Vonkajšie pamäťové média 1/39 Vonkajšie pamäťové média Charakteristika a princípy vonkajších pamätí Vonkajšia pamäť je charakteristická tým, že do nej nemá procesor priamy prístup – nie je procesorom priamo adresovateľná, ale dáta sú prenášané prostredníctvom rozhrania a jeho radiča, ktorý zabezpečuje aj adresovanie. Účel vonkajšej pamäti F uchovávanie programov a dát v čase vypnutia počítača F operatívne uchovávanie tých programov a dát, ktoré nie sú v danej chvíli bezprostredne potrebné pre prácu – prepisovateľné médiá F zálohovanie programov a dát – záložné kópie aktuálne používaných dát, dokumentov, projektov...- prepisovateľné médiá F archivovanie programov a dát – uloženie už spracovaných dát a projektov pre prípadnú potrebu v budúcnosti – vhodné sú neprepisovateľné médiá F prenos programov a dát medzi počítačmi - prepisovateľné médiá Používané princípy záznamu Magnetický záznam. Umožňuje mnohonásobný zápis aj čítanie dát (RWM). Vy užíva princíp zápisu a čítania pomocou magnetickej hlavy, pričom aktívnou záznamovou vrstvou je magnetická vrstvička Fe2O3 alebo CrO2 nanesená na základnom materiáli (polyester, kov, keramika). Zápis: Prechodom prúdu cievkou v hlavičke vzniká elektromagnetické pole, ktoré spôsobí v magnetickom médiu vytvorenie mikrooblastí s určitou orientáciou magentického poľa – magnetickú polarizáciu. Zmenou smeru pretekania prúdu v záznamovej hlavičke a tým zmenou parametrov magnetického poľa je potom možné v záznamovom médiu vytvárať mikrooblasti, zodpovedajúce hodnotám “0” a “1”. Čítanie: Využíva sa buď magnetická indukcia: Prechodom hlavičky konštantnou rýchlosťou nad zmagnetizovaným povrchom sa v čítacej hlavičke indukuje el. napätie, ktorého hodnota odráža sled magnetických mikrooblastí - jednotiek a núl – na záznamovom médiu. alebo magnetorezistivita: využíva sa špeciálny senzor, ktorý registruje zmenu veľkosti čítacieho prúdu v závislosti od orientácie mag. poľa elementu, nad ktorým sa práve senzor nachádza. Čítací senzor má veľmi malé rozmery, čo umožňuje spolu s MR vlastnosťami materiálu vysokú hustotu záznamu. Zmena čítacieho prúdu je vyhodnotená elektronikou a prevedená na zodpovedajúci digitálny signál, ďalej spracovaný radičom. Magnetické záznamové média majú v súčasnosti podobu: pevného disku - v jednom puzdre je viacero diskov na jednom hriadeli nad sebou; vlastnosti: vysoká hustota záznamu, veľký objem dát, krátka doba prístupu. Dáta sú organizované v podobe povrchov, stôp a sektorov, prístup na ktorékoľvek miesto média s potrebným súborom dát je rýchly a presný. Používajú sa pre operatívne ukladanie dát diskety, resp. disku - jediný disk, hustota záznamu a objem dát rádovo stotiny až tisíciny kapacity pevného disku, rôzne prevedenia, rôzne kapacity pásky - dáta sú uložené na mag. páske v stopách. Prístup k potrebným dátam dlhý, vyhľadávanie pomalé. Používajú sa pre zálohovanie a archiváciu veľkých objemov dát, celých pevných diskov a pod. Najnižšia cena za 1 MB zaznamenaných dát. Zásadnou nevýhodou magnetického záznamu je jeho časovo obmedzená životnosť: Záznam sa môže zničiť pôsobením vonkajšieho magnetického poľa (elektromotory, vedenia, zemské magnetické pole) ale nenávratne sa ničí aj pôsobením vnútorného magnetického poľa média, ktoré nevyhnutne každý záznam po určitom čase zničí . Magnetooptický záznam. Existujú médiá pre jediný zápis a mnohonásobné čítanie (WORM), niektoré médiá umožňujú mnohonásobný zápis aj čítanie dát (RWM). Nosičom informácie je tenká vrstva z kryštalickej feromagnetickej zliatiny, ktorá sa dá zmagnetizovať iba pri zohriatí nad určitú teplotu (tzv. Curieov bod). Princíp záznamu je obdobný ako u magnetických médií - magnetické pole je vytvárané záznamovou hlavičkou (obdobne ako u magnetických médií). Zmagnetizuje sa však iba bod, ktorý je pri pôsobení mag. poľa navyše nahriaty laserom. Priemer laserového lúča je však rádovo menší, ako veľkosť lokálneho mag. poľa, preto priemer zmagnetizovaného bodu je rádovo menší a hustota takto vytvoreného záznamu je oveľa vyššia, ako u čisto magnetického záznamu. Ing. Jaromír Tříska SPŠE Piešťany, 2008 Vonkajšie pamäťové média 2/39 Na čítanie sa potom využíva magnetostrikčná vlastnosť záznamovej kryštalickej vrstvy, tzn., že zmagnetizované body polarizujú svetlo iným spôsobom, ako body nemagnetické. Čítanie sa realizuje laserovým lúčom, ktorý sa odráža od záznamovej vrstvy a rozdielne optické vlastnosti zmagnetizovaných a nezmagnetizovaných bodov sa prejavujú v intenzite odrazeného lúča. Tento sa potom sníma fototranzistorom a spracuje sa do podoby el. signálu. Výhodou je vysoká životnosť dát: Ku zmene vlastností záznamovej vrstvy môže dôjsť iba pôsobením vysokej teploty, svetlo, UV žiarenie ani magnetické pole záznam nepoškodí. Preto je zaručovaných 100 rokov zachovania záznamu bez akejkoľvek údržby. Optický záznam. Dáta sú uložené na disku pokrytom lesklou odraznou vrstvičkou vo forme miniatúrnych prehĺbenín (jamiek), ktoré vychyľujú čítací laserový lúč, alebo vo forme oblastí so zmenenými optickými vlastnosťami na povrchu, ktoré laserový lúč pohlcujú. Pri čítaní dát je povrch disku ožarovaný laserovým lúčom, ktorý sa od lesklého povrchu (“land”) odráža do fotosenzora. Vychyľovanie lúča prehĺbeninkami alebo jeho pohlcovanie svetloadsorbujúcimi oblasťami (“pit”) vyvoláva zmeny svetelného signálu na fotosenzore (spravidla ide o fototranzistor), ktorý je potom elektronicky vyhodnotený a spracovaný ako uložená digitálna informácia. Lesklej oblasti “land” zodpovedá hodnota logickej “1”, prehĺbeninke resp. adsorbujúcej oblasti - “pit” - hodnota logickej “0”. Existuje viacero prevedení médií Podľa možnosti zápisu dát na médium rozlišujeme: Lisované médiá - umožňujú jediný zápis dát – pri výrobe média - a mnohonásobné čítanie (ROM). Princíp: Nosičom dát je polykarbonátový kotúč s naparenou tenkou aluminíovou vrstvou. Na povrchu média sú vylisované jamky (veľkosť bodu pre 1 bit: priemer 0,8 až 1 mikrometer, medzera 1,6 mikrometru ) - každá jamka predstavuje logickú 1. Médiá určené pre jediný zápis napálením na čisté médium a mnohonásobné čítanie (R): Polykarbonátový kotúč je pokrytý vrstvičkou záznamového média, ktoré mení svoje optické vlastnosti pôsobením tepla, reflexnou zlatou alebo striebornou vrstvou a ochrannou vrstvou laku. Na zápis sa používa laser s výrazne väčším výkonom, ako pri čítaní. Pôsobením laseru sa bod zohreje na teplotu 200 – 400 °C a prepáli sa reflexná vrstvička. Tým dôjde ku zmene optických vlastností aj v záznamovej vrstvičke – “vypálený” bod pohlcuje pri čítaní svetlo lasera a stáva sa akousi obdobou vylisovanej jamky. Médiá určené pre viacnásobný prepis dát (RW). Princíp: Nosičom dát je opäť polykarbonátový kotúč s naparenou tenkou vrstvou záznamového média. Toto médium môže nadobudnúť dva stavy v závislosti od ožiarenia: Pri zohriatí na teplotu T1 a nasledovnom ochladení vznikne kryštalická fáza, ktorá má vysoké svetloodrazné vlastnosti, zohriatím na teplotu T2, ktorá je vyššia od T1, vzniká amorfná fáza, ktorá svetlo pohlcuje. Takto sa môžu vytvoriť oblasti s vysokou aj nízkou odrazivosťou svetla – obdoba povrchu s vylisovanými jamkami známeho z CD ROM. Čítanie sa uskutoční laserovým lúčom s výrazne menším výkonom. Pri premazávaní zapísanej informácie sa použije najprv laser s výkonom zodpovedajúcim teplote T1 – vymažú sa amorfné oblasti a stopa sa pokryje odraznou kryštalickou fázou, a až na to sa stopa prepíše novým záznamom. Preto sa u RW zariadení udávajú tri rýchlosti: Čítania, zápisu a prepisu. Udáva sa, že média RW možno prepísať cca 1000x. Vzájomná kompatibilita: Existuje množstvo noriem organizácie a zápisu dát na optických médiách, ktorých účelom je zabezpečiť SW kompaktibilitu rôznych formátov záznamu. Ku nekompaktibilite však dochádza aj na HW úrovni – práve medzi médiami ROM, R a RW. Pretože odrazivosť Al povrchu lisovaných ROM, povrchu napaľovaných R a kryštalickej fázy RW médií sa líši, a podobne sa mierne líši aj fyzikálne vlastnosti neodrazivých bodov, stáva sa, že niektoré staršie mechaniky už neprečítajú disky nových prevedení. Podľa hustoty záznamu rozdeľujeme optické médiá na Compact Disc-CD. Je základným prevedením optických médií. Pôvodne vyvinuté pre záznam hudobných nahrávok; rýchlo prenikli aj do oblasti PC ako nosiče dát všetkých druhov. S nástupom CD sa rýchlo začala rozvíjať oblasť multimédií v technológii počítačov PC. Okrem princípu záznamu – vychyľovanie laserového lúča oblasťami “pit” - štandardizovala technológia CD aj ďalšie princípy, preberané aj ďalšími technológiami: Záznam dát do jedinej neprerušovanej špirálovej stopy smerujúcej od stredu k okraji, spôsob kódovania dát, normované rýchlosti čítania aj zápisu označované v násobkoch rýchlosti prenosu dát u pôvodnej audio verzie (2x, 36x, 52x...), normovaný rozmer disku – 12 cm. Štandardná kapacita CD nosičov je 650 MB, resp. 74 minút hudby, neskôr sa na trh dostali médiá s rozšírenou kapacitou, zvýšenou hustotou záznamu aj s miniatúrnymi rozmermi. Základné princípy a vzájomná kompaktibilita však ostávajú až na malé výnimky zachované. Ing. Jaromír Tříska SPŠE Piešťany, 2008 Vonkajšie pamäťové média 3/39 Digital Versatile Disc - DVD Novou generáciou optických diskov je technológia DVD, ktorá existuje tiež v základnom prevedení typu ROM, ale aj ako zapisovateľné a aj viacnásobne prepisovateľné médium. Vyznačuje sa vyššou hustotou záznamu, umožnenou použitím lasera s menšou vlnovou dĺžkou (650 a 635 nm), čím sa výrazne zmenšila veľkosť jedného bodu záznamu a hustota záznamu sa zvýšila na 2,6 GB na jednu vrstvu. Ďalším vylepšením je technológia Dual Layer - dve záznamové vrstvy nad sebou, pričom laserový lúč je zaostrovaný