуються в пакети однією осі. Пакет дисків поміщається у герметичний корпус, який забезпечує необхідну чистоту та постійний тиск очищеного від пилу повітря. В даний час замість повітря почалося застосування як наповнювач інертного газу гелію, що дозволяє за рахунок його нижчої щільності істотно підвищити енергоефективність.

Кожен диск містить однакову кількість послідовно розташованих доріжок (треків). Ширина магнітної доріжки становить приблизно 1 мкм. Перша модель жорсткого диска, створеного в 1973 р., мала 30 доріжок по 30 секторів, що випадково збіглося з калібром "30/30" відомої мисливської рушниці "Вінчестер" і породило жаргонну назву жорстких магнітних дисків - вінчестерські, вінчестери. Треки є концентричними колами, що відповідають зонам залишкової намагніченості, створеної магнітними головками. У свою чергу, кожна з доріжок розбита на послідовно розташовані сектори.

У розвитку жорстких дисків чітко простежується основна тенденція - поступове підвищення щільності запису, що супроводжується збільшенням швидкості обертання шпиндельної голівки та зменшенням часу доступу до інформації, а зрештою - збільшенням продуктивності. Місткість диска, що спочатку досягала кількох Гбайт, до середини другого десятиліття XXI століття дійшла до 10 Тбайт (щорічне зростання ємності жорстких комп'ютерних дисків становить 35-40 відсотків). Розміщення такого обсягу інформації стало можливим на дисках з перпендикулярним способом запису, що з'явилися в 2007 р. У недалекій перспективі цей спосіб дозволить збільшити ємність до 85 Тбайт (можна записати 86 млн. кольорових фотографій або 21,5 тис. фільмів).

Жорсткі диски призначені постійного зберігання інформації, зокрема. необхідної під час роботи з комп'ютером (системне програмне забезпечення, пакети прикладних програмі т.д.). На основі жорстких дисків випускаються також зовнішні накопичувачі інформації ємністю до декількох Тбайт.

Гнучкі пластмасові магнітні диски (флоппі-диски,від англ, floppy - що вільно висить) виготовлялися зі штучної плівки - майлара, покритої зносостійким феролаком, і розміщувалися по одному в спеціальних жорстких пластикових футлярах - касетах, які забезпечують механічний захист носія. Касета з флоппі-диском називається дискетою.

Перший гнучкий диск з'явився 1967 р. Він мав діаметр 8 дюймів та ємність 100 Кбайт. У 1976 р. розмір флоппі-диска вдалося зменшити до 5,25 дюйма, а 1980 р. фірма Soni розробила дискету і привод-дисковод на 3,5 дюйма, які переважно випускалися у наступні десятиліття.

Для читання та запису інформації використовується спеціальний електронно-механічний пристрій - дисковод, куди вміщується дискета. У дискеті є центральний отвір під шпиндель приводу дисководу, а у футлярі зроблено отвір, що закривається металевою шторкою для доступу магнітних головок, за допомогою яких проводяться читання і запис інформації. Запис на дискету здійснюється за таким самим принципом, як і в магнітофоні. Тут також є безпосередній механічний контакт голівки з магнітним робочим шаром, що призводить до порівняно швидкого зношування матеріального носія.

Місткість однієї 3,5-дюймової дискети становила зазвичай від 1,0 до 2,0 Мбайт. Стандартні дискети мали ємність 1,44 Мбайт. Однак було розроблено 3,5-дюймові дискети ємністю до 250 Мбайт.

Дискети виявилися досить вибагливими носіями. Вони менш зносостійкі, ніж жорсткі диски, схильні до впливу магнітних полів і підвищеної температури. Усе це часто призводило до втрати записаних даних. Тому дискети використовувалися переважно для оперативного зберігання документованої інформації. В даний час вони витіснені більш надійними та ефективними носіями на базі флеш-пам'яті.

В останній чверті XX століття у багатьох країнах світу, а з 1990-х років. - і в Росії широке застосування знайшли так звані пластикові картки,являють собою пристрої для магнітного способу зберігання інформації та управління даними.

Попередниками пластикових карток були картки, що виготовлялися з картону з метою підтвердження кредитоспроможності власника поза банком. У 1928 р. одна з американських компаній розпочала випуск металевих карток розміром 63 на 35 мм. На них було видавлено ім'я власника, назву міста, штату та іншу інформацію. Такі картки видавалися постійним клієнтам у великих магазинах. При оплаті товарів продавець прокочував картку через спеціальний апарат, внаслідок чого видавлені на ній літери та цифри надруковані на торговому чеку. Потім цей чек із вписаною від руки сумою купівлі надсилався для погашення до банку. Перша ж сучасна кредитна картка, на основі якої виникла платіжна система VISA, була випущена 1958 р. банком Bank of America.

Пластикові карти складаються із трьох шарів: поліефірної основи, на яку наноситься тонкий робочий шар, та захисного шару. Як основа зазвичай використовується полівінілхлорид, який легко обробляється, стійкий до температурних, хімічних та механічних впливів. Однак у ряді випадків основою для магнітних карток служить так званий псевдопластик - щільний папір або картон з двостороннім ламінуванням.

Робочий шар (феромагнітний порошок) наноситься на пластик методом гарячого тиснення як окремих вузьких смужок. Магнітні смужки за своїми фізичними властивостями та сферою застосування діляться на два типи: високоерцетивні та низько-ерцетивні. Високоерцетивні смужки мають чорний колір. Вони стійкі до дії магнітних полів. Для їх запису потрібна більш висока енергія. Використовуються як кредитні картки, посвідчення водія і т. п., тобто в тих випадках, коли потрібна підвищена зносостійкість і захищеність. Низькоерцетивні магнітні смуги мають коричневий колір. Вони менш захищені, зате простіше і швидше записуються. Використовуються на картах обмеженого терміну дії.

Захисний шар магнітних пластикових карток складається з прозорої поліефірної плівки. Він покликаний оберігати робочий шар від зношування. Іноді використовуються покриття, що оберігають від підробки та копіювання. Захисний шар забезпечує до двох десятків тисяч циклів запису та читання.

Слід зазначити, що, крім магнітного, існують інші способи запису інформації на пластикову карту: графічний запис, ембосування (механічне видавлювання), штрих-кодування, лазерний запис.

В даний час у пластикових картах замість магнітних смужок все ширше стали застосовуватися електронні чіпи. Такі карти, на відміну від простих магнітних, стали називати інтелектуальними або смарт-картами(Від англ, smart-розумний). Вбудований у них мікропроцесор дозволяє зберігати значний обсяг інформації, дає можливість проводити необхідні розрахунки в системі банківських та торгових платежів, перетворюючи таким чином пластикові картки на багатофункціональні носії інформації.

За способом доступу до мікропроцесора (інтерфейсу) смарт-картиможуть бути:

• - з контактним інтерфейсом (т. е. під час операції картка вставляється в електронний термінал);
• - з дуальним інтерфейсом (можуть діяти як контактно, так і безконтактно, тобто обмін даними між карткою та зовнішніми пристроямиможе здійснюватись через радіоканал).

Розміри пластикових карток стандартизовані. Відповідно до міжнародного стандарту ISO-7810 їх довжина дорівнює 85,595 мм, ширина – 53,975 мм, товщина – 3,18 мм.

Сфера застосування магнітних пластикових та псевдопластикових карт, а також смарт-карт досить велика. Крім банківських систем, вони використовуються як компактний носій інформації, ідентифікатор автоматизованих систем обліку та контролю, посвідчення, пропуску, інтернет-картки, SIM-картки стільникового зв'язку, квитка для проїзду транспортом, електронного (біометричного) паспорта тощо.

Матеріальні носії магнітного запису постійно вдосконалюються разом із технологіями електромагнітного документування. Спостерігається тенденція збільшення щільності запису інформації на магнітних носіях при зменшенні їх розмірів і скороченні часу доступу до інформації. Розробляються такі технології, які вже в недалекому майбутньому дозволять збільшити об'єм пам'яті стандартного носія в кілька тисяч разів порівняно з пристроями, що нині діють. На більш віддаленій перспективі очікується поява носія, де роль магнітних частинок гратимуть окремі атоми. В результаті його ємність, на думку розробників, у мільярди разів перевищить існуючі в даний час стандарти.

• Василевський Ю. А. Указ. тв. С. 11, 225, 227-228; Левін В. І. Указ. соч.с. 23-24.
• Мануков З. Як стати картковим болваном // Компанія. 2009. № 27-28. С. 52.
• Фрадкін В. Минуле, сьогодення та майбутнє носіїв інформації // Комп'ютер Price. 2003. № 46.