Pamięci masowe

Architektura Systemów
Komputerowych
Pamięci
masowe
Dysk sztywny - obsługa dysku
Pamięci optyczne
Pamięci półprzewodnikowe
1
Pamięci masowe
Pamięć masowa to trwała pamięć przeznaczona do
długotrwałego przechowywania danych bez konieczności
zasilania energią elektryczną.
Pamięci masowe odznaczają się zazwyczaj dużo większymi
pojemnościami od pamięci operacyjnej komputera.
Dostęp do danych w pamięci masowej jest wolniejszy,
niż w przypadku pamięci operacyjnej.
2
Pamięci masowe
Klasyfikacja nośników pamięci masowych:
•Magnetyczne – dyski sztywne, taśma magnetyczna
•Optyczne – płyty CD, DVD, HD DVD, Blue-Ray-Disk
•Półprzewodnikowe – pamięci FLASH
3
Pamięci masowe
Historia rozwoju nośników pamięci masowych:
Karta perforowana
Taśma magnetyczna
Taśma perforowana
Źródło: http://pclab.pl/
Dysk elastyczny (dyskietka)
4
Dysk sztywny (twardy)
•Dysk sztywny – urządzenie integrujące we wspólnej obudowie
magnetyczny nośnik danych w postaci systemu talerzy
umieszczonych na jednej osi, układy napędowe oraz sterujące.
•Popularna nazwa: dysk twardy, jest używana błędnie, gdyż
istotną cechą tego rodzaju dysku jest sztywność talerzy, a nie ich
twardość.
•Głowice zapisująco-odczytujące unoszą się podczas pracy
dysku na poduszce powietrznej nad talerzami.
5
Budowa dysku sztywnego
Źródło: http://wwwnt.if.pwr.wroc.pl
6
Parametry dysku sztywnego
•Pojemność – obecnie mierzona w gigabajtach (GB)
lub terabajtach (TB)
•Prędkość obrotowa talerzy – liczba obrotów na minutę, obecnie
5000 do 20000 obr/min
•Czas dostępu – czas pomiędzy początkiem wirowania i
rozpoczęciem przesyłania danych
7
Połączenie dysku sztywnego
z magistralami komputera
Płyta główna
Bufor
transmisji
danych
Kontroler dysku
sztywnego
(procesor DSP)
8
Standardy łączenia dysku
z systemem mikroprocesorowym
•IDE - równoległa magistrala pozwalająca na podłączenie dwóch
dysków (master-slave), szybkość transferu danych 504Mb/s.
•SCSI - równoległa magistrala, pozwalająca na podłączenie wielu
dysków tworzących rodzaj minisieci, komunikacją zarządzają
kontrolery SCSI.
•SATA – magistrala szeregowa pozwalająca na łatwe łączenie
dysku z płytą dzięki wąskim przewodom, szybkość transferu
danych 1,5Gb/s (SATA2 – 3Gb/s).
9
Obsługa dysku sztywnego
Zadania kontrolera dysku sztywnego
•Konwersja formatu danych z magistrali do szeregowej
postaci, dającej się zapisać na powierzchni nośnika (RLL)
•Konwersja danych odczytanych z dysku do postaci, w jakiej
będą wysyłane na magistralę
•Dodawanie sum kontrolnych CRC i danych sterujących oraz
synchronizujących
•Sprzętowa kontrola i korekcja błędów odczytu
•Zarządzanie pracą silnika i ruchem głowicy zapisującoodczytującej
10
Obsługa dysku sztywnego
Operacje dyskowe składają się z cykli programowania
kontrolera dysku sztywnego
Fazy cyklu programowania kontrolera:
•Przekazania rozkazu
•Przekazania danych
•końcowa
11
Fizyczna organizacja danych
na dysku
Ścieżka,
sektor,
cylinder
Źródło:
http://www.linuxpl.org
12
System kodowania danych
na dysku
Dane na dysku magnetycznym są kodowane w postaci ciągu
impulsów przemagnesowujących.
MFM (Modified Frequency Modulation) – metoda kodowania stosowana
na dyskach elastycznych
RLL (Run Length Limited) – metoda kodowania danych stosowana na
dyskach sztywnych, nie wymagająca sygnału synchronizującego,
zapewniająca bardzo dobre upakowanie danych.
13
System kodowania danych
na dysku
Idea kodowania RLL(2,7) - liczba zer zawiera się zawsze w przedziale
od 2 do 7. Wejściowy strumień danych poddawany jest takiemu
przekodowaniu, które gwarantuje spełnienie tego wymogu.
Kodowanie:
Dane wejściowe
Dane wyjściowe
000
000100
10
0100
010
100100
0010
00100100
11
1000
011
001000
0011
00001000
14
System kodowania danych
na dysku
Porównanie
MFM i RLL(2,7)
15
Organizacja i tworzenie
struktury dysku
Partycja - ciągły obszar dysku wykrywany przez system operacyjny jako
oddzielny dysk logiczny. Informacja o partycjach jest zapisana w tablicy
partycji.
Formatowanie niskiego poziomu - proces nanoszenia na powierzchnię
dysku ścieżek i sektorów wykonywany fabrycznie podczas produkcji
dysku
Formatowanie wysokiego poziomu - proces budowania logicznej
struktury partycji. Formatowanie nie niszczy poprzedniej zawartości
dysku, a jedynie jego logiczną strukturę.
16
Popularne systemy plików
FAT (File Allocation Table - tablica alokacji plików) - tablica opisująca, w
których klastrach dysku twardego system operacyjny ma szukać danego
pliku. Podczas zapisu pliku informacje o nim są automatycznie
zachowywane w tablicy FAT.
NFS - sieciowy system plików firmy Sun
NTFS - system plików z księgowaniem pod Windows NT i nowsze wersje
UFS - Unix File System - podstawowy system plików Solarisa
17
Dyskowe pamięci optyczne
Idea przechowywania danych
na dysku optycznym
Pojedyncza ścieżka jest ciągiem wzniesień
(land) odbijających podczerwone światło
lasera i zagłębień (pit) rozpraszających
światło. Ciąg wzniesień i zagłębień koduje
dane binarne.
Źródło: http://student.agh.edu.pl
18
Rodzaje pamięci optycznych
•CD-ROM – płyta o średnicy 120mm. Dane są zapisywane podczas
produkcji przez tłoczenie struktury płyty w specjalnej prasie.
Pojemność 650 do 700 MB.
•CD-R – płyta pozwalająca na jednokrotne zapisanie danych w
nagrywarce komputerowej. Dane są zapisywane przez modyfikację
właściwości optycznych barwnika pod akrylową powierzchnią płyty
wskutek naświetlenia laserem większej mocy niż podczas odczytu.
•CD-RW – nośnik do wielokrotnego zapisu danych przez modyfikację
odwracalnych zmian właściwości optycznych płyty za pomocą
promienia lasera. Pojemność wszystkich technologii CD jest
porównywalna.
19
Rodzaje pamięci optycznych
•DVD ROM – płyta o średnicy 120mm, jak CD, ale o pojemności 4,7GB.
Zwiększoną pojemność uzyskuje się przez wykorzystanie światła o
mniejszej długości fali (światło czerwone). Pozwala to na bardziej gęsty
zapis danych. Stosuje się również dwie aktywne warstwy i możliwe jest
wytwarzanie płyt dwustronnych o pojemności do 17GB. Technologia
funkcjonalnie odpowiada CD-ROM.
•DVD-R, DVR+R – technologia funkcjonalnie odpowiadająca CD-R.
•DVD-RW – technologia funkcjonalnie odpowiadająca CD-RW.
20
Rodzaje pamięci optycznych
HD DVD – technologia wykorzystuje światło niebieskiego lasera,
pozwalając na większe upakowanie danych, od 15GB dla płyt HD DVDROM jednostronnych, jednowarstwowych do 60GB (dwustronne,
dwuwarstwowe).
•Blu-ray Disk – także technologia wykorzystująca niebieski laser, ale
umożliwiająca wytwarzanie płyt wielowarstwowych (16),
pojemność 25-400GB.
21
Pamięci masowe
półprzewodnikowe
•Pamięć FLASH – pamięć nieulotna, EEPROM pozwalająca na zapis lub
kasowanie wielu komórek pamięci w jednej operacji programowania.
•Pamięć FLASH dobrze nadaje się do realizacji pamięci masowej w
komputerze.
•Liczba cykli zapisu jest ograniczona (ok. 1 milion), ale wewnętrzna logika
pozwala na w miarę równomierne zużywanie się dostępnych zasobów.
22
Pamięci masowe
półprzewodnikowe
Zastosowania pamięci FLASH:
•Karty pamięci:
MultiMedia Card (MMC)
Secure Digital (SD)
Memory Stick (MS)
CompactFlash (CF)
SmartMedia (SM)
xD
•Dyski z interfejsem USB (pendrive)
•Dyski ze standardowym interfejsem dysku twardego (komputery klasy
netbook, serwery o dużej wydajności)
23
Pamięci masowe
półprzewodnikowe
Półprzewodnikowe dyski wewnętrzne
Źródło: http://accessories.euro.dell.com
Źródło: http://www.elektronikab2b.pl
24
Pamięci masowe
półprzewodnikowe
Zalety masowych pamięci półprzewodnikowych:
•Małe wymiary i masa
•Małe zużycie energii
•Brak elementów ruchomych (duża żywotność)
•Duża wytrzymałość na wstrząsy
Wady:
•Niewielkie pojemności w porównaniu do dysków magnetycznych
•Stosunkowo duży koszt
25