Pamięci masowe FDD - Napęd dyskietek elastycznych 3.5 1.44MB Pamięci masowe służą do przechowywania programów oraz danych. Uruchomienie programu polega na wczytaniu z pamięci zewnętrznej do pamięci operacyjnej sekwencji rozkazów dla mikroprocesora i rozpoczęciu ich wykonywania. W pamięci zewnętrznej mogą być również przechowywane dane, które są wczytywane do pamięci operacyjnej a następnie po przetworzeniu przez program mogą być ponownie zapisane. Obecnie zdecydowana większość pamięci masowych opera się o magnetyczną metodę zapisu (dyskietki, dyski twarde, taśmy streamer'ów). Dyskietka to krążek elastycznego tworzywa sztucznego pokrytego dwustronnie materiałem magnetycznym. Jest on umieszczony w: papierowej kopercie-5.25" lub plastikowym pudełku-3.5". Po włożeniu dyskietki do napędu dosuwane są do niej głowice z obydwu stron, zaś sama dyskietka zaczyna się obracać. Dane zapisywane są w 512B sektorach, które tworzą koncentrycznie ułożone ścieżki. Pojemności typowych dyskietek: Typ nośnika DD (double density) HD (high density) pojemność l. ścieżek l. sektorów pojemnoś ć l. ścieżek l. sektorów Typ dyskietki 5.25" 360 kb 40 9 1.2 MB 80 15 3.5" 720 kb 80 9 1.44 MB 80 18 HDD Dysk twardy Budowa dysku twardego opiera się na zmodyfikowanej koncepcji dyskietki. W hermetycznej metalowej obudowie umieszczony jest jeden lub kilka talerzy (na wspólnej osi) napędzany precyzyjnym, elektronicznie sterowanym silnikiem liniowym. Sztywne (stąd nazwa urządzenia) talerze wykonane są z lekkich stopów i pokryte z obu stron nośnikiem magnetycznym. Przy każdym talerzu znajdują się dwie głowice odczytująco-zapisujące. Na skutek dużej prędkości obrotowej (min 3600obr/min) między wirującym talerzem a znajdującą się w jego pobliżu głowicą wytwarza się poduszka powietrzna grubości kilki µm. Dzieki temu zjawisku głowica unosi się nad
wirującym talerzem w bardzo bliskiej odległości co pozwala osiągnąć dużą gęstość zapisu, a jednocześnie nie ma bezpośredniego mechanicznego kontaktu. CD-ROM (ang. Compact Disc, CD-ROM Compact Disc Read Only Memory) To poliwęglanowy krążek z zakodowaną cyfrowo informacją do bezkontaktowego odczytu światłem lasera. Pierwotnie wykorzystano ją do zapisu muzyki w postaci cyfrowej. Została opracowana przez koncerny Sony i Philips pod koniec lat 70, a jej premiera odbyła się w 1982. Na krążku o średnicy 12 cm i grubości 1,2mm naniesiona jest spiralna ścieżka (od środka do brzegu płyty) zawierająca wgłębienia o głębokości rzędu µm, w których zakodowana jest informacja. Odczyt dokonywany jest przy pomocy światła lasera półprzewodnikowego (780nm), które trafiając na wgłębienia lub pomiędzy nie, ulega różnej polaryzacji. Dane zapisane są w postaci wgłębień (ang. pit) oraz pól (ang. land), czyli przerw pomiędzy wgłębieniami. Każda zmiana stanu z wgłębienia na pole jest odczytywana przez układ optyczny jako 1, brak zmiany jako 0. Wgłębienie ma około 125 nm głębokości przy 500 nm szerokości, zaś jego długość waha się od 850 nm do 3.5 µm. Zmiany strumienia światła odbitego odbierane są przez zespół fotodiod, a następnie dekodowana jest użyteczna informacja. Długość spirali z zapisem danych na typowej płycie to ok 5km. Dyski CD mają pojemność około 650 MB lub 74 min muzyki. Prędkość obrotowa płyty zmienia się w taki sposób, aby utrzymać stałą prędkość liniowa głowicy odczytującej względem ścieżki (1,2-1,4 m/s) Prędkość odczytu zależy od konstrukcji napędu i określa się jako wielokrotność standardowej prędkości 150kB/s. CD-ROM'y sa trwałe (odczyt wiązką światła), ale informacja na nich zapisana w procesie produkcji nie może być modyfikowana przez użytkownika. CD-R (ang. Compact Disc Recordable) płyta kompaktowa z możliwością jednokrotnego zapisu oraz wielokrotnego odczytu (przez pewien czas funkcjonowała nazwa WORM Write Once Read Many). Standardowa pojemność to 700MB. Poliwęglanowy krążek, z którego wykonana jest płyta CD-R, posiada spiralny rowek, który prowadzi wiązkę lasera w trakcie odczytu lub zapisu danych. Po stronie z rowkiem, na krążek naniesiona jest bardzo cienka warstwa specjalnego barwnika (ang. dye), a na nią cienka warstwa srebra, stopu srebra lub złota (w normalnej płycie CD zamiast warstwy barwnika występuje warstwa aluminium). ISO9660, UDF Wieloseryjność wielowoluminowość tryb pakietowy (wymaga użycia systemu plików UDF) CD/RW (ang. Compact Disc ReWritable) jest to płyta kompaktowa z możliwością wielokrotnego nagrywania (ok. 1000 razy). Płyta między dyskiem z tworzywa sztucznego a odbijającą światło warstwą aluminium posiada warstwę będącą stopem czterech metali (srebro, ind, antymon, tellur), posiadającą specjalne własności fizyczne. Promień lasera może czynić ją przezroczystą lub pochłaniającą światło. Dzięki temu, że warstwa ta może
przechodzić dowolnie z jednego stanu w drugi, zapis na CD-RW nazywany jest zapisem zmiennofazowym. Jest on w pełni odwracalny. DVD (ang. Digital Versatile Disc) standard zapisu danych na optycznym nośniku danych, podobnym do CD-ROM (te same wymiary: 12 lub 8 cm) lecz o większej pojemności uzyskanej dzięki zwiększeniu gęstości zapisu. Format DVD powstał do cyfrowego zapisu materiałów wideo, jednak rosnące zapotrzebowanie przemysłu komputerowego na nośniki o większej pojemności sprawił, że DVD stał się formatem uniwersalnym. Pojemność względem płyty CD zwiększono dzięki: zastosowaniu lasera o krótszej długości fali 650nm zmniejszeniu wielkości pitów i landów Zastosowano także dwie warstwy, w których można dokonywać zapisu. Warstwa dolna jest warstwą półprzezroczystą. Wiązka lasera w zależności od długości fali i kąta nachylenia może czytać informacje zapisane na warstwie położonej niżej lub też z warstwy wyższej. Istnieje także możliwość zastosowania krążków DVD o obustronnym zapisie. Płyta DVD musi zawierać system plików. Jest to UDF, będący rozszerzeniem standardu ISO 9660, który używany jest do zapisu danych na płytach CD. Dyski DVD w zależności od typu mogą pomieścić od 4,38 GB (jednowarstwowe, jednostronne płyty DVD, powszechnie znane jako DVD-5) do ponad 17 GB danych (obustronne, dwuwarstwowe DVD). DVD+R/RW to jeden ze standardów jednokrotnego/wielokrotnego zapisu informacji na nośniku danych, jakim jest dysk optyczny DVD. Umożliwia zapis ok. 4,7 GB danych na jedną stronę nośnika. Format DVD+R został opracowany przez koalicję firm zrzeszonych w organizacji DVD+RW Alliance w 2002 roku. W roku 2003 zaprezentowano technologię płyt dwuwarstwowych, które przy zastosowaniu standardu DVD+R umożliwiają zapis 8,5 GB danych na jedną stronę dysku. Technologia ta została wprowadzona przez producentów sprzętu w pierwszej połowie 2004 roku. DVD-R/RW to jeden ze standardów jednokrotnego/wielokrotnego zapisu informacji na nośniku danych jakim jest dysk optyczny DVD. Umożliwia zapis ok. 4,7 GB danych na jedną stronę nośnika. W wypadku dysków dwustronnych daje pojemność 9 GB. Standard DVD-R został wprowadzony w 1997 r przez firmę Pioneer Corporation. W 1999 roku pojawiły się płyty wielokrotnego zapisu DVD-RW. DVR-RAM Streamer Urządzenie do archiwizacji danych na taśmie magnetycznej Zapis liniowy Zapis helikalny
ZIP Napęd dyskietek ZIP o pojemności 100 (250) MB LS-120 Napęd dyskietek LS Podłączanie urządzeń pamięci masowej IDE (ang. Integrated Drive Electronics) lub ATA (ang. Advanced Technology Attachments) najprostszy i najtańszy sposób podłączenia pamięci masowej do systemu PC. Początkowo stosowano oznaczenia ATA-1, -2 itd., obecnie używa się określeń związanych z zegarem taktującym interfejs (ATA/33, ATA/66, ATA/100, ATA/133). Dwukanałowy kontroler IDE jest standardowym wyposażeniem każdej współczesnej płyty głównej. Do każdego z kanałów można podłączyć max 2 dowolne urządzenia. Jedno z nich jest nadrzędne (ustawione przy pomocy zworek do pracy w trybie master) a drugie podporządkowane (slave). Poszczególne urządzenia połączone są przy pomocy 40 żyłowej taśmy. 40 40 IDE 1 (Primary) IDE 2 Master (Secondary) Master Slave SATA (ang. Serial Advanced Technology Attachment) - szeregowa magistrala Serial ATA jest następcą równoległej magistrali ATA. Do transmisji przewidziane są cieńsze i bardziej elastyczne kable z mniejszą ilością styków, co pozwala na stosowanie mniejszych złączy na płycie głównej w porównaniu do równoległej magistrali ATA. Interfejs przeznaczony do komunikacji z przepływnością 150 MB/s, umożliwiający szeregową transmisję danych między kontrolerem a dyskiem komputera z przepustowością ok. 1,5 Gb/s. Dodatkowo budowa kabli upraszcza instalację i prowadzenie ich w obudowie, co poprawia warunki chłodzenia wewnątrz obudowy. Organizacja Serial ATA Working Group pracująca nad tym standardem zakończyła już prace nad jego drugą wersją (SATA-2), która umożliwia dwukrotnie większy transfer niż jej poprzednik. Planowana jest też trzecia wersja tego interfejsu, która ma umożliwić przesyłanie danych z prędkością 600 MB/s. *********************************************************************************** Kawałek historii Dysk twardy w naszym komputerze od kilku lat komunikuje się z komputerem za pomocą magistrali IDE/ATA. Jest to standard transmisji równoległej wykorzystującej 40 sygnałów. Przez tych 40 żył biegnie prąd o napięciu 5V. Tak wysokie napięcie i tak szybki transfer powoduje masę interferencji elektromagnetycznych. Rozwiązaniem tego okazało się zastosowanie dla każdego przewodu ekranu czyli kolejnej żyły. I tak oto wraz ze standardem ATA66 mamy 80- żyłowe przewody sygnałowe. Dyski kręciły się już z prędkością 7200 obrotów na minutę (rpm), potrzebowały szybszej komunikacji z komputerem.
Powstał więc nowy standard ATA100, który oferował maksymalny przesył danych na poziomie 100 MB/s. Można powiedzieć, że na tym rozwój tej technologii się zakończył. Pewnym rozszerzeniem jest nie przyjęty przez wszystkich, w szczególności przez Intela, standard Maxtora ATA 133. Rozszerzenie to zostało wprowadzone przez firmę głownie dla obsługi większych dysków twardych (300 GB), których niestety nie obsługuje ATA100. Co się zmieniło? Końcem tamtego stulecia rozpoczęto prace nad nowym standardem Serial-ATA. Pracę zakończono w roku 2001. Najważniejszą zmianą w stosunku do równoległego (Parallel-ATA) jest wzrost prędkości przesyłu do 150 MB/s, stąd też nazwa S-ATA 150. Interfejs w przeciwieństwie do swojego poprzednika przesyła dane szeregowo. Czyli nie naraz 40 sygnałów, a jeden, ale za to nie porównywalnie szybciej. Nie ma też tak wysokiego napięcia zasilającego teraz jest 250 mv. Do przesyłu danych służą dwie linie, jedna nadawcza druga zaś odbiorcza. W dodatku ich charakterystyka (odwrócone fazy) powoduje, że wszelkie interferencje elektromagnetyczne po prostu nie występują - wytłumiają się. 40 pinową grubą taśmę, bardzo niewygodną w użyciu zastąpiono cieniutkim 7 żyłowym kablem o maksymalnej długości 1 m. W przypadku ATA 100 / ATA 133 jest to jedynie 40 cm. Nie ma już problemu ze zworkami. Nie musimy się już martwić, że jeden napęd jest master, a drugi musi być slave. Jeden dysk oznacza jedno połączenie (punkt-punkt). W myśl idei HotPlug dodano możliwość podłączania napędu w czasie pracy komputera. Zmieniono również standardowe zasilanie. Zamiast czterostykowego molexa, mamy cienki kabelek z 15 wyprowadzeniami. Oprócz standardowych 12V oraz 5V dysk dostaje jeszcze zasilanie z linii 3,3 V. Trzeba jednak zaznaczyć, że nie wszyscy producenci dysków zrezygnowali ze standardowego złącza MOLEX służącego do zasilania dysków. Nowe zasilanie stosuje Seagate oraz Samsung. Natomiast Maxtor, WesternDigital czy Hitachi oferują dyski z nowym jak i starym zasilaniem równocześnie. Bardzo ważnym jest, że nie można podłączyć obydwu linii mogłoby to spowodować awarię dysku. Stosowanie starego zasilania w niczym nie przeszkadza, nie ogranicza też wydajności dysku. Jedyne co, to nie będziemy mogli podłączyć dysku na ciepło czyli w czasie włączonego komputera. Jak się jednak okazuje nie jest to wielka strata, gdyż na dzień dzisiejszy mało który zasilacz taką funkcję oferuje. Kontrolery Serial-ATA Nieodłącznym elementem procesu komunikacji dysku twardego z komputerem jest jego kontroler. W przypadku Serial-ATA dopiero teraz praktycznie każda nowo zakupiona płyta główna oferuje ten standard. Przy wyborze takiej płyty należy
zwrócić uwagę czy obsługujący standard S-ATA kontroler jest zintegrowany z chipsetem czy jest to osobny układ. W przypadku osobnego układu (najczęściej jest to produkt Silicon Image, rzadziej Promise) komunikacja odbywa się przez wąską szynę PCI, która ma maksymalną przepustowość 133 MB/s. Dlatego też polecamy rozwiązania, gdzie S-ATA znajduje się bezpośrednio w chipsecie. Realny zysk w teorii Jak wiemy doskonale dzisiejsze dyski 7200 rpm oferują prędkość odczytu w okolicach 40 do 60 MB/s oraz zapis w granicach 30 do 50 MB/s Niestety architektura dysku twardego nie zmieniona od ponad 20 lat, nie pozwala na pełne wykorzystanie łącza. W takim razie po co nam aż 150 MB/s, jakie oferuje nowy standard? Na to pytanie chyba mogą nam tylko odpowiedzieć marketingowcy wielkich firm komputerowych producenci sprzętu. Mimo wszystko zobaczmy jednak na szczegółowe wyniki testów. ********************************************************************************* SCSI rozwiązanie dla bardziej wymagających użytkowników. Pozwala na podłączenie większej liczby urządzeń, obsługuje urządzenia wewnętrzne i zewnętrzne. Droższe od IDE, wymaga zakupu karty kontrolera SCSI a także poszczególne urządzenia są w wyższej cenie od analogicznych urządzeń IDE. Urządzeni wewnętrzne połączone są taśmą 50 lub 68 (Wide SCSI) żyłową, zaś zewnętrzne specjalnym kablem. Zarówno wewnętrzna jak i zewnętrzna część magistrali musi być zamknięta na końcach tzw. terminatorami. Terminator może być wbudowany w kabel na jego końcu. Jeśli posiadamy zwykły kabel wówczas należy włączyć terminator na ostatnim urządzeniu w magistrali (każde z urządzeń ma wbudowany terminator, jednak jest domyślnie wyłączony). Urządzenia muszą mieć nadane unikalne w obrębie całej magistrali numery ID (numery te są ustawiane poprzez zworki dostępne na urządzeniu).
kontroler SCSI (ID=7) 50 lub 68 HDD (ID=0) HDD (ID=1) HDD (ID=2) skaner (ID=6) CD-ROM (ID=4) Terminator Wersje SCSI Wersja Max. przepustowoś ć Szerokoś Max długość kabla ć szyny SE LVD [MB/s] [b] [m.] [m.] - SCSI 5 8 6-8 Fast SCSI 10 8 3-8 Fast Wide SCSI 20 16 3-16 Ultra SCSI 20 8 1,5-8 Ultra Wide SCSI 40 16 1,5-16 Ultra2 SCSI 40 8-12 8 Ultra2 Wide SCSI 80 16-12 16 Ultra3 SCSI 160 16-12 16 Max. liczba urządzeń SE (ang. Single Ended) elektryczna specyfikacja przesyłania danych, w której każdy sygnał przenoszony jest pojedynczym przewodem (wspólna masa). Urządzenia korzystające z tego sposobu komunikowania się są tańsze w produkcji, ale w większym stopniu narażone na zakłócenia. LVD (ang. Lov Voltage Differentia) elektryczna specyfikacja komunikowania się z szyną SCSI, w której każdy sygnał przesyłany jest z użyciem dwóch przewodów. Interfejs ten jest mniej podatny na zakłócenia i pozwala na korzystanie z dłuższych kabli połączeniowych. Kontroler SCSI (Host bus adapter) realizuje samodzielnie operacje wejścia wyjścia oraz korzysta z niezależnej szyny komunikacyjnej. Urządzenie posiada kontroler odpowiedzialny za wymianę informacji z szyną. Urządzenia komunikują się ze sobą za pomocą ściśle określonego zestawu komend sterujących, wykorzystywanych zarówno do sterowania procesem transmisji danych jak i komunikatów. Wielowątkowość oraz kolejkowanie rozkazów pozwalają na zwiększenie wydajności całego systemu dzięki równoległej obsłudze zleceń wejścia/wyjścia wielozadaniowy
system operacyjny nie jest blokowany wąskim gardłem warstwy komunikacyjnej.. Pod warunkiem, oczywiście, że programowy sterownik kontrolera będzie sprawnie pośredniczył pomiędzy wielozadaniowymi /wielowątkowymi środowiskami (system operacyjny/pamięć masowa). Wielowątkowość SCSI oraz kolejkowanie rozkazów ułatwiają również optymalizację pracy samych urządzeń np. w przypadku dysków twardych przetwarzanie przechowywanych w buforze poleceń realizowane jest nie sekwencyjnie, a za pomocą metody tzw. najkrótszego przebiegu. Oznacza to, że elektronika dysku na bieżąco kontroluje zlecenia operacji odczytu/zapisu i wykonuje je w kolejności gwarantującej najlepszą wydajność urządzenia (minimalizacja ruchu głowic i skrócenie czasu oczekiwania na informację) Macierze RAID (Redundand Array of Inexpensive Disk) Technologia ta umożliwia połączenie kilku dysków fizycznych w jeden logiczny w celu: - Zabezpieczenia danych przed awarią - Zapewnienia ciągłości pracy systemu w przypadku awarii - Uzyskania większej pojemności systemu plików - Podniesienia wydajności systemu plików RAID Linear Umożliwia połączenie kilku dysków fizycznych (partycji) w jeden dysk logiczny o sumarycznej pojemności. System zapisuje dane liniowo, zaczynając od pierwszego dysku, aż do jego zapełnienia, później na drugim dysku itd.. Brak ochrony przed utratą danych, Uszkodzenie jednego z dysków powoduje brak danych z całej macierzy. RAID 0 Tryb pracy podobny do RAID Linear. Różnica polega na tym, że zapisywane dane dzielone są na bloki i każdy z nich jest zapisywany na innym dysku. Łączna pojemność macierzy równa jest sumie pojemności dysków. Brak jakiejkolwiek ochrony przed utratą danych. RAID 1 Tzw. dyski lustrzane (mirroring). Wszystkie dane są zapisywane na dwa dyski jednocześnie, tak by jeden z nich był wierną kopią drugiego. Gdy jeden z dysków ulegnie awarii wszystkie operacje odczyt/zapis kierowane są do sprawnego dysku. Pojemność użyteczna równa się pojemności najmniejszego z dysków. RAID 4 Wymaga połączenia trzech dysków. Dane zapisywane są na dwóch z nich, na ostatnim przechowywane są sumy kontrolne. W przypadku awarii jednego z dysków dane są w dalszym ciągu dostępne albo na dwóch dyskach z danymi (awaria dysku z sumami kontrolnymi) albo poprzez wyliczenie brakujących danych na podstawie jednego dysku z danymi i sum kontrolnych (przy awarii jednego z dysków przechowującego dane). Przy awarii dwóch dysków tracimy wszystkie dane. Pojemność macierzy = (n-1)*s gdzie n - liczba dysków, s- pojemność najmniejszego z nich.
RAID 5 Podobny do RAID-4 ale nie posiada wydzielonego dysku na sumy kontrolne. Są one przechowywane na wszystkich dyskach i zapisywane naprzemiennie z danymi. Pojemność macierzy = (n-1)*s gdzie n - liczba dysków, s- pojemność najmniejszego z nich.
Realizacja macierzy RAID Sprzętowa. Stosując kontroler SCSI-RAID system operacyjny zamiast poszczególnych dysków składowych widzi jeden dysk wirtualny. Można na nim zainstalować dowolny system, nawet taki który nie posiada żadnego oprogramowania do obsługi macierzy Kontroler SCSI + RAID RAID Programowa. Niektóre systemy operacyjne posiadają wbudowane sterowniki do realizacji macierzy RAID : - Linux (jądro min. 2.2.x): RAID Linear, 0, 1, 4, 5 - Novell NetWare (3.x, 4.x): RAID Linear, 1 - MS Windows NT (3.5x, 4.x): RAID Linear, 1, 5 SAS