Накопители информации

Сегодня невозможно представить себе компьютер без такого важного устройства хранения данных, как накопителя на жестких магнитных данных в сокращенном варианте - НЖМД.

Накопители информации были придуманы для того, чтобы исходные данные можно было записывать, а результаты работы - сохранять.

Неофициальный, но широко используемый синоним накопителя - винчестер. Они предназначены для постоянного хранения информации, которая используется при работе с компьютером: редакторов документов, программ операционной системы, трансляторов с языков программирования, часто используемых пакетов программ и многое другое. Выбор жестких дисков сейчас огромен на любой вкус и цвет.

Также существуют и другие разновидности накопителей информации, используемых в вычислительной технике.

Цель работы – проанализировать виды и параметры накопителей информации, используемых в вычислительной технике.

Задачи:

1) рассмотреть устройство и характеристики накопителя на жестких магнитных дисках (HDD);

2) изложить параметры твердого накопителя SSD;

3) проанализировать оптические накопители, используемые в вычислительной технике;

4) рассмотреть флеш-накопители.

1. Устройство и характеристики накопителя на жестких магнитных дисках (HDD)

Для хранения программ и данных в персональных компьютерах используют различного рода накопители, общая емкость которых, как правило, в сотни раз превосходит емкость оперативной памяти. По отношению к компьютеру накопители могут быть внешними и внутренними. Внешние накопители имеют собственный корпус и источник питания, что экономит пространство внутри корпуса компьютера и уменьшает нагрузку на его блок питания.

Внутренние накопители крепятся в специальных монтажных отсеках, что позволяет создавать компактные системы, которые совмещают в системном блоке все необходимые устройства.

Сам накопитель можно рассматривать как совокупность носителя и соответствующего привода. Различают накопители со сменными и несменными носителями.

Накопители информации представляют собой гамму запоминающих устройств с различным принципом действия физическими и технически эксплуатационными характеристиками.

Основным свойством и назначением накопителей информации является хранение и воспроизведение информации. Запоминающие устройства принято делить на виды и категории в связи с их принципами функционирования, эксплуатационно-техническими физическими, программными и др. характеристиками.

Накопитель на жестких магнитных дисках (НЖМД, жесткий диск, хард, харддиск, HDD, HMDD или винчестер, от англ. Hard (Magnetic) Disk Drive, HDD, HMDD) - энергонезависимое, перезаписываемое запоминающее устройство. Является основным накопителем данных практически во всех современных компьютерах (Слайд 1, 2).

Информация в HDD записывается на жесткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома. В некоторых НЖМД используется одна пластина, в других - несколько на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образуемого у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках 5-10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков, головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне, где исключен их нештатный контакт с поверхностью дисков.

Жесткий диск состоит (Слайд 3, 4) из следующих основных узлов: корпус из прочного сплава, собственно жесткие диски (пластины) с магнитным покрытием, блок головок с устройством позиционирования, электропривод шпинделя и блок электроники.

Устройство позиционирования головок состоит из неподвижной пары сильных, как правило, неодимовых, постоянных магнитов и катушки на подвижном блоке головок.

Вопреки расхожему мнению, жесткие диски не герметичны. Внутренняя полость жесткого диска сообщается с атмосферой через фильтр, способный задерживать очень мелкие (несколько мкм) частицы. Это необходимо для поддержания постоянного давления внутри диска при колебаниях температуры корпуса. Пылинки, оказавшиеся при сборке в жестком диске и попавшие на поверхность диска, при вращении сносятся на еще один фильтр - пылеуловитель.

Основные характеристики, определяющие качество функционирование и быстродействие жесткого диска приведены ниже.

Интерфейс (англ. interface) - набор, состоящий из линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих эти линии, и правил обмена.

Современные накопители могут использовать интерфейсы:

- ATA (AT Attachment, он же IDE - Integrated Drive Electronic, он же Parallel ATA);

- Serial ATA;

- SCSI (Small Computer System Interface);

- SAS, FireWire, USB и др.

Емкость (англ. capacity) - количество данных, которые могут храниться накопителем. Емкость современных устройств достигает 2000 Гб. В отличие от принятой в информатике (случайно) системе приставок, обозначающих кратную 1024 величину (кило = 1024, мега = 1 048 576 и т. д.; позже для этого были не очень успешно введены двоичные приставки). Производители указывают неформатированную емкость (вместе со служебной информацией), что делает «зазор» между заявленными «200 Гб» и реальными 160 Гб.

Физический размер (форм-фактор). Почти все современные (2002-2008 гг.) накопители для персональных компьютеров и серверов имеют размер либо 3,5, либо 2,5 дюйма. Последние чаще применяются в ноутбуках. Получили также распространение форматы - 1,8 дюйма, 1,3 дюйма и 0,85 дюйма.

Время произвольного доступа (англ. random access time) - от 3 до 15 мс. Как правило, минимальным временем обладают серверные диски (например, у Hitachi Ultrastar 15K147 - 3,7 мс), самым большим временем из актуальных - диски для портативных устройств (Seagate Momentus 5400.3 - 12,5 мс).

Скорость вращения шпинделя (англ. spindle speed) - количество оборотов шпинделя в минуту (rpm). От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и скорость передачи данных. В настоящее время выпускаются винчестеры со следующими стандартными скоростями вращения: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки), 7200 и 10 000 (персональные компьютеры), 10 000 и 15 000 об./мин. (серверы и высокопроизводительные рабочие станции).

Надежность (англ. reliability) - определяется как среднее время наработки на отказ (Mean Time Between Failures, MTBF). При определи надежности в процессе функционирования используется технология SMART. (S.M.A.R.T. - англ. Self Monitoring Analysing and Reporting Technology - технология оценки состояния жесткого диска встроенной аппаратурой самодиагностики, а также механизм предсказания времени выхода его из строя).

Количество операций ввода-вывода в секунду - у современных дисков это около 50 оп./сек при произвольном доступе к накопителю и около 100 оп./сек при последовательном доступе.

Потребление энергии - важный фактор для мобильных устройств.

Уровень шума - шум, который производит механика накопителя при его работе. Указывается в децибелах. Тихими накопителями считаются устройства с уровнем шума около 26 дБ и ниже. Шум состоит из шума вращения шпинделя (в том числе аэродинамического) и шума позиционирования.

1. Баранова, Е.К. Информационная безопасность и защита информации: Учебное пособие / Е.К. Баранова, А.В. Бабаш. - М.: Риор, 2018. - 400 c.

2. Бройдо В., Ильина О. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: Учебник для вузов. – СПб.: Питер, 2017.

3. Гагарина, Л.Г. Информационные технологии: Учебное пособие / Л.Г. Гагарина, Я.О. Теплова, Е.Л. Румянцева и др. - М.: Форум, 2018. - 144 c.

4. Душин В.К. Теоретические основы информационных процессов и систем: Учебник. – Дашков и К, 2014.

5. Информационные системы и технологии. /под ред. Ю.Ф. Тельнова. – Юнити-Дана, 2016.

6. Информационные технологии и вычислительные системы: Обработка информации и анализ данных. Программная инженерия. Математическое моделирование. Прикладные аспекты информатики / Под ред. С.В. Емельянова. - М.: Ленанд, 2015. - 104 c.

7. Сакова, Татьяна Германовна. Информационные технологии в сфере экономической безопасности [Электронный ресурс] : учеб. пособие / Т.Г. Сакова, О.В. Юдина. - Самара : Изд-во Самар. гос. экон. ун-та, 2019.

8. Семененко, В.А. Информационная безопасность: Учебное пособие / В.А. Семененко. - М.: МГИУ, 2017. - 277 c.