Architektura komputerów
Tydzień 10
Pamięć zewnętrzna
Dysk magnetyczny

Podstawowe urządzenie pamięci
zewnętrznej.

Dane zapisywane i odczytywane przy
użyciu głowicy magnetycznej (cewki).

Dane zapisywane na powierzchni dysku
pokrytego materiałem magnetycznym.
Twardy dysk
Rozkład danych na dysku
Ścieżki
Przerwy między
ścieżkami
Sektory
Przerwa między
sektorami
Głowice
Głowice stałe Głowica ruchoma
Cylinder
Cylinder to
ścieżki o tym
samym
numerze na
wszystkich
powierzchniach
talerzy.
Czas dostępu do dysku

Czas przeszukiwania (seek time): czas
potrzebny ruchomej głowicy dysku na
znalezienie się nad właściwą ścieżką.

Opóz
nienie obrotowe (latency): czas
potrzebny by właściwy sektor na
obracającym się talerzu znalazł się pod
głowicą.

im większa prędkość obrotowa tym
mniejsze opóz
nienie.
RAID

Redundant Array of Independent Disks

macierz dysków używana w celu
zwiększenia szybkości dostępu do danych i
zabezpieczenia danych przed awarią
pojedynczego dysku.

Zdefiniowane 6  poziomów :

0 łączenie dysków w jeden wolumen

1 mirroring  lustrzane kopie dysków

2 korekcja błędów kodem Hamminga

3 parzystość na poziomie bajtów

4 parzystość na poziomie bloków

5 rozproszona parzystość na poziomie
bloków
RAID 0

Brak redundancji i zabezpieczenia przed
awarią dysku. Utrata jednego dysku
powoduje utratę wszystkich danych.

Minimum 2 dyski.

Dane rozproszone na wszystkie dyski.

Wykorzystanie pojemności dysków:
100%

Duża wydajność odczytu i zapisu.
RAID 1

Pełna redundancja danych.

Dyski łączone w pary. Oba z pary
zawierają identyczne dane. Minimum 2
dyski.

Wykorzystanie pojemności dysków: 50%

Dobra wydajność odczytu i zapisu.

A
atwe odtwarzanie zawartości
utraconego dysku.
RAID 2

Bity rozproszone na dyski danych oraz
bity korekcji zapisywane na dyskach
korekcyjnych.

Duża ilość dysków jako minimum. Np.
10 dysków danych i 4 korekcji.

Wykorzystanie pojemności dysków:
zależne od ilości dysków, przy 14
dyskach 71%, przy 39 dyskach 82%

Nie używane dziś, ponieważ wszystkie
współczesne dyski implementują
korekcję.
RAID 3

Bity danych rozproszone na dyskach
danych, bity parzystości na dysku
parzystości.

Minimum 3 dyski.

Wykorzystanie pojemności dysków:
(n-1)/n, gdzie n to ilość dysków. 66% dla
trzech dysków.

Dobra wydajność odczytu, mała zapisu.

Rzadko implementowany w
kontrolerach.
RAID 4

Dane rozproszone na dyskach w
blokach, bity parzystości zapisywane na
oddzielnym dysku parzystości.

Minimum 3 dyski.

Wykorzystanie pojemności dysków:
(n-1)/n, gdzie n to ilość dysków. 66% dla
trzech dysków.

Dobra wydajność odczytu, lepsza niż
RAID 3 zapisu.
RAID 5

Dane i bity parzystości rozproszone na
wszystkich dyskach w blokach.

Minimum 3 dyski.

Wykorzystanie pojemności dysków:
(n-1)/n, gdzie n to ilość dysków. 66% dla
trzech dysków.

Dobra wydajność odczytu i zapisu.

Najczęściej stosowany w praktyce.
RAID 6

Komercyjne rozszerzenie do RAID 5.

Dane i podwójne bity parzystości
rozproszone na wszystkich dyskach w
blokach.

Minimum 4 dyski.

Wykorzystanie pojemności dysków:
(n-2)/n, gdzie n to ilość dysków. 50% dla
czterech dysków.

Dobra wydajność odczytu, nieco gorsza
zapisu niż RAID5.

Odporny na awarię dwóch dysków
jednocześnie.
Dyski optyczne

Dyski optyczne wykorzystują jako
nośnik powierzchnię odbijającą światło.

Dane są odczytywane za pomocą lasera,
którego światło jest odbijane pod
odpowiednim kątem od zapisanej
ścieżki z danymi.

Popularne są dwa typy dysków
optycznych:

CD  Compact Disk

DVD  Digital Versatile Disk (lub Digital
Video Disk)
CD

Płyta CD zawiera jedną spiralną ścieżkę z
danymi.

Dane są zapisywane w blokach po 2352
bajty.

W przypadku płyt audio cały blok zawiera
dane muzyczne.

Na płytach z danymi (CD-ROM) blok
zawiera 2048 bajtów danych, 288 bajtów
kodu korekcyjnego i 16 bajtów
synchronizujących i identyfikujących
blok.
Zapisywalne CD

Materiał na powierzchni płyty pod
wpływem światła lasera o odpowiedniej
mocy (lub ciepła) zmienia swoją
strukturę, zmieniając kąt odbicia
promieni. Pozwala to na zapisanie płyty w
napędzie CD-R.

Płyty wielokrotnie zapisywalne (RW)
zawierają materiał mający dwa stany
stabilne, które przyjmuje po nagrzaniu do
dwóch różnych temperatur. Dzięki temu
można zmienić zapis na płycie CD-RW.
DVD

Płyty DVD są oparte na podobnej
zasadzie jak CD, mają jednak znacznie
większą gęstość zapisu.

Płyta DVD może mieć dwie warstwy.
Wewnętrzna może być odczytana
laserem o wyższej mocy, zewnętrzna o
niższej. Dzięki temu na tej samej
powierzchni może być zapisane niemal
dwa razy więcej danych.
Pojemności płyt CD

Standardowa płyta CD ma 333000 bloków,
co daje pojemność 747 MB (audio).

Płyta CD-ROM (z danymi) ma pojemność
650 MB, ponieważ każdy blok ma o 304
bajty mniej ze względu na dane
korekcyjne i synchronizacyjne.

Istnieją płyty CD o zwiększonej gęstości
zapisu, o pojemności 80, 90, a nawet 99
minut, czyli odpowiednio 703, 791 i 870
MB.
Pojemności płyt DVD

Warstwa zewnętrzna ma pojemność
4.38GB.

Warstwa wewnętrzna ma pojemność
3.57 GB.

Wobec tego dwuwarstwowy dysk DVD
mieści 7.95 GB danych.

Płyta DVD może być dwustronna, co
daje całkowitą pojemność 15.9 GB.
Zapisywalne DVD

Istnieje 5 różnych, niekompatybilnych
formatów: DVD-R, DVD-RW, DVD+r,
DVD+RW, DVD-RAM.

Wszystkie mają pojemność do 4.37 GB.

Istnieją już dwuwarstwowe płyty DVD-
R o pojemności około 8 GB.

Z wyjątkiem płyt DVD-RAM wszystkie
nagrane płyty powinny być czytane
przez zwykłe czytniki DVD.
Taśmy magnetyczne

Taśmy magnetyczne są najczęściej
używane do tworzenia kopii
bezpieczeństwa danych.

Nośnikiem jest warstwa magnetyczna
naniesiona na elastyczną taśmę.

Współczesne taśmy magnetyczne są
zamknięte w kasetach i mają pojemności
do 600 GB (pojedyncza kaseta DLT).

Wadą jest sekwencyjny dostęp do danych.

Zaletą jest niska cena nośnika.