Záznamová média
Informační systémy 2
Záznamová média • • •
Růst datových potřeb Pojem „velkokapacitní“ se mění v čase Dříve několik MB, dnes stovky GB až TB
30.4.2015 IS2-2015-06
1
Děrné štítky ◦ Karton + díry
Děrná páska ◦ Více štítků za sebou
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
•
.....
30.4.2015 IS2-2015-06
3
Počátky výpočetní techniky (50. léta 20. st.) Rotující buben z nemagnetického materiálu s nanesenou feromagnetickou vrstvou řada čtecích a zápisových elektromagnetických hlav Počet hlav = délka slova procesoru Četlo se a zapisovalo celé slovo
Každá kombinace otvorů odpovídala jedné adrese paměti
Průměrná přístupová doba rovna polovině otáčky bubnu
Záznamová média Pevný disk • 1956 – IBM RAMAC 305
• 50 kotoučů • kapacita 5 MB 30.4.2015 IS2-2015-06
5
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 30.4.2015 IS2-2015-06
6
Záznamová média
Dělení záznamových médií • magnetická • optická • ostatní
Hard disk Disketa Pásky
CD DVD Blue Ray Disc Holografický disk ZIP MO média Flash memory 30.4.2015 IS2-2015-06
7
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)
30.4.2015 IS2-2015-06
8
Přelom 60. a 70. let
plast o síle 120 mikrometrů
◦ Nanesen magnetický materiál 12 – 17 mikrometrů ◦ Celé pokryto ochranou nemagnetickou vrstvou 10 – 12 mikrometrů Čtení a zápis pomocí čtecích a zapisovacích hlav Rychlost čtení 20 000 znaků za 1s (30x – 40x rychlejší než děrný štítky) Použití až 20 000x Délka není normována Zápis dat do stop, poslední stopa synchronizace dat 10 bitů na 1 mm 35,6 x 83 mm = 21 700 znaků 406 x 114 mm = 116 400 znaků
Způsob záznamu Disketa/disk
– formátování: • BOOT RECORD • FAT • ROOT DIRECTORY
sektor
stopa cylindr (všechny stopy nad sebou
možnost „vlastního formátování“ 30.4.2015
ROZDÍL: • identifikátor stopy • identifikátor sektoru
záznam na 1 stopu 1 sektor: • 571 B neformátovaných dat • 512 B formátovaných dat 11
Způsob záznamu Disky cylindr
hlavička vystavování hlaviček: – krokový motorek – vystavovací cívka (lineární motor) • • •
30.4.2015
formátování: – BOOT RECORD – FAT – ROOT DIRECTORY
access time: doba vystavení + doba čekání prokládání (interleave) zone bit recording (ZBR) 12
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 30.4.2015
NTFS (New Technology File System) -náhrada FAT -VFAT 13
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.
30.4.2015
14
+
Magnetická média Pevné disky
Vzdálenost hlav od povrchu plotny
30.4.2015
15
První diskety v roce 1967
1971 - 8" (203,2 mm) 1976 - 5,25" (133,3 mm) 1984 - 3,5" (88,9 mm)
Disketa se skládá z plastového obalu a vnitřního nosiče s magnetickou vrstvou.
Data jsou na diskety ukládána do tzv. sektorů o velikosti např. 512 bytů které tvoří kruhové stopy. V případě fyzické poruchy sektoru je možno v alokační tabulce označit sektor jako vadný
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:
• • • • • •
30.4.2015
RAID 0 (prokládání – stripping), RAID 1 (zrcadlení – mirroring), RAID 5 (používá dva paritní disky, přičemž na každém z nich je parita vypočtena jiným způsobem)
17
Použity poprvé roku 1926 pro záznam zvuku pevné medium sestávající z magnetické vrstvy nanesené na plastové pásce. Patří sem prakticky všechny běžně používané audio a videokazety a zálohovací pásky v mainframech. První magnetický pásek byl 6,5 mm široký a navíjel se na cívku. ◦ Střih, úprava…
po válce rozvoj audio, video a různé další formáty pásek Nahrávaní videa vynález šroubovicového snímání (rotační hlava). Nejdříve kotoučové, později kazetové pásky Oracle 5TB
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 30.4.2015
19
Vyrobeny ze silně magnetických materiálů. Nejspolehlivější zálohovací média (100 let). kapacity jsou 1,3 GB, 2,6 GB, 5,2 GB a 9,1 GB V čtecí a zápisové hlavě malá cívka vytvářející slabé magnetické pole. lokální zmagnetování vrstvy se provede jen v těch místech, která jsou laserem ohřátá na Curieho bod. Čtení odrazivost zmagnetovaných a nezmagnetovaných míst na povrchu disku se liší. Zápis dat na magnetooptický disk pomocí zapisovací hlavy a laserového paprsku
Optická média • • • •
30.4.2015
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
21
Technické prostředky počítačové techniky Compact Disc Disk
Způsob záznamu: • • • •
původně pro záznam zvuku z polykarbonátu průměr 12 cm tloušťka 1,2 mm • •
•
zápis do spirály, laser 780 nm metoda CLV (Constant Linear Velocity) pity (díry) vs. landy (stupně)
Pit
Pole
Čočky
Čočky
Polopropustné zrcadlo Fotodioda Laser
spirálová stopa standard - Yellow book standard přenosové rychlosti: 150 kB/s 30.4.2015
22
Technické prostředky počítačové techniky ORGANIZACE DAT ( na CD ROM ) • •
Pole a prohlubně na discích nepředstavují nuly ani jedničky, ale jednička je vyvolána změnou odraženého laserového paprsku stav, kdy nedojde ke žádná změně, reprezentuje nulu
Datový sektor se skládá z 2 352 B tvořených : • • • •
30.4.2015
synchronizační hlavičkou hlavičkou s adresou sektoru jádrem sektoru tvořeným datovou částí 288 B dlouhá část pro opravný kód EDC/ECC
23
Optická média DVD (Digital Versatile Disc)
• • • •
30.4.2015
podobná technologie jako u CD vlnová délka laseru 640 nm předlisovaná drážka u zapisovatelných disků mohou být dvouvrstvá a oboustranná
24
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
30.4.2015
25
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
Trendy v oblasti záznamových médií Blue Ray Disc •
přepisovatelný disk
•
zhuštění záznamu
•
dvě vrstvy
•
laser s kratší vlnovou délkou
•
36 MB/s
•
nahrávání HDTV
30.4.2015
27
Slepá cesta HD-DVD (AOD = Advanced Optical Disc)
• •
•
30.4.2015
modrý laser 405 nm kapacita: 20 GB jednovrstvá, 32 GB dvouvrstvá přepisovatelná média vzhledem k rozhodnutí hollywoodských producentů řešení neúspěšné
28
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.
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
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
30.4.2015
31
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
30.4.2015
32
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.
30.4.2015
33
SSD – Solid-State Drive
Pevný disk bez pohyblivých částí
Výhody:
Tichý chod
Nezahřívá se příliš
Nízká spotřeba energie
Malé rozměry
Vysoká přenosová rychlost
1978 Texas Memory Systems (16 kB)
Dnes 512 GB, rychlost čtení 800 MB/s
Nevýhody:
Omezený počet přepsání jedné buňky 35
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
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
Paměťové karty III
Secure Digital (SD)
Výhody:
Nízká a klesající pořizovací cena
Minimální poruchovost
Miniaturní provedení
Dobrá přenosová rychlost
Velké rozšíření
Univerzálnost
Nevýhody
Kompatibilita se staršími zařízeními
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)
