Накопители информации

Среднее время доступа – время, требующееся приводу для поиска необходимых данных на носителе, варьируется от 400 до 80 мс. Буферная память позволяет передавать данные с постоянной скоростью. Существует три типа буферов: динамический, статический и с опережающим чтением. Средняя наработка на отказ составляет 50-125 тысяч часов, что намного опережает сроки морального устаревания устройства.

Существуют также накопители CD-RW, позволяющие производить запись на компакт-диск. При этом диск покрыт слоем термочувствительной краски, с такими же отражающими свойствами, как и у алюминиевого покрытия. Этот привод считается последним достижением в области разработок записываемых компакт дисков.

DVD (Digital Video Disk) – диски, которые сменят CD-ROM, первоначально разрабатывались для домашнего видео. Отличаются тем, что могут хранить объем данных многократно превышающий возможности компакт дисков (от 4,7 до 17 Гб.). При этом уровень качества звука и изображения хранимого на DVD приближается к студийному качеству.

В DVD лазерный луч уже, что позволяет снизить толщину защитного слоя диска в 2 раза. Это привело к появлению двухслойных дисков.

Магнитооптические накопители (Magneto-Optical) являются накопителем информации, в основе которого лежит магнитный носитель с оптическим управлением. Сплав, которым покрыта поверхность такого магнитооптического диска, меняет свои свойства как под воздействием тепла, так и под воздействием магнитного поля. Если происходит нагревание диска сверх некоторой температуры, то становится возможным изменение магнитной поляризации с помощью небольшого магнитного поля. На этом свойстве основываются технологии чтения записи магнитооптических дисков. Такие диски могут быть односторонними 3,5” емкости 128, 230, и 640 Мб. Двухсторонними 5,25” емкостью 600 Мб. – 2,6 Гб. 2,5” диски Mini Disk Data фирмы Sony, созданы специально для аудиоустройств и имеют емкость 140 Мб. 12” диски для однократной записи емкостью 3,5 – 7 Гб получили большое распространение при построении оптических библиотек[3].

1.6. ФЛЭШ-ПАМЯТЬ

Она используется в самых разнообразных цифровых устройствах. Так приятно, когда под рукой есть мобильный телефон, нужная информация находится в карманном компьютере, сделанные фотографии можно увидеть сразу, а не по возвращении из отпуска. Небольшой брелок умеет хранить массу полезных данных: флэш-память также служит памятью в МР3-плеерах и игровых приставках.

Само название Flash впервые применила компания Toshiba в 1984 г. для описания своих новых микросхем, в которых доступ к данным осуществляется «in a flash», т.е. быстро, мгновенно.

Флэш представляет собой твердотельное полупроводникивое устройство, которое не требует дополнительной энергии для хранения данных, т.е. при выключении питания информация сохраняется. Данные с флэш-носителя можно сколько угодно раз считать и ограниченное число раз перезаписать. Последнее связано с тем, что перезапись идет через стирание, которое приводит к износу микросхемы. Современная флэш-память позволяет заменять содержимое ячеек от 10 тыс. до 1 млн. раз.

В отличие от жестких дисков, CD- и DVD-ROM, во флэш-накопителях нет движущихся частей. Это существенно снизило потребление энергии при записи, а также в 5-10 раз по сравнению с жесткими дисками увеличило механическую нагрузку, которую способно выдерживать устройство памяти. Твердотельные носители можно трясти и ронять без ущерба для их работоспособности по оценкам производителей, информация на флэш-микросхемах хранится от 20 до 100 лет.

Благодаря компактным размерам, высокой степени надежности и низкому энергопотреблению твердотельные накопители активно используют в современных портативных устройствах, причем как в качестве съемного носителя, так и для хранения кода ПО[4].

1.7. ДРУГИЕ УСТРОЙСТВА НАКОПЛЕНИЯ И ХРАНЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

Кроме вышеперечисленных основных устройств накопления и хранения информации существуют некоторые другие, по разным причинам менее популярные. К таким устройствам относятся:

– бернулли-диски;

– устройства резервирования данных;

– некоторые другие устройства.

Все эти устройства имеют разные емкости, скорости доступа к информации, свои минусы и плюсы, а также разную цену. У них есть свои ограничения, но есть и несомненные достоинства. Одно у них всех есть общее – эти устройства были созданы для хранения, накопления и резервирования данных.

2. ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ НАКОПИТЕЛЕЙ ИНФОРМАЦИИ

Следует отметить, что разработки в области автономных устройств для переноса информации начались довольно давно.

Первая энергонезависимая полупроводниковая память называлась ROM, т.е. название подсказывает, что произвести запись здесь можно было только один раз. Поэтому ROM использовалась лишь для хранения информации. Частично эту проблему удалось решить при создании PROM. Микросхему можно было подвергнуть повторному (но пока только единственному) «прожигу» с помощью специального устройства и тем самым полностью перезаписать информацию на ней.

Следующим шагом стало создание компанией Intel микросхемы EPROM на базе МОП-транзистора (металл – оксид – полупроводник). Появилась долгожданная возможность неоднократной перезаписи информации, хранящейся на всей микросхеме, после стирания содержимого рентгеновскими лучами. Впоследствии также выпущены схемы, где обнуление осуществлялось с помощью ультрафиолетовых лучей через специальное окошко на микросхеме.

В 1979 г. компания Intel разработала новый вид памяти – EEPROM, в котором появилась возможность перезаписывать не всю информацию на микросхеме, а ее часть. Данные в определенных ячейках изменялись под влиянием электрического тока.

И вот наконец пришел черед флэш-памяти. Разработанная компанией Toshiba микросхема получила название NAND от применяемой логической схемы NOT AND («НЕ-И»). Позже, в 1988 г., компания Intel выпустила свой вариант флэш-памяти NOR (NOT OR, «НЕ-ИЛИ»). Хотя с тех пор прошло уже без малого 20 лет, эти два типа микросхем и сейчас составляют львиную долю оборота рынка флэш-памяти.

Корпорация Hitachi разработала архитектуру флэш-памяти, названную AND, которая комбинирует свойства NOR и NAND. Эти микросхемы обладают повышенной износостойкостью за счет применения алгоритмов равномерного использования всех ячеек при работе. Операции записи и стирания информации производятся методом туннелирования.

Компания Mitsubishi создала собственную флэш-память, носящую название DiNOR, в которой запись и стирание информации происходит также методом туннелирования. Эта память более долговечная, поскольку использует особый метод стирания данных, предохраняющий ячейки от пережигания[5].

Рынок внешних накопителей информации в последнее время развивался в основном за счет портативных устройств на флэш-памяти. Однако их объем до сих пор не позволяет применять их там, где необходимо сохранять и транспортировать большие массивы информации. В таких случаях на помощь приходят накопители, построенные на базе жестких портативных дисков. Популярность последних постоянно растет, их используют не только в ноутбуках и КПК, но даже в смартфонах и мобильных телефонах. Большинство крупных компаний давно уже наладили выпуск жестких портативных дисков размером от 0,85 до 2,5 дюйма, которые могут служить и как внешние накопители информации. Компания Western Digital выпустила на рынок два таких устройства, каждое из которых обладает своими интересными особенностями.

WD Passport Pocket. Внешний накопитель WD Passport Pocket благодаря небольшим размерам 61*45*9,5 мм может вполне сойти за крупную «флэшку». Он построен на базе жесткого диска и располагает внушительным объемом памяти в 6 Гбайт. При этом масса WD

Passport Pocket составляет 80 г, что, учитывая его размеры, позволяет без труда уместить накопитель даже в кармане рубашки.

На верхнем торце расположен убирающийся внутрь корпуса складной разъем для подключения к ПК. В результате в сложенном виде разъем защищен от внешнего воздействия и механических повреждений. Благодаря значительному объему памяти устройство можно использовать для хранения и транспортировки данных, а если установить на него операционную систему, то и в качестве системного диска.

WD Passport Pocket передает данные по протоколу USB 2.0, что позволяет обмениваться большими объемами информации с высокой скоростью. В среднем скорость записи на устройство равняется 3,5 Мбайт/с. Накопитель полностью совместим с компьютерами PC и Macintosh. При подключении WD Passport Pocket к ПК он автоматически опознается операционной системой и не требует дополнительных драйверов.

Легкость в работе, небольшие размеры и солидный объем памяти позволяют применять WD Passport Pocket как для работы, так и для развлечений. Устройство подойдет и профессионалам вне зависимости от сферы их деятельности, и простым пользователям ПК.

WD Passport 120 Гбайт. Второй внешний накопитель серии WD Passport существенно отличается от коллеги. Выглядит он как небольшая пластмассовая коробочка, верхняя часть которой изготовлена из серебристого пластика, и нижняя – из прорезиненного материала. В качестве носителя информации здесь используется 2,5-дюймовый жесткий диск, помещенный в прочный амортизирующий и теплорассеивающий корпус, защищающий от перегрева и ударных нагрузок при падении. Применение защитного корпуса существенно отразилось на размерах изделия (144*89*21 мм), носить в кармане такой «кирпич» довольно проблематично. Однако, учитывая внушительный объем жесткого диска в 120 Гбайт, а также наличие защитного корпуса, предохраняющего его от динамических нагрузок, не думаю, что стоит относить размеры аппарата к недостаткам. На правом торце накопителя расположены разъем mini-USB для соединения с ПК и еще один – для подключения внешнего питания, который задействуется при подсоединении к портам USB 1.1. Порты во избежание выхода из строя прикрыты резиновой заглушкой.

В модели  WD Passport используется жесткий диск с частотой вращения 5400 об/мин.

Передача данных осуществляется посредством протокола USB 2.0 – средняя скорость записи на устройство составляет 10 Мбайт/с.

Как уже отмечалось, WD Passport обладает защитным корпусом, предохраняющим жесткий диск при падении. По заявлению производителя, устройство способно выдержать падение с небольшой высоты без каких-либо последствий. В качестве короткого краш-теста накопитель «случайно» уронили с метровой высоты на пол, после чего подключили к ПК. В процессе дальнейшей его эксплуатации сбоев в работе не наблюдалось, что подтвердило его устойчивость к динамическим нагрузкам.

Большой объем памяти и прочный корпус, защищающий жесткий диск от динамических нагрузок, позволяют использовать WD Passport не только дома или в офисе, но и в полевых условиях, не беспокоясь за сохранность данных при транспортировке[6].

В настоящее время основные усилия разработчиков сосредоточены на наращивании объемов памяти и сокращении размеров носителей с параллельным снижением энергопотребления.

Уже представлены новые разработки памяти на основе нанокристаллов. Эта технология позволяет уменьшить ячейку и упростить производство памяти, сохраняя при этом ее надежность. Кремниевые нанокристаллы, напоминающие по форме сферу диаметром порядка

50 ангстрем (или пяти миллиардных метра), размещают между двумя оксидными слоями. Запись информации производится за счет способности кристаллов сохранять заряд. Скорость записи флэш-памяти такого типа может быть существенно увеличена благодаря тому, что туннелирование зарядов в нанокристаллы происходит значительно быстрее, чем в стандартные ячейки флэш-памяти. Также ведутся разработки в области увеличения быстродействия за счет записи данных одновременно на несколько ячеек в каждой микросхеме.

Еще одной перспективной технологией считается ферроэлектрический принцип хранения информации – FeRAM (Ferroelectric Random Access Memory). В русскоязычной литературе ферроэлектрики обычно называют сегнетоэлектриками, поскольку впервые их необычные свойства были обнаружены у кристаллов сегнетовой соли. Особенность ферроэлектриков состоит в сравнительно легком изменении величины дипольного момента под влиянием электрического поля (т.е. изменяется сила взаимодействия с заряженными частицами, в том числе электронами). В обычном состоянии ферроэлектрик не является однородно поляризованным, а состоит из доменов с различными направлениями поляризации. Под действием электрического поля кристалл становится однодоменным, причем после выключения поля это состояние сохраняется в течение длительного времени. При воздействии поля противоположного направления значение поляризации также меняется. На этом принципе строится двоичная система.. переключение поляризации происходит за время меньше 1нс. К преимуществам этой технологии следует отнести стойкость к радиации и другим проникающим излучениям.

Предыдущий вид памяти наряду с магниторезистивной MRAM (Magneto-resistive RAM) считается наиболее перспективным преемником флэш-памяти. В основе работы MRAM лежит принцип изменения электрического сопротивления проводника под действием магнитного поля. Сторонники этого вида памяти считают, что она может совершить настоящую революцию, заменив не  только флэш, но и DRAM, и SRAM. Ячейка MRAM состоит из двух слоев ферромагнетика, разделенных между собой слоем магниторезистивного материала.

К ферромагнетикам относят вещества, у которых при определенных условиях устанавливается магнитоупорядоченное состояние, так что магнитные моменты атомных носителей магнетизма выстраиваются параллельно, а само вещество намагничивается. В отсутствие внешнего магнитного поля ферромагнетик разбит на хаотично ориентированные домены. Под воздействием магнитного поля эти домены переходят в магнитоупорядоченное состояние.