Informatika 2 – 05 Technické prostředky počítačové techniky
Externí paměti – 1 Feromagnetické
IS2-4
1
Informační systémy 2
Dnešní info: Simulace kyberútoku
Novinky Internetu 2
Projekt Fénix
Informační systémy 2
Jsme možná schopni odblokovat iPhone i bez Applu, oznámila FBI Na naše soukromí nemají právo, obul se šéf Applu do FBI kvůli zabijákovu iPhonu 3
Digitální garáž od Google
Twitter 10 let Novinky sociálních sítí
Technické prostředky počítačové techniky Počítač - stroj, který podle předem připravených instrukcí zpracovává data Základní části: – centrální procesorová jednotka (schopná řídit se posloupností instrukcí a ovládat další části počítače) – zařízení pro ukládání dat (paměť) – zařízení pro vstup dat (např. klávesnice, myš, …) a výstup dat (např. monitor, tiskárna, …)
Vstupy
Paměť
Procesor
Výstupy
Sběrnice
ALU
ŘADIČ 17.5.2016
IS2-15-04
John von Neumann koncepce počítače 4
+
Technické prostředky počítačové techniky
Vstupy
řídící sběrnice
Paměť
Mikroprocesor
Výstupy
datová sběrnice adresní sběrnice
17.5.2016
5
+
Externí velkokapacitní paměti Obsah:
• Dělení pamětí • Magnetická média – diskety, disky, pásky • Optická média – princip záznamu, CD, DVD • Holografické disky • Paměti flash
IN2-1
6
Děrné štítky ◦ Karton + díry
Děrná páska ◦ Více „štítků“ za sebou
Záznamová média
• • •
Růst datových potřeb Pojem „velkokapacitní“ se mění v čase Dříve několik MB, dnes stovky GB až desítky TB
17.5.2016 8
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
•
1994 – vyrobeno CD-R
•
1996 – první DVD
•
1998 – technologie SuperDLT magn. pásek
•
.....
17.5.2016 9
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 17.5.2016 11
Záznamová média
Dělení záznamových médií • magnetická • optická • ostatní
Hard disk Disketa Pásky
CD DVD Blue Ray Disc Holografický disk ZIP MO média Flash memory 17.5.2016 12
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)
17.5.2016 13
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“ 17.5.2016
ROZDÍL: • identifikátor stopy • identifikátor sektoru
záznam na 1 stopu 1 sektor: • 571 B neformátovaných dat • 512 B formátovaných dat 16
+
Způsob záznamu Disky cylindr
hlavička vystavování hlaviček: – krokový motorek – vystavovací cívka (lineární motor) • • •
17.5.2016
formátování: – BOOT RECORD – FAT – ROOT DIRECTORY
access time: doba vystavení + doba čekání prokládání (interleave) zone bit recording (ZBR) 17
+
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 17.5.2016
NTFS (New Technology File System) - náhrada FAT - VFAT 18
+
Způsob záznamu NTFS je upřednostňovaný systém souborů pro Windows 7 + (tj. i W10) • 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 Systém FAT32 • používal se v některých dřívějších verzích systému Windows a v současné době se používá u většiny jednotek USB Flash • má omezení velikosti (v oddílu FAT32 nemůžete vytvořit větší oddíl než 32 GB a uložit jeden soubor větší než 4 GB).
17.5.2016
19
+
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 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: • RAID 0 (spojení disků do jednoho logického celku), • RAID 1 (zrcadlení – mirroring), • RAID 6 (používá dva paritní disky, přičemž na každém z nich je parita vypočtena jiným způsobem)
17.5.2016
21
Trendy v oblasti záznamových médií Pevné disky:
• • • •
17.5.2016
zvyšování kapacity snižování přístupové doby zvyšování rychlosti otáček zvyšování spolehlivosti
22
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
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 • • • •
17.5.2016
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
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
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 17.5.2016
27
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 : • synchronizační hlavičkou • hlavičkou s adresou sektoru • jádrem sektoru tvořeným datovou částí • 288 B dlouhá část pro opravný kód EDC/ECC Synchronizace 12 B
17.5.2016
Adresa sektoru 4B
Datová část 2048 B ( 2 kB )
Opravný kód ECC/EDC 288 B
28
Technické prostředky počítačové techniky ORGANIZACE DAT ( na CD ROM )
Nejčastěji UDF - Universal Disc Format • •
•
17.5.2016
Úvodní stopa média (synchronizační a identifikační) obsahuje informace o tom, o jaký typ média se jedná. Za touto oblastí se nachází tzv. systémová oblast, která je tvořená daty popisujícími strukturu média a také tabulkou obsahu svazku. Tabulka obsahu svazku je tvořená ukazateli na jednotlivé datové položky uložené na médiu (soubory, adresáře)
29
Optická média DVD (Digital Versatile Disc)
• • • •
17.5.2016
podobná technologie jako u CD vlnová délka laseru 640 nm předlisovaná drážka u zapisovatelných disků mohou být dvouvrstvá a oboustranná
30
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
17.5.2016
31
Trendy v oblasti záznamových médií Blue Ray Disc •
přepisovatelný disk
•
zhuštění záznamu
•
dvě vrstvy
•
laser s kratší vlnovou délkou
•
27 GB na jedné straně, 54 GB dvouvrstvá média • typy BD: BD-ROM, BD-R, BD-RW, BD-RE
•
36 MB/s
•
nahrávání HDTV
17.5.2016
32
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
Slepá cesta HD-DVD (AOD = Advanced Optical Disc)
• •
•
17.5.2016
modrý laser 405 nm kapacita: 20 GB jednovrstvá, 32 GB dvouvrstvá přepisovatelná média vzhledem k rozhodnutí hollywoodských producentů řešení neúspěšné
34
Paměťová média - externí
Archival Disc s kapacitou 300 GB až 1 TB
Zálohování a archivace dat pro profesionály
vyvinut Sony a Panasonic
odolnost vůči prachu i vodě či teplotním změnám
Disk je oboustranný, na každé straně 3 vrstvy pro zápis dat
každá strana nabídne tři vrstvy pro zápis
První generace formátu Archival Disc s kapacitou 300 GB
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
17.5.2016
37
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
17.5.2016
38
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.
17.5.2016
39
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 40
Technické prostředky počítačové techniky Flash Memory •
Paměť je vnitřně organizována po blocích a na rozdíl od pamětí typu EEPROM, lze programovat každý blok samostatně (obsah ostatních bloků je zachován).
•
1994 – Compact Flash
•
„pevný disk“ pro PDA, fotoaparáty
•
spousta formátů
•
standardní kapacita - do 64 GB
• •
příznivá cena karet i čteček Nebezpečí Flash-disků: omezený počet zápisů (statisíce)
Výhody Vyšší
fyzická odolnost Nemá pohyblivé části Kompatibilní rozměry Velká kapacita Snadná připojitelnost přes USB 17.5.2016
41
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
11
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 12
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 13
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
1978 Texas Memory Systems (16 kB)
Dnes 512 GB, rychlost čtení 800 MB/s