Внешние запоминающие устройства: виды, принципы работы, основные характеристики

ВЗУ (внешняя память) – запоминающие устройства, предназначенные для длительного хранения информации.

Основным признаком классификации ВЗУ является тип носителя информации. Тип носителя определяет такие характеристики ЗУ, как емкость, основной режим работы, быстродействие. Энергонезависимость и сменность накопителей – это характеристики, присущие всем ВЗУ.

Основные виды ВЗУ:

• накопитель на гибких магнитных дисках (НГМД);
• накопитель на жестких магнитных дисках (НЖМД);
• накопитель на магнитно-оптических дисках (НМОД);
• накопитель на магнитной ленте (НМЛ);
• накопитель на оптических дисках (НОД) и DVD-дисках;
• флэш-память и др.

Накопитель на гибких магнитных дисках (НГМД, FDD — Floppy Disk Drive).

В НГМД используется магнитная технология записи информации. Характеристики ЗУ: режим работы – чтение-запись, небольшая емкость одного диска − 1,44 Мбайт, низкое быстродействие.

НГМД = носитель + привод.

Носителем является гибкий магнитный диск (флоппи-диск, дискета). Диск изготовлен из гибкого пластика (лавсана или майлара), покрытого ферромагнитным слоем (ферролаком). Диск защищен от механических повреждений кассетой. Привод – это совокупность электронных и механических устройств, обеспечивающих работу накопителя: двигатель, магнитные головки чтения-записи информации, механизм позиционирования головок, контроллер. Контроллер – это печатная плата со схемами управления позиционированием головок, усиления сигнала, электрического питания. Принципиальная схема НГМД показана на рис. Магнитный диск (1) вращается с по­мощью привода (2), для записи и считывания информации исполь­зуются магнитные головки (3), расположенные на рычагах, же­стко закрепленных на каретке (4). Каретка перемещается по­зиционирующим двигателем (5), смещая магнитные голов­ки с одной дорожки диска на другую.

Контактирование го­ловок чтения/записи с дискетой производится через вырезы в кор­пусе дискеты. Головка чтения/запи­си во время работы механически контактирует с поверхностью дис­кеты, что приводит к быстрому изнашиванию магнитных дисков.

Лицевая панель дисковода выведена на переднюю панель сис­темного блока, на ней располо­жены карман, закрытый шторкой, куда вставляют дискету, кнопка для извлечения дискеты и световой индикатор. Световой индикатор показывает, что уст­ройство занято (если лампочка горит, вынимать дискету не реко­мендуется).

Емкость диска зависит:

• от форм-фактора диска (5,25'' или 3,5'');
• от физической разметки диска, которая производится в процессе форматирования диска: каждая из двух сторон (поверхностей) диска разделяется на концентрические дорожки (треки), дорожки – на секторы определенного размера: ,

где t — количество дорожек на одной стороне диска; s — число секторов на дорожке; rs − емкость сектора, Кбайт.

Низкое быстродействие ЗУ определяется невысокой скоростью вращения диска – 300-360 оборотов в минуту. Диск вращается только во время считывания-записи информации.

Кроме перечисленных характеристик следует отметить низкую надежность данного ЗУ.

Производители: Epson, NEC, Panasonic, Sony, Mitsumi.

Накопитель на жестких магнитных дисках (НЖМД, винче­стер, HDD — Hard Disk Drive).

В НЖМД также используется магнитная технология записи информации. Характеристики ЗУ: режим работы – чтение-запись, большая емкость − десятки Гбайт, высокое быстродействие.

НЖМД = носитель + привод.

Носителем является жесткий магнитный диск (винчестер). На самом деле это не один диск, а группа соосных дисков, изготовленных керамики или алюминия, покрытых отполированным ферромагнитным слоем (ферролаком). Диски вместе с магнитными головками чтения-записи помещены в закрытый герметичный корпус (пакет).

Рис. Накопитель НЖМД,

а) − внешний вид; б) − внутреннее устройство

Привод – это совокупность электронных и механических устройств, обеспечивающих работу накопителя: двигатель, механизм позиционирования головок, контроллер жесткого диска. Контроллер – это печатная плата со схемами управления позиционированием головок, усиления сигнала, электрического питания. Контроллер может быть отдельной платой или платой, интегрированной (встроенной) в чипсет на материнской плате.

Дисковые пластины вращаются с постоянной скоростью, кото­рая составляет для современных НЖМД до 10000 оборотов в минуту. Чтение и запись данных осу­ществляется блоком магнитных головок (см. рис. б), которые не касаются поверхности диска и рас­положены над рабочей поверх­ностью диска на расстоянии 0,5−0,13 мкм. Запись производится на обе поверхности каждой пласти­ны (кроме крайних).

Жесткий диск герметично за­крыт, потому что даже мельчай­шие частицы пыли, попавшие между головкой и поверхностью диска, могут повредить его и при­вести к потере данных.

В накопителе может быть до десяти дисков. Их поверхность разбивается на круги, которые называются дорожками (треками − track). Ка­ждая дорожка имеет свой номер. Дорожки с одинаковыми номе­рами, расположенные одна над другой на разных дисках образу­ют цилиндр. Дорожки на диске разбиты на секторы определенного размера. Емкость жесткого диска вычисляется путем перемножения нескольких величин:

, где cyl — количество цилиндров; h — число магнитных головок; s — количество секторов и rs — размер сектора в байтах (Кбайтах).

Секторы и дорожки образуются во время форматирования дис­ка. Форматирование выполняет пользователь с помощью специаль­ных программ. На неформатированный диск не может быть запи­сана никакая информация.

Первый сектор жесткого диска содержит информацию о разде­лах («Partition Table») — т.е., на сколько частей «разбит» жесткий диск, адрес начала и размер каждого раздела, а также какой из них является системным (с которого производится загрузка операцион­ной системы). Всего на одном физическом НЖМД может быть один или два раздела: первый (Primary) и расширенный (Extended). Рас­ширенный раздел может быть дополнительно «разбит» на несколь­ко логических дисков (Logical Drive).

Накопитель на магнитной ленте (НМЛ или стример)

Это устройство для записи, хранения и считывания данных с магнитной ленты. Стримеры работают со съемными носителями − кассетами. Недостаток стримеров связан с после­довательным доступом к магнитным лентам, что влечет большое время доступа к данным и недостаточную надежность, порождаемую повышенными механическими нагрузками.