Architektura Systemów Komputerowych Pamięci masowe Dysk sztywny - obsługa dysku Pamięci optyczne Pamięci półprzewodnikowe 1
Pamięci masowe Pamięć masowa to trwała pamięć przeznaczona do długotrwałego przechowywania danych bez konieczności zasilania energią elektryczną. Pamięci masowe odznaczają się zazwyczaj dużo większymi pojemnościami od pamięci operacyjnej komputera. Dostęp do danych w pamięci masowej jest wolniejszy, niż w przypadku pamięci operacyjnej. 2
Pamięci masowe Klasyfikacja nośników pamięci masowych: Magnetyczne dyski sztywne, taśma magnetyczna Optyczne płyty CD, DVD, HD DVD, Blue-Ray-Disk Półprzewodnikowe pamięci FLASH 3
Pamięci masowe Historia rozwoju nośników pamięci masowych: Karta perforowana Taśma magnetyczna Taśma perforowana Źródło: http://pclab.pl/ Dysk elastyczny (dyskietka) 4
Dysk sztywny (twardy) Dysk sztywny urządzenie integrujące we wspólnej obudowie magnetyczny nośnik danych w postaci systemu talerzy umieszczonych na jednej osi, układy napędowe oraz sterujące. Popularna nazwa: dysk twardy, jest używana błędnie, gdyż istotną cechą tego rodzaju dysku jest sztywność talerzy, a nie ich twardość. Głowice zapisująco-odczytujące unoszą się podczas pracy dysku na poduszce powietrznej nad talerzami. 5
Budowa dysku sztywnego Źródło: http://wwwnt.if.pwr.wroc.pl 6
Parametry dysku sztywnego Pojemność obecnie mierzona w gigabajtach (GB) lub terabajtach (TB) Prędkość obrotowa talerzy liczba obrotów na minutę, obecnie 5000 do 20000 obr/min Czas dostępu czas pomiędzy początkiem wirowania i rozpoczęciem przesyłania danych 7
Połączenie dysku sztywnego z magistralami komputera Płyta główna Bufor transmisji danych Kontroler dysku sztywnego (procesor DSP) 8
Standardy łączenia dysku z systemem mikroprocesorowym IDE - równoległa magistrala pozwalająca na podłączenie dwóch dysków (master-slave), szybkość transferu danych 504Mb/s. SCSI - równoległa magistrala, pozwalająca na podłączenie wielu dysków tworzących rodzaj minisieci, komunikacją zarządzają kontrolery SCSI. SATA magistrala szeregowa pozwalająca na łatwe łączenie dysku z płytą dzięki wąskim przewodom, szybkość transferu danych 1,5Gb/s (SATA2 3Gb/s). 9
Obsługa dysku sztywnego Zadania kontrolera dysku sztywnego Konwersja formatu danych z magistrali do szeregowej postaci, dającej się zapisać na powierzchni nośnika (RLL) Konwersja danych odczytanych z dysku do postaci, w jakiej będą wysyłane na magistralę Dodawanie sum kontrolnych CRC i danych sterujących oraz synchronizujących Sprzętowa kontrola i korekcja błędów odczytu Zarządzanie pracą silnika i ruchem głowicy zapisującoodczytującej 10
Obsługa dysku sztywnego Operacje dyskowe składają się z cykli programowania kontrolera dysku sztywnego Fazy cyklu programowania kontrolera: Przekazania rozkazu Przekazania danych końcowa 11
Fizyczna organizacja danych na dysku Ścieżka, sektor, cylinder Źródło: http://www.linuxpl.org 12
System kodowania danych na dysku Dane na dysku magnetycznym są kodowane w postaci ciągu impulsów przemagnesowujących. MFM (Modified Frequency Modulation) metoda kodowania stosowana na dyskach elastycznych RLL (Run Length Limited) metoda kodowania danych stosowana na dyskach sztywnych, nie wymagająca sygnału synchronizującego, zapewniająca bardzo dobre upakowanie danych. 13
System kodowania danych na dysku Idea kodowania RLL(2,7) - liczba zer zawiera się zawsze w przedziale od 2 do 7. Wejściowy strumień danych poddawany jest takiemu przekodowaniu, które gwarantuje spełnienie tego wymogu. Kodowanie: Dane wejściowe 000 10 010 0010 11 011 0011 Dane wyjściowe 000100 0100 100100 00100100 1000 001000 00001000 14
System kodowania danych na dysku Porównanie MFM i RLL(2,7) 15
Organizacja i tworzenie struktury dysku Partycja - ciągły obszar dysku wykrywany przez system operacyjny jako oddzielny dysk logiczny. Informacja o partycjach jest zapisana w tablicy partycji. Formatowanie niskiego poziomu - proces nanoszenia na powierzchnię dysku ścieżek i sektorów wykonywany fabrycznie podczas produkcji dysku Formatowanie wysokiego poziomu - proces budowania logicznej struktury partycji. Formatowanie nie niszczy poprzedniej zawartości dysku, a jedynie jego logiczną strukturę. 16
Popularne systemy plików FAT (File Allocation Table - tablica alokacji plików) - tablica opisująca, w których klastrach dysku twardego system operacyjny ma szukać danego pliku. Podczas zapisu pliku informacje o nim są automatycznie zachowywane w tablicy FAT. NFS - sieciowy system plików firmy Sun NTFS - system plików z księgowaniem pod Windows NT i nowsze wersje UFS - Unix File System - podstawowy system plików Solarisa 17
Dyskowe pamięci optyczne Idea przechowywania danych na dysku optycznym Pojedyncza ścieżka jest ciągiem wzniesień (land) odbijających podczerwone światło lasera i zagłębień (pit) rozpraszających światło. Ciąg wzniesień i zagłębień koduje dane binarne. Źródło: http://student.agh.edu.pl 18
Rodzaje pamięci optycznych CD-ROM płyta o średnicy 120mm. Dane są zapisywane podczas produkcji przez tłoczenie struktury płyty w specjalnej prasie. Pojemność 650 do 700 MB. CD-R płyta pozwalająca na jednokrotne zapisanie danych w nagrywarce komputerowej. Dane są zapisywane przez modyfikację właściwości optycznych barwnika pod akrylową powierzchnią płyty wskutek naświetlenia laserem większej mocy niż podczas odczytu. CD-RW nośnik do wielokrotnego zapisu danych przez modyfikację odwracalnych zmian właściwości optycznych płyty za pomocą promienia lasera. Pojemność wszystkich technologii CD jest porównywalna. 19
Rodzaje pamięci optycznych DVD ROM płyta o średnicy 120mm, jak CD, ale o pojemności 4,7GB. Zwiększoną pojemność uzyskuje się przez wykorzystanie światła o mniejszej długości fali (światło czerwone). Pozwala to na bardziej gęsty zapis danych. Stosuje się również dwie aktywne warstwy i możliwe jest wytwarzanie płyt dwustronnych o pojemności do 17GB. Technologia funkcjonalnie odpowiada CD-ROM. DVD-R, DVR+R technologia funkcjonalnie odpowiadająca CD-R. DVD-RW technologia funkcjonalnie odpowiadająca CD-RW. 20
Rodzaje pamięci optycznych HD DVD technologia wykorzystuje światło niebieskiego lasera, pozwalając na większe upakowanie danych, od 15GB dla płyt HD DVD- ROM jednostronnych, jednowarstwowych do 60GB (dwustronne, dwuwarstwowe). Blu-ray Disk także technologia wykorzystująca niebieski laser, ale umożliwiająca wytwarzanie płyt wielowarstwowych (16), pojemność 25-400GB. 21
Pamięci masowe półprzewodnikowe Pamięć FLASH pamięć nieulotna, EEPROM pozwalająca na zapis lub kasowanie wielu komórek pamięci w jednej operacji programowania. Pamięć FLASH dobrze nadaje się do realizacji pamięci masowej w komputerze. Liczba cykli zapisu jest ograniczona (ok. 1 milion), ale wewnętrzna logika pozwala na w miarę równomierne zużywanie się dostępnych zasobów. 22
Pamięci masowe półprzewodnikowe Zastosowania pamięci FLASH: Karty pamięci: MultiMedia Card (MMC) Secure Digital (SD) Memory Stick (MS) CompactFlash (CF) SmartMedia (SM) xd Dyski z interfejsem USB (pendrive) Dyski ze standardowym interfejsem dysku twardego (komputery klasy netbook, serwery o dużej wydajności) 23
Pamięci masowe półprzewodnikowe Półprzewodnikowe dyski wewnętrzne Źródło: http://accessories.euro.dell.com Źródło: http://www.elektronikab2b.pl 24
Pamięci masowe półprzewodnikowe Zalety masowych pamięci półprzewodnikowych: Małe wymiary i masa Małe zużycie energii Brak elementów ruchomych (duża żywotność) Duża wytrzymałość na wstrząsy Wady: Niewielkie pojemności w porównaniu do dysków magnetycznych Stosunkowo duży koszt 25