Pamięci Masowe Mianem pamięci masowej nazywamy różne techniki i urządzenia pozwalające na trwałe przechowanie informacji cyfrowych. Urządzenia służące do zapisu i odczytu są nazywane napędami natomiast dane przechowywane są na nośnikach. Interfejsy dysków twardych i napędów optycznych ATA (ang. Advanced Technology Attachment) zwany również IDE (ang. Integrated Drive Electrionics), opracowany w 1986 roku przez firmy Western Digital i Compaq dla 16 bitowego komputera IBM AT. Pierwotnie interfejs ATA umożliwiał 16 bitową transmisje danych między napędem a gniazdem na płycie głównej. Aktualnie istnieje kilka wersji interfejsu ATA: Standard Rok wprowadzenia Zmiany ATA 1 1990 Opracowanie podstawowych definicji interfejsu: okablowanie (40 i 44 żyłowe przewody), złącza, opcje konfiguracyjne Obsługa dwóch dysków skonfigurowanych jako: master, slave Obsługa trybu PIO 0,1,2 oraz DMA 0,1,2 jednowierszowych ATA 2 1994 Obsługa trybu PIO 2,3 oraz DMA 1,2 wielowierszowych. Wprowadzenie transferu blokowego. Rozszerzenie polecenia Identify Drive ATA 3 1997 Wprowadzenie technologi S.M.A.R.T. Zaimplementowanie trybu bezepieczeństwa Security Feature ATA 4 1998 Wprowadzenie ATAPI oraz taśmy 80 żyłowej. Wprowadzenie trybu High speed Ultra DMA 0,1 i 2 co umożliwiło transfer na poziomie 16,7, 25 i 33,3 MB/s ATA 5 2000 Wyższe prędkości trybu Ultra DMA 3 i 4 transfer na poziomie 44,4 MB/s i 66,7 MB/s Obowiązkowe stosowanie kabla 80 żyłowego oraz metoda wykrywania kabla.
ATA 6 2002 Wyższe prędkości trybu DMA 5, transfer na poziomie 100 MB/s Wprowadzenie obsługi dysków o pojemności przekraczającej 137 GB ATA 7 2004 Wyższe prędkości trybu Ultra DMA 6, transfer na poziomie 133 MB/s Objaśnienie niektórych technologi ATA: PIO (ang. Programmed Input/Output) metoda wymiany danych między płytą a napędem kontrolowana przez procesor co przyczynia się do jego obciążenia. Pozwala na pracę w trybach 0 4 różniących się szybkością. DMA (ang. Direct Memory Access) umożliwia napędą bezpośredni dostęp do pamięci RAM bez udziału procesora. Ultra DMA (UDMA) ulepszony DMA pozwala na transfer danych z prędkością od 16,7 MB/s do 133 MB/s. Identify Drive umożliwia BIOS owi identyfikacje napędów. S.M.A.R.T. (ang. Self Monitoring, Analysis and Reporting Technology) umożliwia wykrywanie awarii napędu. ATAPI (ang. AT Attachment Packet Interface) jest to rozszerzony interfejs umożliwiający obsługę urządzen typu: CD ROM, CD RW, napędów ZIP itp. SCSI (ang. Small Computer System Interface) interfejs bardziej zaawansowany niż ATA wybierany częściej do komputerów Serwerowych. Charakterystyka standardów SCSI: NAZWA Szerokość (Bit) Częstotliwość (MHz) Maksymalny transfer (MB/s) Liczba obsługiwanych urządzeń SCSI 1 8 5 5 8 SCSI 2 (Wide SCSI) 16 5 10 16
SCSI 2 (Fast SCSI) 8 10 10 8 SCSI 2 (Fast Wide SCSI) 16 10 20 16 SCSI 3 (Ultra SCSI) 8 20 20 8/4* SCSI 3 (Wide Ultra SCSI) 16 20 40 16/4* SCSI 3 (Ultra2 SCSI) 8 40 40 8/2* SCSI 3 (Wide Ultra2 SCSI) 16 40 80 16/2* SCSI 3 (Ultra3 SCSI) 16 40 160 16/2* SCSI 4 (Ultra 320 SCSI) 16 80 320 16/2* SCSI 4 (Ultra 640 SCSI) 16 160 640 16/2* * W zależności od rodzaju i długości zastosowanego okablowania. SATA (ang. Serial Advanced Technology Attachment) jest to nowsza szeregowa wersja ATA. Warianty SATA Typ SATA SATA 1 (SATA 150) Revision 1.x SATA 2 (SATA 300) Revision 2.0 SATA 2 ( SATA 3Gb/s) Revision 2.6 SATA 3 (SATA 6Gb/s) Revision 3.1 Przepustowość (MB/s) 150 300 375 750 Wprowadzenie SATA Revision 2.x zaowocowało wprowadzeniem standardu nowych elementów. Należą do nich: transfer do 3 Gb/s (375 MB/s) kolejkowanie poleceń NCQ (ang. Nativ Command Queuing) jest to algorytm zwiększający wydajność odczytu.
AHCI (ang. Advanced Host Controller Interface) jest to interfejs umożliwiający korzystanie ze sterowników i oprogramowania systemu operacyjnego. Hot plugging (Hot Swap) podłączanie/wyłączanie napędów bez podłączania/wyłączania urządzeń. powielacze portów umożliwiają przyłączenie do głównego adaptera hosta do 16 urządzeń. stopniowanie rozruchu dysków stopniowy rozruch dysków w celu uniknięcia zbyt dużego obciążenie prądowego interfejsu SATA. Trzecia generacja SATA wprowadziła kilka nowości: interfejs SATA USM pozwala na podłączanie zewnętrznych pamięci masowych bez użycia okablowania. umożliwia transfer do 6Gb/s. złącze msata bazuje na minipci Express, umożlwia podłączenie napędów SSD i pamięci Flash. Zero Power Optical Disk Drive umożliwia oszczędzanie energii podczas współpracy interfejsu SATA z urządzeniami pracującymi w trybie IDLE. Required Link Power Managment zmniejsza pobór energii. Queued Trim Command opcja przeznaczona do dysków SSD mająca na celu zwiększenie ich żywotność. Hardware Control Features umożliwia identyfikacje urządzeń SATA w celu podniesienia ich wydajności. Macierze RAID Macierze RAID mają na celu poprawienie wydajności dysków poprzez ich połączenie. Opracowano 7 poziomów macierzy RAID: RAID 0 dane zapisywane sa równolegle na kilku dyskach działających jako jedno urządzenie. RAID 1 dane są zapisywane na zdublowanych dyskach, które przechowuja dosłownie tą sama wartość. RAID 2 dane dzielone między wiele dysków, a kod korekcji błędów jest zapisywany na dodatkowym urządzeniu. RAID 3 podobny do RAID 0, jednak w celu niezawodności stosuje się dodatkowy dysk wykorzystywany do kontroli parzystości. RAID 4 podobny do RAID 3, jednak dane są zapisywane w większych blokach, co poprawia wydajność zapisu dużych plików. RAID 5 podobny do RAID 4, jednak jego wydajność jest większa ze względu na zapis kodów parzystości na kilku dyskach. RAID 6 podobny do RAID 5, jednak została zwiększona niezawodność dzięki zapisaniu kodów parzystości za pomocą dwóch schematów kodowania.
Budowa dysku twardego Dysk twardy składa się z następujących elementów: Talerze dane są zapisywane na nim z obydwu stron. Najpopularniejsze rozmiary talerzy: 2,5 i 3,5 cala. Pozycjonier głowicy składa się z mocnego magnesu stałego i cewki sterującej. Umożliwia sprawne przesuwanie głowicy nad powierzchnią obracającego się talerza. Ramię łączy głowicę z pozycjonerem i umieszcza ją nad powierzchnią talerza. Silnik obraca talerze podczas pracy dysku. Filtr zbiera opiłki metalu i drobiny kurzu mogące się pojawić podczas pracy mechanizmów dysku. Płyta drukowana z układami logicznymi umożliwia montaż układów elektronicznych niezbędnych do poprawnego funkcjonowania dysku. Obudowa chroni delikatne mechanizmy. Działanie dysku twardego W trakcie uruchomienia komputera w pierwszej kolejności pracę zaczyna procesor sygnałowy dysku. Odczytuje on procedury zawarte w biosie dysku, które uruchamiają silnik HDD. Po osiągnięciu założonej prędkości obrotowej platerów uruchomiony pozycjoner, który przesuwa jego ramię nad talerz zawierający mikrooprogramowanie wewnętrzne samego nośnika. Obszar ten nazywa się strefą serwisową dysku. Osiągnięcie minimalnej prędkości jest niezbędne do wytworzenia się pod końcówkami pozycjonera (tuż przed szczotkami głowic) tzw. poduszki powietrznej, która unosząc lekko głowice nie dopuszcza do ich fizycznego kontaktu z wirującym platerem. W następnej kolejności głowice odczytują zamieszczone w sferze serwisowej fabryczne moduły wsadowe zawierające takie informacje jak nazwa dysku, nr seryjny, fizyczny translator dysku (stworzony w oparciu o fabryczną listę zawierających błędy sektorów) oraz adaptywne parametry pracy głowic.
Po poprawnym odczycie struktur serwisowych dysk zgłasza komunikat "status ready" w tym momencie zostaje on wyświetlony w biosie komputera i jest gotowy do pracy może odczytywać i zapisywać dane. Większość dzisiejszych dysków posiada głowice magneto rezystywne odczyt stanu logicznego poszczególnych domen magnetycznych polega na zmianie rezystancji głowicy odczytującej w zależności od polaryzacji zawartych w nich dipoli. Sam zapis dokonuje się poprzez zmianę natężenia pola magnetycznego (generowanego przez głowicę) w dyskach twardych głowica magnesuje ferromagnetyk aż do pełnego nasycenia (zmiana kierunku namagnesowania dipoli) wykorzystując właściwości histerezy magnetycznej. Po namagnesowaniu domeny i usunięciu pola magnesującego półtwardy ferromagnetyk pozostaje stabilnie namagnesowany. Pamięci Optyczne Do grup pamięci optycznych zaliczamy napędy wykorzystujące do zapisu i odczytu wiązkę światła laserowego. Budowa i działanie napedu CD/DVD Układ optyczny składa się z kilku podstawowych elementów: dioda laserowa emituje wiązke światła laserowego. półprzezroczyste lustro i przyzmat przepuszcza światło tylko w jedną stronę, natomiast wracającą wiązkę kieruje na fotodetektor. soczewki skupiają wiąskę na powierzchni płyty CD. fotodetektor zmienia fale świetlne na impulsy elektryczne. Płyta CD podzielona jest na spiralne ścieżki podzielone na sektory. Każdy z nich zawiera 2 KB rzeczywistych informacji. Promień lasera dociera do aluminiowej powierzchni nośnika przenikając przez poilwęglanową powłokę. Spiralna powierzchnia zawiera zagłębienia (pits). Kiedy promień natrafi na ten obszar ciąg informacji zostaje odczytany przez skomplikowany układ elektroniczny i przekształcony w standardowy zbiór danych. Istnieją na płycie także obszary bez zagłębień (lands). Gdy laser na nie natrafi promienie zostaną odbite do fototranzystora. Dodatkowo napędy CD/DVD są wyposażone : Silnik umożliwia obracanie zamontowanego nośnika w napędzie. Mechanizm ładujący nośnik umożliwia zamontowanie nośnika w napędzie. Tacka służy do wprowadzania płyt do napędu. Szczelina nośnik wsuwa się do szczeliny w napędzie. Kasetka płyta przed wprowadzeniem do napędu jest umieszczana w plastikowej kasetce, która chroni nośnik przed uszkodzeniami mechanicznymi.
Silnik krokowy układ optyczny jest zamontowany na wózku który za pomocą przekładni ślimakowej porusza silnik krokowy. Płytkę drukowaną z elektroniką sterującą pacą napędu to na niej zamontowane są mechanizmy odpowiedzialne za sterowanie napędem. Płyty i ich pojemności DVD Standard Pojemność Liczba warstw Liczba stron DVD 5 4,7 GB 1 1 DVD 9 8,5 GB 2 1 DVD 10 9,4 GB 1 2 DVD 18 17,08 GB 2 2 CD Standard Czas nagrywania Pojemność CD 74 minuty 650 MB CD 80 minuty 700 MB CD 90 minut 800 MB CD 99 minut 870 MB CD 30 minut 1,4 GB BluRay 25 GB 50 GB 100 GB 128 GB 200 GB Karty pamięci Flash MultiMedia Card (MMC)
Secure Digital (SD) Memory Stick (MS) CompactFlash (CF) SmartMedia (SM) xd Picture Card (xd) Dyski Flash SSD SSD urządzenie pamięci masowej oparte na pamięci Flash. Dyski SSD są wyposażone w interfejsy ATA (SATA), charakterystyczny dla współczesnych dysków twardych. Dostępne są także urządzenia SSD zainstalowane na kartach PCI Express.