Внешние запоминающие устройства ЭВМ

Помимо оперативной памяти, компьютеру необходима дополнительная память для долговременного размещения данных. Такие устройства называются ВЗУ (внешние запоминающие устройства). Различные способы хранения и записи информации служат для разных целей. Примеры: Накопители на жёстких дисках (винчестеры), Дискеты, Флэш-память, Стримеры, CD-ROM, DVD-ROM.

Внешние запоминающие устройства (ВЗУ) — эти устройства обеспечивают хранение больших массивов информации. Они относительно недороги, но обладают значительно меньшим быстродействием, чем устройства внутренней памяти ЭВМ. Наиболее широкое распространение получили ВЗУ на магнитных носителях (лентах и дисках).

Магнитная лента (МЛ) — это эластичная основа из пластмассового материала, на которую наносится магнитное покрытие. Магнитные диски могут быть жесткими и гибкими. Жесткие магнитные диски изготавливаются из алюминиевых сплавов и покрываются ферролаком или металлической пленкой на основе никеля, кобальта, вольфрама. Гибкие магнитные диски (ГМД) создаются на пластмассовой основе с магнитным покрытием.

Запись информации производится при движении магнитного носителя под магнитной головкой, в результате чего изменяется состояние намагниченности участка магнитного материала. Считывание записанной информации осуществляется с помощью головки считывания. Данные могут одновременно записываться на нескольких параллельных дорожках при наличии соответствующего числа магнитных дорожек.

Емкость ВЗУ зависит от плотности записи, т. е. от количества информации, размещенной на единице площади поверхности рабочего слоя носителя.

Данные записываются на магнитные носители в последовательной или последовательно-параллельной форме. При последовательной форме записи машинные слова размещаются на одной дорожке — разряд за разрядом. При последовательно-параллельном способе записи слова разбиваются на строки, называемые кадрами или слогами, разряды, которых располагаются на нескольких магнитных дорожках поперек движения носителя. Группа машинных слов, записанных на магнитном носителе без промежутков, образует блок данных. Место, занимаемое одним блоком на носителе, называется зоной. Каждая зона нумеруется. Зоны разделяются межзонными промежутками.

Совокупность упорядоченных записей, объединенных по некоторому признаку (т.е. по содержанию), хранится на магнитных носителях в виде файлов. Файлы могут иметь переменную длину. Группа файлов образует том, который обозначает стандартный для соответствующего накопителя носитель информации, например для НМЛ — это катушка магнитной ленты.

В зависимости от способа поиска информации на магнитном носителе различают два типа ВЗУ: накопители с последовательной и прямой выборкой. К первому типу относятся накопители на МЛ (НМЛ), так как данные на магнитной ленте размещаются упорядоченно в последовательном виде. Накопителями на магнитных дисках (НМД) являются ВЗУ с прямым доступом, так как они обеспечивают возможность непосредственного обращения к данным. Это связано с тем, что каждая запись на диске имеет свой адрес, по которому осуществляется прямой доступ и к данным. Среднее время доступа к данным в НМД значительно меньше, чем в НМЛ с последовательной выборкой.

НМЛ характеризуются большой емкостью, низкой стоимостью хранения информации; обеспечивают возможность многократной записи и считывания данных и длительного хранения информации. Основным недостатком НМЛ является: большое время поиска данных, сравнительно невысокая скорость обмена информацией и недостаточная надежность.

Накопители на магнитных дисках бывают с жесткими и гибкими, постоянными или сменными дисками. Жесткие диски, используемые в больших ЭВМ, выпускаются в виде пакетов, насаженных на одном валу дисков. Запись информации производится последовательным кодом на концентрические дорожки на поверхности диска.

Накопители на магнитных дисках делятся на две группы: НМД на сменных магнитных дисках (НСМД) и НМД на постоянных магнитных дисках (НПМД). Сменные пакеты позволяют наращивать емкость внешней памяти, а также обмениваться пакетами дисков между различными вычислительными системами без перезаписи информации.

В настоящее время наибольшее распространение получили накопители на жестких дисках, изготовленные по технологии типа «винчестер». Их основная особенность — герметизация накопителя, которая достигается использованием единого блока «головка-носитель». Герметически закрытый пакет дисков устанавливается в ЭВМ однократно. Такая конструкция позволила значительно улучшить технико-эксплуатационные характеристики НМД. Благодаря уменьшению зазора между диском и головкой удалось повысить плотность записи информации. Бесконтактная запись обеспечивает высокую скорость вращения носителя, что значительно увеличивает быстродействие НМД при записи и считывании информации. Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД) типа «винчестер» выпускаются с максимальной емкостью не менее 1 Гбайт. При скорости вращения дисков 3600 об/мин достигается передача информации со скоростью до 5 Мбайт/с.

Накопители на гибких магнитных дисках (НГМД) характеризуются малыми размерами и низкой стоимостью. Они весьма удобны и просты в эксплуатации. НГМД бывают односторонними и двусторонними в зависимости от количества поверхностей, которые используются для записи информации. Емкость НГМД зависит от плотности записи информации.

Весьма перспективным направлением развития новых типов ВЗУ является создание внешней памяти на оптических дисках. Принцип действия ВЗУ на оптических дисках основан на использовании свойств некоторых материалов изменять свое физическое состояние под влиянием лазерного луча. Физической средой оптических дисков, изменяющейся под воздействием лазерного луча различной интенсивности излучения, является тонкая светочувствительная пленка (например, теллуровая или золотая), которая наносится на стеклянные или пластмассовые диски. Оптические диски имеют самую высокую плотность записи информации, высокую надежность и достаточно большое быстродействие. Применение оптических дисков достаточно велико: настольное издательство, системы компьютерного проектирования, большие базы данных, хранение конфиденциальной информации, сложные игровые системы и т. п.

Накопители с неподвижными носителями информации характеризуются высокими показателями надежности и быстродействия, так как они не имеют механических подвижных узлов. К таким накопителям относятся ЗУ на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД). Эти устройства энергонезависимы, информация на них сохраняется и при снятии поля намагниченности.

Для организации хранения и учета данных на диске можно использовать различные схемы, каждая из которых имеет свои достоинства и недостатки с точки зрения эффективности использования пространства памяти диска, скорости доступа, безопасности и качества хранения данных. Важным параметром для пользователя является время доступа, характеризующее скорость чтения и записи информации на диски.

Расширение внешней памяти достигается подключением к системному блоку стриммера. Стриммер — это устройство для быстрой перезаписи данных с жесткого диска на магнитную ленту. Обычно емкость стриммера колеблется от 80 до 525 Мбайт.

Существуют устройства для хранения информации на оптических (лазерных) дисках. Их емкость измеряется гигабайтами и даже десятками гигабайт, однако в большинстве случаев такие диски не допускают перезаписывания, поэтому используются для хранения постоянной информации (например, сложных компьютерных игр с высокоразвитой графикой).

Флеш — память (англ. flashmemory) разновидность полупроводниковой технологии электрически перепрограммируемой памяти (EEPROM). Это же слово используется в электронной схемотехнике для обозначения технологически законченных решений постоянных запоминающих устройств в виде микросхем на базе этой полупроводниковой технологии. В быту это словосочетание закрепилось за широким классом твердотельных устройств хранения информации. Благодаря компактности, дешевизне, механической прочности, большому объёму, скорости работы и низкому энергопотреблению, флеш-память широко используется в современном мире в цифровых портативных устройствах и носителях информации.