Vonkajšie pamäte

Vonkajšie pamäte

Pevný disk

Väčšina PC má dve diskové pamäte: pevný disk a DVD mechaniku. Vypnutie počítača nespôsobí stratu dát na diskových pamätiach. Ich hlavnou úlohou je uschovanie dát, s ktorými mikroprocesor momentálne nepracuje, ale ktoré si v prípade potreby načíta.
Obidve pamäte pracujú na magnetickom princípe a majú niekoľko častí:

• médium, na ktorom sú uložené dáta
• magnetické hlavy pre zápis a čítanie dát
• mechaniku pohybujúcu hlavami
• motorček točiaci diskom
• radič – elektronický obvod, ktorý riadi prácu disku

Dátové médium pevného disku je zložené z tuhých kotúčov (používa sa aj výraz platňa) umiestnených v niekoľkých poschodiach nad sebou. Dáta sa zapisujú do magnetickej vrstvy nanesenej na každý kotúč.

S magnetickým povrchom diskov pracujú magnetické čítacie/zapisovacie hlavy. Hlavy sa pri pevných diskoch nepohybujú po povrchu disku, ale vznášajú sa nad ním. Vznášanie hláv zaisťuje aerodynamický vztlak vznikajúci nad roztočeným diskom. Pretože sa hlavy vznášajú nad diskom, nedochádza ku treniu medzi hlavou a diskom. To zabezpečuje vysokú trvanlivosť a spoľahlivosť pevných diskov. Vzdialenosť vznášajúcich sa hláv nad diskom je niekoľko mikrometrov. Drobné zrnko prachu by tak mohlo spôsobiť ryhu na disku a znehodnotenie údajov. Z tohto dôvodu sú pevné disky uložené v prachotesnom puzdre.

Fyzická štruktúra diskov

Povrch disku predstavuje pomerne rozsiahly priestor. Keď operačný systém požaduje od disku údaje, na povrchu disku ich musí vyhľadať radič pevného disku. Ten teda potrebuje poznať presnú geometrickú polohu zapísaných údajov. Preto si povrch disku rozdelí na stopy (sústredené kružnice), do ktorých si údaje zapisuje. Každá stopa je naviac priečne rozdelená na sektory. Toto usporiadanie nazývame fyzickou organizáciou dát.

Hlavy a cylindre

Poslaním magnetických hláv je zápis a čítanie údajov. Nad každým povrchom „lieta“ jedna hlava. Ak má pevný disk 5 platní, môže mať až 10 hláv (každá platňa má 2 povrchy). Hláv však môže byť aj menej, pretože krajné platne nemusia mať povrchy z oboch strán.

Všetky hlavy sú umiestnené na spoločnom ramene. Keď radič posunie hlavu číslo 3 (patriacu tretiemu povrchu) nad stopu 134, posunú sa aj hlavy nad ostatnými platňami nad stopu 134 „svojho“ povrchu. Vďaka spoločnému ramenu sa tak hlavy vznášajú vždy nad rovnakou stopou všetkých povrchov. Rovnakým stopám na rôznych povrchoch sa hovorí cylinder (resp. valec).

Presun hláv nad príslušnú stopu sa uskutočňuje pomocou vystavovacej cievky (voice coil).

Hlava je rozdelená na čítaciu a záznamovú. Záznamová hlava pracuje na induktívnom princípe – údaje sa zapisujú zmagnetizovaním časti povrchu pevného disku. ktorá sa práve nachádza pod zapisovacou hlavou. Čítacia  hlava číta údaje ako sled zmien odporov vyvolaných rozdielnou orientáciou magnetického poľa.

Vlastnosti pevných diskov

Prístupová doba (access time)

Vyjadruje ako rýchlo disk vyhľadáva dáta. Je to čas potrebný na presunutie hlavy disku od jeho stredu k jeho okraju. Jej hodnota sa pohybuje okolo 8-10 ms
Prístupová doba závisí od otáčok disku. Dnes sa disky točia vysokými rýchlosťami, najčastejšie hodnoty sú –7200 ot/min, 10000 ot/min, 15000 ot/min.

Kapacita disku

Pevné disky majú dnes kapacity najčastejšie v rozmedzí od 500 do 2000 GB. Je to zapríčinené neustále rastúcimi požiadavkami programov na kapacitu ale aj technickým pokrokom v tejto oblasti.

Veľkosť cache pamäte

Pre urýchlenie prenosu dát z pevného disku do operačnej pamäte a naopak majú súčasné pevné disky integrovanú vyrovnávaciu pamäť. V tejto pamäti sa uchovávajú dáta čítané z diskov a zapisované na disk. V prípade opätovného použitia dát už uložených v cache, ku ktorému dochádza pomerne často, sa potom použijú dáta uložené v rýchlej pamäti namiesto pomalého prístupu na disk.

Typ radiča pevných diskov

Radič je „riadiacim centrom“ diskovej jednotky. Jeho úlohy môžeme zhrnúť do nasledujúcich bodov:

• zodpovedajú za správne vystavenie hláv. Pri čítaní musí radič čo najrýchlejšie poslať hlavu nad to miesto disku, kde sú uložené hľadané údaje. Preto si delí diskovú plochu na číslované stopy a sektory.
• organizujú vlastný zápis a čítanie dát prostredníctvom kódovania (pri zápise) alebo dekódovania (čítanie).
• v spolupráci so zbernicou zaisťujú prenos dát medzi diskom a mikroprocesorom

Typ radiča je jeden z dôležitých ukazovateľov kvality disku, niekedy sa celý pevný disk po type radiča pomenuje. V počítačovej histórii sa na scéne vystriedalo viac typov radičov. Momentálne sa stretneme iba s diskmi EIDE, SCSI a S-ATA.

Zásady práce s pevným diskom

• chrániť ho pred otrasmi (hlavy sa pohybujú nad povrchom disku len niekoľko mikrometrov vysoko).
• povrch disku sa najviac opotrebúva pri zapínaní a vypínaní počítača, kedy hlavy štartujú alebo pristávajú na povrchu disku. Je to jediný okamžik, kedy dochádza k fyzickému kontaktu medzi hlavou a diskom. Preto sa nedoporučuje vypínať počítač na krátku dobu
• pevný disk môže poškodiť aj prudká zmena teploty. Po transporte musíte počítač „aklimatizovať“ v novom prostredí (nechať ho niekoľko hodín stáť nezapnutý).
• aj keď je pevný disk veľmi spoľahlivým, je nutné údaje na ňom uložené pravidelne zálohovať. Zabránite tak strate údajov pri poruche pevného disku alebo pri jeho napadnutí vírusom.

Kompaktné disky – CD

Princíp

Laserová hlava zameriava laserový lúč prechádzajúci polopriepustným zrkadlom cez sústavu šošoviek na povrch disku.
Polia (Land) odrážajú lúč späť, priehlbinky (Pit) ho rozptyľujú. Odrazené svetlo prechádza šošovkami a je zrkadlom presmerované na fotodiódu.
LAND a PIT nepredstavujú 0 a 1, ale 1 je vyvolaná prechodom medzi poľom a priehlbinou. Žiadna zmena = 0.
CD ROM médium má jednu stopu v tvare špirály, ktorá začína v strede a odvíja sa smerom von. Je rozdelená na rovnako dlhé sektory. Informácie sú v blokoch stopy vo forme malých priehlbiniek rôznej dĺžky – PIT. Tie sú preložené rovnými oblasťami – LAND.

Rozhrania:

Prvé CD mechaniky boli vybavené rozhraním SCSI.
Neskôr každý výrobca používal vlastné rozhranie a dodával s CD mechanikou aj radič.
Riešením nekompatibility rozhraní rôznych výrobcov bolo definovanie štandardu ATAPI, ktorý podporujú radiče EIDE.
V súčasnosti sa vyrábajú CD a VDV mechaniky s rozhraním S-ATA.

Výkonnosť jednotky:

Prístupová doba je okolo 200 ms.
Prenosová rýchlosť:

• bola definovaná základná prenosová rýchlosť na 150 kB/s
• rýchlejšie CD sú označované násobkom tejto základnej rýchlosti – 4x,8x, .....52x, ..

Médiá

CD-ROM – vyrábajú sa lisovaním
CD-R (Compact Disk Recordable) – umožňujú údaje na médium zapísať (vypáliť) raz. Údaje nie je možné prepísať.
CD-RW (Compact Disc Rewritable) - umožňujú údaje na médium zapísať (vypáliť) viac krát. Údaje je možné zmazať a znovu napáliť.

Kapacita média

Disk s priemerom 120 mm pri dodržaní špecifikácií kompaktného disku má kapacitu 74 minút pre disk pre zvukový záznam alebo približne 652 MB pre disk typu CD-ROM.
Aby sa mohli používať rozličné postupy výroby kompaktných diskov, špecifikácia pripúšťa ukladanie údajov aj hustejším spôsobom. Takýto disk má potom kapacitu 79 minút a 40 sekúnd pre zvuk alebo 702 MB pre údaje.
Niektoré ponúkané prázdne disky uvádzajú kapacitu 90 alebo 99 minút. Špecifikácia pre zapisovateľné kompaktné disky uvádza maximálnu kapacitu 74 minút a kapacita do 80 min je maximálna možná odchýlka. Preto všetky kompaktné disky s kapacitou nad 80 minút porušujú túto špecifikáciu a viacero prehrávačov alebo rekordérov môže mať problém disky s kapacitou 90 a viac minút používať.

DVD – Digital Versatile Disk

Rovnaké rozmery disku ako CD (120 mm).
Zápis je možný na každej strane média vo dvoch vrstvách. Laserový lúč je zaostrený vždy na jednu vrstvu.
Väčšia kapacita je dosiahnutá väčšou hustotou zápisu a menšími rozmermi pitu. Preto je potrebný presnejší laser s kratšou vlnovou dĺžkou ako u CD. (CD – 780 nm, DVD – 635nm a 650 nm).
Pre čítanie viacvrstvových DVD, je nutné mať dva druhy laserov. Vnútornú dátovú vrstvu je nutné čítať preostreným laserom cez polopriepustnú vnútornú vrstvu. Aby bola zaistená kompatibilita s CD, musí byť čítacie zariadenie schopné čítať signály z diskov s rôznou šírkou a vzdialenosťou pitov.

Existujú tri základné formáty:

• DVD-ROM
• DVD-AUDIO
• DVD-VIDEO

DVD-AUDIO – špeciálny formát pre zápis audia. Hudba má síce dĺžku 74 min /ako CD-A), ale je uložený plne priestorový zvuk vo vyššej kvalite.

DVD-VIDEO – najlepší nosič pre film.

DVD-ROM – médium pre uloženie dát (vrátane filmu)

Médium umožňuje zápis na jednu alebo obidve strany, v jednej alebo dvoch vrstvách na každú stranu. Od počtu strán a vrstiev závisí kapacita média.

• DVD-5: jedna strana, jedna vrstva, kapacita 4,7 GB
• DVD-9: jedna strana, dve vrstvy, 8,5 GB
• DVD-10: dve strany, jedna vrstva na každej strane, 9,4 GB
• DVD-14: dve strany, dve vrstvy na jednej strane, jedna vrstva na druhej, 13,2 GB
• DVD-18: dve strany, dve vrstvy na každej strane, 17,1 GB

Výkonnosť jednotky:

Rýchlosť čítania je vyššia ako u CD (pretože je vyššia hustota záznamu) DVD 1x = 1350 kB/s
Základná rýchlosť zápisu je tiež 1350 kB/s.

DUAL LAYER
Súčasné DVD napaľovačky dokážu zapisovať jednovrstvovo na médium DVD-5, alebo dvojvrstvovo na DVD-9.

BLUE RAY

Disk Blue ray  je jeden z najnovších formátov vysokokapacitných optických diskov určených primárne pre uloženie videa vo vysokom rozlíšení a/alebo veľkého množstva dát. Štandard Blu-ray je vyvíjaný konzorciom spoločností Blue ray Disc Association (BDA). V porovnaní s konkurenčným formátom HD DVD má Blue ray vyššiu kapacitu v každej vrstve, 25 GB oproti 15 GB.

Názov Blue ray je odvodený od farby vlnovej dĺžky lasera (405 nanometrov), ktorý číta dáta na nosiči. Vzhľadom na nižšiu vlnovú dĺžku umožňuje systém Blue-Ray uložiť na štandardný disk s priemerom 12 cm výrazne viac dát, ako DVD, ktoré používa červený laser s vlnovou dĺžkou 650 nm.

Druhy diskov

Jednovrstvový Blue-ray disk (BD) umožňuje uložiť 23,3, 25 alebo 27 GB dát, čo je dosť pre štyri hodiny videa so zvukom vo vysokom rozlíšení.
Dvojvrstvový BD umožňuje uložiť na nosič až dvojnásobok, teda 46.6, 50 alebo 54 GB. Disky s kapacitami 100 a 200 GB, teda štyrmi alebo ôsmimi vrstvami sú vo vývoji.