Pamięć masowa, (ang.) mass storage memory – jest

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:
• Taśma magnetyczna
• Napęd Jaz
• HHD
• Napęd Zip
• Dysk magnetooptyczny
Pamięci masowe łączą się z komputerem poprzez łącze zwane interfejsem. Typowe interfejsy
pamięci masowych to:
• Serial ATA
• ATA (IDE)
• SCSI
• 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.
CDN …. ;-)