§ 5. Зовнішня пам’ять комп’ютера

5.1. Загальні характеристики зовнішньої пам’яті

Для довготривалого зберігання інформації (програм та даних) на ПК використовуються різні пристрої, що належать до зовнішньої пам’яті. Зовнішня пам’ять є довготривалою. Якщо в оперативній пам’яті дані зберігаються лише під час роботи програми, то в зовнішній пам’яті інформація може зберігатися роками. Через це ці пристрої називаються накопичувачами. Пристрої зовнішньої пам’яті розрізняють перш за все за типом носія інформації, а саме:

·                       жорсткі магнітні диски;

·                       гнучкі магнітні диски;

·                       оптичні компакт-диски;

·                       Flash-пам'ять.

У системному блоці ПК є спеціальні монтажні відсіки. Це дозволяє компактно розміщати накопичувачі в системному блоці. Всі пристрої зовнішньої пам’яті, що містять диски (накопичувачі), є пристроями з прямим доступом, тобто час доступу до інформації не залежить від розташування інформації, на відміну від магнітної стрічки, які є пристроями з послідовним доступом.

Магнітні диски мають таку назву завдяки наявності тонкого магнітного шару на своїй поверхні. Запис інформації на магнітні диски відбувається по концентричних колах – доріжках. Всі концентричні доріжки розбиваються на сектори. Сектор – це найменша ділянка поверхні диска, на яку можна записати дані. В одному секторі, як правило, 512 б, але може бути і 1024 б.

Обмін даних здійснюється цілим числом секторів. Кластер – це мінімальна одиниця розміщення інформації, що складається з декількох суміжних секторів доріжки.

Розмічання магнітного диска на доріжки та сектори називається форматуванням диска. Внаслідок форматування доріжкам присвоюються номери. Форматування здійснюють спеціальні службові програми.

При записі/читанні магнітні диски обертаються навколо своєї осі з постійною швидкістю, а магнітна головка підводиться до потрібної доріжки. Дані на диску зберігаються в файлах. Файли, що зберігаються в окремих кластерах, розкиданих на диску, називаються фрагментованими.

Для відшукання файлів на першій доріжці знаходиться таблиця розміщення файлів (FAT).

5.2. Вінчестери (HDD)

Вінчестери служать в сучасних комп’ютерах основними засобами масової пам’яті. Їх параметри постійно покращуються. Базою для покращення є розвиток технології магнітного запису, який забезпечує постійне зростання ємності дисковода при пониженні його вартості.

Одна офісна програма займає на дисках сотні мегабайт, одна гра може зайняти майже 0,5 Гб, тому нині дисковий простір повинен займати 50 – 250 Гб і більше. Чим більша ємність диска, тим менша відносна вартість, тобто вартість одного мегабайта. Сучасні вінчестери є надійними в роботі (великий термін служби – 5-7 років) і характеризуються добрими статис­тичними показниками (середній наробіток на відмову 500 тис. – 1 млн годин). Кожний вінчестер містить сукупність дискових пластин (до чотирьох), покритих з двох сторін магнітними матеріалом, на який записуються дані. Дані записують­ся не як завгодно, а у від­повідності з фізичною структурою диска. Магніт­на поверхня кожного диска розділена на магнітні доріжки, які в свою чергу діляться на сектори. Але оскільки дисків у вінчестері є декілька і мають вони по дві робочих поверхні, то дисковий простір ділиться ще і на циліндри. Циліндр – це сума співпадаючих одна з одною доріжок по вертикалі і по всіх поверхнях. Диски вінчестера закріплені на одній осі, яку обертає двигун. Швидкість обертання дисків дуже висока. Чим вища швидкість обертання, тим більшою є швидкість читання/запису інформації.

На жорсткому диску ПК розміщується операційна система, яка заван­тажується до пам’яті одразу після ввімкнення комп’ютера. Кожен жорсткий диск для зручності розбивається на кілька розділів. Утворені розділи називаються логічними дисками. Їм надаються імена: літери C:, D:, E,…. Логічний диск з літерою C: є системним.

Числові характеристики вінчестера:

1.   Ємність диска. Діапазон форматованих ємностей сучасних жорстких дисків  становить 10 Гб – 250 Гб і більше. Перший жорсткий диск (1956 р.) мав ємність 5 Мб.

2.   Швидкість читання даних. Сучасний показник – це 150, 300 Мб/с.

3.   Швидкість обертання диска. Нинішній стандарт – 7200 об/хв.

4.   Розмір кеш-пам’яті. Кеш-пам’ять – швидка пам’ять невеликого обсягу, в яку комп’ютер поміщає найбільш часто використовувані дані, що ймовірно згодяться процесору. Розмір кеша в сучасних моделях вінчестерів досягає 16 Мб і більше.

5.   Тип інтерфейсу. На жорстких дисках більшості дисководів є кілька розняттів для підключення до системи подачі електроживлення  та інтерфейсного кабелю. Раніше жорсткі диски підклю­чались до роз­німання E-IDE на материнській платі. Сюди під’єднуються FDD і CD-ROM. Стандарт E-IDE дозволяє підключити до 4 дисків. Контро­лер IDE (ел. схема) знаходиться на основній материнській платі.
В 2002 р. з’явились нові жорсткі диски з інтерфейсом SATA, про­пуск­на здатність яких становила 150 Мб/с і практично всі виробники жорстких дисків почали їх серійне виробництво.  В 2004 р. макси­маль­­на швидкість передачі даних по цьому інтерфейсу збільшилась в два рази і склала 300 Мб/с. Інтерфейс SATA попри збільшену швидкість передачі даних має і ряд інших переваг: відсутність плас­ких і широких шлейфів, підвищена надійність передачі даних, прос­тота підключення та ін. Впровадження цієї технології ставить вінчес­тери SATA в один ряд з SCSI-дисками. Для  інтерфейсу SCSI потріб­но придбати разом з вінчестером контролер SCSI та установити його у вільний слот на материнській платі. Вінчестери SCSI дорожчі й зо­рі­єнтовані в основному на застосування в профе­сіональних системах.

Лідерами серед виробників 3,5-дюймових вінчестерів є Seagate, Samsung, Fujitsu, Western Digital (WD), Hitachi та ін.

5.3. Лазерні диски

Лазерні (оптичні) диски випускаються двох типів: CD-диски, DVD-диски. CD ROM (ROM – Read Only Memory) – пристрій для читання даних з компакт дисків на яких є великі обсяги інформації (епоха Windows пов’язана з великими обсягами інформації). Цей дисковод прижився на комп’ютерах на початку 90-х років.

Компактні (оптичні) диски використовують технологію лазерного запи­сування інформації (розроблена російськими вченими О. Прохоровим, М. Басовим та Ж. Алфьоровим – лауреатами Нобелевської премії). При цій технології лазерний промінь пропалює ямки, потім при читанні з поверхні диска по-різному відбивається світло. Ямка відповідає нулеві, а горбик – одиниці. Доріжка, по якій зроблено запис, має вигляд спіралі. Ця доріжка лише одна, на відміну від багатьох доріжок на магнітному диску.

Тепер випускаються оптичні диски діаметром 120 мм (4,7 дюйма) і 80 мм (3,1 дюйма). Класичний CD міг вмістити 650 Мб даних або 74 хв аудіоінформації. На такі диски можна записати понад 20 тис. картинок у стиснутому форматі JPEG. Якщо зберігати лише текст, то на диск CD можна розмістити більше 1000 книжок по 300 сторінок. Згодом з’явилися CD на 700 Мб (80 хв аудіозвучання) і 800 Мб (90 хв).

Швидкість зчитування – ця величина винесена прямо в назву пристрою. Наприклад, Creative 24x (1997 р.) – це є 24-швидкісний дисковод. 24 при цьому означає, що він в 24 рази швидший за самі перші дисководи, швидкість яких була 150 Кб/с (24 множимо на 150 і отримаємо 3600 Кб/с). В 2000 р. з’явилися 52-швидкісні дисководи фірми Kenwood. Цього добилися шляхом розчеплення лазерного променя на 6 променів і при цьому змогли читати інформацію зразу з 6 доріжок.

Крім дисководів CD-ROM стали використовувати дисководи CD-RW, які можуть записувати диски двох типів: CD-R (однократний запис) і CD-RW (перезаписувані диски). Запис дисків CD-RW приблизно в два рази повільніший ніж CD-R дисків.

В приводах CD-RW указують три числа: перше – швидкість запису, друге – перезапису, трете – читання, або найменше число – швидкість перезапису, середнє число – швидкість запису, найбільше – швидкість читання, наприклад формула 32´24´48x означає максимальну швидкість запису на CD-R 32х, на CD-RW 24х і максимальну швидкість читання 48х.

На початку 1998 р. на ринку стали з’являтися диски і накопичувачі DVD (Digital Video Disk) – багатоцільовий цифровий диск). За розміром CD та DVD однакові (діаметром 12 см), але DVD в два рази тонші. На DVD диску доріжки розміщені щільніше і лазерний промінь з меншою довжиною хвилі нарізає більш щільні ямки (точки). DVD диски можуть бути як однобічні так і двобічні (DS), одношарові  та двошарові (DL). Однобічні диски DVD випускаються в запечатаних картриджах, так і без картреджів. Двобічні диски DVD бувають тільки в запечатаних карт­риджах.

Накопичувач DVD-ROM, аналогічно CD-ROMу, може зчитувати ін­фор­­­мацію як з дисків DVD, так і з дисків CD, так що виробництво накопичу­вачів CD-ROM вже згортається.

Для самостійного запису ісснують два різновиди DVD-дисків:

-       DVD-R, DVD+R, DVD-R DL, DVD+R DL – однократно записува­ний диск (аналог CD-R);

-       DVD-RW, DVD+RW – багаторазово перезаписуваний диск (аналог CD-RW).

Значення ємностей для DVD-дисків розміром 120 мм такі: однобічний одношаровий – 4,7 Гб; однобічний двошаровий – 8,5 Гб; двобічний одноша­ро­вий – 9,4 Гб; двобічний двошаровий – 17 Гб.

Якщо говорити про швидкісні характеристики записуючих DVD-дис­ко­во­дів, то нині в більшості нових моделей універсальних дисководів максимальна швидкість запису на диски DVD-R, DVD+R складає 16х, на диски DVD+RW, DVD+R DL – 8х, на диски DVD-RW і DVD-R DL – 6х, де однократна швидкість запису DVD-пристроїв уже становить 1350 Кб/с, тобто швидкість передавання інформації для DVD-дисководів досягає 21 Мбайт/с.

Однак необхідно  замітити, що не завжди оправданим є вибір диско­во­да з максимальною швидкістю запису, оскільки потрібно мати серти­фіковані диски на відповідну швидкість запису, а це суттєво впливає на їх ціну. Крім цього виникає проблема надійності запису.

Зауважимо, що на зміну цим двом стандатам дисків уже йдуть на зміну диски нового покоління  (Blue-ray диски, скорочено BD) з високою щільністю запису – 25 Гб на один шар. Базове значення швидкості 1х для BD складає 36864 Кб/с, що у 27 разів перевищує DVD. Цього ефекту уда­лось досягти за рахунок використання в технології Blue-ray для запису і зчитування синьо-фіолетового лазера (довжина хвилі 405 нм), замість чер­воного лазера (довжина хвилі 650 нм), яку використовує технологія DVD.

5.4. Flash-пам'ять

Останнім часом для зовнішньої пам'яті використовують пристрої Flash-па­м'яті. Підключаються ці пристрої до комп’ютера по інтерфейсу USB (1.0 чи 2.0). Пристрої Flash-па­м'яті мають невеликі розміри, найріз­номанітніші форми корпусів з індикатором, що загоряється під час доступу до даних.

Основні характеристики Flash-па­м'яті такі: ємність (1, 2, 4, 8, 16 і навіть 32 ГБ), швид­кість передавання даних (до 60 Мб/с), надійність (час зберігання даних до 10 років).