Bei dem ständigen Streben nach Gigahertz und Gigabit pro Sekunde, das die CPU durchläuft, vergessen wir sehr oft, dass es viele andere wichtige Komponenten im Computer gibt, die verbessert werden müssen, wie z. B. RAM sowie Laufwerke, die verarbeitete Daten speichern. Die Entwicklung von Geräten zum Speichern von Informationen ist ebenso wichtig wie die Erhöhung der Rechenleistung der CPU. In diesem Artikel sprechen wir über die Perspektiven moderner Speichermedien wie festplatten.
Im zweiten Teil des Artikels werden wir die Zukunft der optischen Laufwerke beschreiben, und im dritten Teil werden wir versuchen, einige der interessantesten und grundlegendsten Neuentwicklungen auf dem Gebiet der mikroelektronischen mechanischen Systeme zu betrachten, die in Geräten zum Einsatz kommen können, die die traditionelle Festplatte ersetzen und weniger traditionell, aber vollständig sind bekannte CDs, DVDs und BlueRay.
Um verschiedene Medientypen miteinander vergleichen zu können, müssen einige Eigenschaften hervorgehoben werden, die jedem von ihnen eigen sind. Wie zum Beispiel die Lese- oder Schreibgeschwindigkeit, die durchschnittliche Suchzeit eines beliebigen Datenelements (Random Seek) sowie die Kosten für die Speicherung einer Dateneinheit. Wenn wir Datenspeichergeräte vergleichen wollen, die noch nicht in der Natur sind, aber in Zukunft geboren werden, müssen wir versuchen, sie in drei große Gruppen zu unterteilen: diejenigen, die kurz vor der Produktion stehen und bald auf dem Markt erscheinen werden; diejenigen, die sich in mehr oder weniger absehbarer Zeit verbreiten werden, und schließlich diejenigen, die nur unter günstigen Umständen und nach erfolgreichem Abschluss aller mit ihrer Durchführung zusammenhängenden Forschungsarbeiten auftreten werden. Tatsächlich ist es schwierig, eine moderne Festplatte mit einer Direktzugriffszeit von 9,0 ms mit einer Festplatte der fernen Zukunft zu vergleichen, die die gleichen Eigenschaften um mehrere Größenordnungen besser (d. H. Weniger) aufweist, sich jedoch noch nicht in den Regalen befindet und dies nicht ist wird in den nächsten fünfzig Jahren sein. Natürlich führen sie solche Vergleiche weiterhin im Internet durch und vergessen dabei, dass der Prototyp, der im streng geheimen Labor von Silicon Valley erschien und nur bei einer Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt arbeitet, nicht mit der Festplatte Ihres Computers identisch ist der Desktop.
Trends in der Entwicklung von Magnetspeichern
Fangen wir mit den Festplatten an, denn dies ist heute wahrscheinlich der verbreitetste und beliebteste Festplattentyp. In den nächsten drei bis vier Jahren werden die Festplatten wahrscheinlich nicht mit anderen Festplattentypen konkurrieren müssen. Bisherige Konkurrenten verlieren deutlich an Geschwindigkeit, Kapazität oder Kosten und am häufigsten - bei mehreren Indikatoren gleichzeitig.
Was heute ein Winchester ist, wissen wir alle: Kapazität - etwa 20 bis 400 Gigabyte, durchschnittliche Suchzeit - 8 bis 12 ms, sequentielle Lese- / Schreibgeschwindigkeit - 30 bis 40 Mb / s. Im Prinzip sind die Eigenschaften nicht schlecht, auch wenn man sich noch einmal ansieht, was zu vergleichen ist: Der Arbeitsspeicher wird schneller arbeiten (er stellt sich jedoch als teurer heraus und außerdem „vergisst“ er, wenn er vom Netzwerk abgeschaltet wird, alles, was darauf geschrieben wurde. - zustimmen, ein wesentlicher Nachteil); wiederbeschreibbare DVDs sind viel billiger (aber sie haben nicht an der Arbeitsgeschwindigkeit gelegen, und ihre Kapazität ist relativ gering).
Wenn Sie sich erinnern, wie viele Daten Sie beim Arbeiten mit Multimedia auf der Festplatte lesen und schreiben müssen, sowie die Tatsache, dass die meisten modernen Betriebssysteme sie auf die eine oder andere Weise als Ergänzung verwenden rAM-SpeicherWenn man dort eine Auslagerungsdatei schreibt, wird klar, dass es hilfreich wäre, die Eigenschaften der Festplatten zu verbessern, egal wie gut sie sind. Zunächst möchten Hersteller die genannten Lese- / Schreib- und Suchgeschwindigkeiten sowie die Kapazität erhöhen. An zweiter Stelle stehen die Abmessungen sowie der Stromverbrauch und die Stoßfestigkeit bei gleichzeitiger Zuverlässigkeit. Natürlich werden in zukünftigen Festplattenmodellen diese Eigenschaften notwendigerweise verbessert, es bleiben nur Fragen: Wie und wann?
Es gibt zwei Möglichkeiten, die Lesegeschwindigkeit zu erhöhen: entweder durch Erhöhen der Aufzeichnungsdichte von Informationen oder durch Drehen der „Pfannkuchen“ der Festplatte mit einer höheren Geschwindigkeit. Beide Methoden haben ihre Nachteile. Mit zunehmender Spindeldrehzahl erwärmen sich die Festplatten viel stärker und werden lauter. Außerdem muss das Material der Platten so stark sein, dass es den entsprechenden mechanischen Beanspruchungen standhält und nicht deformiert wird. Die Technologie ihrer Herstellung wird komplizierter, und dies wirkt sich auf ihre Kosten aus: Sie ist bedeutend höher. Zusätzlich zur Erhöhung der linearen Lesegeschwindigkeit verringert sich jedoch auch die durchschnittliche Suchzeit - aufgrund der Tatsache, dass sich der Kopf früher über dem gewünschten Sektor der Spur befindet. Das Problem mit übermäßiger Reibung und Geräuschentwicklung wird teilweise durch hydrodynamische Lager gelöst, die einige Hersteller kürzlich eingesetzt haben. Dennoch erscheint es uns unwahrscheinlich, dass die Spindeldrehzahl in 3,5-Zoll-Winden 15 bis 20.000 Umdrehungen pro Minute übersteigen kann "knifflige" und "raffinierte" Lager wurden nicht verwendet.
Bei einer Zunahme der Aufzeichnungsdichte werden auch ihre negativen Nebenwirkungen beobachtet, aber es ist immer noch einfacher, mit ihnen umzugehen. Zu den Pluspunkten gehört jedoch eine Steigerung der Laufwerkskapazität. Dies ist für Hersteller von Festplatten ein viel wichtigerer Parameter als die durchschnittliche Suchzeit. Immerhin schenkt der Durchschnittskäufer ihm mehr Aufmerksamkeit. Daher versuchen Hersteller von Festplatten häufig, ihre Produkte auf diese Weise zu verbessern.
Super Paramagnetic Limit
Hindernis beim Erreichen einer extrem hohen Aufzeichnungsdichte
Die Platte einer modernen Festplatte besteht aus einem Glas- oder Aluminiumsubstrat, das oben mit einer magnetischen Beschichtung versehen ist. Einzelne Abschnitte dieser Beschichtung können mit einem von zwei magnetisiert werden mögliche Wegedie Null und Eins bezeichnen (d. h. 1 Byte). Ein solcher magnetisierter Bereich wird als magnetische Domäne bezeichnet und ist ein Miniaturmagnet mit einer spezifischen Ausrichtung der magnetischen Süd- und Nordpole. Wenn Sie die Magnetisierung der Domäne einstellen, werden Informationen aufgezeichnet. Letztendlich bestimmt die Aufzeichnungsdichte der Informationen die Größe dieser Domäne selbst. Es scheint, dass die Größe der Domains für die Gesundheit reduziert wird und die Festplatten so groß sind, wie Sie sich vorstellen können, aber nicht alles ist so einfach.
Diejenigen von uns, die die Schulphysik nicht vergessen haben, können sich anstrengen und daran erinnern, dass alle Substanzen in paramagnetische, diamagnetische und ferromagnetische unterteilt sind. Diamagnetisch sind solche Substanzen, die außerhalb eines Magnetfeldes keine magnetischen Eigenschaften haben - es ist klar, dass sie nicht zur Herstellung von Informationsspeichern geeignet sind. Im Gegensatz dazu sind Atome und Moleküle paramagnetischer Substanzen für sich genommen, noch bevor das äußere Magnetfeld auf sie einwirkt, Elementarmagnete - sie eignen sich jedoch auch nicht sehr gut zur Erzeugung von Speicherringen. Und nur Ferromagnete, bei denen ausreichend große Magnetkörner als Elementarmagnete wirken, sind für die Langzeitspeicherung von Informationen geeignet.
Um ein Informationsbit aufzunehmen, erzeugt der Kopf der Festplatte in gewisser Weise ein direktionales Magnetfeld, das alle Elementarmagnete der Domäne hauptsächlich in eine Richtung ausrichtet. Diese Ausrichtung wird sicher für eine lange Zeit beibehalten, nachdem der Kopf den Ferromagneten nicht mehr berührt. Jedoch bleiben auch nach mehrfachen Aufzeichnungen in der Domäne solche magnetischen Körner immer erhalten, deren magnetische Ausrichtung nicht mit der Ausrichtung der gesamten Domäne übereinstimmt; Außerdem ist der relative Gehalt an "schlechten" Körnern umso größer, je weniger Körner sich in der Domäne befinden, dh je kleiner diese sind. Wenn Sie versuchen, die Domäne zu klein zu machen, ist die relative Anzahl der "schlechten" Körner so groß, dass das Informationssignal nicht vom Rauschen unterschieden werden kann. Es gibt zwei Wege aus dieser Situation heraus - die Suche nach neuen paramagnetischen Materialien mit kleinen und überwiegend homogenen Magnetkörnern und die Entwicklung von Algorithmen, die es uns ermöglichen, ein nützliches Signal auch bei einem geringen Signal-Rausch-Verhältnis zu extrahieren. Hier sind jedoch die Möglichkeiten begrenzt. Ist das Magnetkorn zu klein, reicht die Wärmeenergie der Umgebung aus, um die Magnetisierung spontan zu verändern. Grob gesagt erhalten wir in diesem Fall eine Substanz mit sehr engen paramagnetischen Eigenschaften - Festplatten aus solchen Materialien können nur dann funktionieren, wenn sie mit flüssigem Stickstoff oder, noch schlimmer, mit flüssigem Helium gekühlt werden. Wegen dieses Quasiübergangs der ferromagnetischen Substanz in die beschriebene paramagnetische Grenze spricht man von der superparamagnetischen Grenze.
Nun, neben der rein physikalischen Begrenzung in Form einer superparamagnetischen Begrenzung gibt es auch eine technische Begrenzung in Bezug auf das Schreiben und Lesen von Informationen, für die, wie bereits erwähnt, ein spezieller Kopf verwendet wird. Bei den allerersten Modellen von Festplatten war der Kopf universell - derselbe winzige Induktor wurde sowohl zum Lesen als auch zum Schreiben von Informationen verwendet. Moderne Köpfe bestehen aus zwei Teilen: Aufzeichnen (Induktor) und Lesen (magnetoresistiver Kopf, der seinen Widerstand abhängig vom Magnetfeld ändert). Natürlich ist die Größe des Kopfes endlich, und heute bestimmen sie weitgehend die Größe des kleinsten magnetisierten Bereichs - der Domäne. Bei modernen Festplatten ist die Domänengröße jedoch so gering, dass die Hersteller die superparamagnetische Grenze überschreiten müssen, um sie weiter zu reduzieren.
Aus diesem Grund haben Spezialisten führender Unternehmen, die Festplatten entwickeln, lange mit dem Problem zu kämpfen, und ich muss sagen, sehr erfolgreich. Wege der Technologieentwicklung und ihr eigenes Know-how, um in Zukunft die superparamagnetische Grenze zu überwinden, werden von jedem von ihnen entwickelt. Darüber hinaus werden einige bereits in der Serienproduktion von Festplatten verwendet, andere werden nur in Prototypen verwendet, aber von Tag zu Tag werden sie auch in der Montage am Fließband verwendet, andere erreichen möglicherweise nie den Masseneinsatz.
Afc
Möglicherweise war das erste Zeichen, das einen bevorstehenden Sieg über die superparamagnetische Grenze ankündigte, die von IBM vorgeschlagene Technologie zur Erzeugung magnetisch kompensierter Filme. Die Idee besteht darin, eine dreischichtige antiferromagnetische Beschichtung auf die Festplatte mit der Bezeichnung AFC (antiferromagnetisch gekoppeltes, antiferromagnetisches Paar) aufzubringen, bei der das Magnetschichtpaar durch eine spezielle Isolierschicht aus Ruthenium getrennt ist.
Aufgrund der antiparallelen Ausrichtung des Magnetfeldes bilden die untereinander angeordneten Magnetdomänen ein Paar, das einer spontanen Magnetisierungsumkehr widerstandsfähiger ist als eine einzelne "flache" Domäne. Probeläufe von Festplatten mit AFC-Technologie wurden im Jahr 2001 veröffentlicht, die Massenverwendung hat jedoch erst jetzt begonnen. AFC ist jedoch kein absolutes Allheilmittel - es ist nur eine kleine Verbesserung der alten Technologie, die es ermöglicht, die Kapazität von Festplatten um das 4-8-fache zu erhöhen, jedoch nicht mehr.
PMR
Deutlich höhere Zuwächse versprechen den Einsatz von Senkrechtaufnahmen (PMR, Perpendikular Magnetic Recording). Diese Technologie ist seit langem bekannt, sie wurde bereits vor 20-30 Jahren aktiv erforscht, aber dann war es nicht möglich, die Angelegenheit auf ein funktionierendes und kostengünstiges Gerät in der Produktion zu bringen. Nach dem Rückruf von PMR hat Seagate sehr erfolgreich neue Festplatten entwickelt, die auf dieser Technologie basieren. Im August 2002 organisierte sie in Pittsburgh (USA) ein spezielles Forschungszentrum, dessen Pläne eine gründliche Untersuchung nicht nur der PMR, sondern auch anderer Probleme im Zusammenhang mit der Schaffung vielversprechender Informationsspeichermedien auf magnetischen Medien beinhalteten. Wie der Name schon sagt, verwendet PMR im Gegensatz zur klassischen Aufzeichnungstechnologie magnetische Domänen mit einem senkrechten Magnetfeld (und nicht parallel zur Oberfläche der Platte).
Auf diese Weise können Sie die Längsabmessungen der Domäne verringern und gleichzeitig ihre Höhe geringfügig erhöhen. Außerdem sehen sich bei PMR die benachbarten Invertierungsbits (1 und 0) nicht mehr mit denselben Polen an, die sich bekanntermaßen gegenseitig abstoßen - dies verringert die Größe des Interdomain-Raums im Vergleich zur klassischen Aufzeichnungstechnologie, wodurch die Kapazität weiter erhöht wird Winchesters.
Es ist klar, dass für die Implementierung von PMR sowohl ein völlig anderes Design des Lese- / Schreibkopfs als auch eine neue Struktur der magnetischen Oberfläche der Platte verwendet werden müssen. Der PMR-Aufzeichnungskopf sollte nur einen Hauptpol des Kerns haben, der zweite Pol ist ein Hilfspol. Der Hauptpol des Kerns erzeugt ein starkes Magnetfeld, dessen Linien senkrecht zur magnetischen Oberfläche der Platte verlaufen. Durch eine spezielle innere Magnetschicht schließen sie am breiten Hilfspol des Kerns. Natürlich befindet sich das Feld mit der größten Stärke am Hauptpol - dort findet die Magnetisierungsumkehr statt, am breiten Hilfspol ist das Feld zu schwach, um die Oberfläche der Disc zu beeinträchtigen, und es bleibt während der Aufnahme unverändert. PMR ist wie AFC eine gebrauchsfertige Technologie für die Massenproduktion. Die Festplatten, die es verwenden, sollten erscheinen, wenn nicht in diesem, dann im nächsten 2005.
HAMR und SOMA - 2010 Technologies
Zu den vielversprechendsten Technologien der Zukunft, deren Aufgabe es ist, PMR zu ergänzen, wenn es seine Ressourcen aufgebraucht hat und sich der nächsten Grenze nähert, gehören die thermomagnetische Aufzeichnung (HAMR, Heat Assistant Magnetic Recording) und selbstorganisierende Magnetgitter (SOMA, Self-Organized Magnetic Array). . Dieter Weller, Leiter der Abteilung Medienforschung bei Seagate, glaubt, dass HAMR die Art und Weise, wie Daten gelesen und geschrieben werden, erneut ändern wird, und SOMA ist das Verfahren zur Herstellung des magnetischen Sputterns für Discs.
Ein Merkmal von HAMR ist die Verwendung von magnetischen Materialien mit hoher Koerzitivkraft, die für eine hohe thermische Stabilität der aufgezeichneten Oberflächen sorgen. Zum Aufzeichnen von Informationen wird die magnetische Domäne mit einem fokussierten Laserstrahl vorgewärmt. Der Strahldurchmesser bestimmt die Größe des Bereichs, der einem Informationsbit entspricht. Mit zunehmender Temperatur der Domäne tritt eine signifikante Änderung ihrer magnetischen Eigenschaften auf (die Koerzitivkraft nimmt ab), und somit werden die erwärmten Bereiche magnetisierbar. Um HAMR in die Massenproduktion einzuführen, müssen natürlich viele Probleme gelöst werden, z. B. die Entwicklung von kostengünstigen und Miniaturlasern mit einer sehr kleinen Wellenlänge (andernfalls wäre es unmöglich, ein Fokussiersystem zu erstellen). Außerdem muss eine effiziente Wärmeabfuhr von den Platten gewährleistet werden. Was passiert, wenn sie auch mit einem Laser erhitzt werden, wie Lebensmittel in der Mikrowelle?!) und eine Reihe anderer. Die Tatsache, dass die Spezialisten von Seagate bereits einen funktionierenden Versuchsaufbau zusammengestellt haben, der die Aufzeichnung mit der HAMR-Technologie implementiert, lässt darauf schließen, dass diese Probleme höchstwahrscheinlich erfolgreich gelöst werden. Das Unternehmen verspricht, HAMR bereits 2010 in kommerziellen Produkten einzusetzen.
Wie bereits erwähnt, ist es jedoch zur weiteren Erhöhung der Aufzeichnungsdichte auch erforderlich, die Herstellungstechnologie der Magnetplatten selbst zu ändern, um eine Gleichmäßigkeit und Gleichmäßigkeit der Partikelschicht zu erreichen, aus der ihre Oberfläche besteht. Andernfalls helfen weder HAMR noch andere Tricks mit einem Aufnahmekopf. Die Modernisierung der Lese- / Schreibmechanismen sollte mit der Verbesserung der Materialien und der Qualität der Abscheidung der Magnetschicht einhergehen. Hier sehen Experten einen Ausweg aus der bereits erwähnten SOMA-Technologie, die die Bildung einer monodispersen Schicht von "selbstorganisierenden Magnetfeldern" auf der Plattenoberfläche aus winzigen homogenen Eisen-Platin-Konglomeraten von etwa 3 nm Größe ermöglicht (3 nm sind 10-15 feste Atome, die in einer Reihe angeordnet sind) )
Die Verwendung dieser "Nanotechnologie" wird den Grad der Instabilität einzelner magnetischer Körner erheblich verringern und die Größe des magnetisierten Bereichs zum Aufzeichnen von Datenbits verringern. Seagate glaubt, dass all dies die Produktion von Laufwerken mit einer Kapazität von zehn oder vielleicht sogar Hunderten von Terabyte ermöglichen kann. Und dies wird nicht in der transzendentalen Zukunft geschehen, sondern zu Beginn des nächsten Jahrzehnts.
anstelle eines Schlusses
Wie wir sehen können, kann die Verbesserung von Festplatten auf dem Weg zum Erreichen der superparamagnetischen Grenze dazu führen, dass sie einige der Eigenschaften der engsten Wettbewerber absorbieren - optische Speichermedien wie CDs und DVDs. All dies führt natürlich zu einer starken Zunahme ihrer Komplexität und damit ihrer Kosten. Gleichzeitig werden sich ohne jegliche überparamagnetische Grenzen optische Geräte entwickeln, die immer neue Grenzen einnehmen, die nächsten Siege erringen und wahrscheinlich in zehn bis fünfzehn Jahren alle wichtigen Merkmale übertreffen werden magnetische Antriebe. Im zweiten Teil des Artikels werden wir versuchen, uns mit der Zukunft von CDs und DVDs sowie ihren zahlreichen Modifikationen und Nachfolgern auseinanderzusetzen.
Übungsplan 17
Betreff: Speichermedien
Zweck: Untersuchung der Typologie von Speichermedien und der physikalischen Grundlagen der Aufzeichnung digitale Informationen
Zeit: 4 Stunden
Die Fragen sind:
1. Die physikalische Grundlage für die Aufzeichnung digitaler Informationen.
2. Festplatte. Physische Medien Informationen.
3. Compact Optical Discs.
4. Tragbare Speichermedien
Ausführungstechnik:
Physikalische Grundlagen der digitalen Informationserfassung
Zunächst war die Aufteilung der möglichen Träger digitaler Informationen in stationäre und tragbare Geräte recht bedeutend (in diesem Fall wäre es richtiger, die direkte Übersetzung zu verwenden - tragbar). Bei Personalcomputersystemen beider Typen - IBM PC oder Macintosh - war und ist die Festplatte das wichtigste stationäre Speichermedium.
Tragbare Geräte entwickelten und wandelten sich sehr schnell. Erstmals Standard disketten mit einem Durchmesser von fünf Zoll mit einem Viertel und einer Kapazität von mehreren hundert Kilobyte (bis zu 360) werden nicht mehr verwendet, und es wird ziemlich schwierig sein, Geräte zum Lesen von Informationen zu finden, die gleichzeitig auf ihnen aufgezeichnet wurden. Dreieinhalb-Zoll-Standardfestplatten mit einer Kapazität von 1,44 MB, die sie ersetzten, werden ebenfalls allmählich veraltet. Neue Computer verfügen häufig nicht mehr über die entsprechenden Laufwerke. Anschließend kamen die beschreibbaren optischen CDs - CD-R oder CD-RW, DVD-R. DVD-RWs sowie Geräte, die keine rotierenden Teile enthalten - FlashJet und ähnliche, die mit Universal kompatibel sind uSB-Anschlüsse. Ich muss sagen, dass die Entwicklung kompakter Speichergeräte stark von der Einführung von Musikstandards, digitalen Videos und Kameras beeinflusst wurde.
Um Zeichen von maschinenlesbaren Informationen aufzuzeichnen, werden Änderungen in verschiedenen physikalischen Parametern verwendet, zum Beispiel:
End-to-End-Durchlässigkeit (Lochkarten);
Reflexionsvermögen (optische CD-ROMs. Alle gedruckten und handgeschriebenen Produkte außer Braille):
Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit (offene oder geschlossene Position des Transistors);
Magnetisierungsänderungen (Magnetbänder, Scheiben);
Änderungen der Quantenparameter:
Reihenfolge der konvexen Punkte (Brailletexte);
Entsprechend den Parametern der physischen Umgebung unterscheiden sich das Aufzeichnen und Lesen von Informationen. magnetische Medien, optische Medien, gemischte magnetooptische Medien, Speicherkarten - Mikroschaltungen.
Die gebräuchlichste geometrische Form der Medien:
Scheiben (einseitig und zweiseitig);
Flache Speicherkarten - Mikroschaltungen (Chips);
Separate tragbare Geräte.
Festplatte. Physische Speichermedien
Dies ist ein allgemeines physisches Medium auf dem Server und in pC. Eine Festplatte, die manchmal als "Festplatte" bezeichnet wird, besteht aus einem Satz flacher Festplatten, die sich um dieselbe Achse drehen und einen Durchmesser von mehreren Zentimetern aufweisen (ein typischer Durchmesser beträgt 3,5 Zoll oder weniger) und mit einer Magnetschicht bedeckt sind. Die Betriebseigenschaften einer Festplatte sind sehr attraktiv: hohe Kapazität, schneller Zugriff auf aufgezeichnete Informationen, hohe Lesegeschwindigkeit und Austauschbarkeit (Standardisierung von Festplatten). Schneller Zugriff Informationen werden durch die geringe Entfernung bereitgestellt, die der Lesekopf bei der Suche nach der richtigen Stelle zurücklegt, sowie durch das Schreiben von Informationen in zuvor erstellte (formatierte) Sektoren auf der Festplatte. Technische Merkmale, die einen geringen Verschleiß der Leseköpfe und der Magnetschicht auf der Plattenoberfläche gewährleisten - berührungsloses Lesen von Informationen, "Flug" des Kopfes über der Platte. Es werden spezielle Maßnahmen getroffen, um die Zuverlässigkeit der Stützlager der Festplatte zu gewährleisten, beispielsweise werden gasdynamische Lager verwendet, dh es gibt auch einen "Flug" -Modus über der Stützfläche. Um die Serverressource zu sichern, ist es daher gefährlich, nicht die Anzahl der geleisteten Arbeitsstunden, sondern die Anzahl der Ein / Aus-Schalter, die mit dem "Landen" der Köpfe und dem Beschleunigen der Festplatten verbunden sind. Das angegebene Designmerkmal der Festplatte ermöglicht es (bei Vorhandensein von unterbrechungsfreien Stromversorgungsgeräten), den Server für viele Tage (Wochen) eingeschaltet zu lassen. Damit wird einer der wesentlichen Vorteile der elektronischen Bibliothek erreicht - der Kundenservice rund um die Uhr und das ganze Jahr über. Beispieleinstellungen für die Festplatte.
1. Seagate Technology, Barracuda 7200-Festplattenfamilie, Kapazität 160/120/80/40 GB, mit Serial ATA-Schnittstelle. durchschnittliche Suchzeit 8,5 ms; Eine der neuesten Entwicklungen ist die Barracuda NL35-Festplatte. Speicherkapazität von 500 GB, 3 Platten, Plattendrehzahl von 7200 U / min. Die Datenlesegeschwindigkeit beträgt 47 Mb / s. Ein weiteres Beispiel für die Produkte des gleichen Unternehmens ist die Festplattenfamilie Cheethah mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 15.000 Umdrehungen pro Minute und einem Speicher von bis zu 300 GB.
2. Erfüllt die höchsten Anforderungen an Zuverlässigkeit, geräuschlose und stoßfeste Samsung-Festplatte mit einer Kapazität von 40,8 GB; die Drehzahl einer Packung mit 2 Scheiben 5400 U / min; Pufferkapazität 512 Kb, durchschnittliche Zugriffszeit 8,5 ms, Datenübertragungsrate bis zu 66 Mbit / s. Die durchschnittliche Zeit zwischen Ausfällen beträgt 500.000 Stunden (ca. 57 Jahre), die Kosten für die Datenspeicherung betragen 1 USD pro 200 MB. das sind 0,5 Cent für I Mb.
3. Das gleiche Prinzip zur Gewährleistung einer hohen Zuverlässigkeit wird durch das Design der Western Digital WD Caviar-Festplatte für Server mit einer Kapazität von bis zu 250 GB verwirklicht, die eine spezielle Funktion zur Zuverlässigkeitskontrolle und zur Verhinderung von Festplattenausfällen aufweist. Die geschätzte Zeit zwischen Ausfällen beträgt 1 Million Stunden (über 100 Jahre).
Für die Speicherung großer Datenfelder gibt es spezielle Festplattensysteme mit hoher Geschwindigkeit. So wird beispielsweise eine digitale Speicherbibliothek (strukturell ein Schrank) mit je 73 GB und einer Gesamtkapazität von 9 TB angeboten.
In der Bereitschaftsposition und im Betrieb befindet sich die Platte in einem gleichmäßigen, kontinuierlichen und schnellen Rotationszustand. Der Zugriff auf die aufgezeichneten Informationen erfolgt durch die Querbewegung der Köpfe über eine sehr kurze Distanz. Die Belastung auf der physikalischen Basis des Trägers (die durch die Zentrifugalkraft erzeugt wird) ist zu jeder Zeit konstant.
Informationsträger auf Magnetbändern.Diese Medien werden heute seltener verwendet als zu Beginn des Computerzeitalters. Dennoch liegen ihre Vorteile auf der Hand: Sie sind ausgereifte Produktionstechnologien, hohe Aufzeichnungsdichte, hohe Lesegeschwindigkeit von Informationen und große Kapazität. Der strukturelle Unterschied zwischen Bandgeräten im Vergleich zu Festplatten in der Kinematik ist jedoch absolut grundlegend.
Der Standby-Zustand ist ein festes Band.
Bei der Suche nach einer Datei in einem bestimmten und zuvor unbekannten Abschnitt des Bandes wird die Bewegung (Rücklauf) beschleunigt und anschließend scharf abgebremst.
Die Betriebsart zum Lesen oder Schreiben ist die gleichmäßige Bewegung des Bandes mit einer Geschwindigkeit, die viel langsamer ist als beim Suchen.
Bandgeräte verwenden keinen monotonen, sondern einen "zerrissenen", pulsierenden Betrieb mit einer großen und zeitlich variierenden mechanischen Belastung auf der physikalischen Basis des Informationsträgers. Ein irreparabler Nachteil von Geräten, die Magnetbänder verwenden, ist die lange Zeit für den Zugriff auf Informationen, das allmähliche Löschen der Magnetschicht, die Verschlechterung der Aufzeichnung aufgrund der Entmagnetisierung des Bandes und das Strecken des Basisbandes während des Betriebs. Nichtsdestotrotz werden digitale Speichergeräte sehr häufig auf Magnetbändern implementiert, zum Beispiel Bandlaufwerke, digitale Bandrekorder DAT (Digital Audio Tare), Bandrekorder mit spiralförmiger Spuraufzeichnung, die die gesamte Breite des Magnetbands (Exabyte) einnehmen.
Einige Beispiele für Informationsspeichergeräte sind Surestore-Bandlaufwerke mit DLT-Technologie (Digital Linear Tare), die jeweils 160 GB-Kassetten verwenden und Datenübertragungsgeschwindigkeiten von 16 Mbit / s (384 Spuren, durchschnittliche Dateizugriffszeit ca. 70 s) aufweisen. Um die weite Verbreitung dieser Systeme zu veranschaulichen, haben wir angegeben, dass bis 2002 2 Millionen Laufwerke und 80 Millionen Kassetten verkauft wurden.
Entworfen von offenes Format Ultriym, das 200 GB-Kassetten und eine Datenübertragungsrate von 20 Mbit / s verwendet. Auf der Basis dieser Geräte wurden digitale Speicher erstellt - Roboterbibliotheken mit einer Gesamtkapazität von 10 TB und einer Datenübertragungsrate von bis zu 10 Mbit / s.
Das russische Unternehmen Mobile TeleSystems (MTS) hat kürzlich die Exabyte X200-Bandbibliothek (ein Gehäuse) installiert, in der bis zu 30 TB komprimierter Daten (dies entspricht 30 Millionen Volumes) gespeichert werden können sicherung und Archivierung von Abrechnungs- (Zahlungs-) Aufzeichnungen. Die Bibliothek besteht aus 200 Kassetten, bis zu 150 GB pro Kassette, Datenübertragungsrate von 30 Mbit / s.
Compact Optical Discs
Schreibgeschützte Discs Eine CD-ROM mit bespielten und unveränderten Informationen ist einer der zuverlässigsten und gebräuchlichsten Träger digitaler Informationen. Solche Disks sind besonders nützlich für die Aufzeichnung unveränderlicher Informationen, wie Archiv- oder Nachveröffentlichungen, Zeichnungssammlungen und ähnlicher Daten, die möglicherweise von einer großen Anzahl von Benutzern benötigt werden. Es ist nützlich, die Unterschiede und Ähnlichkeiten zwischen der Website und der optischen Disc zu beachten. Obwohl beide Typen maschinenlesbare Informationen enthalten, kommt die Service-Disk dem Druckformat viel näher. Dies wird durch die Bibliothekspraxis bestätigt. Die Festplatte befindet sich in physischem Eigentum und kann katalogisiert und in das Regal der Bibliothek gestellt werden. Gleichzeitig gibt es eine sehr wichtige technologische und logische Einheit: Beide Technologien arbeiten in der Form der Bildung von Standardinformationspaketen.
Die CD-ROM-Technologie entstand in Zusammenarbeit zwischen Sony (Japan) und Philips (Niederlande). 1987 veröffentlichte die Internationale Organisation für Normung die internationale Norm ISO 9660 "Informationsverarbeitung - Datei- und CD-ROM-Datei- und Austauschvolumenstruktur (1988)", die derzeit nahezu allen Markttypen von CD-ROMs entspricht.
Audio-CD oder CD-ROM. - Dies ist eine Scheibe mit einem Durchmesser von 12 cm aus reinem Boden und Carbonat-Kunststoff, beschichtet mit reflektierendem Metall (Aluminium, Gold) und einer Schutzschicht aus transparentem Lack. Ein fokussierter Laserstrahl liest die kleinsten Aussparungen (0,5 Mikron) entlang einer spiralförmigen Spur mit einer Gesamtlänge von 4,5 km. Die Codierungsdichte ist sehr hoch: auf der Spur einer Audio-CD oder CD-ROM. enthält etwa 3 Milliarden Codes. Auf einer Standard-CD können 74 Minuten Ton oder etwa 680 MB an Informationen aufgezeichnet werden. Die Disc enthält keine physisch ausgewählten Titel und muss nicht formatiert werden. Die Aufnahme verläuft in einer Art virtueller Spirale und macht 20.000 Umdrehungen von der Mitte aus. Informationen werden von der Platte gelesen, wenn mit einer konstanten linearen Geschwindigkeit gefahren wird: Die Platte dreht sich langsamer (200 Umdrehungen pro Minute), wenn sich der Lesekopf an seiner Außenseite befindet. Die Wiedergabe erfolgt über in den Computer integrierte Geräte mit der Möglichkeit einer beschleunigten Plattendrehung (und Datenübertragung) der Multiplizität 8. 16, 32, 40 und höher.
Logische Struktur CD-ROMs im ISO 9660-Format haben eine vierstufige Architektur: Bit, Byte, Block, Datei. Die physikalische Struktur ist unten angegeben. Diese Architektur ermöglicht die Verwendung von CD-ROMs mit verschiedenen betriebssysteme als wäre es nur eine andere magnetplatte oder Dateilaufwerk. Die Struktur des CD-ROM-Blocks ist in der Tabelle angegeben. 31 (2352 Bytes in jedem Block).
Das Feld „Synchronisation“ zeigt den Beginn eines Blocks an und setzt den Blockzähler auf die gewünschte Position. Der „Titel“ enthält die Adresse des Bausteins und eine Beschreibung der Art der Stammdaten. Das Feld "Basisdaten" enthält ein nützliches digitales Array, das aus Text, Grafiken, Tonaufnahmen und Bildern bestehen kann. Video. CD-ROM-Einheiten enthalten drei Stufen der Fehlererkennung und -korrektur (EDC) und des ECC (Error Correction Code), die bei Audio-Discs nicht verwendet werden.
Fehler auf der Festplatte werden am häufigsten durch Kratzer auf der Oberfläche verursacht. Das Herausfinden ihrer speziellen Routine basiert auf der mehrfachen zyklischen Überprüfung der Summen von Binärsymbolen. Die Fehlerkorrektur erfolgt durch ein recht kompliziertes Programm (Reed-Solomon-Kreuzkodierung). Diese Systeme können die erwartete Fehlerquote auf einer CD-ROM auf einen extrem niedrigen Wert reduzieren - 10 bis minus 12 Grad, ein Fehler pro Billion Binärcodes oder 1 Fehler pro 20.000 Datenträger!
Audio-CDs benötigen diese Vorsichtsmaßnahme nicht, und wenn ein Fehler auftritt, wiederholt das Programm einfach das vorherige 1/75 Sekunden lange Aufnahmestück, auf das das menschliche Ohr keinen Zugriff hat.
Um die auf optischen Platten aufgezeichneten Informationen wiederzugeben, wurden zunächst entweder freistehende Geräte oder in den Computer eingebaute Plattenlaufwerke verwendet. Für professionelle Zwecke werden Speicher für 50-100 Datenträger mit mechanischer Zuführung der Datenträger zum Lesegerät (Juke Box) verwendet. Es wurden auch spezielle Computersysteme mit mehreren Laufwerken geschaffen, die gleichzeitig von mehreren sich drehenden Scheiben gelesen werden können. Die enormen Speicherkapazitäten moderner Server ermöglichen jedoch die Übertragung von Informationen von CD-ROM oder DVD und den direkten Service von der Festplatte. Der AXONIX-Server enthält beispielsweise Informationen, die von 512 Festplatten geschrieben wurden.
Heutzutage sind eingebaute Geräte zum Aufzeichnen von Informationen auf optischen Disks (einmaliges oder erneutes Beschreiben) als Ergänzung zu einer normalen Festplatte eines Computers weit verbreitet: beispielsweise ein Mitsumi CR4808 TE-Laufwerk mit einer Kapazität von 483 MB.
Die Weiterentwicklung der Technologie von Audio-CDs verlief in zwei Richtungen. Das erste sind verbesserte CDs (Super Audio Compact Disc, SACD), die aufgrund der sehr hohen Abtastfrequenz (2822,4 kHz im Vergleich zu 44,1 kHz) eine neue Klangqualität bieten - Surround-Sound. Die ersten Entwickler gingen diesen Weg
Audio-CDs - Sony und Philips.
Parallel dazu entwickelt sich eine andere Richtung - doppelseitige Discs mit hoher Dichte (diese werden als DVD - Digital Versatile Disk oder Digital Video Disk bezeichnet) diese Fahrt Filme aufnehmen) mit 4,7 GB Speicher auf einer Seite der Disc. Jetzt haben sich die weltweit führenden Unternehmen auf einen Standard für einen wiederbeschreibbaren Laser im blauen Bereich des Spektrums einer Audio-DVD mit einer Kapazität von 27 GB und einer garantierten Informationsspeicherdauer von 100 Jahren geeinigt. Auf die gleiche Weise wie bei CD-Systemen wurde eine Familie von wiederbeschreibbaren Discs auf DVDs erstellt, die für den Einsatz in Bibliotheken und Informationszentren vielversprechend sind, z. B. DVD-RW (1 000 Wiederbeschreibungen) und DVD-RAM (100 000 Wiederbeschreibungen). Interessant sind auch magnetooptische Datenträger mit einem Durchmesser von 3,5 Zoll und einer Kapazität von 2,3 GB sowie Fujitsu-Laufwerke. Die Lebensdauer einer solchen Festplatte beträgt mehr als 70 Jahre, mehr als 10 Millionen Überschreibungen sind zulässig, der Datenzugriff erfolgt mit einer Geschwindigkeit von 8 Mbit / s. Der empfohlene Preis für das Laufwerk beträgt 300 US-Dollar, für ein Laufwerk 18 US-Dollar. Die Stückkosten betragen also weniger als 1 Cent pro Megabyte.
Anfang 2005 stellten führende US-Firmen die Produktion von VHS-Videorecordern ein, die durch optische ersetzt wurden dVD-Discs 20 GB Kapazität, die bislang zwei konkurrierende optische Disc-Formate darstellen. Eines ist das sogenannte Negativ-HD-DVD-Format, dVD-Rs mit der Fähigkeit zur Aufnahme. Wiederbeschreibbare DVD-RW mit einer Kapazität von 4,6 GB, entwickelt von Toshiba NEC, Sanyo und unterstützt von Paramaunt Pictures, Warner Bros .. Universal Pictures. Der Konkurrent ist das fortschrittliche „Plus“ -Blue-Ray-Format mit der Fähigkeit, DVD + R-Aufnahmen und DVD + RW-Discs mit der Fähigkeit zu ergänzen, von Sony entwickelte und von Hewlett Packard und Dell unterstützte Aufnahmen anzupassen und zu bearbeiten. Die spezifischen Kosten für das Speichern von Daten auf diesem Festplattentyp betragen 15 bis 20 Cent pro Gigabyte.
Die marktbeherrschende Rolle herkömmlicher Standard-CDs ist in Tabelle dargestellt. 1.
Tabelle 1
Die Marktrolle verschiedener Arten von Audio- und Video-Discs (Anzahl und Volumen der weltweiten Verkäufe im Jahr 2003) *
Aufgabennummer 1
Um die Technologie der Aufnahme auf CDs, CDs und DVDs, industrielle Replikation von CDs und DVDs, die Technologie für die Aufnahme von BLU-RAY, Geräte und zu studieren software. Erstellung eines Berichtsdokuments mit Abbildungen von Geräten und Aufzeichnungsschemata.
Aufgabennummer 2
Betrachten Sie Arten von Festplatten ( IDE / ATA, UDMA , Uide , AT-6, Schnelles ata , Ultra ATA , SATA, SCSI)ihre Eigenschaften ( kapazität (Kapazität) zugriffszeit (Zugriffszeit), datenrate (Datenübertragungsrate), paketrate / kontinuierliche Datenrate (Burst / Dauerbetrieb), 5000/7200/10000 U / min)und Hardware. Bereiten Sie ein Berichtsdokument vor.
Es ist praktisch, externe Medien zum Speichern und Übertragen von Informationen von einem Computer auf einen anderen zu verwenden. Optische Datenträger (CD, DVD, Blu-Ray), Flash-Laufwerke (Flash-Laufwerke) und meistens als Speichermedien. extern schwer Räder. In diesem Artikel analysieren wir die Arten von externen Speichermedien und beantworten die Frage „Worauf werden die Daten gespeichert?“.
Jetzt treten optische Disks allmählich in den Hintergrund, und das ist verständlich. Mit optischen Discs können Sie eine relativ kleine Menge an Informationen aufzeichnen. Auch die Bequemlichkeit der Verwendung einer optischen Platte lässt zu wünschen übrig, und außerdem können Platten leicht beschädigt und zerkratzt werden, was zu einem Verlust der Lesbarkeit der Platte führt. Für die Langzeitspeicherung von Medieninformationen (Filme, Musik) sind optische Disks jedoch wie keine andere geeignet externe Medien. Alle Media Center und Videoplayer spielen weiterhin optische Discs ab.
Flash-Laufwerke
Flash-Laufwerke oder einfach „Flash-Laufwerke“ sind mittlerweile bei den Benutzern am gefragtesten. Aufgrund seiner geringen Größe und beeindruckenden Speicherkapazität (bis zu 64 GB oder mehr) können Sie es für verschiedene Zwecke verwenden. In den meisten Fällen werden Flash-Laufwerke über an einen Computer oder ein Media Center angeschlossen uSB-Anschluss. Eine Besonderheit von Flash-Laufwerken ist die hohe Lese- und Schreibgeschwindigkeit. Das Flash-Laufwerk verfügt über ein Kunststoffgehäuse, in dem sich eine elektronische Platine mit einem Speicherchip befindet.
USB-Sticks
Zu einer Vielzahl von Flash-Laufwerken gehören Speicherkarten, bei denen es sich um ein vollwertiges USB-Flash-Laufwerk mit einem Kartenleser handelt. Durch die einfache Verwendung eines solchen Tandems können Sie erhebliche Informationsmengen auf verschiedenen Speicherkarten speichern, die nur ein Minimum an Platz einnehmen. Außerdem können Sie jederzeit die Speicherkarte Ihres Smartphones oder Ihrer Kamera lesen.
Flash-Laufwerke lassen sich bequem im Alltag verwenden: Übertragen Sie Dokumente, speichern und kopieren Sie verschiedene Dateien, schauen Sie sich Videos an und hören Sie Musik.
Externe Festplatten
Externe Festplatten sind technisch gesehen eine Festplatte, die in einem kompakten Gehäuse mit USB-Adapter und Antivibrationssystem untergebracht ist. Wie Sie wissen, haben Festplatten beeindruckende Volumina speicherplatzDas gepaart mit Mobilität macht sie sehr attraktiv. Auf Ihrer externen Festplatte können Sie Ihre gesamte Video- und Audiosammlung speichern. Für eine optimale Leistung extern schwer Antrieb benötigt mehr Leistung. Ein USB-Anschluss kann nicht die volle Leistung liefern. Das ist der Grund, warum externe Festplatten dual sind uSB-Kabel. Die externen Festplatten sind klein und passen problemlos in eine normale Tasche.
HDD-Boxen
Es gibt Festplattenboxen, die als Speichermedium dienen gewöhnlich schwer Festplatte (HDD). Solche Boxen sind eine Box mit einem USB-Controller, an den die einfachsten Festplatten eines Desktop-Computers angeschlossen sind.
Auf diese Weise können Sie auf einfache Weise Informationen direkt von der Festplatte Ihres Computers übertragen, ohne dass zusätzliche Kopier- und Einfügevorgänge erforderlich sind. Diese Option ist wesentlich günstiger als der Kauf einer externen Festplatte, insbesondere wenn Sie fast den gesamten Betrag auf einen anderen Computer übertragen müssen. harter Abschnitt fahren.
Was ist HDD, Festplatte und Festplatte - diese Wörter sind unterschiedliche, weit verbreitete Begriffe für dasselbe Gerät, das Teil des Computers ist. Aufgrund der Notwendigkeit, Informationen auf einem Computer zu speichern, tauchten Geräte auf, Informationen werden als Festplatte gespeichert und wurden zu einem integralen Bestandteil eines Personalcomputers.
Früher wurden auf den ersten Computern Informationen auf Lochstreifen gespeichert - dies ist Kartonpapier mit Lochungen, der nächste Schritt in der menschlichen Entwicklung des Computers war die Magnetaufzeichnung, deren Prinzip bis heute erhalten bleibt festplatten. Anders als bei den heutigen Terabyte-Festplatten betrug die Anzahl der zu speichernden Informationen zehn Kilobyte, was im Vergleich zu den heutigen Informationen eine unbedeutende Menge ist.
Warum brauche ich eine Festplatte und deren Funktionalität?
Festplatte - Dies ist ein permanentes Speichergerät eines Computers, dh seine Hauptfunktion ist langzeitlagerung Daten. HDD wird im Gegensatz zu RAM nicht als flüchtiger Speicher betrachtet, dh nach dem Trennen der Stromversorgung vom Computer und dann als Ergebnis von festplattewerden alle zuvor auf diesem Laufwerk gespeicherten Informationen gespeichert. Es stellt sich heraus, dass die Festplatte als bester Ort für die Speicherung persönlicher Informationen auf einem Computer dient: Dateien, Fotos, Dokumente und Videos werden offensichtlich lange darauf gespeichert, und die gespeicherten Informationen können in Zukunft für Ihre Zwecke verwendet werden.
ATA / PATA (IDE) - Diese parallele Schnittstelle dient nicht nur zum Anschließen festplatten, sondern auch Geräte zum Lesen von Discs - optische Laufwerke. Ultra ATA ist der am weitesten fortgeschrittene Vertreter des Standards und weist eine mögliche Datennutzungsrate von Informationen von bis zu 133 Megabyte pro Sekunde auf. Die angegebene Datenübertragungsmethode gilt als sehr veraltet und wird heute auf veralteten Computern verwendet, auf modernen Motherboards ist der IDE-Anschluss nicht mehr vorhanden.
SATA (Serial ATA) - Es handelt sich um eine serielle Schnittstelle, die ein guter Ersatz für veraltete PATA-Geräte ist. Im Gegensatz dazu kann nur ein Gerät angeschlossen werden. Bei preisgünstigen Motherboards stehen jedoch mehrere Anschlüsse zur Verfügung. Der Standard ist in Audits mit unterteilt unterschiedliche Geschwindigkeiten Datenübertragung / -austausch:
- SATA hat eine Datenübertragungsrate von bis zu 150 Mb / s. (1,2 Gbit / s);
- SATA rev. 2.0 - in dieser Überarbeitung stieg die Datenaustauschrate im Vergleich zur ersten SATA-Schnittstelle zweimal auf 300 MB / s (2,4 Gb / s);
- SATA rev. 3.0 - Der Datenaustausch beim Audit ist mit bis zu 6 Gbit / s (600 MB / s) noch höher geworden.
Alle oben genannten Verbindungsschnittstellen der SATA-Familie sind austauschbar, können jedoch beispielsweise über eine Festplatte angeschlossen werden sATA-Schnittstelle 2 zum Stecker hauptplatine SATA-Datenaustausch mit festplatte wird basierend auf der ältesten Version, in diesem Fall SATA Version 1.0, gespeichert.
