Лекции для студентов

Курс лекций: Информационное обеспечение автоматизированных библиотечных систем. Часть 2 — Носители информации

Носители информации

Магнитные диски

o Накопитель на жёстких магнитных дисках, жёсткий диск, хард, HDD, HMDD или винчестер, (англ. Hard (Magnetic) Disk Drive, HDD, HMDD) — энергонезависимое, перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство.
   Является основным накопителем данных практически во всех современных компьютерах.
   В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома. В некоторых НЖМД используется одна пластина, в других — несколько на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образуемого у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках 5-10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков, головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.
   Название «винчестер» накопитель получил благодаря фирме IBM, которая в 1973 году выпустила жёсткий диск модели 3340, впервые объединивший в одном неразъёмном корпусе пластины диска и считывающие головки. При его разработке инженеры использовали краткое внутреннее название «30-30», что означало два модуля (в максимальной компоновке) по 30 Мб каждый. Кеннет Хотон, руководитель проекта, по созвучию с обозначением популярного охотничьего ружья «Winchester 30-30» предложил назвать этот диск «винчестером».
   В Европе и США название «винчестер» вышло из употребления в 1990-х годах, в российском же компьютерном сленге название «винчестер» сохранилось, сократившись до слова «винт».
Технологии записи данных
   Принцип работы жестких дисков похож на работу магнитофонов. Рабочая поверхность диска движется относительно считывающей головки (например, в виде катушки индуктивности с зазором в магнитопроводе). При подаче переменного электрического тока (при записи) на катушку головки, возникающее переменное магнитное поле из зазора головки воздействует на ферромагнетик поверхности диска и изменяет направление вектора доменов в зависимости от величины сигнала. При считывании перемещение доменов у зазора головки приводит к изменению магнитного потока в магнитопроводе головки, что приводит к возникновению переменного электрического сигнала в катушке из-за эффекта электромагнитной индукции.
   В последнее время для считывания применяют магниторезистивный эффект и используют в дисках магниторезистивные головки. В них, изменение магнитного поля приводит к изменению сопротивления, в зависимости от изменения напряженности магнитного поля. Подобные головки позволяют увеличить вероятность достоверности считывания информации (особенно при больших плотностях записи информации).
Метод параллельной записи
   На данный момент это самая распространенная технология записи информации на НЖМД. Биты информации записываются с помощью маленькой головки, которая проходя над поверхностью вращающегося диска намагничивает миллиарды горизонтальных дискретных областей — доменов. Каждая из этих областей является логическим нулём или единицей, в зависимости от намагниченности.
Метод перпендикулярной записи
   Метод перпендикулярной записи — это технология, при которой биты информации сохраняются в вертикальных доменах. Это позволяет использовать более сильные магнитные поля и снизить площадь материала, необходимую для записи 1 бита.
   Жесткие диски с перпендикулярной записью доступны на рынке с 2005 года.
Метод тепловой магнитной записи
   Метод тепловой магнитной записи (англ. Heat assisted magnetic recording — HAMR) на данный момент активно разрабатывается. При использовании этого метода используется точечный подогрев диска, который позволяет головке намагничивать очень мелкие области его поверхности. После того, как диск охлаждается, намагниченность «закрепляется». Данный метод позволит увеличить емкость диска до 50 Тбит (6,25 ТБ) на квадратный дюйм.
История
   1956 — продажа первого коммерческого жёсткого диска, IBM 350 RAMAC, 5 Мб. Он весил около тонны, занимал два ящика — каждый размером с большой холодильник, а общий объем памяти 50 вращавшихся в нем покрытых чистым железом тонких дисков диаметром с большую пиццу составлял 5 мегабайт
   1980 — первый 5,25-дюймовый Winchester, Shugart ST-506, 5 Мб
   1986 — Стандарт SCSI
   1991 — Максимальная ёмкость 100 Мб
   1995 — Максимальная ёмкость 2 Гб
   1997 — Максимальная ёмкость 10 Гб
   1998 — Стандарты UDMA/33 и ATAPI
   1999 — IBM выпускает Microdrive ёмкостью 170 и 340 Мб
   2002 — Взят барьер адресного пространства выше 137 Гб
   2003 — Появление SATA
   2005 — Максимальная ёмкость 500 Гб
   2005 — Стандарт Serial ATA 3G
   2005 — Появление SAS (Serial Attached SCSI)
   2006 — Применение перпендикулярного метода записи в коммерческих накопителях
   2006 — Появление «гибридных» жёстких дисков, содержащих дополнительный блок флэш-памяти ёмкостью в единицы гигабайт
   2007 — Hitachi представляет накопитель ёмкостью 1 Тб

o Накопитель на гибких магнитных дисках (дискета) — магнитный носитель информации, используемый для многократной записи и хранения данных сравнительно небольшого объема. Этот вид носителя был особенно распространён в 1970-х — начале 2000-х годов. Вместо термина «дискета» иногда используется аббревиатура ГМД — «гибкий магнитный диск» (соответственно, устройство для работы с дискетами называется НГМД — «накопитель на гибких магнитных дисках», жаргонный вариант — флоповод ,флопик, флопарь от английского floppy-disk).
   Обычно дискета представляет собой гибкую пластиковую пластинку, покрытую ферромагнитным слоем, отсюда английское название «floppy disk» («гибкий диск»). Эта пластинка помещается в пластмассовый корпус, защищающий магнитный слой от физических повреждений. Оболочка бывает гибкой или прочной. Запись и считывание дискет осуществляется с помощью специального устройства — дисковода (флоппи-дисковода).
   Дискеты обычно имеют функцию защиты от записи, посредством которой можно предоставить доступ к данным только в режиме чтения.
   1971 — Первая дискета диаметром в 200 мм с соответствующим дисководом была представлена фирмой IBM. Обычно само изобретение приписывается Алану Шугарту, работавшему в конце 1960-х годов в IBM.
   1973 — Алан Шугерт основывает собственную фирму Shugart Associates.
   1976 — Алан Шугерт разработал дискету диаметром 5,25.
   1978 — фирма TEAC представляет первый в мире дисковод для чтения 5,25-дискет.
   1981 — Sony выводит на рынок дискету диаметром 3,5 (90 мм). В первой версии объём составляет 720 килобайт (9 секторов). Поздняя версия имеет объём 1440 килобайт или 1,40 мегабайт (18 секторов). Именно этот тип дискеты становится стандартом (после того, как IBM использует его в своём IBM PC).
   Позже появились так называемые ED-дискеты (от англ. Extended Density — «расширенная плотность»), имевшие объём 2880 килобайт (36 секторов), которые так и не получили широкого распространения.

o Магнитный барабан — ранняя разновидность компьютерной памяти, широко использовавшаяся в 1950-1960-х годах. Изобретена Густавом Таушеком (Gustav Tauschek) в 1932 году в Австрии. Для многих вычислительных машин барабан являлся основной памятью, в которой располагались программы и данные, записываемые или считываемые с барабана при помощи таких носителей информации, как перфолента или перфокарты. Барабаны применялись настолько широко, что содержащие их вычислительные машины часто называли «барабанными компьютерами». В дальнейшем магнитный барабан был вытеснен памятью на магнитных сердечниках, которая работала быстрее, не имела движущихся частей и использовалась до самого появления полупроводниковой памяти. Барабан представляет собой большой металлический цилиндр, наружная поверхность которого покрыта ферромагнитным регистрирующим материалом. Упрощённо можно сказать, что это пластина жёсткого диска, имеющая форму цилиндра, а не плоского диска. Ряд считывающих головок движется по окружности барабана, каждая по отдельной дорожке.
   Ключевое отличие между барабаном и диском заключается в том, что на барабане головки не могут перемещаться произвольно для поиска необходимой дорожки. Это означает, что время чтения и записи любого одиночного фрагмента информации меньше, чем оно было бы на диске. Контроллер просто ждёт когда данные появятся под нужной головкой при повороте барабана. Производительность магнитных барабанов полностью определяется скоростью их вращения, в то время как у диска важны как скорость вращения, так и скорость перемещения головок.
   Тем не менее, проблемы с производительностью были заметны, и программисты часто брались за ручное написание кода на поверхности барабана особым способом для уменьшения количества времени, необходимого для поиска следующей инструкции. Они делали это, тщательно измеряя время поиска определённой инструкции для выполнения и готовности компьютера к выполнению следующей инструкции, затем располагали эту инструкцию на барабане таким образом, чтобы она в нужный момент «подъезжала» точно под считывающую головку. Такой метод компенсации временны?х задержек называется коэффициентом пропуска (англ. Skip Factor) или чередованием и всё ещё используется в современных контроллерах жёстких дисков.
   В настоящее время в операционных системах семейства BSD устройством /dev/drum (то есть «барабаном») по умолчанию называется устройство для свопа виртуальной памяти.