Лекция 13 Понятие об информационно-вычислительной сети

Кратко рассмотрим устройство винчестера. В корпусе из прессованного алюминия размещаются следующие элементы винчестера: управляющий двигатель, носитель информации (магнитные диски), привод носителя информации, головки чтения-записии электроника. Корпус винчестера закрыт герметично, что защищает его элементы от внешних воздействий (пыли, влаги, магнитных полей).

Носители информации (диски), смонтированы на оси-шпинделе в виде пакета. Пакет дисков приводится в движение с помощью двигателя. Скорость вращения дискового пакета составляет 4500 … 12 000 об/мин., в зависимости от типа накопителя. Понятно, что чем выше скорость вращения дисков, тем быстрее происходит обмен информацией между винчестером и ОЗУ. Пакет дисков в винчестере вращается непрерывно, даже тогда, когда к нему не происходит обращения.

Сами диски представляют собой обработанные с высокой точностью керамические или алюминиевые пластины, на которые нанесен специальный магнитный слой (покрытие). Количество дисков в пакете может быть различным – от одного до пяти и выше. Число рабочих поверхностей, соответственно, в два раза больше. Правда, иногда наружные поверхности крайних дисков (или одного из них) не используются для хранения данных. В этом случае число рабочих поверхностей уменьшается и может оказаться нечетным.

Одной из наиболее важных частей любого накопителя являются головки чтения-записи. Как правило, они закреплены на специальном позиционере, который напоминает рычаг звукоснимателя на проигрывателе грампластинок. Позиционер с головками приводится в движение с помощью шагового двигателя.

В отличие от НГМД, где головки имеют непосредственный контакт с носителем информации, у винчестеров головки чтения/записи "парят" над поверхностью дисков на воздушной подушке. Расстояние между диском и головкой составляет примерно 0,05 … 0,1 мкм. Вследствие большой скорости вращения дисков и малого расстояния, на котором расположены головки от дисков, частицы грязи представляют потенциальную угрозу разрушения материала носителя. Именно поэтому корпус винчестера выполнен герметичным.

Кроме перечисленного, внутри любого винчестера обязательно находится печатная плата с электронными компонентами, которые необходимы для нормального функционирования устройства привода. Так, например, электронная схема расшифровывает команды контроллера жесткого диска, стабилизирует скорость вращения двигателя, генерирует сигналы для головок записи и усиливает их от головок чтения и т. п.

Непременными компонентами большинства винчестеров являются барометрические фильтры, выравнивающие внутреннее и наружное давления, а также обычные воздушные фильтры.

Если говорить о характеристиках винчестеров, то в настоящее время их емкость для разных типов может изменяться от 10 до 30 и более Гбайт. НЖМД меньшей емкости найти достаточно сложно, поскольку фирмы-изготовители прекратили их выпуск. Среднее время поиска данных составляет 10 … 12 мс. Время безотказной работы (по данным фирм-производителей) находится в пределах 300 000 … 500 000 часов.

Одной из разновидностей накопителей на магнитных дисках являются накопители на сменных жестких дисках. Они представляют собой устройства внешней памяти, в которых в качестве носителей информации используются пластины с магнитным покрытием, заключенные в специальные контейнеры - картриджи. Подобные накопители имеют, как правило, внешнее исполнение. Сам привод внешне во многом похож на накопитель для 5,25- или 3,5-дюймовых флоппи-дисков. Одним из основных достоинств накопителей на сменных жестких дисках является возможность переносить с одного компьютера на другой большие массивы данных (от 100 до 4700 Мбайт). Скорость передачи данных может изменяться для накопителей различных фирм и типов в пределах от 0,1 до 12 Мбайт/с, а время доступа – от 10 до 30 мс. Такие высокие характеристики достигаются, в первую очередь, за счет высокой скорости вращения диска – около 3000 об/мин.

ВЗУ на оптических дисках (НОД).Техника НОД берет начало в области методов бытовой звуковой оптической записи. Принцип работы всех существующих ныне оптических дисководов основан на использовании луча лазера для записи и чтения информации в цифровом виде. В процессе записи модулированный цифровым сигналом лазерный луч оставляет на активном слое оптического носителя след, который затем можно прочитать, направив на него луч меньшей интенсивности и проанализировав изменение характеристик отраженного луча.

По функциональному признаку НОД делятся на три категории:

НОД без возможности записи(CD-ROM);

НОД с однократной записью и многократным чтением (WORM);

НОД с возможностью перезаписи (CD-R).

Первая категория НОД использует технологию CD-ROM, которая возникла как продолжение технологии CDдля цифровой записи звука. Компакт-диски, подобно грампластинкам, записываются на заводе изготовителе и используются для распространения больших объемов информации, предназначенной только для чтения. Пользователь не имеет возможности ни стереть, ни записать информацию на таком диске, что является недостатком накопителей CD-ROM. В то же время они имеют и ряд достоинств. Среди них можно выделить следующие:

по сравнению с винчестерами, CD значительно надежнее в транспортировке;

компакт-диски имеют большую емкость: объем данных достигает 500 … 700 Мбайт;

диски являются сменными;

CD практически не изнашивается.

В отличие от винчестера, дорожки которого представляют концентрические окружности, компакт-диск содержит всего одну физическую дорожку, которая имеет форму непрерывной спирали, идущей от наружного диаметра диска к внутреннему. Тем не менее, одна физическая дорожка может быть разбита на несколько логических.

Считывание информации с компакт-диска происходит с помощью лазерного луча. Луч, попадая на отражающий свет островок, отклоняется на фотодетектор, который интерпретирует это как двоичную единицу. Луч лазера, попадающий во впадину, рассеивается и поглощается - фотодетектор фиксирует двоичный нуль. В качестве отражающей поверхности обычно используется алюминий.

В то время как все магнитные диски вращаются с постоянным числом оборотов в минуту, т. е. с неизменной угловой скоростью, компакт-диск вращается обычно с переменной угловой скоростью, чтобы обеспечить постоянную линейную скорость при чтении. Таким образом, чтение внутренних секторов диска осуществляется с увеличенным, а наружных – с уменьшенным числом оборотов. Именно этим обусловливается достаточно низкая скорость доступа к данным компакт дисков по сравнению, например, с винчестерами.

Оптические дисководы второй категории, основанные на технологии WORM, отличаются тем, что на оптическом диске в таких дисководах можно самостоятельно записывать информацию. Однако однажды записанную информацию ни стереть, ни перезаписать нельзя. Поэтому НОД данной категории удобны только для архивирования и особенно полезны в областях, где принципиально важно хранить единожды записанную информацию в неизменном виде.

Поистине революцией явилась технология перезаписываемых ОД (CD-R). НОД с возможностью перезаписи – это функциональные эквиваленты, а следовательно, и потенциальные конкуренты НМД.

В качестве носителя информации в НОД применяются жесткие диски, покрытые специальным оптическим материалом. Сами диски обычно изготавливаются из поликарбоната, хотя некоторые разработчики предпочитают использовать стекло.

Накопители на магнито-оптических дисках (НМОД) вобрали в себя достоинства как НМД так и НОД. Именно по этой причине при классификации мы отнесли их одновременно к накопителям обоих классов. При создании НМОД были объединены достижения магнитной и оптической технологий. Новые устройства сочетают портативность флоппи-диска, среднюю скорость работы винчестера, надежность оптического компакт-диска и емкость, сравнимую с кассетой хорошего стримера.

НМОД представляет собой накопитель информации, в основу которого положен магнитный носитель с оптическим (лазерным) управлением. Запись данных на МОД производится обычными магнитными средствами. Поверхность носителя покрыта магнитным материалом, который при обычной температуре (из-за высокой коэрцитивной силы) не может быть перемагничен приложенным к нему полем смещения. Поэтому для нагрева поверхности носителя используется лазерный луч. Считывание данных с носителя происходит только с помощью луча лазера, но уже меньшей мощности.

Магнитооптические диски (МОД) обеспечивают длительное хранение больших объемов данных. По данным фирм-производителей, срок хранения информации на МОД составляет порядка 50 лет.

В отличие от накопителя на оптических дисках, НМОД позволяет перезаписывать диск многократно. МОД нашли применение в качестве устройств резервного хранения данных и переноса данных между ПЭВМ. Емкость НМОД в настоящее время достигает 20 Мбайт.

В качестве недостатков НМОД можно выделить:

высокую стоимость;

относительно низкое быстродействие (скорость вращения диска составляет 720 об/мин, вследствие чего данные считываются со скоростью примерно 100 Кбайт/с).

Лекция 13 Понятие об информационно-вычислительной сети

1. Классификация и архитектура информационно-вычислительных сетей.