Memoria externa - Hard disk-ul, CD-ROM, DVD

Memoria externa

Limitata fiind capacitatea de stocare a memoriei interne, este necesara stocarea informatiei pe o memori externa, indiferent ca aceasta este banda magnetica, hard disc (Hdd sau disc dur), compact disc (CD), floppy disk (Fdd sau disc flexibil) etc.

Floppy disk-ul

La ora actuala, cea mai rar folosita memorie externa este probabil floppy disk-ul. Acesta are cel mai mic spatiu de stocare a datelor, limitandu-se la putin peste 1 MB. Discul flexibil este alcatuit dintr-un strat subtire si fin de plastic, acoperit cu o folie subtire de oxid de fier cu o sensibilitate magnetica oarecare. Discul se afla in interiorul unei carcase de protectie, captusita in interior cu o pasla care protejeaza discul de zgarieturi si o ajuta sa se roteasca lin si uniform.

Dischetele au pornit cu un diametru de 8 inch. Pe masura ce aceasta dimensiune a scazut, spatiul de stocare a crescut. In anul 1981, firma IBM a redus dimensiunea discului de la 8 inch la 5.25 inch, acesta devenind un standard, insa nu pentru o perioada foarte lunga. In 1984, firma Apple Macintosh lanseaza discheta cu diametrul de 3.5 inch (care ramane neschimbata si in ziua de azi), pe care o adopteaza si firma IBM in anul 1987 pentru calculatoarele sale PS/2.

Scrierea si citirea discurilor flexibile se face de niste capete de citire/scriere care se deplaseaza pe disc din exterior spre interior, discul rotindu-se cu o viteza de 300-350 rot/min. Suprafata discului este impartita in zone numite piste. Aceste piste sunt numerotate, incepand de la zero, din exterior spre interior. Asadar, pista cu numarul zero este pista cea mai apropiata de marginea discului. Datele sunt inregistrate pe piste in cod binar.

Pistele, la radul lor, sunt impartite in sectoare, acestea fiind numerotate incepand cu 1. Sectoarele au dimensiuni exacte. De exemplu, calculatoarele IBM lucreaza cu sectoare de 512 octeti.

Hard disk-ul

Cea mai des intalnita memorie externa este hard disk-ul (hdd), avand capacitatea cea mai mare de stocare a datelor, de ordinul GB. Acesta se defineste printr-o constructie rigida de discuri suprapuse, care sunt in continua rotatie, si un brat care scrie si citeste informatiile de pe discuri. Ele sunt inchise ermetic pentru protejarea discurilor de praf sau de alte impuritati, asadar discurile nu sunt inlocuibile, ceea ce a determinat firma IBM sa le numeasca unitati de discuri fixe (fixed disk drive).

Hard disk-ul este singura componenta dintr-un calculator care nu este 100 % electronica, fapt care o face mai inceata in comparatie cu restul componentelor dintr-un calculator.

Discurile din interiorul unui hard disk sunt confectionate din aluminiu cu insertii ceramice, fiind suprapuse unul peste altul pe un ax comun. Motorul este cel care invarte axul impreuna cu discurile de pe acesta, fiind controlat de un procesor al unitatii hdd. Prin rotirea discurilor se face scrierea sau citirea datelor pe acestea de un brat cu capat magnetic.

Fiecare disc este impartit in piste cu o latime de numai cativa microni (la tehnologia actuala sub 5 microni). Astfel, pe un centimetru putem avea peste 2000 de piste. Pistele aflate la aceeasi distanta de axul principal de pe fiecare disc formeaza un cilindru. Fiecare pista este impartita intr-un anumit numar de sectoare, depinzand de cat de aproape este pista de centru. Asadar, o pista cu cat este mai aproape de marginea discului, cu atat contine mai multe sectoare, fenomen care se numeste inregistrare zonata. Cu cat avem mai multe sectoare, cu atat performantele programelor este mai mare, deoarece la viteza unghiulara constanta pot fi citite un numar mai mare de sectoare in acelasi timp.

Timpul de acces la informatia stocata.

Tipmul de acces la informatia stocata pe hard disk este formata din:

• timpul mediu de cautare (seek time): este timpul in care capul de citire/scriere indentifica sectorul sau sectoarele pe care se afla informatia ceruta si apoi se deplasaza deasupra pistei pe care se afla sectoarele. Acest timp este cuprins intre 5-25 ms.
• timpul de asteptare (rotation latency): timpul in care sectorul cautat se roteste pana sub capul de citire.
• rata de transfer (data transfer time, DTT): timpul in care se transfera informatia de pe disk pe memoria interna.

Viteza si capacitatea de stocare a unui hard disk.

Viteza si capacitatea de stocare a datelor pe un hard disk este influentata de trei factori:

• interfata folosita (controller-ul);
• organizarea sectoarelor;
• viteza de rotatie.

Rata de transfer a datelor (DTT) depinde de viteza de rotatie si de numarul sectoarelor pe piste. Cum am amintit si la floppy disk-uri, un sector are capacitatea de 512 octeti. Astfel, se poate calcula rata de transfer exacta. La un hdd cu 200 de sectoare si cu o viteza de doar 5400 rot/min (90 rot/sec), rata de transfer va fi de 512 x 200 x 90 = 9.216.000 bytes/sec. Asadar, pentru a mari rata de transfer se pot face doua lucruri: marirea turatiei discurilor si cresterea numarului de sectoare. La marirea vitezei de rotatii exista riscul de dilatare, ceea ce duce la citirea si scrierea datelor eronate.

Hard disk-urile moderne au turatii cuprinse de obicei intre 3200-7400 rot/min, dar aceasta viteza poate sa creasca pana la 10000-12000 rot/min. Desi cu o viteza mai mare se poate creste rata de transfer, intervalul de 5400-7400 rot/min este considerat optim. La viteze mai mari creste nivelul de zgomot si, bine inteles, caldura emanata.

Istoric.

De la aparitia hard disk-urilor (1956) si pana azi, la fel ca si discurile flexibile, dimensiunea lor este invers proportionala cu capacitatea acestora de stocare a datelor. Asadar, marimea unui hard disk a fost redusa de la 24 inch la 3.5 inch pentru PC-uri, iar pentru calculatoarele portabile, standardul care s-a impus este de 2.5 inch, cu toate ca exista harduri si de 1.1 inch.

Formatarea discurilor magnetice.

Pentru ca un disc sa devina utilizabil, trebuie formatat. Formatarea poate fi:

• fizica sau de nivel inferior;
• logica sau de nivel superior.

Formatarea fizica este necesara pentru crearea sectoarelor pe piste. Fiecare sector va primi o zona de date precedata de un prefix in care se inscriu informatiile care identifica sectorul (inceputul sectorului si numarul acestuia), urmata de un sufix care contine suma de control (checksum), care serveste la verificarea integritatii informatiilor de pe acel sector.

Prin formatarea logica, discul se adapteaza le cerintele sistemului de operare. Dupa formatarea logica, sistemul de operare va putea gestiona spatiul pe disc, dar si fisierele si zonele defecte. La discurile flexibile, ambele formatari se fac cu comanda FORMAT.

Comanda FORMAT imparte discul in doua zone:

• zona de sistem, care ocupa foarte putin spatiu de pe disc (2 %). Sistemul de operare foloseste aceasta zona pentru a pastra informatiile esentiale ale discului.
• zona de date, care ocupa cea mai mare parte a discului si este folosita pentru stocarea informatiilor.

Zona de sistem este impartita in 3 parti:

• zona de boot record: contine programul de incarcare a sistemului de operare. Acesta se afla pe sectorul 1, pista 0.
• tabela de alocare a fisierelor (File Alocation Tabel): tine evidenta datelor stocate pe disc, pentru a afla procentajul de memorie ocupata si de memorie libera pe disc. Pentru a putea gestiona spatiul nefolosit, sistemul de operare il imparte in asanumite unitati de alocare a spatiului sau clustere.

Cluster-ul este cea mai mica portiune de disc pe care sistemul de operare o aloca unui fisier. Un cluster este format din unul sau mai multe sectoare. Gestionarea spatiului pentru fisiere este realizata de catre FAT (File Alocation Tabel), care, se vede si dupa nume, este un tabel cu numere, tabel in care fiecare cluster are pozitia sa, numita intrare FAT. Intrarile clusterelor contin numere pentru identificarea acestora. Astfel putem afla daca un cluster este ocupat sau liber. Clusterul care are numarul zero nu contine date, iar cel care are orice alt numar este ocupat. De asemenea, aceste numere leaga intre ele clusterele care contin acelasi fisier, dat fiind faptul ca exista fisiere de date care pot fi mai mari decat un cluster.

• directorul de radacina (root directory): acesta tine evidenta fisierelor pe disc. Fiecare fisier are o intrare de director, care inregistreaza numele fisierului, extensia lui, dimensiunea exprimata in bytes (octeti), respectiv data si ora la care s-au facut ultimele modificari ale fisierului. Toate acestea se pot vizualiza. In afara de acestea, mai exista doua lucruri invizibile, si anume: numarul clusterului care contine inceputul fisierului si atributele fisierului.

CD-ROM (Compact Disc).

Discul CD-ROM este memoria optica cea mai utilizata pentru calculatoare. Discul in sine este fabricat din policarbonati, invelit cu un strat subtire de aluminiu si totul acoperit cu un strat de material plastic pentru protejarea atat a discului (de praf si de amprente), cat si a datelor stocate pe CD. Are diametrul de 5.25 inch, capacitatea de stocare de 650 MB si are o densitate de 16000 tpi (track per inch sau piste pe inch). Fiecare sector de pe pistele unui CD este format din 2048 de octeti.

Pentru citirea unui CD, avem nevoie de un cititor de CD-ROM. Caracteristicile tehnice ale cititorilor CD-ROM sunt:

• Timpul mediu de acces: este de aproximativ 80 ms, in timp ce la hard disk este de doar 10 ms;
• Rata de transfer: 150 Kb/s - 800 Kb/s;
• Viteza medie de rotatie: 6300 rot/min, depasind astfel rotatia a multor discuri magnetice.

Cititoarele CD-ROM au o anumita viteza de citire a CD-urilor. Primele cititoare aveau viteza de doar 1X, aceeasi viteza ca si cititoarele CD-AUDIO. Tehnologia moderna ne perimte sa citim CD-uri la viteze de pana la 56X. Prin marirea vitezei, nu se ajunge mai repede la date, ci ideea este ca putem citi mai multe date intr-o secunda, dezavantajul este insa ca odata cu cresterea vitezei, creste si vibratia.

Asadar, primele cititoare cu vitezele de 1X aveau rata de transfer de 150 Kb/s, cel de 2X avea dublu (300 Kb/s) si asa mai departe. La cititoarele mai vechi, viteza de roatatie este variabila: cu cat capul de citire se apropie de exteriorul discului, cu atat viteza se diminueaza, rezultatul fiind conservarea ratei de transfer maximum teorica. Acest lucru se numeste CLV (Constant Linear Velocity). Discurile actuale folosesc schema CAV (Constant Angular Velocity). Astfel, discul se roteste la aceeasi viteza, indiferent de pozitia datelor pe acesta. In principiu, este ca si la hdd: cu cat datele se afla pe pistele cele mai exterioare, cu atat ele sunt citite mai repede.

Interfetele cititoarelor CD-ROM pot fi de doua feluri: interfata IDE sau ATA-33, sau interfata SCSI, diferenta dintre ele fiind eficacitatea. Desigur, cititoarele cu interfata SCSI sunt mai scumpe decat cele cu IDE, dat fiind faptul ca cele cu SCSI au performante mai bune si sunt capabile sa copieze un CD pe altul.

Unele cititoare au incorporate pe placa logica o memorie folosita pentru stocarea datelor citite inainte ca acestea sa ajunga in calculator. Memoria aceasta are o marime de 256-512 Kb de RAM.

Distingem o serie de tipuri de cititoare:

• interne si externe;
• cu sertar sau caddy;
• simple sau jukebox.

Unitatile interne sunt simple si se afla in interiorul calculatorului, intr-un locas special. Cele externe sunt mai avantajoase deoarece sunt portabile. Unitatile interne au dezavantajul ca praful se depune pe capul optic al cititorului, pe cand cititoarele caddy rezolva aceasta problema, protejat fiind capul de catre caddy.

De asemenea, in afara de CD-urile simple (doar citibile), mai exista alte doua tipuri de CD-uri foarte des utilizate:

• CD-R (CD-Recordable);
• CD-RW (CD-Read Write).

CD-R.

Aceasta unitate este capabila de a scrie date pe un CD o singura data, desigur, daca in unitate am introdus un CD gol si avem softul necesar pentru a "arde" CD-uri. Acesta foloseste un laser galben care incalzeste suprafata verde a discului suficient de puternic incat sa se modifice reflexia cavitatilor aurite. Schimbarile sunt permanente, deci nu exista posibilitatea de a modifica sau a rescrie datele pe acelasi CD, si nicidecum completarea acestora doar cu mici exceptii, nerecomandabile.

CD-RW.

CD-RW, la fel ca si CD-R, nu este sensibil la campurile magnetice, si poate fi citit si de restul unitatilor. Marele avantaj al CD-RW este faptul ca poate fi inscriptionat de mai multe ori (cateva zeci de ori). Suprafata discului este formata din cristale cu baza modificabila, astfel impulsurile laser sunt emise pe suprafata. De asemenea, unitatile CD-RW sunt capabile sa inscriptioneze date si pe CD-R.

Daca dorim doar sa adaugam niste date celor existente deja pe CD, suntem nevoiti sa creeam o imagine care sa contina atat datele existente pe CD, cat si adaugarile, iar apoi CD-ul trebuie sters si rescris.

DVD-ROM (Digital Versatile Disc).

Discurile DVD-ROM sunt asemanatoare cu CD-urile, avand diametrul de 5.25 inch. DVD-ROM-ul poate stoca mult mai multe date decat un CD-ROM, datorita faptului ca este gravat mai fin. Astfel, DVD-ul are o capacitate de stocare de aproximativ 7.5 ori mai mare decat CD-urile. Asadar, un DVD are 4.7 GB, in comparatie cu cei 650-700 MB al CD-urilor. La discurile DVD exista veriunea de dubla fata, dubland astfel capacitatea de stocare (9.4 GB).

Unitatile DVD-ROM pot citi discurile CD-R si CD-RW, datorita existentei celui de-al doilea laser. Desigur, ca si la CD-uri, exista mai multe tipuri de DVD:

• DVD-R (DVD-Recordable);
• DVD-RAM (Random Acces Memory);
• DVD+RW (DVD+Revritable).

Fiecare tip de DVD are alte capacitati. Doar marimea discului ramane de 5.25 inch. Unitatea DVD-R, ca si CD-R, poate inscriptiona discuri o singura data, in schimb capacitatea nu ramane cea de 4.7 GB, ci se reduce la 3.95 GB.

DVD-RAM are la baza acelasi principiu ca si CD-RW, doar ca are o capacitate redusa pe o fata, in schimb datele pot fi inscriptionate pe ambele fete (5.2 GB), in schimb acest lucru presupune intoarcere discului manual.

DVD+RW permite inscriptionarea si reinscriptionarea datelor pe disc, pe ambele fete, la fel ca la DVD-RAM.

Memoria Flash.

Cea mai recenta memorie externa si totodata cea mai practica este memoria flash. Aceasta poate fi de tip NOR sau NAND, cu o interfata USB (Universal Serial Bus). Diferenta dintre cele doua consta in faptul ca la flashul NOR, ca si la memoria interna, se aplica scrierea si citirea la o adresa anume, pe cand flashul NAND este o unitate de tip bloc, de aceea se foloseste ca si memorie externa. Avand dimensiunea mult mai mica decat restul memoriilor externe, este foarte practic de folosit si de transportat. Este foarte usor de intretinut, deoarece nu are nici o componenta care sa se miste, nu este afectata de campurile magnetice, suprafata de memorie nu se poate zgaria, practic, este indestructibila.

Primele modele de memorii flash au aprut in 2000, cu o interfata USB 1.1, si, desigur, cu capacitati mai reduse de stocare a datelor, insa tehnologia a fost lansata de Toshiba inca in 1989. La ora actuala, cunoastem memorii flash cu capacitati de pana la 64 GB si cu interfata USB 2.0, insa acestea nu au aparut inca si la noi. Tara noastra beneficiaza de memorii flash cu capacitati de maxim 16 GB.

Numarul de inscrieri pe aceste memorii flash (atat de tip NOR cat si de tip NAND) este mult mai mare decat la CD-RW (unde este vorba de maximum cateva zeci de ori), in schimb este limitata fata de HDD (intre 1000-10000 de ori).

Pentru a putea fi utilizabile, memoriile flash trebuie sa fie recunoscute de catre calculator, adica sistemul de operare trebuie sa contina driverele necesare pentru a vedea structura sistemelor de fisiere de pe flash-uri.

Desigur, majoritatea oamenilor care detin un PC, cunosc aceste memorii externe, in schimb putina lume stie ce se afla in interiorul acestora.

Pe imaginile de mai sus, observam componentele memoriei flash:

1 - interfata USB;

2 - chip de control a datelor;

3 - placa pe care sunt asezate componentele;

4 - chip-ul de memorie;

5 - oscilator de cristal;

6 - LED;

7 - buton de protectie a datelor;

8 - spatiu pentru un al doilea chip de memorie.

Student: Nagy Daniel

Informatica, anul I