Виды машинных носителей информации

1 Перфокарты

2 Перфоленты

3 Стримеры

4 Флоппи диск

5 Zip и Jazz диски

6 НМЖД

7 Магнитооптические диски

8 Флэшнакопители Заключение Список литературы

Информация — вещь нематериальная. Это сведения, которые зафиксированы (записаны) тем или иным расположением (состоянием) материального носителя, например, порядком расположения букв на странице или величиной намагниченности ленты.

Носителем информации может быть любой материальный объект. И наоборот — любой материальный объект всегда несёт на себе некую информацию (которая, однако, далеко не всегда имеет для нас значение). Например, книга как совокупность переплёта, бумажных листов, и типографской краски на них является типичным носителем информации.

Чтобы отличать информацию от её носителя, надо твёрдо помнить, что информация — это сугубо нематериальная субстанция. Всё, что является материальным объектом, информацией быть не может, но только лишь её носителем. В том же примере с книгой и листы, и знаки на них — только носитель; информация же заключена в порядке расположения печатных символов на листах. Радиосигнал — тоже материальный объект, поскольку является комбинацией электрических и магнитных полей (с другой точки зрения — фотонов), поэтому он не является информацией. Информация в данном случае — порядок чередования импульсов или иных модуляций указанного радиосигнала.

Материя и информация неотделимы друг от друга. Информация не может существовать сама по себе, в отрыве от материального носителя. Материя же не может не нести информации, поскольку всегда находится в том или ином определённом состоянии.

Хотя любой материальный объект — носитель информации, но люди используют в качестве таковых специальные объекты, с которых информацию удобнее считывать.

Традиционно используемым носителем информации является бумага с нанесёнными на ней тем или иным способом изображениями.

Поскольку в наше время основным средством обработки информации является компьютер, то и для хранения информации все чаще стали использоваться машинно-читаемые носители. Ниже приводится список известных типов машинных носителей с их качественными характеристиками.

— Жёсткий магнитный диск, ЖМД, НЖМД (hard disk, HD). Применяется как основной — стационарный носитель информации в компьютерах. Большая ёмкость, высокая скорость доступа. Встречаются модели со съёмным диском, который можно вынуть из компьютера.

— Гибкий магнитный диск, ГМД (floppy disk, FD) или дискета (diskette). Основной сменный носитель для персональных компьютеров. Небольшая ёмкость, низкая скорость доступа, но и стоимость тоже низкая. Основное преимущество — транспортабельность.

— Перезаписываемый лазерный компакт-диск (CD-R, CD-RW). В одних случаях возможна только запись (без перезаписи), в других — также ограниченное число циклов перезаписи данных. Большая ёмкость, средняя скоростьзаписи/чтения.

— DVD-диск. Аналогичен CD-R, но имеет более высокую плотность записи (в 5−20 раз). Имеются устройства как только для считывания, так и для записи (перезаписи) DVD.

— Сменный магнитный диск типа ZIP или JAZZ. Похож на дискету, но обладает значительно большей ёмкостью.

— Кассета с магнитной лентой — сменный носитель для стримера (streamer) — прибора, специально предназначенного для хранения больших объёмов данных. Некоторые модели компьютеров приспособлены для записи информации на обычные магнитофонные кассеты. Кассета имеет большую ёмкость и высокую скорость записи-считывания, но медленный доступ к произвольной точке ленты.

— Перфокарты — в настоящее время почти не используются.

— Перфолента — в настоящее время почти не используется

— Флэш-накопители — большая емкость, высокая скорость чтения/записи, небольшой размер.

Познакомимся поподробнее с перечисленными носителями информации.

1 Перфокарты

Впервые перфокарты появились приблизительно в 1800 году, их использовал Джеквард Лум. Он производил раскрой ткани по образцам, представленным перфокартами. Идея перфокарт нашла также практическое применение в ткацких станках Ж. Жаккара (1804) и вычислительной машине Ч. Бэббиджа (1833). Позже аналогичная технология стала использоваться в механических пианино.

Важной личностью в истории создания вычислительных машин на перфокартах является Г. Холлерит. В 1890 г. он использовал технологию перфокарт для выполнения переписи населения Соединенных Штатов Идея Холлерита состояла в том, чтобы для каждого человека завести специальную карточку — перфокарту, в которой были бы данные о человеке. Эти данные должны были заноситься в карточку в виде отверстий, чтобы облегчить их обработку Сведения заносились на перфокарту вручную с помощью пробивного устройства — перфоратора. На лицевой панели перфоратора имелась карта — шаблон признаков с отверстиями, над лицевой панелью по всей карте перемещался специальный рычаг со штифтом на конце. Если чистую перфокарту клали в специальную раму и опускали штифт в отверстие, соответствующее какому-либо признаку, то специальное устройство в раме пробивало идентичный знак в той же позиции. Так как работа на перфораторе совершалась вручную, то быстрота ее выполнения зависела от умения и навыков работающего, всего в час можно было заполнить не более 80 карточек.

Информация, занесенная на перфокарты, обрабатывалась табулятором. Это было массивное устройство, работающее от электрических батарей. Перфокарту загружали в специальный воспринимающий пресс, который считывал информацию и передавал ее на табулятор. Считывание происходило следующим образом: в воспринимающем прессе были специальные контактные иглы, которые проходили через отверстия, пробитые в перфокарте, и замыкали электрическую цепь. Электрический ток проходил по проводам и достигал табулятора, на лицевой панели которого были счетчики. Каждый счетчик соответствовал какому-нибудь определенному признаку. По окончании обработки перфокарт, каждый счетчик показывал, сколько раз в его позиции замыкалась цепь.

В 50-е годы ХХ века появились компьютеры и потеснили перфорационные комплексы. Появилась возможность записывать данные на магнитную ленту (с помощью перфолент или тех же перфокарт), сортировать их и проводить накопление информации в требуемом разрезе. 20% перфокарт переписи населения США 1950 г. были обработаны с использованием первого коммерческого компьютера UNIVAC I (остальные 80% - обычными табуляторами).

Перфокарты по-прежнему служили для ввода информации в ЭВМ. На них записывали и хранили программы на Фортране и других языках. Они использовались как внешняя память.

По данным Британского музея науки и технологий производство табуляторов было свернуто примерно в 1965 г. Однако устройства переноса информации на перфокарты и ввода их в компьютер прожили еще два десятка лет.

Так что же такое перфокарта?

Перфокарта — это небольшие, картонные легкие бланки с размерами по ГОСТу 187,4×82,5 мм. Информация располагается по строкам и колонкам. Перфокарта может содержать до 80 колонок информации, в каждой колонке располагается один символ. Обычно на перфокарте колонки с 1 по 26 содержат буквенные символы от A до Z соответственно, а колонки с 36 до 45 содержат десятичные цифровые символы от 0 до 9. Также были дополнительные символы +, -, .,, (,), *, /, $, = и пробел. Каждый символ представляется единственной свойственной только ему конфигурацией отверстий в колонке перфокарты. Пробел представляется колонкой без отверстий.

Сначала считыватели перфокарт были механическими — восемь контактов ощупывали восемь дорожек, пролетающей мимо перфокарты, а потом пошли фотосчитыватели, и процесс стал бесконтактным. На одной перфокарте помещалась одна строка программы. Соответственно, в среднем, весь текст программы представлял собой довольно внушительную по толщине колоду перфокарт, которые обкладывались сверху и снизу пластмассовыми или картонными полосками, чтобы перфокарты не мялись. Чтобы внести изменения в программу, нужно было выбить на перфокартах команду и новую строчку программы. Поэтому в те времена была совсем другая философия программирования. Программистам нужно было десятки раз прогнать в уме всю программу, выискивая всевозможные ошибки

2 Перфолента

Перфорационная лента, перфорированная лента, перфолента, носитель информации в виде бумажной, целлулоидной или полиэтилентерефталатной (лавсановой) ленты, на которую информация наносится пробивкой отверстий (перфораций). Преимущественное распространение получили перфоленты из плотной бумаги, шириной 17,5; 20,5; 22,5 и 25,4 мм и толщиной около 0,1 мм. Ширина и толщина перфоленты, форма отверстий и их расположение обычно определяются материалом, из которого изготовлена лента, и конструкцией перфоратора. П. л. имеют от 5 до 8 информационных дорожек и одну (обычно посередине) транспортную с непрерывной, более мелкой перфорацией. Число дорожек соответствует числу элементов кода (двоичных разрядов), одновременно записываемых или считываемых с ленты.

Информация наносится на перфоленту механическими или электромеханическими перфораторами со скоростью до 300 строк в сек; воспроизведение (считывание) информации осуществляется электромеханическими трансмиттерами или с помощью фотоэлементов со скоростью до 3000 строк в сек. Перфоленты служат для длительного хранения и многократного воспроизведения информации. Перфоленты уступают по прочности перфорационным картам, но устройства, работающие с ними., обычно проще и дешевле устройств на перфокартах и обладают большим быстродействием. В отличие от магнитных лент, информация, записанная на перфоленту, доступна для чтения без специальных устройств, однако перфолента. может быть использована только для однократной записи, исправление нанесённых на ней. данных затруднено, склейка ленты существенно ухудшает её механические свойства. Перфоленты используют в ЭВМ для ввода и вывода информации, в быстродействующих телеграфных аппаратах, пишущих автоматах, технологических устройствах и агрегатах с программным управлением.

Менее распространены перфоленты из обычной киноплёнки (предварительно зачернённой); они применялись главным образом в устройствах ввода данных некоторых ЭВМ. С 60-х гг. за рубежом и в СССР стали применять П. л. на полиэтилентерефталатной основе, прочность которых значительно выше бумажных.

Основные недостатки перфокарт и перфолент — ограниченная информационная плотность записи (до 102 бит на 1 см2) и малая механическая прочность.

3 Стримеры

Большая часть записывающих устройств (ЗУ) с последовательным доступом, не выдержав конкуренции с другими типами памяти, уже повымерла, до наших дней, видоизменяясь и совершенствуясь, дожил, пожалуй, лишь один тип ЗУ с последовательным доступом — накопитель на магнитной ленте или, как его еще называют, стример (от английского «stream» — поток).

История стримеров насчитывает более полувека, а началась она в 1953 году, когда IBM представила первый накопитель на магнитной ленте. В нем использовалась многодорожечная лента шириной полдюйма располагавшаяся на бобинах.

Своим устройством стример весьма напоминает обычный аудиоили видеомагнитофон. И это неудивительно — цифровой сигнал, с которым работают стримеры, является частным случаем аналогового, применяемого в аудиои видеозаписи. Стримеры представляют из себя ЗУ со сменным носителем. Изначально в них использовались бобины, затем кассеты, а сейчас в стримерах применяются в основном картриджи.

На сегодняшний день единственной областью применения стримеров остается архивное хранение огромных объемов информации, где скорость доступа к данным не играет определяющей роли — здесь они прочно удерживают свои позиции, несмотря на появление оптических носителей высокой емкости и RAID-массивов жестких дисков.

На базе стримеров также организуются массивы, аналогичные дисковым RAID-массивам. При этом пропускная способность увеличивается в соответствующее количеству накопителей раз. Существуют также специальные автоматизированные библиотеки на основе стримеров, где обеспечивается возможность хранения многих тысяч картриджей и автоматической установкой/сменой их в накопителях. В таких системах может использоваться до нескольких сотен накопителей.

Как и в магнитофонах, информация на магнитную ленту в стримерах записывается одним из двух основных методов:

Линейный метод записи Информация располагается на продольных дорожках, проходящих по всей длине ленты. Запись и чтение осуществляются в одном направлении движения ленты. Разновидностью этого метода является линейно-серпантинный метод, где работа с данными производится в обоих направлениях движения ленты. Принцип тот же что и в обычном кассетном магнитофоне.

Наклонно-строчный метод записи Информация записывается на наклонных дорожках, проходящих по диагонали от одного края ленты к другому, используя головки, вращающиеся вокруг своей оси. Сама же ось наклонена под углом к направлению движения ленты (как в видеомагнитофонах). Преимуществом этого метода является меньшая линейная скорость протяжки ленты. Поэтому в устройствах, работающих на этом принципе, можно применять более тонкую ленту. Соответственно, при одинаковых размерах картриджа, длина ленты может быть намного больше. Недостатком метода можно считать более быстрый износ ленты и головки.

Практически все стримеры практикуют программное и/или аппаратное сжатие информации. Это позволяет «малой кровью» достаточно серьезно увеличить емкость носителя и скорость работы с информацией. Поскольку данные бывают разные (от текстовых файлов, «утрамбовываемых» в 5−10 раз до .mp3 файлов, несжимаемых вообще), а оценивать как-то надо, то производители стримеров используют для оценки двукратное сжатие (2:1), увеличивая на этот же коэффициент и скорость работы с информацией.

Современные стримеры могут быть и внешними и внутренними и подключаются через один из нескольких стандартных интерфейсов: флоппи, IDE, SCSI или интерфейс параллельного порта (Centronix). Последние модели подключаются через суперпопулярные сегодня USB и FireWire (IEEE1394).

За прошедшие полвека появилось великое множество стандартов, форматов, моделей, семейств стримеров. Их можно разбить на несколько групп.

Стримеры, использующие методы линейной и линейно-серпантинной записи

QIC, QIC-Wide и Travan

Первый накопитель формата QIC появился в 1972 году. В нем использовался картридж, сходный с обычной аудиокассетой, емкостью 20МБ. В картридже использовалась четвертьдюймовая магнитная лента.

Накопители QIC используют обычный линейный метод записи, форматов же существует великое множество. Все они отличаются типом ленты, числом дорожек и плотностью записи. Максимальная емкость картриджа в накопителях работающих по методу QIC составляет около 700МБ, что, конечно же, недостаточно для архивации больших объемов данных.

Для увеличения емкости, корпорация SONY в 80-х годах представила свою версию QIC — стандарт QIC-Wide, где емкость картриджа была увеличена до 2,3ГБ.

В 1994 году фирма Imation, создала новый стандарт картриджа на основе QIC и QIC-Wide, который был назван Travan. В этом стандарте максимальная емкость картриджа составляет 10ГБ, а при использовании сжатия — до 20ГБ. Накопители Travan могут также работать с некоторыми картриджами QIC и QIC-Wide.

Недостатком накопителей семейства QIC было низкое быстродействие и недостаточная емкость картриджей. В результате они вытеснены с рынка более производительными устройствами и в настоящее время уже не производятся.

DLT (Digital Linear Tape, цифровая линейная запись).

Формат DLT был разработан в середине 80-х годов компанией DEC для своих компьютеров MicroVAX. В 1994 году права на технологию у DEC приобрела компания Quantum.

В устройствах DLT используется полудюймовая магнитная лента. Информация записывается так называемым линейно-серпантинным методом. Лента современных устройств стандарта DLT содержит до 208 дорожек, а емкость картриджа достигает 35ГБ несжатых данных. Технология DLT предоставляет мощные средства контроля целостности данных: используются коды коррекции ошибок по Риду-Соломону (ECC), 64-битный избыточный циклический код (CRC) и 16-битный код обнаружения ошибок (EDC).

В 1998 году Quantum анонсировала технологию Super DLT, которая позволит в будущем увеличить объем картриджа до 1ТБ несжатых данных и скорость записи до 100МБ/сек за счет многочисленных инновационных решений, таких, например как, использование комбинации методов оптической и магнитной записи (LGRT — Laser Guided Magnetic Recording).

В 1996 году компания Tandberg предложила технологию SLR (Scalable Linear Recording), представляющую собой дальнейшее развитие технологии QIC. Особенностями стримеров от Tandberg являются тонкопленочные магниторезистивные многоканальные головки и оригинальная система отслеживания их положения. Технология позволяет записывать на 1 картридж до 50ГБ данных. Количество дорожек может доходить до 192.

LTO (Linear Tape Open, открытый стандарт линейной записи) Стандарт LTO был разработан компаниями HP, Seagate и IBM как альтернатива закрытому DLT. Существуют два формата, базирующихся на технологии LTO.

Формат Accellis разрабатывался для обеспечения исключительно быстрого доступа к данным. Предполагалось, что устройства, использующие этот формат, обеспечат среднее время доступа порядка 10 сек и будут иметь емкость 25 ГБ несжатых данных. Но на рынке так и не появилось накопителей, работающих с этим форматом.

Другая разновидность LTO — формат Ultrium оказался более жизнеспособным. Первые стримеры этого формата появились в 2000 году и обеспечивали емкость 100ГБ несжатых данных при скорости записи 7,5МБ/сек, современные же обеспечивают скорость записи до 80МБ/сек на картриджи до 400ГБ. В планах разработчиков повысить эти цифры в два раза в стримерах Ultrium 4-го поколения.

Из особенностей этого формата можно упомянуть следующиие:

— Поддержка большого количества параллельных каналов на ленте

— Высокая плотность записи информации на ленту

— Улучшенный алгоритм сжатия информации — распознает сжатые данные и отключает компрессию

— Динамическое перемещение данных из испорченных областей на ленте, при поломке сервомеханизма или одной из головок чтения-записи

— LTO-CM (LTO Cartridge Memory) — чип для хранения информации о размещении данных на носителе.

ADR (Advanced Digital Recording)

Стандарт ADR предлагает на рынке компания On-Stream, являющаяся дочерней компанией Philips. Эта технология позволяет одновременно работать с 8 из 192 дорожек на ленте. Благодаря этому обеспечивается достаточно высокое быстродействие при низкой скорости ленты. И, как следствие, снижается нагрузка на ленту. В технологии предусмотрена двойная ECC-коррекция ошибок — как горизонтально, так и вертикально. Изменяемая скорость подачи ленты позволяет подстраиваться под скорость передачи данных с диска без замедления самого процесса резервного копирования. Накопители ADR воспринимаются ОС как отдельный диск, данные с которого напрямую доступны в ОС, то есть можно использовать содержимое ленты без восстановления данных. ADR позволяют сохранить 25 Гбайт несжатых данных на ленту. В будущем планируется увеличить емкость картриджа в несколько раз.

Стримеры, использующие метод наклонно-строчной записи

DAT/DDS (Digital Audio File/Digital Data Storage)

Формат DDS (Digital Data Storage) был разработан в 1989 году компаниями HP и Sony на базе формата DAT (Digital Audio Tape). Лента DAT/DDS имеет ширину 4 мм, но в отличие от QIC, в этом стандарте применяется наклонно-строчная запись. Стримеры этого формата — недорогие и достаточно эффективные устройства резервного копирования данных небольшого объема (формат DDS-4 обеспечивал емкость до 40ГБ). Не так давно появились модели нового поколения — DAT 72. Новые модели отличает вдвое большая емкость (до 72ГБ), достаточно низкая цену и совместимость по чтению и по записи с картриджами DDS предыдущих форматов. Скорость записи у новых моделей 3МБ/сек.

Недостатком DAT/DDS является высокая чувствительность к механическим воздействиям, а также быстрый износ головок.

Mammoth tape

8-миллиметровая лента, изначально была разработана для видео, но в 1996 году компания Exabyte предложила свое решение, специально разработанное для нужд компьютерной индустрии. В нем была использована специальная лента AME (Advanced Metal Evaporated).

Накопители формата Mammoth позволяют записать на картридж 60ГБ несжатых данных со скоростью 12 МБ/сек. Срок службы магнитных головок составляет около 50тыс.ч. В накопителях для обеспечения целостности данных применяется двухуровневое кодирование Рида-Соломона. Для очистки поверхности магнитных головок в этих стримерах используется специальная кассета SmartClean, в которой перед обычной магнитной лентой расположен небольшой отрезок чистящей ленты. В результате головки накопителя очищаются без вмешательства оператора.

VXA компании Ecrix

Особенностью накопителей формата VXA являются специальные методы записи и считывания данных, такие как DPF (Discrete Packet Format, дискретный пакетный формат). Данные записываются не линейными блоками, а 64-байтовыми группами по 387 пакетов данных. Работа с пакетами данных может выполняться в произвольном порядке, при получении всех переданных пакетов данные собираются в первоначальную форму. Технология весьма напоминает пакетирование в Интернет.

OSO (Over Scan Operation, многократное сканирование) — В накопителях VXA осуществляется избыточное чтение каждой группы пакетов данных, что позволяет восстановить информацию даже с поврежденных лент.

VSO (Variable Speed Operation, работа на разных скоростях) Позволяет менять скорость ленты в соответствии с изменением скорости передачи данных. В отличие от обычного накопителя, где при перерыве в передаче данных, лента отматывается назад, VXA-накопитель просто останавливается, ожидает поступления очередной порции данных и продолжает запись с места, где ранее произошла остановка.

AIT (Advanced Intelligent Tape)

Формат AIT был разработан компанией Sony. Устройства AIT-1 позволяли сохранять на одном картридже до 35ГБ несжатых данных со скоростью 3МБ/сек, а современные накопители AIT-4 — до 200ГБ со скоростью 24МБ/сек.

В AIT впервые была использована встроенная флэш-память MIC (Memory-In-Cassette), в которой помещается служебная информация о содержимом ленты и карта распределения данных, позволяющая оптимизировать доступ к ним. При использовании других технологий такая информация обычно хранится в первых сегментах ленты. В результате использования MIC поиск ускоряется в сотни раз по сравнению со скоростью чтения/записи.

Накопители AIT имеют систему слежения ATF (Auto Tracking Following), которая используется для точной записи на дорожку данных, и усовершенствованную технологию сжатия ALCD (Advanced Lossless Data Compression), разработки корпорации IBM. Она позволяет выполнять сжатие с коэффициентом 2,6:1 против обычного 2:1 для других технологий.

В этот накопитель встроена система очистки головок, которая активизируется при достижении лимита корректируемых ошибок.

S-AIT (Super Advanced Intelligent Tape)

На базе AIT в 2001 году Sony разработала формат S-AIT. Ширина ленты S-AIT составляет 0.5 дюйма. AIT и S-AIT изготавливаются по одинаковой технологии, однако емкость кассеты S-AIT в 5 раз больше (500 ГБ несжатых данных) за счет увеличения общей площади ленты. S-AIT передает данные с очень высокой скоростью — 30 MБ/сек.

Прочие виды стримеров В качестве стримеров пытались использовать обычный домашний аудиомагнитофон. На 90-минутную аудиокассету «влезало"около 0,5−1 МБ, а считывалась информация со скоростью около 10КБ/мин.

В ZX-Спектрумах использовались мини-картриджи ZX Microdrive. Их емкость составляла около 100КБ, а скорость 200−300 КБ/мин.

В качестве стримера может быть использован и видеомагнитофон. На 180-минутную видеокассету записывалось от 1−2 ГБ информации (первые АрВиды без сжатия) и до 10ГБ (в режиме SuperLongPlay) со скоростью 12−15МБ/мин. Преимуществом устройства была (вплоть до появления DVD-R) непревзойденно низкая стоимость хранения информации.

Не так давно, в 2003 году, компания DV Streamer Ltd. выпустила программу DV Streamer PRO, которая позволяет записывать данные с ПК на ленту DV. То есть видеокамера DV превращается в стример. Вы можете записывать до 8,7 Гбайт данных на 60-минутную ленту. Максимально же (используя технологию LongPlay и отключив коррекцию ошибок) на кассету можно записать до 15ГБ информации.

4 Флоппи-диск

Активный образец дискеты был создан IBM в 1967 году. Она была диаметром 8 дюймов, имела емкость 100 Кбайт и получила название Flexible disk, то есть гибкий диск. Название флоппи-диск она получила позднее от английского слова flop, что означает «хлопать крыльями». Первый образец дискеты представлял собой круглую пластину с центральным, усиленным по краям отверстием. Конверт дискеты имел отверстия для шпинделя, который вращал носитель, прорезь для головок и для считывания индекса.

В 1976 году размер гибкого диска уменьшили до 5,25 дюйма и тогда появилось название уменьшительное название diskette — дискета. Сначала ее объем составлял 180 Кбайт, затем он вырос до 360 Кбайт и 1,2 Мбайт. Недостатком гибкого диска была слабая защита от механических повреждений.

В 1980 году Sony разработала дискету и дисковод на 3,5 дюйма. Носитель в ней был помещен в сплошной корпус из твердого пластика. Единственное отверстие для доступа головок к носителю было прикрыто металлической шторкой с возвратной пружиной. С этого времени дискета перестала быть гибкой.

В настоящее время дискеты используются как самое дешевое средство резервного копирования (объемом информации не более 10 Мбайт), а также для переноса данных с одного ПК на другие, в том числе с портативных на стационарные ПК.

Дискеты каждого типоразмера (5,25 и 3,5 дюйма) бывают обычно двусторонними (Double Sided, DS), односторонние давно стали анахронизмом. Плотность записи может быть различной: одинарной (Single Density, SD), двойной (Double Density, DD) и высокой (High Density, HD). Поскольку об одинарной плотности уже мало кто вспоминает, такую классификацию обычно упрощают, говоря только о двусторонних дискетах двойной плотности (DS/DD, емкость 360 или 720 Кбайт) и двусторонних дискетах высокой плотности (DS/HD, емкость 1,2, 1,44 или 2,88 Мбайта).

Дискеты бывают форматированные и неформатированные. Хотя форматированные в заводских условиях дискеты немного дороже неформатированных, пользователю не придется тратить время на их форматирование, а кроме того, они прошли дополнительное тестирование. Неформатированные дискеты форматируются на ПК посредством специальных программ, входящих в комплект утилит операционной системы или другого стандартного набора утилит (например, Norton Utilities). Эти программы предлагают, как правило, стандартный набор параметров форматирования. На дискетах предусмотрена возможность защиты от записи.

Наиболее распространены 3,5-дюймовые дискеты. Их магнитный диск помещен в прочный пластмассовый корпус. Зона контакта магнитных головок с поверхностью диска закрыта специальной шторкой (задвижкой), отодвигаемой только внутри накопителя. Скорость чтения/записи для 3,5-дюймового дисковода составляет около 63 Кбайт/с, среднее время поиска — порядка 80 мс. На диске располагается 80 дорожек (хотя некоторые программы форматирования позволяют использовать технологические дорожки 80, 81 и 82 для повышения емкости диска).

В конце 1980;х годов фирма Toshiba за счет улучшения технологии производства и способов записи сумела повысить емкость дискеты до 2,88 Мбайт. Однако этот формат не прижился, и вплоть до конца 20 века, подавляющее большинство дискет имели емкость 1,44 Мбайт.

Как и любой другой магнитный дисковый носитель, гибкий диск дискеты разбит на концентрически расположенные дорожки, которые, в свою очередь, разбиты на секторы. Перемещение головки для доступа к различным дорожкам осуществляется при помощи специального привода позиционирования головки, который перемещает в радиальном направлении блок магнитных головок от одной дорожки к другой. Нумерация дорожек начинается с 0, а секторов с 1. Эта система впоследствии перешла на жесткие диски.

Принцип записи информации на дискету — такой же, как и в магнитофоне, при непосредственном механическом контакте головки с магнитным слоем, нанесенным на искусственную пленку. Однако в отличие от магнитофона запись здесь осуществляется без высокочастотного подмагничивания, а путем перемагничивания материала носителя до насыщения. Общие принципы конструкции блока головок для считывания и записи информации с течением времени почти не изменились. Их особенность заключается в наличии двух головок стирания, расположенных по бокам сзади от головки записи/воспроизведения (так называемое туннельное стирание). Роль боковых головок заключается в исключении взаимовлияния информации, записанной на соседних дорожках. Скорость чтения, записи 1МВ/ мин.

5 Zip и Jazz диски

Основным недостатком дискет была их недолговечность: среднее время жизни составляло около полугода при средней интенсивности использования и порядка квартала — при высокой частоте циклов перезаписи. Еще одной напастью являлись электромагнитные поля. Длительное воздействие поля приводило к утрате или повреждению данных. С течением времени объем также перестал быть достаточным, и в массовом сегменте начали появляться альтернативы.

Самой простой альтернативой была дальнейшая эволюция дискет. Главных конкурентов было двое. Одним из решений стал дисковод LS-120. Он был представлен группой 3M, позднее известной как компания Imation, в 1997 году и, как видно из названия, имел объем в 120 Мб. Главным достоинством в борьбе за место под солнцем была совместимость устройства с обычными дискетами 1.44 Мб. Стоит, однако, заметить, что с нестандартно форматированными дискетами (на большее число дорожек и объем) привод мог не работать. В разработке и лицензировании дизайна и стандарта принимали участие Matsushita (выпускающая продукцию под торговой маркой Panasonic), Mitsubishi, OR Technology и Compaq. Первоначально эта технология носила название SuperDisk, являясь продолжением раннего проекта Iomega начала 90-х.

Приводы Matsushita под торговой маркой SuperDisk продавала преимущественно Imation, остальные же бренды предпочитали использовать название LS-120. Но все же большой популярности данной технологии завоевать не удалось. Помимо Compaq лишь немногие OEM-производители использовали в своих компьютерах эти устройства. Низкая скорость записи сводила на нет преимущество в виде поддержки стандартных дискет. Появившаяся же на три года раньше технология от Iomega уже обрела большую популярность, а потому и переходить на другую все не торопились.

Matsushita продолжила развитие этой разработки и явила на свет LS-240, удвоив объем, помещавшийся на дискету. Ей добавили возможность форматировать обычные дискеты под объем 32 Мб, но для записи даже одного файла было необходимо перезаписывать весь диск. Сама компания Imation выпустила версию привода с аппаратным шифрованием с помощью алгоритма Блоуфиша (Blowfish) с 64-битным ключом.

Более популярным стало решение Iomega Zip. Это была дискета, похожая на обычную 3.5-дюймовую, но отличалась она чуть большей толщиной и еще более скругленными краями. Объем был весьма солидным — 100 Мб, но возможности работы с обычными дискетами этот привод был лишен. В связи с ранним появлением на свет Zip успел обосноваться в этом мире и обрести популярность в целевой аудитории до выхода LS-120. Конкуренция была не очень долгой, и название Iomega было у всех на слуху, в отличие от соперника. Привод обеспечивал большую скорость (1 Мб/с против 500 Кб/c у 1.44 Мб дискет), но для полного вытеснения дискет ему не хватало главного качества — цены. Стоимость Zip была выше, чем у LS-120, и заметно выше, чем у дискет. Конечно, за больший объем приходится платить, но это уменьшило число обладателей устройства почти до целевой аудитории (людей, которым необходимо постоянно работать со средних размеров файлами).

По сути, на этом тему гибких магнитных носителей единогласно признали исчерпанной и переключились на более перспективные направления.

Жесткие сменные Одним из таких направлений были накопители на сменных жестких дисках. Первой фирмой, выпускавшей такие решения, стала SyQuest Technology, Inc, основанная в 1982 году. Это был 3.9-дюймовый сменный жесткий диск, где пластины (на сленге называемые «блинами» за геометрическое сходство) располагались вместе с читающими головками в герметичном картридже, подобно обычным жестким дискам. Это позволило добиться скоростей и объемов, близких к стационарным жестким дискам, но сделало производство достаточно дорогим.

Долгие годы это был единственный способ для переноса средних объемов информации для таких целей, как издательские документы, управление содержанием интернет-сайтов, мультимедиа, цифровая фотография, быстрое резервное копирование, обмен данными, архивирование, сохранность конфиденциальных файлов. Первый картридж имел объем всего в 5 Мб, затем было достаточно много 5.25-дюймовых решений. И к концу эволюции выпустили 3.5-дюймовое устройство EZ135 объемом в 135 Мб. Именно оно и стало главным конкурентом Zip. Выпуск 230 Мб версии перевел решение в другой сегмент, ибо конкурентов в таком объеме практически не было. К тому же он был совместим со старым EZ135. Далее были выпущены две модели — SyJet/SQ1500 — полуторагигабайтная модель и гигабайтный SparQ, предложивший меньшую цену за мегабайт. К 1995 году на рынок вышла Iomega со своим продуктом Zip, сделавшим перенос данных быстрее и дешевле. Именно из-за популярности последнего и снизившихся продаж сменных дисков компания SyQuest в 1998 была объявлена банкротом. Венец эволюции — 4.7-Гб модель — находилась в продаже в 1998 году очень небольшое время и не обрела популярности.

Также основывалось на сменных жестких дисках и творение Jaz фирмы Iomega. Его отличие состояло в том, что в картридже находились только «блины», читающие же головки и двигатель были расположены в самом накопителе. При помещении диска в накопитель сдвигалась так называемая шторка — пылезащитная оболочка, предохранявшая диски от физических повреждений. Дело в том, что в жестких дисках читающая головка парит над пластинами на очень малой высоте с помощью аэродинамических эффектов. Если на поверхности возникает препятствие, то поток нарушается, и головка может упасть, что приведет к ошибке чтения и, возможно, частичному выходу диска из строя. Упрощение диска привело к его меньшей стоимости в сравнении с конкурентом. Сменные жесткие диски Jaz предоставляли объемы, намного превосходящие по объему Zip — 1 и 2 Гб. Справедливости ради стоит заметить, что сменные носители Jaz большой популярности не обрели, отчасти ввиду резко набирающих популярность оптических дисков, отчасти из-за удешевления обычных жестких дисков.

6 НЖМД

Отцом жесткого диска является корпорация, придумавшая персональный компьютерIBM. 13 сентября 1956 года в ее лабораториях появилось некое устройство с названием IBM 305 RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control). Первый жесткий диск состоял из пятидесяти алюминиевых пластин диаметром около 60 сантиметров. Емкость этого монстра составляла целых 5 Мб — по тем временам довольно внушительный объем! Скорость передачи данных составляла почти 9 байт в секунду. Это был первый жесткий диск, который IBM представила народу. Принцип работы был такой же, как и у магнитной пленки: на обеих сторонах алюминиевых пластин было нанесено магнитное напыление, которое хранило информацию, так же как магнитная пленка. Считывалась и записывалась она с помощью головки, которая перемещалась по поверхности дисков. Из-за того, что головка чтения-записи соприкасалась с поверхностью диска, надежность и скорость устройства была совсем не на высоте. От постоянного трения диски и головки нагревались, а поверхность просто изнашивалась. И вот в 1961 году IBM разрабатывает технологию «air bearing», в которой между диском и головкой образуется прослойка воздуха (всего около 0.5 мкм), а значит, между ними исчезает трение и значительно снижается механический износ поверхностей. А спустя год появляется и первый жесткий диск, использующий эту технологию — IBM 1301 Advanced Disk File.

В течение следующих нескольких лет IBM доводит технологию производства до совершенства, создав микрочип, управляющий вращением дисков и перемещением головки диска. Также появляется чувствительная механика, позволяющая более точно позиционировать головку над поверхностью диска. В 1967 году возникает идея разделить устройство хранения (сам диск) и логику привода (систему управления головкой и т. д.).

В 1973 году IBM, наконец, представляет папу всех современных дисков — IBM 3340. Это устройство имело два диска: один был закреплен внутри, а второй диск можно было менять. При этом каждый диск имел емкость около 30 Мб. Именно с появлением этого устройства винчестеры стали называть винчестерами. Дело в том, что из-за наличия двух пластин по 30 Мб эту модель диска стали называть «30−30», что напомнило руководителю проекта Кену Хотону (Ken Haughton) про ружье Winchester 30/30, которое имело патрон с пулей калибра 0,3 дюйма и пороховым зарядом 30 гран. А поскольку модель 3340 получилась на самом деле массовой, то название винчестер очень быстро прикрепилось ко всем жестким дискам. Стоил, кстати, такой «винчестер» около 8000 $.

В персональных компьютерах жесткий диск появился не сразу. Долгое время компьютеры комплектовались лишь дисководом. Чаще даже двумя. В один дисковод вставлялась дискета с операционной системой, с нее компьютер и загружался, а во второй дисковод вставляли дискету с нужной на данный момент программой. Дисководы после своего появления тоже стоили недешево — часто их приходилось докупать отдельно от компьютера.

Все предыдущие модели винчестеров создавались для промышленных компьютеров, никто не задумывался о персоналках. Еще бы, ведь в диаметре эти диски были почти 40 см (14 дюймов). И только спустя 6 лет после выпуска «винчестера», в 1979 году, IBM представила модель 3310 — первый жесткий диск с 8-дюймовыми пластинами. А год спустя молодая компания Seagate (в то время она называлась Shugart Technology) представила жесткий диск в более привычном для многих форм-факторе: 5,25 дюйма. Жесткий диск получил название Seagate ST-506, имел 4 головки и емкость 5 Мб. Однако первым винчестером, которым стали комплектоваться IBM PC/XT, стал Seagate ST-412, емкостью 10 Мб.

Привычный же для нас 3,5 дюймовый форм-фактор появился в 1983 году. Когда никому неизвестная шотландская фирма Rodime представила устройство с названием КОЗ 52. Первые винчестеры упаковывались в цельный корпус и имели специальные системы вентиляции. В них подавался охлажденный, специально очищенный воздух, чтобы не допускать перегрева механики и попадания пыли на поверхность. Самое большое заблуждение, бытующее до сих пор, — что внутри жесткого диска вакуум. Это совершенно не так — там воздух, чистый воздух. Если посмотреть на винчестер сверху, то на некоторых моделях можно увидеть змеевки — это воздушные фильтры для поступления воздуха во внутрь устройства. Также на всех жестких дисках есть отверстия, заклеенные специальной пленкой. Они служат для регулирования давления воздуха. Ведь при работе диски нагреваются, и нагревается воздух, а при нагреве воздух расширяется, и чтобы не было избыточного давления, используются подобные технологические отверстия.

Когда диск начинает вращаться, образуется воздушный поток, который поднимает головку (она очень легкая) над поверхностью диска. Диски вращаются со скоростью от 3600 до 10 000 и даже 15 000 оборотов в минуту (например, Seagate Cheetah 15K Ultra320 SCSI). Дальнейшее повышение скорости возможно, но оно ограничено прочностью дисков.

В первых винчестерах диски были сделаны из алюминия, но сейчас также создаются диски из стекла или керамики. Это позволяет достичь более высокой плотности записи (и хранения больших объемов информации) однако часто приводит к уменьшению надежности устройства. Сверху пластины покрываются тончайшим слоем высококачественного ферромагнетика (вещество на основе железа, обладающее магнитными свойствами). В первых дисках использовалось покрытие из оксида железа. Сегодняшние винчестеры используют тонкопленочное покрытие. Как видно из названия, очень тонкий слой магнитного материала прикреплен к подложке пластины. При производстве таких пластин используются специальные производственные технологии. Одна из технологий — это гальванопокрытие. Другая технология — распыление. Пластины, произведенные по технологии распыления, имеют лучшую однородность, чем пластины, произведенные с помощью гальванопокрытия. В силу возросших требований к качеству пластин в современных жестких дисках, используются пластины, произведенные по технологии напыления магнитного материала.

По сравнению с оксидным материалом, тонкопленочный материал более однороден и гладок. Он также имеет намного лучшие магнитные свойства, позволяющие хранить намного больше данных на единицу поверхности. Кроме того, этот материал намного устойчивее к физическим воздействиям.

Пластины после нанесения магнитного материалом покрывается тонким защитным слоем, состоящим из карбона. В конце концов, получившийся «бутерброд» покрывают очень тонким слоем смазывающего материала. Этот материал используется для защиты пластин от случайного соприкосновения с магнитными головками, сводя к минимуму последствия таких случайностей.

.Винчестеры обычно содержат от 1 до 12 дисков. Они крепятся на одной оси, которая соединена с сервоприводом. И на каждый диск можно писать информацию с двух сторон, однако иногда внешние поверхности крайних дисков не используются из-за конструктивных особенностей.

Головка чтения-записи во время работы винчестера никогда не соприкасается с поверхностью диска. Она «парит» на расстоянии около 0.13 мкм. Это расстояние постоянно уменьшается, что позволяет увеличивать плотность записи, но при этом во время тряски или удара головка может соприкоснуться с диском и поцарапать его или сама испортиться. Производители постоянно ищут компромисс между надежностью, емкостью и скоростью. Если жесткий диск неожиданно остановится, пропадет поток воздуха и головка просто «упадет» на поверхность диска. Раньше именно так и было, и перед выключением компьютера запускались специальные программы, которые отводили головку к краю диска на безопасное место. Это называется «парковать» головку. Сейчас жесткие диски умеют самостоятельно парковать головку при выключении питания.

Одним из важнейших устройств в накопителе на жестком магнитном диске (НЖМД), как на сухом техническом языке называется винт, является привод магнитных головок. От скорости и точности перемещения головок зависит скорость передачи данных. Одним из главных параметров при оценке производительности жестких дисков является время позиционирования головок или время поиска (seek time). Для перемещения головок изначально использовались так называемые шаговые двигатели, и расстояние между дорожками зависело от размера шага. В современных винчестерах позиционирование головок осуществляется при помощи линейного двигателя без всякой дискретности, который позиционирует головки, ориентируясь по служебным сигналам, записанным на блинах. Таким образом, позиционирование гораздо более точное, а плотность записи значительно выше.

Существуют два различных варианта приводов: линейные и поворотные. При поворотном приводе головки перемещаются по дуге, как в обычном электропроигрывателе, линейный привод обеспечивает перемещение головок по радиусу диска. Преимущество линейного привода заключается в том, что зазор магнитной головки всегда перпендикулярен дорожке и расстояние между дорожками сохраняется постоянным. Поворотные приводы обеспечивают меньшую инерционность и, как следствие, более быстрое позиционирование головок.

Кроме механических частей, жесткий диск имеет логику для управления вращением дисков, перемещением головок и связи с компьютером. Чаще всего вся электроника располагается в нижней части диска.

Лет 10 назад многие люди были поражены винчестерами, имевшими плотность записи порядка 1 Гб на поверхность. Всего 5 лет назад жесткий диск, имеющий плотность записи 20 Гб на поверхность казался фантастикой. Сейчас в нашем распоряжении имеются винчестеры, имеющие плотность записи порядка 80 Гб на пластину.

Естественно, эта тенденция будет и дальше сохраняться, будут выходить новые жесткие диски, вмещающие все больше и больше информации. Одновременно с этим, происходит развитие в области усовершенствования как самой химической и физической структуры, хранящей данные, так и методов записи и хранения информации Параллельно с емкостью растет и скорость вращения шпинделя. В 1993 г. Seagate Technology представила первый накопитель со скоростью вращения шпинделя 7200об/мин — 2,1ГБ ST121550 Barracuda, а винчестер со скоростью 10 000 оборотов в минуту появился через четыре года в линейке продуктов той же Seagate. Это был ST19101 Cheetah 9 емкостью 9,1Гбайт. Рекорд в 1998 году побила Hitachi. Диски в ее накопителе DK3F-1 емкостью 9,2ГБ, вращались со скоростью 12 000об/мин. А первый «пятнадцатитысячник» был выпущен на рубеже XXI века (в 2000 году) компанией Seagate. Им стал 18,4-гигабайтный ST318451 Cheetah X15.

С 2005 года начали появляться модели, основанные на ином методе магнитной записи — перпендикулярном. Первой отметилась накопителем на этом принципе компания Toshiba, выпустив 1,8-дюймовый жесткий диск MK4007 GAL, емкостью 40ГБ. Но в продажу первой запустила перпендикулярные диски не Toshiba, а Seagate в 2006 году.

7 Магнитооптические диски

Магнитооптические диски — комбинация оптических и магнитных эффектов для записи и чтения информации. Оптической составляющей являлся лазерный луч, который падал на поверхность диска. Магнитной же компонентой был магнит с другой стороны диска. Вдвоем они работали при записи информации; для чтения же использовался только лазерный луч. При записи диск нагревался лазером до точки Кюри — температуры, при которой материал теряет свои магнитные свойства, в результате чего записанная информация стирается безвозвратно. Затем магнит и лазер записывали данные, меняя магнитное поле для формирования битов. В процессе чтения лазер, работая на низкой мощности, посылал пучок света на поверхность диска.

Принцип чтения основывается на принципе Керра. Участки, обозначающие «1» отражают поляризованный луч под другим углом, нежели участки, обозначающие «0». Разницу в отраженных углах и регистрирует детектор, делая вывод о том, «1» или же «0» передан лучом.

Магнитооптические диски существовали в двух форматах — 130 мм и 90 мм. В отличие от совсем старых версий, более новые диски имели не отдельный магнит в накопителе, а магнитный слой, играющий роль магнита. Это позволило дальше наращивать объем диска и улучшить позиционирование, а также снизить цену накопителя и очень серьезно повысить скорость записи. Данная технология называлась LIMDOW и позволяла в реальном времени вести запись фильма формата MPEG-2. По умолчанию во время записи накопитель проверял целостность записанных данных, потому скорость записи была весьма низка, но, по сравнению с компакт-дисками, это давало большую надежность хранения информации. 130-мм версии дисков обладали емкостью от 650 Мб до 9.2 Гб и предназначались для корпоративных клиентов и средств архивирования данных. Однако эта цифра получалась с учетом двухсторонней записи диска. Интерфейсом для накопителей такого рода был SCSI. Версия 90 мм имела объем заметно скромнее — от 128 Мб до 2.3 Гб, что по большей части объяснялось наличием у них лишь одной стороны для записи. Среди массового потребителя большого успеха эти накопители не имели.

Компакт-диск (Compact Disc, CD) — это оптический диск для размещения цифровых данных, изначально разработанный для хранения цифрового звука. CD, доступные с конца 1982, остаются стандартом де-факто для коммерческой звукозаписи и по сей день. Первым диском, выпущенным в тираж, стал альбом группы ABBA — The Visitors (1981). Разработчиком CD стала компания Philips. Но то были еще не компьютерные диски, а обычные музыкальные. Первый диск CD-ROM (Read only memory, память только для чтения) был представлен в 1985 году, а записываемый CD-R — в 1990 году. Диск представляет собой поликарбонатный пластик толщиной в 1.2 мм и весом примерно 16 грамм.

Лазерный луч имеет длину волны 780 нм, что близко к инфракрасному спектру. Первое время между двумя разработчиками — Philips и Sony — возник спор касательно размеров диска: первая выпускала диски диаметром 115 мм, а вторая — 100. Вице-президент Sony, Норио Охга (Norio Ohga), предложил увеличить объем диска до 74 минут звучания, чтобы уместить девятую симфонию Бетховена. В результате эта инициатива увенчалась успехом, и был принят стандарт в 74 минуты звука или 650 Мб данных. Впоследствии появился новый форм-фактор компакт-диска диаметром в 8 мм и объемом в 230 Мб. Он был полностью совместим с обычными дисками и отличался лишь в размере. Сами 120-мм версии выпускались с разными объемами. Основные — это 650, 700, 800 и 900 Мб. Появление CD-RW, да и обычных CD-R перевернуло весь рынок средств хранения и переноса данных.

Затем совместными усилиями участников DVD Forum, куда входили Sony, Philips, Toshiba, Matsushita, Mitsubishi, Pioneer и другие, был создан диск объемом 4.7 млрд. байт, что в переводе на привычные единицы измерения составляет 4.38 Гб. Используемый луч имел меньшую длину волны — 650 нм. Расшифровывается само название DVD как Data Versatile Disc — цифровой многоцелевой диск. Стандартом описано множество форматов, но прижилось из них не очень много.

DVD-5 — односторонний (single-sided, информация записана только на одной стороне), однослойный (single-layer, только один слой, содержащий информацию), емкость — 4.7 Гбайт (чуть больше 2 часа видео);

DVD-9 — односторонний, двухслойный (dual-layer), емкость — 8.5 Гбайт (4 часа видео);

DVD-10 — двухсторонний (double side), однослойный, емкость — 9.4 Гбайт (4,5 часа видео);

DVD-14 — двухсторонний, два слоя на одной стороне, один слой — на другой, емкость — 13.24 Гбайт (6,5 часов видео);

DVD-18 — двухсторонний, два слоя на каждой стороне, емкость — 17 Гбайт (8 часов видео. DVD-диски стали эволюционным развитием CD, сохранив концепцию их использования и предложив лишь больший объем и скорость записи. По аналогии существовали DVD-R, DVD-RW, также DVD-RAM (являлся вариацией на тему перезаписываемых дисков).