URZĄDZENIA PERYFERYJNE SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH Marek Niedostatkiewicz Katedra Metrologii i Systemów Elektronicznych ETI PG 2003/2005

URZĄDZENIA PERYFERYJNE SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH 6. Pamięci zewnętrzne Marek Niedostatkiewicz Katedra Metrologii i Systemów Elektronicznych ETI PG 2003/2005

Pamięci zewnętrzne PAMIĘCI ZEWNĘTRZNE służą do długotrwałego przechowywania informacji podział: o dostępie sekwencyjnym taśmy magnetyczne o dostępie bezpośrednim dyski magnetyczne wymienne stałe dyski optyczne tylko do odczytu jednokrotnego zapisu wielokrotnego zapisu karty pamięciowe - tzw. dyski półprzewodnikowe

Pamięci zewnętrzne parametry pamięci zewnętrznych: pojemność nośnika zależy od wielkości nośnika i gęstości zapisu czas dostępu podawany jest średni czas dostępu prędkość transmisji zależy od magistrali łączącej urządzenie z hostem poprawiana przez dodanie pamięci buforowej przewidywanie, które dane będą potrzebne celowa, gdy odczyt z nośnika jest szybszy niż transmisja do hosta algorytmy opróżniania pamięci buforowej decydują o skutecznośći buforowania

Pamięci zewnętrzne

Pamięci zewnętrzne MAGISTRALE DYSKOWE ST412/506 - 1984 Western Digital, dla PC AT sterownik dysku w pełni nadzorował jego pracą analogowa szyna sterująca napędem - źródło błędów IDE (Integrated Drive Electronics) - alias - ATA (Advanced Technology Attachment) Compaq 1986, następnie WD oraz ANSI 1990. dołączany do 16 bitowej ISA, współpraca z dwoma napędami: master i slave sterownik wbudowany jest w dysk twardy na płycie komputera znajduje się host adapter buforujący sygnały magistrali i dekodujący adres sterownika do 3MB/s, długość kabla do 45cm, łacze 40 stykowe z 16 liniami danych

Pamięci zewnętrzne MAGISTRALE DYSKOWE EIDE (Fast ATA-2) Western Digital i Compaq 1994, rozszerzenie IDE o obsługę do 4 urządzeń, CD-ROM, i o szybsze tryby transmisji ograniczenie rozmiaru dysku 504MB: wynika ze sposobu numeracji sektorów w EIDE (BIOS): 16(10) numer cylindra, 4(8) numer głowicy, 6 numer sektora rozszerzalne do 8.4GB adresowanie liniowe LBA translacja adresów ECHS (cylindry/głowice) tryby PIO od 3.33 do 16.66MB/s DMA od 2.1 do 33.33MB/s ATA-PI (ATA Packet Inteface) protokół transmisji do CDROM, taśm itp. odmienny zestaw komend

Pamięci zewnętrzne MAGISTRALE DYSKOWE SCSI umożliwia łączenie 8 jednostek od 5 do 40 MB/s, najpopularniesza SCSI-2 20MB/s magistrala wymaga terminatorów niezależny procesor sterujący transmisją magistrala pracuje z arbitrażem urządzenie docelowe steruje transmisją rozmaite wersje standardu SCSI-1, SCSI-2, SCSI-3 trwają prace nad wersją z magistralą szeregową i światłowodową stacje dysków elastycznych PC kontroler znajduje się na płycie głównej lub karcie kontrolera I/O dwa napędy dysków są podłączone do wspólnej taśmy, podłączonej do kontrolera 34 linie, z czego połowa to masa

Pamięci zewnętrzne REJESTRACJA MAGNETYCZNA materiał o właściwościach magnetycznych identyczne, nie niwelujące się spiny nie sparowanych elektronów powodują sumowanie się momentów magnetycznych obszary w których elektrony wzajemnie oddziaływują na siebie: domeny jednakowa orientacja domen tworzy silny magnes zapis polega na przemagnesowaniu nośnika magnetycznego - taśmy lub dysku zmiana kierunku prądu podczas magnesowania zmienia orientacje domen w nośniku (flux transition) odczyt informacji nośnik wytwarzający własne pole magnetyczne jest przesuwany pod głowicą czytającą, w której wytwarza napięcie wartość SEM jest proporcjonalna do szybkości zmian strumienia magnetycznego w rdzeniu

Pamięci zewnętrzne REJESTRACJA MAGNETYCZNA gęstość zapisu zależy od gęstości zmian namagnesowania na jednostke powierzchni oraz przyjętego sposobu kodowania wytwarzanie warstwy magnetycznej naniesienie płynnego polimeru z cząsteczkami tlenku metalu lub dwutlenku chromu naparowanie lub galwanizacja warstwy czystego metalu warstwy “smaru” w taśmach magnetycznych sadza redukująca ładunki elektrostatyczne techniki kodowania i zapisu prąd w głowicy zapisu może płynąć w obu kierunkach w głowicy odczytującej indukowane są impulsy w momencie przesuwu nad obszarem nośnika o zmieniającym się namagnesowaniu kodowanie: RZ, RB, NRZ (nie jest samosynchronizujący, stosowany wraz z bitem nieparzystości w pamięciach taśmowych), NRZI, FM (jedna lub dwie zmiany na takt), MFM (pamięci dyskowe), RLL, PRLL

Pamięci zewnętrzne REJESTRACJA MAGNETYCZNA

Pamięci zewnętrzne DYSKI TWARDE pierwszy “Winchester” IBM3340, prototyp 30-30 z 1973, 2x30MB dyski PC - pierwotnie - zewnętrzne urzadzenia z własnym zasilaczem krążki o średnicy od 2.5’’ do 5.25’’, grubości od 1/32’’ do 1/8’’, umieszczone na wspólnej osi, w szczelnej obudowie z filtrem powietrza szklane aluminiowe powierzchnia magnetyczna materiał rozlewany, oliwiony i polerowany materiał nanoszony galwanicznie lub katodowo napęd silnikiem wrzecionowym stabilizacja prędkości obrotowej czujnikami lub sygnałami zapisanymi na dysku w czasie produkcji (3600 / 7200 obrotów) tryby zapisu (prędkość dysku względem głowicy do ~270km/h) CAV - constant angular velocity (szybsze czasy dostępu) ZCAV - zone constant angular velocity (lepsze upakowanie) przeplot i przesunięcie początków ścieżek

Pamięci zewnętrzne DYSKI TWARDE poduszka powietrzna 2-15um, zabezpiecza przed zetknięciem głowicy z dyskiem automat parkujący głowice (parking.com) wiele głowic, jedna aktywna pozycjonowanie (do 50x/sek) silnikiem krokowym aktuatorem magnetycznym, kalibrowanym w fabryce typy głowic cienkowarstwowe indukcyjne magnetorezystywne “nie lubienie się” dysków - sygnał DriveActiveSignalPresent /DASP #39 nie wykrywanie stasrego typu dysku Slave remedium: ustawic zworke SlavePresent w dysku Master konfiguracja MS/SL/CS/SP/SGL CS - Master w środku (złącze czarne) UDMA - wspiera CS, Master na końcu

Pamięci zewnętrzne DYSKI TWARDE

Pamięci zewnętrzne DYSKI TWARDE

Pamięci zewnętrzne DYSKI TWARDE

Pamięci zewnętrzne DYSKI TWARDE

Pamięci zewnętrzne DYSKI ELASTYCZNE 1MB, 8’’ średnicy, IBM 1971 ok. 50 typów, z czego najpopularniejsze to 3.5’’ oraz 5.25’’ prędkość transmisji: ok. 500kB/s prędkość obrotowa: 360 (5.25) lub 300 (3.5) obr/min sygnały: Pin Function Direction 1 GND 2 High density sel ??? 8 Index pulse from drive 10 Motor on A to drive 12 Drive select B to drive 14 Drive select A to drive 16 Motor On B to drive 18 Direction to drive 20 Step pulse to drive 22 Write data to drive 24 Write enable to drive 26 Track Zero from drive 28 Write Protect from drive 30 Read Data from drive 32 Select Head to drive 34 Disk Changed ??? 3-33 Odd pins are GND

Pamięci zewnętrzne DYSKI ELASTYCZNE

Pamięci zewnętrzne DYSKI ELASTYCZNE

Pamięci zewnętrzne PAMIĘCI TAŚMOWE dostęp sekwencyjny technologia stosowana dawniej w mikrokomputerach domowych obecnie wykorzystywana w streamerach taśmy DAT, DDS, QUIC, Travan, DLT taśmy od magnetowidów: 8mm oraz VHS (pojemność 250MB/1h) używane do tworzenia kopii bezpieczeństwa systemu komputerowego

Pamięci zewnętrzne DYSKI OPTYCZNE powierzchnia nośnika ma właściwości optyczne powodujące, że światło lasera odbija się i trafia na fotodetektor lub ulega rozproszeniu (pity i landy) dane zapisywane są na spiralnej ścieżce (ok. 5km długości) odległość między ścieżkami: 1.6um, szerokość ścieżki 0.5um gęstość zapisu zależy od średnicy plamki, związanej z długością promieniowania lasera i rozmiarem “pitów” i “landów”

Pamięci zewnętrzne DYSKI OPTYCZNE napęd CD zawiera mechanizm napędu płyty oraz układ pozycjonowania lasera czytniki CD stosują zmienną prędkość obrotową w celu zachowania stałej prędkości liniowej 1.25 m/s laser pracuje w podczerwieni z falą o długości 780nm kodowanie nadmiarowe EFM (8-14), w celu zapewnienia ilości kolejnych zer i jedynek z zakresu 3-11; kodowanie metodą zmiany fazy

Pamięci zewnętrzne DYSKI OPTYCZNE standardy: CD-DA (1980) Compact Disc Digital Audio - standard dysków Audio Philips i Sony, opisany w tzw. Czerwonej Księdze 74 minuty audio 2 kanały 16bitowo, czyli 44100Hz*2bajty/próbkę*2 kanały*74minuty*60sekund =783 216 000 bajtów prędkość odczytu 171kB/s CD-ROM (1985) standard dysków do przechowywania danych, opisanyw tzw. Żółtej księdze 650 MB danych, czas dostępu ok. 100ms, prędkość odczytu std. 150kB/s większe prędkości odczytu ulegają zmniejszeniu podczas konieczności stosowania mechanizmów korekcji błedu standard zawiera dodatkowe mechanizmy korekcyjne pozawalające czytać dane z płyt porysowanych i zabrudzonych

Pamięci zewnętrzne DYSKI OPTYCZNE standardy: CD-ROM (1985) (cd) istnieją różne formaty sektorów dla danych komputerowych, dla multimediów oraz przeplatane, tzw. CD-ROM/XA, umożliwiające jednoczesny odczyt danych i audio/video hierarchiczny system plików na dysku ma postać zgodną ze standardem niezależnym od systemu operacyjnego ISO7660 nazwy o długości do 8+3 znaków struktura o maksymalnie 8 poziomach deskryptor woluminu

Pamięci zewnętrzne DYSKI OPTYCZNE standardy: CD-R (1990) jednokrotny zapis wielokrotny odczyt WORM zamiast aluminium z pitami i landami, dysk zawiera gładką warstwę refleksyjną oraz warstwę światłoczułą barwnika ftalocyjanowego lub cyjanowego pod wpływem silnej wiązki lasera w czasie nagrywania, warstwa światłoczuła staje się nieprzezierna - uzyskiwany jest efekt pitów i landów dane na płycie mogą być zapisywane w czasie 1 sesji, wielu sesji lub metodą przyrostową pakietową. W dwóch pierwszych, przerwanie zapisu uniemozliwia dalsze wykorzystanie płyty; zapis pakietowy wymaga wcześniejszego sformatowania płyty w formacie UTF

Pamięci zewnętrzne DYSKI OPTYCZNE standardy: CD-RW (1995) wielokrotny zapis (do 1000 razy) i wielokrotny odczyt dysk zawiera warstwę substancji występującej w dwóch fazach: krystalicznej przepuszczajacej światło amorficznej nieprzepuszczającej światła działanie: “skasowany” dysk zawiera materiał warstwy w stanie krystalicznym zapis laserem dużej mocy o (długości fali 650nm) podgrzewa i zmienia strukturę materiału; poprzez szybkie schładzanie amorficzna struktura zostaje zachowana specjalna procedura “kasowania” - laser podgrzewa warstwę zmiennofazową tak, by podczas powolnego stygnięcia przeszła do stanu krystalicznego

Pamięci zewnętrzne DYSKI OPTYCZNE standardy: DVD (1995) rezultat współpracy 9 koncernów długość fali 650nm - zmniejszone wymiary pitów, ścieżka długości 12km siedmiokrotny wzrost pojemności dysku - 4.7GB mozliwość stosowania dwóch warstw pierwsza odbija 30% światła, układ optyczny o zmiennej ogniskowej DVD-Video 133 minuty obrazu MPEG-2, do 8 ścieżek dźwiękowych, 5 kanałowych Dolby 5.1, do 32 kompletów napisów DVD Audio 74’ dźwięk 192kHz / 24 bity

Pamięci zewnętrzne KARTY PAMIĘCIOWE elektroniczne nośniki informacji wykorzystujące technikę Flash-ROM istnieją tzw. Stałe Dyski, tj. karty wyposażone w interfejs EIDE, widziane przez PC jak standardowe dyski do aplikacji przemysłowych karty ISO7816 pierwotnie zawierały jedynie proste układy pamięciowe z szyną I2C, obecnie posiadają mniej lub bardziej skomplikowany sterownik (asynschroniczny lub synchroniczny względem hosta) wyposazony w funkcje kryptograficzne i ochrony danych są stosowane do identyfikacji (GSM), przechowywania danych i operacji płatniczych różne parametry rozwiązać cywilnych i przemysłowych

Wyświetlanie obrazu Karty pamięci Flash Cechy miniaturowe rozmiary odporność na udaty i wibracje szeroki zakres temperatur niewielki pobór mocy Rozwój pamięci Flash zastąpienie technologi NOR technologią NAND powołanie organizacji producentów i użytkowników Zastosowania pierwotnie - systemy niszowe mapa cyfrowa samolotów Grippen i Hercules C130J przechowywanie danych w śmigłowcach USAF

Wyświetlanie obrazu Typy pamięci Flash Dyski IDE formatu 2.5’’ zamienniki dysków wirujących środowiska wibracyjne: komputery przemysłowe, sprzęt telekomunikacyjny, wojskowy, lotniczy i kosmiczny

Wyświetlanie obrazu Typy pamięci Flash PC Card ATA przenoszenie danych do notebooków praca w trybie dysku stałego obecnie do 2GB pamięci dysku stałego Karty CompactFlash elektrycznie i logicznie zgodna z PC Card ATA, złącze 50 stykowe zamiast 68 stykowego, lecz dwukrotnie mniejsza stosowania w aparatach cyfrowych

Wyświetlanie obrazu Typy pamięci Flash MultiMedia Card najmniejsza z kart na rynku (do 64MB) opracowanie Siemensa i SanDisk 7 stykowy interfejs szeregowy, tryby MMC i SPI wykorzystywana aparatach cyfrowych, odtwarzaczach MP3, w komunikatorach Nokia 9110 Secure Digital rozminięcie MMC o funkcje ochrony zawartości pamięci te same wymiary, większa grubość system plików ISO/IEC9292

Wyświetlanie obrazu Typy pamięci Flash Smart Media SSFDC brak kontrolera na karcie mała odporność mechaniczna i elektryczna Memory Stick rozwiązanie Sony

Wyświetlanie obrazu Rodziny pamięci Flash Komercyjna duże prędkości sekwencyjnych transmisji danych (multimedia) minimalna cena duża pojemność przemysłowa “industrial grade”, “mission critical” większa ilość cykli kasowania ( 2 000 000 vs 300 000 ) zwiększone MTBF ( 3 000 000 vs 1 000 000 ) polepszone bezpieczeństwo danych zakresy temperatur, opisy urządzeń, dłuższa gwarancja

URZĄDZENIA PERYFERYJNE SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH Marek Niedostatkiewicz Katedra Metrologii i Systemów Elektronicznych ETI PG 2003/2005