Внешняя память, накопители и связанные с ними термины

внешняя память , внешнее ЗУ

[backing storage, external memory, external storage] -

  1. Вид памяти или ЗУ, которые недоступны микропроцессору для непосредственного к ним обращения и доступ к которым осуществляется командами ввода-вывода ;
  2. Устройства памяти (ЗУ), реализованные на сменных носителях (в том числе на жестких и гибких магнитных дисках (см. НЖМД и НГМД ), компактных оптических дисках (см. компакт-диск , CD-ROM) магнитных лентах , магнитных картах , магнитных барабанах , перфолентах , перфокартах и т.п.) и предназначенные для длительного хранения больших массивов данных.

Накопитель , дисковод [drive, storage, accumulator] -

  1. Внешнее запоминающее устройство (ЗУ), состоящее из машиночитаемого носителя данных, средств (“головок”) записи и считывания данных и электромеханического привода, управляющего положением средств записи и считывания над рабочей поверхностью носителя данных. В зависимости от физического вида носителя данных или вида используемой памяти различают накопители: на жестких магнитных дисках ( НЖМД ) [magnetic hard disk storage, Hard Disk Drive - HDD ], называемых также винчестерами [Winchester drive], на гибких магнитных дисках ( дискетах ) ( НГМД ) [floppy disk storage], на магнитной ленте ( НМЛ ) [magnetic tape storage], на магнитном барабане ( НМБ ) [magnetic drum storage], на магнитной карте [magnetic card storage], на магнитооптических дисках ( магнитооптический накопитель ) [magneto-optic disk storage], на оптических дисках [optical disk storage ] и др.;
  2. То же, что накапливающий регистр ;
  3. В СУБД - основная часть базы данных, предназначенная для размещения и хранения их записей, или собственно база данных.

Разновидности накопителей:

Накопитель на жестком магнитном диске, НЖМД, Винчестер

[magnetic hard disk storage, Hard Disk Drive - HDD] –

Разновидность накопителей, составляющих неразборную конструкцию, которая функционально служит основой внешней памяти ПК и входит в состав устройств, вмонтированных в их системные блоки. Основными составными частями конструкции НЖМД являются: блок покрытых магниточувствительным материалом кргуглых дисковых пластин; блок считывающих и записывающих головок; электромеханический привод, обеспечивающий вращение дисков и позиционирование на их поверхности головок; электронная схемы управления, включающая определённый вид интерфейса, например EIDE, IDE, SCSI и др. Наиболее высокой производительностью обладают дисководы с интерфейсами EIDE и SCSI . Основными характеристиками НЖМД являются: их ёмкость, плотность записи на поверхности дисков, скорость записи и считывания данных, ёмкость кэш - буфера а также - размеры дисков, скорость вращения дисковых пластин и ударопрочность. В течение 1997 – 2000 гг. был достигнут значительный прогресс в развитии НЖМД. Так максимальная ёмкость серийно выпускаемых 3,5 дюймовых накопителей выросла с 25 до 75 Гбайт, плотность записи – с 3,7 до 14,5 Гбит/дюйм (рекорд принадлежит модели IBM DTLA -307075 из семейства Deskstar 75GXP ). Максимальная скорость вращения дисковых пластин за это время не изменилась и осталась равной 72000 об/мин. Емкость кэш-буфера также осталась в пределах 2048 Кбайт. Подробнее о характеристиках современных НЖМД см. – [602, 636 ].

Накопитель на сменном жестком диске , сменный накопитель

[removable hard disk drive] –

Разновидность накопителя, в котором сменный картридж имеет жесткую механическую основу и выполнен в виде винчестера. Основными функциями сменных накопителей являются :

Накопители на сменных жёстких дисках выпускаются во встроенном и внешнем исполнении, в т.ч. и для переносных ПК. Типоразмеры привода этого вида накопителя соответствуют 3.5” и 5,25” приводам НГМД. Емкость записи составляет 270 и 200 Мбайт соответственно. С 1985 г. выпускаются также накопители этого вида с картриджами размера 1,8” емкостью 80 Мбайт. Лидирующими фирмами в области производства накопителей этого вида являются Iomega и SyQuest (США). В конце 1997 - начале 1998 г. фирмой SyQuest на рынок были выпущены сменные накопители емкостью до 1,5 Гбайт. Разновидностью сменных накопителей являются ZIP -дисководы (см. ниже), а также сменные накопители на записываемых компакт-дисках (см. - CD-RW ), выпускаемы фирмой Hewlett-Packard [53, 337, 415, 418, 422].

 

 

ZIP- дисковод , накопитель ZIP [ZIP Drive] –

Дисковод (накопитель) для сменных магнитных дисков с очень высокой плотностью записи разработан и выпускается фирмой Iomega , которая и в настоящее время доминирует на рынке этого вида продукции, а также других (преимущественно азиатских) фирм. Ранее выпущенные версии имеют ёмкость дисковой памяти от 40 до 100 Мбайт. В настоящее время выпускаются также устройства: Iomega ZIP 250 SCSI ёмкостью 250 Мбайт, Iomega Jaz 2,0 Gb External ёмкостью 2,0 Гбайт и Castlawood Orb 2,2 Gb ёмкостью 2,2 Гбайт и др. Различные варианты конструкции ZIP -дисководов предусматривают возможности их использования во встроенном в настольные ПК варианте, а также в виде отдельного блока, в т.ч. в малогабаритном исполнении для переносных ПК (с автономным источником питания и без него). Наибольшее количество моделей ZIP -дисководов поставляется с интерфейсами пяти типов: EIDE, IDE , параллельным, SCSI и USB . Наиболее высокой производительностью обладают дисководы с интерфейсами EIDE и SCSI . Привод стал стандартным для ПК типа Macintosh и широко используется в графических станциях, в частности эксплуатирующих ПО типа Photoshop 5.0, которое требует для работы значительные объемы дискового пространства. Однако данный вид дисковода также широко используется с IBM PC преимущественно для архивирования данных. Сообщается, что количество проданных приводов этого типа в 1998 г. составило порядка 16 млн. ед., количество проданных дискет на этот же период составило ~ 100 млн. ед. Из-за высокой стоимости самого привода (от 79 до 350 $), дискет (от 15 до 30 $) и требуемого ПО в России он пока столь массового использования, как на Западе, ещё не получил. Подробнее о накопителях этого вида и их выборе см. - [415, 418, 422, 490, 507, 508].

Накопитель Бернулли [Bernoully Cartridge] –

Разновидность конструкции накопителей на гибких магнитных дисках (см. НГМД) в которой с целью сокращения расстояния между головкой записи-считывания и магнитным слоем носителя данных (дискеты) и т.о. повышения плотности записи используется движение потока жидкости или газа. В основе разработки лежит известное соотношение Бернулли: давление на поверхность, создаваемое потоком жидкости или газа тем ниже, чем выше скорость этого потока. Таким образом, изменяя скорость потока можно регулировать расстояние между головкой и поверхностью диска до размеров, составляющих три миллионных доли миллиметра. Первые модели накопителей Бернулли были выпущены фирмой Iomega в 1986 г. В 1992 г. их емкость достигла 150 Мб. Выпускаемые в настоящее время приводы Бернулли (Bernoully MultiDisk ) могут использовать носители емкостью 35, 70, 90, 150 и 230 Мб и имеют варианты исполнения: встраиваемый, в виде внешнего устройства, а также с одиночным и сдвоенным приводами. Внешне сменные носители данных ( Bernoully Cartridge) имеют вид как увеличенная до 5,25 дюймов 3,5 дюймовая дискета. По суммарным данным фирм Iomega и SyQuest на 1995 г. в мире используется порядка 2,4 млн приводов Бернулли и около 11 млн. сменных носителей, причем порядка 28% пользователей применяют их для резервного копирования данных, 22% - в качестве замены жестких дисков, 21% - для транспортировки данных и 13% - для обеспечения секретности (подробнее см. [53, 77, 83]).

Магнитооптический накопитель , МО-накопитель

[magnetooptics disk storage] –

Вид накопителя, использующего магнитный материал, запись данных на который возможен только при нагреве до температуры Кюри и выше (порядка 145-300 0 С). Нагрев носителя производится сфокусированным лучом лазера. Считывание данных выполняется при обычной температуре. Важной особенностью магнитооптических накопителей является повышенная надежность хранения данных в том числе по длительности - не менее 10 лет без перезаписи (для обычных магнитных накопителей она ограничивается пятью годами). При этом количество допустимых перезаписей данных на один носитель (дискету) составляет один миллион раз. Это делает их весьма перспективным средством архивирования и длительного хранения данных. Одним из ведущих производителей накопителей указанного типа является фирма RICOH (США), выпускающая модели RS3020E (для 3,5” дискет) и RS5060E (для 5,5” дискет). В зависимости от используемого формата, емкость дискет составляет для 3,5” дискет - 128 или 230 Мбайт и для 5,5” дискет - 650 Мбайт или 1,3 Гбайта. Указанные накопители работают со сменными дисками, используют стандартный интерфейс SCSI -2 и имеют высокие эксплуатационные характеристики. Об этих и других типах магнитооптических накопителей см. - [90, 259, 418, 494, 508].

Накопитель PD ( с записью изменением фазы )

[Phase-change Dual (PD) drive] –

Накопитель, реализующий технологию оптической записи с изменением фазы - PD, разработанную фирмой Matsushita . Емкость одного сменного картриджа составляет 650 Мбайт. Накопители этого вида позволяют также читать стандартные компакт-диски. См. также “фазоинверсная память “ или “ PCR“ [131].

Накопитель на плате расширения [hardcard] –

Разновидность накопителя, который вместе со своим адаптером размещается на одной плате, вставляемой в слот расширения системной (“ материнской ”) платы. Накопители этого вида являются одной из реализаций IDE . Примером диска на плате расширения может служить модель HardCard II XL фирмы Plus Development (его емкость - порядка 105 Мб, среднее время поиска - 16 мс) [53].

Стример [streamer] –

Накопитель на магнитной ленте ( НМЛ) для ПЭВМ, используемый для оперативной записи и архивного хранения копий значительных по объёму массивов документов и данных (от десятков Мб до 100 Гб на одну кассету). Свое наименование это устройство получило от используемого вида инерционного лентопротяжного механизма ( streaming tape transport ). Совместно со стримерами могут использоваться т.н. “автозагрузчики ” (Autoloaders ) или “библиотекари картриджей” – устройства для автоматической смены картриджей. Выпускаемые в настоящее время стримеры вместе с автозагрузчиками имеют диапазон потенциальной ёмкости до 2 Тбайт. Стримеры отличаются один от другого типом используемых картриджей (в том числе – одно- или двухбабинными), магнитных головок записи-чтения данных, длиной и шириной ленты, количеством записываемых дорожек и поддерживаемым стандартом (технологией) сжатия данных. Одними из самых ранних видов картриджей для стримеров были картриджи Travan (фирменная торговая марка корпорации 3M ). Часто эти картриджи называют QIC (Quarter-Inch Cartridge – четырёхдюймовый картридж). Первые (5,25-дюймовые) модели стандарта QIC ( QIC 5,25” ) емкостью от 250 Мбайт до 5,0 Гбайт, стали вытесняться с рынка 3,5-дюймовыми моделями ( QIC 3,5” ) ёмкостью от 120 Мбайт до 4 Гбайт и картриджами последующих стандартов для стримеров. К последним в частности относятся картриджи DAT - DDS, DDS-2 и DDS-3 (4 мм магнитная лента, ёмкость соответственно - 2, 4 и 8-12 Гбайт). Достоинством последнего стандарта является возможность прямого обращения к отдельным файлам без необходимости развертывания всего архива на жестком диске, как это имеет место в других стандартах. Подключаются картриджи DAT к ПК преимущественно при помощи интерфейса SCSI , скорость обмена при этом может составлять от 200 Кбайт/с до 1 Мбайт/с. Стандарт DLT (Digital Linear Tape ) соответствующий ему формат считаются одним из последних слов в технологии цифровой магнитной записи. Разработан фирмой DEC в начале 1990-х годов. В период с 1995 по 1997 гг. были выпущены стримеры ( DLT 4000 и DLT 7000), обеспечивающие хранение соответственно 10 и 35 Гбайт данных при скорости чтения/записи 90 и 300 Мбайт/мин. В 1997 г. фирма Sony выпустила свой стандарт магнитной записи AIT . Стримеры AIT работают с кассетами емкостью 25 Гбайт и обеспечивают скорость чтения записи до 180 Мбайт/мин. Ожидается появление новых стандартов AIT2 (50 Гбайт на кассету) и AIT3 (100 Гбайт на кассету). Существуют и другие стандарты. Самым последним из них является совместно предложенный фирмами Hewlett-Packard и IBM стандарт LTO (Linear Tape-Open – открытая линейная лента). Предполагается, что этот стандарт наряду с совершенствованием других технических характеристик стримеров позволит обеспечить использование оборудования и носителей произведенных разными фирмами (сведения о стандарте и технологии LTO см. по адресам http://www.lto-technology.com а также http://www.seagate.com ). Подробнее см. [165, 347, 418, 508, 510].

Кассетный накопитель , кассетное ЗУ [cartridge unit, cassette memory] - Запоминающее устройство микроЭВМ, позволяющее использовать магнитоленточные кассеты бытовых магнитофонов.

Накопитель на CD-ROM, дисковод CD-ROM [CD-ROM drive, CD-R ] - Устройство считывания данных с (оптических, лазерных) компакт-дисков (CD-ROM). Различают только считывающие дисководы CD-ROM (“ проигрыватели видеодисков [videodisc players]) и дисководы CD-ROM с записью и считыванием [Recordable CD-ROM drive, CD-R ]. Последние обеспечивают также возможность оптической (лазерной) записи данных на чистые “бланки” компакт-дисков. В зависимости от конструкции корпуса и принципа подсоединения к системному блоку эти устройства могут быть встроенными в него (преимущественно - работающие с интерфейсом EIDE ) или внешними, т.е. выполненными в виде отдельного устройства, подсоединяемого к системному блоку при помощи соответствующего кабеля и разъема сменной платы (карты) интерфейса, соответствующих стандарту SCSI. С учетом быстродействия первые дисководы CD-ROM выполнялись в виде: односкоростных (1Х), двухскоростных (2Х), четырехскоростных (4Х) и т.д., соответствующая им скорость считывания данных составляет порядка 170, 340, 680, 900 Кб/сек). В настоящее время скорость приводов увеличена до 70х и выше (соответствует скорости вращения привода более 12000 об/мин.). В результате появления моделей с интерфейсом Ultra ATA /33 скорость считывания и передачи данных по шине ATA доведена до 33,3 Мбайт/с. Плотность записи или количество данных, записываемых на один диск, определяется используемым стандартом. Основной действующий международный стандарт, определяющий формат записи - ISO 9660 . Имеется также его расширенный вариант - CD ROM XA (т.н. “eXtended Architecture”). Разрабатываемый фирмами Philips и Sony новый стандарт, названный Multimedia CD (MMCD ), позволит записывать на одном одностороннем диске CD-ROM до 7,4 Гбайт данных, что примерно в 10 раз больше, чем в действующих стандартах. См . также “CD-R“, “CD-E“, “CD-RW” и “DVD-ROM drive“ [56, 134, 135, 163, 247, 249, 279, 337, 361, 372, 396, 418, 506].

Intelligent videodisc player - Интеллектуальный проигрыватель видеодисков” - Считывающий дисковод CD-ROM (см. выше), снабженный встроенными средствами управления основными характеристиками воспроизведения и выбора сюжета (раздела записи) для воспроизведения [174].

Jukebox - Автомат смены дисков (CD-ROM).

Накопитель DVD-ROM [DVD-ROM drive] –

Разновидность накопителя на CD-ROM (см. выше), предназначенного для чтения оптических дисков с высокой плотностью записи (см. DVD-ROM ) а также воспроизведения звуковых, видео и компакт-дисков (см. CD-ROM) . Емкость первых дисков составляла 4,7 Гбайт, в настоящее время ведутся разработки дисков 9,4 и 17 Гбайт. Эффективная скорость чтения первых образцов этих накопителей для дисков DVD-ROM составляет порядка 1,3 Мбайт/с, что приблизительно соответствует скорости 10х для CD-ROM. Используемый стандарт Digital Versatile Disc . Основные области предполагаемого применения: картографические системы и базы данных, телефонные справочники, ТВ фильмы и др. Начало массового выпуска этих накопителей было начато в конце 1996 г. Однако широкое их внедрение в течение более года задерживалось. Это было в частности связано с тем, что первые версии накопителей не позволяли проигрывать обычные CD-ROM . Кроме того массовое производство и накопление у пользователей записей на DVD-ROM еще отсутствовали. Тем не менее уже изначально предполагалось, что DVD-накопители и диски должны в течении порядка двух лет вытеснить с рынка соответствующие изделия технологии CD-ROM. Начало активного выпуска и распространения накопителей и дисков указанного вида можно отнести примерно к середине-второй половине 1997 г. Наибольшую активность в использовании нового носителя проявили американские производители кинопродукции и игровых программ. В конце 1997 г. появилась технология второго поколения ( DVD-2 ). Продукция, выпущенная по этой технологии, лишена ряда недостатков более ранних выпусков устройств, которые не могут читать носители CD-R и CD-RW , приобретающие все большую популярность по мере снижения на них уровня цен. Кроме того эти дисководы работают быстрее, чем дисководы DVD-1 . На этих носителях к началу 1998 г. выпущено значительное число фильмов и игр в формате MPEG-2. Первые модели накопителей CD-RW имели быстродействие 6х (значение “ x ” соответствует скорости считывания/записи порядка 150 Кбайт/с). Во второй половине 1998 г. фирмой Hewlett-Packard был выпущен накопитель HP CD-Writer Plus 8100i , который имеет скорость чтения дисков 24х. Маркировка перезаписывающих накопителей предусматривает следующий вид записи: 8Х/4Х/32Х, где первая группа цифр указывает максимальную скорость записи дисков CD-R (в нашем примере - 8Х), вторая – максимальную скорость записи дисков CD-RW (4Х), третья – скорость чтения CD-ROM (32Х). См. также “Цифровой видеодиск” или “ DVD”. Подробнее см. - [135, 163, 211, 247, 297, 319, 335, 361, 372, 388, 396, 418].

Накопитель DVD-RAM [DVD-RAM drive] –

Быстродействующий оптический дисковод с многократной перезаписью данных, являющийся альтернативой накопителю на жестких магнитных дисках (см. - “винчестер”). Впервые был выпущен фирмой Creative Labs для модернизации ПК. В настоящее время версии дисководов указанного типа выпускаются фирмами LaCie, HiVal и Hitachi . Быстродействие указанных дисководов примерно в 2-3 раза выше, чем у дисководов типа CD-RW . Ёмкость выпускаемых дисков DVD-RAM составляет 2,58 Гбайт. Следует учитывать, что диски, записанные на DVD-RAM дисководах не читаются большинством современных DVD -приводов, поскольку в них используется разная технология записи. Подробнее см. [418,476, 521].

Массовое Запоминающее устройство , Массовое зу [mass storage (system)] -

  1. Внешнее запоминающее устройство большой емкости;
  2. Система резервного хранения типа библиотеки картриджей с магнитными лентами, которая может содержать очень большие объемы записей данных.

Оптическая библиотека [optical library ] – Класс устройств, предназначенных для хранения больших объёмов данных на оптических дисках. В конструкцию оптических библиотек входят несколько (в т.ч. более десяти) дисководов CD-ROM и/или DVD-ROM , объединённые общей программно-аппаратной системой управления, а также устройства смены дисков. Суммарный объём памяти оптических библиотек разных конструкций составляет от десятков Гбайт до нескольких Тбайт. Важной характеристикой оптических библиотек является время смены дисков, связанное с переносом их из отсека хранения в дисковод и обратно. В разных конструкциях оно составляет от 4 до 20 с. Подробнее см. – [530].

Некоторые связанные с накопителями термины :

диск , дисковая память [disk/disc, disk memory] -

В ЭВМ - Элемент конструкции накопителей, выполненный в виде одного или собранных в пакет нескольких плоских дисков, на поверхность или поверхности которых может записываться и считываться информация (данные). В зависимости от используемого способа записи и считывания данных различают магнитные , оптические , магнитооптические и др. виды дисков.

 

 

 

Основные разновидности конструкции магнитных дисков:

Понятия и термины, связанные с дисками:

RAID, Дисковый массив RAID

[Redundant Array of Inexpensive/Independent Disks] -

  1. Технология RAID была впервые разработана в 1987 г. сотрудниками Калифорнийского университета в Беркли. Ее основная цель - обеспечение надежности хранения данных в дисковой памяти ПК. Основные признаки технологии:
  2. а) Она предполагает использование наборов дисков, доступных пользователям как один логический диск;

    б) Данные распределяются по набору дисков определенным способом, соответствующим одному из уровней RAID;

    в) На случай неисправностей (“отказов”) дисков массив содержит дополнительную (“избыточную”) емкость, обеспечивающую возможность восстановления данных .

  3. Набор спецификаций устройств хранения данных связанны с “Уровнями RAID”, определяющими способы распределения данных на дисковом массиве, их резервирования и восстановления.
  4. Архитектура RAID, которая определяет различные способы объединения нескольких жестких дисков в единую систему так, чтобы она функционировала как один диск. Изначально было определено шесть уровней RAID, позднее появились дополнительные смешанные уровни (всего определено 8 уровней). Примером реализации данной технологии является конструкция накопителей с т.н. “зеркальными дисками ”.

В зависимости от того, как осуществляется управление, массивы RAID делятся на две категории - с программным и аппаратным контролем. Последние в свою очередь различаются расположением управляющего аппаратного обеспечения: это либо отдельный хост-контроллер, либо встроенный (такую конфигурацию иногда называют “ SCSI-to-SCSI”).

4. Расширенный массив (батарея) не дорогих независимых дисков. Подробнее о дисковых массивах RAID и их использовании см. в [48, 49, 58,178, 222, 258, 328, 397, 512].

Типы RAID -массивов [328]:

Дополнительно о RAID и контроллерах RAID см. [397].

Термины, связанные с RAID-технологией:

Магнитная лента , МЛ [magnetic tape] -

Узкая пластиковая лента с нанесенным на нее легко намагничиваемым веществом, предназначенная для записи и хранения, как правило, больших объемов данных. Катушки с магнитными лентами в современных ЭВМ конструктивно оформляются в виде сменных кассет - картриджей. В некоторых случаях (например, в домашних ПЭВМ) используются также магнитофонные аудиокассеты. Запись и считывание данных на МЛ производится при помощи стримеров, а также магнитофонов, снабженных согласующими их с ПЭВМ приставками (“адаптерами ”).