Виды и характеристика физических долговременных носителей данных

http://www..ru/

КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Информатика»

Объем информации, представленной в цифровом виде, стремительно растет. Задача сохранения информации на всех этапах развития общества была одной из приоритетных, при решении которой необходимо обеспечить для будущих поколений как сохранность знаний, накопленных предыдущими поколениями, так и новой информации. Существуют виды информации, в том числе и научно-технической, для которой трудно указать сроки, когда эта информация теряет значимость или становится ненужной. Во многих случаях ценность информации со временем будет возрастать. Примером может быть гидрометеорологическая информация, которая позволяет объективно анализировать медленное изменение в окружающей среде и природных ресурсах, оценивать эффекты влияния деятельности людей на природу. То же самое относится и к медицинской информации, анализ которой за длительные промежутки времени позволяет выявлять тенденции в развитии групп людей, проявления различных заболеваний, в том числе связанных с изменением условий жизни, влияния окружающей среды и т. д. Объемы информации, представленной в цифровой форме, увеличиваются не только за счет новой информации, которая в большинстве случаев уже имеет и электронную форму представления, но и за счет перевода в цифровую форму ранее созданных информационных ресурсов.

В данной работе будут описаны наиболее распространенные в наше время физические долговременные носители данных. Рассмотрены их достоинства и недостатки. Типы и способы хранения и записи информации.

Классификация устройств, описание их возможностей.

Для решения практикума и написания курсовой был использован пакет офисных программ Microsoft Office 2007, Adobe Reader 6.0 CE, djvu-Reader, Opera 9.26.

1. Теоретическая часть

1.1 Основные понятия

Компьютерная память (устройство хранения информации, запоминающее устройство) — часть вычислительной машины, физическое устройство или среда для хранения данных в течение определённого времени. В основе работы запоминающего устройства может лежать любой физический эффект, обеспечивающий приведение системы к двум или более устойчивым состояниям. В современной компьютерной технике часто используются физические свойства полупроводников, когда прохождение тока через полупроводник или его отсутствие трактуются как наличие логических сигналов 0 или 1. Устойчивые состояния, определяемые направлением намагниченности, позволяют использовать для хранения данных разнообразные магнитные материалы. Наличие или отсутствие заряда в конденсаторе также может быть положено в основу системы хранения.

Наиболее знакомы средства машинного хранения данных, используемые в персональных компьютерах: — это модули оперативной памяти, жёсткие диски (винчестеры), дискеты (гибкие магнитные диски), CD или DVD диски, а также устройства флэш-памяти.

1.2 Классификация

В зависимости от назначения и особенностей реализации устройств компьютерной памяти, по-разному подходят и к вопросам их классификации.

Впрочем, довольно часто к вопросу классификации подходят проще, например, различая устройства в зависимости от используемого типа носителя — полупроводниковая память, оптическая память, магнитооптическая память, магнитная память и т. п.

ПЗУ — тип памяти ЗУ, предназначенный для хранения и считывания данных, которые никогда не изменяются. Запись данных на ПЗУ производится в процессе его изготовления, поэтому пользователем изменяться не может. Наиболее распространены ПЗУ, выполненные на интегральных микросхемах (БИС, СБИС) и оптических дисках CD-ROM и DVD-ROM.

ППЗУ — тип памяти, в котором возможна запись или смена данных путём воздействия на носитель информации электрическими, магнитными и-или электромагнитными (в том числе ультрафиолетовыми или другими) полями под управлением специальной программы. К стираемым ППЗУ также относятся микросхемы флэш-памяти [flash memory], отличающиеся высокой скоростью доступа и возможностью быстрого стирания данных.

Лазерная память [laser storage] - вид памяти, в котором запись и считывание данных производятся лучом лазера (CD-R/RW, DVD±R/RW, DVD-RAM).

Магнитная память [magnetic storage] - вид памяти, использующий в качестве среды для записи и хранения данных магнитный материал. Наиболее широко использующимися устройствами реализации магнитной памяти в современных ЭВМ являются накопители на магнитных лентах (НМЛ), магнитных (жестких и гибких) дисках (НЖМД и НГМД).

1.3 Дискета

Дискета — портативный магнитный носитель информации, используемый для многократной записи и хранения данных сравнительно небольшого объема. Этот вид носителя был особенно распространён в 1970;х — начале 2000;х годов. Вместо термина «дискета» иногда используется аббревиатура ГМД — «гибкий магнитный диск» (соответственно, устройство для работы с дискетами называется НГМД — «накопитель на гибких магнитных дисках», жаргонный вариант — флоповод, флопик, флопарь от английского floppy-disk). [5]

Обычно дискета представляет собой гибкую пластиковую пластинку, покрытую ферромагнитным слоем [2,6], отсюда английское название «floppy disk» («гибкий диск»). Эта пластинка помещается в пластмассовый корпус, защищающий магнитный слой от физических повреждений [3,4,5]. Оболочка бывает гибкой или прочной. Запись и считывание дискет осуществляется с помощью специального устройства — дисковода (флоппи-дисковода).

Дискеты обычно имеют функцию защиты от записи, посредством которой можно предоставить доступ к данным только в режиме чтения. [1]

В настоящее время дискеты практически повсеместно вытеснены более емкими и обладающими гораздо меньшей удельной стоимостью видами накопителей. К таковым относятся, прежде всего, накопители на флэш-памяти, записываемые CD и DVD-диски (в особенности DVD-RAM).

1.4 Компакт-диск

«CD», «Shape CD», «CD-ROM», «КД ПЗУ» — оптический носитель информации в виде диска с отверстием в центре, информация с которого считывается с помощью лазера. Изначально компакт-диск был создан для цифрового хранения аудио (т. н. Audio-CD), однако в настоящее время широко используется как устройство хранения данных широкого назначения (т. н. CD-ROM). Аббревиатура «CD-ROM» означает «Compact Disc Read Only Memory» что в переводе обозначает компакт-диск с возможностью чтения. «КД ПЗУ» означает «Компакт-диск, постоянное запоминающее устройство». CD-ROM'ом часто ошибочно называют CD-привод для чтения компакт-дисков. [5]

Компакт-диск был создан в 1979 году компаниями Philips и Sony. [6]

Компакт-диски изготавливаются из поликарбоната толщиной 1,2 мм, покрытого тончайшим слоем алюминия (ранее использовалось золото) с защитным слоем из лака, на котором обычно наносится графическое представление содержания диска. Поэтому, вопреки распространённому мнению, компакт-диск никогда не следует класть вверх ногами (этикеткой вниз), так как отражающий алюминиевый слой, на котором и хранятся данные, снизу защищён, как было сказано выше, 1,2-миллиметровым слоем поликарбоната, а сверху — лишь тонким слоем лака. Кроме того, на отражающей стороне имеется кольцевой выступ высотой 0,5 мм, позволяющий диску, положенному на ровную поверхность, не касаться этой поверхности. В центре диска расположено отверстие диаметром 15 мм (при желании диск можно переносить, надев на палец, вообще не прикасаясь к его поверхности).

Информация на диске записывается в виде спиральной дорожки так называемых питов (углублений), выдавленных на алюминиевом слое (в отличие от технологии записи CD-ROM'ов где информация записывается цилиндрически). Каждый пит имеет примерно 125 нм в глубину и 500 нм в ширину. Длина пита варьируется от 850 нм до 3,5 мкм. Расстояние между соседними дорожками спирали — 1,5 мкм. Данные с диска читаются при помощи лазерного луча с длиной волны 780 нм, который просвечивает поликарбонатный слой, отражается от алюминиевого и считывается фотодиодом. Луч лазера образует на отражающем слое пятно диаметром примерно 1,5 мкм. Так как диск читается с нижней стороны, каждый пит выглядит для лазера как возвышение. Места, где такие возвышения отсутствуют, называются площадками.

Чтобы вам было легче представить отношение размеров диска и пита: если компакт-диск был бы величиной со стадион, пит был бы размером примерно с песчинку.

Свет от лазера, попадающий на площадку, отражается и улавливается фотоприёмником. Если же свет попадает на возвышение, он испытывает интерференцию со светом, отражённым от площадки вокруг возвышения и не отражается. Так происходит потому, что высота каждого возвышения равняется четверти длины волны света лазера, что приводит к разнице в фазах в половину длины волны между светом, отражённым от площадки и светом, отражённым от возвышения.

Компакт-диски бывают штампованные на заводе (CD-ROM), CD-R для однократной записи, CD-RW для многократной записи. Диски последних двух типов предназначены для записи в домашних условиях на специальных пишущих приводах. В некоторых CD-плеерах и музыкальных центрах такие диски могут не читаться (в последнее время все производители бытовых музыкальных центров и CD-плееров включают в свои устройства поддержку чтения CD-R/RW).

Скорость чтения/записи CD указывается кратной 150 KБ/с (то есть 153 600 байт/с). Например, 48-скоростной привод обеспечивает максимальную скорость чтения (или записи) CD дисков, равную 48×150 = 7200 KБ/с (7,03 MБ/с).

Вес диска без коробки составляет ~15,7 гр. Вес диска в обычной (не «слим») коробке равен ~74 гр.

Shape CD (фигурный компакт-диск) — оптический носитель цифровой информации типа CD-ROM, но не строго круглой формы, а с очертанием внешнего контура в форме разнообразных объектов, таких как портреты, машины, самолёты, диснеевские персонажи, сердечки, звёздочки, овалы, в форме кредитных карточек и т. д.

Существуют и диски, предназначенные для записи в домашних условиях: CD-R (Compact Disc Recordable) для однократной записи и CD-RW (Compact Disc ReWritable) для многократной. В таких дисках отражающая способность питов и промежутков между ними должны имитироваться другим способом. Это достигается добавлением красителя между золотой (алюминиевой) поверхностью и слоем поликарбоната. В изначальном состоянии уровень красителя прозрачен и позволяет лучу лазера свободно проходить через него и отражаться от золотого (алюминиевого) покрытия. Во время записи лазер переходит в режим повышенной мощности (8−16мВт). Когда лазер попадает на краситель, он нагревает его, разрушая химические связи, и образует темные, непрозрачные пятна. При чтении лучом лазера с мощностью 0,5 мВт фотодетектор замечает разницу между прожженными пятнами и нетронутыми областями. Это различие интерпретируется так же, как и разница между выемками и ровными поверхностями на обычных компакт дисках. [1]

1.5 DVD

Ди-ви-дим, англ. Digital Versatile Disc — цифровой многоцелевой диск — носитель информации в виде диска, внешне схожий с компакт-диском, однако имеющий возможность хранить бомльший объём информации за счёт использования лазера с меньшей длиной волны, чем для обычных компакт дисков. [5]

Первые диски и проигрыватели DVD появились в ноябре 1996 в Японии и в марте 1997 в США. Изначально «DVD» расшифровывалось как «Digital Video Disc» (цифровой видеодиск), поскольку данный формат первоначально разрабатывался как замена видеокассетам. Позже, когда стало ясно, что носитель подходит и для хранения произвольной информации, многие стали расшифровывать DVD как Digital Versatile Disc (цифровой многоцелевой диск). Toshiba, заведующая официальным сайтом DVD Forum’а, использует «Digital Versatile Disc». К консенсусу не пришли до сих пор, поэтому сегодня «DVD» официально вообще никак не расшифровывается. [6]

DVD по структуре данных бывают трех типов:

DVD-Video — содержат фильмы (видео и звук);

DVD-Audio — содержат аудиоданные высокого качества (гораздо выше, чем на аудио-компакт-дисках);

DVD-Data — содержат любые данные;

смешанное содержимое.

В отличие от компакт-дисков, в которых структура аудиодиска фундаментально отличается от диска с данными, в DVD всегда используется файловая система UDF (для данных может быть использована ISO 9660)).

DVD как носители бывают четырёх типов:

DVD-ROM — диски, изготовленные методом инжекционного литья (литья под давлением из прочного пластика-поликарбоната), непригодны для записи в приводах;

DVD+R/RW — диски однократной (R — Recordable) и многократной (RW — ReWritable) записи;

DVD-R/RW — диски однократной (R — Recordable) и многократной (RW — ReWritable) записи;

DVD-RAM — диски многократной записи с произвольным доступом (RAM — Random Access Memory). 3]

Любой из этих 4 типов носителей DVD может нести любую из трёх структур данных (см. выше).

Физически DVD может иметь одну или две рабочие стороны и один или два рабочих слоя на каждой стороне.

Вместимость можно определить на глаз — нужно посмотреть, сколько рабочих (отражающих) сторон у диска и обратить внимание на их цвет: двухслойные стороны обычно имеют золотой цвет, а однослойные — серебряный, как компакт-диск.

Единица скорости (1x) чтения/записи DVD составляет 1 385 000 байт/с (то есть около 1352 Кбайт/с = 1,32 Мбайт/с), что примерно соответствует 9-й скорости (9x) чтения/записи CD, которая равна 9 Ч 150 = 1350 Кбайт/с. Таким образом, 16-скоростной привод обеспечивает скорость чтения (или записи) DVD равную 16 Ч 1,32 = 21,12 Мбайт/с. [1]

1.6 Blu-ray Disc

Blu-ray Disc или сокращённо BD (от англ. blue ray — голубой луч и disc — диск) — формат оптического носителя, используемый для записи и хранения цифровых данных, включая видео высокой чёткости с повышенной плотностью. Стандарт Blu-ray был совместно разработан консорциум BDA. [6]

Blu-ray (букв. «голубой-луч») получил своё название от использования для записи и чтения коротковолнового (405нм) «синего» (технически сине-фиолетового) лазера. [5]

Защита Blu-ray была взломана 20 января 2007 года.

Однослойный диск Blu-ray (BD) может хранить 23.3, 25, 27 или 33 Гб, двухслойный диск может вместить 46,6, 50, или 54 Гб. Также в разработке находятся диски вместимостью 100 Гб и 200 Гб с использованием соответственно четырёх и шести слоёв. Корпорация TDK уже анонсировала прототип четырехслойного диска объёмом 100 Гб.

На данный момент доступны диски BD-R и BD-RE, в разработке находится формат BD-ROM. В дополнение к стандартным дискам размером 120 мм, выпущены варианты дисков размером 80 мм для использования в цифровых фотои видеокамерах. Планируется, что их объём будет достигать 15 Гб для двухслойного варианта.

В технологии Blu-ray для чтения и записи используется сине-фиолетовый лазер с длиной волны 405 нм. Обычные DVD и CD используют красный и инфракрасный лазеры с длиной волны 650 нм и 780 нм соответственно. Такое уменьшение позволило сузить дорожку вдвое по сравнению с обычным DVD-диском — до 0,32 микрон — и увеличить плотность записи данных.

Более короткая длина волны сине-фиолетового лазера позволяет хранить больше информации на 12 см дисках того же размера, что и у CD/DVD, а также увеличить скорость считывания до 432 Мбит/с.

Из-за того, что на дисках Blu-Ray данные расположены слишком близко к поверхности, первые версии дисков были крайне чувствительны к царапинам и прочим внешним механическим воздействиям из-за чего они были заключены в пластиковые картриджи. Этот недостаток вызывал большие сомнения относительно того, сможет ли формат Blu-ray противостоять стандарту HD DVD — своему основному конкуренту. HD DVD помимо своей более низкой стоимости может нормально существовать без картриджей, также как форматы CD и DVD, что делает его более понятным для покупателей, а также более интересным для производителей и дистрибьюторов, которые могут быть обеспокоены дополнительными затратами из-за картриджей.

Решение этой проблемы появилось в январе 2004, с появлением нового полимерного покрытия, которое дало дискам невероятную защиту от царапин и пыли. Это покрытие, разработанное корпорацией TDK, получило название «Durabis», оно позволяет очищать BD при помощи бумажных салфеток — которые могут нанести повреждения CD и DVD. Формат HD DVD имеет те же недостатки, так как эти диски производятся на основе старых оптических носителей. По сообщению в прессе «голые» BD с этим покрытием сохраняют работоспособность даже будучи поцарапанными отвёрткой.

Хотя Ассоциация Blu-ray дисков и не обязывает производителей проигрывателей, она настоятельно рекомендует им делать возможность Blu-ray устройствам проигрывать диски формата DVD для обеспечения обратной совместимости.

1.7 HD DVD

HD DVD (англ. High Definition DVD — DVD высокой чёткости) — технология записи оптических дисков, выработанная консорциумом DVD Forum и компанией Toshiba. HD DVD (как и Blu-ray Disc) использует диски стандартного размера (120 миллиметров в диаметре) и синий лазер с длиной волны 405 нанометров. [6]

19 февраля 2008 года компания Toshiba объявила о прекращении поддержки технологии HD DVD в связи с решением положить конец войне форматов.

Однослойный диск HD DVD имеет ёмкость 15 GB, двухслойный — 30 GB. Toshiba также анонсировала трёхслойный диск, который может хранить до 45 GB данных. Это меньше, чем ёмкость основного соперника Blu-ray, который поддерживает 25 GB на один слой и 100 GB на четыре слоя. Оба формата обратно совместимы с DVD и оба используют одни и те же методики сжатия видео: MPEG-2, Video Codec 1 (VC1, базируется на формате Windows Media 9) и H.264/MPEG-4 AVC. Важным фактором привлекательности HD DVD по сравнению с Blu-ray является также тот факт, что большая часть оборудования для производства DVD может быть переоснащена для производства HD DVD, так как использует идентичную технологию производства.

Кинокомпания Warner Bros, принадлежащая американской медиакомпании Time Warner Inc., объявила о том, что откажется от формата HD DVD в пользу конкурирующей технологии DVD Blu-ray дисков. [4]

1.8 Жёсткий диск

Накопитель на жёстких магнитных дисках, жёсткий диск, хард, HDD, HMDD или винчестер, (англ. Hard (Magnetic) Disk Drive, HDD, HMDD) — энергонезависимое, перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство. Является основным накопителем данных практически во всех современных компьютерах. [5,6]

В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома. В некоторых НЖМД используется одна пластина, в других — несколько на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образуемого у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках 5−10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков, головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.

Название «винчестер» накопитель получил благодаря фирме IBM, которая в 1973 году выпустила жёсткий диск модели 3340, впервые объединивший в одном неразъёмном корпусе пластины диска и считывающие головки. При его разработке инженеры использовали краткое внутреннее название «30−30», что означало два модуля (в максимальной компоновке) по 30 Мб каждый. Кеннет Хотон, руководитель проекта, по созвучию с обозначением популярного охотничьего ружья «Winchester 30−30» предложил назвать этот диск «винчестером». [4]

Жёсткий диск состоит из следующих основных узлов: корпус из прочного сплава, собственно жесткие диски (пластины) с магнитным покрытием, блок головок с устройством позиционирования, электропривод шпинделя и блок электроники.

Вопреки расхожему мнению, жесткие диски не герметичны. Внутренняя полость жесткого диска сообщается с атмосферой через фильтр, способный задерживать очень мелкие (несколько мкм) частицы. Это необходимо для поддержания постоянного давления внутри диска при колебаниях температуры корпуса.

Принцип работы жестких дисков похож на работу магнитофонов. Рабочая поверхность диска движется относительно считывающей головки (например, в виде катушки индуктивности с зазором в магнитопроводе). При подаче переменного электрического тока (при записи) на катушку головки, возникающее переменное магнитное поле из зазора головки воздействует на ферромагнетик поверхности диска и изменяет направление вектора доменов в зависимости от величины сигнала. При считывании перемещение доменов у зазора головки приводит к изменению магнитного потока в магнитопроводе головки, что приводит к возникновению переменного электрического сигнала в катушке из-за эффекта электромагнитной индукции.

В последнее время для считывания применяют магниторезистивный эффект и используют в дисках магниторезистивные головки. В них, изменение магнитного поля приводит к изменению сопротивления, в зависимости от изменения напряженности магнитного поля. Подобные головки позволяют увеличить вероятность достоверности считывания информации (особенно при больших плотностях записи информации).

Метод параллельной записи: На данный момент это самая распространенная технология записи информации на НЖМД. Биты информации записываются с помощью маленькой головки, которая проходя над поверхностью вращающегося диска намагничивает миллиарды горизонтальных дискретных областей — доменов. Каждая из этих областей является логическим нулём или единицей, в зависимости от намагниченности.

Максимально достижимая при использовании данного метода плотность записи оценивается 150 Гбит/дюймІ (23Гбит/смІ). В ближайшем будущем ожидается постепенное вытеснение данного метода методом перпендикулярной записи. Метод перпендикулярной записи — это технология, при которой биты информации сохраняются в вертикальных доменах. Это позволяет использовать более сильные магнитные поля и снизить площадь материала, необходимую для записи 1 бита. Плотность записи у современных образцов — 100−150 Гбит/дюймІ (15−23 Гбит/смІ), в дальнейшем планируется довести плотность до 400−500 Гбит/дюймІ (60−75 Гбит/смІ). Жесткие диски с перпендикулярной записью доступны на рынке с 2005 года.

Метод тепловой магнитной записи (англ. Heat assisted magnetic recording — HAMR) на данный самый перспективный из существующих, сейчас он активно разрабатывается. При использовании этого метода используется точечный подогрев диска, который позволяет головке намагничивать очень мелкие области его поверхности. После того, как диск охлаждается, намагниченность «закрепляется». На рынке ЖД данного типа пока не представлены (на 2008 год), есть лишь экспериментальные образцы, но их плотность уже достигла 1Тбит/дюймІ (150Гбит/смІ). Разработка HAMR-технoлогий ведется уже довольно давно, однако эксперты до сих пор расходятся в оценках максимальной плотности записи. Так, компания Hitachi называет предел в 15? 20 Тбит/дюймІ, а Seagate Technology предполагает, что смогут довести плотность записи HAMR-носители до 50 Тбит/дюймІ[5]. Широкого распространения данной технологии следует ожидать в 2010 — 2013 годах.

1.9 RAID

RAID (англ. redundant array of independent/inexpensive disks) — дисковый массив независимых дисков. Служат для повышения надёжности хранения данных и/или для повышения скорости чтения/записи информации (RAID 0). [7]

Аббревиатура RAID изначально расшифровывалась как «Redundant Arrays of Inexpensive Disks» («избыточный (резервный) массив недорогих дисков», так как они были гораздо дешевле RAM). Именно так был представлен RAID своими исследователями: Петтерсоном (David A. Patterson), Гибсоном (Garth A. Gibson) и Катцом (Randy H. Katz) в 1987 году. Со временем RAID стали расшифровывать как «Redundant Array of Independent Disks» («избыточный (резервный) массив независимых дисков»), потому как для массивов приходилось использовать и дорогое оборудование (под недорогими дисками подразумевались диски для ПЭВМ). [8]

Далее будут рассмотрены только уровни RAID 0,1,5.

RAID 0 («Striping») — дисковый массив из двух или более жёстких дисков с отсутствием избыточности. Информация разбивается на блоки данных (Ai) и записывается на оба/несколько диска поочередно.

За счёт этого существенно повышается производительность (+) (от количества дисков зависит кратность увеличения производительности), но страдает надёжность всего массива. (При выходе из строя любого из входящих в RAID 0 винчестеров полностью и безвозвратно пропадает вся информация) (-). В соответствии с теорией вероятностей, надёжность массива RAID 0 равна произведению надёжностей составляющих его дисков, каждая из которых меньше единицы, т. о. совокупная надёжность заведомо ниже надёжности любого из дисков. RAID 0 может быть реализован как программно, так и аппаратно.

RAID 1 (Mirroring — «зеркало»). Обеспечивает приемлемую скорость записи и выигрыш по скорости чтения за счёт распараллеливания запросов. Имеет высокую надежность — работает до тех пор пока функционирует хотя бы один диск в массиве. Недостаток заключается в том, что приходится выплачивать стоимость двух жёстких дисков, получая полезный объем одного жёсткого диска (классический случай, когда массив состоит из двух дисков).

Изначально предполагается, что жёсткий диск — вещь надёжная. Соответственно, вероятность выхода из строя сразу двух дисков равна (по формуле) произведению вероятностей, то есть ниже на порядки. К сожалению, данная теоретическая модель не достаточно полно отражает процессы, протекающие в реальной жизни. Так, обычно два винчестера берутся из одной партии и работают в одинаковых условиях, а при выходе из строя одного из дисков нагрузка на оставшийся увеличивается, поэтому на практике при выходе из строя одного из дисков следует срочно принимать меры — вновь восстанавливать избыточность. Для этого с любым уровнем RAID (кроме нулевого) рекомендуют использовать диски горячего резерва Hot Spare. Достоинство такого подхода — поддержание постоянной надёжности. Недостаток — ещё большие издержки (то есть стоимость трёх винчестеров для хранения объёма одного диска).

Зеркало на многих дисках — RAID 1+0. При использовании такого уровня зеркальные пары дисков выстраиваются в «цепочку», поэтому объём полученного тома может превосходить ёмкость одного жёсткого диска. Достоинства и недостатки такие же, как и у уровня RAID 0. Как и в других случаях, рекомендуется включать в массив диски горячего резерва Hot Spare из расчёта один резервный на пять рабочих.

RAID 5. Блоки данных и контрольные суммы циклически записываются на все диски массива, отсутствует выделенный диск для хранения информации о четности, нет асимметричности конфигурации дисков. Самый популярный из уровней, в первую очередь благодаря своей экономичности. Жертвуя ради избыточности ёмкостью всего одного диска из массива, мы получаем защиту от выхода из строя любого из винчестеров тома. На запись информации на том RAID 5 тратятся дополнительные ресурсы, так как требуются дополнительные вычисления, зато при чтении (по сравнению с отдельным винчестером) имеется выигрыш, потому что потоки данных с нескольких накопителей массива распараллеливаются.

Недостатки RAID 5 проявляются при выходе из строя одного из дисков — весь том переходит в критический режим, все операции записи и чтения сопровождаются дополнительными манипуляциями, резко падает производительность. При этом уровень надежности значительно снижается (так как уменьшена избыточность массива).

RAID 0 можно создать, задействовав только ДВА жестких диска!

RAID 1+0 можно создать, задействовав 4 диска.

RAID 5 можно создать, задействовав от 3 до 6 дисков.

Одновременно создать RAID 5 и любой другой RAID на одних и тех же дисках (как при создании RAID 1 и RAID 0 из примера) не представляется возможным. [9,11,12]

1.10 Флэш-память

компьютерный память носитель данные Флэш-память (англ. Flash-Memory) — разновидность твердотельной полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти. [6]

Она может быть прочитана сколько угодно раз, но писать в такую память можно лишь ограниченное число раз (обычно около 10 тысяч раз). Несмотря на то, что такое ограничение есть, 10 тысяч циклов перезаписи — это намного больше, чем способна выдержать дискета или CD-RW.

Не содержит подвижных частей, так что, в отличие от жёстких дисков, более надёжна, компактна и дёшева.

Недостатком, по сравнению с жёсткими дисками, является относительно малый объём: для самых больших флэш-карт объём составляет около 16 Гб. Работа по устранению этого недостатка уже ведётся: компания Apple выпустила флэш-носители ёмкостью до 64 Гб. А в конце 2007 года компания Toshiba объявила о начале выпуска флэш-носителей объёмом до 256 Гб.

Флэш-память хранит информацию в массиве транзисторов с плавающим затвором, называемых ячейками (англ. cell). В традиционных устройствах с одноуровневыми ячейками (англ. single-level cell, SLC), каждая из них может хранить только один бит. Некоторые новые устройства с многоуровневыми ячейками (англ. multi-level cell, MLC) могут хранить больше одного бита, используя разный уровень электрического заряда на плавающем затворе транзистора.

Скорость некоторых устройств с флэш-памятью может доходить до 100 Мб/с. В основном флэш-карты имеют большой разброс скоростей и обычно маркируются в скоростях стандартного CD-привода (150 Кб/с). Так указанная скорость в 100x означает 100 Ч 150 Кб/с = 15 000 Кб/с= 14.65 Мб/с.

Основное слабое место флэш-памяти — количество циклов перезаписи. Ситуация ухудшается также в связи с тем, что ОС часто записывает данные в одно и то же место. Например, часто обновляется таблица файловой системы, так что первые сектора памяти израсходуют свой запас значительно раньше. Распределение нагрузки позволяет существенно продлить срок работы памяти.

Флэш-память наиболее известна применением в USB флэш-носителях (англ. USB flash drive). Благодаря большой скорости, объёму и компактным размерам USB флэш-носители полностью вытеснили с рынка дискеты.

Сейчас активно рассматривается возможность замены жёстких дисков на флэш-память. В результате компьютер будет включаться мгновенно, а отсутствие движущихся деталей увеличит срок службы. Например, в XO-1, «ноутбуке за 100 $», который активно разрабатывается для стран третьего мира, жёсткий диск будет заменять флэш-память объёмом 1 Гб.

1.11 Твердотельный накопитель

Твердотельный накопитель (англ. SSD, Solid State Drive, Solid State Disk) — энергонезависимое, перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство без движущихся частей. Перспективная разработка: многие аналитики считают, что уже в ближайшие годы твердотельные накопители займут достаточно большую долю рынка накопителей, отвоевав её у накопителей на жёстких магнитных дисках. В данный момент распространению SSD препятствует высокая цена в расчёте на единицу ёмкости. [5,6]

В настоящее время наиболее заметными компаниями, которые интенсивно развивают такое направление в своей деятельности, можно назвать Samsung и Sandisk. Также свой интерес к рынку демонстрирует Intel.

2. Практика

Организация ОАО «Триумф» предоставляет некоторые виды кредитов как физическим, так и юридическим лицам под процентные ставки (рис. 1). На фирме ведется журнал учета кредитов и их возврата (рис. 2). При этом за каждый просроченный день возврата начисляется штраф в размере 1% от суммы кредита.

1. Построить таблицы по приведенным ниже данным (рис. 1−2).

2. Организовать межтабличные связи для автоматического заполнения граф журнала регистрации кредитов (рис. 2): «Наименование кредита», «Сумма возврата по договору, тыс. руб.», «Штрафные санкции, тыс. руб.», «Общая сумма возврата, тыс. руб.».

3. Определить наиболее востребованный вид кредита:

1. подвести итоги в журнале регистрации кредитов;

2. построить соответствующую сводную таблицу.

4. Построить гистограмму по данным сводным таблицы.

Рис. 1. Список видов кредита и ставки по ним в ОАО «Триумф»

Рис. 2. Журнал регистрации кредитов

Описание алгоритма решения задачи

1. Запустить табличный процессор MS Excel.

2. Создать книгу с именем «ОАО «Триумф».

3. Лист 1 переименовать в лист с названием Список видов кредита.

4. На рабочем листе Список видов кредита MS Excel создать таблицу списка видов кредита и ставок по ним.

5. Заполнить таблицу списков видов кредита и ставок по ним данными (Рис. 3).

Рис. 3. Расположение таблицы «Список видов кредита и ставки по ним в ОАО «Триумф»

6. Лист 2 переименовать в лист с названием Журнал регистрации кредитов.

7. На рабочем листе Журнал регистрации кредитов MS Excel создать таблицу в которой будет список выдачи и возвращения кредитов.

8. Заполнить таблицу со списком выдачи и возврата кредита исходными данными.(Рис. 4.)

Рис. 4. Расположение таблицы со списком выдачи и возврата кредита на рабочем листе Журнал регистрации кредитов MS Excel

9. Заполнить графу Наименование кредита таблицы «Журнала регистрации кредитов», находящейся на листе Журнал регистрации заказов следующим образом:

Занести в ячейку D3 формулу:

=ЕСЛИ (C3=100;" Бытовой" ;ПРОСМОТР (C3;'Список видов кредита'! $A$ 3:$B$ 7)).

Размножить введенную в ячейку D2 формулу для остальных ячеек (с D4 по D10) данной графы.

10. Заполнить графу Сумма возврата по договору, тыс. руб. таблицы «Журнала регистрации кредитов», находящейся на листе Журнал регистрации заказов следующим образом:

Занести в ячейку H3 формулу:

=E3+E3*(ЕСЛИ (C3=100;25;ПРОСМОТР (C3;'Список видов кредита'! $A$ 3:$C$ 7)))/ 100

Размножить введенную в ячейку H3 формулу для остальных ячеек (с H3 по H10) данной графы.

11. Заполнить графу Штрафные санкции, тыс. руб. таблицы «Журнала регистрации кредитов», находящейся на листе Журнал регистрации заказов следующим образом:

Занести в ячейку I3 формулу:

=ЕСЛИ (G3-F3<=0;0;(G3-F3)*0,01*E3)

Размножить введенную в ячейку I3 формулу для остальных ячеек (с I3 по I10) данной графы.

12. Заполнить графу Общая сумма возврата, тыс. руб. таблицы «Журнала регистрации кредитов», находящейся на листе Журнал регистрации заказов следующим образом:

Занести в ячейку J3 формулу:

=H3+I3

Размножить введенную в ячейку J3 формулу для остальных ячеек (с J3 по J10) данной графы.

13. В таблице «Журнала регистрации кредитов» подвести общий итог в журнале по полю Сумма кредита, тыс. руб., Сумма возврата по договору, тыс. руб., Штрафные санкции, тыс. руб., Общая сумма возврата, тыс. руб. (Рис. 5.)

Рис. 5. Регистрация кредитов, выданных ОАО «Триумф» физическим и юридическим лицам

14. Разработать структуру шаблона таблицы «Журнала регистрации кредитов» (Рис.6)

Рис. 6. Структура шаблона таблицы «Журнала регистрации кредитов»

15. Лист 3 переименуем в лист с названием сводная таблица.

16. На рабочем листе Сводная таблица MS Excel создать таблицу, в которой будут суммы выплат по отдельным видам кредитов.

17. Путем создания межтабличных связей заполнить созданную таблицу полученными данными из таблицы «Журнала регистрации кредитов» (Рис. 7.)

Рис. 7. Сводная таблица ОАО «Триумф»

18. Лист № 4 переименовать в лист с названием График.

19. На рабочем листе График MS Excel представить графически результаты вычислений сводной таблицы ОАО «Триумф» (Рис. 8.)

Рис. 8. Сводная таблица и графическое представление результатов вычислений

Выводы

На сегодняшний день оптимальными устройствами для долговременного хранения данных, в зависимости от сроков, объема и целей хранения, являются: DVD-диски, RAID-массивы жестких дисков, Flash-память.

Для наглядности будет приведена таблица, описывающая положительные и отрицательные стороны тех или иных устройств и их «специализация».

Из сравнительной характеристики этих трех носителей можно сделать выбор в пользу Flash-накопителей. Фактически они являются на сегодняшней день «золотой серединой» при выборе достаточно дешевого, надежного, быстрого, портативного, мобильного и простого в использовании устройства данных.

1. Марк Л. Чемберс Запись компакт-дисков и DVD для «чайников» = CD & DVD Recording For Dummies. — 2-е изд. — М.: «Диалектика», 2008. — С. 304. — ISBN 0−7645−5956−7

2. Э. Таненбаум Современные операционные системы = Modern operating systems. — 2-е изд. — Питер, 2006. — С. 1037. — ISBN 0−13−31 358−0

3. Лапин Евгений Васильевич Подготовка и запись DVD всех типов. Краткое руководство. — М.: «Вильямс», 2006. — С. 320. — ISBN 5−8459−1064−1

4. Скотт Мюллер Модернизация и ремонт ПК = Upgrading and Repairing PCs. — 17 изд. — М.: «Вильямс», 2007. — С. 653−700. — ISBN 0−7897−3404−4

5. Словарь компьютерных терминов = Dictionary of Personal Computing / Айен Синклер; Пер. с англ. А. Помогайбо — Москва: Вече, АСТ, 1996. — С. 177, ISBN 5−7141−0309−2.

6. Память // Словарь компьютерных терминов = Dictionary of Personal Computing / Айен Синклер; Пер. с англ. А. Помогайбо — Москва: Вече, АСТ, 2006.

7. Новые уровни RAID: цифры, буквы и то, что за ними [http://www.itc.ua/node/28 408]

8. Сравнение 5 моделей недорогих RAID контроллеров с интерфейсами PCI и PCI Express. [http://www.hardwareportal.ru/article.php?ID=52 258]

9. Избыточная RAIDость. Что такое RAID и с чем его едят? [http://computery.ru/upgrade/numbers/2005/230/likbez₂₃₀.htm]

10. Неизбыточно о RAID (XOR, RAID-Z) [http://itc.ua/article.phtml?ID=28 405]

11. Тестирование производительности SATA RAID [http://www.findmobile.ru/ index. php?tid=14 574&sec=20&page=texts]

12. Raid-Controller & Raid-Systems [http://www.raid-controller.info/]