Накопители на магнитных дисках

Накопители на магнитных дисках

До сих пор самыми важными  устройствами для хранения данных в  персональном компьютере остаются накопители на магнитных дисках, и это несмотря на успехи в области оптической записи информации и серьезные достижения твердотельной микроэлектроники.

Магнитная запись — самая  старая технология записи данных, появившаяся  еще в докомпьютерную эру, которую  совсем недавно чуть было не заменили другими технологиями. Но разработчики совершили чудо, сделав еще один технологический рывок и увеличив плотность записи более чем на порядок, поэтому сегодня производителями предлагаются накопители на жестких магнитных дисках — винчестеры — на которые можно записать содержимое более 300 компьютерных компакт-дисков. А ведь несколько лет назад винчестер объемом даже в 1 Гбайт был для персонального компьютера весьма заманчивым приобретением! А вот гибкие диски, похоже, окончательно сдают позиции — компакт-диски и флэш-память постепенно заставляют забывать, что информацию можно хранить на дискетах объемом в 1,44 Мбайт.

Гибкие диски

Гибкие диски довольно длительное время были неотъемлемой частью персонального компьютера. Сначала  наибольшую популярность имели гибкие диски формата 8 дюймов, потом 5,25, и  под конец — 3,5. Последняя модификация  дожила до наших дней, и дисководы  этого формата имеются в каждом современном компьютере.

На рис. показана одна из моделей дисковода 3,5-дюймовых гибких дисков. Практически все подобные дисководы выглядят одинаково и  различаются только электронными компонентами, которые в них установлены. Гибкий диск (рис. 9.2) очень просто вставляется  в щель, прикрытую пластмассовой  шторкой, надо только аккуратно, без  усилий, вдвинуть его до упоpa, чтобы раздался щелчок фиксатора, когда магнитные головки опускаются на поверхность диска. Заметим, что вставляется диск в положении, когда этикетка на нем сверху, другой стороной его не вставить. Чтобы вытащить гибкий диск из дисковода, надо нажать до упора расположенную справа кнопку. Для индикации, что процессор проводит операции ввода/вывода, на дисководе имеется светодиод.

По углам корпуса 3,5-дюймового  гибкого диска расположены два  отверстия. Одно из них, снабженное пластмассовой  шторкой, предназначено для включения  механизма защиты от записи. Когда  отверстие закрыто, то на гибкий диск можно записывать любую информацию. Если его открыть, то данные с гибкого  диска можно только читать, а при  попытке осуществления записи операционная система выдаст сообщение об ошибке записи на защищенный диск.

Примечание

Когда в дисководе гибких дисков выходит из строя светодиод, отвечающий за блокировку записи, на гибкий диск будет записываться информация при любом положении защитной шторки.

Второе отверстие на корпусе  предназначено для идентификации  объема гибкого диска — 720 или 1440 Кбайт. Если этого отверстия нет, то такой гибкий диск предназначен для записи не более 720 Кбайт, в противном  случае — это диск с объемом  дискового пространства 1440 Кбайт. Правда, на гибких дисках, продаваемых в  настоящее время, это отверстие  имеется всегда, т. к. технология изготовления гибких дисков настолько усовершенствовалась, что производство гибких дисков малого объема потеряло смысл.

Сам гибкий диск сделан из лавсановой пленки, на которую с двух сторон нанесен ферромагнитный слой. В центре диска закреплена металлическая ступица, которая позволяет его вращать. Прямоугольное отверстие в ступице предназначено для поводка двигателя, а также служит для индексации начала блоков данных на диске.

Чтобы защитить нежную поверхность  гибкого диска, он смонтирован в  пластмассовом корпусе. Для уменьшения трения и очистки поверхности  гибкого диска на внутреннюю поверхность  корпуса приклеено кольцо мягкой синтетической ткани.

Гибкие диски — самые  неторопливые устройства хранения информации в персональном компьютере. Скорость обмена данными между диском и  компьютером достигает величины всего 250 Кбайт/с. Время позиционирования головок около 100 мс, время перемещения их между соседними дорожками — 3—6 мс.

Логическая структура  гибкого диска

Гибкие диски, вставленные  в дисковод, вращаются только тогда, когда операционной системе надо прочитать или записать данные. При  обращении к диску загорается индикатор и включается двигатель  привода диска, обеспечивающий скорость вращения 300 об./мин. (разброс в скорости вращения не более 0,5%). Скорость вращения постоянна. В том случае, когда диск вращается неравномерно или с другой скоростью, данные, записанные на гибкий диск, например на другом дисководе, прочитаны быть не могут.

Так как гибкие диски имеют  магнитный слой, то для чтения/записи данных в дисководе установлены  две магнитные головки, которые  постоянно находятся в контакте с поверхностью гибкого диска. Для  перемещения головок от одной  дорожки к другой используется шаговый  двигатель, который при подаче на него одного импульса напряжения поворачивается на строго определенный угол.

Примечание

Не включайте и не выключайте компьютер, когда в дисководе  находится гибкий диск, т. к. данные, записанные на нем, могут быть повреждены.

Данные на гибкие диски  записываются блоками на концентрические  дорожки (tracks). Самая первая, нулевая дорожка, записывается у внешнего края гибкого диска. Количество стандартных дорожек, доступных операционной системе, на гибком диске объемом 1440 Кбайт равно 80, но следует помнить, что всегда имеются запасные дорожки, расположенные у центра диска, которые иногда используются для специальных нужд, например, защиты от копирования.

Накопители Zip

Объем стандартных гибких дисков 1,44 Мбайт, применяемых в персональных компьютерах, по современным понятиям весьма небольшой, поэтому ряд фирм разработали и выпускают оригинальные типы гибких дисков и дисководов. Наибольшую популярность у пользователей снискали накопители на гибких магнитных дисках Zip, разработанные фирмой Iomega. Иногда можно встретить и другие типы, например Jaz.

Сейчас выпускаются гибкие диски Zip объемом 100 и 250 Мбайт. Увеличение объема дискового пространства было сделано за счет более качественной поверхности магнитного слоя и использования аэродинамического эффекта Бернулли для подъема головок над плоскостью диска во время его вращения. Диск Zip монтируется в картридже, напоминающем корпус стандартного гибкого диска, но большей толщины. Диск вращается со скоростью 3000 об./мин., поэтому за счет особой формы головок они поднимаются над ним на расстояние в несколько микрон. Максимальная скорость обмена информацией между диском и компьютером около 1 Мбайт/с, а время доступа — 30 мс.

Основной недостаток накопителей  Zip — это высокая цена сменных картриджей, поэтому цена хранения единицы информации излишне высока. Снизить существенно цену нельзя, т. к. в картриджах используется высокоточная механика. А поскольку все большее распространение получают флэш-карты и 80-мм компакт-диски, то область использования накопителей Zip постоянно сужается.

Дисководы Zip выпускаются в самых различных вариантах. Внутренние дисководы Zip внешне почти такие же, как дисководы для 3,5-дюймовых гибких дисков, различие только в толщине прямоугольного отверстия для установки картриджа. В качестве интерфейса чаще всего используется IDE, т. е. дисковод Zip подключается точно так же, как и винчестер. Внешние дисководы Zip выпускаются с самыми разными интерфейсами. Ранее использовался интерфейс принтера или SCSI, а теперь более популярен USB

Магни́тная ле́нта — носитель информации в виде гибкой ленты, покрытой тонким магнитным слоем. Информация на магнитной ленте фиксируется посредством магнитной записи. Устройства для записи звука и видео на магнитную ленту называются соответственно магнитофон и видеомагнитофон. Устройства для хранения компьютерных данных на магнитной ленте называется стример.

Магнитная лента произвела  революцию в вещании и записи. Вместо прямых эфиров в телевизионном  и радиовещании стало возможным  производить предварительную запись программ для последующего воспроизведения. Первые многодорожечные магнитофоны  позволяли производить запись на несколько раздельных дорожек от различных источников, а затем  впоследствии сводить их в конечную запись с наложением необходимых  эффектов. Также развитию компьютерной техники послужила возможность  сохранения данных на длительный период с возможностью быстрого доступа  к ним

Магнитная лента была впервые использована для записи компьютерных данных в 1951 году в компании Eckert-Mauchly Computer Corporation на ЭВМ UNIVAC I. В качестве носителя использовалась тонкая полоска металла шириной 12,65 мм, состоящая из никелированной бронзы (называемая Vicalloy). Плотность записи была 128 символов на дюйм (198 микрометров / символ) на восемь дорожек.

В 1964 году семейства IBM System/360, в фирме IBM был принят стандарт 9-дорожечной ленты с линейной записью, который впоследствии распространился также в системах других производителей и широко использовался до 1980-х годов.

В домашних персональных компьютерах 1970-х и начала 1980-х годов (вплоть до середины 1990-х) в качестве основного  внешнего запоминающего устройства во многих случаях использовался  обычный бытовой магнитофон и  компакт-кассета.

В 1989 году компаниями Hewlett-Packard и Sony на базе аудиоформата DAT был разработан формат хранения данных DDS (англ. Digital Data Storage).

В 1990-е годы для систем резервного копирования персональных компьютеров были популярны стандарты QIC-40 и QIC-80, использовавшие небольшие  кассеты физической ёмкостью 40 и 80 Мбайт  соответственно.

Перфоле́нта (перфорированная лента) — устаревший носитель информации в виде бумажной, нитроцеллюлозной или ацетилцеллюлозной ленты с отверстиями. Первые перфоленты использовались с середины XIX века в телеграфии, отверстия в них располагались в 5 рядов, для передачи данных использовался код Бодо.

В середине ленты идёт дорожка  с более мелкой перфорацией, так  называемая «транспортная дорожка». Она служит для перемещения ленты  с помощью зубчатого колеса.

Благодаря простоте устройств ввода/вывода, перфолента получила распространение в компьютерной технике. Поздние компьютерные перфоленты имели ширину 7 или 8 рядов и использовали для записи кодировку ASCII. Существовали ленты и с другим количеством рядов (даже с 2 рядами). Использовались в миникомпьютерах для ввода/вывода информации и для управления станками с ЧПУ до середины 1980-х годов. Были вытеснены магнитными носителями информации.

Перфока́рта (перфорационная карта, перфорированная карта, от лат. perforo — пробиваю и лат. charta — лист из папируса; бумага) — носитель информации, предназначенный для использования в системах автоматической обработки данных. Сделанная из тонкого картона, перфокарта представляет информацию наличием или отсутствием отверстий в определённых позициях карты.

ыли применены в «интеллектуальных машинах» коллежского советника С.Н. Корсакова (1832), механических устройствах для информационного поиска и классификации записей. Перфокарты также планировалось использовать в «аналитической машине» Бэббиджа. В конце XIX в. началось использование перфокарт для обработки результатов переписей населения в США (см. табулятор Холлерита).

Существовало много разных форматов перфокарт; наиболее распространённым был «формат IBM», введённый в 1928 г. — 12 строк и 80 колонок, размер карты 7⅜ × 3¾ дюйма (187,325 × 82,55 мм), толщина  карты 0,007 дюйма (0,178 мм). Первоначально  углы были острые, а с 1964 г. — скруглённые (впрочем, в СССР и позже использовали карты с нескруглёнными углами). Примечательно, что по приблизительным подсчетам, гигабайт информации, представленной в виде перфокарт весил бы примерно 22 тонны (не считая веса, потерянного в результате перфорации отверстий).

Применение в  компьютерной технике

Компьютеры первого поколения, в 20—50-е годы XX столетия, использовали перфокарты в качестве основного  носителя при хранении и обработке  данных. Затем, в течение 70-х —  начале 80-х, они использовались только для хранения данных и постепенно были замещены гибкими магнитными дисками большого размера. В настоящее время перфокарты не используются нигде, кроме устаревших систем.

Главным преимуществом перфокарт  было удобство манипуляции данными  — в любом месте колоды можно  было добавить карты, удалить, заменить одни карты другими (т.е. фактически выполнять многие функции, позже  реализованные в интерактивных  текстовых редакторах).

Двоичный и  текстовый режим

Заполненная перфокарта в  текстовом режиме (строка "С*10,05 ОПРЕДЕЛЕНИЕ  АДРЕСА АКТИВНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ ПАРАМЕТРА  ЗАДАЧИ")

При работе с перфокартами в двоичном режиме перфокарта рассматривается  как двумерный битовый массив; допустимы любые комбинации пробивок. Например, в системах IBM 701 машинное слово состояло из 36 бит; при записи данных на перфокарты в одной строке пробивок записывалось 2 машинных слова (последние 8 колонок не использовались), всего на одну перфокарту можно было записать 24 машинных слова.

При работе с перфокартами в текстовом режиме каждая колонка  обозначает один символ; таким образом, одна перфокарта представляет строку из 80 символов. Допускаются лишь некоторые  комбинации пробивок. Наиболее просто кодируются цифры — одной пробивкой  в позиции, обозначенной данной цифрой. Буквы и другие символы кодируются несколькими пробивками в одной  колонке. Отсутствие пробивок в колонке  означает пробел (в отличие от перфоленты, где отсутствие пробивок означает пустой символ, NUL). В системе IBM/360 были определены комбинации пробивок для всех 256 значений байта (например, пустой символ NUL обозначался  комбинацией 12-0-1-8-9), так что фактически в текстовом режиме можно было записывать и любые двоичные данные.

Для удобства работы с текстовыми данными вдоль верхнего края перфокарты часто печатались те же символы в  обычном человекочитаемом виде.