Pamięci masowe

Pamięć masowa, (ang.) mass storage memory – jest to pamięć trwała, umożliwiająca
przechowywanie dużych ilości danych przez długi czas. W odróżnieniu od pamięci operacyjnej, nie
pozwala na adresowanie pojedynczych bajtów, a jej czas dostępu jest wielokrotnie dłuższy.
Urządzenia pamięci masowej należą do tzw. urządzeń blokowych.
Wyróżniamy następujące rodzaje pamięci masowej:
Nośnik magnetyczny
• dysk twardy – pamięć magnetyczna dyskowa;
• dyskietka – pamięć magnetyczna dyskietkowa;
• pamięć taśmowa – pamięć magnetyczna taśmowa.
Nośnik optyczny
• płyta CD-R, CD-RW, CD-ROM, DVD, BD-ROM, HD DVD – pamięć zapisywana i
odczytywana w napędzie optycznym zgodnym z odpowiednim typem płyty.
Pamięć półprzewodnikowa
• karty pamięci (wszelkie rodzaje wymiennych kart pamięci);
• pamięć SSD (tzw. dysk SSD – następca dysku twardego);
• pamięci USB (pendrive).
Nośniki egzotyczne:
• Napęd Zip
• Napęd Jaz
• HHD
• Dysk magnetooptyczny
Pamięci masowe łączą się z komputerem poprzez łącze zwane interfejsem. Typowe interfejsy
pamięci masowych to:
• ATA (IDE)
• Serial ATA
• SCSI
• SAS
• RAID
Dysk twardy, (ang. hard disk drive) – rodzaj pamięci masowej, wykorzystujący nośnik
magnetyczny do przechowywania danych. Nazwa "dysk twardy" wynika z zastosowania twardego
materiału jako podłoża dla właściwego nośnika, w odróżnieniu od dyskietek (ang. floppy disk, czyli
miękki dysk), w których nośnik magnetyczny naniesiono na podłoże elastyczne.
Pierwowzorem twardego dysku jest pamięć bębnowa. Pierwsze dyski twarde takie, jak dzisiaj
znamy, wyprodukowała w 1980 roku firma Seagate – był przeznaczony do mikrokomputerów, miał
pojemność 5 MB, czyli 5 razy więcej niż ówczesna, dwustronna dyskietka 8-calowa.
Pojemność dysków wynosi od 5 MB (przez 10 MB, 20 MB i 40 MB – dyski MFM w komputerach
klasy XT 808x i 286) do 4 kilku TB. Opracowano również miniaturowe dyski twarde typu
Microdrive, o pojemnościach od kilkuset MB do kilku GB, przeznaczone dla cyfrowych aparatów
fotograficznych i innych urządzeń przenośnych.
Dla dysków twardych najważniejsze są następujące parametry: pojemność, szybkość transmisji
danych, czas dostępu do danych, prędkość obrotowa dysków magnetycznych (obr/min.) oraz średni
czas bezawaryjnej pracy (MTBF).
Historia
Użycie sztywnych talerzy i uszczelnienie jednostki umożliwia większą precyzję zapisu niż na
dyskietce, w wyniku czego dysk twardy może zgromadzić o wiele więcej danych niż dyskietka. Ma
również krótszy czas dostępu do danych i w efekcie szybszy transfer.
• 4 września 1956 firma IBM skonstruowała pierwszy 24-calowy dysk twardy o nazwie
RAMAC 350. Miał on pojemność 5 MB.
• W 1984 firma Seagate wprowadziła na rynek pierwszy dysk 5.25", ST-506 o pojemności 5
MB.
• W 1986 został opracowany kontroler IDE (Integrated Drive Electronics).
• W 1987 rozpoczęła się era dysków 3,5 cala
• W 2008 pojawiły się dyski SSD. Na początku technologia ta była bagatelizowana przez
dużych graczy (np. Western Digital). Jednak stosunkowo duże zainteresowanie rynku mimo
bardzo wysokiej ceny, duża wydajność dzięki minimalnemu czasowi dostępu do danych
oraz malejąca cena za MB szybko zmieniła ich nastawienie.
• Od marca 2012 roku na rynku pozostało jedynie 3 producentów dysków twardych: Western
Digital, Seagate Technology oraz Toshiba.
BUDOWA DYSKU:
Dysk stały składa się z zamkniętego w obudowie, wirującego talerza (dysku) lub zespołu talerzy,
wykonanych najczęściej ze stopów aluminium, o wypolerowanej powierzchni, pokrytej nośnikiem
magnetycznym o grubości kilku mikrometrów, oraz z głowic elektromagnetycznych
umożliwiających zapis i odczyt danych. Na każdą powierzchnię talerza dysku przypada po jednej
głowicy odczytu i zapisu. Głowice są umieszczone na elastycznych ramionach i w stanie spoczynku
stykają się z talerzem blisko jego osi. W czasie pracy unoszą się, a ich odległość nad talerzem jest
stabilizowana dzięki sile aerodynamicznej powstałej w wyniku szybkich obrotów talerza.
Ramię głowicy dysku ustawia głowice w odpowiedniej odległości od osi obrotu talerza w celu
odczytu lub zapisu danych na odpowiednim cylindrze. Najpopularniejszym obecnie jest tzw. voice
coil czyli cewka, wzorowana na układzie magnetodynamicznym stosowanym w głośnikach.
Umieszczona w silnym polu magnetycznym cewka porusza się i zajmuje położenie zgodnie z
przepływającym przez nią prądem, ustawiając ramię w odpowiedniej pozycji. Dzięki temu czas
przejścia między kolejnymi ścieżkami jest nawet krótszy niż 1 milisekunda, a przy większych
odległościach nie przekracza kilkudziesięciu milisekund.
Informacja jest zapisywana na dysk przez przesyłanie strumienia elektromagnetycznego przez
antenę albo głowicę zapisującą, która jest bardzo blisko magnetycznie polaryzowalnego materiału,
zmieniającego swoją polaryzacją magnetyczną. Informacja może być z powrotem odczytana w
odwrotny sposób, gdyż zmienne pole magnetyczne powoduje indukowanie napięcia elektrycznego
w cewce głowicy lub zmianę oporu w głowicy magnetyczno-oporowej.
Ramiona połączone są zworą i poruszają się razem. Zwora kieruje głowicami promieniowo po
talerzach a w miarę rotacji talerzy, daje każdej głowicy dostęp do całości jej talerza.
Zintegrowana elektronika kontroluje ruch zwory, obroty dysku, oraz przygotowuje odczyty i zapisy
na rozkaz od kontrolera dysku. Nowoczesne układy elektroniczne są zdolne do skutecznego
szeregowania odczytów i zapisów na przestrzeni dysku oraz do zastępowania uszkodzonych
sektorów zapasowymi.
Obudowa chroni części napędu od pyłu, pary wodnej, i innych źródeł zanieczyszczenia.
Jakiekolwiek zanieczyszczenie głowic lub talerzy może doprowadzić do uszkodzenia głowicy (head
crash), awarii dysku, w której głowica uszkadza talerz, ścierając cienką warstwę magnetyczną.
Awarie głowicy mogą również być spowodowane przez błąd elektroniczny, uszkodzenie, błędy
produkcyjne dysku lub zużycie.
Metody adresowania danych:
CHS (ang. Cylinder-Head-Sector, czyli cylinder-głowica-sektor) jest metodą adresowania
danych na dysku twardym.
Każdy dysk twardy zawiera talerze i głowice do odczytu i zapisu. Głowice znajdują się po obydwu
stronach talerza tzn. jeżeli dysk zawiera 2 talerze to posiada 4 głowice. Każdy talerz podzielony jest
na ścieżki. Wartość cylindrów określa liczbę ścieżek znajdujących się po każdej ze stron talerza.
Pojedynczy cylinder jest więc zbiorem ścieżek będących jedna nad drugą (jest ich tyle samo co
głowic). Wartość sektorów określa liczbę sektorów w każdej ścieżce, każdy sektor zawiera 512
bajtów.
Starsze dyski twarde stosujące metody zapisu MFM i RLL, dzieliły każdy cylinder na równą liczbę
sektorów a wartości CHS odpowiadały fizycznej budowie dysku. Dysk z wartościami CHS
500x4x32 posiadał 500 ścieżek po każdej stronie talerza, 2 talerze, i 32 sektory na ścieżkę.
Dyski IDE, które zastąpiły dyski z metodami zapisu MFM i RLL używają efektywniejszej metody
zapisu danych ZBR. Przy metodzie zapisu Zone Bit Recording liczba sektorów w cylindrze zależy
od jego położenia na dysku. Cylindry bliżej krawędzi talerza zawierają więcej sektorów niż te bliżej
środka talerza. Adresowanie CHS nie działa na tych dyskach z powodu zróżnicowanej liczby
sektorów w cylindrach.
Każdy dysk IDE można dowolnie skonfigurować w BIOS, byle ustawienia CHS nie przekraczały
pojemności dysku. Często należało także zaktualizować BIOS, aby obsługiwał on dyski w systemie
CHS o większej pojemności, które pojawiały się wraz z rozwojem technologii. Dysk
przekonwertuje podane adresowanie CHS na adresowanie specyficzne dla konfiguracji sprzętowej.
LBA (ang. Logical Block Addressing) - metoda obsługi dysku twardego przez system operacyjny.
Dla pokonania granicy 504 MB standard EIDE wykorzystuje metodę LBA, która powoduje
przenumerowanie wszystkich sektorów, tzn. dokonuje tzw. translacji adresów, czyli zamiany
rzeczywistych numerów głowicy, cylindra i sektora na ich logiczny odpowiednik; odpada więc
skomplikowana adresacja za pomocą cylindrów, głowic i sektorów (ang. Cylinder Head Sector)
(CHS).
Wzór na obliczanie LBA:
LBA = ( numer_cylindra * liczba_glowic_na_cylinder + numer_glowicy ) *
liczba_sektorow_na_sciezke + numer_sektora -1
Dyskietka, inaczej dysk miękki – dysk wymienny, przenośny nośnik magnetyczny o niewielkiej
pojemności, umożliwiający zarówno odczyt, jak i zapis danych; nośnikiem danych jest wirujący
krążek z wytrzymałego tworzywa sztucznego (najczęściej mylaru – politereftalanu etylenu w
postaci cienkiej folii) pokryty warstwą magnetyczną. Średnica krążka wraz ilością możliwych do
zapisania danych stanowią podstawowe parametry dyskietki.
Polska nazwa dyskietka została prawdopodobnie zaproponowana przez Jana Bieleckiego.
Współcześnie dostępne są na rynku praktycznie tylko dyskietki 3,5-calowe i ich warianty. Są m.in.
dostarczane przez producentów systemów operacyjnych i płyt głównych jako nośnik ze
sterownikami lub plikami startowymi, gdzie w innym wypadku zapis tak małych plików na całej
płycie CD lub innym nośniku byłby nieekonomiczny.
Historia.
Jako pierwsze pojawiły się dyskietki 8-calowe. Następnie zaczęto stosować dyskietki 5¼-cala o
pojemności 360 KB (DD) , a następnie 1,2 MB (HD) . Miały miękką obudowę, nie było zamknięcia
otworu odczytu – należało je przechowywać w papierowych kopertach.
Współcześnie dyskietki wyszły już z powszechnego użycia, jednakże są jeszcze dalej produkowane
w niewielkich ilościach. Z uwagi na niewielką pojemność, zostały wyparte przez nowocześniejsze
nośniki pamięci. Obecnie stacje dyskietek montuje się nadal w część stacjonarnych komputerów
osobistych, głównie z przyczyn historycznych, dla zachowania łatwej komunikacji ze starszymi
modelami.
Istnieją też zewnętrzne urządzenia do odczytu dyskietek podłączane kablem do komputera,
zazwyczaj przez port USB.
W komputerach klasy PC obecnie najpowszechniej używane są dyskietki 3,5-calowe (wg innych
oznaczeń – 90 mm) HD (High Density) o pojemności „1.44 MB” („megabajt” ten w rzeczywistości
był jednostką mieszaną – 1000×1024, a dyskietki te miały 1440 kB). Dyskietka taka składa się z
twardej plastikowej obudowy z otworem dostępowym do nośnika zasuwanym sprężynowo
metalową (później plastikową) zasuwką. Konstrukcja ta powstała z wcześniej używanych dyskietek
identycznej budowy mechanicznej DD (Double Density) o pojemności 720 kB, powszechnie
używanych w komputerach klasy Amiga. Rozwinięciem konstrukcji HD jest standard dyskietek
ED (Extra Density) „2.88 MB”.
W roku 2008 ZUS ogłosił przetarg na dostarczenie mu 130 tysięcy dyskietek 3,5 cala ;-)
Organizacja danych
Najmniejszą fizyczną ilością danych jaką można zapisać i odczytać z dyskietki, jest sektor. Jego
pojemność informacyjna wynosi w większości systemów plików 512 bajtów. Przed każdym
sektorem zapisywane są dane synchronizacyjne i informacyjne oraz suma kontrolna; informacje te
są niedostępne z poziomu użytkownika systemu operacyjnego dla użytkownika (są to parametry dla
kontrolera dysku oraz dane wymagane do korekcji błędów odczytu).
Logiczną jednostką zapisu danych na dyskietkach jest klaster (ang. cluster), zwany także czasami
JAP, czyli Jednostką Alokacji Pliku. W odróżnieniu od dysków twardych na dyskietce klaster
ograniczony jest do maksymalnie dwóch sektorów (1024 bajty), aczkolwiek istniały programy,
pozwalające obejść to ograniczenie.
Cały nośnik podzielony jest na ścieżki (ang. track), których liczba zależy od formatu i zazwyczaj
wynosi 40 lub 80, choć niektóre napędy umożliwiały zapisane kilka ścieżek ponad standard.
Ścieżka, w zależności od typu dysku, może składać się z 8 lub nawet 36 sektorów. Dla przykładu
dyskietka w gęstości HD zgodna z MS/DR-DOS zawiera 18 sektorów na ścieżce.
Dyskietki wymagają procesu zwanego formatowaniem nośnika. Dzieli on powierzchnię nośnika na
ścieżki i sektory poprzez zapisanie na niej przebiegu synchronizującego, dane informacyjne oraz
testowe dane w sektorach, dane te są wykorzystywane do sprawdzenia poprawności formatowania.
Zapisuje też dane systemowe. Dla dyskietki używanej pełne formatowane wiąże się z wymazaniem
wszystkich danych.
Pamięć taśmowa (ang. tape memory) – typ masowej pamięci zewnętrznej, w której jako nośnik
informacji jest wykorzystywana taśma magnetyczna.
Informacje są zapisywane jako bloki o dowolnej długości. Wyróżniony blok, nazywany
znacznikiem pliku (ang. file mark) lub znacznikiem taśmy (ang. tape mark), służy do organizowania
bloków taśmowych w struktury: znacznik pliku może np. rozdzielać grupy bloków tworzące
logiczne pliki na taśmie. Operacja zapisania bloku niszczy (logicznie) wszystkie bloki zapisane na
dalszym odcinku taśmy. Chociaż operacje przewijania taśmy umożliwiają czytanie bloków w
dowolnej kolejności, to jednak długi czas odnajdywania bloku powoduje, że pamięć ta jest w
praktyce rozwiązaniem o dostępie sekwencyjnym i wydajnym tylko wtedy, gdy bloki są zapisywane
lub czytane po kolei. Generalnie ten rodzaj pamięci służy do archiwizowania wielkich ilości
danych.
Szczególnymi implementacjami pamięci taśmowej były:
• kasety magnetofonowe wraz z dedykowanymi (rzadziej przerabianymi) magnetofonami
przeznaczone do domowego użytku.
• strimery (ang. streamer) – urządzenie do przenoszenia danych z systemów komputerowych
na taśmę magnetyczną w celu archiwizacji. Obecnie najbardziej popularne napędy
wykorzystują taśmy umieszczone w specjalnych kasetach. Kasety mieszczą nawet do
kilkuset gigabajtów danych. Dodatkowo większość z napędów wykorzystuje kompresję,
dzięki czemu możliwe jest zmieszczenie większej ilości danych. Są one wykorzystywane
głównie do archiwizacji danych.
Napędy różnicuje się ze względu na sposób zapisu na taśmie stosowanej w napędzie.
Wyróżnia się m.in. napędy:
•
DDS (ang. Digital Data Storage),
•
DLT (ang. Digital Linear Tape)
•
LTO (ang. Linear Tape-Open),
•
AIT (ang. Advanced Intelligent Tape)
•
QIC (ang. Quarter Inch Cartridge)
Napędy taśmowe, ze względu na raczej profesjonalne zastosowanie, zazwyczaj wyposażane
były w interfejs SCSI, a obecnie również w interfejsy sieciowe (Fibre-Channel), stając się
częścią sieci SAN.
Napęd optyczny ang. Optical Disc Drive - ODD) – jest to urządzenie, które za pomocą wiązki
lasera odczytuje lub zapisuje dane na tzw. nośnikach optycznych. Do najpopularniejszych
napędów optycznych zalicza się (chronologicznie):
CD-ROM - napęd czytający płyty CD w formatach CD-R, CD-ROM, CD-RW, CD-DA, CD-Extra,
CD-TEXT, Photo-CD, Video-CD, Multisession CD
nagrywarka CD - napęd czytający oraz zapisujący płyty CD w wyżej wymienionych formatach
DVD-ROM - napęd czytający płyty CD (patrz CD-ROM) oraz DVD w formatach DVD±R,
DVD±RW, DVD±R DL, DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-Video
combo CD/DVD - napęd będący hybrydą nagrywarki CD oraz DVD-ROM
nagrywarka DVD - napęd czytający oraz nagrywający płyty CD oraz DVD w formatach DVD±R,
DVD±RW, DVD±R DL, DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-Video
combo Blu-Ray - napęd będący hybrydą nagrywarki DVD oraz czytający płyty Blu-Ray w
formatach BD-ROM, BD-R, BD-RE
nagrywarka Blu-Ray napęd czytający oraz nagrywający płyty CD, DVD oraz Blu-Ray
We wszystkich powyższych napędach, podstawowym formatem nośnika są płyty o średnicy 12cm
(występują też pochodne o średnicy 8cm oraz nośniki w kształcie kart kredytowych). Prędkość
napędów optycznych podaje się w wielokrotnościach podstawowej prędkości 1x, która odpowiada
przepustowości 150 kB/s (napędy CD), 1350 kB/s (napędy DVD) lub 4500 kB/s (napędy Blu-Ray).
Np. maksymalny transfer CD-ROM-u o prędkości 8x wynosi 1,2 MB/s. Stały, niezależnie od
rodzaju technologii nośnika, jest czas potrzebny na odczyt (zapis) całkowicie zapełnionego nośnika
odpowiadający mnożnikowi, np. dla mnożnika 4x jest to ok. 22 minut (dla strategii ze stałą
prędkością liniową).
Napęd optyczny może znajdować się we wnętrzu komputera. Jest wówczas podłączony za pomocą
interfejsu ATA, SATA lub SCSI. Może też stanowić odrębne, zewnętrzne urządzenie, podłączane do
komputera za pomocą złącza USB, FireWire, SCSI, eSATA lub do sieci komputerowej poprzez
złącze LAN.
Płyta kompaktowa (ang. Compact Disc, CD-ROM – Compact Disc – Read Only Memory) —
poliwęglanowy krążek z zakodowaną cyfrowo informacją do bezkontaktowego odczytu światłem
lasera optycznego. Zaprojektowany w celu nagrywania i przechowywania dźwięku, przy użyciu
kodowania PCM, który dzisiaj jest tylko jednym ze standardów cyfrowego zapisu dźwięku. Taką
płytę nazywa się CD-Audio. Dzięki dużej jak na swoje czasy pojemności, niezawodności i niskiej
cenie, dysk kompaktowy stał się popularnym medium do zapisywania danych.
Standardowa płyta CD ma średnicę 120 mm i jest w stanie pomieścić 650 MB danych lub 74
minuty dźwięku.
Płyta kompaktowa została opracowana wspólnie przez koncerny Philips i Sony pod koniec lat 70.
Budowa nośnika, zapis danych
Płyty kompaktowe wykonane są z poliwęglanowej płytki o grubości 1,2 mm i średnicy 12 cm
pokrytej cienką warstwą glinu (aluminium), w której zawarte są informacje (w postaci kombinacji
mikrorowków i miejsc ich pozbawionych). Odczytywane są one laserem półprzewodnikowym
(AlGaAs) o długości fali około 780 nm. Zapis tworzy spiralną ścieżkę biegnącą od środka do
brzegu płyty.
Prędkość obrotowa płyty zmienia się w taki sposób, że stała jest prędkość liniowa głowicy
odczytującej względem ścieżki i dla prędkości odczytu x1 zawiera się w zakresie od 1,2 do 1,4 m/s.
Odczyt płyty odbywa się od środka na zewnątrz, a prędkość obrotowa maleje wraz z oddalaniem się
od środka płyty.
Dane są zapisywane w postaci pól (ang. land) i wgłębień (ang. pit). W płytach tłoczonych
wgłębienia mają głębokość 1/4 długości fali w materiale płyty lasera odczytującego (około 125
nm), w wyniku interferencji światła odbitego od otoczenia i wgłębienia następuje wygaszenie fali.
Wgłębienia mają szerokość 500 nm, a odległości między kolejnymi ścieżkami wynosi 1,6 µm.
Różnice w odbiciu światła są wykorzystywane przez serwomechanizm soczewki do prowadzenia
wiązki po ścieżce i jej ogniskowania.
Budowa płyty CD-R wchodzą 4 warstwy:
• Poliwęglanowa warstwa nośna w postaci plastikowego krążka
• Warstwy odbijającej złotej lub aluminiowej
• Warstwy barwnika który ulega stopieniu w momencie zapisu
• Warstwy ochronnej z lakieru.
Budowa płyty CD-RW
Nośnik CD-RW (ReWritable), jak sama nazwa wskazuje to płyta umożliwiająca nam zapis, odczyt i
dodatkowo kasowanie informacji. Moc lasera użytego do zapisu płyty powoduje, że część obszarów
ma postać krystaliczną a pozostała amorficzną. To powoduje że promieniowanie odczytujące jest
przekazywane lub pochłaniane. Wynika to z zastosowania specjalnego stopu metali, ale jest to
tajemnica producentów. Warstwa poliwęglanu posiada rowek prowadzący, nad nią znajduje się
warstwa ZnS-SiO2, zapewnia ona odpowiedni odbiór ciepła podczas zapisu laserowego płyty.
Wyżej naniesiono odbijającą warstwę aluminiową, całość kończy specjalna powłoka lakierowana
na której zazwyczaj występuje napis z logo producenta.
Budowane w ten sposób płyty CD-RW powodują pewne ograniczenia w zapisie danych, może on
się odbywać z niskimi prędkościami. Również trwałość nośnika jest niska, producenci zapewniają
tylko do ok. 1000 skasowań.
Pojemność i rozmiar
Standardowa płyta kompaktowa mieści 74 minuty muzyki, zapisanej przy użyciu kodowania PCM,
co odpowiada 650 MB danych. Standardowo dźwięk na płycie CD nie jest poddawany kompresji.
Powstały również nośniki mieszczące: 700 MB (80 min.) – obecnie najpopularniejsze w sprzedaży,
800 MB (90 min.), 870 MB (99 min.), a nawet 1,4 GB – płyty [dwustronne], przy czym dwie
ostatnie występują niemal wyłącznie jako płyty jednokrotnego zapisu. Wśród płyt pierwotnie
tłoczonych (komercyjnych) dominują wyłącznie rozmiary 650 MB, 700 MB. Rozmiar 800 MB jest
dosyć rzadko spotykany. Płyty większe niż 700 MB często sprawiają problemy podczas odczytu,
zwłaszcza w starszych odtwarzaczach.
Początkowo koncern Sony postulował, by średnica płyty wynosiła 12 cali. Ostatecznie
zdecydowano by płyta miała średnicę 12 cm (czyli tyle co popularna wówczas dyskietka 5,25 cala),
co pozwala zapisać od 74 do 80 minut muzyki.
Po wprowadzeniu standardu trwałość płyt szacowano na kilkaset lat. Dla płyt produkowanych w
latach 80. i początkach lat 90. te szacunki były prawdziwe - ówczesne płyty były wysokiej jakości.
Wraz z popularyzacją standardu i spadkiem cen samych płyt spadała także ich jakość, co
negatywnie odbija się na trwałości zapisu - choć dla odpowiednio przechowywanych płyt
tłoczonych wciąż liczony on jest w dziesiątkach lat.
Kolor
Nagrywarki zapisują dane na płytach pokrytych różnymi kolorami. Jest to powiązane z barwnikiem
użytym w warstwie odbijającej. Płyty zmieniają swój kolor na zielony, niebieski, żółty, złoty oraz
czarny. Kolor nośnika nie ma znaczenia przy odczycie danych, aktualnie wszystkie nowoczesne
CD-ROM-y i nagrywarki potrafią odczytywać i zapisywać na nich dane.
DVD+/DVD- Jedną z głównych różnic na korzyść „plusów“ to adresowanie każdego sektora na tak
zwanej ścieżce prowadzącej, dzięki temu pozycjonowanie lasera trwa znacznie krócej. W
przypadku „minusów“ zadanie ścieżki prowadzącej ma o wiele mniejsze znaczenie, a tzw. prepity
pozwalają nam na szybkie odszukanie jedynie bloku danych, a nie konkretnego sektora. Obecnie
różnice te nie maja żadnego znaczenia... no może po za tym gdzie będzie się odtwarzać daną płytę
bo jeżeli na odtwarzaczu który nie lubi nagrywanych płyt to lepiej nagrać +R. Różnice powstały z
powodu uporu w lansowaniu rożnych standardów prze konkurencyjne firmy.
Pamięć półprzewodnikowa
Pamięć flash (ang. flash memory) – rodzaj nieulotnej pamięci komputerowej, stanowiącej
rozwinięcie konstrukcyjne i kontynuację pamięci typu EEPROM. Dostęp do danych zapisanych w
pamieci flash wykorzystuje tzw. stronicowanie pamięci: operacje odczytu, zapisu lub kasowania
wykonywane są jednocześnie na ustalonej konstrukcyjnie liczbie komórek, pogrupowanych w
strukturę będącą wielokrotnością słowa maszynowego (bajtu). Cechą wyróżniającą pamięć flash
jest wykorzystanie technologii komórek wielostanowych (ang. multi level cell, MLC).
W zależności od wykorzystanego typu bramki logicznej, można wyróżnić dwa rodzaje pamięci
flash:
• pamięć flash typu NOR – wykorzystuje funktor binegacji logicznej (NOR)
• pamięć flash typu NAND – wykorzystuje funktor dysjunkcji logicznej (NAND)
Pamięć flash typu NOR umożliwia bezpośredni dostęp do każdej komórki pamięci, ale ma
stosunkowo długie czasy zapisu i kasowania. Z tego względu nadaje się do przechowywania
danych, które nie wymagają częstej aktualizacji, jak np. firmware różnego rodzaju urządzeń.
Wytrzymuje od 10 do 100 tys. cykli programowania. Stosowano ją w pierwszych wersjach kart
pamięci CompactFlash, ale później zastąpiono tańszymi pamięciami flash typu NAND.
Pamięć flash typu NAND, w stosunku do pamięci typu NOR, ma krótszy czas zapisu i
kasowania, większą gęstość upakowania danych, korzystniejszy stosunek kosztu do pojemności
oraz dziesięciokrotnie większą trwałość. Jednak główną cechą pamięci tego typu jest sekwencyjny
dostęp do danych. Ogranicza to zakres zastosowań tylko jako pamięć masowa, np. w kartach
pamięci.
Standardowe pamięci EEPROM pozwalają zapisywać lub kasować tylko jedną komórkę pamięci na
raz, co oznacza, że pamięci flash są znacznie szybsze, jeśli system je wykorzystujący zapisuje i
odczytuje komórki o różnych adresach w tym samym czasie. Wszystkie rodzaje pamięci EEPROM,
w tym pamięci flash, mają technologicznie ograniczoną liczbę cykli kasowania (zapisu) –
przekroczenie tej liczby powoduje nieodwracalne uszkodzenia.
Pamięci flash są powszechnie stosowane we wszelkich kartach pamięci, pamięciach USB
(pendrive) oraz pamięciach SSD (dysk SSD).
Obecnie w użyciu są następujące karty pamięci stosujące jako nośnik danych pamięć flash:
MultiMedia Card (MMC), ,Secure Digital (SD), Memory Stick (MS), CompactFlash (CF),
SmartMedia (SM), xD Picture Card (xD)
Pamięć USB (znana także pod nazwami: pendrive, USB Flash Drive, Flash Disk, Flashdrive,
Finger Disk, Massive Storage Device, Flash Memory Stick Pen Drive, USB-Stick) – urządzenie
przenośne zawierające pamięć nieulotną typu Flash EEPROM, zaprojektowane do współpracy z
komputerem poprzez port USB i używane do przenoszenia danych między komputerami oraz
urządzeniami obsługującymi pamięci USB.
Dysk SSD Termin "solid-state" nawiązuje do fizyki ciała stałego (ang. solid-state physics) i zwykle
oznacza zastosowanie w danym urządzeniu tranzystorów, w odróżnieniu od technologii
wykorzystujących lampy elektronowe. W odniesieniu do SSD określenie solid state akcentuje
ponadto zastosowanie w tym urządzeniu wyłącznie elementów nieruchomych w odróżnieniu od
dysków twardych zawierających również mechanizmy.
Aby zachować zgodność z wcześniejszymi rozwiązaniami większość napędów SSD
wyposażono w interfejs serial ATA (SATA), charakterystyczny dla współczesnych dysków twardych
i dlatego skrótowiec SSD tłumaczony jest też czasem jako solid state disk – w analogii do hard disk.
Dostępne są także urządzenia SSD zainstalowane na kartach PCI Express.
Napęd Zip, Iomega Zip – przenośny napęd produkowany przez firmę Iomega, który obsługiwał
3,5-calowe dyski Zip występujące w trzech odmianach: 100 MB, 250 MB i 750 MB. Dyskietki o
mniejszych pojemnościach są kompatybilne z napędami obsługującymi większe pojemności. Napęd
oferował szybkość dostępu 25 ms i szybkość transferu do 1,4 MB/s. Był łączony z komputerem za
pomocą interfejsu SCSI, IDE, portu równoległego Centronics lub USB. W przypadku portu
Centronics, napęd Zip można połączyć w łańcuch wraz z drukarką, co pozwala na podłączenie
obydwu urządzeń naraz. Przeniesienie danych wymagało albo noszenia ze sobą całego napędu i
podłączania go do innego komputera, albo obecności napędu w innej maszynie, co przy ich
stosunkowo małej popularności było rzadko możliwe.
Napęd Jaz - produkowany przez firmę Iomega przenośny napęd dysków o pojemności 1 GB i 2
GB, czasie dostępu 10-12 ms i szybkości transferu 7,4 MB/s, łączony z komputerem za pomocą
interfejsu SCSI. Napęd ten z założenia miał zastąpić wcześniej zaprojektowane napędy Zip, których
pojemność ograniczona była wówczas do 100 i 250 MB.
Istotą technologii Jaz jest oddzielenie talerzy dysku twardego od jego układów elektronicznych.
Dwa talerze dysku twardego zostały zamknięte w kasetce z tworzywa sztucznego, zaś głowica,
układ pozycjonujący i cała elektronika zostały przeniesione do napędu. W konsekwencji tego
podziału otrzymano pełnoprawny wymienny dysk twardy podłączany przez magistralę SCSI, który
może być nawet jedynym twardym dyskiem systemowym.
HHD (ang. Hybrid Hard Disk) – komputerowy hybrydowy 'dysk twardy'. Podstawę konstrukcji
stanowi tradycyjny dysk twardy, w którego obudowie umieszczono moduł pamięci flash typu SLC
NAND (stosowaną m.in. w dyskach SSD, pendrive'ach i kartach pamięci)któ¶y stanowi swego
rodzaju „Cache” dla dysku. Dysk ten jest połączeniem tych dwóch typów pamięci, łączącym zalety
obydwu technologii: szybkość odczytu i dostępu do danych pamięci flash oraz pojemność
'zwykłego' dysku twardego. Dyski HHD współpracują z interfejsem SATA.
Dysk magnetooptyczny (z ang. magneto-optical disk, skrót M.O.). Rodzaj dysku wymiennego w
postaci krążka z tworzywa sztucznego pokrytego warstwą materiału magnetycznego, zabezpieczony
ochronną powłoką z plastiku lub szkła umieszczony w kasecie chroniącej nośnik przed
uszkodzeniem mechanicznym. Wymiary dysków magnetooptycznych są typowymi wymiarami
nośników (i napędów) stosowanych w urządzeniach komputerowych. Dyski magnetooptyczne 3,5
cala mają pojemności od 128 MB do 2,3 GB, dyski magnetooptyczne 5,25 cala maja pojemność od
650 MB do 9,1 GB. Wykonywane są w dwóch wersjach. Dyski magnetooptyczne "write-once"
przeznaczone są wyłącznie do jednokrotnego zapisu danych na dysku. Raz zapisanych danych nie
można potem skasować, na takim dysku nie można nic ponownie zapisać. Dyski "rewritable" są
dyskami do wielokrotnego zapisu. Technologia zapisu magnetooptycznego to najbezpieczniejszy
sposób przechowywania danych. Największą jego zaleta jest odporność na działanie sił pola
elektromagnetycznego, a gwarancja dostępu do danych określana jest na kilkadziesiąt lat.
ATA (IDE) (ang. Advanced Technology Attachments) – interfejs systemowy w komputerach
klasy PC i Amiga przeznaczony do komunikacji z dyskami twardymi zaproponowany w 1983 przez
firmę Compaq. Używa się także zamiennie skrótu IDE (ang. Integrated Drive Electronics), od 2003
roku (kiedy wprowadzono Serial ATA) standard ten jest określany jako PATA (od "Parallel ATA").
ATAPI (ang. Advanced Technology Attachment Packet Interface) – interfejs systemowy w
komputerach klasy PC. ATAPI to de facto rozszerzona wersja standardu ATA, wprowadzająca wiele
usprawnień pod kątem obsługi wymiennych mediów. Głównie dotyczyło to napędów CDROM/DVD, napędów taśmowych, czy też dyskietek o dużych rozmiarach – ZIP, SuperDisk. W
wyniku wprowadzonych zmian w standardzie ATA, od tamtej pory przyjął on nazwę ATA/ATAPI
Standardowo na płycie główne znajdują się 2 gniazda na taśmy ATA do której można podłączyć
maksymalnie 2 urządzenia. Transfer pomiędzy urządzeniem pamięci masowej płytą główna
odbywać się może w kilku trybach pracy:
PIO (z ang. Programmed Input Output – programowane wejście/wyjście) – technika obsługi
operacji wejścia/wyjścia między CPU a urządzeniami IDE/ATA polegająca na wykorzystaniu
procesora jako układu je nadzorującego. Wymaga dużego zaangażowania procesora w procesie
transferu danych, dlatego jest używana coraz rzadziej, zwłaszcza, gdy wymagane są duże prędkości
transmisji.
DMA Direct Memory Access, (z ang. bezpośredni dostęp do pamięci) – technika, w której sprzęt
komputerowy podłączony do płyty głównej, np. karta graficzna, karta dźwiękowa, karta sieciowa
czy kontroler dysku twardego, mogą korzystać z pamięci operacyjnej RAM lub portów we-wy,
pomijając przy tym CPU. Wymaga to niewielkiej współpracy ze strony procesora, który musi
zaprogramować kontroler DMA do wykonania odpowiedniego transferu danych, a następnie na
czas przesyłania danych zwolnić magistralę systemową. Natomiast sam transfer danych jest już
zadaniem wyłącznie kontrolera DMA. Realizacja cykli DMA może być przejmowana przez
dedykowany układ cyfrowy, tak jak np. w komputerach PC, lub być realizowana programowo przez
dane urządzenie. DMA ma za zadanie odciążyć procesor główny od przesyłania danych (np. z
urządzenia wejściowego do pamięci). Procesor może w tym czasie zająć się innymi działaniami,
wykonując kod programu pobrany uprzednio z pamięci RAM do pamięci podręcznej. Standard
DMA w odniesieniu do dysków twardych został rozwinięty w:
UDMA (Ultra-DMA Ultra-Direct Memory Access, - standard interfejsu transferu danych między
pamięcią RAM a dyskami twardymi, w którym wykorzystywane jest równoległe przesyłanie
danych.
W historii pojawiło się siedem generacji UDMA.
Generacje UDMA
Tryb
Mode 0
Mode 1
Mode 2
Mode 3
Mode 4
Mode 5
Mode 6
Mode 7
Transfer
16,7 MByte/s
25,0 MByte/s
33,3 MByte/s
44,4 MByte/s
66,7 MByte/s
100,0 MByte/s
133,3 MByte/s
166,0 MByte/s
Nazwa
UDMA16
UDMA25
UDMA33
UDMA44
UDMA66
UDMA100
UDMA133
UDMA166
Standard ATA nie jest już rozwijany w kierunku zwiększania szybkości transmisji. Początkowo
stosowano oznaczenia ATA-1, ATA-2 itd., obecnie używa się określeń związanych z
przepustowością interfejsu (ATA/33, ATA/66, ATA/100, ATA/133).
ATA-1
Tryby DMA: Single word DMA 0, 1, 2 oraz Multiword DMA 0 CHS (Cylinder/Head/Sector) – 24 bitowy tryb adresowania napędów dyskowych przez BIOS przy użyciu # 13 przerwania. Ten sposób
umożliwiał teoretyczne zaadresowanie dysków o maksymalnej pojemności 8.4 GB (224x512
bajtów/sektor = 8.4GB) w rzeczywistości o rozmiarze 524 MB (1024x16x64) z powodu ograniczeń
Bios’u produkowanych w tamtych czasach komputerów.
Specyfikaca ATA 1
•
Trybt transmisji: PIO 0,1,2 ,Single Word DMA 0, 1, 2, Multiword DMA 0
•
Przepustowość: 2.1 – 8.3 MB/s
•
Max. Liczba urządzeń: 2
•
Przewód połączeniowy: 40-pin
•
Data wprowadzenia: 1981
ATA – 2 Wprowadzenie w 1994 roku nowego interfejsu dla dysków IDE, było podyktowane
sprzedażą komputerów, wyposażonych w taktowane wysokimi częstotliwościami procesory 486
oraz pierwsze układy Pentium, które wymagały bardzo szybkich pamięci masowych.
Parametry ATA2
•
Dwa nowe, szybkie tryby PIO: PIO 3 i 4
•
Nowe tryby Multiword DMA: 1 i 2
•
Block Mode - tryb transmisji blokowej zwany czasami Multi-SectorTransfers: zwiększa
wydajność urządzenia dzięki możliwości odczytu lub zapisu kilku sektorów jednocześnie
•
LBA - Logical Block Addressing: nowy 28-bitowy tryb adresowania danych zgromadzonych
na nośniku, umożliwiający przekroczenie bariery 504 MB (możliwość zaadresowania 137.4GB
danych = 228x512 bajtów/sektor)
•
Plug and Play ATA - wprowadzone dodatkowe rozkazy identyfikujące napędy (geometria,
tryby transmisji, rodzaj adresowania), sterujące zasilaniem (komendy STANDBY), automatyczną
konfiguracją master/slave tzw. CS - Cable Select
Specyfikacja: ATA-2
•
Tryby transmisji: PIO 0,1,2,3,4, Single word DMA,1,2, Multiword DMA 0,1,
•
Przepustowość: 2.1 - 16.6 MB/s
•
Max. liczba urządzeń: 4 (dwa na kanał)
•
Przewód połączeniowy: 40-pin
•
Data wprowadzenia: 1994
ATA-3 jest naturalnym rozwinięciem interfejsu ATA-2, rozszerzonym o dodatkowe funkcje
zwiększające bezpieczeństwo składowanych i transmitowanych danych.
•
Zgodność z wcześniejszymi interfejsami
•
Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology - S.M.A.R.T.
•
Simple Password - proste zabezpieczenie dostępu hasłem
•
Zmodyfikowany Power Management
Specyfikacja: ATA-3
•
Tryb transmisji: PIO 0,1,2,3,4, Single word DMA 0,1,2, Multiword DMA 0,1,2
•
Przepustowość: 2.1 – 16.6 MB/s
•
Max. liczba urządzeń: 4 (dwa na kanał)
•
Przewód połączeniowy: 40-pin
•
Data wprowadzenia: 1996
ATA – 4/ATAPI Ta specyfikacja interfejsu ATA została wprowadzona w 1997 roku, a na rynku
spotyka się kilka jej określeń: ATA – 4, Ultra ATA, UDMA/33
ATA - 4 do transmisji danych stosuje nowy, szybszy tryb komunikacji Ultra DMA mode 2, który
pozwala na przesył danych w trybie Burst (tzw. transferu chwilowego) z prędkością 33.3 MB/s.
Specyfikacja: ATA – 4/UDMA-33
•
Tryb transmisji: PIO 0,1,2,3,4, Single word DMA 0,1,2, Multiword DMA 0,1,2, Ultra DMA 2
•
Przepustowość: 2.1 – 33.3 MB/s
•
Max. liczba urzadzeń: 4 (dwa na kanał)
•
Przewód połączeniowy: 40-pin
•
Data wprowadzenia: 1997
ATA - 5/ATAPI
Specyfikacja: ATA - 5/UDMA – 66
•
Tryby transmisji:PIO 0,1,2,3,4, Single word DMA 0,1,2,
•
Multiword DMA 0,1,2, Ultra DMA 2, 3, 4
•
Przepustowość: 2.1 - 66.6 MB/s
•
Max. liczba urzadzeń: 4 (dwa na kanał)
•
Przewód połączeniowy: 40-pin (80 żyłowy)
•
Data wprowadzenia: 1999
ATA - 6/ATA - 100
•
Tryby transmisji:PIO 0,1,2,3,4, Single word DMA 0,1,2,
•
Multiword DMA 0,1,2, Ultra DMA 2, 3, 4,5
•
Przepustowość: 2.1 - 100 MB/s
•
Max. liczba urzadzeń: 4 (dwa na kanał)
•
Przewód połączeniowy: 40-pin (80 żyłowy)
•
Data wprowadzenia: 2002 rok
ATA - 7/ATA - 133
•
Tryby transmisji:PIO 0,1,2,3,4, Single word DMA 0,1,2,
•
Multiword DMA 0,1,2, Ultra DMA 2, 3, 4,5,6
•
Przepustowość: - 133 MB/s
•
Max. liczba urządzeń: 4 (dwa na kanał)
•
Przewód połączeniowy: 40-pin (80 żyłowy)
•
Data wprowadzenia: 2005 rok
Serial ATA (ang. Serial Advanced Technology Attachment, SATA) – szeregowa magistrala
komputerowa, opracowana i certyfikowana przez SATA-IO[1], służąca do komunikacji pomiędzy
adapterami magistrali hosta (HBA) a urządzeniami pamięci masowej, takimi jak dyski twarde, SSD,
napędy optyczne i taśmowe. Kable SATA są węższe i bardziej elastyczne od kabli ATA, co ułatwia
układanie oraz poprawia warunki chłodzenia wnętrza komputera. Również złącza SATA wykonane
w technologii LIF (ang. Low Insertion Force) są zminiaturyzowane, umożliwiając zastosowanie
SATA w coraz to mniejszych urządzeniach (mSATA). a także zmniejszając ilość potrzebnego
miejsca na gniazda kontrolera płyty głównej. Dodatkowo zespół złącz SATA (zasilający +
sygnałowy) został tak zaprojektowany, że może być stosowany jako zintegrowane złącze typu hot
plug. Długość przewodu SATA może dochodzić do 1 metra.
Wersje standardu Jak dotąd, opracowano trzy generacje interfejsu SATA. Pierwsza, najstarsza
wersja SATA I umożliwia transmisję danych z maksymalną przepustowością 1,5 Gbit/s (ok. 179
MiB/s). Druga generacja (SATA II) oferuje przepustowość 3,0 Gbit/s (ok. 358 MiB/s). Trzecia
generacja (SATA 3), zaprezentowana oficjalnie po raz pierwszy 27 maja 2009 roku udostępnia
przepustowość 6,0 Gbit/s (ok. 715 MiB/s).
Rodzaje złącz:
eSATA (external SATA) to zewnętrzny port SATA 3 Gbit/s, przeznaczony do podłączania pamięci
masowych zewnętrznych. Główną ideą eSATA jest zapewnienie identycznej prędkości przesyłania
danych w urządzeniach zewnętrznych, jaka osiągalna jest dla napędów wewnętrznych. W
przeciwieństwie do USB port eSATA nie musi zapewniać zasilania - oryginalny port eSata był bez
zasilania, dopiero port eSATAp będący w istocie hybrydą eSATA i USB dostarcza zasilanie. Porty
eSATA i eSATAp są fizycznie niekompatybilne.
xSATA to rozwinięcie standardu eSATA. Jest to zewnętrzne połączenie SATA o długości do 8
metrów przy użyciu ekranowanych kabli i złącz.
mSATA (mini-SATA) W związku z wciąż postępującą miniaturyzacją pamięci masowych oraz
elektroniki w komputerach mobilnych, SATA-IO opracowała nową generację złącza do zastosowań
w takich urządzeniach jak netbooki oraz dyski SSD 1.8". Maksymalna przepustowość mSATA
wynosi 6 Gbit/s.
SCSI (skrót z ang. Small Computer Systems Interface) – równoległa magistrala danych
przeznaczona do przesyłania danych między urządzeniami. System SCSI do niedawna był
powszechnie wykorzystywany głównie w wysokiej klasy serwerach i stacjach roboczych. Obecnie
jest on stopniowo wypierany przez nowszy interfejs SAS. Tańsze komputery domowe wykorzystują
przeważnie standard Serial ATA II, który i tak jest szybszy od SCSI (wcześniej najpowszechniejszy
był standard ATA/IDE).
Właściwości Wszystkie urządzenia podłączone do magistrali są równorzędne, każde z nich może
pełnić rolę zarówno inicjatora (rozpoczynać operację), jak i celu (wykonywać operację zleconą
przez inicjatora). Niektóre urządzenia potrafią pełnić tylko jedną z ról.
Elektryczna budowa magistrali SCSI wymaga zakończenia jej specjalnym terminatorem.
Każde z urządzeń podłączonych do magistrali SCSI posiada unikatowy w obrębie magistrali adres –
identyfikator (ang. SCSI ID). Pierwotnie do adresowania urządzeń wykorzystywane były trzy bity
magistrali, co pozwalało na połączenie ze sobą maksymalnie 8 urządzeń. W chwili, gdy magistrala
danych rozrosła się do szerokości 16 bitów, została również rozszerzona do 4 bitów część
adresująca urządzenia. Identyfikator pełni również rolę priorytetu przy rozstrzyganiu próby
jednoczesnego dostępu więcej niż jednego urządzenia do magistrali. Zwyczajowo kontroler
posługuje się identyfikatorem 7. W obrębie jednego identyfikatora istnieją również tzw. LUN (ang.
Logical Unit Number) identyfikujące tzw. urządzenie logiczne na jakie może być podzielone
urządzenie fizyczne SCSI. Przykładem takiego urządzenia mogą być zmieniarki płyt CD, w których
poszczególne elementy składowe (magazynki, czytniki) mogą być identyfikowane przy pomocy
LUN.
Najczęściej do magistrali poprzez kontroler podłączony jest jeden komputer oraz urządzenia
pamięci masowej (dyski twarde oraz napędy taśmowe). Spotykane są też inne urządzenia, np.
skanery, drukarki, nagrywarki. Magistrala SCSI pozwala na podłączenie dysku do więcej niż
jednego komputera (tzw. układ V). Możliwe jest również przesyłanie danych bezpośrednio
pomiędzy urządzeniami bez ingerencji komputera (np. wykonanie kopii macierzy dyskowej na
taśmie magnetycznej).
Magistralę SCSI można podzielić ze względu na kilka kryteriów:
• sposób transmisji:
• asynchroniczny
• synchroniczny
• prędkość transmisji
• od 5 MB/s do 640 MB/s
• szerokość magistrali
• 8 bitów
• 16 bitów
• parametry elektryczne
• sterowanie napięciowe (Single Ended) oznaczane jako SE
• sterowanie różnicowe (Differential lub High Voltage Diferenetial) – HVD (5,0 V,
długość kabla w zależności od wersji do 25 m)
• sterowanie różnicowe niskonapięciowe (Low Voltage Differential) – LVD (3,3 V,
długość kabla do 12 m)
Uwaga: wersja Differental (HVD) jest elektrycznie niekompatybilna z pozostałymi wersjami podłączenie urządzenia HVD do innych urządzeń skutkuje ich zniszczeniem. Ze względu na
jednakowe wtyki takie pomyłki były możliwe.
Odmiany SCSI
• SCSI-1: pierwsza wersja standardu. Pozwalała na transfer z prędkością 5 MB/s na odległość
6 m,
• SCSI-2: kolejna wersja standardu. Składa się z dwóch wariantów, zwiększających transfer
do 10 lub 20 MB/s (odpowiednio Fast SCSI i Wide SCSI). Maksymalna odległość to około
3 metry,
• SCSI-3: znany jako Ultra SCSI, prędkość transferu 20-40 MB/s, teoretycznie maksymalna
odległość zostaje nadal 3 metry,
• Ultra2 SCSI: wprowadzono technologię Low Voltage Differential, pozwalającą na
zwiększenia maksymalnej odległości do ~12 m. Prędkość transferu 40-80 MB/s,
• Ultra3 SCSI (Ultra160 SCSI): maksymalny transfer 160 MB/s, dodano funkcje
wspomagające wykrywanie i usuwanie przekłamań.
• Ultra4 SCSI (Ultra320 SCSI): maksymalny transfer 320 MB/s.
• Ultra 640 SCSI: maksymalny transfer 640 MB/s.
SAS Serial Attached SCSI - interfejs komunikacyjny, będący następcą SCSI, używany do
podłączania napędów (głównie dysków twardych). Stosowany przede wszystkim w serwerach. SAS
jest częściowo kompatybilny z SATA - dyski SATA prawidłowo współpracują z kontrolerami SAS.
Standard SAS zawiera następujące protokoły:
• Serial SCSI Protocol (SSP) — do obsługi napędów SAS.
• Serial ATA Tunneling Protocol (STP) — do obsługi dysków SATA.
• Serial Management Protocol (SMP) — do zarządzania ekspanderami SAS
SAS określa rodzaj złączy i poziomy napięcia. Choć nie są one identyczne, charakterystyka
fizyczna okablowania SAS i SATA są tak do siebie zbliżone, że prawdopodobnie żadna z
technologii nigdy nie będzie wyraźnie szybsza od drugiej.
Złącza SAS są znacznie mniejsze niż SCSI, dzięki czemu umożliwiają podłączanie także małych
napędów. Obecnie SAS oferuje prędkości transferu osiągające 3 Gbit/s i 6 Gbit/s, ale oczekuje się,
że do roku 2012 zostanie osiągnięta prędkość 12 Gbit/s.
RAID (ang. Redundant Array of Independent Disks, Nadmiarowa macierz niezależnych dysków)
– polega na współpracy dwóch lub więcej dysków twardych w taki sposób, aby zapewnić
dodatkowe możliwości, nieosiągalne przy użyciu jednego dysku jak i kilku dysków podłączonych
jako oddzielne.
RAID używa się w następujących celach:
•
zwiększenie niezawodności (odporność na awarie),
•
zwiększenie wydajności transmisji danych,
•
powiększenie przestrzeni dostępnej jako jedna całość.
Podczas projektowania macierzy RAID uwzględniane są różnorodne zastosowania pamięci
masowej w systemach komputerowych. Przeznaczenie macierzy implikuje wybór odpowiednich
technologii w zakresie dysków, kontrolerów, pamięci podręcznej, sposobu przesyłania danych oraz
poziomu niezawodności (odpowiedniej nadmiarowości/redundancji podzespołów i połączeń).
Spotykane są zarówno rozwiązania programowe, gdy odpowiedni moduł systemu operacyjnego
zajmuje się odczytem/zapisem danych w macierzy, jak również sprzętowe, w których stosuje się
dedykowane sprzętowe kontrolery RAID
Każde z wymienionych rozwiązań ma swoje zalety i wady.
RAID sprzętowy
większa wydajność poprzez zmniejszenie obciążenia
CPU,
RAID programowy
relatywnie mniejsza wydajność związana z
większym obciążeniem CPU,
partycja startowa powinna znajdować się
możliwość bezpośredniego startu systemu z macierzy
poza macierzą, co wiąże się z koniecznością
dyskowej w związku z przezroczystością macierzy
zastosowania dodatkowego nośnika
dyskowej dla systemu operacyjnego
wyłącznie do celu ładowania systemu
większa kompatybilność z mniej popularnymi
nie wszystkie systemy operacyjne obsługują
systemami operacyjnymi; konfiguracja macierzy
technologię RAID, co czasami może
odbywa się poprzez menu podobne do menu BIOS,
oznaczać instalację dodatkowego
dostępne jeszcze przed startem systemu operacyjnego,
oprogramowania dedykowanego dla danego
dla OS sama macierz zachowuje się jak każdy inny
systemu
dysk twardy
niestandardowy sposób zapisu danych na nośnikach
standardowy (często również otwarty)
wykorzystujący własnościowe protokoły i struktury
sposób zapisu danych pozwalający na
danych inne dla każdego producenta, co w przypadku
korzystanie z macierzy dyskowej po
uszkodzenia kontrolera może uniemożliwić
podłączeniu do innego systemu
odzyskanie danych pomimo sprawnie działających
obsługującego ten standard
dysków twardych
możliwość łączenia różnych interfejsów
takich jak ATA, SCSI, SATA, USB w
obrębie jednej macierzy
Standardowe poziomy RAID
RAID 0 (STRIPING)
Polega na połączeniu ze sobą dwóch lub więcej dysków fizycznych tak, aby były widziane jako
jeden dysk logiczny. Powstała w ten sposób przestrzeń ma rozmiar taki jak N*rozmiar
najmniejszego z dysków. Dane są przeplecione pomiędzy dyskami.
Korzyści:
• przestrzeń wszystkich dysków jest widziana jako całość,
• przyspieszenie zapisu i odczytu w porównaniu do pojedynczego dysku.
Wady:
• brak odporności na awarię dysków,
• N*rozmiar najmniejszego z dysków (zwykle łączy się jednakowe dyski),
• zwiększenie awaryjności. Awaria pojedynczego dysku powoduje utratę
wolumenu,
RAID 1 (lustrzany)
Polega na replikacji pracy dwóch lub więcej dysków fizycznych. Powstała przestrzeń ma rozmiar
najmniejszego nośnika. RAID 1 jest zwany również lustrzanym (ang.
mirroring). Szybkość zapisu i odczytu zależy od zastosowanej strategii:
Korzyści:
• odporność na awarię N – 1 dysków przy N-dyskowej macierzy
• możliwe zwiększenie szybkości odczytu
• możliwe zmniejszenie czasu dostępu
Wady:
• możliwa zmniejszona szybkość zapisu
• utrata pojemności (całkowita pojemność jest taka jak pojemność
najmniejszego dysku)
RAID 2
Dane na dyskach są paskowane. Zapis następuje po 1 bicie na pasek. Potrzebujemy minimum 8
powierzchni do obsługi danych oraz dodatkowe dyski do przechowywania informacji
generowanych za pomocą kodu Hamminga potrzebnych do korekcji błędów.
RAID 3
Dane składowane są na N-1 dyskach. Ostatni dysk służy do przechowywania sum kontrolnych.
Działa jak striping (RAID 0), ale w macierzy jest dodatkowy dysk, na którym zapisywane są kody
parzystości obliczane przez specjalny procesor.
RAID 4
RAID 4 jest bardzo zbliżony do RAID 3, z tą różnicą, że dane są dzielone na większe bloki (16, 32,
64 lub 128 kB). Takie pakiety zapisywane są na dyskach podobnie do rozwiązania RAID 0. Dla
każdego rzędu zapisywanych danych blok parzystości zapisywany jest na dysku parzystości.
Przy uszkodzeniu dysku dane mogą być odtworzone przez odpowiednie operacje matematyczne.
Parametry RAID 4 są bardzo dobre dla sekwencyjnego zapisu i odczytu danych (operacje na bardzo
dużych plikach).
RAID 5
Poziom piąty pracuje bardzo podobnie do poziomu czwartego z tą różnicą, iż bity parzystości nie są
zapisywane na specjalnie do tego przeznaczonym dysku, lecz są rozpraszane po całej strukturze
macierzy. RAID 5 umożliwia odzyskanie danych w razie awarii jednego z dysków przy
wykorzystaniu danych i kodów korekcyjnych zapisanych na pozostałych dyskach.
RAID 6
Macierz z podwójną parzystością, realizowana np. jako 5+2, albo 13+2. Kosztowniejsza w
implementacji niż RAID 5, ale dająca większą niezawodność. Awaria dwóch dowolnych dysków w
tym samym czasie nie powoduje utraty danych.
Korzyści:
• odporność na awarię maksimum 2 dysków
• szybkość pracy większa niż szybkość pojedynczego dysku.
RAID 0+1
Macierz realizowana jako RAID 1, którego elementami są macierze
RAID 0. Macierz taka posiada zarówno zalety macierzy RAID 0 –
szybkość w operacjach zapisu i odczytu – jak i macierzy RAID 1 –
zabezpieczenie danych w przypadku awarii pojedynczego dysku.
Pojedyncza awaria dysku powoduje, że całość staje się w praktyce
RAID 0. Potrzebne są minimum 4 dyski o tej samej pojemności.
RAID 1+0
Nazywana także RAID 10. Macierz realizowana jako RAID 0, którego
elementami są macierze RAID 1. W porównaniu do swojego
poprzednika (RAID 0+1) realizuje tę samą koncepcję połączenia zalet
RAID 0 (szybkość) i RAID 1 (bezpieczeństwo) lecz w odmienny
sposób.
Matrix RAID
Polega na połączeniu ze sobą dwóch dysków fizycznych tak, aby część dysku
działała jak RAID 0 (striping), a inna część jak RAID 1 (mirroring) (szczegóły
działania macierzy RAID 0 i RAID 1 znajdziesz powyżej). De facto sprowadza
się to do tworzenia układów RAID na poziomie logicznych partycji dyskowych
niezależnie dla każdej z partycji.