Зовнішні запам'ятовуючі пристрої ПЕОМ. накопичувачі інформації

Зовнішня пам'ять зазвичай використовується для довготривалого зберігання інформації.

Структура електронних носіїв приведена на малюнку.

Основним видом зовнішньої пам'яті є магнітна пам'ять.
В кінці 1898 року датчанин Вальдемар Поульсен (Valdemar Poulsen) запропонував пристрій для магнітного запису звуку на сталевий дріт. Через 30 років німецький інженер Фріц Плеймер (Fritz Pfleumer) представив диктофон з носієм у вигляді паперової стрічки, на яку наносилось тонке сталеве покриття. У 1932 році німецька компанія AEG продемонструвала перший звукозаписний апарат, який отримав назву «Magnetophon».

Принцип магнітного запису полягає у впливі електромагнітного поля на феромагнітний матеріал магнітної стрічки, що здійснюється під час запису, а також перезапису аналогового сигналу.
Магнітне поле в процесі запису змінюється відповідно до змін електричних сигналів. Електричні коливання від джерела звуку подаються на записує головку і збуджують в ній магнітне поле звукової частоти (20 Гц - 20 кГц). Під дією цього поля відбувається намагнічування окремих ділянок магнітної стрічки, рівномірно переміщується вздовж головок записи, стирання і відтворення.

Магнітна стрічка має основним недоліком - здатністю размагничиваться при тривалому зберіганні і має нерівномірну частотну характеристику (різна чутливість до запису на різних частотах). Крім того, будь-яка магнітна стрічка має власними шумами (фізичні властивості магнітного шару і способи запису-відтворення звуку).

Для запису-відтворення, а також використання різних даних на машиночитаних носії даних використовується перетворення аналогового (звукового і відео) сигналу в цифрову форму. Така технологія отримала назву оцифровки інформації.
Принцип оцифровки (кодування) звуку полягає в перетворенні безперервного різного за величиною амплітудно-частотного звукового і відео сигналів в закодовану послідовність чисел, що представляють дискретні значення амплітуд цього сигналу, взяті через певний проміжок часу. Для цього необхідно вимірювати амплітуду сигналу через певні проміжки часу і на кожному часовому відрізку визначати середню амплітуду сигналу. Згідно з теоремою Шенона (Котельникова), цей проміжок часу (частота) повинен бути не менше подвоєної максимальної частоти переданого звукового сигналу.
Ця частота називається частотою дискретизації.
Дискретизація - процес взяття відліків безперервного в часі сигналу в рівновіддалених один від одного за часом точках, що становлять інтервал дискретизації.
В процесі дискретизації вимірюється і запам'ятовується рівень аналогового сигналу. Чим рідше (менше) проміжки часу, тим якість закодованого сигналу вище.

Стримери - стрічкові носії використовуються для резервного копіювання з метою забезпечення збереження даних. В якості таких пристроїв застосовується стример (Рис.), А - носія інформації в них використовуються магнітні стрічки в касетах і стрічкових картриджах. Зазвичай на магнітну стрічку запис здійснюється побайтно, при цьому домен відповідає двійковій одиниці. Якщо пристрій, що зчитує його не може виявити, то отримане значення відповідає нулю.

Система запису на магнітні диски і дискети дещо схожа на систему запису на платівки.
На відміну від останніх запис здійснюється не по спіралі, а на концентричні кола - доріжки ( «траки» - traks), розташовані на двох сторонах диска і утворюють як би циліндри. Кола, в свою чергу, діляться на сектори (Рис.). Кожен сектор дискети, не залежно від розмірів доріжки, має однаковий розмір, рівний 512 байт, що досягається різною щільністю запису: меншою на периферії і більшою ближче до центру дискети.

Магнітооптичний носій інформації - зовнішні високонадійні пристрої перенесення і зберігання інформації.
Магнітооптичні диски (МО) з'явилися в 1988 році. МО диск укладений в пластиковий конверт (картридж) і є пристроєм довільного доступу. Він поєднує в собі магнітний і оптичний принципи зберігання інформації і являє полікарбонатну підкладку (шар) товщиною 1,2 мм, на яку нанесено декілька тонкоплівкових магнітних шарів.
Запис лазером з температурою приблизно в 200 градусів Цельсія на магнітний шар відбувається одночасно зі зміною магнітного поля.
Запис даних здійснюється лазером в магнітному шарі. Під впливом температури в місці нагріву в магнітному шарі зменшується опірність зміні полярності, і магнітне поле змінює полярність в нагрітій точці на відповідну двійковій одиниці. Після закінчення нагрівання опірність збільшується, але встановлена ​​полярність зберігається. Стирання створює в магнітному полі однакову полярність, відповідну двійковим нулях. При цьому лазерний промінь послідовно нагріває стирається ділянку. Зчитування записаних даних в шарі проводиться лазером з меншою інтенсивністю, що не приводить до нагрівання зчитує ділянки. При цьому, на відміну від компакт-дисків, поверхня диска не деформується.

Компактний оптичний диск (CD) - це пластмасовий диск зі спеціальним покриттям, на якому в цифровій формі розміщується записана інформація.
Завдяки зміні швидкості його обертання, доріжка щодо зчитувального променя лазера рухається з постійною лінійною швидкістю. У центру диска швидкість вище, а біля краю - повільніше (1,2-1,4 м / сек).
У CD використовують лазер з довжиною хвилі випромінювання = 0,78 мкм. «Пропалює» лазером цифрова інформація зберігається у вигляді «піт» - рисок шириною 0,6-0,8 мкм і довжиною 0,9-3,3 мкм.
Виділяють три основних види CD:

• CD-ROM, на які запис, як правило, здійснюється фабрично методом штампування з матриці;
• CD-R, використовувані для одне або несколькократной лазерного запису сесіями;
• CD-RW, призначені для багаторазових циклів запису-стирання.

У CD-R (Compact Disk Recordable) поверх відбиває шару з золота, срібла або алюмінію, розташований органічний шар спеціального легкоплавкого пластику. Зважаючи на це такий диск чутливий до нагрівання і дії прямих сонячних променів.

У CD-RW в якості проміжного шару також використовується органічний склад, але він здатний при сильному нагріванні переходити з кристалічного (прозорого для лазера) стану в аморфне. Слабкий нагрів повертає його назад в кристалічний стан. Таким чином здійснюється перезапис.

DVD
На початку 1997 року з'явився стандарт компакт-дисків під назвою DVD (Digital Video Disc), призначений в основному для запису високоякісних відеопрограм. Надалі абревіатура DVD отримала таке значення - Digital Versatile Disc (універсальний цифровий диск), як більш повно відповідає можливостям цих дисків для запису звукової, відео, текстової інформації, програмного забезпечення ПК і ін. DVD забезпечує більш високу якість зображення, ніж CD.
У них використовується лазер з коротшою довжиною хвилі випромінювання = 0,635-0,66 мкм. Це дозволяє підвищити щільність запису, тобто зменшити геометричні розміри піт до 0,15 мкм і крок доріжки до 0,74 мкм.
Щільність запису оптичних дисків визначається довжиною хвилі лазера, тобто можливістю сфокусувати на поверхні диска промінь з плямою, діаметр якого дорівнює довжині хвилі.
Слідом за DVD в кінці 2001 року з'явилися пристрої Blu-Ray, що дозволяють працювати в синій області спектра з довжиною хвилі = 450-400 нм.

Для збільшення ємності використовують і флуоресцентні диски - FMD (Fluorescent Multilayer Disk). Принцип їх дії полягає в зміні фізичних властивостей (поява флуоресцентного світіння) деяких хімічних речовин під впливом лазерного променя.
Тут замість технологій CD і DVD, використовують відбитий сигнал, під впливом лазера світло випромінюється безпосередньо інформаційним шаром. Такі диски виготовляються з прозорого фотохроми. Під впливом лазерного випромінювання в них відбувається хімічна реакція, і окремі ділянки інформаційного шару ( «піти») заповнюються флуоресцентним матеріалом.
Цей метод може вважатися методом об'ємної записи даних. Більшою мірою такий запис можлива при використанні тривимірної голографії, що дозволяє нині в кристалі розміром з цукровий кубик, розмістити до 1 Тб даних.

Flash-пам'ять - переносний енергонезалежний накопичувач.
Зазвичай використовуються такі нормативні документи флеш-пам'яті: CompactFlash, SmartMedia, Memory Stick, Floppy Disks, MultiMedia Cards і ін. Вони можуть використовуватися замість дискет, лазерних і магнітооптичних компактних, невеликих жорстких дисків.
Сучасні змінні флеш-пам'яті забезпечують високу швидкість обміну даними (Ultra High Speed) - понад 16,5 Мбіт / с.
Для підключення до USB-порту комп'ютера використовуються спеціальні USB Flash Drive (Рис.), Що представляють собою мобільні малогабаритні пристрої зберігання даних, які не мають рухомих і обертових механічних частин.
Використовується два основних типи Flash-пам'яті: NAND і NOR.
Мікросхеми NOR добре працюють спільно оперативною пам'яттю RAM, тому частіше використовуються для BIOS.
З середини 1990-х рр. з'явилися мікросхеми NAND в вигляді твердотільних дисків (SSD).
Для порівняння часу доступу у SDRAM воно становить 10-50 мкс, у флеш-пам'яті - 50-100 мкс, а у жорстких дисків - 5000-10000 мкс.

Голографія - фотографічний метод запису, відтворення і перетворення хвильових полів. Вперше був запропонований в 1947 році угорським фізиком Деннісом Габором. У 1960-і роки, з появою лазера випала нагода точно записувати і відтворювати об'ємні зображення в кристалі ниобата літію. З 1980-х років, з появою компакт-дисків, голографічні пристрої зберігання інформації на основі лазерної оптики стали однією з технологій зовнішньої пам'яті.
Голографічна пам'ять представляє весь обсяг пам'ятною середовища носія, при цьому елементи даних накопичуються і зчитуються паралельно.
Сучасні голографічні пристрої зберігання отримали назву HDSS (holographic data storage system).
Вони містять: лазер, расщепитель променя для поділу лазерного пучка, дзеркала для направлення лазерних променів, рідкокристалічну панель, яка використовується як просторовий модулятор світла, лінзи для фокусування лазерних променів, кристал ниобата літію або фотополімер як накопичувач, фотодетектор для зчитування інформації.

Сайт створено в системі uCoz