Háttértárak, tömegtárolók

A háttértárolók felépítése:

A számítógépek megjelenése óta számtalan háttértár gyanánt alkalmas eszközt fejlesztettek ki. Minde­gyikük célja olyan tárolási forma megvalósítása, melynek mérete jelentösen meghaladja az operatív tár méretét, és nem felejti el tartalmá 838e42i t a tápfeszültség kikapcsolásakor. Némelyek, mint a mágnesdob, vagy a buborékmemória már elfoglalták jól megérdemelt helyüket a müszaki múzeumok polcain, mások, mint a holografikus, vagy biológiai elven müködö tárolók még nem hagyhatták el szülöszobájukat, a kísérleti laboratóriumokat.

A jelenleg alkalmazott háttértárak közül kiemelkedöen a legjelentösebbek a mágneslemezes tárolók, de bizonyos feladatkörökben még tartják magukat a mágnesszalagok, és feltörekvöben vannak az optikai elven müködö háttértárak. A továbbiakban ezekkel a típusokkal foglalkozunk

Mágneslemez

Optikai lemez

Magnesszalag

Buborék memóriák                                               Holografikus Tárolók

Mágnesdob                                                           Biológiai memóriák

Múlt Jövö

Mágnesszalagok

A mágneses háttértárolók legelsö formája a mágnesszalag volt. Adattároló képességük a lemezes tároló­két jóval meghaladja, 2-16GB (adattömörítés esetén még több), nem is beszélve arról, hogy mágnessza­lagok esetén a lejátszó/felvevö eszköz ugyan drága, de az adathordozó ára töredéke a hasonló kapacitású merevlemezek árának. Felépítéséböl adódóan soros hozzáférésü, tehát mielött beolvashatnánk a kívánt adatokat, végig kell haladni az azt megelözök felett, így egy-egy adatcsoport elérési ideje akár percek­ben is mérhetö (nem is beszélve a szalagcsere idejéröl). A soros elérés további hátránya, hogy bármilyen adatmódosítás esetén a teljes állományt újra kell rögzíteni. Ha azonban a megfelelö szalag már a megfelelö helyre ért, az adatátviteli sebesség már semmiben sem marad el a lemezeknél tapasztalhatótól (2-10 MB/s). A mágnesszalagok feladata felépítésükböl adódik: hatalmas mennyiségü, összefüggö ada­tok tárolása.

 Nagy mennyiségü. összefüggö adat

- Archiválás, adatmentés

- Nagy tömegü adat átvitele

- Sok adat átmeneti tárolása

 Képviselöi

- sztrímer

- DAT (Digital Audio Tape)

A mágnesszalagok alkalmazási köre nem sokat változott az elmúlt évtizedekben, bár a személyi számí­tógépek második generációjának, a mágneslemezeket alkalmazó IBM PC-k és hasonmásaik elterjedésé­vel kissé háttérbe szorultak. A kisebb, néhány 100 Mb kapacitású, kevésbé megbízható sztrímerek a személyi számítógépek archiváló eszközei, a digitális hangrögzítés eszközei közül átvett DAT (Digital Audio Tape) a hálózatok és munkaállomások nagy biztonságú háttértára.

Mágnesszalagos egységeket alkalmazunk ma is

l.   Archív tárolóként olyan adatok, programok tárolására, melyekre ritkán van szükség. Az archív tárolás egy esetére az adatmentés (backup) céljaira is ideális megoldás. Például egy hálózat állapotát minden este elmenthetjük egy szalagra, majd másnap egy másikra, és a két szalagot felváltva használjuk, ak­kor minimális költséggel igen nagy adatbiztonságot érhetünk el.

Adatok átvitele számítógépek között, ha tekintélyes mennyiségröl van szó, még manapság, a hálóza­tok korában is mágnesszalagok segítségével a leggyorsabb. Például az Interneten elfogadhatónak számító 10 kB/s átviteli sebesség mellett egy 20 GB-os adatmennyiség átvitele csaknem egy hónapig tartana, míg egy repülö a szalagokkal a világ legtávolibb pontjáról is egy nap alatt célba ér.

Nagy adatmennyiség átmeneti tárolása. Bonyolult rendszerek szimulációja, gyakran igényli a közbülsö állapotok tárolását, ezek nemritkán igényelnek gigabájtos kapacitást. A rengeteg adatra mindig csak együtt, egyszerre van szükség, ezért a szalagos tároló ideális erre a célra.

A mágnesszalagok felépítése:

A mágnesszalagokra történö adatrögzítés a szalag szélessége mentén sávokban, 9 bites keretekben (frame) történik. A keret 8 bitje adattárolásra, 1 bitje paritás ellenörzésre szolgál. A szalag egy centimé­terére néhány tízezer keretjut. A keretek rekordokba szervezettek, a rekordok hossza nem rögzített, az adott alkalmazástól függ. A rekordok között kis szünet következik (inter-record gap), ami lehetöséget az éppen gyorskeresést folyató eszköznek, hogy felkészülve az adtarögzítésre, lelassítson. A rekordok fáj­lokat alkotnak, a fájlokat nagyobb szünet (inter-file gap) választja el egymástól.A szalagos egységek ál­talában oda- vissza,tehát mindkét irányban tudnak olvasni és írni.

Mágneslemezek

A mágneslemezek (winchester,Hard Disk Drive - HDD) a leggyakrabban alkalmazott, leguniverzálisab­ban használható háttértároló eszközök. Segítségükkel nagy adatátviteli sebesség (2-l0Mbit/s) érhetö el, igen nagy kapacitásúak (1-20GB) és viszonylag olcsók.Közös tulajdonságuk hogy mágnesezhetö ré­teg­gel borított, 1,5-5,25 hüvelyk átméröjü korongokból állnak.A lemez gyorsan forog (601/s),a koncent­ri­kus körök,a sávok (track) mentén tárolt adatokat sugárirányban mozgatható olvasó/irófejek olvas­sák, illetve rögzítik.Legtöbbször egy tengelyen több lemez is található (winchester),ilyenkor a kö­zös, fésü­sze­rü mechanikával mozgatott fejek száma mindig kétszerese a lemezek számának. Az egymás alatt elhe­lyezkedö sávokat együttesen cilindernek nevezzük.A lemezeket teljesen zárt doboz védi a leg­apróbb szen­­nyezödésektöl is.A fejek a lemezfelület fölött mikronnyi távolságra légpárnán úsznak.

A winchester felépítése:

A sávokon kívül egy-egy lemezoldal,mint egy torta szeletei,szektorokra oszlik.A sávok és szektorok met­széspontjainál kialakuló ívekben,a blokkok jelentik a legkisebb átvihetö adatmennyiséget. A blokkok nemcsak adatokat tartalmazhatnak,hanem sorszámot,vagy ellenörzö összeget is, esetleg jelezhetik az operációs rendszer számára az adott blokk hibás voltát. A szektorok és blokkok elökészítése, ellenörzése szoftver úton, a formázás során történik.

A lemezoldalak felosztása:

A lemezek logikailag gyakran több, egymástól független kötetböl (partíció, volume) állnak. A kötetekre vonatkozó speciális információt, a kezdö sáv címét és a méretét a lemezcsoportok elsö sávja, azaz az el­sö lemez legkülsö sávja, a particiós tábla tartalmazza. A partíciós táblában található meg az az infor­má­ció is, hogy melyik kötet az aktív, azaz melyik tartalmazza az éppen betölteni kívánt operációs rend­szert.

A blokkok tipikus mérete 0,5-64 kB. Egy blokk tartalmának átviteléhez szükséges idöt három tényezö befolyásolja:

Fejmozgási idö (seek time), az az idö, amíg a fej eléri a kívánt blokkot tartalmazó sávot. Értéke a 10 ms nagyságrendjébe esik.

Elfordulási idö (latency time) a kiválasztott blokkot tartalmazó szektor fej alá kerülésének ideje, mely legrosszabb esetben egy körülfordulási idö, átlagosan szintén kb. I 0 ms.

Adatátviteli sebesség (transfer time) a blokk adatainak továbbításához szükséges idö. 60/s-es for­dulatszámmal, 63 szektorral számolva az az idö, míg a fej egy blokk fölött tartózkodik, kb. 0,25ms. Ha a blokkméret 512 byte, a szükséges átviteli sebesség kb. 2 MB/s.

A blokkok címzéséhez tehát három adatra van szükség. Meg kell adni a a lemezoldal,a sáv és a szektor sorszámát. A lemezek a leggyakrabbancímzett perifériák, kezelésükhöz - különösen a felhasználói fo­lyamatok szintjén - nem igazán kellemes, ha mindig három adatot kell megadni. Az operációs rendsze­rek azonban nem hiába alakultak ki, átveszik ezt a kellemetlen feladatot.

 A winchesterek jellemzöi:

- Kapacitás:1-10 GB

- Elérési idö:10 ms

-Adatátviteli sebesség: 2-10 MB/s

 Wincheszterek alkalmazása

- Virtuális memória

- Programok tárolása

- Adatok tárolása

A winchesterekhez lényegében teljesen hasonlóan müködnek a hajlékony lemezes floppy lemezek, illetve a merev, de cserélhetö lemezes tárolók.A leglényegesebb különbség,hogy a kevésbé,vagy egyáltalán nem védett felület miatt az adatbiztonság,és adatátviteli sebesség egyaránt jelentösen romlik.Ezeket az áldozatokat pótolja a hordozhatóság.

Optikai tárolók

Az adattárolás alapvetöen más formáját valósítják meg az optikai lemezek.A 8vagy 12cm átméröjü müanyag korongokon 650-1300MB, söt a legfrissebb technológia a DVD (Digital Versatile Disk) al­kalmazásával 17GB adat is tárolható.Általában csak olvashatóak (CD-ROM),de léteznek egyszer,vagy többször írható változatok is.Az elérési idö, illetve adatátviteli sebesség kezdetben megegyezett a hang­rögzítésben alkalmazott értékekkel (lx,egyszeres sebességü CD), azaz nem sokkal volt különb a hajlé­kony mágneslemezeknél mérhetö 300ms,illetve 600kB/s értékeknél.A többszörös (2x-32x) sebességü CD-k paraméterei arányosan jobbak elödeinél.

Az optikai lemezek alkalmazásának legnagyobb elönye, hogy nagy tömegben való gyártásuk nagyon ol­csó, ezért kiválóan alkalmasak lexikonok, könyvek, nagyméretü programok kereskedelmi forgalmazá­sára. Kis méretük és megbízhatóságuk alkalmassá teszik öket archiválási célokra.

 Alkalmazása

- Archiválás

- Program kereskedelem

- Nagy adatbázisok, lexikonok

 Technikai jellemzöi

- Kapacitás: 650M8-14G8

- Elérési idö: 300 ms-tól

- Adatátviteli sebesség:150 kB/s-tól

Az optikai lemezek jellemzöi

A hangtechnikából átvett CD (Compact Disk) felületén az egyes biteket (a hagyományos hanglemezhez hasonlóan) spirális vonalban elhelyezkedö, 0,5 mikrométer átméröjü kiemelkedések (pit) és a köztük lévö sík területek (land) reprezentálják. A bitek a mágneslemezektöl eltéröen, ahol a belsö sávokban az adatsürüség növekedett, itt egyenletes távolságokra, 1,6 mikrom-re követik egymást. Az egyenletes adatátviteli sebesség elérése érdekében ezért az optikai lemezek fordulatszáma függ az olvasó fej aktuá­lis helyzetétöl (5-10 1/s, illetve ennek többszörösei).

Az olvasás elve az, hogy a lemezt letapogató infravörös lézersugár a felületröl visszaverödve különbözö idöben (fázisban) érkezik vissza az érzékelöhöz, attól függöen, hogy kiemelkedés, vagy térköz haladt el alatta.

Az optikai lemezek olvasása

Az írható lemezek kiolvasása hasonlóképpen történik,azonban az írás más fizikai elveken alapul. Ez utóbbi esetben lézerrel felmelegített speciális anyag mágnesezettségét változtatják meg, és az ezzel sze­rencsésen együtt járó törésmutató csökkenés (terjedési sebességnövekedés) jelentkezik úgy az olvasó számára,mintha a fény rövidebbutat tett volna meg.

Álljon itt végül egy táblázat,mely a háttértárolók alapvetö tulajdonságait veti össze egymással,illetve a RAM-mal.A táblázat természetesen sántít, nem veszi figyelembe az eszközök speciális felépíté­sé­böl,müködéséböl fakadó elönyöket (például a CD bírja a röntgensugarat,míg a többi nem...)

A háttértárolók összehasonlítása: