Магнитооптические накопители

Идея магнитооптических накопителей (МО) зародилась в недрах IBM в начале 70-х, а первые промышленные образцы создала фирма Sony. На рынке магнитооптические диски и накопители появились в середине 80-х. Высокая сложность принципов работы магнитооптических накопителей неизбежно приводит либо к рекордно низкой (среди всех типов носителей информации) скорости записи информации на диск (что характерно для магнитооптики класса 3,5"), либо к сверхвысокой стоимости дисков и устройств для их записи (оборудование класса 5,25"). Несмотря на достаточно почтенный возраст технологии магнитооптической записи, производителям МО оборудования так пока и не получилось достичь соотношения между стоимостью устройств и скоростью их работы...

Mobile Rack

Mobile Rack не являются устройствами хранения информации в прямом смысле этого слова, но служат прекрасным дополнением к винчестеру, превращая его из стационарного накопителя данных в универсальное мобильное устройство, позволяющее не только хранить, но и ᴨереносить данные с компьютера на компьютер, причем делать это практически без ограничений по объему, с максимально возможным быстродействием и минимальными затратами на оборудование (самый дешевый Mobile Rack стоит около 150 рублей). Современный Mobile Rack (в простонародье "мобильный рак", или просто "рак") - это электронно-механическое устройство, состоящее обычно из двух частей. В одну (по-английски "картридж", по-русски часто называют "люлька") помещается носимый винчестер или дисковод. Вторая часть - "гнездо" (или "док"), содержит электронику для сопряжения с внутренностями компьютера и жестко крепится в пятидюймовом отсеке корпуса системного блока, подключаясь к одной из его шин (обычно - IDE или SCSI). В нее вставляется люлька (картридж) с ᴨереносным накопителем или дисководом, запираясь на ключ. В последнее время выбор подвижных раков стал очень богатым, а сами раки - один краше и дороже другого (есть даже цветные из прозрачного пластика).

Единственное условие применения Mobile Rack'а состоит в том, что все компьютеры, на которых вы собираетесь подключать и использовать картридж с винчестером, должен иметь одинаковые стационарные "доки".

Flexi Drive Gembird

Flexi Drive Gembird, в свою очередь, еще более расширяет возможности винчестера, добавляя к мобильности картриджа Mobile Rack'а еще и универсальность подключения и использования. Достигается это за счет применения USB-адаптера, встраиваемого в мобильный корпус устройства и позволяющего подключать Flexi Drive с установленным в нем картриджем к любому современному компьютеру не только без всякой наладки или настройки, но даже без перезагрузки (это, однако, требует дополнительных электронных схем, что негативно сказывается на стоимости устройства). Данное устройство можно использовать с устройствами любого типа и любого объема, если они имеют интерфейс IDE (EIDE). В настоящее время это практически все модели винчестеров, устройства Zip, Jaz, магнитооптика и многое другое.

Флэш-память

   Устройства, выполненные на одной микросхеме (кристалле) и не имеющие подвижных частей, основаны на кристаллах электрически перепрограммируемой флэш-памяти. Физический принцип организации ячеек флэш-памяти можно считать одинаковым для всех выпускаемых устройств, как бы они ни назывались. Различаются такие устройства по интерфейсу и применяемому контроллеру, что обусловливает разницу в емкости, скорости передачи данных и энергопотреблении.

 

     USB Flash Drive – последовательный интерфейс USB с пропускной способностью 12 Мбит/с или его современный вариант USB 2.0 с пропускной способностью до 480 Мбит/с. Сам носитель заключен в обтекаемый компактный корпус, напоминающий автомобильный брелок. Основные параметры (емкость и скорость работы) полностью совпадают сCompactFlash, поскольку чипы самой памяти остались прежними. Может служить не только “переносчиком” файлов, но и работать как обычный накопитель – с него можно запускать приложения, воспроизводить музыку и сжатое видео, редактировать и создавать файлы. Низкое среднее время доступа к данным на Flash-диске – менее 2,5 мс. Вероятно, накопители класса USB Flash Drive, особенно с интерфейсом USB 2.0, в перспективе смогут полностью заменить собой обычные дискеты и частично – перезаписываемые компакт-диски, носители Iomega ZIP и им подобные.

  PC Card (PCMCIA ATA) – основной тип флэш-памяти для компактных компьютеров. В настоящее время существует четыре формата карточек PC Card: Type I, Type II, Type III и CardBus, различающиеся размерами, разъемами и рабочим напряжением. Для PC Card возможна обратная совместимость по разъемам “сверху вниз”. Емкость PC Card достигает 4 Гб, скорость – 20 Мб/с при обмене данными с жестким диском.

 Miniature Card (MC) – карточка флэш-памяти, предназначена в основном для карманных компьютеров, мобильных телефонов и цифровых фотокамер. Стандартная емкость составляет 512 Мбайт и больше.

    xD Picture Card (extreme Digital) является новым типом флэш-памяти, разработанным компанией Toshiba специально для цифровых фотоаппаратов. На сегодняшний день это самое миниатюрное устройство флэш-памяти. Благодаря использованию технологии NAND не имеет ограничений на максимальный объем. Сейчас известны карточки xD Picture Card емкостью до 1 Гбайт, ожидается появление изделий емкостью до 8 Гбайт.   MirrorBit Flash, разработанная компанией AMD, основана на технологии хранения в ячейке двух бит. Каждая ячейка разделена на симметричные (зеркальные) половинки изолирующим слоем из нитрида кремния и, таким образом, имеет удвоенную емкость. За счет “зеркальности” более быстро формируется стандартная 16-битная страница данных, что увеличивает скорость обмена. Чипы семейства MirrorBit имеют емкость 64 Мбит и могут быть установлены на большинство современных типов твердотельных устройств памяти.    Multimedia Card (MMC) и Secure Digital (SD) – сходит со сцены из-за ограниченной емкости (64 Мб и 256 Мб соответственно) и низкой скорости работы.

  SmartMedia – основной формат для карт широкого применения (от банковских и проездных в метро до удостоверений личности). Тонкие пластинки весом 2 грамма имеют открыто расположенные контакты, но значительная для таких габаритов емкость (до 128 Мбайт) и скорость передачи данных (до 600 Кбайт/с) обусловили их проникновение в сферу цифровой фотографии и носимых МРЗ-устройств.    Memory Stick – “эксклюзивный” формат фирмы Sony, практически не используется другими компаниями. Максимальная емкость –256 Мбайт, скорость передачи данных доходит до 410 Кбайт/с, цены сравнительно высокие.   CompactFlash (CF) – самый распространенный, универсальный и перспективный формат. Легко подключается к любому ноутбуку. Основная область применения – цифровая фотография. По емкости (до 3 Гбайт) сегодняшние CF-карты не уступают IBM Microdrive, однако отстают по скорости обмена данными (около 2 Мбайт/с).

Плюсы:

• высокая скорость записи/перезаписи информации;

• простота в использовании;

• небольшой размер и легкость;

• универсальность (можно подключить к любому компьютерному устройству);

• хорошая защита от механических воздействий (не боится падений и резких ударов).

Минусы:

• Дороговизна хранения 1мб данных (с развитием и удешевлением данной продукции мы будем избавлены от этого недостатка);

• Менее, чем на оптических дисках, но все же довольно сильно ограничен объем хранимой информации. То же самое, что и с вышеуказанным минусом. Технологии флешпамяти бурно развиваются, цены на нее падают, объем жестких дисков на ее основе постоянно растет и в недалеком будущем эти технологии выйдут на лидирующие позиции.

Учеными из США и Испании изобрели новый метод хранения данных, они смогли записать информацию на сегнетоэлектрических устройствах. Как они заявляют, новый способ хранения данных значительно надежнее, чем современные устройства. Основным элементов этого творения является сканирующий зондовый микроскоп. Игла зонда очень мала (в диаметре 20 нанометров).  Она позволяет сканировать  поверхность, а возникающая обратная связь производится с помощью специального регулятора. До конца еще не раскрывается, как осуществляется весь процесс записи и хранения, но ученые уже заявили, что размеры носителя будут намного меньше современных накопителей, а емкость при этом увеличится в несколько раз.

Совсем недавно, дизайнер Hyunsoo Song предложил новый вид флэшки, которая носит название «Амеба» (рис.1). Суть его изобретения состоит в том, что он соединил четыре маленькие флэшки в одну, каждая из которых имеет USB-выход, и сделал их автономными друг от друга. Так каждая флэшка является определенным разделом, на котором хранится музыка, картинки, файлы и т.п. Вся идея заключается в удобстве пользования хранимой информацией, если тебе необходимо поделиться музыкой,  необязательно прерывать работу всего носителя, достаточно вытащить определенный раздел и продолжать трудиться дальше.

 

Рис. Система хранения данных «Амеба»

 

В феврале 2012 года японские ученые сделали прорыв в области создания систем хранения информации.  Ими был успешно проведен эксперимент, в результате которого они смогли поместить информацию в микроорганизм и изъять ее из него.  По своей природе все живые существа имеют хорошую защиту от изменения своих генетических данных. Однако ученым удалось преодолеть этот барьер и поместить в организм данные. Дело в том, что хранимая в ДНК информация имеет, куда большую эффективность, чем записанные данные на жестких и магнитных носителях. Конечно, хранить файлы, таким образом, не самое дешевое удовольствие, но зато фактор времени будет на вашей стороне. Информация на таких носителях  храниться несколько тысяч лет и можно не волноваться о потери данных, даже на протяжении столь долгого периода времени. Благодаря наличию множества дублирующих копий каждого фрагмента ДНК, данный метод надежно защищает от ошибок в записи информации. В итоге ученые получили крохотный фрагмент ДНК на дне пробирки (на фото) – со всей информацией. Далее они стали распознавать ее с помощью аппарата генетического секвенирования. Современные технологии чтения ДНК требуют двух-трех недель и десяти тысяч долларов для раскодирования этой информации.

Ученые из университета Саутгемптона продемонстрировали новый способ записи информации в прозрачный кварцевый блок. Специалисты говорят о том, что их разработка позволит хранить данные миллионы лет, выдерживает нагрев до тысячи градусов Цельсия. При этом на носитель размером с обычный компакт-диск помещается 360 терабайт информации. В качестве носителя информации выступают предварительно внедренные в кварцевый кристалл наночастицы, расположенные на расстоянии в пять микрометров друг от друга. Для записи данных инженеры облучали наночастицы мощным лазером. Излучение приводило к тому, что наночастицы приобретали способность поворачивать плоскость поляризации проходящего через них более слабого (считывающего) излучения. В лаборатории ученым удалось записать и считать файл размером 300 килобайт. Исследователи утверждают, что их технология допускает масштабирование до дисков порядка сотен терабайт.

Внутренние:

Оперативная память(ОП)

Оперативная память (RAM – random access memory, ОЗУ) – устройство, 

предназначенное для хранения обрабатываемой информации (данных) и программ, управляющих процессом обработки информации. Конструктивно представляет собой набор микросхем, размещенных на одной небольшой плате (модуль, планка). Модуль (модули) оперативной памяти вставляется в соответствующий разъем материнской платы, позволяя таким образом связываться с другими устройствами ПК.

Для того чтобы какая-либо программа начала свое выполнение, она должна быть загружена в оперативную память. Оперативная память является энергозависимой, т.е. хранит информацию, пока компьютер включен. В оперативную память программа и данные для ее работы попадают из других устройств, загружаются из внешней памяти, энергонезависимых устройств памяти (жесткий диск, компакт-диск и т.д.).

Оперативная память хранит загруженную, выполняющуюся сей момент программу и данные, которые с ее помощью обрабатываются. Если после обработки предполагается дальнейшее использование данных то копию этого документа из оперативной памяти можно записать на одном из устройств внешней памяти (например, на жестком диске), создав на жестком диске файл, хранящий документ. Для того, чтобы технически осуществить процесс загрузки программы в оперативную память нужна программа-посредник между “железом” и человеком - операционная система. Операционная система (ОС) тоже должна быть загружена в оперативную память, но ОС загружается автоматически при включении компьютера. После ее загрузки можно использовать инструменты, предназначенные для загрузки других программ.

Основные характеристики:

• Объем памяти определяется максимальным количеством информации, которая может быть помещена в эту память, и выражается в килобайтах, мегабайтах, гигабайтах.

• Время доступа к памяти (секунды) представляет собой минимальное время, достаточное для размещения в памяти единицы информации.

• Плотность записи информации (бит/см2) представляет собой количество информации, записанной на единице поверхности носителя.

Оперативная память изготавливается в виде небольших печатных плат с рядами контактов, на которых размещаются интегральные схемы памяти (модули памяти). Модули памяти различаются по размеру и количеству контактов (SIMM или DIMM), по быстродействию, по объему. Важнейшей характеристикой модулей оперативной памяти является быстродействие – частота, с которой считывается или записывается информация в ячейки памяти. Современные модули памяти имеют частоту 133 МГц и выше. Оперативная память состоит из огромного количества ячеек (десятки миллионов), в каждой из которых хранится определенная информация. От объема оперативной памяти зависит, сможет ли компьютер работать с той или иной программой. При недостаточном количестве памяти программы либо совсем не будут работать, либо будут работать медленно. Типичный современный компьютер имеет 256 или 512 Мб оперативной памяти.

Кэш-память

Кэш-память (с английского cash – запас)– устройство, имеющее очень короткое время доступа к данным. Встроенная в микросхему сверхбыстрая память. Обычно имеет размер 256 или 512 Кбайт, в мощных компьютерах до 1Гб и более.

В современных материнских платах применяется конвейерный кэш с блочным доступом (Pipelined Burst Cache). В кэш-памяти хранятся копии блоков данных тех областей оперативной памяти, к которым выполнялись последние обращения, и весьма вероятны обращения в ближайшие такты работы — быстрый доступ к этим данным и позволяет сократить время выполнения очередных команд программы. При выполнении программы данные, считанные из ОП с небольшим опережением, записываются в кэш-память. В кэш-память записываются и результаты операций, выполненных в МП.

По принципу записи результатов в оперативную память различают два типа кэш-памяти:

• в кэш-памяти «с обратной записью» результаты операций, прежде чем их записать в ОП, фиксируются, а затем контроллер кэш-памяти самостоятельно перезаписывает эти данные в ОП;

• в кэш-памяти «со сквозной записью» результаты операций одновременно, параллельно записываются и в кэш-память, и в ОП.

Микропроцессоры начиная от МП 80486 обладают встроенной в основное ядро МП кэш-памятью (или кэш-памятью 1-го уровня — L1), чем и обусловливается их высокая производительность. Микропроцессоры Pentium имеют кэш-память отдельно для данных и отдельно для команд: у Pentium емкость этой памяти небольшая — по 8 Кбайт, у Pentium MMX — по 16 Кбайт. У Pentium Pro и выше кроме кэш-памяти 1-го уровня есть и встроенная на микропроцессорную плату кэш-память 2-го уровня (L2) емкостью от 128 Кбайт до 2048 Кбайт. Эта встроенная кэш-память работает либо на полной тактовой частоте МП, либо на его половинной тактовой частоте.

Следует иметь в виду, что для всех МП может использоваться дополнительная кэш-память 2-го (L2) или 3-го (L3) уровня, размещаемая на материнской плате вне МП, емкость которой может достигать нескольких мегабайтов (кэш на MB относится к уровню 3, если МП, установленный на этой плате, имеет кэш 2-го уровня). Время обращения к кэш-памяти зависит от тактовой частоты, на которой кэш работает, и составляет обычно 1-2 такта. Так, для кэш-памяти L1 МП Pentium характерно время обращения 2-5 нс, для кэш-памяти L2 и L3 это время доходит до 10 нс. Пропускная способность кэш-памяти зависит и от времени обращения, и от пропускной способности интерфейса и лежит в широких пределах от 300 до 3000 Мбайт/с.

Использование кэш-памяти существенно увеличивает производительность системы. Чем больше размер кэш-памяти, тем выше быстродействие, но эта зависимость нелинейная. Имеет место постепенное уменьшение скорости роста общей производительности компьютера с ростом размера кэш-памяти. Для современных ПК рост производительности, как правило, практически прекращается после 1 Мбайт кэш-памяти L2. Создается кэш-память на основе микросхем статической памяти.

CMOS-память

CMOS-память(изготовленная по технологии CMOS – complementary metal – oxide semiconductor) предназначена для длительного хранения данных о конфигурации и настройке компьютера (дата, время, пароль), в том числе и когда питание компьютера выключено. Для этого используют специальные электронные схемы со средним быстродействием, но очень малым энергопотреблением, питаемые от специального аккумулятора, установленного на материнской плате. Это полупостоянная память.Питается от батарейки, поэтому сохраняет информацию и при полном отключении питания компьютера.

BIOS

BIOS- постоянная память, т.е. память, хранящая информацию при отключенном питании теоретически сколь угодно долго,в которую данные занесены при ее изготовлении. Такой вид памяти называется ROM (read only memory). BIOS (Basic Input-Output System) – базовая система ввода-вывода – содержит наборы групп команд, называемых функциями, для непосредственного управления различными устройствами ПК, их тестирования при включении питания и осуществления начального этапа загрузки операционной системы компьютера. В BIOS содержится также программа настройки конфигурации компьютера – SETUP. Она позволяет установить некоторые характеристики устройств ПК. BIOS как система непосредственно ориентирована на конкретную аппаратную реализацию компьютера и может быть различной даже в однотипных компьютерах.