Внешняя память персонального компьютера
Устройства внешней памяти (внешние запоминающие устройства) весьма разнообразны и могут быть классифицированы по целому ряду признаков: по виду носителя, типу конструкции, по принципу записи и чтения информации, методу доступа и т. д. Классификация внешних запоминающих устройств по виду носителя приведена на рис. 3.8.
Рис. 3.8. Классификация внешних запоминающих устройств по виду носителя
В зависимости от вида носителя все внешние запоминающие устройства можно подразделить на ленточные, дисковые и твердотельные накопители.
Для хранения информации на ленточных накопителях используется узкая пластиковая лента с магнитным покрытием. Лента намотана на бобину (катушку) и протягивается лентопротяжным механизмом вдоль блока головок чтения/записи. Запись данных на ленту проводится путем перемагничивания частиц магнитного слоя ленты при прохождении их вдоль головок записи. Чтение записанных данных выполняется при прохождении ранее намагниченного участка ленты вдоль головок чтения.
Ленточные накопители подразделяются на два типа – бобинные и кассетные. В персональных компьютерах используются только последние, и для чтения/записи данных на них используются специальные устройства – стримеры, по принципу действия аналогичные бытовому магнитофону.
Достоинствами ленточных накопителей являются:
■ большая емкость (до 4 Тб);
■ низкая стоимость;
■ стабильность работы;
■ низкое энергопотребление.
К недостаткам следует отнести:
■ высокая стоимость стримеров;
■ низкая скорость доступа к данным.
Второй недостаток обусловлен последовательным доступом к данным на магнитной ленте. Для того чтобы обратиться к нужному участку ленты для чтения или записи, часто требуется ее перемотка, которая может продолжаться несколько десятков секунд. По этой причине ленточные накопители не находят в настоящее время широкого применения. Они используются лишь крупными организациями для архивации и резервного копирования данных.
Дисковый накопитель представляет собой круглый пластиковый диск с магнитным или полимерным покрытием. В отличие от ленточных накопителей, чтение данных с дисков и запись на них выполняется радиально путем вращения диска вокруг своей оси и перемещения блока головок чтения/записи на определенное количество шагов. Другими словами, диски относятся к носителям информации с прямым доступом. Это означает, что возможно непосредственное обращение к фрагменту дисковой памяти независимо от текущего положения головок чтения/записи накопителя. По этой причине процедура чтения/записи информации выполняется во много раз быстрее, чем на ленточных накопителях.
Дисковые накопители подразделяются на магнитные, оптические и комбинированные носители информации. К магнитным дискам относятся два типа накопителей:
■ гибкие магнитные диски (floppy-диски, FDD, дискеты);
■ жесткие магнитные диски (HDD, «винчестеры»).
Чтение/запись информации на магнитных дисках проводится так же, как и на магнитных лентах, но значительно быстрее из-за прямого доступа к нужным участкам дисковой памяти.
Оптический диск – носитель, чтение информации с которого и запись на который выполняются лазерным лучом. Он представляет собой пластиковый диск с отражающим поверхностным слоем. Запись информации на оптический диск осуществляется путем изменения коэффициента отражения поверхностного слоя. Это изменение происходит в результате перехода отражающего слоя из кристаллического агрегатного состояния в аморфное за счет разогрева лазерным лучом. Чтение записанных данных выполняется также лазерным лучом, но меньшей интенсивности, чтобы избежать разогрева отражающего слоя.
В настоящее время распространены оптические диски следующих типов:
■ CD (Compact Disk);
■ DVD (Digital Video Disk);
■ BD (Blu-ray Disk).
Комбинированный дисковый накопитель – носитель информации, сочетающий свойства магнитных и оптических носителей, из-за чего и получивший свое второе название – магнитооптический диск. При изготовлении магнитооптических дисков на их поверхность наносится ферромагнитный слой. Запись информации на диск выполняется следующим образом. Лазерный луч разогревает участок дорожки диска выше температуры точки Кюри, после чего магнитный импульс изменяет намагниченность материала. Чтение информации с диска также выполняется лазерным лучом, но меньшей интенсивности.
Магнитооптические диски бывают следующих типов:
■ магнитооптический диск стандарта ISO;
■ магнитооптический компакт-диск CD-MO;
■ минидиск MD.
Достоинствами магнитооптических дисков являются:
■ слабая подверженность механическим повреждениям и магнитным полям;
■ высокое качество записи;
■ большое число циклов удаления/записи информации (до 10 млн.);
■ высокая скорость передачи данных, обеспечиваемая большой скоростью вращения диска (3000 – 3600 об/мин);
■ возможность использования различных интерфейсов (IDE, USB, SCSI).
К недостаткам следует отнести:
■ высокое энергопотребление из-за использования лазеров большой мощности для разогрева поверхности;
■ высокую стоимость как самих дисков, так и дисководов.
Твердотельный накопитель (SSD) – внешнее запоминающее устройство, построенное на основе микросхем памяти. В отличие от ленточных и дисковых накопителей, твердотельные не содержат движущихся механических частей.
Твердотельные накопители используются в портативных и карманных компьютерах, в бытовых приборах, таких как мобильные телефоны, фотоаппараты и др., а также в качестве съемных внешних запоминающих устройств. Кроме того, существуют так называемые гибридные жесткие диски, в которых скомбинированы жесткий диск как основной накопитель и твердотельный накопитель, используемый для кэширования жесткого диска. Применение гибридного жесткого диска вместо обычного увеличивает срок службы устройства, его производительность и снижает энергопотребление.
Различают два вида твердотельных накопителей:
■ накопители на основе памяти, подобной оперативной памяти компьютера (RAM SSD);
■ накопители на основе флэш-памяти (Flash SSD).
Накопители RAM SSD построены на использовании энергозависимой памяти, такой же, какая используется в оперативном запоминающем устройстве персонального компьютера, и характеризуются сверхвысокой скоростью поиска, чтения и записи информации. Основным недостатком RAM SSD является их высокая стоимость – от 80 до 800 долларов США за гигабайт памяти. Поэтому они используются, в основном, для ускорения работы крупных систем управления базами данных и мощных графических станций. Такие накопители, как правило, оснащены аккумуляторами для сохранения информации при отключении системы электропитания, а более дорогие модели – системами резервного копирования информации.
Флэш-накопители построены на использовании энергонезависимой памяти. Они появились относительно недавно (в 1988 г.), но благодаря более низкой стоимости по сравнению с RAM SSD получили широкое распространение среди пользователей. До недавнего времени флэш-накопители использовались в основном в виде USB-накопителей и накопителей на магнитных картах памяти (SD, MS, XD, MMC и др.). В настоящее время существуют флэш-накопители, по емкости и быстродействию не уступающие жестким дискам, а по некоторым другим параметрам – превосходящие их.
Преимуществами твердотельных накопителей по сравнению с жесткими дисками являются:
■ высокая скорость чтения/записи информации, иногда превосходящая пропускную способность интерфейса SATA или SCSI жесткого диска;
■ полное отсутствие шума, связанное с отсутствием движущихся механических частей;
■ низкое энергопотребление;
■ высокая механическая стойкость;
■ широкий диапазон рабочей температуры;
■ стабильность времени чтения файлов независимо от их расположения и степени фрагментации;
■ малые габариты и вес;
■ малая чувствительность к внешним электромагнитным полям.
К недостаткам следует отнести:
■ ограниченное количество циклов удаления/записи информации (для обычных флэш-накопителей – до 10 тыс., для более дорогостоящих – до 100 тыс.);
■ несовместимость со многими версиями операционной системы Microsoft Window, которая не учитывает специфики твердотельных накопителей и дополнительно изнашивает их;
■ высокая стоимость, прямо пропорциональная емкости в отличие от жестких дисков, стоимость которых растет медленнее при увеличении емкости.