Устройства хранения информации

Дискета - носитель информации, который представляет собой гибкий диск с покрытием ферромагнитным материалом и отверстие в центре для обеспечения вращения приводом и такой диск помещен в специальный пластмассовый корпус. Запись и чтение информации производится с помощью двух электромагнитных катушек, установленных по обе стороны магнитного диска (так как диски являются двухсторонними) и перемещаемые по радиусу дисков на системе привода головок. Для хранения информации применяется термин дорожка – узкая концентрическая полоска на диске, и цилиндр – совокупность дорожек, которые могут считать головки без изменения своего положения.

Скорость вращения двигателя гибкого диска при работе составляет от 300 до 360 оборотов в минуту.

Имеется два основных размера диска: 3,5´´ и 5,25´´ (а первые дискеты имели размер 8 дюймов).

HDD (Hard Disk Drive - устройство управления жестких дисков), или винчестер, имеет также название накопитель для жестких дисков, просто жесткие диски, дисководы жестких дисков (на практике - винт), накопитель на жестких дисках (НМЖД), HMDD (Hard Magmetic Disk Drive) и предназначен для хранения основной информации пользователя.

Основным отличием жестких дисков от оперативной памяти является то, что при выключении компьютера данные сохраняются, а не уничтожаются, как в оперативной памяти.

Физически жесткие диски устроены аналогично гибким дискам, за исключением того, что в накопителе может находиться не одна пластина, а несколько, расположенных одна под другой, при этом у каждой пластины сверху и снизу находится по магнитной головке. Кроме того, для хранения информации используется не гибкие, а жесткие диски из алюминия либо стеклянные, покрытые слоем магнитного материала (ферромагнетика из сплавов железа, марганца и др). Как и в гибких дисководах, головки жестко связаны между собой и расположены одна под другой. Для перемещения одной головки перемещаются и другие, поэтому совокупность головок называется блоком головок. При их фиксированном расположении каждая головка может считывать информацию только с одной дорожки (дорожка - это область в виде узкого кольца на диске, которая считывается головкой без ее смещения), эти дорожки в совокупности всех дисков называются цилиндром.

Общий объем диска рассчитывается по формуле: емкость диска = число цилиндров (или дорожек на одной поверхности) х количество головок (или количество рабочих поверхностей) х размер кластера.

Жесткие диски названы так потому, что твердые пластины с намагниченным слоем жестко устана­вливаются в устройстве на заводе и являются несъемными в отличие от гибких дисков. Из-за боль­шой скорости вращения дисков может возникнуть резонанс, поэтому устройство должно быть прочно укреплено в системном блоке, зафиксировано винтами во всех необходимых местах и находиться в горизонтальном или вертикальном положении. Еще одно неприятное действие вращающихся дисков - эффект гироскопа, потому скорость вращения дисков для ноутбуков несколько ниже, чем у стационарных компьютеров, у которых системный блок неподвижен. При работе считы­вающие головки расположены очень близко от рабочей поверхности. Винчестер не следует разбирать, так как попадание малейшей пыли выведет его из строя, и, кроме того, он центрирован на заводе, а в домашних условиях этого сделать невозможно.

Логическая структура диска. Существует несколько видов файловой системы: FAT имеет несколько стандартов: FAT12, FAT16, FAT32 и exFAT. Цифры обозначают число бит, используемых для адреса сектора.

NTFS создана компанией Microsoft в 90-х годах для Windows NT. В отличие от FAT в ней записывается список изменений в главной файловой таблице (MFT), что позволяет восстановить систему после сбоя. Максимальный размер файла – 2 в степени 64 байтов, максимальное число файлов – 2 в степени 32, максимальная длина имени файла 255 из 16 битных слов.

Жесткие диски типа SSP (Solid-State Drive – твердотельный накопитель), у которого вместо диска установлена память на основе флэш-памяти. Компьютер считает, что на нем имеются также оглавление, дорожки, сектора как на жестком диске. Контроллер жесткого диска адрес в виде дорожек, секторов преобразует во внутренний адрес и таким образом происходят операции с ним. Данный вид дисков более быстрый, бесшумный (нет движущихся частей), но более дорогой.

Оптические накопители предназначены для чтения, записи/перезаписи с оптических дисков. Оптические диски представляют собой круглые и плоские по форме пластины из плотного материала (обычно, состоящие из поликарбоната) с нанесенными слоями, позволяющими хранить информацию в виде мельчайших ямок (пит, от pit — ямка, углубление). Процесс считывания производится лучом лазера, который отражаясь от поверхности диска, попадает в фотоэлемент, где свет преобразуется в электрический сигнал, величина которого позволяет декодировать записанную информацию.

Наиболее распространенные форматы оптических дисков для использования в персональных компьютерах– это CD, DVD, Blu-ray.

CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory, компакт-диск только с возможностью чтения) разновидность компакт-дисков, которые появились в 1982 году в результате исследования двух компаний – Sony и Philips. CD-ROM диски вначале развивались как аналог виниловых дисков и предназначались для записи и проигрывания музыкальной информации. Они также имеют одну концентрическую дорожку, которая проходит от внешнего края к внутреннему, делая множество оборотов. Принцип считывания информации оптический, то есть луч лазера считывает данные, которые записаны на алюминиевой (или другого вида) подложке. Кроме того, информация записана на диск, в отличие от винилового диска, в цифровом, а не аналоговом виде, а после считывания расшифровывается и переводится в звук. Для предохранения диска от порчи алюминиевая подложка покрыта прозрачным пластиком.

CD-R диск имеет такие же характеристики, как и CD-ROM, но позволяют записывать на них один раз информацию.

CD-RW диск имеет такие же характеристики, как и CD-ROM, но позволяет не только записывать на них информацию, но и дозаписывать ее, также стирать ранее записанные данные и записать новые.

Для работы с ними использовались CD-накопители.

DVD-диски (Digital Versatile Disc — цифровой универсальный диск) первоначально расшифровывалось как Digital video Disc - цифровой видеодиск. Эти диски имели большую емкость по сравнению с CD-ROM за счет уплотнения дорожек с записью. Это наиболее распространенный вид дисков, которые являются однослойными и односторонними. Двухслойные диски имеют два полупрозрачных слоя с мощной фокусировкой луча, позволяют считывать информацию либо с первого, либо со второго слоя. Более высокая плотность данных достигается за счет уменьшения области на диске для одного бита и применения методов сжатия.

Для работы с DVD используются DVD-накопители.

Стандарт Blu-ray Disc (BD) (blue ray — синий луч и disc — диск; написание blu вместо blue — намеренное) был разработан консорциумом BDA, выпущен в 2006 году.

Повышение объема записываемой информации выполняется за счет использования лазерного луча в сине-фиолетовом диапазоне с более короткой длиной 405 нм, в то же время как CD и DVD приводы используют красный и инфракрасный лазеры с длиной волны 650 нм и 780 нм.

Фрагментирование и форматирование дисков

Если файл фрагментирован, то при считывании данных блоки с головками должны перемещаться от одной области к другой, что приводит к замедлению операций с файлами. В то же время, если файл не фрагментирован, то операции считывания/записи проходят быстрее. Поэтому время от времени полезно производить дефрагментацию файлов.

Фрагментация происходит из-за того, что вначале создается файл одного размера, при добавлении в него данных система ищет свободную область памяти на жестком диске и помещает продолжение файла в новое место. Если данных после корректировки станет меньше, то образуется свободное пространство, которое будет использовано для других файлов. Если нужно записать новый файл, а места будет недостаточно в выбранной области, то будет использована новая свободная область, то есть даже при записи нового файла он может быть фрагментирован. После дефрагментации файла размер занятого пространства не изменится, просто файлы будут расположены последовательно, что ускорит операции считывания.

Форматирование жестких дисков проводится довольно редко, чаще всего при нарушении файловой структуры в результате крупного сбоя либо в результате воздействия вирусной программы. После разбиения диска на разделы производится форматирование логических устройств, при этом диск С: форматируется как загрузочный. При установке новой операционной системы также желательно форматировать жесткий диск, с тем чтобы убрать ненужные файлы и обновить оглавление. Однако после форматирования вся информация на нем будет потеряна. Поэтому перед этой операцией нужно сделать архивацию всех важных файлов, которые потребуются в дальнейшем. После форматирования диска С: нужно восстановить операционную систему, то есть, установить ее заново с загрузочного диска, с которой в дальнейшем будет работать пользователь.

Полезные ссылки