1

Architektura Systemów

Komputerowych

Pamięci masowe

Dysk sztywny - obsługa dysku

Pamięci optyczne

Pamięci półprzewodnikowe

2

Pamięci masowe

Pamięć masowa

to trwała pamięć przeznaczona do

długotrwałego przechowywania danych bez konieczności
zasilania energią elektryczną.

Pamięci masowe odznaczają się zazwyczaj dużo większymi
pojemnościami od pamięci operacyjnej komputera.

Dostęp do danych w pamięci masowej jest wolniejszy,
niż w przypadku pamięci operacyjnej.

3

Pamięci masowe

Klasyfikacja nośników pamięci masowych:

•

Magnetyczne – dyski sztywne, taśma magnetyczna

•

Optyczne – płyty CD, DVD, HD DVD, Blue-Ray-Disk

•

Półprzewodnikowe – pamięci FLASH

4

Pamięci masowe

Historia rozwoju nośników pamięci masowych:

Karta perforowana

Taśma perforowana

Taśma magnetyczna

Dysk elastyczny (dyskietka)

Ź

ródło: http://pclab.pl/

5

Dysk sztywny (twardy)

•

Dysk sztywny – urządzenie integrujące we wspólnej obudowie

magnetyczny nośnik danych w postaci systemu talerzy
umieszczonych na jednej osi, układy napędowe oraz sterujące.

•Popularna nazwa:

dysk twardy, jest używana błędnie, gdyż

istotną cechą tego rodzaju dysku jest sztywność talerzy, a nie ich
twardość.

•

Głowice zapisująco-odczytujące unoszą się podczas pracy

dysku na poduszce powietrznej nad talerzami.

6

Budowa dysku sztywnego

Ź

ródło: http://wwwnt.if.pwr.wroc.pl

7

Parametry dysku sztywnego

•

Pojemność – obecnie mierzona w gigabajtach (GB)

lub terabajtach (TB)

•

Prędkość obrotowa talerzy – liczba obrotów na minutę, obecnie

5000 do 20000 obr/min

•

Czas dostępu – czas pomiędzy początkiem wirowania i

rozpoczęciem przesyłania danych

8

Połączenie dysku sztywnego

z magistralami komputera

Kontroler dysku

sztywnego

(procesor DSP)

Płyta główna

Bufor

trans-

misji

danych

9

Standardy łączenia dysku

z systemem mikroprocesorowym

•

IDE - równoległa magistrala pozwalająca na podłączenie dwóch

dysków (master-slave), szybkość transferu danych 504Mb/s.

•

SCSI - równoległa magistrala, pozwalająca na podłączenie wielu

dysków tworzących rodzaj minisieci, komunikacją zarządzają
kontrolery SCSI.

•

SATA – magistrala szeregowa pozwalająca na łatwe łączenie

dysku z płytą dzięki wąskim przewodom, szybkość transferu
danych 1,5Gb/s (SATA2 – 3Gb/s).

10

Obsługa dysku sztywnego

Zadania kontrolera dysku sztywnego

•

Konwersja formatu danych z magistrali do szeregowej

postaci, dającej się zapisać na powierzchni nośnika (RLL)

•

Konwersja danych odczytanych z dysku do postaci, w jakiej

będą wysyłane na magistralę

•

Dodawanie sum kontrolnych CRC i danych sterujących oraz

synchronizujących

•

Sprzętowa kontrola i korekcja błędów odczytu

•

Zarządzanie pracą silnika i ruchem głowicy zapisująco-

odczytującej

11

Obsługa dysku sztywnego

Operacje dyskowe składają się z cykli programowania
kontrolera dysku sztywnego

Fazy cyklu programowania kontrolera:

•

Przekazania rozkazu

•

Przekazania danych

•

końcowa

12

Fizyczna organizacja danych

na dysku

Ś

cieżka,

sektor,
cylinder

Ź

ródło:

http://www.linuxpl.org

13

System kodowania danych

na dysku

Dane na dysku magnetycznym są kodowane w postaci ciągu
impulsów przemagnesowujących.

MFM (Modified Frequency Modulation) – metoda kodowania stosowana
na dyskach elastycznych

RLL (Run Length Limited) – metoda kodowania danych stosowana na
dyskach sztywnych, nie wymagająca sygnału synchronizującego,
zapewniająca bardzo dobre upakowanie danych.

14

System kodowania danych

na dysku

Idea kodowania RLL(2,7) - liczba zer zawiera się zawsze w przedziale
od 2 do 7. Wejściowy strumień danych poddawany jest takiemu
przekodowaniu, które gwarantuje spełnienie tego wymogu.

Kodowanie:

00001000

0011

001000

011

1000

11

00100100

0010

100100

010

0100

10

000100

000

Dane wyjściowe

Dane wejściowe

15

System kodowania danych

na dysku

Porównanie
MFM i RLL(2,7)

16

Organizacja i tworzenie

struktury dysku

Partycja - ciągły obszar dysku wykrywany przez system operacyjny jako
oddzielny dysk logiczny. Informacja o partycjach jest zapisana w tablicy
partycji.

Formatowanie niskiego poziomu - proces nanoszenia na powierzchnię
dysku ścieżek i sektorów wykonywany fabrycznie podczas produkcji
dysku

Formatowanie wysokiego poziomu - proces budowania logicznej
struktury partycji. Formatowanie nie niszczy poprzedniej zawartości
dysku, a jedynie jego logiczną strukturę.

17

Popularne systemy plików

FAT (File Allocation Table - tablica alokacji plików) - tablica opisująca, w
których klastrach dysku twardego system operacyjny ma szukać danego
pliku. Podczas zapisu pliku informacje o nim są automatycznie
zachowywane w tablicy FAT.

NFS - sieciowy system plików firmy Sun

NTFS - system plików z księgowaniem pod Windows NT i nowsze wersje

UFS - Unix File System - podstawowy system plików Solarisa

18

Dyskowe pamięci optyczne

Idea przechowywania danych
na dysku optycznym

Pojedyncza ścieżka jest ciągiem wzniesień
(land) odbijających podczerwone światło
lasera i zagłębień (pit) rozpraszających
ś

wiatło. Ciąg wzniesień i zagłębień koduje

dane binarne.

Ź

ródło: http://student.agh.edu.pl

19

Rodzaje pamięci optycznych

•

CD-ROM – płyta o średnicy 120mm. Dane są zapisywane podczas

produkcji przez tłoczenie struktury płyty w specjalnej prasie.
Pojemność 650 do 700 MB.

•

CD-R – płyta pozwalająca na jednokrotne zapisanie danych w

nagrywarce komputerowej. Dane są zapisywane przez modyfikację
właściwości optycznych barwnika pod akrylową powierzchnią płyty
wskutek naświetlenia laserem większej mocy niż podczas odczytu.

•

CD-RW – nośnik do wielokrotnego zapisu danych przez modyfikację

odwracalnych zmian właściwości optycznych płyty za pomocą
promienia lasera. Pojemność wszystkich technologii CD jest
porównywalna.

20

Rodzaje pamięci optycznych

•

DVD ROM – płyta o średnicy 120mm, jak CD, ale o pojemności 4,7GB.

Zwiększoną pojemność uzyskuje się przez wykorzystanie światła o
mniejszej długości fali (światło czerwone). Pozwala to na bardziej gęsty
zapis danych. Stosuje się również dwie aktywne warstwy i możliwe jest
wytwarzanie płyt dwustronnych o pojemności do 17GB. Technologia
funkcjonalnie odpowiada CD-ROM.

•

DVD-R, DVR+R – technologia funkcjonalnie odpowiadająca CD-R.

•

DVD-RW – technologia funkcjonalnie odpowiadająca CD-RW.

21

Rodzaje pamięci optycznych

HD DVD – technologia wykorzystuje światło niebieskiego lasera,
pozwalając na większe upakowanie danych, od 15GB dla płyt HD DVD-
ROM jednostronnych, jednowarstwowych do 60GB (dwustronne,
dwuwarstwowe).

•

Blu-ray Disk – także technologia wykorzystująca niebieski laser, ale

umożliwiająca wytwarzanie płyt wielowarstwowych (16),
pojemność 25-400GB.

22

Pamięci masowe

półprzewodnikowe

•

Pamięć FLASH – pamięć nieulotna, EEPROM pozwalająca na zapis lub

kasowanie wielu komórek pamięci w jednej operacji programowania.

•Pamięć FLASH dobrze nadaje się do realizacji pamięci masowej w
komputerze.

•Liczba cykli zapisu jest ograniczona (ok. 1 milion), ale wewnętrzna logika
pozwala na w miarę równomierne zużywanie się dostępnych zasobów.

23

Pamięci masowe

półprzewodnikowe

Zastosowania pamięci FLASH:

•Karty pamięci:

MultiMedia Card (MMC)

Secure Digital (SD)

Memory Stick (MS)

CompactFlash (CF)

SmartMedia (SM)

xD

•Dyski z interfejsem USB (pendrive)

•Dyski ze standardowym interfejsem dysku twardego (komputery klasy
netbook, serwery o dużej wydajności)

24

Pamięci masowe

półprzewodnikowe

Półprzewodnikowe dyski wewnętrzne

Ź

ródło: http://accessories.euro.dell.com

Ź

ródło: http://www.elektronikab2b.pl

25

Pamięci masowe

półprzewodnikowe

Zalety masowych pamięci półprzewodnikowych:

•Małe wymiary i masa

•Małe zużycie energii

•Brak elementów ruchomych (duża żywotność)

•Duża wytrzymałość na wstrząsy

Wady:

•Niewielkie pojemności w porównaniu do dysków magnetycznych

•Stosunkowo duży koszt