Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ

1

Устройства хранения информации

Лекция №20

Запоминающее устройство Запоминающее устройство — носитель информации,

предназначенный для записи и хранения данных. В основе работы запоминающего устройства может

лежать любой физический эффект, обеспечивающий приведение системы к двум или более устойчивым состояниям.

Цифровые запоминающие устройства — устройства, предназначенные для записи, хранения и считывания информации, представленной в цифровом коде.

К основным параметрам ЗУ относятся информационная ёмкость (бит), потребляемая мощность, время хранения информации, быстродействие.

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 2

Классификация запоминающих устройств По устойчивости записи и возможности перезаписи ЗУ

делятся на: Постоянные ЗУ (ПЗУ)

• содержание не может быть изменено конечным пользователем (например, CD-ROM). ПЗУ в рабочем режиме допускает только считывание информации.

Записываемые ЗУ (ППЗУ)• в которые конечный пользователь может записать информацию только один раз

(например, CD-R).

Многократно перезаписываемые ЗУ (ПППЗУ)• (например, CD-RW).

Оперативные ЗУ (ОЗУ) • обеспечивает режим записи, хранения и считывания информации в процессе её

обработки. Быстрые, но дорогие ОЗУ (SRAM) строят на триггерах, более медленные, но дешёвые разновидности ОЗУ — динамические ЗУ (DRAM) строят на конденсаторах. В обоих видах ЗУ информация исчезает после отключения от источника тока.

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 3

Классификация запоминающих устройствПо типу доступа ЗУ делятся на:Устройства с последовательным доступомУстройства с произвольным доступомУстройства с прямым доступомУстройства с ассоциативным доступомПо геометрическому исполнению:дисковые (магнитные диски, оптические, магнитооптические);ленточные (магнитные ленты, перфоленты);барабанные (магнитные барабаны);карточные (магнитные карты, перфокарты, флэш-карты, и др.)печатные платы (карты DRAM).

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 4

По физическому принципу:перфорационные (с отверстиями или вырезами)

• перфокарта• перфолента

с магнитной записью • ферритовые сердечники• магнитные диски

• Жёсткий магнитный диск• Гибкий магнитный диск

• магнитные ленты• магнитные карты

оптические • CD• DVD• HD-DVD• Blu-ray Disc

магнитооптические: • CD-MO

использующие эффекты в полупроводниках (EEPROM, флэш-память)По форме записанной информации выделяют аналоговые и цифровые ЗУ

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 5

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 6

Внешние запоминающие устройства Подсистема хранения данных реализацией в виде

внешних запоминающих устройств. Внешними они называются потому, что доступ к

данным осуществляется командами ввода-вывода (т.е. они недоступны микропроцессору для непосредственного обращения к ним).

ВНЕШНИЕ ЗУ [backing storage, external memory, external storage] предназначены для длительного хранения больших массивов данных.

ВЗУ выполняются в виде НАКОПИТЕЛЕЙ [drive, storage accumulator] –состоящих из носителя данных и средств записи и считывания данных.

Накопители могут быть со сменными и стационарными носителями информации. (Например, дискеты и жесткие диски)

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 7

Виды накопителей НГМД - накопители гибких магнитных дисках (дискетах) [floppy

disk storage, FDD] НЖМД - накопители на жестких магнитных дисках [magnetic

hard disk storage, HDD] называемых также винчестерами [Winchester]

НМЛ - накопители на магнитных лентах [magnetic tape storage] НМОД - накопители на магнитооптических дисках [magneto-

optic disk storage] НОД - накопители на оптических дисках [optical disk storage] НМК - накопители на магнитных картах [magnetic card storage] НМП – накопители на микросхемах памяти

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 8

НГМД [floppy disk, diskette, FDD]

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 9

НГМД [floppy disk, diskette, FDD]

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 10

Устройства чтения дискет FDD

Внешний Внутренний

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 11

Принцип действия

Устройство привода

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 12

НЖМД [magnetic hard disk storage, HDD, Winchester]

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 13

НЖМД

Жесткие диски по конструктивному исполнению могут быть как встроенные, так и внешние

HDD емкостью 1 Тб на одну пластину

Американская компания Seagate разработала первый на рынке 3,5-дюймовый винчестер с емкостью 1 терабайт в расчете на одну пластину (625 гигабит на квадратный дюйм).

Устройства будут производится с объемом памяти 1, 1,5, 2 и 3 терабайта.

3-Тб жесткого диска будет достаточно для хранения 120 фильмов высокой четкости, 1500 видеоигр, тысяч фотографий и бесчисленного количества музыкальных композиций.

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 14

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 15

НМЛСТРИМЕР (streamer) - накопитель на магнитной ленте, использующий специальные кассеты (картриджи), позволяющие защитить носитель информации от воздействий внешней среды.

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 16

НМКМагнитная карта - пластиковая карточка, носителем информации в которой является магнитная полоса. Информация, хранящаяся на магнитной полосе карточки, считывается путем продвижения карточки через приемное устройство.

Банковские карты Карточки метро

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 17

НМОДМагнитооптический накопитель [magnetooptics disk storage] — вид накопителя, использующего магнитный материал, запись данных на который возможен только при нагреве до температуры Кюри (порядка 1450 С). Впервые МО диски появились в 1988 году.

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 18

НОД (CD-ROM, CD-RW)CD-ROM – Compact Disk Read-Only Memory, RW – Read Write

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 19

Строение диска

Поверхность CD-ROM разбита на три области:•Lead-In, на ней записано оглавление диска TOC (Table of Contents), таблица адресов всех записей, а также метка диска и некоторая другая информация. •Файловая область, средняя часть диска. •Выходная директория (Lead-Out), содержит метку конца диска, образует завершающее, третье кольцо CD-ROM.

CD-ROM драйв – это электронное оптико-механическое устройство для считывания информации с лазерных дисков. Диск вращается с постоянной линейной скоростью,

Устройство привода

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 20

Конструктивное исполнение привода

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 21

Форматы дисковФорматы дисков CD-R. Фабричная запись информации на диск CD-R (штамповка) CD-ROM - формат записываемых дисков CD-RW – многократно перезаписываемые диски CD-DA (Compact Disk - Digital Audio) - это формат для цифрового звука.

(обычный музыкальный компакт-диск со стандартной продолжительностью времени звучания 74 минуты).

CD-ROM-XA (eXtended Architec-ture) - это расширенный формат компакт-диска с данными, который позволяет объединять звук и изображение для их одновременного (синхронного) воспроизведения.

Photo-CD - это формат предназначен для хранения изображений на компакт-диске. Для воспроизведения Photo-CD требуется привод, поддерживающий CD-ROM-XA.

Video CD - данный формат также предназначен для хранения цифрового видео и звука (продолжительность до 74 мин). Тип данных - MPEG. Для считывания требуется аппаратный или программный MPEG-декодер.

Karaoke CD, CD-Plus, CD-Extra - это форматы для компакт-дисков со смешанными содержаниями - музыка плюс данные.

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 22

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 23

Накопитель DVD (Digital Versatile Disk)

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 24

Технология двухслойной записи

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 25

Виды DVD дисков•DVD-R изготавливается путем штамповки.•DVD-ROM аналог CD-ROM•DVD-RW, диски этого стандарта являются перезаписываемыми (до 1000 циклов записи •DVD-RAM. Диски поставляются в специальных картриджах, односторонние диски можно вынимать из картриджей, а двусторонние должны находиться в них постоянно — в целях защиты чувствительного записывающего слоя.

Диски HD-DVD

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 26

Диск HD DVD (разработчик фирма Toshiba) вмещает от 15 до 30 Гб информации.

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 27

Blu-Ray DVD Диски Blu-ray (японская корпорация Sony ) вмещают от 25 до 50 Гб. Недавно Sony объявила о разработке восьмислойной версии оптического диска формата Blu-ray объемом 200 Гбайт

Blu-Ray DVD

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 28

Меньшая ширина дорожек на BD позволяет увеличить объем носителя в пять раз

Развитие технологий

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 29

100-гигабайтный диск Blu-Ray, фото с сайта itportal.it

45-гигабайтный HD-DVD, фото с сайта hddvdprg.com

Компания Ritek объявила о создании одностороннего трехслойного HD-DVD емкостью в 50 гигабайт. В ближайшее время специалисты компании собираются представить десятислойный HD-DVD емкостью в 150 гигабайт

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 30

НМП (Flash Card) (История создания) Флэш-память (англ. flash memory) - особый вид

энергонезависимой перезаписываемой полупроводниковой памяти. Flash-память - это транзистор с плавающим затвором, который

позволяет хранить электроны. • Если заряд плавающего затвора у однобитного транзистора меньше 5000

электронов, то это означает, что ячейка хранит логическую "1", а если заряд больше 30000 электронов, то - "0". Заряд ячейки вызывает изменение порогового напряжения транзистора, и при операции чтения измеряется величина этого порогового напряжения, а по нему определяется количество заряда на плавающем затворе. Возможность сохранять заряд на ячейке дает возможность сохранять несколько бит на одной ячейке .

Название было дано компанией Toshiba как характеристика скорости стирания микросхемы флэш-памяти "in a flash" - в мгновение ока. • Также существуют два других объяснения названия этого вида памяти: процесс

записи на флэш-память по-английски называется flashing (засвечивание, прожигание) - такое название осталось в наследство от предшественников флэш-памяти; в отличие от EEPROM, запись/стирание данных во флэш-памяти производится блоками-кадрами (flash - короткий кадр [фильма]).

Первой энергонезависимой памятью была ROM (ПЗУ) - Read Only Memory

В 1971 году Intel выпускает микросхему памяти под аббревиатурой EPROM (Erasable Programmable ROM).

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 31

Устройство памяти PROM .

Архитектура флэш-памяти Ячейки флэш-памяти бывают как на одном,

так и на двух транзисторах. • В простейшем случае каждая ячейка хранит один бит

информации и состоит из одного полевого транзистора со специальной электрически изолированной областью ("плавающим" затвором - floating gate), способной хранить заряд многие годы. Наличие или отсутствие заряда кодирует один бит информации.

Выше “плавающего” находится управляющий затвор, который является неотъемлемой частью при процессе записи/стирания данных памяти. • Если заряд плавающего затвора у однобитного транзистора

меньше 5000 электронов, то это означает, что ячейка хранит логическую "1", а если заряд больше 30000 электронов, то - "0".

При операции чтения измеряется величина порогового напряжения, а по нему определяется количество заряда на плавающем затворе.

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 32

Flash-ячейка является аналоговым запоминающим устройством, а не цифровым. • Она хранит заряд (квантизованый с точностью до одного электрона), а не биты.

Поэтому, используя контролируемый метод программирования, на плавающий затвор можно поместить точное количество заряда.

Она может быть прочитана сколько угодно раз (в пределах срока хранения данных, типично — 10-100 лет), но писать в такую память можно лишь ограниченное число раз (максимально — около миллиона циклов [1]).

В среднем флеш-память, выдерживает около 100 тысяч циклов перезаписи — намного больше, чем способна выдержать дискета или CD-RW.

Флэш-память типа Boot Block служит для хранения обновляемых программ и данных в самых разных системах, включая сотовые телефоны (SIM-карта), модемы, BIOS, системы управления автомобильными двигателями и многое другое.

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 33

Виды устройств Flash памяти

Compact Flash Card (CF)

Multi Media Card (MMC) Smart Media Card (SMC) Secure Digital Card (SD) Memory Stick (MS) xD-picture Card (XD)

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 34

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 35

Виды устройств Flash памяти

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 36

Виды устройств Flash памяти

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 37

USB Flash Drive

Intelligent Drive U819V Тайваньская компания PQI (Power

Quotient International), создала самую миниатюрную в мире флешку, совместимую с интерфейсом USB 3.0. Размеры девайса составляют всего 31,5 x 14,8 x 7,3 миллиметров.

Intelligent Drive U819V сможет обеспечить передачу данных на скорости до 5 Гбит/с, что позволит экономить время и снизить потребление электричества.

Что касается объема накопителей U819V, то производитель предполагает выпустить версии с ёмкостью 4, 8, 16 и 32 гигабайта.

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 38

SSD Полупроводниковый накопитель (англ. SSD, solid-state drive) —

энергонезависимое перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство без движущихся механических частей. Называть его «диском» неправильно, так как в конструкции SSD не присутствует дисков как таковых: накопитель состоит из микросхем памяти и контроллера, подобно флеш-памяти. Следует различать полупроводниковые накопители, основанные на использовании энергозависимой (RAM SSD) и энергонезависимой (NAND или Flash SSD) памяти.

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 39

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 40

SSD

Преимущества и недостатки

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 41

Преимущества по сравнению с жёсткими дисками:отсутствие движущихся частей;скорость чтения и записи до 740 МБ/снизкая потребляемая мощность;полное отсутствие шума от движущихся частей и охлаждающих вентиляторов;высокая механическая стойкость;широкий диапазон рабочих температур;практически устойчивое время считывания файлов вне зависимости от их расположения или фрагментации;малый размер и вес;Недостатки полупроводниковых накопителейограниченное количество циклов перезаписи: обычная (50nm MLC) флеш-память позволяет записывать данные примерно 10 000 раз, более дорогостоящие виды памяти (SLC) — более 100 000 раз[14];высокая цена за 1 ГБ (от 2 долларов[11], при примерно 8 центах для жёстких дисков, за гигабайт)стоимость SSD-накопителей прямо пропорциональна ёмкости, в то время как стоимость традиционных жёстких дисков зависит от количества пластин и медленнее растёт при увеличении объёма диска;

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 42

«Магнитная» память Основным отличием

MRAM от DRAM (динамическая память с произвольным доступом) является принцип хранения информации. Благо в MRAM данные будут оставаться в сохранности благодаря магнитному полю, а не электрическому заряду.

Это дает MRAM ряд преимуществ. Во-первых, меньшую требовательность к энергопотреблению. Вдобавок к этому, "магнитная память" будет хранить данные даже когда компьютер выключен.

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 43

Нанопамять (NRAM)

Внутреннее устройство кристалла и иллюстрация работы

Голографические диски Компания InPhase Technologies

представила на выставке CES 2006 голографический диск, на один квадратный сантиметр которого можно записать 80 гигабит данных.

Первые диски будут 300-гигабайтными, однако в перспективе их емкость собираются увеличить до 1,6 терабайта.

Скорость считывания невысокая - около 20 мегабайт в секунду, полное прочтение одного диска занимает больше 4 часов.

Голография предусматривает "объемную" запись. Носитель голограммы сохраняет сведения о фазе электромагнитных волн, которые использовались для его "прожига".

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 44

Голографические диски

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 45

На демонстрации InPhase Technologies носитель включал больше 1,3 млн. бит данных в одной странице; 320 страниц, или одна книга, отстояли друг от друга на 0,067 градусов. Фирменная архитектура привода PolyTopic позволяет использовать перекрывающие друг друга книги в одной точке. Используемый носитель Tapestry был толщиной 1,5 мм, а длина волны лазера - 407 нм. Сейчас средняя время экспозиции - 2,7 миллисекунд на страницу, что позволяет передать 23 Мб/с.

Ломкин С.В. доц.каф.ИОМАС ВГАУ 46

Сравнительные характеристики носителей информации

ПоказательДискета (floppy-

disk)

Zip-диск

USB Flash Drive

Жесткий диск CD DVD Стример

DAT

Стример Ultrium

230

Форм-фактор 3,5 дюйма 3,5 дюйма

63 x 15 x 8.1 мм при

массе 8 грамм

3,5 дюйма 5 дюймов 5 дюймов 3,5 дюйма 5 дюймов 5 дюймов 5 дюймов

Информационная емкость

1,44 Мб 25 и 100 Мб 64Мб-4Гб 60-200 Гб 650/700 /800

Мб 4,7/8,5 Гб до 640 Мб до 5,2 Гб 20/40 Гб 100/200 Гб

Время доступа, мсек 80 29 45 8-9 80-100 90-110 (200 - RW) 30-70 17-35 50 с

к файлу70 с

к файлу

Скорость вращения, об/мин

360 2940 5400/7200 /10000 3000-6000 9500 3000 3700

Скорость чтения, Мб/с

60-65 Кб/с 1,4 6,8 5,7 7,6 (52х)

(150 Кб/с - 1х скорость)

20,8 (16х) (1,3Мб/с - 1х)

1,8-3,5 2-4 3/6 15/30

Надежность (1-5) 1 2 4 3 4 4 5 5 4 4

Основное назначение для информации

Текущее хранение

Магнито-оптические диски

Распространение и резервное хранениеПеремещение Архивное и резервное хранение