Záznamová média
Informační systémy 2
Záznamová média • • •
Růst datových potřeb Pojem „velkokapacitní“ se mění v čase Dříve několik MB, dnes stovky GB až TB
14.5.2014 IS2-2014-06
1
Záznamová média
Stručný vývoj •
1951 – 1. magnetická páska použita jako záznamové médium
•
1956 – IBM uvedlo 1. pevný disk
•
1971 – první disketa (od IBM) – 8”
•
1982 – první hudební CD v prodeji (vyvinuto 1979)
•
1983 – první 3,5” harddisk
•
1985 – první CD-ROM
•
1988 – první 2,5” harddisk
•
1994 – Zip médium představeno firmou Iomega
•
1994 – vyrobeno CD-R
•
1996 – první DVD
•
1998 – technologie SuperDLT magn. pásek
•
.....
14.5.2014 IS2-2014-06
2
Záznamová média Pevný disk • 1956 – IBM RAMAC 305
• 50 kotoučů • kapacita 5 MB 14.5.2014 IS2-2014-06
3
Záznamová média
Dělení záznamových médií • dle fyzikálního principu (magnetické, optické, magneto-optické)
• dle typu záznamového média (páskové, diskové, polovodičové)
• dle výměnnosti média • dle kontaktu čtecí/záznamové hlavy s médiem
• dle pohybu hlav při práci paměti 14.5.2014 IS2-2014-06
4
Záznamová média
Dělení záznamových médií • magnetická • optická • ostatní
Hard disk Disketa Pásky
CD DVD Blue Ray Disc Holografický disk ZIP MO média Flash memory 14.5.2014 IS2-2014-06
5
Záznamová média
Magnetická média • nosič potažený tenkou feromagnetickou vrstvou • záznamová hlava polarizuje částice v magnetické vrstvě • lze je snadno poškodit • pásková, disková (pevné disky, pružné disky)
14.5.2014 IS2-2014-06
6
Způsob záznamu Disketa/disk
– formátování: • BOOT RECORD • FAT • ROOT DIRECTORY
sektor
stopa cylindr (všechny stopy nad sebou
možnost „vlastního formátování“ 14.5.2014
IS2-2014-06
ROZDÍL: • identifikátor stopy • identifikátor sektoru
záznam na 1 stopu 1 sektor: • 571 B neformátovaných dat • 512 B formátovaných dat 7
Způsob záznamu Disky Osa Plotny (disky)
Čtecí a zapisovací hlavy
P
Vzduchotěsné pouzdro
14.5.2014
Řídící jednotka Vyrovnávací paměť
IS2-2014-06
8
Způsob záznamu Disky cylindr
hlavička vystavování hlaviček: – krokový motorek – vystavovací cívka (lineární motor) • • •
14.5.2014
formátování: – BOOT RECORD – FAT – ROOT DIRECTORY
access time: doba vystavení + doba čekání prokládání (interleave) zone bit recording (ZBR) IS2-2014-06
9
Způsob záznamu Disky
cylindr
hlavička
Alokační jednotka (cluster): • nejmenší logická datová jednotka na disku • zaváděna z důvodů adresace • obsahuje jeden nebo více sektorů (až 64 sektorů)
BOOT RECORD ROOT DIRECTORY
VFAT #1 (12 – 32 bitů) VFAT #2 14.5.2014
IS2-2014-06
NTFS (New Technology File System) -náhrada FAT -VFAT 10
Způsob záznamu NTFS • je upřednostňovaný systém souborů pro Windows 7 + • Schopnost automatického zotavení z některých chyb souvisejících s diskem • Vylepšená podpora větších pevných disků • Lepší zabezpečení, protože lze používat oprávnění a šifrování pro omezení přístupu k určitým souborům pro určité uživatele • Oddíl lze převést na systém souborů NTFS z jiného typu souborového systému.
Systém FAT32 • používal se v některých dřívějších verzích systému Windows a v současné době se používá u většiny jednotek USB Flash. • nemá stejné funkce související se zabezpečením jako systém NTFS • má omezení velikosti - v oddílu FAT32 nemůžete uložit jeden soubor větší než 4 GB.
14.5.2014
IS2-2014-06
11
+
Magnetická média Pevné disky
Vzdálenost hlav od povrchu plotny
14.5.2014
IS2-2014-06
12
Magnetická média Pevné disky
Disková pole (RAID = Redundant Array of Independent {Inexpensive} Disks) •
vícenásobné diskové pole levných disků je typ diskových řadičů, které zabezpečují pomocí určitých speciálních funkcí koordinovanou práci dvou nebo více fyzických diskových jednotek. Zvyšuje se tak výkon a odolnost vůči chybám nebo ztrátě dat. z několika menších disků vytvoříme jeden větší několik úrovní (levels) – dle funkcí Nejčastější:
• • • • • •
14.5.2014
RAID 0 (prokládání – stripping), RAID 1 (zrcadlení – mirroring), RAID 5 (používá dva paritní disky, přičemž na každém z nich je parita vypočtena jiným způsobem)
IS2-2014-06
13
Způsob záznamu Magnetické pásky používány od dob sálových počítačů
• kontaktní záznam • pomalé sekvenční vyhledávání dat (musíme přetočit část pásky)
• použití: zálohování, archivace - IBM • až 200 stop na šířku pásky • kapacity okolo 1 TB • zápis rychlostí 100 MB/s • vhodné pro zálohování
14.5.2014
IS2-2014-06
14
Optická média • • • •
14.5.2014
laser pro záznam i čtení základní princip u všech typů optických médií je stejný necitlivá na magnetické pole či otřesy základní typy: CD, DVD, BD, HD-DVD
IS2-2014-06
15
Technické prostředky počítačové techniky Compact Disc Disk
Způsob záznamu: • • • •
Pit
původně pro záznam zvuku z polykarbonátu průměr 12 cm tloušťka 1,2 mm • •
•
Pole
Čočky
Čočky
zápis do spirály, laser 780 nm metoda CLV (Constant Linear Velocity) pity (díry) vs. landy (stupně)
Polopropustné zrcadlo Fotodioda Laser
spirálová stopa standard - Yellow book standard přenosové rychlosti: 150 kB/s 14.5.2014
IS2-2014-06
16
Technické prostředky počítačové techniky ORGANIZACE DAT ( na CD ROM ) •
Pole a prohlubně na discích nepředstavují nuly ani jedničky, ale jednička je vyvolána změnou laserového paprsku, žádná změna reprezentuje nulu
Datový sektor se skládá z 2352 B tvořených : • • • •
14.5.2014
synchronizační hlavičkou hlavičkou s adresou sektoru jádrem sektoru tvořeným datovou částí 288 B dlouhá část pro opravný kód EDC/ECC IS2-2014-06
17
Optická média DVD (Digital Versatile Disc)
• • • •
14.5.2014
podobná technologie jako u CD vlnová délka laseru 640 nm předlisovaná drážka u zapisovatelných disků mohou být dvouvrstvá a oboustranná
IS2-2014-06
18
Technické prostředky počítačové techniky Digital Versatile Disc • 1999 – první film distribuovaný na DVD • menší pity • více stop • dvě strany, dvě vrstvy na každé straně • 4,7 GB v jedné vrstvě
porovnání CD a DVD
• Řada formátů DVD Video, DVD ROM, DVD-R, DVD-RW, DVD RAM, DVD+RW vrstva DVD
14.5.2014
IS2-2014-06
19
Paměťová média - externí CD, DVD, Blu-ray disk
Čtení a zápis pomocí laseru
CD: 700 MB
DVD: 4,7 – 17,1 GB
BD: 25 – 100 GB
IS2-2014-06
Trendy v oblasti záznamových médií Blue Ray Disc •
přepisovatelný disk
•
zhuštění záznamu
•
dvě vrstvy
•
laser s kratší vlnovou délkou
•
36 MB/s
•
nahrávání HDTV
14.5.2014
IS2-2014-06
21
Slepá cesta HD-DVD (AOD = Advanced Optical Disc)
• •
•
14.5.2014
modrý laser 405 nm kapacita: 20 GB jednovrstvá, 32 GB dvouvrstvá přepisovatelná média vzhledem k rozhodnutí hollywoodských producentů řešení neúspěšné
IS2-2014-06
22
Paměťová média - externí Archival Disc s kapacitou 300 GB až 1 TB
Disk je oboustranný
každá strana nabídne tři vrstvy pro zápis
První generace formátu Archival Disc s kapacitou 300 GB by přitom měla být na trhu dostupná v roce 2015.
Další zdokonalení technologie má umožnit zvýšení kapacity na 500 GB až 1 TB. IS2-2014-06
Holografický víceúčelový disk (HVD)
Bodový kód viditelný z určitého úhlu podle natočení osy laserového paprsku
1947 Denis Gabor – vynález holografie
1960 konstrukce laseru
2004 specifikace HVD
3,9 TB
1 Gb/s
IS2-2014-06
Holografické disky (Holographic Versatile Disc) - data jsou v nich na rozdíl od CD nebo DVD zapisována trojrozměrně, První komerční mechaniku pro holografické disky uvedeny na trh v roce 2008
•
Maxwell, Tapestry,...
•
cena driveru: 18 tis. $, médium: 180 $
•
kapacita: na jednu plotnu 500 GB
•
střední doba mezi poruchami: 100 000 hodin
•
archivační doba: 50 let
průměr 130 mm, tloušťka 3,5 mm
současnost:
•
6 TB, 20ti vrstvový disk (Holographic Versatile Disc - HVD)
•
dosažitelná kapacita - 1,6 TB
•
přenosová rychlost – 20 - 120 MB/s http://searchstorage.techtarget.com/sDefinition/0,,sid5_gci1311100,00.html
14.5.2014
IS2-2014-06
25
Holografické disky Záznam: • Při záznamu se laserový paprsek rozdělí na paprsky dva - referenční a datový. Jejich interferencí vzniknou kontrastní světlé a tmavé body - analogické pitům při záznamu CD. Nevzniknou však v ploše, ale v prostoru. Optika mechaniky je nastavena tak, že k této interferenci dochází v záznamové fotocitlivé vrstvě média. V něm tento "světelný obraz" zůstane zachován, respektive data uložena.
•
Jemnými změnami v úhlu referenčního paprsku, případně změnou vlnové délky lze dosáhnout toho, že v jednom místě záznamové vrstvy může být nahráno několik na sobě nezávislých datových stop.
http://technet.idnes.cz/holograficky-disk-s-gigantickou-kapacitou-65-dvd-na-jedne-placcep74-/hardware.asp?c=A070320_111031_hardware_NYV
14.5.2014
IS2-2014-06
26
Holografické disky Čtení: • Při čtení se disk "prosvětluje" referenčním paprskem, optický datový záznam je tak promítán na optoelektronické čidlo, z jehož elektrického výstupu se zpět dekóduje původní datový signál. Všechny potenciální záznamy jednoho místa jsou čteny najednou (paralelně), což umožňuje dosahovat vysokých rychlostí čtení.
14.5.2014
IS2-2014-06
27
Holografické disky – parametry
14.5.2014
parametr:
hodnota:
parametr:
hodnota:
průměr disku (bez cartridge):
130 mm
hustota záznamu:
350 Gb / čtvereční palec
tloušťka záznamové vrstvy:
1,5 mm
životnost záznamu:
50 let
tloušťka substrátu:
1,0 mm
životnost prázdného disku:
3 roky
celková tloušťka disku (bez cartridge):
3,5 mm
počet možných čtecích cyklů:
> 10 mil.
materiál disku:
HDS-5000 photopolymer
provozní teplota:
+10 - +40 °C
rozměry cartridge:
135 x 11 x 153 mm
teplotní odolnost:
-20 - + 60 °C
formát:
write once/read many
provozní vlhkost:
10 - 85 % (nekondenzující)
kapacita:
500 GB
odolnost proti vlhkosti:
5 - 90 % (nekondenzující)
objem sektoru:
nastavitelný v 512bytových krocích
vlnová délka:
400 - 410 nm
IS2-2014-06
28
SSD – Solid-State Drive
Pevný disk bez pohyblivých částí
Výhody:
Tichý chod
Nezahřívá se příliš
Nízká spotřeba energie
Malé rozměry
Vysoká přenosová rychlost
Nevýhody:
Omezený počet přepsání jedné buňky IS2-2014-06
1978 Texas Memory Systems (16 kB)
Dnes 512 GB, rychlost čtení 800 MB/s
Paměťové karty I
Pro různá elektronická zařízení
Boj o standardy
CompactFlash (CF)
1994 SanDisk Corporation
128 GB
Digitální fotoaparáty a kamery
Pevné disky v průmyslových počítačích
IS2-2014-06
Paměťové karty II
Memory Stick
1998 Sony (128 MB)
Dnes 32 GB
Nahrazována SD
XD-Picture Card
2002 Olympus a Fujifilm
Pro digitální fotoaparáty
V porovnání s předchozími je rychlejší a má malou spotřebu energie
IS2-2014-06
Paměťové karty III
Secure Digital (SD)
Výhody:
Nízká a klesající pořizovací cena
Miniaturní poruchovost
Miniaturní provedení
Dobrá přenosová rychlost
Velké rozšíření
Univerzálnost
Nevýhody
Kompatibilita se staršími zařízeními IS2-2014-06
USB flash paměť
2000 - IBM USB Memory Key (8 MB)
standardní kapacita do 512 GB
okolo 35 MB/s
Výhody
Vyšší fyzická odolnost
Nemá pohyblivé části
Kompatibilní rozměry
Velká kapacita
Snadná připojitelnost přes USB
Nevýhoda Flash-disků: omezený počet zápisů (statisíce) IS2-2014-06
