Реферат: Устройства хранения информации. Реферат устройство хранения информации

Устройства хранения информации - Доклад

Ленточные картриджи и гибкие диски.

К внешней, или периферийной, памяти относятся магнитные ленты, магнитные диски и память на магнитных доменах. Внешняя память дешевле внутренней, создаваемой обычно на основе полупроводников. Кроме того, большинство устройств внешней памяти может переноситься с одного компьютера на другой. Главный их недостаток в том, что они работают медленнее устройств внутренней памяти.

Магнитные ленты в качестве устройств внешней памяти многим знакомы по аудио- и видеомагнитофонным кассетам. И те и другие хранят аналоговые данные, т.е. сигналы, которые изменяются непрерывно, например, от пианиссимо скрипки до мажорного звука духового инструмента рок-группы. Для использования этих носителей в компьютерах необходимо преобразовать аналоговые сигналы в цифровую форму, т.е. в сигналы, соответствующие двоичным цифрам 0 и 1. Это сравнительно дешевый и довольно медленный носитель. Тем не менее в мощных компьютерах для хранения больших объемов данных часто используют высокоскоростные многодорожечные магнитные ленты. Эти ленты удобны для резервного копирования всей информации с дисков компьютерных систем.

По виду ленточные картриджи похожи на аудиокассеты, но предназначены для цифровой записи. Плотность записи в них выше, чем у аудиокассет, а ленты подвергаются специальному тестированию. Они используются при создании резервных копий для систем на жестких дисках. Цифровые аудиоленты также используются в качестве средства резервирования. При этом в кассете меньшего размера, чем аудиокассета, может храниться до миллиарда байт данных. Все типы ленточных запоминающих устройств имеют один основной недостаток последовательный режим работы, т.е. лента должна прокручиваться до нужного элемента, что отнимает много времени. Требование экономии времени вынуждает пользователя обращаться к другому, более популярному средству хранения информации для небольших компьютеров, гибкому диску, или дискете.

Гибкий магнитный диск является компромиссным решением между магнитной лентой и граммофонной пластинкой. Это небольшой, тонкий и гибкий пластиковый диск, на одной или обеих сторонах которого нанесено магнитное покрытие. Диск с покрытием заключается в защитный конверт или оболочку, имеющую отверстия для доступа головки чтения/записи и двигателя дисковода.

Гибкие диски проигрываются аналогично грампластинке, но с помощью головки магнитной записи, а не иголки. Подобно магнитной ленте, гибкий диск может формировать постоянную запись программы или данных; поскольку он допускает стирание, его содержимое может быть изменено.

Гибкий диск, в отличие от магнитной ленты, является средством произвольного доступа. Информация, записанная на диске, располагается концентрическими окружностями (дорожками) на его поверхности. Одна или две дорожки обычно используются для хранения оглавления. Чтобы найти конкретную запись на диске, компьютер дает указание магнитной головке переместиться к дорожке с оглавлением и найти координаты места нужной информации; при этом диск вращается под магнитной головкой. Как только нужная запись найдена в оглавлении, компьютер приказывает магнитной головке переместиться к соответствующему месту диска. Те же принципы действуют при записи информации. Чтобы изменить информацию на магнитной ленте, надо прочитать всю ленту, вставить изменения и перезаписать измененный вариант. Принцип гибкого диска позволяет исправить конкретный сегмент записей, не затрагивая остальной поверхности. Вот почему запись на диске может быть осуществлена частями, каждая из которых вставляется в любое подходящее место. Единственное дополнительное требование состоит в том, чтобы оглавление на диске изменялось в соответствии с изменениями, сделанными на этом диске.

Промышленность выпускает гибкие диски в основном размера 3,5 дюйма (89 мм). Типичный гибкий диск может хранить до 1,5 млн. знаков (байтов), что эквивалентно 900 страницам машинописного текста, напечатанного через два интервала. Имеются также диски большей информационной емкости. Дисководами для гибких дисков оснащаются практически все персональные компьютеры.

Компакт-диски.

1.Общии сведения о компакт-дисках

В 1982 году фирмы Sony и Philips завершили работу над форматом CD-аудио (Compact Disk), открыв тем самым эру цифровых носителей на компакт-дисках. Принцип работы этих дисков оптический. Чтение и запись осуществляется лазером. В компакт-диске данные кодируются и записываются в виде последовательности отражающих и не отражающих участков. Отражение интерпретируется как единица, впадина - как ноль. Приведу некоторые технические параметры компакт-дисков. Рабочая длина волны лазера - 780 нм. Диаметр компакт-диска 120 мм. Толщина диска 1,2 мм. Объем диска 680 Мб (74 мин аудио). Вес 14-33 г. Цепочка углублений (pits) расположена по спирали как в грампластинке, но в направлении от центра (фактически CD является устройством последовательного доступа с ускоренной перемоткой). Интервал между витками - 1.6 мкм, ширина пита - 0.5 мкм, глубина - 0.125 мкм (1/4 длины волны луча лазера в поликарбонате), минимальная длина - 0.83 мкм (рис. 1).

Рис. 1. Поверхность компакт-диска.

www.studsell.com

Доклад - Лазерные устройства хранения информации

--PAGE_BREAK--Устройство и принцип работы

Как известно, большинство накопителей бывают внешними и встраиваемыми (внутренними). Приводы компакт-дисков в этом смысле не являются исключением. Большинство предлагаемых в настоящее время накопителей CD-ROMи DVDотносятся к встраиваемым. Внешний накопитель, как правило, стоит заметно дороже. Форм-фактор современного встраиваемого CD-ROM(DVD-ROM) определяется двумя параметрами: половинной высотой (Half-High, HH) и горизонтальным размером 5.25 дюйма. Таким образом, для установки подобного накопителя в компьютер требуется свободный монтажный отсек 5.25 дюйма.

На передней панели каждого накопителя имеется доступ к механизму загрузки компакт-диска в привод. Также там расположены индикатор работы устройства (обычно Busy), гнездо для подключения наушников или стереосистемы (для прослушивания аудиодисков), а также регулятор громкости (также для аудио-CD). Кроме того, при использовании контейнера на передней панели имеется отверстие, с помощью которого можно извлечь компакт-диск даже в аварийной ситуации, например, если не срабатывает кнопка Eject.

На задней панели практически всех без исключения приводов CD-ROMнаходятся, по крайней мере три разъема: интерфейсный, питания и аудио. Назначение первых двух, видимо, не вызывает вопросов. Разъем для вывода звука позволяет подключать привод к звуковой карте. Это удобно при прослушивании аудиодисков, поскольку не требует переключения акустической системы или наушников с одного гнезда на другое.

Кроме этих разъемов при использовании SCSI-интерфейса с задней панели привода доступны также резисторы-терминаторы устройства и набор перемычек (jumpers), или переключателей (switches), которые определяют номер устройства и режим работы. Не следует забывать, что резисторы-терминаторы должны быть установлены на host-адаптере SCSIи приводе компакт-дисков, если к шине интерфейса не подключены другие устройства.

В приводе компакт-дисков можно выделить несколько базовых элементов: лазерный диод, сервомотор, оптическую систему (включающую в себя расщепляющую призму) и фотодетектор.

И так, считывание информации с компакт-диска, так же как и запись, происходит при помощи лазерного луча, но, разумеется, меньшей мощности. Сервомотор по команде внутреннего микропроцессора привода перемещает отражающее зеркало. Это позволяет точно позиционировать лазерный луч на конкретную дорожку. Такой луч, попадая на отражающий свет островок, через расщепляющую линзу отклоняется на фотодетектор, который интерпретирует это как двоичную единицу. Луч лазера, попадающий во впадину, рассеивается и поглощается — фотодетектор фиксирует двоичный ноль (цифровая информация представляется чередованием впадин (не отражающих пятен) и отражающих свет, островков). В качестве отражающей поверхности компакт-дисков обычно используется алюминий. Разумеется, вся поверхность компакт-диска покрыта прозрачным защитным слоем.

В отличие от, например, винчестеров, дорожки которых представляют собой концентрические окружности, компакт-диск имеет всего одну физическую дорожку в форме непрерывной спирали, идущей от внутреннего диаметра к наружному. Тем не менее, одна физическая дорожка может быть разбита на несколько логических.

В то время, как все магнитные диски вращаются с постоянным числом оборотов в минуту, т.е. с неизменной угловой скоростью (CAV, ConstantAngularVelocity), компакт-диск вращается обычно с переменной угловой скоростью, чтобы обеспечить постоянную линейную скорость при чтении (CLV, ConstantLinearVelocity). Таким образом, чтение внутренних секторов осуществляется с увеличенным, а наружных — с уменьшенным числом оборотов. Именно этим обусловливается достаточно низкая скорость доступа к данным для компакт-дисков по сравнению, например, с винчестерами.

В последнее время появились так называемые перезаписываемые компакт-диски CD-R(CD-Recordable). Носители типа CD-Rмогут быть записаны самим пользователем на специальном CD-R-приводе. В основном здесь применяются технологии, основанные на изменении отражающих свойств вещества подложки компакт-диска под действием луча лазера. Кстати, надо заметить, что перезаписываемые компакт-диски в несколько раз дороже обычных. Дело в том, что в качестве светоотражающего слоя в них используется уже не алюминий, а золото (подобные диски обычно служат как мастерные для дальнейшего тиражирования). Читать CD-R-диски можно на обычном приводе.

Что же касается DVD дисков то они могут существовать в нескольких модификациях. Самая простая из них отличается от обычного диска только тем, что отражающий слой расположен не на составляющем почти полную толщину(1,2мм) слое поликарбоната, а на слое половинной толщины(0,6мм). Вторая половина— это плоский верхний слой (рис.1).Емкость такого диска достигает4,7ГБ и обеспечивает более двух часов видео телевизионного качества (компрессияMPEG-2).Кроме того, без особого труда на диске могут дополнительно сохраняться высококачественный стереозвук (на нескольких языках) и титры (также многоязычные). Если оба слоя несут информацию (в этом случае нижнее отражающее покрытие <img width=«371» height=«195» src=«ref-1_802933302-29085.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1026">полупрозрачное),то суммарная емкость составляет8,5 ГБ (некоторое уменьшение емкости каждого слоя вызывается необходимостью сократить взаимные помехи при считывании дальнего слоя).ToshibaиTime Warner предлагают использовать также двухсторонний двухслойный диск. В этом случае его емкость составит17ГБ.

Уже этой характеристики достаточно, чтобы представить себе воздействие, которое может оказать такой диск на кино/видеоиндустрию. Недаром значительная часть споров и задержек с производством устройствDVDвызвана согласованием разнонаправленных способов защиты авторских прав. Цифровые системы, как известно, сохраняют качество сигнала при копировании и уже не служат препятствием для создания нелицензионных копий. Поэтому Ассоциация кинопроизводителей Америки (МРАА— Motion Picture Association of America)совместно с ассоциацией производителей бытовой электроники(Consumer Electronics Manufacturer's Association)сильно обсуждает возможности встраивания защиты от нелицензионного копирования непосредственно в устройства, а также законопроекты, связанные с защитой от копирования. Предлагаются не только исключение возможности прямого копирования диска, но и более серьезные меры, такие как модификация операционной системы с целью недопущения копирования данных, считанных сDVDна другие носители. Радикальная мера—модификация архитектуры ПК с целью принципиального исключения возможности попаданияDVD-данныхна системную шину, откуда они далее могут быть скопированы.

Рабочая группа(Technical Working Group),представляющая интересы производителей компьютеров, не остается в стороне, так как сужение функциональных возможностей устройств может оказаться не безболезненным. Оставив для будущих историков подробное рассмотрение юридических баталий, отмечу только, что если кино/видеопроизводство приметDVD как носитель, то, учитывая очень низкую стоимость экземпляра диска при многотиражном выпуске, можно ожидать действительно революционных изменений в домашней электронике.

Для ответа на вопрос “ Как же достигается столь значительное увеличение объема информации наDVDдиске? ” необходимо произвести сравнение его с CD-ROM.Главное отличие, конечно, в повышенной плотности записи информации. За счет перевода считывающего лазера из инфракрасного диапазона (длина волны780 нм) в красный (с длиной волны650нм или635 нм) и увеличения числовой аппаратуры объектива до0,6(против0,45вCD)достигается более чем двух кратное уплотнение дорожек и укорочение длины питов (отражающих выступов/впадин).

Уменьшение размеров углублений и шага спиральной дорожки способствовало увеличению емкости дисков почти в семь раз: от 682 MБ в компакт-дисках до 4.7 ГБ в DVD. Памятуя о постоянно возрастающих требованиях к устройствам массовой памяти, компании-разработчики DVD (среди которых особо следует выделить Philips, Sony, Toshiba и Matsushita) пошли еще дальше: они предлагают двухслойные и двухсторонние диски.

Наиболее впечатляющей технологией является использование для записи информации двух слоев. Традиционно все компакт-диски и DVD состоят из одного слоя отражающего материала (обычно это алюминий), на который нанесена содержащая упоминавшиеся выше углубления углеродная пленка (polycarbonate substrate). Луч лазера отражается от этого слоя и попадает на фотодетектор. В двухслойных же дисках DVD поверх отражающего слоя нанесен полупрозрачный слой и разные лазеры в дисководах DVD обеспечивают считывание информации с каждого из этих слоев, емкость таких дисков меньше из-за более низкой отражающей способности данного слоя. Таким образом, полная емкость диска составляет 8,5 ГБ, а не 9,4 ГБ. Однако если и этого недостаточно, можно хранить данные на обеих сторонах диска. Двухсторонние диски состоят из двух углеродных пленок для хранения данных, находящихся по обеим сторонам отражающего слоя, поверх которых может быть нанесено еще и по полупрозрачному слою. Возможна также ситуация, когда одна сторона содержит один, а другая — два отражающих слоя. Таким образом, емкость двухсторонних DVD может достигать от 9,4 до 17 ГБ. Правда, такие диски имеют и некоторые недостатки. В то время, как метки на обычных дисках непрозрачны для луча лазера, двухсторонние диски DVD требуют использования специальных голографических меток. Кроме того, двухсторонние диски DVD более чувствительны к повреждениям поверхности, поскольку в них как углеродная пленка, так и отражающие слои тоньше.

В DVDстандарте изменилась не только физическая плотность размещения информации на диске, но и способы ее представления. Так, на смену известному способу модуляции 8/14 (EFM — eight to fourteen modulation) пришел способ, называемый EFM+. Он отличается несколько иным алгоритмом преобразования и, главное, требует ввода на границе следующих друг за другом 14-разрядных кодов не трех, а только двух дополнительных битов, поддерживающих условие ограниченности размеров пита в диапазоне от 3 до 11 битов (т. е. между двумя последовательными единицами после кодирования не менее 2 и не более 10 нулей). Таким образом, из каждого байта получаем не 14+3=17, а 14+2=16 кодовых битов. Изменение метода модуляции — только одно из множества форматных изменений, позволяющих в целом увеличить объем сохраняемых данных. Собственно переход к EFM+ добавляет еще почти 6% к объему диска. Более мощный механизм коррекции ошибок RS-PC (Red Solomon Product Code) обещает быть на порядок более устойчивым к возможным ошибкам воспроизведения.

Из неназванных еще характеристик отметим номинальную скорость передачи данных — 1108 Кб/с, поддерживаемую при постоянной линейной скорости (CLV) - 4 м/с.

В ожидания большего, когда имеется возможность использования одно- и двухсторонних, а также одно- и двухслойных дисков, возникает необходимость, по крайней мере, в пяти физических форматах. Недавно появились диски формата DVD-R. Идейно они подобны CD-R — это диски с однократной возможностью записи, в которых вместо углеродной пленки используется слой органического красителя. Запись производится путем выжигания отверстий в этом слое. Правда, из-за некоторых ограничений, связанных с применением красителя, емкость односторонних дисков DVD-R меньше, чем DVD-ROM (около 4 ГБ по сравнению с 4,7 ГБ). Кроме того, подобная технология не подходит для создания двухслойных дисков.

В DVD-RAM, которые появились в 1998 г., для обеспечения возможности многократной перезаписи будет использоваться материал, в котором одновременно могут сосуществовать две фазы (rewritable phase-change material). Емкость этих дисков будет еще меньше, чем DVD-R — примерно 2,6 GB в расчете на одну сторону.

Важно также отметить, что сейчас обсуждается возможность создания дисководов DVD, обеспечивающих чтение информации с постоянной угловой скоростью и постоянной линейной скоростью. В настоящее время стандартами на компакт-диски и DVD для поддержания постоянной скорости побитового считывания информации предусмотрены дисководы с постоянной линейной скоростью. В них скорость вращения диска по мере перехода к внутренним (более коротким) дорожкам постепенно увеличивается. В то же время в дисководах с постоянной угловой скоростью линейная скорость элемента диска зависит от того, на каком расстоянии от центра он находится. Поэтому при перемещении к внутренним дорожкам скорость побитового считывания информации будет уменьшаться, однако скорость доступа при этом увеличится, поскольку диск не надо будет разгонять или тормозить при переключении с одной дорожки на другую. Это выгодно при работе с приложениями, интенсивно обращающимися к диску, например с базами данных.

Еще одним предполагаемым форматом является гибрид СD/DVD. В этом диске полупрозрачный слой DVD может быть размещен поверх полностью отражающего слоя CD. Более тонкий слой DVD (толщиной 0,6 мм) будет практически прозрачным для существующих дисководов CD-ROM и CD-плейеров, инфракрасные лазеры которые обеспечат считывание информации с внутреннего слоя CD толщиной 1,2 мм. Такой гибридный диск может использоваться в дисководах обоих типов.

Возможно даже создание универсальных дисководов CD/DVD, хотя это и не предусмотрено стандартом DVD. Вместо того, чтобы использовать при этом два лазера (красный и инфракрасный), компания Mitsubishi предлагает помещать на пути лазерного луча две различные линзы, изменяющие длину волны излучения от 635 до 780 нм. Еще одно оригинальное решение предлагает компания Matsushita. Идея его заключается в том, чтобы пропускать луч лазера через несферическую линзу из прессованного стекла (aspheric molded-glass lens), на поверхность которой нанесена специфическая голографическая картина. Благодаря явлению дифракции длина волны излучения изменяется в зависимости от того, с какого диска — CD или DVD — считывается информация (по-видимому, в обоих случаях используются явления нелинейной оптики, по сколько только они позволяют изменять длину волны излучения).

Кроме дисков диаметром 120 мм, стандартом DVD также предусмотрена перспектива изготовления дисков и диаметром 80 мм. Несмотря на то, что их емкость почти на 70% меньше, они могут найти широкое применение в мобильных системах. Как и свои 120-миллиметровые собратья, они могут быть одно- или двухсторонними; одно- или двухслойными. с возможностью однократной записи или перезаписываемыми.

Не следует особо обольщаться насчет увеличения объема данных в DVDформате — увеличивается на порядок также и объем данных, которые нам хотелось бы прочитать без ошибок. Кроме того, резкое уменьшение отдельных элементов на отражающей поверхности неизбежно приведет к увеличению количества случайных сбоев при чтении.

продолжение --PAGE_BREAK--

www.ronl.ru

Доклад: Устройства хранения информации

Ленточные картриджи и гибкие диски.

Магнитные ленты в качестве устройств внешней памяти многим знакомы по аудио- и видеомагнитофонным кассетам. И те и другие хранят аналоговые данные, т.е. сигналы, которые изменяются непрерывно, – например, от пианиссимо скрипки до мажорного звука духового инструмента рок-группы. Для использования этих носителей в компьютерах необходимо преобразовать аналоговые сигналы в цифровую форму, т.е. в сигналы, соответствующие двоичным цифрам 0 и 1. Это сравнительно дешевый и довольно медленный носитель. Тем не менее в мощных компьютерах для хранения больших объемов данных часто используют высокоскоростные многодорожечные магнитные ленты. Эти ленты удобны для резервного копирования всей информации с дисков компьютерных систем.

По виду ленточные картриджи похожи на аудиокассеты, но предназначены для цифровой записи. Плотность записи в них выше, чем у аудиокассет, а ленты подвергаются специальному тестированию. Они используются при создании резервных копий для систем на жестких дисках. Цифровые аудиоленты также используются в качестве средства резервирования. При этом в кассете меньшего размера, чем аудиокассета, может храниться до миллиарда байт данных. Все типы ленточных запоминающих устройств имеют один основной недостаток – последовательный режим работы, т.е. лента должна прокручиваться до нужного элемента, что отнимает много времени. Требование экономии времени вынуждает пользователя обращаться к другому, более популярному средству хранения информации для небольших компьютеров, – гибкому диску, или дискете.

Гибкие диски «проигрываются» аналогично грампластинке, но с помощью головки магнитной записи, а не иголки. Подобно магнитной ленте, гибкий диск может формировать постоянную запись программы или данных; поскольку он допускает стирание, его содержимое может быть изменено.

Компакт-диски.

1.Общии сведения о компакт-дисках

В 1982 году фирмы Sony и Philips завершили работу над форматом CD-аудио (Compact Disk), открыв тем самым эру цифровых носителей на компакт-дисках. Принцип работы этих дисков – оптический. Чтение и запись осуществляется лазером. В компакт-диске данные кодируются и записываются в виде последовательности отражающих и не отражающих участков. Отражение интерпретируется как единица, «впадина» - как ноль. Приведу некоторые технические параметры компакт-дисков. Рабочая длина волны лазера - 780 нм. Диаметр компакт-диска 120 мм. Толщина диска 1,2 мм. Объем диска 680 Мб (74 мин аудио). Вес 14-33 г. Цепочка углублений (pits) расположена по спирали как в грампластинке, но в направлении от центра (фактически CD является устройством последовательного доступа с ускоренной перемоткой). Интервал между витками - 1.6 мкм, ширина пита - 0.5 мкм, глубина - 0.125 мкм (1/4 длины волны луча лазера в поликарбонате), минимальная длина - 0.83 мкм (рис. 1).

Рис. 1. Поверхность компакт-диска.

Существуют модификации в 80 минут (700 МБ), 90 минут (791 МБ) и 99 минут (870 MB). Номинальная (1x) скорость передачи данных - 150 КБ/сек (176400 байт/сек аудио или "сырых" данных, 4.3 Мбит/сек "физических" данных). В то время как все магнитные диски вращаются с постоянным числом оборотов в минуту, то есть с неизменной угловой скоростью (CAV, Constant Angular Velocity), компакт-диск вращается обычно с переменной угловой скоростью, чтобы обеспечить постоянную линейную скорость при чтении (CLV, Constant Linear Velocity). Таким образом, чтение внутренних сторон осуществляется с увеличенным, а наружных - с уменьшенным числом оборотов. Именно этим обуславливается достаточно низкая скорость доступа к данным для компакт-дисков по сравнению, например, с винчестерами.

2.Классификация компакт-дисков

Существует множество стандартов и форматов компакт-дисков – в зависимости от назначения и производителей. Приведу для примера далеко не все существующие: Audio CD (CD-DA), CD-ROM (ISO 9660, mode 1 & mode 2), Mixed-mode CD, CD-ROM XA (CD-ROM eXtended Architecture, mode 2, form 1 & form 2), Video CD, CD-I (CD-Interactive), СD-I-Ready, CD-Bridge, Photo CD (single & multi-session), Karaoke CD, CD-G, CD-Extra, I-Trax, Enhanced CD (CD Plus), Multi-session CD, CD-Text, CD-WO (Write-Once). Полное описание их займет слишком много места, и это не является целью написания данной работы.

В зависимости же от количества возможных операций записи компакт-диски разделяются на: CD-ROM (read only memory), CD-R (recordable), они же CD-WORM (write once read many), CD-RW (rewritable). Соответственно, СD-ROM изготавливается на заводе, и дальнейшая запись на него невозможна; CD-R предназначен для однократной записи в домашних условиях; CD-RW допускает множество операций записи. Диски CD-ROM представляют собой поликарбонат, покрытый с одной стороны отражающим слоем (алюминий или - для ответственных применений - золото) и защитным лаком с другой. Смена отражающей способности осуществляется за счет штамповки углублений в металлическом слое. На заводе их просто штампуют с матрицы.

3.Формат компакт-дисков

Поверхность диска разделена на области:

· PCA (Power Calibration Area). Используется для настройки мощности лазера записывающим устройством. 100 элементов.

· PMA (Program Memory Area). Сюда временно записываются координаты начала и конца каждого трека при извлечении диска из записывающего устройства без закрытия сессии. 100 элементов.

· Вводная область (Lead-in Area) - кольцо шириной 4 мм (диаметр 46-50 мм) ближе к центру диска (до 4500 секторов, 1 минута, 9 MB). Состоит из 1 дорожки (Lead-in Track). Содержит TOC (абсолютные временные адреса дорожек и начала выводной области, точность - 1 секунда).

· Область данных (program area, user data area).

· Выводная область (Lead-out) - кольцо 116-117 мм (6750 секторов, 1.5 минуты, 13.5 MB). Состоит из 1 дорожки (Lead-out Track).

Каждый байт данных (8 бит) кодируется 14-битным символом на носителе (кодировка EFM). Символы отделяются 3-битными промежутками, выбираемыми так, чтобы на носителе не было более 10 нулей подряд.

Из 24 байтов данных (192 бита) формируется кадр (F1-frame), 588 битов носителя, не считая промежутков:

· синхронизация (24 бита носителя)

· символ субкода (биты субканалов P, Q, R, S, T, U, V, W)

· 12 символов данных

· 4 символа контрольного кода

· 12 символов данных

· 4 символа контрольного кода

При декодировании могут использоваться различные стратегии обнаружения и исправления групповых ошибок (вероятность обнаружения против надежности коррекции).

Последовательность из 98 кадров образует сектор (2352 информационных байта). Кадры в секторе перемешаны, чтобы уменьшить влияние дефектов носителя. Адресация сектора произошла от аудиодисков и записывается в формате A-Time - mm:ss:ff (минуты:секунды:доли, доля в секунде от 0 до 74). Отсчет начинается с начала программной области, т.е. адреса секторов вводной области отрицательные. Биты субканалов собираются в 98-битные слова для каждого субканала (из них 2 бита - синхронизация). Используются субканалы:

· P - маркировка окончания дорожки (min 150 секторов) и начала следующей (min 150 секторов).

· Q - дополнительная информация о содержимом дорожки:

o число каналов

o данные или звук

o можно ли копировать

o признак частотных предыскажений (pre-emphasis): искусственный подъем высоких частот на 20 дБ

o режим использования подканала

§ q-Mode 1: во вводной области здесь хранится TOC, в программной области - номера дорожки, адреса, индексы и паузы

§ q-Mode 2: каталоговый номер диска (тот же, что на штрих-коде) - 13 цифр в формате BCD (MCN, ENA/UPC EAN)

§ q-Mode 3: ISRC (International Standard Recording Code) - код страны, владельца, год и серийный номер записи

o CRC-16

Последовательность секторов одного формата объединяется в дорожку (трек) от 300 секторов (4 секунды, см. субканал P) до всего диска. На диске может быть до 99 дорожек (номера от 1 до 99). Трек может содержать служебные области:

пауза - только информация субканалов, нет пользовательских данных
pre-gap - начало трека, не содержит пользовательских данных и состоит из двух интервалов: первый длиной не менее 1 секунды (75 секторов) позволяет "отстроиться" от предыдущего трека, второй длиной не менее 2 секунд задает формат секторов трека
post-gap - конец трека, не содержит пользовательских данных, длиной не менее 2 секунд

Вводная цифровая область должна завершаться постзазором. Первый цифровой трек должен начинаться со второй части предзазора. Последний цифровой трек должен завершаться постзазором. Выводная цифровая область не содержит предзазора.

Жесткий диск.

1.Принцип работы жестких дисков

Накопитель на жестком диске относится к наиболее совершенным и сложным устройствам современного персонального компьютера. Его диски способны вместить многие мегабайты информации, передаваемой с огромной скоростью. В то время, как почти все элементы компьютера работают бесшумно, жесткий диск ворчит и поскрипывает, что позволяет отнести его к тем немногим компьютерным устройствам, которые содержат как механические, так и электронные компоненты.

Основные принципы работы жесткого диска мало изменились со дня его создания. Устройство винчестера очень похоже на обыкновенный проигрыватель грампластинок. Только под корпусом может быть несколько пластин, насаженных на общую ось, и головки могут считывать информацию сразу с обеих сторон каждой пластины. Скорость вращения пластин (у некоторых моделей она доходит до 15000 оборотов в минуту) постоянна и является одной из основных характеристик. Головка перемещается вдоль пластины на некотором фиксированном расстоянии от поверхности. Чем меньше это расстояние, тем больше точность считывания информации, и тем больше может быть плотность записи информации. Взглянув на накопитель на жестком диске, вы увидите только прочный металлический корпус. Он полностью герметичен и защищает дисковод от частичек пыли, которые при попадании в узкий зазор между головкой и поверхностью диска могут повредить чувствительный магнитный слой и вывести диск из строя. Кроме того, корпус экранирует накопитель от электромагнитных помех. Внутри корпуса находятся все механизмы и некоторые электронные узлы. Механизмы - это сами диски, на которых хранится информация, головки, которые записывают и считывают информацию с дисков, а также двигатели, приводящие все это в движение. Диск представляет собой круглую пластину с очень ровной поверхностью чаще из алюминия, реже - из керамики или стекла, покрытую тонким ферромагнитным слоем. Диски изготовлены. Во многих накопителях используется слой оксида железа (которым покрывается обычная магнитная лента), но новейшие модели жестких дисков работают со слоем кобальта толщиной порядка десяти микрон. Такое покрытие более прочно и, кроме того, позволяет значительно увеличить плотность записи. Технология его нанесения близка к той, которая используется при производстве интегральных микросхем.

Количество дисков может быть различным - от одного до пяти, количество рабочих поверхностей, соответственно, вдвое больше (по две на каждом диске). Последнее (как и материал, использованный для магнитного покрытия) определяет емкость жесткого диска. Иногда наружные поверхности крайних дисков (или одного из них) не используются, что позволяет уменьшить высоту накопителя, но при этом количество рабочих поверхностей уменьшается и может оказаться нечетным.

Магнитные головки считывают и записывают информацию на диски. Принцип записи в общем схож с тем, который используется в обычном магнитофоне. Цифровая информация преобразуется в переменный электрический ток, поступающий на магнитную головку, а затем передается на магнитный диск, но уже в виде магнитного поля, которое диск может воспринять и "запомнить". Магнитное покрытие диска представляет собой множество мельчайших областей самопроизвольной (спонтанной) намагниченности. Для наглядности представьте себе, что диск покрыт слоем очень маленьких стрелок от компаса, направленных в разные стороны. Такие частицы-стрелки называются доменами. Под воздействием внешнего магнитного поля собственные магнитные поля доменов ориентируются в соответствии с его направлением. После прекращения действия внешнего поля на поверхности диска образуются зоны остаточной намагниченности. Таким образом сохраняется записанная на диск информация. Участки остаточной намагниченности, оказавшись при вращении диска напротив зазора магнитной головки, наводят в ней электродвижущую силу, изменяющуюся в зависимости от величины намагниченности. Пакет дисков, смонтированный на оси-шпинделе, приводится в движение специальным двигателем, компактно расположенным под ним. Скорость вращения дисков, как правило, составляет 7200 об./мин. Для того, чтобы сократить время выхода накопителя в рабочее состояние, двигатель при включении некоторое время работает в форсированном режиме. Поэтому источник питания компьютера должен иметь запас по пиковой мощности. Теперь о работе головок. Они перемещаются с помощью прецизионного шагового двигателя и как бы "плывут" на расстоянии в доли микрона от поверхности диска, не касаясь его. На поверхности дисков в результате записи информации образуются намагниченные участки, в форме концентрических окружностей. Они называются магнитными дорожками. Перемещаясь, головки останавливаются над каждой следующей дорожкой. Совокупность дорожек, расположенных друг под другом на всех поверхностях, называют цилиндром. Все головки накопителя перемещаются одновременно, осуществляя доступ к одноименным цилиндрам с одинаковыми номерами.

2.Устройство жестких дисков

Типовой винчестер состоит из гермоблока и платы электроники. В гермоблоке размещены все механические части, на плате - вся управляющая электроника, за исключением предусилителя, размещенного внутри гермоблока в непосредственной близости от головок.

Под дисками расположен двигатель - плоский, как во floppy-дисководах, или встроенный в шпиндель дискового пакета. При вращении дисков создается сильный поток воздуха, который циркулирует по периметру гермоблока и постоянно очищается фильтром, установленным на одной из его сторон.

Ближе к разъемам, с левой или правой стороны от шпинделя, находится поворотный позиционер, несколько напоминающий по виду башенный кран: с одной стороны оси, находятся обращенные к дискам тонкие, длинные и легкие несущие магнитных головок, а с другой - короткий и более массивный хвостовик с обмоткой электромагнитного привода. При поворотах коромысла позиционера головки совершают движение по дуге между центром и периферией дисков. Угол между осями позиционера и шпинделя подобран вместе с расстоянием от оси позиционера до головок так, чтобы ось головки при поворотах как можно меньше отклонялась от касательной дорожки.

В более ранних моделях коромысло было закреплено на оси шагового двигателя, и расстояние между дорожками определялось величиной шага. В современных моделях используется так называемый линейный двигатель, который не имеет какой-либо дискретности, а установка на дорожку производится по сигналам, записанным на дисках, что дает значительное увеличение точности привода и плотности записи на дисках.

Обмотку позиционера окружает статор, представляющий собой постоянный магнит. При подаче в обмотку тока определенной величины и полярности коромысло начинает поворачиваться в соответствующую сторону с соответствующим ускорением; динамически изменяя ток в обмотке, можно устанавливать позиционер в любое положение. Такая система привода получила название Voice Coil (звуковая катушка) - по аналогии с диффузором громкоговорителя.

На хвостовике обычно расположена так называемая магнитная защелка - маленький постоянный магнит, который при крайнем внутреннем положении головок (landing zone - посадочная зона) притягивается к поверхности статора и фиксирует коромысло в этом положении. Это так называемое парковочное положение головок, которые при этом лежат на поверхности диска, соприкасаясь с нею. В ряде дорогих моделей (обычно SCSI) для фиксации позиционера предусмотрен специальный электромагнит, якорь которого в свободном положении блокирует движение коромысла. В посадочной зоне дисков информация не записывается.

В оставшемся свободном пространстве размещен предусилитель сигнала, снятого с головок, и их коммутатор. Позиционер соединен с платой предусилителя гибким ленточным кабелем, однако в отдельных винчестерах (в частности - некоторые модели Maxtor AV) питание обмотки подведено отдельными одножильными проводами, которые имеют тенденцию ломаться при активной работе. Гермоблок заполнен обычным обеспыленным воздухом под атмосферным давлением. В крышках гермоблоков некоторых винчестеров специально делаются небольшие окна, заклеенные тонкой пленкой, которые служат для выравнивания давления внутри и снаружи. В ряде моделей окно закрывается воздухопроницаемым фильтром. У одних моделей винчестеров оси шпинделя и позиционера закреплены только в одном месте - на корпусе винчестера, у других они дополнительно крепятся винтами к крышке гермоблока. Вторые модели более чувствительны к микродеформации при креплении - достаточно сильной затяжки крепежных винтов, чтобы возник недопустимый перекос осей. В ряде случаев такой перекос может стать труднообратимым или необратимым совсем. Плата электроники - съемная, подключается к гермоблоку через один - два разъема различной конструкции. На плате расположены основной процессор винчестера, ПЗУ с программой, рабочее ОЗУ, которое обычно используется и в качестве дискового буфера, цифровой сигнальный процессор (DSP) для подготовки записываемых и обработки считанных сигналов, и интерфейсная логика. На одних винчестерах программа процессора полностью хранится в ПЗУ, на других определенная ее часть записана в служебной области диска. На диске также могут быть записаны параметры накопителя (модель, серийный номер и т.п.). Некоторые винчестеры хранят эту информацию в электрически репрограммируемом ПЗУ (EEPROM).

Многие винчестеры имеют на плате электроники специальный технологический интерфейс с разъемом, через который при помощи стендового оборудования можно выполнять различные сервисные операции с накопителем - тестирование, форматирование, переназначение дефектных участков и т.п. У современных накопителей марки Conner технологический интерфейс выполнен в стандарте последовательного интерфейса, что позволяет подключать его через адаптер к алфавитно-цифровому терминалу или COM-порту компьютера. В ПЗУ записана так называемая тест-мониторная система (ТМОС), которая воспринимает команды, подаваемые с терминала, выполняет их и выводит результаты обратно на терминал. Ранние модели винчестеров, как и гибкие диски, изготовлялись с чистыми магнитными поверхностями; первоначальная разметка (форматирование) производилась потребителем по его усмотрению, и могла быть выполнена любое количество раз. Для современных моделей разметка производится в процессе изготовления; при этом на диски записывается сервоинформация - специальные метки, необходимые для стабилизации скорости вращения, поиска секторов и слежения за положением головок на поверхностях. Не так давно для записи сервоинформации использовалась отдельная поверхность (dedicated - выделенная), по которой настраивались головки всех остальных поверхностей. Такая система требовала высокой жесткости крепления головок, чтобы между ними не возникало расхождений после начальной разметки. Ныне сервоинформация записывается в промежутках меж- ду секторами (embedded - встроенная), что позволяет увеличить полезную емкость пакета и снять ограничение на жесткость подвижной системы. В некоторых современных моделях применяется комбинированная система слежения - встроенная сервоинформация в сочетании с выделенной повер- хностью; при этом грубая настройка выполняется по выделенной поверхности, а точная - по встроенным меткам.

Поскольку сервоинформация представляет собой опорную разметку диска, контроллер винчестера не в состоянии самостоятельно восстановить ее в случае порчи. При программном форматировании такого винчестера возможна только перезапись заголовков и контрольных сумм секторов данных.

При начальной разметке и тестировании современного винчестера на заводе почти всегда обнаруживаются дефектные сектора, которые заносятся в специальную таблицу переназначения. При обычной работе контроллер винчестера подменяет эти сектора резервными, которые специально оставля- ются для этой цели на каждой дорожке, группе дорожек или выделенной зоне диска. Благодаря этому новый винчестер создает видимость полного отсутствия дефектов поверхности, хотя на самом деле они есть почти всегда.

При включении питания процессор винчестера выполняет тестирование электроники, после чего выдает команду включения шпиндельного двигателя. При достижении некоторой критической скорости вращения плотность увлекаемого поверхностями дисков воздуха становится достаточной для преодоления силы прижима головок к поверхности и поднятия их на высоту от долей до единиц микрон над поверхностями дисков - головки "всплывают". С этого момента и до снижения скорости ниже критической головки "висят" на воздушной подушке и совершенно не касаются поверхностей дисков.

После достижения дисками скорости вращения, близкой к номинальной (обычно - 3600, 4500, 5400 или 7200 об/мин) головки выводятся из зоны парковки и начинается поиск сервометок для точной стабилизации скорости вращения. Затем выполняется считывание информации из служебной зоны - в частности, таблицы переназначения дефектных участков.

В завершение инициализации выполняется тестирование позиционера путем перебора заданной последовательности дорожек - если оно проходит успешно, процессор выставляет на интерфейс признак готовности и переходит в режим работы по интерфейсу.

Во время работы постоянно работает система слежения за положением головки на диске: из непрерывно считываемого сигнала выделяется сигнал рассогласования, который подается в схему обратной связи, управляющую током обмотки позиционера. В результате отклонения головки от центра дорожки в обмотке возникает сигнал, стремящийся вернуть ее на место.

Для согласования скоростей потоков данных - на уровне считывания/записи и внешнего интерфейса - винчестеры имеют промежуточный буфер, часто ошибочно называемый кэшем, объемом обычно в несколько десятков или сотен килобайт. В ряде моделей (например, Quantum) буфер размещается в общем рабочем ОЗУ, куда вначале загружается оверлейная часть микропрограммы управления, отчего действительный объем буфера получается меньшим, чем полный объем ОЗУ (80-90 кб при ОЗУ 128 кб у Quantum). У других моделей (Conner, Caviar) ОЗУ буфера и процессора сделаны раздельными.

При отключении питания процессор, используя энергию, оставшуюся в конденсаторах платы либо извлекая ее из обмоток двигателя, который при этом работает как генератор, выдает команду на установку позиционера в парковочное положение, которая успевает выполниться до снижения скорости вращения ниже критической. В некоторых винчестерах (Quantum) этому способствует помещенное между дисками подпружиненное коромысло, постоянно испытывающее давление воздуха. При ослаблении воздушного потока коромысло дополнительно толкает позиционер в парковочное положение, где тот фиксируется защелкой. Движению головок в сторону шпинделя способствует также центростремительная сила, возникающая из-за вращения дисков.

Литература

1. #"#">#"#">#"#">http://www.procd.ru/

Серпуховский технический колледж

РЕФЕРАТ

«Устройства хранения информации»

Выполнил: ст. гр. 31-р

Вельш А.Т.

Серпухов 2003

Содержание

Ленточные картриджи и гибкие диски………………1

Компакт-диски………………………………………...2

Жесткие диски…………………………………………5

Теги: Устройства хранения информации Доклад Информационные технологии

dodiplom.ru

Реферат - Устройства хранения информации

Ленточныекартриджи и гибкие диски.

К внешней, или периферийной, памяти относятся магнитные ленты, магнитныедиски и память на магнитных доменах. Внешняя память дешевле внутренней, создаваемойобычно на основе полупроводников. Кроме того, большинство устройств внешней памятиможет переноситься с одного компьютера на другой. Главный их недостаток в том, чтоони работают медленнее устройств внутренней памяти.

Магнитные лентыв качестве устройств внешней памяти многим знакомы по аудио- и видеомагнитофоннымкассетам. И те и другие хранят аналоговые данные, т.е. сигналы, которые изменяютсянепрерывно, – например, от пианиссимо скрипки до мажорного звука духового инструментарок-группы. Для использования этих носителей в компьютерахнеобходимо преобразовать аналоговые сигналы в цифровую форму, т.е. в сигналы, соответствующиедвоичным цифрам 0 и 1. Это сравнительно дешевый и довольно медленный носитель. Темне менее в мощных компьютерах для хранения больших объемов данных часто используютвысокоскоростные многодорожечные магнитные ленты. Эти ленты удобны для резервногокопирования всей информации с дисков компьютерных систем.

По виду ленточныекартриджи похожи на аудиокассеты, но предназначены для цифровой записи. Плотностьзаписи в них выше, чем у аудиокассет, а ленты подвергаются специальному тестированию.Они используются при создании резервных копий для систем на жестких дисках. Цифровыеаудиоленты также используются в качестве средства резервирования.При этом в кассете меньшего размера, чем аудиокассета, может храниться до миллиардабайт данных. Все типы ленточных запоминающих устройств имеют один основной недостаток– последовательный режим работы, т.е. лента должна прокручиваться до нужного элемента,что отнимает много времени. Требование экономии времени вынуждает пользователя обращатьсяк другому, более популярному средству хранения информации для небольших компьютеров,– гибкому диску, или дискете.

Гибкий магнитныйдиск является компромиссным решением между магнитной лентой и граммофонной пластинкой.Это небольшой, тонкий и гибкий пластиковый диск, на одной или обеих сторонах которогонанесено магнитное покрытие. Диск с покрытием заключается в защитный конверт илиоболочку, имеющую отверстия для доступа головки чтения/записи и двигателя дисковода.

Гибкие диски «проигрываются»аналогично грампластинке, но с помощью головки магнитной записи, а не иголки. Подобномагнитной ленте, гибкий диск может формировать постоянную запись программы или данных;поскольку он допускает стирание, его содержимое может быть изменено.

Гибкий диск, вотличие от магнитной ленты, является средством произвольного доступа. Информация,записанная на диске, располагается концентрическими окружностями (дорожками) наего поверхности. Одна или две дорожки обычно используются для хранения оглавления.Чтобы найти конкретную запись на диске, компьютер дает указание магнитной головкепереместиться к дорожке с оглавлением и найти координаты места нужной информации;при этом диск вращается под магнитной головкой. Как только нужная запись найденав оглавлении, компьютер приказывает магнитной головке переместиться к соответствующемуместу диска. Те же принципы действуют при записи информации. Чтобы изменить информациюна магнитной ленте, надо прочитать всю ленту, вставить изменения и перезаписатьизмененный вариант. Принцип гибкого диска позволяет исправить конкретный сегментзаписей, не затрагивая остальной поверхности. Вот почему запись на диске может бытьосуществлена частями, каждая из которых вставляется в любое подходящее место. Единственноедополнительное требование состоит в том, чтобы оглавление на диске изменялось всоответствии с изменениями, сделанными на этом диске.

Промышленностьвыпускает гибкие диски в основном размера 3,5 дюйма (89 мм). Типичный гибкий дискможет хранить до 1,5 млн. знаков (байтов), что эквивалентно 900 страницам машинописноготекста, напечатанного через два интервала. Имеются также диски большей информационнойемкости. Дисководами для гибких дисков оснащаются практически все персональные компьютеры.

Компакт-диски.

1.Общиисведения о компакт-дисках

В 1982году фирмы Sony и Philipsзавершили работу над форматом CD-аудио (Compact Disk), открыв темсамым эру цифровых носителей на компакт-дисках. Принцип работы этих дисков –оптический. Чтение и запись осуществляется лазером. В компакт-диске данныекодируются и записываются в виде последовательности отражающих и не отражающихучастков. Отражение интерпретируется как единица, «впадина» — как ноль. Приведунекоторые технические параметры компакт-дисков. Рабочая длина волны лазера — 780 нм. Диаметр компакт-диска 120 мм. Толщина диска 1,2 мм. Объем диска 680 Мб(74 мин аудио). Вес 14-33 г. Цепочка углублений (pits)расположена по спирали как в грампластинке, но в направлении от центра (фактическиCD является устройством последовательного доступа с ускоренной перемоткой).Интервал между витками — 1.6 мкм, ширина пита — 0.5 мкм, глубина — 0.125 мкм(1/4 длины волны луча лазера в поликарбонате), минимальная длина — 0.83 мкм(рис. 1).

Рис. 1.Поверхность компакт-диска.

Существуютмодификации в 80 минут (700 МБ), 90 минут (791 МБ) и 99 минут (870 MB).Номинальная (1x) скорость передачи данных — 150 КБ/сек (176400 байт/сек аудиоили «сырых» данных, 4.3 Мбит/сек «физических» данных). В товремя как все магнитные диски вращаются с постоянным числом оборотов в минуту,то есть с неизменной угловой скоростью (CAV, ConstantAngularVelocity), компакт-дисквращается обычно с переменной угловой скоростью, чтобы обеспечить постояннуюлинейную скорость при чтении (CLV, Constant LinearVelocity). Таким образом,чтение внутренних сторон осуществляется с увеличенным, а наружных — суменьшенным числом оборотов. Именно этим обуславливается достаточно низкая скоростьдоступа к данным для компакт-дисков по сравнению, например, с винчестерами.

2.Классификация компакт-дисков

Существует множество стандартов и форматовкомпакт-дисков – в зависимости от назначения и производителей. Приведудляпримерадалеконевсесуществующие: Audio CD (CD-DA), CD-ROM (ISO 9660, mode 1& mode 2), Mixed-mode CD, CD-ROM XA (CD-ROM eXtendedArchitecture, mode 2, form 1 & form 2), Video CD, CD-I (CD-Interactive), СD-I-Ready, CD-Bridge, Photo CD (single &multi-session), Karaoke CD, CD-G, CD-Extra, I-Trax, EnhancedCD (CD Plus), Multi-session CD, CD-Text, CD-WO (Write-Once). Полное описание их займет слишком много места, и этоне является целью написания данной работы.

Взависимости же от количества возможных операций записи компакт-дискиразделяются на: CD-ROM(readonlymemory), CD-R(recordable), они же CD-WORM(writeoncereadmany), CD-RW(rewritable). Соответственно, СD-ROMизготавливается на заводе,и дальнейшая запись на него невозможна; CD-Rпредназначен дляоднократной записи в домашних условиях; CD-RWдопускает множествоопераций записи. Диски CD-ROMпредставляют собой поликарбонат, покрытый с одной стороныотражающим слоем (алюминий или — для ответственных применений — золото) изащитным лаком с другой. Смена отражающей способности осуществляется за счетштамповки углублений в металлическом слое. На заводе их просто штампуют сматрицы.

3.Формат компакт-дисков

Поверхность диска разделена наобласти:

· PCA (Power Calibration Area).

Используетсядля настройки мощности лазера записывающим устройством. 100 элементов.

· PMA (Program Memory Area).

Сюда временнозаписываются координаты начала и конца каждого трека при извлечении диска иззаписывающего устройства без закрытия сессии. 100 элементов.

· Вводная область (Lead-in Area) — кольцо шириной 4мм (диаметр 46-50 мм) ближе к центру диска (до 4500 секторов, 1 минута, 9 MB).Состоит из 1 дорожки (Lead-in Track).Содержит TOC (абсолютные временные адреса дорожек и начала выводной области, точность- 1 секунда).

· Область

данных(program area,user data area).

· Выводная область(Lead-out) — кольцо 116-117 мм (6750 секторов, 1.5минуты, 13.5 MB). Состоит из 1 дорожки (Lead-out Track).

Каждый байт данных (8 бит) кодируется 14-битнымсимволом на носителе (кодировка EFM). Символы отделяются 3-битнымипромежутками, выбираемыми так, чтобы на носителе не было более 10 нулей подряд.

Из 24 байтов данных (192 бита) формируется кадр(F1-frame), 588 битов носителя, не считая промежутков:

· синхронизация (24бита носителя)

· символ субкода (биты субканалов P, Q, R,S, T, U, V, W)

· 12 символовданных

· 4 символаконтрольного кода

· 12 символовданных

· 4 символаконтрольного кода

При декодировании могут использоваться различныестратегии обнаружения и исправления групповых ошибок (вероятность обнаруженияпротив надежности коррекции).

Последовательность из 98 кадров образует сектор (2352информационных байта). Кадры в секторе перемешаны, чтобы уменьшить влияние дефектовносителя. Адресация сектора произошла от аудиодисков и записывается в формате A-Time — mm:ss:ff (минуты: секунды: доли, доля в секунде от 0 до 74). Отсчетначинается с начала программной области, т.е. адреса секторов вводной областиотрицательные. Биты субканалов собираются в 98-битныеслова для каждого субканала (из них 2 бита — синхронизация). Используются субканалы:

· P — маркировкаокончания дорожки (min 150 секторов) и начала следующей(min 150 секторов).

· Q — дополнительная информация о содержимом дорожки:

o

число каналов

o

данные или звук

o

можно ли копировать

o

признак частотных предыскажений(pre-emphasis): искусственный подъем высоких частотна 20 дБ

o

режим использования подканала

§ q-Mode

1: во вводнойобласти здесь хранится TOC, в программной области — номера дорожки, адреса,индексы и паузы

§ q-Mode

2: каталоговый номер диска (тот же, что на штрих-коде)- 13 цифр в формате BCD (MCN, ENA/UPC EAN)

§ q-Mode

3: ISRC (International Standard Recording Code) — код страны,владельца, год и серийный номер записи

o

CRC-16

Последовательность секторов одного форматаобъединяется в дорожку (трек) от 300 секторов (4 секунды, см. субканал P) до всего диска. На диске может быть до 99дорожек (номера от 1 до 99). Трек может содержать служебные области:

пауза — только информация субканалов, нет пользовательских данных pre-gap — начало трека, не содержит пользовательских данных и состоит из двух интервалов: первый длиной не менее 1 секунды (75 секторов) позволяет «отстроиться» от предыдущего трека, второй длиной не менее 2 секунд задает формат секторов трека post-gap — конец трека, не содержит пользовательских данных, длиной не менее 2 секунд

Вводная цифровая область должна завершаться постзазором. Первый цифровой трек должен начинаться совторой части предзазора. Последний цифровой трекдолжен завершаться постзазором. Выводная цифровая областьне содержит предзазора.

Жесткий диск. 1.Принцип работы жестких дисков Накопитель на жестком дискеотносится к наиболее совершенным и сложным устройствам современногоперсонального компьютера. Его диски способны вместить многие мегабайтыинформации, передаваемой с огромной скоростью. В то время, как почти все элементыкомпьютера работают бесшумно, жесткий диск ворчит и поскрипывает, что позволяетотнести его к тем немногим компьютерным устройствам, которые содержат какмеханические, так и электронные компоненты.

Основные принципы работы жесткого диска мало изменились со дня егосоздания. Устройство винчестера очень похоже на обыкновенный проигрывательгрампластинок. Только под корпусом может быть несколько пластин, насаженных на общую ось, и головки могут считыватьинформацию сразу с обеих сторон каждой пластины. Скорость вращения пластин (унекоторых моделей она доходит до 15000 оборотов в минуту) постоянна и являетсяодной из основных характеристик. Головка перемещается вдоль пластины нанекотором фиксированном расстоянии от поверхности. Чем меньше это расстояние,тем больше точность считывания информации, и тем больше может быть плотностьзаписи информации. Взглянув на накопитель на жестком диске, вы увидите толькопрочный металлический корпус. Он полностью герметичен и защищает дисковод отчастичек пыли, которые при попадании в узкий зазор между головкой иповерхностью диска могут повредить чувствительный магнитный слой и вывести дискиз строя. Кроме того, корпус экранирует накопитель от электромагнитных помех.Внутри корпуса находятся все механизмы и некоторые электронные узлы. Механизмы- это сами диски, на которых хранится информация, головки, которые записывают исчитывают информацию с дисков, а также двигатели, приводящие все это вдвижение. Диск представляет собой круглую пластину с очень ровной поверхностьючаще из алюминия, реже — из керамики или стекла, покрытую тонким ферромагнитнымслоем. Диски изготовлены. Во многих накопителях используется слой оксида железа(которым покрывается обычная магнитная лента), но новейшие модели жесткихдисков работают со слоем кобальта толщиной порядка десяти микрон. Такоепокрытие более прочно и, кроме того, позволяет значительно увеличить плотностьзаписи. Технология его нанесения близка к той, которая используется припроизводстве интегральных микросхем.

Количестводисков может быть различным — от одного до пяти, количество рабочихповерхностей, соответственно, вдвое больше (по две на каждом диске). Последнее(как и материал, использованный для магнитного покрытия) определяет емкостьжесткого диска. Иногда наружные поверхности крайних дисков (или одного из них)не используются, что позволяет уменьшить высоту накопителя, но при этомколичество рабочих поверхностей уменьшается и может оказаться нечетным.

Магнитные головки считывают и записывают информацию на диски. Принципзаписи в общем схож с тем, который используется в обычном магнитофоне. Цифроваяинформация преобразуется в переменный электрический ток, поступающий намагнитную головку, а затем передается на магнитный диск, но уже в видемагнитного поля, которое диск может воспринять и «запомнить».Магнитное покрытие диска представляет собой множество мельчайших областейсамопроизвольной (спонтанной) намагниченности. Для наглядности представьтесебе, что диск покрыт слоем очень маленьких стрелок от компаса, направленных вразные стороны. Такие частицы-стрелки называются доменами. Под воздействиемвнешнего магнитного поля собственные магнитные поля доменов ориентируются всоответствии с его направлением. После прекращения действия внешнего поля наповерхности диска образуются зоны остаточной намагниченности. Таким образомсохраняется записанная на диск информация. Участки остаточной намагниченности,оказавшись при вращении диска напротив зазора магнитной головки, наводят в нейэлектродвижущую силу, изменяющуюся в зависимости от величины намагниченности.Пакет дисков, смонтированный на оси-шпинделе, приводится в движение специальнымдвигателем, компактно расположенным под ним. Скорость вращения дисков, какправило, составляет 7200 об./мин. Для того, чтобы сократить время выходанакопителя в рабочее состояние, двигатель при включении некоторое времяработает в форсированном режиме. Поэтому источник питания компьютера должениметь запас по пиковой мощности. Теперь о работе головок. Они перемещаются спомощью прецизионного шагового двигателя и как бы «плывут» нарасстоянии в доли микрона от поверхности диска, не касаясь его. На поверхностидисков в результате записи информации образуются намагниченные участки, в формеконцентрических окружностей. Они называются магнитными дорожками. Перемещаясь,головки останавливаются над каждой следующей дорожкой. Совокупность дорожек,расположенных друг под другом на всех поверхностях, называют цилиндром. Всеголовки накопителя перемещаются одновременно, осуществляя доступ к одноименнымцилиндрам с одинаковыми номерами.

2.Устройство жестких дисков

Типовой винчестер состоит изгермоблока и платы электроники. В гермоблокеразмещены все механические части, на плате — вся управляющая электроника, за исключениемпредусилителя, размещенного внутри гермоблока в непосредственной близости от головок.

Под дисками расположендвигатель — плоский, как во floppy-дисководах, или встроенный в шпиндельдискового пакета. При вращении дисков создается сильный поток воздуха, которыйциркулирует по периметру гермоблока и постоянноочищается фильтром, установленным на одной из его сторон.

Ближе к разъемам, с левойили правой стороны от шпинделя, находится поворотный позиционер,несколько напоминающий по виду башенный кран: с одной стороны оси, находятсяобращенные к дискам тонкие, длинные и легкие несущие магнитных головок, а сдругой — короткий и более массивный хвостовик с обмоткой электромагнитногопривода. При поворотах коромысла позиционера головкисовершают движение по дуге между центром и периферией дисков. Угол между осями позиционера и шпинделя подобран вместе с расстоянием от осипозиционера до головок так, чтобы ось головки приповоротах как можно меньше отклонялась от касательной дорожки.

В более ранних моделяхкоромысло было закреплено на оси шагового двигателя, и расстояние междудорожками определялось величиной шага. В современных моделях используется такназываемый линейный двигатель, который не имеет какой-либо дискретности, аустановка на дорожку производится по сигналам, записанным на дисках, что даетзначительное увеличение точности привода и плотности записи на дисках.

Обмотку позиционераокружает статор, представляющий собой постоянный магнит. При подаче в обмоткутока определенной величины и полярности коромысло начинает поворачиваться всоответствующую сторону с соответствующим ускорением; динамически изменяя ток вобмотке, можно устанавливать позиционер в любоеположение. Такая система привода получила название VoiceCoil (звуковая катушка) — по аналогии с диффузоромгромкоговорителя.

На хвостовике обычнорасположена так называемая магнитная защелка — маленький постоянный магнит,который при крайнем внутреннем положении головок (landingzone — посадочная зона) притягивается к поверхностистатора и фиксирует коромысло в этом положении. Это так называемое парковочноеположение головок, которые при этом лежат на поверхности диска, соприкасаясь снею. В ряде дорогих моделей (обычно SCSI) для фиксации позиционерапредусмотрен специальный электромагнит, якорь которого в свободном положенииблокирует движение коромысла. В посадочной зоне дисков информация незаписывается.

В оставшемся свободномпространстве размещен предусилитель сигнала, снятогос головок, и их коммутатор. Позиционер соединен сплатой предусилителя гибким ленточным кабелем, однаков отдельных винчестерах (в частности — некоторые модели MaxtorAV) питание обмотки подведено отдельными одножильными проводами, которые имеюттенденцию ломаться при активной работе. Гермоблокзаполнен обычным обеспыленным воздухом податмосферным давлением. В крышках гермоблоковнекоторых винчестеров специально делаются небольшие окна, заклеенные тонкойпленкой, которые служат для выравнивания давления внутри и снаружи. В рядемоделей окно закрывается воздухопроницаемым фильтром. У одних моделейвинчестеров оси шпинделя и позиционера закрепленытолько в одном месте — на корпусе винчестера, у других они дополнительнокрепятся винтами к крышке гермоблока. Вторые моделиболее чувствительны к микродеформации при креплении — достаточно сильной затяжки крепежных винтов, чтобы возник недопустимый перекососей. В ряде случаев такой перекос может стать труднообратимымили необратимым совсем. Плата электроники — съемная, подключается к гермоблоку через один — два разъема различной конструкции.На плате расположены основной процессор винчестера, ПЗУ с программой, рабочееОЗУ, которое обычно используется и в качестве дискового буфера, цифровойсигнальный процессор (DSP) для подготовки записываемых и обработки считанныхсигналов, и интерфейсная логика. На одних винчестерах программа процессораполностью хранится в ПЗУ, на других определенная ее часть записана в служебнойобласти диска. На диске также могут быть записаны параметры накопителя (модель,серийный номер и т.п.). Некоторые винчестеры хранят эту информацию вэлектрически репрограммируемом ПЗУ (EEPROM).

Многие винчестеры имеют наплате электроники специальный технологический интерфейс с разъемом, черезкоторый при помощи стендового оборудования можно выполнять различные сервисныеоперации с накопителем — тестирование, форматирование, переназначение дефектныхучастков и т.п. У современных накопителей марки Connerтехнологический интерфейс выполнен в стандарте последовательного интерфейса,что позволяет подключать его через адаптер к алфавитно-цифровому терминалу илиCOM-порту компьютера. В ПЗУ записана так называемая тест-мониторнаясистема (ТМОС), которая воспринимает команды, подаваемые с терминала, выполняетих и выводит результаты обратно на терминал. Ранние модели винчестеров, как игибкие диски, изготовлялись с чистыми магнитными поверхностями; первоначальнаяразметка (форматирование) производилась потребителем по его усмотрению, и моглабыть выполнена любое количество раз. Для современных моделей разметкапроизводится в процессе изготовления; при этом на диски записывается сервоинформация — специальные метки, необходимые длястабилизации скорости вращения, поиска секторов и слежения за положениемголовок на поверхностях. Не так давно для записи сервоинформациииспользовалась отдельная поверхность (dedicated — выделенная), по которой настраивались головки всех остальных поверхностей.Такая система требовала высокой жесткости крепления головок, чтобы между нимине возникало расхождений после начальной разметки. Ныне сервоинформациязаписывается в промежутках меж- ду секторами (embedded — встроенная), что позволяет увеличить полезнуюемкость пакета и снять ограничение на жесткость подвижной системы. В некоторыхсовременных моделях применяется комбинированная система слежения — встроенная сервоинформация в сочетании с выделенной повер — хностью; при этом грубаянастройка выполняется по выделенной поверхности, а точная — по встроеннымметкам.

Поскольку сервоинформация представляет собой опорную разметку диска,контроллер винчестера не в состоянии самостоятельно восстановить ее в случаепорчи. При программном форматировании такого винчестера возможна толькоперезапись заголовков и контрольных сумм секторов данных.

При начальной разметке итестировании современного винчестера на заводе почти всегда обнаруживаютсядефектные сектора, которые заносятся в специальную таблицу переназначения. Приобычной работе контроллер винчестера подменяет эти сектора резервными, которыеспециально оставля — ютсядля этой цели на каждой дорожке, группе дорожек или выделенной зоне диска.Благодаря этому новый винчестер создает видимость полного отсутствия дефектовповерхности, хотя на самом деле они есть почти всегда.

При включении питанияпроцессор винчестера выполняет тестирование электроники, после чего выдаеткоманду включения шпиндельного двигателя. При достижении некоторой критическойскорости вращения плотность увлекаемого поверхностями дисков воздуха становитсядостаточной для преодоления силы прижима головок к поверхности и поднятия их навысоту от долей до единиц микрон над поверхностями дисков — головки«всплывают». С этого момента и до снижения скорости ниже критическойголовки «висят» на воздушной подушке и совершенно не касаютсяповерхностей дисков.

После достижения дискамискорости вращения, близкой к номинальной (обычно — 3600, 4500, 5400 или 7200об/мин) головки выводятся из зоны парковки и начинается поиск сервометок для точной стабилизации скорости вращения. Затемвыполняется считывание информации из служебной зоны — в частности, таблицыпереназначения дефектных участков.

В завершение инициализациивыполняется тестирование позиционера путем переборазаданной последовательности дорожек — если оно проходит успешно, процессорвыставляет на интерфейс признак готовности и переходит в режим работы по интерфейсу.

Во время работы постоянноработает система слежения за положением головки на диске: из непрерывносчитываемого сигнала выделяется сигнал рассогласования, который подается всхему обратной связи, управляющую током обмотки позиционера.В результате отклонения головки от центра дорожки в обмотке возникает сигнал,стремящийся вернуть ее на место.

Для согласования скоростейпотоков данных — на уровне считывания/записи и внешнего интерфейса — винчестерыимеют промежуточный буфер, часто ошибочно называемый кэшем,объемом обычно в несколько десятков или сотен килобайт. В ряде моделей(например, Quantum) буфер размещается в общем рабочемОЗУ, куда вначале загружается оверлейная часть микропрограммы управления,отчего действительный объем буфера получается меньшим, чем полный объем ОЗУ(80-90 кб при ОЗУ 128 кб у Quantum). У других моделей (Conner,Caviar) ОЗУ буфера и процессора сделаны раздельными.

При отключении питанияпроцессор, используя энергию, оставшуюся в конденсаторах платы либо извлекая ееиз обмоток двигателя, который при этом работает как генератор, выдает командуна установку позиционера в парковочное положение,которая успевает выполниться до снижения скорости вращения ниже критической. Внекоторых винчестерах (Quantum) этому способствуетпомещенное между дисками подпружиненное коромысло, постоянно испытывающеедавление воздуха. При ослаблении воздушного потока коромысло дополнительнотолкает позиционер в парковочное положение, где тотфиксируется защелкой. Движению головок в сторону шпинделя способствует такжецентростремительная сила, возникающая из-за вращения дисков.

Литература

1.

people.kstu.edu.ru/CSN/CDR/rab.htm

2.

www.kstu.kz/~yas/theory_lw/opt_70.htm

3.

bog.pp.ru/hard/cdrom.html

4.

www.procd.ru/Серпуховскийтехнический колледжРЕФЕРАТ

«Устройствахранения информации»

Выполнил: ст. гр. 31-р

Вельш А.Т.

Серпухов 2003

Содержание

Ленточныекартриджи и гибкие диски………………1

Компакт-диски………………………………………...2

Жесткиедиски…………………………………………5

www.ronl.ru

Реферат: Устройства хранения информации. Реферат устройство хранения информации

Устройства хранения информации - Доклад

Доклад - Лазерные устройства хранения информации

Доклад: Устройства хранения информации

3.Формат компакт-дисков

Жесткий диск.

1.Принцип работы жестких дисков

Серпуховский технический колледж

РЕФЕРАТ

Реферат - Устройства хранения информации

Смотрите также