Эволюция запоминающих устройств Перфокарты (и перфоленты Магнитные ленты (и кассеты) презентация

Содержание

Эволюция запоминающих устройств Перфокарты (и перфоленты Магнитные ленты (и кассеты)

Слайд 1Лекция 4
Внешние запоминающие устройства

Слайд 2Эволюция запоминающих устройств
Перфокарты (и перфоленты
Магнитные ленты (и кассеты)

Слайд 3Эволюция запоминающих устройств
Магнитные диски (и винчестеры)
8-ми дюймовый гибкий диск объемом 800

кбайт

3,5 дюймовый гибкий диск объемом 1,4 Мбайт

Слайд 4Эволюция запоминающих устройств
CD- и DVD- диски
Диаметр первых CD-дисков 12 см. Емкость

от 650 до 700 мегабайт

Емкость DVD-дисков от 4,7 Гигабайт

Флеш-карты

Слайд 5Устройство жесткого диска
Алюминиевые или стекловидные пластины, покрытые магнитным слоем
Диаметр пластин
50 см
12

см
3 см
…

Головка чтения/записи
Содержит индукционную катушку
Двигается на воздушной подушке

Слайд 6Что такое домен
Магнитный домен (от лат. dominium — владение) — это

макроскопическая однородно намагниченная область в ферромагнитных образцах, отделенная от соседних областей тонкими переходными слоями (доменными границами)

Распределение векторов электромагнитной индукции в доменах ферромагнетиков

Слайд 7Электромагнитное поле
Переменное электрическое поле порождает магнитное поле. И наоборот
Переменное магнитное поле

порождает электрическое

Изменение направления магнитного потока в обмотке головки чтения/записи

Слайд 8
Как производится запись?
При подаче переменного электрического тока на катушку головки возникает

переменное магнитное поле.
Возникшее магнитное поле из зазора головки действует на ферромагнетик поверхности диска и изменяет направление вектора намагниченности домена

Слайд 9
Как производится считывание?
При перемещении головки изменение магнитного потока приводит к появлению

переменного электрического сигнала

Слайд 10Еще раз устройство винчестера
Каждая поверхность разбита на дорожки
Каждая дорожка разбита на

секторы

Каждый диск имеет две поверхности

Слайд 11Объем жесткого диска?
Первый HDD емкостью 5 Мбайт:
50 дисков диаметром 24 дюйма,

вращавшихся со скоростью 1200 об/мин.
Среднее время доступа к произвольной ячейке ~ 1 с, плотность – 2 кбит на кв. дюйм.
Размер сравним с двумя современными двухкамерными холодильниками.
971 кг

Слайд 12На текущий момент
Компания HGST (ранее Hitachi Global Storage Technologies, сейчас -

подразделение Western Digital) анонсировала выпуск самого емкого на данный момент накопителя на жестких магнитных дисках с частотой вращения шпинделя 10 000 об/мин.
Объем Ultrastar C10K1200 = 1,2 ТБ.
Типоразмер 2,5 дюйма;
Интерфейс SAS 6 Гбит/с; буфер 64 МБ.
Ср. время наработки на отказ 2 млн. часов.
Гидродинамические подшипники и технологии защиты от ротационных вибраций (Rotational Vibration Safeguard, RVS).
Система управления энергопотреблением HGST Advanced Power Management с многоступенчатым режимом ожидания = 5 Вт.

Слайд 13Тенденции развития
Увеличение объема хранимой информации
Уменьшение физического объема
Увеличение скорости доступа

?

Слайд 14Увеличение плотности записи
На диске записано 20 Гбайт
На диске записано 160

Гбайт

Поверхность чистого магнитного диска

От первых винчестеров плотность записи на пластины возросла более чем в 60 миллионов раз!

Слайд 15Увеличение плотности записи
Невозможно бесконечно увеличивать плотность записи – надо менять технологию
!


Слайд 16Продольная запись позволяет записать ~23 Гбит на см. кв. или  (по

иным источникам) ~120 Гбит/дюйм2

Продольная и поперечная запись на диск

Слайд 17Поперечная запись (появилась ~ 2005 год) – более 60 Гбит на

см. кв.

Продольная и поперечная запись на диск

Прогнозируемый предел ~500 Гбит/дюйм2

Слайд 18Уменьшение размера магнитной области за счет предварительного нагрева с помощью лазера
При

кратковременном (1 пикосекунда) нагреве участка, на который производится запись, до 100 градусов Цельсия магнитные частицы получают больше энергии

Термоассистируемая магнитная запись

Головке записи не нужно генерировать поле большой напряженности.
После записи в записываемом слое оказываются частицы с большей энергетикой, а это означает повышенную стабильность.

Слайд 19Метод тепловой магнитной записи– более 150 Гбит на см. кв.
Термоассистируемая магнитная

запись

На рынке до 2011 года не представлены
Прогнозируемый предел 2,3 – 7 Тбит на см.кв.

Слайд 20CNews, 20.03.12
«Компания Seagate смогла на 55% увеличить плотность записи данных

в жестком диске — до 1 Тбит на квадратный дюйм. Ожидается, что новая технология в течение ближайших 10 лет позволит создавать винчестеры емкостью до 60 ТБ. »

Современные жесткие диски имеют плотность записи 620 Гбит на квадратный дюйм

3 ТБ (при 3,5-дюймовом форм-факторе)
750 ГБ (с 2,5-дюймовым)


Технология HAMR позволит создавать винчестеры с плотностью 1 Тбит на квадратный дюйм

6 ТБ (при 3,5-дюймовом форм-факторе)
2 ТБ (с 2,5-дюймовым)


Максимальная теоретическая плотность ~ 5-20 Тбит на квадратный дюйм.

30-60 ТБ (при 3,5-дюймовом форм-факторе)
10-20 ТБ (с 2,5-дюймовым)


Слайд 21Структурированные носители
В современных накопителях каждый магнитный домен состоит из 70-100 зерен
Теоретически

каждое зерно может хранить 1 бит
На рынке не представлены


Прогнозируемый предел десятки-сотни Тбит на см.кв.

Слайд 22
Организация данных на жестком диске
Дорожки, секторы, цилиндры
Поиск – перемещение головки 5-10мс
Ожидание

сектора 3-6мс
Вращение диска 5-10 тысяч оборотов в минуту (7200-стандарт)

Слайд 23
Фрагмент дорожки диска (2 сектора)
Размер сектора?
4 головки
306 цилиндров
17 секторов на дорожке
2

диска

512 байт

Объем диска?

Диск Seagate:

10 Мбайт

Слайд 24Система Advanced Format 
Май 2007 года: Размер сектора (не меняющийся на протяжении

30 лет 512 байт) планируется увеличить до 4 Кбайт

Увеличение полезной емкости накопителя примерно на 7–10%.
Увеличения быстродействия
Целостность данных, благодаря применению системы исправления ошибок с более длинными кодовыми словами ECC.


Слайд 25Проблемы жестких дисков
RAID - Redundant Array of Independent Disks — избыточный

массив независимых дисков
(Изначально Redundant Array of Inexpensive Disks — избыточный массив недорогих дисков)

Скорость доступа к данным

Надежность

Винчестеры в RAID-массиве должны быть одинаковыми

Слайд 26RAID-0
Raid 0 (Дисковый массив без отказоустойчивости (Striped Disk Array without Fault

Tolerance))

При чтении данных, скорость чтения возрастёт в <количество дисков> раза
При сгорании одного винчестера теряется вся информация.
Объём массива равен сумме объёмов винчестеров.

Слайд 27RAID-1
Raid 1 (Дисковый массив с зеркалированием (Mirroring & Duplexing))
Применяют в серверах

баз данных.
Необходимо строго чётное количество дисков.
В случае сбоя одного диска, диск заменяется, контролёр автоматически восстановливает информацию на нём.

Увеличения скорости нет. Замедление возможно
Объём массива равен объёму одного винчестера.

Слайд 28RAID-5
Raid 5 (Отказоустойчивый массив независимых дисков с распределенной четностью (Independent Data

Disks with Distributed Parity Blocks))

Полезная емкость массива из N дисков равна суммарной емкости N–1 диска





1

1

0

0

?

Слайд 29Флэш-память
Перезаписываемая ПЗУ
Энергонезависимая (не требует энергии для хранения данных; энергия требуется только для

записи).
Полупроводниковая (твердотельная) – не содержащая механически движущихся частей, построенная на основе интегральных микросхем (IC-Chip)
Обгоняет по скорости работы жесткие диски на ~2 порядка
ограниченное число циклов перезаписи (от 10 000 до 1 000 000)
300.000 - 500.000 операций стирания/ записи в одну и ту же ячейку

Слайд 30Флеш-память
Флеш память: шарик который закатили на небольшой пригорок.
Затратив энергию шарик

можно закатить на верх или сбросить вниз
Без энергии шарик лежит
Вместо шарика - электрон, а вместо горки - область полупроводника

Слайд 31Структурная схема транзистора с плавающим затвором
Обозначение на схеме
Поместить заряд на плавающий

затвор (процесс записи) можно методом инжекции горячих электронов (CHE-Channel Hot Electrons) или методом туннелирования Фаулера-Нордхейма.

Слайд 32Чтение из ячейки флеш-памяти
При наличии на плавающем затворе избыточного отрицательного заряда

управляющее поле затвора компенсируется отрицательным зарядом

Подача положительного напряжения на управляющий затвор открывает транзистор

Слайд 33Запись/стирание информации ячейки флеш-памяти

Слайд 34Устройство флеш-памяти
Одна ячейка может хранить не один бит, а два (4

уровня заряда)…

Заряд плавающего затвора у однобитного транзистора меньше 5000 электронов - ячейка хранит логическую "1"
Заряд больше 30000 электронов, то – "0"

Слайд 35Два типа ячеек флеш-памяти
MLC (Multi-level cell - многоуровневые ячейки памяти)ячейки более емкие

и дешевые, но они с большим временем доступа и меньшим количеством циклов записи/стирания (около 10000).

SLC (Single-level cell - одноуровневые ячейки памяти) ячейки имеет максимальное количество циклов записи/стирания(100000) и обладают меньшим временем доступа.

q

t

0

1

q

t

10

11

00

01

Слайд 36Твердотельные винчестеры
Твердотельный накопитель (solid state hard drive, SSD)

Слайд 37SSD: преимущества
Быстрый доступ к любым случайным данным: нет необходимости механического перемещения

головок,
Отсюда следует некритичность твердотельных накопителей к фрагментации файлов
Нет движущихся частей – нет шума в работе
Также повышенная механическая надёжность
Низкое энергопотребление и нагрев (при небольшой ёмкости; при высоких емкостях преимущество теряется)
Небольшой вес и габариты. (Справедливо для относительно малых объёмов памяти SSD, менее 256Гб)
Высокая стойкость к экстремальным условиям, что актуально для ноутбуков и других мобильных устройств.
 

Слайд 38SSD: недостатки
Высокая цена. (Со временем должна снизится)
По ёмкости устройства SSD пока

уступают жёстким дискам.
Уязвимы для статического электричества, сильных магнитных полей, критичны к сбоям в питании.
Особенности флеш-памяти: стирание информации требует повышенных токов, что снижает скорость перезаписи по сравнению с чтением.
Ограничение на число циклов перезаписи для SSD на базе флэш-памяти. Отчасти компенсируется применением алгоритмов равномерного износа.

Слайд 39Гибридные жесткие диски
Совмещение HDD и SSD небольшого объема (4 ГБ), который используется в качестве

кэш-памяти второго уровня.
Принцип работы: анализ часто используемых данных, размешенных на HDD и перенос их в память встроенного SSD-накопителя для повышения скорости чтения при последующих обращениях пользователя к ним.

Слайд 41Тест проверки производительности компьютеров

Слайд 42Сравнение производительности SSD и гибридного диска

Слайд 43CD-диски: История
1970 год, Philips, стекло
1979 год, поликарбонат
600 Мбайт

Диаметр 12 см
Толщина 1,2

мм
Масса 10 г
74 минуты звучания
~ 650 Мбайт информации
Запись на одну сторону
Односкоростной CD-привод 150 Кбайт/сек

Слайд 44CD-диски
Поликарбонатный диск
Слой алюминия
Лаковый защитный слой

Слайд 45Структура данных на CD-диске
Длина записывающей дорожки ~5 км
Девятая соната Бетховена

Слайд 46Запись и чтение данных на CD-диск

Слайд 47DVD-диски
1996 год
Digital Versatile Disc (цифровой многоцелевой диск)
Digital Video Disc (цифровой видиодиск)
Однослойные 4,7 Гбайт
Двуслойные

8,5 Гбайт
Двусторонний однослойный 9,4 Гбайт

Слайд 48DVD-диски: типы и объемы
Двусторонний однослойный 9,4 Гбайт
Двуслойные 8,5 Гбайт
Однослойные 4,7 Гбайт

Слайд 49R (Recordable) и RW (ReWritable) диски
При записи разрушаются химические связи материала,

что приводит к его потемнению (изменению коэффициента отражения материала).

R : регистрирующий слой из органического материала

RW регистрирующий слой под воздействием луча меняет свое состояние

запись осуществляется изменением коэффициента отражения материала в результате его перехода из аморфного агрегатного состояния в кристаллическое и наоборот.

И в том и в другом случае запись производится модуляцией мощности лазера.

На основу наносится активный (или регистрирующий) слой

Слайд 50Особенности -RW дисков
На чистом диске CD-RW регистрирующий слой находится в кристаллической

форме.
Запись: Мощный луч записывающего лазера разогревает участок поверхности, диск остывает, часть активного слоя переходит в аморфную форму.
Стирание информации (возврат вещества активного слоя в кристаллическое состояние): нагрев до меньшей температуры (менее интенсивным лучом). Около 1000 циклов перезаписи
Особенность аморфных веществ кристаллизоваться со временем: через несколько лет запись будет утеряна.
Диски могут быть стерты простым нагреванием.

Слайд 51HD DVD-диски и Blu-ray
2000-2002 гг
HD-DVD и Blu-ray используют 405 нм лазерный

луч для чтения и записи информации на диск
2006-2008 Война форматов
2008 Blu-ray

Слайд 52HD DVD
HD-DVD с одной записывающей стороной - 15 Гбайт
HD-DVD двухсторонний -

до 30 Гбайт

до 8 часов видеоинформации высокого разрешения,
возможность обычных DVD – максимум 2,6 часов записи высокого разрешения.

Слайд 53Blu-ray
Односторонний – до 25 Гбайт
Двухсторонний - до 50 Гбайт
Слой записи информации

находится сверху

Уменьшается преломление лазерного луча
Питы могут находиться ближе друг к другу

Требуется защита: наносится прозрачное пленочное покрытие толщиной 0,1 мм из поликарбоната (свойство очень низкого двойного лучепреломления ), сверху - твердое покрытие.

Слайд 54Blu-ray
Односторонний – до 25 Гбайт
Двухсторонний - до 50 Гбайт
Слой записи информации

находится сверху

Уменьшается преломление лазерного луча
Питы могут находиться ближе друг к другу

Требуется защита: наносится прозрачное пленочное покрытие толщиной 0,1 мм из поликарбоната (свойство очень низкого двойного лучепреломления ), сверху - твердое покрытие.

Слайд 552010 г.
Ассоциация Blu-ray Disc Association (BDA) опубликовала две новые спецификации форматов

дисков:
одноразовых и перезаписываемых дисков высокой емкости BDXL (High Capacity Recordable and Rewritable Discs); предназначается для надежного хранения и резервирования больших объемов данных. Емкость 128 и 100 Гб для одноразовых дисков, и 100 Гб для перезаписываемых дисков достигается благодаря использованию трех-четырех записываемых информационных слоев.
гибридных дисков IH-BD (Intra-Hybrid Blu-ray Disc): включают в свою структуру один слой с одноразовой записью и один перезаписываемый слой. Каждый слой будет иметь емкость 25 Гб.

Похожие презентации

Лабораторные работы по информатике (С#) 349
СМИ в политике. (Обществознание, 11 класс) 663
Линейное программирование 606
Электронные таблицы. Формулы и функции. Вычисления в Excel. Графики и диаграммы 370
Реализация типового сервиса вопросов и ответов 312
Управление репутацией в социальных сетях 405

Обратная связь

Если не удалось найти и скачать презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое ThePresentation.ru?

Это сайт презентаций, докладов, проектов, шаблонов в формате PowerPoint. Мы помогаем школьникам, студентам, учителям, преподавателям хранить и обмениваться учебными материалами с другими пользователями.

Для правообладателей

Яндекс.Метрика