• 13.1 Класифікація носіїв електронної інформації
  • 13.2 Стримери
  • 13.2.1. Базові способи запису
  • 13.2.2. Сучасні стандарти.
• 13.3 Магнітооптика
• 13.4 Оптична технологія.
  • 13.4.1. CD-диски
  • 13.4.2. DVD-диски
  • 13.4.3. Blu-Ray
• 13.5 Флэш-пам'ять.
  • 13.5.1. Флеш-память
  • 13.5.2. Карти пам’яті.
• 13.6 Голографічні пристрої

13.1 Класифікація носіїв електронної інформації

Зовнішня пам'ять комп'ютера або ЗЗП - важлива складова частина електронно-обчислювальної машини, що забезпечує довгочасне зберігання програм і даних на різних носіях інформації. ЗЗП можна класифікувати за цілим рядом ознак: за видом носія (рис.13.1), за типом конструкції, за принципом запису й зчитування інформації, за методом доступу і т.д. При цьому під носієм розуміється матеріальний об'єкт, здатний зберігати інформацію.

Властивості зовнішньої пам'яті :

• ЗЗП энергонезалежна, цілісність її вмісту не залежить від того, включений або виключений комп'ютер.
• На відміну від оперативної пам'яті, зовнішня пам'ять не має прямого зв'язку із процесором.

До складу зовнішньої пам'яті входять:

• НЖМД – накопичувачі на твердих магнітних дисках.
• НГМД – накопичувачі на гнучких магнітних дисках.
• НОД – накопичувачі на оптичних дисках (компакт-дисках CD-R, CD-RW, DVD).
• НМЛ – накопичувачі на магнітній стрічці (стримеры).
• Карти пам'яті.
• Накопичувачі – це запам'ятовуючі пристрої, призначені для тривалого (тобто не залежного від електроживлення) зберігання великих обсягів інформації

Накопичувачі складаються із двох конструктивних елементів. Перший – носій, яий є, так званою, «базою зберігання». Другий – привод, який служить «зв'язковим елементом», завдяки чому ми можемо зчитувати або записувати інформацію на ЗЗП.

До того ж можна привести ще одну класифікацію, згідно з якою ВЗУ діляться на два класи, залежно від доступу до даних:

• Послідовний доступ - доступ до групи елементів (наприклад, дані в пам'яті, на диску або на магнітній стрічці) здійснюється в заздалегідь заданому порядку;
• Прямий доступ - режим обміну даними між пристроями або ж між пристроєм і основною пам'яттю (RAM) без участі Центрального Процесора (ЦП).

13.2 Стримери

Стримери (Tape Drive) - пристрій зберігання даних на магнітній стрічці, є розповсюдженим засобом архівації даних (рис.13.2). Вони належать до категорії пристроїв зберігання Off-Line, для них характерним є дуже великий час доступу, обумовлений послідовним методом доступу, середня швидкість обміну й велика ємність носія - від сотень мегабайт до декількох гігабайт.

13.2.1. Базові способи запису

Існує два базових методи занесення інформації на магнітну стрічку в стримерах :

• лінійний магнітний запис;
• похило - рядковий магнітний запис.

13.2.2. Сучасні стандарти.

Існують стандарти: QIC, TRAVAN, DDS, DAT і DLT.

13.3 Магнітооптика

Магнітооптичний привод являє собою накопичувач інформації, в основу якого покладений магнітний носій з оптичним (лазерним) керуванням.

Звичайно, оптичні накопичувачі значно випереджають магнітооптичні у швидкості запису й обсягах збережених даних але, на жаль, значно програють їм у надійності зберігання даних. Нагрівання носія відбувається сфокусованим променем лазера , а запис - магнітної голівкою. Зчитування даних виконується при звичайній температурі також за допомогою променя лазера , але вже меншої потужності.

МО- накопичувачі використовують інтерфейс SCSI або SCSI- 2; випускаються у вбудованому та зовнішньому варіанті, крім звичайних дисководів існують так звані «оптичні бібліотеки» з автоматичною зміною дисків. 

В якості носіїв інформації в МО використовуються магнітооптичні диски. Магнітооптичний диск складається з декількох шарів різних матеріалів. Основними з них є магнітооптичний шар, що складається з матеріалу з вищеописаними властивостями, і відображаючий шар, який підвищує відбивну здатність диска. Як матеріал підкладки використовується прозорий полікарбонат.

13.4 Оптична технологія.

13.4.1. CD-диски

Найпоширенішим представником цього сімейства є СD-ROM. CD-ROM є, в основному, адаптацією компакт-дисків цифрових аудіозаписуючих систем. Цифрові дані записуються на диск, використовуючи спеціальний записуючий пристрій, який наносить мікроскопічні ямки на поверхні диска. Інформація, закодована за допомогою цих ямок, може бути прочитана просто шляхом реєстрації зміни відображення (ямки будуть темніше, чим поверхня блискучого сріблястого диска). Як тільки CD-ROM буде відштампований за допомогою пресів, дані вже не можуть бути змінені, поглиблення будуть вічні.

Активний шар виготовляють із органічних сполук: цианіну (Cyanine) і його похідній – фталоцианіну (Phtalocyanine).

Вимоги до світловідбиваючого шару CD-R, у порівнянні зі штампованими дисками, досить високі через наявність шару, що реєструє. Тому для виготовлення шару, що відбиває, використовуються більш дорогі матеріали – промислове золото й срібло, – а також складні сплави.

На противагу незмінним дискам (CD-R), перезаписувані оптичні пристрої (CD-RW) виконують саме те, що випливає з їхньої назви. Дані можуть бути записані на такі диски у формі, яка дозволяє їхнє оптичне зчитування. Під час «прожигу» ( запису диска) промінь лазера нагріває ділянки проміжного шару. При наступному охолодженні ці ділянки переходять із кристалічної форми в аморфну. Якщо інформацію з CD-RW необхідно стерти, промінь лазера нагріває проміжний шар менш інтенсивно, і аморфні ділянки кристалізуються.

13.4.2. DVD-диски

Компакт-диск стандарту DVD має такі ж розміри (4,75”), як і CD, але має більшу ємність. Для того щоб досягтися шести-семиразового збільшення щільності зберігання даних у порівнянні з CD-R(RW), потрібно було змінити дві ключові характеристики записуючих пристроїв: довжину хвилі записуючого лазера й відносний отвір об'єктива, який його фокусиує. У технології CD-R застосовується інфрачервоний лазер з довжиною хвилі 780 нанометрів (нм), у той час як DVD-R(RW) використовує червоний лазер з довжиною хвилі або 635, або 650 нм. У той же час, відносний отвір об'єктива типового пристрою CD-R(RW) рівно 0,5, а пристрою DVD-R(RW) - 0,6. Такі характеристики апаратури дозволяють наносити на диски DVD-R(RW) мітки розміром усього лише 0,40 мкм, що набагато менше мінімального розміру мітки CD-R(RW) - 0,834 мкм.

13.4.3. Blu-Ray

Blu-Ray - це формат оптичного носія, що використовується для зберігання відео і комп'ютерних ігор у форматі високої чіткості. Диски Blu-ray, що прийшли на зміну DVD, забезпечують якість зображення рівня Full HD. За основу технологічної розробки був прийнятий новий стандарт , що передбачає зчитування інформації за допомогою синього лазера (рис.13.3). Для технології DVD стали застосовувати лазер з коротшою довжиною хвилі 650 або 635 нм, і це дозволило збільшити ємність. У стандартному вигляді було досягнуто рекордне на той час значення в 4,38 Мб. 

13.5 Флэш-пам'ять.

З появою флэш-пам'яті виробники електроніки одержали можливість без особливих проблем і витрат оснастити свої пристрої новим типом накопичувачів. Були наявними вигоди - низьке енергоспоживання, висока надійність (через відсутність деталей, що рухаються ), довготривале збереження інформації (від 20 до 100 років), і стійкість до зовнішніх впливів і навантаженням.

13.5.1. Флеш-память

Флеш-пам’ять (рис.13.4) зберігає інформацію в масиві польових транзисторів, що звуться комірками (англ. cell). Розрізняють два типи комірок: однорівневі (англ. single-level cell, SLC) — кожна з них може зберігати лише один біт, і багаторівневі (англ. multi-level cell, MLC) — можуть зберігати більше одного біта, використовуючи різний рівень електричного заряду на плаваючому затворі транзистора.

Відмінності між SLC і MLC є не лише в об'ємі інформації, що зберігається, але й в циклах перезапису. Сьогодні типова кількість циклів запису в SLC складає близько 100 тисяч. Але якщо ви вважаєте, що SLC = 2MLC, і життєвий цикл MLC в районі 50 тисяч, то помиляєтесь. Це було б вірно для пам'яті з довільним доступом, але флеш-память не є такою. У результаті MLC витримують всього 10 тисяч циклів запису, після чого будуть доступні лише для читання. Є, прав­да, відхилення в обидві сторони, а найбільш зносостійкі чіпи сьогодні (20 тисяч гарантованих циклів запису) виробляє Toshiba.

Окрім відмінностях в типах комірок існує і два види архітектури пам'яті, побудованих по різних принципах.

NOR архітектура — в основі цього типа флеш-пам’яті лежить елемент АБО—НІ (англ. NOR), В NOR-архітектурі до кожного транзистора необхідно підвести індивідуальний контакт, що збільшує розміри схеми. Ця проблема вирішується за допомогою новішої NAND-архітектури.

NAND архітектура — в основі NAND-типа лежить елемент І-НІ (англ. NAND). Принцип роботи такий же, від NOR типа відрізняється лише розміщенням комірок і їх контактами. В результаті вже не потрібно підводити індивідуальний контакт до кожної комірки, так що розмір і вартість NAND-чіпа може бути істотно менша. Також запис і стирання відбуваються скоріше. Проте ця архітектура не дозволяє звертатися до довільної комірки.

Флеш-пам`ять може бути вмонтована в мобільний пристрій, а може бути переносною (це і є карта пам'яті, flash-накопичувач) і використовуватися в декількох пристроях (наприклад, флеш-карта мобільного телефону може бути прочитана на звичайному комп'ютері). В даний час мікросхеми флеш-пам’яті випускають більше 50 компаній по всьому світу.

13.5.2. Карти пам’яті.

Відрізняються від флеш-карт ще більш компактним розміром, та типом роз’єму підключення   (рис.13.5):

Рисунок 13.5 — Основні типи карт пам'яті

При всьому різноманітті карт флеш-пам’яті, можна виділити 7 основних типів:

CompactFlash, скорочено CF, випускаються двох типів - CF type I і CF type II. Завдяки тому, що швидкісна межа інтерфейсу карт CompactFlash досить висока, і, що найпривабливіше, легко і просто піддається збільшенню, а також тому, що у них фактично немає конкурентів по ємкості і за ціною, цей стандарт залишається найпопулярнішим і перспективнішим.

IBM Microdrive - ще один пристрій, що є не зовсім "картою" пам'яті, формату Compact Flash type II власне, це повноцінний жорсткий диск об'ємом до гігабайта. Така "карта" стоїть дешевше звичайних за рахунок дешевшого носія, проте через це ж її надійність нижча, та і енергії Microdrive потрібна більше звичайного, що є причиною його обмеженої сумісності - він працює далеко не у всіх пристроях, нехай навіть і з роз'ємом CF type II.

SmartMedia - дуже дешева і ультратонка (завтовшки всього три чверті міліметра) флеш-карта. Низька ціна досягається за рахунок граничний простій конструкції, проте і мінуси в наявності - не настільки висока захищеність інформації від випадкового стирання.

Multimedia Card (MMC) - основна вигідність цього типа - мініатюрність і максимально низьке енергоспоживання, але при цьому досить низька швидкість читання і запису. Розмір стандартної карти 24x32x1,4 мм, укороченою 24x18x1,4 мм. Використовується в мобільних телефонах і інших мініатюрних пристроях.

SecureDigital (SD) - її розмір дещо більше MMC, але швидкість читання і ємкість значно вищі. Ціна, відповідно, дорожче.

MICROSD - основна відмінність від SD - це крихітний розмір. Останнє як в SD.SD і MMC зворотньо сумісні, тобто картки MMC можна вставити і використовувати в роз'ємі для карт SD, а ось навпаки зробити знову не вийде. Втім, зараз майже всі пристрої обладнані саме роз'ємом SD (найчастіше він навіть називається SD/MMC).

MemoryStick - розробка фірми Sony. Розмір 24*32/1,4 (2,1) мм, досить високий захист інформації, швидкість читання і запису порівнянні з SecureDigital (SD), але ємкість невисока.

13.6 Голографічні пристрої

 Голографічний запис, занонсований ще в 2001 році компанією Inphase Technologies, дозволяє записати на диск стандартного розміру до 1,6 терабайта даних. Для запису промінь лазера розділяється на опорний і сигнальний потоки, останній обробляється за допомогою просторового світлового модулятора (Spatial Light Modulator -- SLM). Цей пристрій перетворить призначені для зберігання дані, що полягають із послідовностей 0 і 1, в "шахове поле" світлих і темних крапок - кожне таке поле містить близько мільйона біт інформації. 

Після перетинання опорного променя й проекції " шахової дошки" утворюється голограма, і на носій проводиться запис інтерференційної картини. Змінюючи кут нахилу опорного променя, а також довжину його хвилі або положення носія, на ту саму площу можна записати кілька різних голограм одночасно - цей процес називається мультиплексуванням. Для читання даних досить освітити диск відповідним опорним променем і "прочитати" зріз голограми за допомогою сенсора. Так і відновлюються вихідні біти інформації. Крім обсягів зберігання, у технології вражають і інші характеристики. Так, наприклад, заявлена швидкість передачі даних становить 960 мегабит у секунду.

Звичайно ж, Maxel і Inphase Technologies - далеко не єдині компанії, що працюють на ниві голографічного запису даних. У Японії подібні пристрої збирається випускати фірма Optware. До речі, мешканці Країни Висхідного Сонця навіть сформували для просування цього стандарту альянс (HVD Aliance), до складу якого входять такі гіганти, як Fujifilm.