Организация хранения данных

     Blu-ray Disc. 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. В дополнение к стандартным дискам размером 120 мм, выпущены варианты дисков размером 80 мм для использования в цифровых фото- и видеокамерах. Планируется, что их объём будет достигать 15 Гб для двухслойного варианта.

     Технические детали. Лазер и оптика.

     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, скорость считывания до 432 Мбит/c.

     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 DVD и CD, что делает его более понятным для покупателей, а также более интересным для производителей и дистрибьюторов, которые могут быть обеспокоены дополнительными затратами из-за картриджей.

     В формате Blu-ray применен экспериментальный  элемент защиты под названием BD+, который позволяет динамически изменять схему шифрования. Стоит шифрованию быть сломанным производители могут обновить схему шифрования, и все последующие копии будут защищены уже новой схемой. Таким образом, единичный взлом шифра не позволит скомпрометировать всю спецификацию на весь период её жизни. Все Blu-ray проигрыватели смогут выдавать полноценный видеосигнал только через защищённый шифрованием интерфейс.

1.6 Карты памяти

     Наиболее  распространенные типы карт памяти: 
CompactFlash (CF), MultiMeda Card, SD Card, Memory Stick, SmartMedia, xD-Picture Card, PC-Card (PCMCIA или ATA-Flash). Существуют и другие портативные форм-факторы флэш-памяти, однако встречаются они намного реже перечисленных.

     Флэш-карты  бывают двух типов: с параллельным (parallel) и с последовательным (serial) интерфейсом.

     Параллельный:

• PC-Card (PCMCIA или ATA-Flash)
• CompactFlash (CF)
• SmartMedia (SSFDC)

       Последовательный:

• MultiMedia Card (MMC)
• SD-Card (Secure Digital - Card)
• Sony Memory Stick

     Самым старым и самым большим по размеру следует признать PC Card (ранее этот тип карт назывался PCMCIA [Personal Computer Memory Card International Association]). Карта снабжена ATA контроллером. Благодаря этому обеспечивается эмуляция обычного жесткого диска. В настоящее время флэш-память этого типа используется редко. PC Card бывает объемом до 2GB. Существует три типа PC Card ATA (I, II и III). Все они отличаются толщиной (3,3 5,0 и 10,5 мм соответственно). Все три типа обратно совместимы между собой (в более толстом разъеме всегда можно использовать более тонкую карту, поскольку толщина разъема у всех типов одинакова – 3,3 мм). Питание карт - 3,3В и 5В. ATA-flash как правило относится к форм фактору PCMCIA Type I.

     Конструкция карт CompactFlash обеспечивает эмуляцию жёсткого диска с АТА интерфейсом. Разъёмы Compact Flash расположены на торце карты, электрически и функционально повторяя назначение контактов PCMCIA. Карты Compact Flash поддерживают два напряжения: 3.3В и 5В, любая карта

     SmartMedia (SSFDC - Solid State Floppy Disk Card) 8 из 22-х контактов карты используются для передачи данных, остальные используются для питания микросхемы, управления и несут на себе другие вспомогательные функции.

     Толщина карты всего лишь 0,76мм.

     SmartMedia - единственный формат флэш-карт, не имеющий встроенного контроллера.

     На  карте имеется специальное углубление (в форме кружочка). Если в это  место приклеить соответствующей  формы токопроводящий стикер, то карта  будет защищена от записи.

     По  сравнению с другими картами  флэш-памяти, в которых используется полупроводниковая память, размещённая на печатной плате вместе с контроллером и другими компонентами, SmartMedia устроена очень просто. xD-Picture Card - XD следует расшифровывать как eXtreme Digital. Теоретически емкость карт xD может достигать 8ГБ.

     Сообщается, что скорость записи данных на xD будет достигать 3 Мбайт/с, а скорость чтения - 5 Мбайт/с.

     Размеры карты: 20 х 25 х 1,7 мм. Контакты у XD расположены, так же как и у SmartMedia, на лицевой  части карты. Карта разработана  в качестве замены SmartMedia и продается  по сравнимой со SmartMedia цене (возможно, из-за отсутствия встроенного контроллера), благо чипы для xD-Picture Card производятся Toshiba. Теоретический предел емкости – 8GB.

     Карты MMC содержат 7 контактов, реально из которых используется 6, а седьмой формально считается зарезервированным на будущее. По стандарту MMC способна работать на частотах до 20МГц. Карточка состоит из пластиковой оболочки и печатной платы, на которой расположена микросхема памяти, микроконтроллер и разведены контакты.

     MultiMedia Card работает с напряжением 2.0В - 3.6В, однако спецификацией предусматриваются карты с пониженным энергопотреблением - Low Voltage MMC (напряжение 1.6В - 3.6В).

     Стандарт SPI определяет только разводку, а не весь протокол передачи данных. По этой причине в MMC SPI используется подмножество команд протокола MMC. Режим SPI предназначен для использования в устройствах, которые используют небольшое количество карт памяти (обычно одну). преимущество использования режима SPI состоит в возможности использования уже готовых решений, уменьшая затраты на разработку до минимума. Недостаток состоит в потере производительности на SPI системах, по сравнению с MMC.

     SD-Card работает с напряжением 2,0В  - 3,6В, однако спецификацией предусматриваются SDLV-карты (SD Low Voltage) с пониженным энергопотреблением (напряжение 1,6В - 3,6В), кроме того, спецификацией предусмотрены карты толщиной 1,4мм, без переключателя защиты от записи.

     Фактически  карточки SD являются дальнейшим развитием  стандарта MMC. Флэш-карты SD обратно совместимы с MMC (в устройство с разъемом SD можно вставить MMC, но не наоборот).

     Особенных технических инноваций в MemoryStick не заметно, разве что переключатель  защиты от записи (Write Protection Switch) выполнен действительно грамотно, да контакты хорошо упрятали.

     На  питание у MemoryStick отведено 4 из 10 контактов, еще 2 контакта зарезервированы, один контакт используется для передачи данных и команд, один для синхронизации, один для сигнализации состояния шины (может находиться в 4-х состояниях), а один для определения того, вставлена карта, или нет. Карта работает в полудуплексном режиме. Максимальная частота, на которой может работать карта - 20МГц.

     Зарезервированные контакты (по непроверенным данным) используются в устройствах на базе интерфейса MemoryStick.

     Кроме вышеперечисленных форм-факторов флэш-памяти, флэш так же бывает в виде модулей SIMM и DIMM. Такие модули часто используются в факсимильных аппаратах, принтерах, и т.п.

     Часто можно встретить флэш-память в  виде устройств, заменяющих обычные  жёсткие диски (Disk On Module (DOM)-накопители). Такие накопители имеют стандартный интерфейс IDE и используются в устройствах, работающих в экстремальных условиях (повышенная тряска, пыль и т.п.) – там, где обычные жесткие диски, по тем, или иным причинам применять не желательно.

     Для переноса данных удобно использовать накопители с интерфейсом USB - новый  тип внешнего носителя информации для  компьютера, появившийся благодаря широкому распространению интерфейса USB (универсальной шины) и преимуществам микросхем Flash памяти. Достаточно большая емкость при небольших размерах, энергонезависимость, высокая скорость передачи информации, защищённость от механических и электромагнитных воздействий, возможность использования на любом компьютере - всё это позволило USB Flash Drive заменить или успешно конкурировать со всеми существовавшими ранее носителями информации.

     Флэш-память наиболее известна применением в  USB флэш-носителях. В основном применяется NAND тип памяти, которая подключается через USB по интерфейсу USB. Данный интерфейс поддерживается всеми ОС современных версий.

     Благодаря большой скорости, объёму и компактным размерам USB флэш-носители полностью  вытеснили с рынка дискеты.

     Они компактны, лёгко перезаписывают файлы  и имеют большой объём памяти (от 32 Мб до 128 Гб).

     Сейчас  активно рассматривается возможность  замены жёстких дисков на флэш-память. В результате компьютер будет включаться мгновенно, а отсутствие движущихся деталей увеличит срок службы. Распространение ограничивает высокая цена за Гб и меньший срок годности, чем у жёстких дисков из-за ограниченного количества циклов записи.

 

2. Файловые  системы

2.1 Общие сведения  о файловых системах

     Совокупность  каталогов и системных структур данных, отслеживающих размещение файлов на диске и свободное дисковое пространство, называется файловой системой. Основной структурной единицей любой файловой системы является файл и каталог.

     Файл  – минимальная структурированная  именованная последовательность данных. Каталог (папка) является своеобразной объединяющей структурой для расположенных на диске файлов. Каталог может содержать в себе файлы и другие (вложенные) каталоги. Каталоги и файлы образуют на диске древовидную иерархическую структуру – дерево каталогов. Единственный каталог не входящий ни в одну из директорий называется корневым каталогом [9].

     Все файлы в компьютере хранятся на магнитных  дисках, которые являются частью его  конструкции. Магнитные диски являются устройствами произвольного доступа. В них каждая запись данных имеет  свой уникальный адрес, обеспечивающий непосредственный доступ к ней, минуя все остальные записи. Для хранения данных служит диск (пакет из нескольких дисков), покрытый ферромагнитным слоем. Запись на магнитный диск и считывание данных с него осуществляется головками чтения/записи. 

       

       Рис. 1 Структура поверхности магнитного диска

     Поверхность диска разбита на дорожки представляющие собой окружности (рис. 1). Дорожки  разделены на секторы. Размер сектора  обычно составляет 512 байт.

     В большинстве файловых систем пространство на диске выделяется кластерами, которые состоят из нескольких секторов. Кластер – минимальный размер места на диске, которое может быть выделено для хранения одного файла. Перед тем, как диск может быть использован для записи данных, он должен быть размечен — на его дорожки должны быть записаны заголовки секторов с правильными номерами дорожки и сектора, а также, если это необходимо, маркеры. Как правило, при этом же происходит тестирование поверхности диска для поиска дефектов магнитного слоя. Не следует путать эту операцию — физическое форматирование диска — с логическим форматированием, заключающемся в создании файловых систем. Современные жесткие диски обычно требуют физической разметки при их изготовлении.

     Один  физический жесткий диск может быть разделен на несколько разделов – логических дисков (томов). Каждый логический диск представляет собой как бы отдельное устройство. Следовательно, на нем может быть своя файловая система и свой корневой каталог.

     В операционных системах MS-DOS и Windows каждое дисковое устройство обозначается латинской буквой. Для имени логического диска используются буквы от A до Z. Буквы A и B обозначают дисководы гибких магнитных дисков (FDD). Начиная с буквы C, именуются разделы жесткого диска (HDD), дисководы оптических дисков и виртуальные диски. Для обращения к файлу используется следующая спецификация:

     устройство:\путь\имя  файла.расширение

     Здесь путь – список каталогов, входящих друг в друга, в последнем из которых  и содержится указанный файл. Если путь не указан, следует что, файл находится в корневом каталоге данного диска. В MS-DOS имя файла состоит из 8 символов, точки и 3 символов расширения имени файла. Точка отделяет собственно имя от расширения. Имя файла может состоять из латинских букв, цифр 0 – 9, некоторых других символов, и не может содержать пробел. В Windows поддерживаются длинные имена файлов (от 1 до 255 символов), имя может содержать пробелы. При использовании файловых систем HPFS и NTFS имя файла может содержать несколько точек.

     В именах файлов нельзя использовать символы “ * ” и “ ? ”, так как они используются в масках имен при поиске файлов.