Внешняя память ПК.Основные устройства хранения информации

     Накопители  типа Bernoulli

     Этот  накопитель является, по-видимому, самым  уникальным. Вместо того, чтобы идти по пути применения жесткого магнитного диска, который должен иметь защиту против неблагоприятных внешних факторов, в том числе загрязнений и вибраций, инженеры компании Iomega разработали на основе принципов динамики потоков, впервые сформулированных швейцарским математиков XVIII века Даниэлем Бернулли, оригинальный принцип действия системы “гибкий магнитный диск-головка чтения/записи”. 
Головка чтения/записи, спроектированная с учетом требований аэродинамики, “плавает” над поверхностью гибкого диска Бернулли. Воздушные потоки, возникающие вследствие вращения диска с высокой скоростью, вызывает изгиб части поверхности диска, находящейся под головкой чтения/записи, в направлении к последней. Однако, диск не соприкасается с головкой, между ними остается небольшой, достаточно стабильный запор, который обеспечивается потоками воздуха, уравнения для описания которых впервые предложил Бернулли. 
Какое-либо изменение нормальных условий работы накопителя Бернулли 
(например, из-за удара или появления пятнышка загрязнения на поверхности диска ) вызывается нарушение эффекта Бернулли и приводит к тому, что диск отходит от головки, вместо того чтобы соприкоснуться с ней (как это бы произошло на обычном винчестере). Благодаря этому исключается возможность отказов накопителя, поскольку вращающийся диск практически не может соприкоснуться с головкой. Поэтому диски Бернулли самые удароустойчивые. 
Сам накопитель Бернулли, хотя он является гибким и по виду похож на обычную дискету, в действительности может эксплуатироваться до пяти лет в режиме считывания/записи - т.е. характеризуется в 20 раз большей долговечностью, чем дискета, - согласно данным поставщика. Накопители Бернулли по скорости доступа не уступают ряду широко используемых накопителей на жестких дисках со средним быстродействием. Так, например, Bernoulli230 имеет емкость одной кассеты 230 Mb, строенный кэш 256 Кб, интерфейс SCSI-2 или IDE и время доступа 12 мсек.

      CD-ROM

     Музыкальные, оптические компакт-диски пришли на смену виниловым в 1982 году - примерно в то же время, когда появились первые персональные компьютеры фирмы IBM. Эти устройства явились результатом плодотворного сотрудничества двух гигантов электронной промышленности - японской фирмы Sony и голландской Philips. Строго определенная емкость компакт-дисков связана с такой интересной историей.

     Исполнительный  директор фирмы Sony, Акио Морита решил, что компакт- диски должны отвечать запросам исключительно любителей классической музыки не более и не менее. После того, как группа разработчиков провела опрос, выяснилось, что самым популярным классическим произведением в Японии в те времена была 9-я симфония Бетховена, которая длилась 72-73 минуты. Поэтому было решено, что компакт-диск должен быть рассчитан именно на 74 минуты звучания, а точнее, на 74 минуты и 33 секунды. Так родился стандарт, известный как «Красная Книга» (Red Book). Когда 74 минуты пересчитали в килобайты, получилось 640 Mb.

     Специалисты Philips определили минимальные требования к качеству записи звука и регламентировали, например, такие характеристики аудио компакт-дисков, как их размер, метод кодирования данных и использование единой спиральной  дорожки. 
Две вышеназванные фирмы сыграли также ведущую роль при разработке первой спецификации цифровых компакт-дисков - так называемой «Желтой Книги» (Yellow Book), или просто CD-ROM. Она послужила основой для создания компакт-дисков с комплексным представлением информации, то есть способных хранить не только звуковые, но и текстовые и графические данные (CD-Digital Audio, CD-DA). При этом привод, читая заголовок диска, сам определял его тип - аудио- или цифровые данные. В этом формате, однако, не регламентировались логические и файловые форматы компакт-дисков, поскольку решение данных вопросов было полностью отдано на откуп фирмам- производителям. Это, в частности, означало, что компакт-диск, соответствующий требованиям «Желтой Книги», мог работать только на конкретной модели накопителя. Такое положение дел, особенно в связи с большим коммерческим успехом компакт-дисков, разумеется, не могло удовлетворить производителей подобных устройств. В общих интересах необходимо было срочно найти компромисс.

     Именно  поэтому вторым стандартом де-факто  для цифровых компакт-дисков стала  спецификация HSG (High Sierra Group), или просто High Sierra. Этот документ носил, вообще говоря, рекомендательный характер и был предложен основными производителями цифровых компакт-дисков с целью обеспечить хотя бы некоторую совместимость. Данная спецификация определяла уже как логический, так и файловый форматы компакт-дисков.

     Созданная спецификация оказалась настолько  привлекательной, что стандарт ISO-9660 (1988 год) для цифровых компакт-дисков, в принципе совпадал с основными  положениями HSG. В частности этот документ определяет, каким образом  найти на компакт-диске его содержимое (Volume Table Of Contents, VTOC). Базовый формат, предложенный в HSG-спецификации, во многом напоминал формат флоппи-диска. Как известно, системная дорожка (трек 0) любой дискеты не только идентифицирует сам флоппи-диск (его плотность, тип используемой ОС), но и хранит информацию о том, как он организован по директориям, файлам и поддиректориям. Инициирующая дорожка данных на компакт-диске начинается со служебной области, необходимой для синхронизации между приводом и диском. 
Далее расположена системная область, которая содержит сведения о структурировании диска. В системной области находятся также директории данного тома с указателями или адресами других областей диска. Существенное различие между структурой компакт-диска и, например, дискетой заключается в том, что на CD системная область содержит прямой адрес файлов в поддиректориях, что должно облегчить их поиск.

     Международный стандарт ISO-9660 описывает файловую систему  на CD-ROM. 
ISO-9660 первого уровня напоминает файловую систему MS-DOS: имена файлов могут содержать до 8-ми символов, расширение имени файла (состоящие из 3-х символов) отделяется от имени файла точкой. Имена файлов не могут содержать специальных символов. Имена каталогов не могут иметь расширений. Стандарт ISO-9660 второго уровня позволяет использовать в именах  файлов  до 32 символов, накладывая описанные выше ограничения. Диски, созданные с применением такого стандарта, не могут использоваться в ряде ОС, в том числе и MS-DOS.

     Спецификация CD-I (Interactive) была предложена в 1988 году. Этот стандарт определял использование дискового плеера без подключения его к компьютеру. Устройством отображения в данном случае должен был стать, например, обыкновенный телевизор. Разумеется, что использовался и его стандартный звуковой канал. Кроме этого, CD-I предлагала несколько уровней качества воспроизведения аудио- и графической информации. Данная спецификация изложена в «Зеленой Книге» (Green Book). Заметим, что так называемые CD-I-Ready-диски являются некой смесью между аудио-CD (Red Book) и мультимедиа-диском (Green Book). Таким образом, на аудиоплеере прослушивается только звуковая информация, а на устройстве CD-I воспроизводится вся вместе.

     Стандарт CD-ROM XA был создан в 1990 году усилиями фирм Microsoft, 
Philips и Sony как «мост» между CD-ROM и CD-I. Таким образом, ХА-диск мог воспроизводиться на CD-I-плеере или приводе, отвечающем стандарту Yellow 
Book. ХА-диск является так называемая техника чередования 
(interleaving).  Другой отличительной особенностью спецификации ХА-диска является сжатие звуковых данных, что позволяет хранить на одном диске до нескольких часов аудиоинформации вместо обычных 74-х минут. Кстати, именно из-за сжатия минимальная скорость передачи информации не должна быть меньше 150 Кбайт/с.

     Еще одна спецификация, принятая в 1991 году и изложенная в «Оранжевых Книгах» (Orange Books), относится к записываемым и стираемым дискам. В первой книге речь идет о магнитооптических дисках (CD-MO), которые допускают как стирание, так и перезапись информации. Вторая книга посвящена накопителям с однократной записью типа WORM. К подобным накопителям относятся устройства, отвечающие, например, спецификации CD-ROM XA.

     В 1993 году была анонсирована еще одна книга - White Book («Белая»). В ее создании приняли участие JVC, Matsushita, Philips и Sony. В этом документе определялись основные параметры видео-СД - компакт-диска, на котором можно было хранить 72 минуты высококачественного видео вместе со стереозвуком. Хранение данных на видео-CD базируется на методе сжатия информации, называемом MPEG (Motion Picture Experts Group). Видео-CD могут воспроизводиться на специальных видео-CD-плеерах, CD-I-плеерах со специальным картриджем “Digital Video”, а также на компьютере со специальной платой MPEG-декодера и приводом CD-ROM.

     Спецификация White Book является в настоящее время  идеальным средством для хранения цифрового видео - это единственный стандартный путь воспроизведения  видео на мультимедиа-PC.

     Итак, были рассмотрены практически все  наиболее распространенные форматы  хранения данных на CD-ROM. Как уже было сказано, отличительной особенностью всех этих форматов является их отличие от файловой системы, используемой в MS-DOS. Таким образом, для доступа к данным, хранимым на CD-ROM, необходимо преобразование форматов.

     Устройство и принцип работы

     Как известно, большинство накопителей  бывают внешними и встраиваемыми. 
Приводы компакт-дисков в этом смысле не являются исключением. Большинство предлагаемых в настоящее время накопителей CD-ROM относятся к встраиваемым. Внешний накопитель, как правило, стоит дороже.

     На  передней панели каждого накопителя имеется доступ к механизму загрузки компакт-диска в привод. Также  там расположены индикатор работы устройства (обычно Busy), гнездо для подключения  наушников или стереосистемы (для  прослушивания аудиодисков), а также регулятор громкости 
(также для аудио-CD).

     На  задней панели практически всех без  исключения приводов CD-ROM находятся  по крайней мере три разъема: интерфейсный, питания и аудио. 
Разъем для вывода звука позволяет подключать привод к звуковой карте.

     Кроме этих разъёмов при использовании SCSI-интерфейса с задней панели привода доступны также резисторы-терминаторы устройства и набор перемычек (jumpers), или переключателей (switches), которые определяют номер устройства и режим работы.

     В приводе компакт-дисков можно выделить несколько базовых элементов: лазерный диод, сервомотор, оптическую систему (включающую в себя расщепляющую призму) и фотодетектор.

     Итак, считывание информации с компакт-диска, также как и запись, происходит при помощи лазерного луча, но, разумеется, меньшей мощности. 

     Интерфейсы

     Довольно  часто фирмы производители поставляют привод CD-ROM с обязательной картой контроллера, на которой реализован так называемый 
(собственный) proprietary-интерфейс. Обычно это собственная реализация одной из версий интерфейсов IDE или SCSI. Часто при покупке накопителя на CD-ROM в составе Multimedia Kit на звуковой карте находится именно proprietary-интерфейс. Одним из популярных интерфейсов всех приводов, включая приводы CD-ROM, является IDE, SCSI или SCSI-2.

     Как известно, отличительной особенностью интерфейса IDE является реализация функции  контроллера в самом накопителе. Именно поэтому подключение подобных приводов к компьютеру выполняется непосредственно к IDE контроллеру на материнской плате ПК. Данный интерфейс поддерживает, как правило, программный ввод-вывод.

     Компания Western Digital разработала так называемую спецификацию 
Enchanced IDE. Этот документ поддержали практически все ведущие компании по производству накопителей. Новый интерфейс позволяет подключать одновременно до четырех приводов жестких дисков. Но самое главное, спецификация Enchanced IDE позволяет не только увеличить количество подключаемых устройств, но и использовать другие типы устройств, например приводы CD-ROM или стримеры. В частности, Western Digital для поддержки накопителей CD-ROM с интерфейсом IDE предлагает протокол ATAPI (ATA Packed Interface). ATAPI является расширением протокола ATA и требует незначительных изменений в системной BIOS. В общем случае используется специальный драйвер. В последнее время появились накопители, которые поддерживают не только интерфейс IDE, но и EIDE/ATAPI.

     Как известно, интерфейс SCSI стал одним из важнейших промышленных стандартов  для подключения периферийных устройств.  Что же касается стоимости, то SCSI-адаптера обычно в компьютере нет, и его приходится покупать дополнительно хотя в последнее время появились модели материнских плат, имеющих встроенную поддержку SCSI интерфейса. 

     Основные  параметры приводов

     Скорость  доступа (access time) определяет среднее время (в миллисекундах), необходимое для обнаружения и загрузки первого блока данных во внутренний буфер. Стандарт MPC 1 устанавливает такое время в одну секунду или менее, но большинство современных приводов имеют скорость доступа около 0.3 с. Скорость передачи данных (data-transfer rate) зависит от двух факторов: плотности данных и скорости вращения диска. Под плотностью в данном случае понимают количество бит (впадин) на дюйм (или миллиметр). 
Под размером блока данных (data block size) понимают минимальное количество байт, которые передаются на компьютер через интерфейсную карту. 
Иначе говоря, это единица информации, с которой оперирует контроллер привода. Минимальный размер блока данных в соответствии со спецификацией 
МРС равен 16 Кбайт. Поскольку файлы на компакт-диске обычно достаточно большие, то промежутки между блоками данных ничтожно малы. Тип загрузки диска. Существует два типа приводов CD-ROM. В первом случае диск устанавливается напрямую (например, в приводах Mitsumi). Во втором случае для установки диска используется специальная кассета (в настоящее время вышла из употребления).