7.7. Зовнішня пам'ять

Зовнішня пам'ять комп'ютера є дисковими накопичувачами інформації - вбудований накопичувач на жорсткому диску (вінчестер) і накопичувач на змінних гнучких дисках (дискетах). В обох випадках магнітні диски бережуть інформацію у вигляді намагнічених концентричних доріжок (циліндрів) на магнітному покритті, розбитих на сектори. Диск в накопичувачі постійно обертається, а запис і читання інформації проводяться переміщуваними уздовж радіусу диска магнітними головками. Завдяки постійному прогресу технології виробництва накопичувачів, розвитку технології магнітних покриттів і магнітних головок, ємність вінчестерів підвищилася до декількох десятків гігабайт, а ємність дискет - до сотень мегабайт (правда, стандартним поки вважається об'єм дискети 1,44 Мбайт).
Докладний опис роботи дисководів і принципів зберігання інформації на магнітних дисках зажадав би дуже багато місця, до того ж воно не має прямого відношення до теми даної книги, тому ми тут приведемо тільки деякі особливості організації обміну інформацією.
Важливий параметр будь-якого дисковода - ця його швидкодія, яка визначається, з одного боку, досяжною швидкістю запису/читання інформації, а з іншою - часом позиціонування (тобто установка в потрібне положення) магнітної головки дисковода. Важлива і швидкодія інтерфейсу, що здійснює зв'язок комп'ютера з накопичувачем, а також вживані способи організації обміну інформацією.
В даний час найбільш поширено два стандартні інтерфейси для вінчестерів:

Порівняння цих двох інтерфейсів (SCSI і IDE) показує, що в розрахованих на одного користувача автономних системах набагато ефективно застосовувати IDE, а в розрахованих на багато користувачів і багатозадачних системах вигідніше стає SCSI. Варто також відзначити, що установка SCSI складніше і дорожче, ніж IDE. Крім того, при використовуванні вінчестера з інтерфейсом SCSI як мережний диск можуть виникнути проблеми. Перевагою SCSI є більша кількість максимально підключених дисководів і можливість одночасного виконання ними команд, що подаються. А що стосується швидкості обміну, то вона в основному визначається не пропускною спроможністю інтерфейсу, а іншими параметрами, зокрема швидкістю системної шини, що використовується. Тому точно сказати, дисковод з яким інтерфейсом працюватиме швидше, в загальному випадку неможливо. До того ж у разі IDE реальна швидкість дуже сильно залежить від рішень схемотехнік, використаних виготівником дисководів.
Для прискорення обміну з дисками широко застосовується кешування, принцип якого близький до принципу кешування оперативної пам'яті. Так само кешування диска дозволяє за рахунок використовування більш швидкої електронної пам'яті, ніж дискова пам'ять, істотно збільшити середню швидкість обміну з диском. Тут принципово важливо декілька моментів:

Все це призводить до того, що виявляється набагато вигідніше містити в оперативній пам'яті (дискової кеш-пам'яті) копію частини диска і звертатися на диск тільки в тому випадку, якщо потрібної інформації немає в кеш-пам'яті. Для обміну з кеш-пам'яттю, як і у разі оперативної пам'яті, використовуються методи Write Through (WT) і Write Back (WB). Оскільки вінчестер - це блоково-орієнтований пристрій (розмір блоку рівний 512 байт), то дані передаються в кеш блоками. При заповненні кеш-пам'яті в неї переписуються не тільки необхідні в даний момент блоки, але і наступні за ними (метод «читання вперед», Read Ahead), подальше звернення до яких найбільш вірогідне. Особливо ефективне кешування при оптимізації жорсткого диска (його дефрагментації), коли кожний файл розташований в групі секторів, наступних один за одним. Як і у разі кешування пам'яті, при кешуванні диска використовується механізм LRU, що дозволяє обновляти ті блоки, до яких довше за все не було обігу. Кеш-пам'ять диска звичайно розташовується на плати спеціального кеш-контролера дисковода, і її об'єм може досягати 16 Мбайт.
Для сполучення з комп'ютером дисковода для гнучких дисків (флоппи-дисків, дискет) традиційно застосовується спеціальний інтерфейс SA-400, розроблений на початку 70-х років. контролер приєднується до дисковода 34-дротяним кабелем, причому до одного контролера звичайно приєднується до двох дисководів (теоретично їх може бути чотири). На кожному накопичувачі, як правило, є чотири перемички DS0-DS3 (Drive Select) для вибору номера даного дисковода. Дані по інтерфейсу передаються в послідовному коді в обох напрямах (по різних дротах). Швидкість передачі даних для дискет місткістю 1,44 Мбайт складає 500 Кбіт/с. Як і контролер жорстких дисків, контролер гнучких дисків в сучасних комп'ютерах встановлений на системній плати (для старих моделей комп'ютерів випускалася спеціальна платня розширення).
В нових комп'ютерах став стандартним дисковод на оптичних компакт-дисках (CD-ROM). На цих дисках інформація зберігається у вигляді зон з різними ступенями віддзеркалення світла від поверхні диска. Замість безлічі концентричних доріжок на поверхні диска (як у магнітного диска, вінчестера), у разі компакт-диска застосовується всього одна спіральна доріжка. Для читання інформації застосовується мініатюрний лазер. Диски мають діаметр 5 дюймів і стандартний об'єм 780 Мбайт. Швидкість обміну інформацією з компакт-дисками зараз складає від 2,4 Мбайт/с (для дисководів із швидкістю 16х) до 3,6 Мбайт/с (для дисководів із швидкістю 52х). Використовуються інтерфейси IDE і SCSI. На компакт-диск записуються не тільки дані, але і звук, а також зображення. Існують компакт-диски з можливістю однократного запису або навіть багатократного перезапису інформації з комп'ютера. Можливо, дисководи, що підтримують такі диски, незабаром увійдуть до стандартної комплектації персонального комп'ютера. Правда, швидкість запису інформації на компакт-диски звичайно істотно нижче за швидкість читання інформації.

попередня тема наступна тема