Электроника:Цифровая электроника/Цифровое хранилище (память)/Память с движущимися частями: «Приводы»

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 656.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Память с движущимися частями: «Приводы»[1]

Самыми ранними формами хранения цифровых данных с использованием движущихся частей были перфокарты.

Жозеф Мари Жаккард изобрел ткацкий станок в 1780 году, который автоматически следовал заложенным инструкциям, заданными с помощью в определённом порядке сделанных отверстий в бумажных карточках.

Эта же технология была адаптирована к электронным компьютерам в 1950-х годах, при этом карты считывались механически (контакт металла с металлом через отверстия), пневматически (воздух, продуваемый через отверстия, наличие отверстия определялось противодавлением воздушного сопла), или оптически (свет, проходящий через отверстия).

Улучшением по сравнению с бумажными картами является бумажная лента, которая до сих пор используется в некоторых промышленных средах (в частности, в станкостроении с ЧПУ), где требования к хранению данных и скорости невелики, а надёжность высоко ценится.

Вместо древесноволокнистой бумаги часто используется лавсановый материал, причём наиболее популярным методом является оптическое считывание ленты. Магнитная лента (очень похожая на аудио- или видеокассету) стала следующим логическим усовершенствованием носителей информации.

Она по-прежнему широко используется сегодня как средство для хранения «резервных копий» данных для архивирования и аварийного восстановления для других, более быстрых методов хранения данных.

Как и бумажная лента, магнитная имеет последовательный доступ, а не произвольный. В ранних домашних компьютерных системах обычная аудиокассета использовалась для хранения данных в модулированной форме, где двоичные единицы и нули представлялись разными частотами (аналогично передаче данных с помощью частотной манипуляции).

Скорость доступа была ужасно низкой (при чтении ASCII-текста с ленты, можно было почти поспевать за темпом появления букв на экране компьютера!), но это было дёшево и довольно надёжно.

Лента страдала от недостатков, присущих последовательному доступу. Чтобы устранить это слабое место, были созданы магнитные накопители с носителем в форме диска или барабана.

Электродвигатель обеспечивал движение с постоянной скоростью. Была предусмотрена подвижная катушка чтения/записи (также известная как «головка»), которую можно было позиционировать с помощью серводвигателей в различных местах по высоте барабана или по радиусу диска, обеспечивая почти произвольный доступ (приходится всё равно ожидать, пока барабан или диск не повернутся в нужное положение после того, как катушка чтения/записи достигнет нужного положения).

Дисковая форма лучше всего подходила для портативных носителей – так родилась дискета.

Гибкие диски (названные так потому, что магнитный носитель был тонок и гибок) изначально изготавливались в формате 8-дюймового (≈ 20 см) диаметра.

Позже была представлена вариация 5¼ дюйма (≈ 13 см), которая стала практичной благодаря достижениям в плотности частиц среды. При прочих равных условиях на большем диске больше места для записи данных.

Однако плотность хранения можно повысить, уменьшив размер мелких зёрен материала оксида железа на подложке диска.

Сегодня 3½-дюймовая (≈ 9 см) дискета является преобладающим форматом с ёмкостью 1,44 Мбайт (2,88 Мбайт на SCSI-дисках).

Становятся популярными другие форматы портативных накопителей: 100-мегабайтные «ZIP» и 1-гигабайтные «JAZ» диски IoMega, появившиеся в качестве оригинального оборудования на некоторых персональных компьютерах.

Тем не менее, у дисководов для гибких дисков есть недостаток, заключающийся в том, что они подвергаются воздействию суровых условий окружающей среды, поскольку их постоянно удаляют из механизма привода, который читает, записывает и вращает носитель.

Первые диски были закрытыми блоками, защищенными от пыли и других твёрдых частиц, и определённо не переносными.

Хранение носителя в закрытом помещении позволило инженерам полностью избежать пыли, а также паразитных магнитных полей.

Это, в свою очередь, позволило увеличить расстояние между головкой и магнитным материалом, что привело к гораздо более узкой фокусировке магнитного поля для записи данных на магнитный материал.

На следующей фотографии показана «тарелка» жёсткого диска ёмкостью примерно 30 Мбайт. Шариковая ручка рядом с дном тарелки – для сравнения по размеру:

Рис. 1. «Тарелка» жёсткого диска ёмкостью примерно 30 Мбайт.
Рис. 1. «Тарелка» жёсткого диска ёмкостью примерно 30 Мбайт.

В современных жестких дисках используется несколько пластин из твёрдого материала (отсюда и название «жёсткий диск») с несколькими головками чтения/записи для каждой пластины.

Зазор между головкой и диском намного меньше диаметра человеческого волоса. Если герметично закрытая среда внутри жесткого диска загрязнена наружным воздухом, жёсткий диск придёт в негодность. Пыль будет скапливаться между головками и пластинами, вызывая повреждение поверхности носителя.

Вот жёсткий диск с четырьмя пластинами, хотя ракурс съёмки позволяет рассмотреть только верхнюю пластину.

Это устройство укомплектовано приводным двигателем, головками чтения/записи и соответствующей электроникой. Он имеет ёмкость 340 Мбайт и примерно такой же длины, как шариковая ручка, что показана на предыдущей фотографии:

Рис. 2. Жёсткий диск с четырьмя пластинами.
Рис. 2. Жёсткий диск с четырьмя пластинами.

Хотя в будущем неизбежно, что технология с неподвижными частями заменит механические приводы, нынешние современные электромеханические приводы продолжают конкурировать с «твердотельными» устройствами энергонезависимой памяти по плотности хранения и по бюджету. В 1998 году был анонсирован 250-мегабайтный жёсткий диск размером примерно с четверть (меньше, чем металлическая пластина в центре последней фотографии жёсткого диска)! В любом случае плотность хранения и надёжность, несомненно, будут продолжать улучшаться.

Стимулом для развития технологии хранения цифровых данных стало появление музыки, закодированной в цифровом виде.

Совместное предприятие Sony и Phillips привело к выпуску «компактных аудиодисков» (CD) для широкой публики в конце 1980-х годов.

Эта технология предназначена только для чтения, а носитель представляет собой прозрачный пластиковый диск, покрытый тонкой алюминиевой плёнкой.

Двоичные биты кодируются в виде ямок в пластике, которые изменяют длину пути маломощного лазерного луча. Данные считываются маломощным лазером (луч которого может быть сфокусирован более точно, чем обычный свет), отражаясь от алюминия на приёмник фотоэлемента.

Преимущества компакт-дисков перед магнитной лентой очевидны. Будучи цифровой, информация обладает высокой устойчивостью к искажению.

Бесконтактные в работе, у них нет никакого износа во время проигрывания. Будучи оптическими, они невосприимчивы к магнитным полям (которые могут легко повредить данные на магнитной ленте или дисках).

Можно приобрести дисководы для записи компакт-дисков, которые содержат мощный лазер, необходимый для записи на чистый диск.

Следом за музыкальной индустрией, индустрия видеоразвлечений использовала технологию оптического хранения, представив цифровой видеодиск или DVD.

Используя пластиковый диск того же размера, что и музыкальный компакт-диск, DVD использует более близкое расстояние между ямками для достижения гораздо большей плотности хранения.

Эта повышенная плотность позволяет закодировать полнометражные фильмы на DVD-носителях вместе с простой информацией о фильме, примечаниями режиссера и т.д.

Много усилий направлено на разработку практичного оптического диска для чтения/записи (CD-W). Успех был достигнут в использовании химических веществ, цвет которых может быть изменён под воздействием яркого лазерного света, а затем «прочитан» светом меньшей интенсивности. Эти оптические диски сразу идентифицируются по их характерно окрашенным поверхностям, в отличие от серебристой нижней стороны стандартного компакт-диска.

См.также

Внешние ссылки