URZĄDZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ PAMIĘCI MASOWE Policealne Studium NOVUM Kierunek – Technik Informatyk, Semestr I, Klasa INF I A Temat prezentacji: Pamięci Masowe Prowadzący przedmiot: Wiktor Szanin Autor prezentacji: Marek Pajor URZĄDZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ PAMIĘCI MASOWE

URZĄDZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ - PAMIĘCI MASOWE Terminem pamięć masowa (ang. mass memory, mass storage) określa się różne techniki i urządzenia pozwalające na trwałe przechowywanie dużych ilości danych cyfrowych – w przeciwieństwie do ulotnej i mało pojemnej pamięci RAM. Urządzenia służące do odczytu i zapisu są nazywane napędami. Dane natomiast przechowywane są na nośnikach.

URZĄDZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ - PAMIĘCI MASOWE Biorąc pod uwagę rodzaj zastosowanego nośnika danych możemy wyróżnić następujące rodzaje pamięci masowej: Nośnik magnetyczny: Dysk twardy (pamięć magnetyczna dyskowa) Dyskietka (pamięć magnetyczna dyskietkowa) Pamięć taśmowa (pamięć magnetyczna taśmowa) Nośnik optyczny: Płyty CD-R, CD-RW, CD-ROM, DVD, Blu-ray, HD DVD (pamięć zapisywana i odczytywana w napędzie optycznym zgodnym z typem płyty) Pamięć półprzewodnikowa: Karty pamięci (wszelkie rodzaje wymiennych kart pamięci), Pamięć SSD (tzw. dysk SSD, następca dysku twardego), Pamięci USB (pendrive)

URZĄDZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ - PAMIĘCI MASOWE WYBRANE INTERFEJSY DYSKÓW TWARDYCH I NAPĘDÓW OPTYCZNYCH

URZĄDZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ - PAMIĘCI MASOWE Interfejs ATA (ang. Advanced Technology Attachment), zwany również interfejsem IDE (ang. Integrated Drive Electronics) – opracowany został w 1986 roku przez firmy Western Digital i Compaq dla 16-bitowego komputera IBM AT. Do dzisiaj powstało kilka wersji standardu równoległego interfejsu ATA (ang. Parallel ATA). Najnowszą jest ATA-7 (Ultra ATA/133) wprowadzona w 2004 r. – umożliwia transfer na poziomie 133 MB/s.

URZĄDZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ - PAMIĘCI MASOWE Rozwój równoległego interfejsu ATA przyniósł wiele nowych technologii i rozwiązań, takich jak: PIO – pierwsza metoda transferu danych w interfejsie ATA umożliwiająca wymianę danych między płytą a napędem; kontrolowana programowo przez procesor, powodując jego znaczne obciążenie; DMA – specjalny tryb umożliwiający napędom podłączonym do interfejsu komunikację bezpośrednio z pamięcią operacyjną RAM bez udziału procesora; Ultra DMA (UDMA) – łączy napęd bezpośrednio z pamięcią RAM i pozwala na transfer (w zależności od trybu) od 16,7 MB/s do 133 MB/s – nie obciążając zbytnio procesora;

URZĄDZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ - PAMIĘCI MASOWE Identify Drive (identyfikacja napędu) – specjalne polecenie umożliwiające oprogramowaniu płyty głównej (BIOS) identyfikację i sprawdzenie parametrów napędów; S.M.A.R.T. – technologia umożliwiająca wykrywanie i przewidywanie awarii napędu; ATAPI – rozszerzony interfejs umożliwiający obsługę urządzeń typu: CD-ROM, CD-RW, napędy dyskietek, napędy ZIP, napędy taśm itp.; Security Feature – specjalny tryb bezpieczeństwa umożliwiający chronienie dostępu do napędu za pomocą hasła.

URZĄDZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ - PAMIĘCI MASOWE Widok złącza interfejsu ATA Pojedyncze złącze pozwala podłączyć dwa urządzenia i wymaga skonfigurowania napędu za pomocą zworek (elementów stanowiących połączenie między stykami elektrycznymi). W zależności od potrzeb zworkę można skonfigurować następująco: Master (nadrzędny) – ustawienie dla napędu, który ma być pierwszy w danym kanale IDE; Slave (podporządkowany) – tak skonfigurowany napęd będzie traktowany jako drugi w kanale IDE; Cable select (wybór kabla) – specjalny tryb pozwalający na konfigurację dysku poprzez odpowiednie podłączenie napędów).

URZĄDZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ - PAMIĘCI MASOWE Interfejs SCSI (ang. Small Computer System Interface) – interfejs dla małych systemów komputerowych. Technologicznie SCSI jest bardziej zaawansowany od ATA i jest częściej wybierany jako interfejs komputerów realizujących zadania serwerowe. Przyjęła się zasada stosowania interfejsu ATA tam, gdzie liczą się prostota i niskie koszty. Z kolei SCSI znajduje zastosowanie w systemach wymagających dużej wydajności. Jedną z ważniejszych cech standardu SCSI jest obsługa różnorodnych urządzeń – skanery, dyski twarde, napędy optyczne, napędy taśm). Najnowsza odmiana tego interfejsu nosi nazwę SCSI-4 (Ultra 640 SCSI) i umożliwia maksymalny transfer na poziomie 640 MB/s i obsługę maksymalnie 16 urządzeń). Istnieje wiele rodzajów złączy SCSI.

URZĄDZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ - PAMIĘCI MASOWE Interfejs SATA – wersja ATA-7 zakończyła rozwój ATA równoległego. Nowszy szeregowy interfejs SATA jest kompatybilny z ATA tylko na poziomie programowym, co oznacza, że oprogramowanie zazwyczaj nie będzie miało problemów z obsługą urządzeń podłączonych do SATA. Na poziomie sprzętowym nie ma zgodności i nie można łączyć napędów różnych standardów. Najnowszą odsłoną interfejsu SATA jest Serial ATA Revision 3.x (Sata 6 Gb/s), który umożliwia transfer do 750 MB/s.

URZĄDZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ - PAMIĘCI MASOWE Wśród interfejsów możemy wyróżnić jeszcze następujące: SAS – standard szeregowego SCSI; interfejs ten pozwala ostatecznie na komunikację przeszło 16000 różnego rodzaju napędów. RAID – projekt przewidywał stworzenie systemu kilku dysków, działających jak jedno urządzenie, co miało poprawić jego niezawodność i wydajność; opracowano siedem podstawowych poziomów macierzy RAID – ponumerowanych od 0 do 6.

URZĄDZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ - PAMIĘCI MASOWE DYSKI TWARDE

URZĄDZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ - PAMIĘCI MASOWE Dysk twardy jest jednym z typów urządzeń pamięci masowej, wykorzystujących nośnik magnetyczny do przechowywania danych. Nazwa dysk twardy (ang. hard drive) powstała w celu odróżnienia tego typu urządzeń od tzw. dysków miękkich, czyli dyskietek (ang. floppy disk), w których nośnik magnetyczny naniesiono na podłoże elastyczne, a nie jak w dysku twardym na podłoże sztywne. Pomysł użycia twardych aluminiowych dysków jako podłoża dla nośnika ferromagnetycznego powstał w laboratoriach firmy IBM w 1956 roku. Dysk twardy składa się z zamkniętego w obudowie wirującego talerza lub zespołu talerzy, wykonanych zwykle ze stopów aluminium o wypolerowanej powierzchni pokrytej nośnikiem magnetycznym (grubości kilku mikrometrów) oraz z głowic elektromagnetycznych umożliwiających zapis i odczyt danych. Na każdą powierzchnię talerza dysku przypada po jednej głowicy odczytu i zapisu. Głowice są umieszczone na elastycznych ramionach i w stanie spoczynku stykają się z talerzem blisko osi, w czasie pracy unoszą się, a ich odległość nad talerzem jest stabilizowana dzięki sile aerodynamicznej powstałej w wyniku szybkich obrotów talerza.

URZĄDZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ - PAMIĘCI MASOWE Elementy twardego dysku

URZĄDZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ - PAMIĘCI MASOWE Dysk twardy składa się z kilku podstawowych elementów: Talerze – początkowo były aluminiowe, obecnie stosuje się talerze ceramiczne. Na ich powierzchnię nanoszony jest nośnik ferromagnetyczny. W dyskach montowanych jest klika talerzy, na których dane są zapisywane z obu stron. Najpopularniejsze rozmiary talerzy to 3,5 oraz 2,5 cala. Głowica zapisująco-odczytująca – składa się z dwóch elementów: cienkowarstwowej głowicy zapisującej (TF) oraz odczytującej głowicy magnetorezystywnej o gigantycznej czułości (GMR) wykrywającej zmiany rezystencji. Na jeden talerz przypadają dwie głowice zapisująco-odczytujące – po jednej na stronę. Pozycjoner głowicy – umożliwia sprawne przesuwanie głowicy nad powierzchnią obracającego się talerza. Ramię – łączy głowicę z pozycjonerem i umieszcza ją nad powierzchnią talerza. Silnik – umożliwia obrót talerzy podczas pracy dysku. Płytka drukowana z układami logicznymi – umożliwia montaż układów elektronicznych niezbędnych do prawidłowego funkcjonowania dysku – takich jak bufor danych, elektronika pozycjonera, detektor błędów czy kontroler interfejsu. Obudowa – chroni delikatne mechanizmy przed uszkodzeniami i umożliwia montaż wewnątrz obudowy komputera.

URZĄDZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ - PAMIĘCI MASOWE Dane są zapisywane na powierzchni nośnika w postaci cylindrycznych ścieżek. Ścieżki znajdują się po obydwu stronach talerza i są nazywane cylindrami. Ścieżki są podzielone na sektory – pojedynczy sektor zajmuje najczęściej 512 bajtów. Na okrągłym talerzu wewnętrzne ścieżki są znacznie krótsze od zewnętrznych. Aby zaoszczędzić miejsce podzielono dysk na strefy. Głowica umieszczona na ramieniu porusza się za pomocą pozycjonera i zapisuje lub odczytuje dane. Gdy talerze obracają się z prędkością roboczą, głowica nie dotyka powierzchni nośnika.

URZĄDZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ - PAMIĘCI MASOWE Główne parametry dysku twardego: Pojemność dysku (obecnie wyrażona w GB lub TB); Wydajność: Prędkość przesyłu – prędkość z jaką dane są przesyłane z talerza do elektroniki dysku (wyrażana w MB/s) Średni czas dostępu – suma średniego czasu wyszukiwania (czas przeskoku między losowo wybranymi dwoma cylindrami na powierzchni talerza) i opóźnienia (czas potrzebny na ustawienie głowicy nad odpowiednim cylindrem i dotarcie do odpowiedniego sektora) Prędkość obrotowa – im szybciej obracają się talerze pod głowicą tym szybciej mogą być odczytywane dane z powierzchni (wyrażona w obr./min – zazwyczaj 5400 lub 7200) Wielkość bufora – wyrażona w MB (od 1 do 32) – szybka pamięć DRAM (cache), która przechowuje najczęściej odczytywane dane z dysku;

URZĄDZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ - PAMIĘCI MASOWE NAPĘDY OPTYCZNE

URZĄDZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ - PAMIĘCI MASOWE Do grupy pamięci optycznych zaliczamy napędy wykorzystujące do zapisu i odczytu wiązkę światła laserowego. Najczęściej nośnikiem jest plastikowy krążek (poliwęglan) pokrywy warstwą odbijającą promień lasera. Płyta posiada średnicę 12 cm i grubość 1,2 mm. Pośrodku znajduje się otwór o średnicy 1,5 cm. Płyta obraca się zgodnie z ruchem wskazówek zegara.

URZĄDZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ - PAMIĘCI MASOWE Układ optyczny stanowiący istotę napędu CD/DVD składa się z kilku podstawowych elementów: dioda laserowa – emituje wiązkę światła laserowego półprzezroczyste lustro i pryzmat przepuszczają światło tylko w jedną stronę a wracającą wiązkę kierują na fotodetektor soczewki – skupiają wiązkę na powierzchni płyty CD/DVD i fotodetektorze; fotodetektor – zamienia fale świetlne na impulsy elektryczne.

URZĄDZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ - PAMIĘCI MASOWE Działanie układu optycznego zaczyna się w momencie wyemitowania wiązki świetlnej przez diodę. Wiązka przechodzi przez pryzmat i półprzezroczyste lustro a następnie zestawem luster jest kierowana na soczewkę, która skupia promień lasera na ścieżce płyty CD/DVD. Odbite od płyty światło jest kierowane na soczewkę i trafia na pryzmat, który zmienia kierunek wiązki. Strumień, zamiast trafić ponownie na diodę, zostaje przekierowany na fotodetektor konwertujący promień świetlny na impulsy elektryczne. Ostatecznie elektronika napędu dekoduje impulsy i przesyła je do interfejsu jako dane cyfrowe.

URZĄDZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ - PAMIĘCI MASOWE Specyfikacja napędu CD/DVD Wydajność: Prędkość obrotowa – prawie wszystkie współczesne napędy CD/DVD podczas odczytu danych obracają płytę ze stałą prędkością obrotową CAV (stała prędkość kątowa); Prędkość przesyłu – określa czas w jakim napęd pobiera dane z nośnika i wysyła do interfejsu (w napędach CD prędkość x1 oznacza przepustowość około 154 KB/s; w napędach DVD prędkość x1 umożliwia transfer około 1,4 MB/s); Średni czas dostępu – w celu uzyskania tej wartości sumujemy średni czas wyszukiwania (czas przeskoku między dwoma losowo wybranymi obszarami ścieżki) i opóźnienie (czas potrzebny na ustawienie napędu optycznego nad odpowiednim obszarem ścieżki i dotarcie do odpowiedniego sektora); Funkcje nagrywarki – obecnie praktycznie wszystkie napędy mają opcję nagrywania płyt; Buforowanie – podobnie jak w przypadku dysków twardych, napędy optyczne mają bufory w postaci pamięci DRAM, pozwalające na przechowywanie najczęściej odczytywanych danych – przyspiesza to transfer między napędem a płytą główną.

URZĄDZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ - PAMIĘCI MASOWE Rozmiary danych możliwe do zapisania na poszczególnych nośnikach: Standardowa płyta CD – umożliwia zapis 700 MB (dawniej 650 MB) Jednowarstwowy nośnik DVD – 4,7 GB (DVD-5) Dwuwarstwowy nośnik DVD – 8,5 GB (DVD-9) DVD-10 – dwustronny, jednowarstwowy nośnik – przechowuje dane na dwóch stronach płyty DVD, umożliwia zapis 9,4 GB danych (w celu odczytu danych z drugiej strony trzeba wyciągnąć i przełożyć płytę) DVD-18 – dwustronny, dwuwarstwowy nośnik – umożliwia zapis 17,1 GB danych na dwóch warstwach na obu stronach płyty Jednowarstwowa płyta Blu-ray Disc (BD) – 25 GB danych Dwuwarstwowa płyta BD – 50 GB Czterowarstwowa – 100 GB Ośmiowarstwowa – 200 GB W przypadku napędów Blu-ray większą gęstość ścieżki uzyskano dzięki zastosowaniu niebieskiego lasera o krótszej fali.

URZĄDZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ - PAMIĘCI MASOWE PAMIĘCI PÓŁPRZEWODNIKOWE

URZĄDZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ - PAMIĘCI MASOWE Coraz większą popularnością cieszą się nośniki i urządzenia wykorzystujące pamięć flash. Przyjmują one formę kart pamięci, pendrive’ów czy dysków flash. Skutecznie wyeliminowały dyskietki a ostatnio coraz częściej zastępują nośniki CD/DVD i dyski twarde (choćby dzięki coraz większej pojemności). Pierwszymi nośnikami wykonanymi w technologii flash były karty pamięci (ang. memory card) stosowane choćby w aparatach fotograficznych czy telefonach komórkowych. Na przestrzeni lat powstało kilka różnych standardów pamięci flash: MultiMedia Card (MMC) – standard kart flash opracowany przez firmy SanDisk oraz Siemens w 1997 roku. Secure Digital (SD) – standard kart pamięci opracowany przez firmy Panasonic, SanDisk i Toshiba w 2000 roku. Istnieją również wersje o zmniejszonych rozmiarach – mini i microSD. Memory Stick (MS) – standard opracowany przez firmę Sony dla potrzeb jej własnego sprzętu – aparaty, konsola PlayStation, kamery. Istnieją również wersje o zmniejszonych gabarytach: Memory Stick Duo, Memory Stick PRO Duo oraz najmniejsza Memory Stick Micro (M2)

URZĄDZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ - PAMIĘCI MASOWE Urządzenia są wyposażone w specjalne gniazda, w które wkłada się kartę. W przypadku braku w komputerze tego gniazda można dokupić czytnik kart – podłączany przez port USB. W niektórych komputerach montuje się czytniki pamięci flash zamiast stacji dyskietek. CompactFlash (CF) – najstarszy standard opracowany w 1994 roku przez firmę SanDisk. SmartMedia (SM) – nierozwijany już standard pamięci flash opracowany przez firmę Toshiba. xD Picture Card (xD) – standard pamięci flash wykorzystywany głównie w aparatach cyfrowych, opracowany przez firmy Olympus i FujiFilm – wprowadzony na rynek w lipcu 2002 roku.

URZĄDZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ - PAMIĘCI MASOWE PENDRIVE Przenośne urządzenie wykorzystywane do przechowywania danych pamięci flash. Komunikacja z komputerem następuje za pomocą portu USB. Pendrive’y służą przede wszystkim do przenoszenia danych między komputerami – skutecznie zastąpiły dyskietki. Obecnie na rynku dostępne są pendrive’y o różnych pojemnościach – od kilku do kilkudziesięciu GB. Najważniejszymi elementami pendrive’a są kontroler oraz pamięć flash.

URZĄDZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ - PAMIĘCI MASOWE DYSKI FLASH SSD Technologie służące do przechowywania danych z wykorzystaniem układów scalonych określa się mianem Solid State Storage (SSS). Dyski SSD (ang. Solid State Drive) stanowią odmianę napędów SSS wykorzystującą do trwałego przechowywania danych pamięci półprzewodnikowe. Od tradycyjnych napędów USB i kart pamięci napędy SSD różnią się jakością stosowanych modułów NAND flash oraz tym, że mają kontrolery i interfejsy.

URZĄDZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ - PAMIĘCI MASOWE DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ