Вход

Внешние накопители информации. Классификация и сравнительная характеристика

Рекомендуемая категория для самостоятельной подготовки:
Дипломная работа*
Код 268333
Дата создания 30 апреля 2015
Страниц 62
Мы сможем обработать ваш заказ (!) 19 марта в 12:00 [мск]
Файлы будут доступны для скачивания только после обработки заказа.
3 560руб.
КУПИТЬ

Описание

Дана классификация внешних накопителей информации (дискеты, оптические диски, НЖМД и SSD), технологии и сравнение накопителей. Без практической части, использовались тесты накопителей из интернета.
Дипломная работа была защищена в техникуме. На защите получена 4-хор. ...

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 5
1 Накопители информации на гибких магнитных дисках 6
2 Оптические диски 9
2.1 Компакт-диск 10
2.2 DVD 12
2.3 Blu-Ray Disc 13
2.4 HVD 17
3 Накопитель на жёстких магнитных дисках 18
3.1 Виды магнитной записи 18
3.2 Характеристики НЖМД 28
3.3 Строение НЖМД 29
3.4 Сравнительный обзор НЖМД от Western Digital 32
4 Твердотельные накопители 50
4.1 USB-flash-накопитель 52
4.2 Карта памяти 54
4.3 Solid state drive 56
Заключение 61
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 62

Введение

Выпускаемые накопители информации представляют собой гамму запоминающих уст-ройств с различным принципом действия физическими и технически эксплуатационными ха-рактеристиками. Основным свойством и назначением накопителей информации является ее хранение и воспроизведение. Запоминающие устройства принято делить на виды и категории в связи с их принципами функционирования, эксплуатационно-техническими, физическими, программными и др. характеристиками. Так, например, по принципам функционирования различают следующие виды устройств: электронные, магнитные, оптические и смешанные – магнитооптические. Каждый тип устройств организован на основе соответствующей технологии хранения воспроизведения/записи цифровой информации.
В ходе исследования были проанализированы технические характеристики внешн их за-поминающих устройств, начиная от дискет и заканчивая самыми современными ВЗУ на сего-дняшний день - Blu-ray Disc, SSD, USB-Flash которые являются наиболее перспективными в наши дни. Широкое использование современных ВЗУ говорит об их приемлемой цене за 1 ГБ памяти, что делает их все более доступными для российского покупателя и говорит об удобстве эксплуатации.

Фрагмент работы для ознакомления

Подложка состоит из двух слоев сложного химического состава, называемых антиферромагнитносвязанными слоями. Именно они позволяют снять внутренние напряженности магнитного поля.Рисунок 14 - Состав магнитного слоя при перпендикулярной записиМетод тепловой магнитной записи. Применение технологии перпендикулярной записи на диски лишь на время отодвигает суперпарамагнитный предел. Рано или поздно индустрия снова столкнется с этим явлением, и снова нужно будет искать выход из ситуации, поэтому инженеры ведущих компаний уже сейчас занимаются разработками новых технологий. Кратко расскажем о некоторых из них. Улучшением технологии перпендикулярной записи является HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) – запись с предварительным нагревом с помощью лазера(Рисунок 15). Этот метод предусматривает кратковременный (1 пикосекунда) нагрев участка, на который производится запись, до 100 градусов Цельсия.Рисунок 15 - Запись с предварительным нагревом с помощью лазераПри этом магнитные частицы получают больше энергии, и головке записи уже не нужно генерировать поле большой напряженности. После записи в записываемом слое оказываются частицы с большей энергетикой, а это означает повышенную стабильность.Внедрение этой технологии потребует использования в качестве записывающего слоя принципиально новых материалов с высоким уровнем анизотропности. Речь может идти о таких сплавах, как Fe14Nd2B, CoPt, FePt или даже Co5Sm. Стоят они очень дорого. Кроме того, специалисты из Seagate всерьез полагают, что в HAMR винчестерах придется ставить 2 раздельные головки(Рисунок 16). Наиболее необычным является считывающий элемент – это оптическая головка! Точнее, не совсем оптическая, в ней будет использоваться специальное твердотельное зеркало (Planar Solid Immersion Mirror).Рисунок 16 - HDD с двумя раздельными головками?HAMR позволит добиться плотности записи как минимум 1 Тбит/дюйм2. Теоретически же такой материал как FePt позволяет повысить плотность в 10 раз! Еще одно перспективное направление – использование материалов, частицы в которых выстроены в битовый массив (Bit Patterned Media). В результате бит информации хранится в одной ячейке-домене, а не в массиве из 70-100 доменов.Рисунок 17 – Bit Patterned Media1 – область, хранящая бит при стандартном подходе;2 – массив, границы которого совпадают с границами частиц;3 – одна частица в идеале может хранить 1 битТакой материал можно либо создать искусственно с помощью литографии, либо найти сплав с подходящей самоорганизующейся структурой. Первый метод навряд ли получит развитие. Для получения материала, допускающего плотность записи 1 Тбит/дюйм2, размер одной частицы должен составить максимум 12,5 нм. Ни существующая, ни планируемая в ближайшие 10 лет технология литографии этого не обеспечивает. Хотя есть довольно хитроумные решения, позволяющие не сбрасывать со счетов данный подходПоиск самоорганизующихся магнитных материалов (SOMA, Self-Ordered Magnetic Array) – весьма перспективное направление. Уже несколько лет специалисты Seagate указывают на особенности сплава FePt, выпариваемого в гексановом растворителе. Полученный материал имеет идеально ровную ячеистую структуру. Размер одной ячейки – 2,4 нм. Если учесть, что каждый домен обладает высокой стабильностью, можно говорить о допустимой плотности записи на уровне 40-50 Тбит/дюйм2! Похоже, это и есть окончательный предел записи на магнитные носители. 3.2 Характеристики НЖМДИнтерфейс - техническое средство взаимодействия 2-х разнородных устройств, что в случае с жёсткими дисками является совокупностью линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих эти линии (контроллеры интерфейсов), и правил (протокола) обмена. Современные серийно выпускаемые внутренние жёсткие диски могут использовать интерфейсы ATA (он же IDE и PATA), SATA, eSATA, SCSI, SAS, FireWire, SDIO и Fibre Channel.Ёмкость - количество данных, которые могут храниться накопителем. С момента создания первых жёстких дисков в результате непрерывного совершенствования технологии записи данных их максимально возможная ёмкость непрерывно увеличивается. Ёмкость современных жёстких дисков (с форм-фактором 3,5 дюйма) на сентябрь 2011 года достигает 4000 Гб (4 терабайт) и близится к 5 Тб. В отличие от принятой в информатике системы приставок, обозначающих кратную 1024, производителями при обозначении ёмкости жёстких дисков используются величины, кратные 1000. Так, ёмкость жёсткого диска, маркированного как «200 ГБ», составляет 186,2 ГБФизический размер (форм-фактор) - почти все накопители 2001-2008 годов для персональных компьютеров и серверов имеют ширину либо 3,5, либо 2,5 дюйма - под размер стандартных креплений для них соответственно в настольных компьютерах и ноутбуках. Также получили распространение форматы 1,8, 1,3, 1 и 0,85 дюйма. Прекращено производство накопителей в форм-факторах 8 и 5,25 дюймов.Время произвольного доступа (англ. random access time) - среднее время, за которое винчестер выполняет операцию позиционирования головки чтения/записи на произвольный участок магнитного диска. Диапазон этого параметра - от 2,5 до 16 мс. Как правило, минимальным временем обладают диски для серверов (например, у Hitachi Ultrastar 15K147 - это 3,7 мс), самым большим из актуальных - диски для портативных устройств (Seagate Momentus 5400.3 - 12,5 мс[9]). Для сравнения, у SSD-накопителей этот параметр меньше 1 мс.Скорость вращения шпинделя (англ. spindle speed) - количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и средняя скорость передачи данных. В настоящее время выпускаются винчестеры со следующими стандартными скоростями вращения: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки), 5400, 5900, 7200 и 10 000 (персональные компьютеры), 10 000 и 15 000 об/мин (серверы и высокопроизводительные рабочие станции). Увеличению скорости вращения шпинделя в винчестерах для ноутбуков препятствует гироскопический эффект, влияние которого пренебрежимо мало в неподвижных компьютерах.Надёжность - определяется как среднее время наработки на отказ (MTBF). Также подавляющее большинство современных дисков поддерживают технологию S.M.A.R.T.Количество операций ввода-вывода в секунду (англ. IOPS) - у современных дисков это около 50 оп./с при произвольном доступе к накопителю и около 100 оп./сек при последовательном доступе.Потребление энергии - важный фактор для мобильных устройств.Сопротивляемость ударам (англ. G-shock rating) - сопротивляемость накопителя резким скачкам давления или ударам, измеряется в единицах допустимой перегрузки во включённом и выключенном состоянии.Скорость передачи данных при последовательном доступе:внутренняя зона диска: от 44,2 до 74,5 Мб/с;внешняя зона диска: от 60,0 до 111,4 Мб/с.Объём буфера - буфером называется промежуточная память, предназначенная для сглаживания различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу. В современных дисках он обычно варьируется от 8 до 128 Мб.Уровень шума - шум, который производит механика накопителя при его работе. Указывается в децибелах. Тихими накопителями считаются устройства с уровнем шума около 26 дБ и ниже. Шум состоит из шума вращения шпинделя (в том числе аэродинамического) и шума позиционирования. Для снижения шума от жёстких дисков применяют следующие методы:Программный, c помощью настройки, встроенной в большинство современных дисков, системы AAM. Переключение жёсткого диска в малошумный режим приводит к снижению производительности в среднем на 5-25 %, но делает шум при работе практически неслышным.Использование шумопоглощающих устройств[10], закрепления дисков на резиновых или силиконовых шайбах или даже полная замена крепления на гибкую подвеску.3.3 Строение НЖМДЖёсткий диск состоит из гермозоны и блока электроники.Гермозона включает в себя корпус из прочного сплава, собственно диски (пластины) с магнитным покрытием, в некоторых моделях разделённые сепараторами, а также блок головок с устройством позиционирования, и электропривод шпинделя.Вопреки расхожему мнению, в подавляющем большинстве устройств внутри гермозоны нет вакуума. Одни производители делают её герметичной (отсюда и название) и заполняют очищенным и осушенным воздухом или нейтральными газами, в частности, азотом, а для выравнивания давления устанавливают тонкую металлическую или пластиковую мембрану. (В таком случае внутри корпуса жёсткого диска предусматривается маленький карман для пакетика силикагеля, который абсорбирует водяные пары, оставшиеся внутри корпуса после его герметизации). Другие производители выравнивают давление через небольшое отверстие с фильтром, способным задерживать очень мелкие (несколько микрометров) частицы. Однако в этом случае выравнивается и влажность, а также могут проникнуть вредные газы. Выравнивание давления необходимо, чтобы предотвратить деформацию корпуса гермозоны при перепадах атмосферного давления (например, в самолёте) и температуры, а также при прогреве устройства во время работы.Пылинки, оказавшиеся при сборке в гермозоне и попавшие на поверхность диска, при вращении сносятся на ещё один фильтр - пылеуловитель.Блок головок - пакет кронштейнов (рычагов) из упругой стали (обычно по паре на каждый диск). Одним концом они закреплены на оси рядом с краем диска. На других концах (над дисками) закреплены головки.Диски (пластины), как правило, изготовлены из металлического сплава. Хотя были попытки делать их из пластика и даже стекла (IBM), но такие пластины оказались хрупкими и недолговечными. Обе плоскости пластин, подобно магнитофонной ленте, покрыты тончайшей пылью ферромагнетика - окислов железа, марганца и других металлов. Точный состав и технология нанесения составляют коммерческую тайну. Большинство бюджетных устройств содержит одну или две пластины, но существуют модели с бо́льшим числом пластин.Диски жёстко закреплены на шпинделе. Во время работы шпиндель вращается со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту (от 3600 до 15 000). При такой скорости вблизи поверхности пластины создаётся мощный воздушный поток, который приподнимает головки и заставляет их парить над поверхностью пластины. Форма головок рассчитывается так, чтобы при работе обеспечить оптимальное расстояние от пластины. Пока диски не разогнались до скорости, необходимой для «взлёта» головок, парковочное устройство удерживает головки в зоне парковки. Это предотвращает повреждение головок и рабочей поверхности пластин. Шпиндельный двигатель жёсткого диска трёхфазный синхронный, что обеспечивает стабильность вращения магнитных дисков, смонтированных на оси (шпинделе) двигателя. Статор двигателя содержит три обмотки, включённых «звездой» с отводом посередине, а ротор - постоянный секционный неодимовый магнит.Сепаратор (разделитель) - пластина, изготовленная из пластика или алюминия, находящаяся между пластинами магнитных дисков и над верхней пластиной магнитного диска. Используется для выравнивания потоков воздуха внутри гермозоны.[11]Устройство позиционирования головок (сервопривод, жарг. актуатор) представляет из себя малоинерционный[источник не указан 618 дней] соленоидный двигатель.[12] Оно состоит из неподвижной пары сильных неодимовых постоянных магнитов, а также катушки (соленоид) на подвижном кронштейне блока головок.Принцип работы двигателя заключается в следующем: обмотка находится внутри статора (обычно два неподвижных магнита), ток, подаваемый с различной силой и полярностью, заставляет её точно позиционировать кронштейн (коромысло) с головками по радиальной траектории. От скорости работы устройства позиционирования зависит время поиска данных на поверхности пластин.[12]В каждом накопителе существует специальная зона, называемая парковочной, именно на ней останавливаются головки в те моменты, когда накопитель выключен, либо находится в одном из режимов низкого энергопотребления. В состоянии парковки кронштейн (коромысло) блока головок находится в крайнем положении и упирается в ограничитель хода. При операциях доступа к информации (чтение/запись) одним из источников шума является вибрация вследствие ударов кронштейнов, удерживающих магнитные головки, об ограничители хода в процессе возвращения головок в нулевую позицию. Для снижения шума на ограничителях хода установлены демпфирующие шайбы из мягкой резины. Значительно уменьшить шум жёсткого диска можно программным путём, меняя параметры режимов ускорения и торможения блока головок. Для этого разработана специальная технология - Automatic Acoustic Management. Официально возможность программного управления уровнем шума жёсткого диска появилась в стандарте ATA/ATAPI-6 (для этого нужно менять значение управляющей переменной), хотя некоторые производители делали экспериментальные реализации и ранее.Блок электроники. В ранних жёстких дисках управляющая логика была вынесена на MFM или RLL контроллер компьютера, а плата электроники содержала только модули аналоговой обработки и управления шпиндельным двигателем, позиционером и коммутатором головок. Увеличение скоростей передачи данных вынудило разработчиков уменьшить до предела длину аналогового тракта, и в современных жёстких дисках блок электроники обычно содержит: управляющий блок, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), буферную память, интерфейсный блок и блок цифровой обработки сигнала.Интерфейсный блок обеспечивает сопряжение электроники жёсткого диска с остальной системой.Блок управления представляет собой систему управления, принимающую электрические сигналы позиционирования головок, и вырабатывающую управляющие воздействия приводом типа «звуковая катушка», коммутации информационных потоков с различных головок, управления работой всех остальных узлов (к примеру, управление скоростью вращения шпинделя), приёма и обработки сигналов с датчиков устройства (система датчиков может включать в себя одноосный акселерометр, используемый в качестве датчика удара, трёхосный акселерометр, используемый в качестве датчика свободного падения, датчик давления, датчик угловых ускорений, датчик температуры).Блок ПЗУ хранит управляющие программы для блоков управления и цифровой обработки сигнала, а также служебную информацию винчестера.Буферная память сглаживает разницу скоростей интерфейсной части и накопителя (используется быстродействующая статическая память). Увеличение размера буферной памяти в некоторых случаях позволяет увеличить скорость работы накопителя.Блок цифровой обработки сигнала осуществляет очистку считанного аналогового сигнала и его декодирование (извлечение цифровой информации). Для цифровой обработки применяются различные методы, например, метод PRML (Partial Response Maximum Likelihood - максимальное правдоподобие при неполном отклике). 3.4 Сравнительный обзор НЖМД от Western DigitalПрежде всего нужно ознакомится с участниками:Western Digital Green - Представитель «зеленой» серии со всеми вытекающими - после отказа Seagate от выпуска низкооборотистых моделей, таковые остались только в ассортименте WD и в виде только двух семейств Red и Green. Рисунок 18 - Western Digital Green WD10EZRXОднако Red - отдельная история: они предназначены для использования в NAS и подобном оборудовании, так что даже на сайте компании проходят вне раздела настольных моделей. А вот Green(Рисунок 18) в него попадают, и иногда даже бывают основными и единственными в компьютере. Впрочем, это не совсем правильно, поскольку уменьшенная до 5400 об/мин скорость вращения пластин отвратительно сказывается на производительности, однако многие готовы пойти на это ради тишины и низкого энергопотребления таких моделей. Western Digital Blue - Хотя на деле в ассортименте WDC серия Green младшей не является. На эту роль претендует линейка Blue, точнее всего описать которую можно строчкой из старой песни: «я его слепила из того, что было». Фактически так и есть - в синем семействе, например, до сих пор сохранились модели с РАТА-интерфейсом, а максимальная емкость составляет всего лишь один терабайт. Впрочем, в самых свежих модификациях (а именно WD10EZEX) такой объем достигается использованием всего одной пластины, так что от WD10EZRX(Рисунок 19) ее отличает лишь скорость вращения шпинделя. Но здесь взята немного другая модель: меньшей плотности, зато без Advanced Format. То есть можно посмотреть - как двухпластинник с большей частотой вращения будет выглядеть на фоне однопластинника с меньшей.Рисунок 19 - Western Digital Blue WD10EALXWestern Digital Black - если в сегменте ноутбучных накопителей «синяя» и «черная» линейки различаются очень четко - частотой вращения, то на настольном рынке такого нет. Формально Black быстрее, однако на сегодняшний день понять чем - сложно. Разве что емкость кэш-памяти долгое время отличалась, но после внедрения Advanced Format 64 МБ стали стандартом для всех. WD1002FAEX(Рисунок 20), впрочем, ее еще не использует. И вообще по ТТХ механики идентичен WD10EALX, но обгоняет по кэшу и, возможно, прошивке. Рисунок 20 - Western Digital Black WD1002FAEXWestern Digital VelociRaptor - на рынке этот накопитель появился тихо и незаметно, что сильно отличает его от предшественников. Хотя и нет в этом ничего удивительного - обстоятельства изменились.Рисунок 21 - Western Digital VelociRaptor WD1000DHTZДесять лет назад Raptor WD360GD рынок в буквальном смысле слова взорвал. Не потому, что его характеристики были такими уж уникальными по-отдельности - на деле винчестеры с частотой вращения 10000 об/мин и емкостью 36 ГБ к тому моменту на рынке существовали уже несколько лет. А из-за их сочетания - 10000 до того момента предлагались покупателю лишь в комплекте с интерфейсом SCSI, что (в случае большинства настольных компьютеров) требовало еще и покупки дорогостоящего контроллера. И Raptor оказался первым десятитысячником с интерфейсом SATA (на деле, даже, компания разрабатывала его в расчете на РАТА, но предпочла выпускать только модель с «сериализатором» на плате), что, естественно, вызвало к нему крайний интерес энтузиастов. Единственное, что портило счастье - достаточно высокая цена и невысокая уже по тем временам емкость. Второй недостаток был ослаблен год спустя с выходом WD740GD - по маркировке несложно догадаться, что емкость довели до 74 ГБ. Также в новой модели было доработано кое-что по мелочам, но… Интерфейс остался тем же, так что некоторые «фишки» SATA накопитель не поддерживал - в частности NCQ. Вместо него была возможность управления очередью команд посредством технологии SATA 1.0 Tagged Command Queuing (по сути - наследство РАТА; почему и поддерживалась), однако работала оная лишь с небольшим количеством дискретных контроллеров, но не с чипсетными.Поэтому, фактически, вторая революция произошла в 2008 году - когда на рынке появился первый VelociRaptor. Точнее, первые - были выпущены модели на 150 и 300 ГБ, но не это главное. Более важными было уменьшение диаметра пластин с 2,8″ до 2,5″, что уменьшило время позиционирования головок (и позволило также переделать и корпус устройства) и полная поддержка SATA300 со всеми его расширениями. Одно омрачало триумф - появились первые толковые SSD-накопители уже со всеми вытекающими отсюда последствиями. С другой стороны, были они очень уж мелкими и дорогими, так что у VelociRaptor оставалась своя ниша. Пусть и сильно сократившаяся к 2010 году, когда компания освоила емкость 600 ГБ и SATA600.Ну а теперь вот на рынок вышло очередное поколение VelociRaptor - фактически третье. Максимальная емкость достигла 1 ТБ, кроме этого в линейке есть и модели на 250 и 500 ГБ. Прочие технические характеристики же традиционны уже для семейства, и заметно среди них от других винчестеров отличается лишь частота вращения в 10000 об/мин. А вот SATA600 и 64 МБ кэш-памяти сейчас никого не удивишь - это даже Green умеет. И не забываем о том, что такие емкости достигнуты только благодаря использованию технологии Advanced Format со всеми вытекающими - без нее бы на 2,5″ пластине 333 ГБ информации уместить бы не удалось.

Список литературы

1. Глушаков С.В. «Персональный компьютер» 2007. Издательство «АСТ», 2007 г.
2. В. Соломенчук и П.Соломенчук, «Железо ПК 2011», Издательство «БХВ-Петербург», 2011 г.
3. Журнал «CHIP» №3 - март 2012
4. http://www.3dnews.ru/ - сайт о компьютерных технологиях
5. http://www.thg.ru/ - технический сайт о компьютерах
6. http://www.ixbt.com/ - технический сайт о компьютерах
7. http://ru.wikipedia.org/ - свободная энциклопедия.
Очень похожие работы
Пожалуйста, внимательно изучайте содержание и фрагменты работы. Деньги за приобретённые готовые работы по причине несоответствия данной работы вашим требованиям или её уникальности не возвращаются.
* Категория работы носит оценочный характер в соответствии с качественными и количественными параметрами предоставляемого материала. Данный материал ни целиком, ни любая из его частей не является готовым научным трудом, выпускной квалификационной работой, научным докладом или иной работой, предусмотренной государственной системой научной аттестации или необходимой для прохождения промежуточной или итоговой аттестации. Данный материал представляет собой субъективный результат обработки, структурирования и форматирования собранной его автором информации и предназначен, прежде всего, для использования в качестве источника для самостоятельной подготовки работы указанной тематики.
bmt: 0.00485
© Рефератбанк, 2002 - 2024