A számítógép felépítése - Háttértárolók

Átírás

1 1. oldal HÁTTÉRTÁROLÓK A számítógép processzora a fő tárolóból, a memóriából hívja le a program utasításait, melyek aztán szintén a fő tárolóba betöltött adatokkal végeznek műveleteket. Ideális volna, ha az összes program és az összes adat állandóan a memóriában lehetne. Csakhogy a nagyméretű, több gigabájtos félvezetős memória nagyon költséges, a benne tárolt információ a gép kikapcsolásakor elveszik, géphiba esetén megsemmisülhet a tartalma. Szükség van tehát olyan tárolóeszközre, amelyből a kívánt programok és adatok a memóriába tölthetők, illetve amelyre a memória adatai kiírhatók, továbbá viszonylag olcsó, és a számítógép kikapcsolás után is megőrzi az adatait. Ezek a memórián kívüli tárolóeszközök a háttértárolók. 1. Mágneses elvű háttértárak Alapvetően két fő összetevőre bonthatók: az adathordozóra és az író-olvasó egységre. Gyártáskor a lemez vagy szalag alakú adathordozó felületére króm-dioxid alapú, vékony mágnesezhető réteget visznek fel. Adatfelírásakor az egység író-olvasó fejébe ami tulajdonképpen egy elektromágnes elektromos impulzusokat vezetnek. Ezek az elektromos jelek a bináris működésnek megfelelően az áram irányától függően kétfélék lehetnek. Az elektromos áram hatására a tekercs körül elektromágneses tér keletkezik. Az előtte elhaladó adathordozó egyes pontjai a mágneses tér aktuális irányának megfelelő mágneses tulajdonságot kapnak. A bináris információ tehát mágneses jelek formájában tárolódik. Az adatok olvasását ugyanaz a fej végzi. Ekkor a fej mint vasmagos tekercs előtt elhaladó felmágnesezett adathordozó hatására a tekercsben elektromos áram indukálódik. Tehát az adatfelírás során, az adathordozó egyes pontjaiban rögzített változó irányú mágneses jelek olvasáskor változó irányú elektromos impulzusokat indukálnak, így azok a számítógép megfelelő részegységéhez elvezethetők. Mágneslemezes háttértárak: Az adathordozó lapos korong (lemez) alakú, amely írás/olvasás közben forgó mozgást a lemezfelületekhez tartozó író-olvasó fejek pedig sugárirányú mozgást végeznek. A lemez mindkét oldala részt vesz a tárolásban, azonosításuk 0-1. sorszámmal történik, több lemez esetén tovább folytatva (merevlemez). Az oldalakon a jelrögzítés koncentrikus körök, azaz sávok (A) mentén történik. A sávok sűrűn egymás mellett helyezkednek el, megadva a jelrögzítés nyomvonalát. A sávsűrűséget tpi-ben fejezik ki, jelentése track per inch. A sávok azonosítása oldalanként kívülről befelé haladva 0-tól induló számozással történik. A sávok szektorokra vannak felosztva (C). A szektorok jelentik a legkisebb címezhető adategységet, méretük 512 byte. Azonosításuk szintén sorszámozással történik, sávonként újra kezdve. Nagyobb kapacitású lemezek (pl. merevlemez) esetén a tárolás egysége a több szektorból álló klaszter (D). A korábban rögzített adatelemek visszakeresése az oldal, a sáv és a szektor

2 2. oldal sorszámának megadásával közvetlenül elvégezhető, ezért elmondható hogy a lemezes tárolók direkt adatelérést valósítanak meg. a.) Hajlékonylemez (floppy): Adathordozója egy műanyag tokban elhelyezkedő rugalmas, műanyag korong. Jellemzői: - hordozhatóság, - kis (1,5 MB)tárolókapacitás, - alacsony (300 kb/s) adatátviteli sebesség. Hátrányos tulajdonságai miatt napjainkra teljesen kiszorult a használatból, helyét a flash-memóriából álló elektronikus tárolók (pl. pendrive) vették át. b.) Merevlemez (winchester, hard disk): Adathordozója mágnesezhető réteggel bevont könnyűfém korong, melyből többet is felfűznek egy közös tengelyre, ezzel növelve meg az adathordozó felületek számát. A lemezek átmérője asztali gépekben 3,5, hordozható számítógépekben 2,5. Minden lemezfelülethez tartozik egy-egy író-olvasó fej. Ezek szintén közös tengelyen helyezkednek el, és fésűszerűen benyúlnak a lemezek közé. A fejeket a lemezek gyors forgásának következtében kialakuló légpárna tartja néhány mikron távolságra a felületektől. Ezért fontos, hogy a merevlemezt ne érje ütés működés közben, mert akkor a fejek a lemezfelülethez érhetnek, ami a felület sérülését és ezáltal adatvesztést okozhat. A merevlemezek jellemzői: - nagy (250 GB 2 TB) tárolókapacitás, - magas (50-80 MB/s) adatátviteli sebesség, - nem hordozható (az adathordozó lemez és az író-olvasó egység nem különválasztható). A nagy tárolókapacitás a magas sávsűrűségnek és a több lemezfelületnek, a gyors adatátvitel pedig elsősorban a lemez nagy fordulatszámának köszönhető ( fordulat/perc). A hordozhatóságot a számítógéphez USB kábellel csatlakozó külső merevlemez házzal lehet megoldani. Logikai felépítés: Az új merevlemezt használatba vétel előtt elő kell készíteni az adatok fogadásara. Merevlemezek esetében ez először partícionálást jelent. Ekkor történik meg többek között a meghajtónév-hozzárendelés (pl.: C:). Itt adódik lehetőségünk arra, hogy nagy merevlemezünket logikai egységekre osszuk fel, több meghajtót létrehozva. Ha egészben hagyjuk a merevlemezünket, akkor a teljes terület elsődleges lesz. Több esetén az első 1. (C:) Elsődleges Partíciós tábla 2. (D:) 3. (E:) Kiterjesztett 4. (F:) rész az elsődleges, a fennmaradó rész a kiterjesztett. Ezen a fennmaradó részen hozhatunk létre logikai meghajtókat (ld. a mellékelt ábrát). A partícionálást követi a formázás. Itt is kialakul a sávok, szektorok rendszere. Az egyenlő sugarú, különböző felületekhez tartozó sávok együttesét cilindernek nevezzük, hiszen ezek egy hengerpalástot határoznak meg. Mivel az író/olvasó fejek együtt mozognak, ezért egy adott állásban egy teljes cilinder (több sáv) írására/olvasására alkalmasak. A merevlemezek másik jellegzetessége a nagyobb tárolási egységek, azaz a több szektort magukba foglaló klaszterek (cluster) használata. Ezek általában 4 KB méretűek, azaz 8 darab 512 bájtos szektort foglalhatnak magukba. Ebben az esetben egy 1 KB méretű fájl mentés után ténylegesen 4 KB helyet foglal el a merevlemezünkön, hiszen egy tárolási egységen belül nem lehetnek különböző fájlok ill. különböző fájlokhoz tartozó darabok. Mágnesszalagos háttértárak: A streamer-nek nevezett egység adathordozója mágnesezhető réteggel bevont műanyag szalag, melyet orsókra csévélnek fel, hasonlóan, mint a hang- ill. videokazetták esetében. Egy kazettán akár több száz GB-nyi adat tárolható. Felhasználási területe eltér az előbb tárgyalt lemezes egységekétől: általában a napi használatban lévő merevlemezről történő adatmentésre (archiválásra) használják. Segítségével megelőzhető a merevlemez esetleges meghibásodásából származó adatvesztés, ill. felszabadítható a már nem időszerű, de megőrzendő adatok által elfoglalt lemezterület (pl. könyvelési adatok).

3 3. oldal A streamer adatelérése nehézkes, mivel szekvenciális, azaz a videó- és audiókazettához hasonlóan a szalagot a leolvasandó fájlok helyéig kell csévélni. (Ellentétben a lemezes tárolókkal, ahol a tárolt adatok közvetlenül elérhetőek.) 2. Optikai elvű háttértárak A speciális felületű műanyag korongra, mint adathordozóra rögzített bináris jeleket az olvasó egység lézersugár segítségével, a fényvisszaverődés elvének felhasználásával olvassa le. CD-DA (Compact Disc Digital Audio) Az optikai tárolók első hírnöke, az audió-cd 1982-ben született a Philips és a Sony cég közös fejlesztéseként. A lemezeken főképp zene található igen jó hangminőséggel, melyet a 44 khz frekvenciájú, 16 bites mélységű mintavételezés biztosít. Ez azt jelenti, hogy a hangforrásjelből másodpercenként 44 ezer mintát vesznek, és minden mintát 16 bites bináris számmá alakítva tárolnak. Az audió-cd szabványos kapacitása 74 perc 33 másodperc. CD-ROM A CD lemez két évvel később számítástechnika területére is betört, azaz adattároló eszközként is használatossá vált. Mindez a következő előnyös tulajdonságoknak köszönhető: - nagyon nagy tárolási sűrűség (ui. a fény sokkal kisebb felületre fókuszálható, mint a mágneses mező); - évtizedekben mérhető élettartam (ui. használat közben nem éri számottevő fizikai hatás); - a kapacitásához mérten alacsony ár; - cserélhetőség, hordozhatóság. A CD-ROM elnevezés viszont eleve magában hordoz egy hátrányosnak tekinthető tulajdonságot, hiszen a ROM betűszó a csak olvasható jellegre utal (ld. a memóriáknál). Ezt a hátrányt némileg enyhítette az írható ill. az újraírható lemezek megjelenése (CD-R, CD-RW). A CD-ROM szabványos kapacitása 650 MB. A jelrögzítés és visszaolvasás elve mindkét említett típusnál hasonló: Az információt legyen az hang vagy adat hordozó biteket a lemezen lyukak (pit) és ép felületek (land) jelképezik. Ezt figyelhetjük meg a bal oldali ábrán, mely a lemez felületét mutatja erős nagyításban. A jobb oldali ábrából kiderül, hogy a pitek és a landok közti átmenetek 1-es értékű biteket szimbolizálnak, az átmenet nélküli egységes területek pedig 0 értékűeket. Az így felépülő jelfolyam a lemez belsejétől indul, és spirálisan tart a lemez külső széléig. Ha ezt a spirált képzeletben kiterítenénk, akkor egy több mint 5 km-es szalagot kapnánk A CD-DA és a CD-ROM lemezek sorozatgyártása az un. mesterlemez készítésével kezdődik, amikor is az előkészített adatok (a CD leendő tartalma) alapján nagy teljesítményű lézersugárral egy üveglemez felületében kialakítják a pitek és landok sokaságát. Ezt követően a mesterlemezről készítenek egy negatívot: ez lesz a nyomólemez, melyen a lyukak helyén apró dudorok, kiemelkedések vannak. Ezután indulhat a sokszorosítás: a nyomólemezt fröccsöntő gépbe helyezik, és polikarbonát lemezt készítenek róla. Ez lesz az adathordozó, amelyet aztán alumíniumból, ezüstből vagy aranyból készült tükröző bevonattal látnak el. Erre kerül a védő lakkréteg, majd felülről a címke. Az így készült CDlemezek felépítését mutatja a mellékelt ábra. Az elkészült lemezek tartalma nem módosítható, nem törölhető, csak olvasható. A leolvasást a számítógépbe épített CD-ROM meghajtó egység végzi (CD-DA lemezek esetén természetesen audió-cd lejátszó is). Olvasáskor egy kis intenzitású lézersugár tapogatja le a lemez felületét: különböző mennyiségű fény verődik vissza a pitekről ill. a landokról, így az átmenetek megadják az 1-es bitértékeket. A felületről visszavert fényt fotodióda alakítja át elektromos jellé. A CD-ROM meghajtók jellemző paramétere az olvasási sebesség. Ezt a készülékeken feltüntetett szorzószámmal adják meg. Az egyszeres sebességhez 150 kb/sec átviteli sebesség tartozik. Eszerint egy 40-szeres meghajtó elméletileg 40*150=6000 kb/sec 6 MB/sec-os adatátvitelre képes. Valójában az átlagos adatátviteli sebesség ennek felét sem éri el, az említett meghajtó azonban elsősorban rettenetes süvítésével mégis igyekszik többet mutatni magáról.

4 4. oldal CD-R (Compact Disc Recordable) A CD rohamos elterjedésével felmerült az igény arra, hogy a felhasználók összegyűlt adataikat saját kezűleg CD- lemezre tudják menteni. Válaszul Japánban 1988-ra kifejlesztették az egyszer írható CD- lemezt és a hozzá tartozó író egységet. Az adatok lemezre történő ő írásakor egy nagy intenzitású lézersugár égeti a hordozó rétegbe a lyukakat (pitek). A CD-lemez felépítése hasonló a már látottakhoz, a megírt lemez bármely hagyományos CD-meghajtóval olvasható. CD-RW (Compact Disc ReWritable) Ha a CD-R lemezre történő adatmentés valamilyen oknál fogva nem volt sikeres, akkor a felhasználó eldobhatta, és egy új lemezzel próbálkozhatott ismét. Ezt a pazarlást szüntetik meg az újraírható lemezek és a hozzájuk tartozó író egységek. Az újraírható lemezek felületén íráskor nem keletkeznek lyukak. A nagy intenzitású lézersugár kémiai változást idéz elő az adathordozó anyagában, amelynek következtében az adott pontoknak megváltozik a fényvisszaverő képessége. A lemez olvasása kis intenzitású lézersugárral történik. Ha a CD tartalmára már nincs szükség, akkor egy menetben törölhető egy közepes intenzitású lézersugár segítségével. DVD (Digital Versatile Disc = sokoldalú lú digitális lemez) A CD-ROM kifejlesztésekor sokan azt gondolták, hogy ekkora kapacitású eszközre nincs is szükség. A 650 MB-nyi kapacitás akkor lett igazán kevés, amikor megnőtt az érdeklődés dés a mozgófilmek otthoni számítógépes lejátszása iránt ben az alábbi követelményeket állították fel az új adathordozóval szemben: - egyetlen lemezre férjen el egy teljes film (135 perc); - a kép az átlagosnál jobb minőségű ő ű legyen (720x576 felbontás); - surround és egyéb jó minőségű hangrendszerekkel kompatíbilis legyen; - a lemezen 3-5 nyelvű szöveg kísérhesse a képet; - másolás ellen védett legyen; - több képméret arány közül lehessen választani; - a tartalom több változata legyen a lemezen; - legyen korláthoz köthető a film megtekintése. A DVD-lemez külsőre nagyon hasonlít a CD-lemezhez, azonban mint ahogy azt a mellékelt ábra mutatja a DVD-lemez felületén jóval nagyobb adatsűrűség űség érhető el, mint a CD-lemezén.. Az alapvető különbség mégis az, hogy a DVD-lemez mindig két lemez összeragasztásával asztásával készül, és akár mindkét réteg mindkét oldalán tárolhat adatokat. Mindegyik réteghez megfelelő fókuszálású lézersugár tartozik, amelyek a már megismerthez hasonló módon olvassák le az információt. Az alábbi táblázat ill. ábra a különböző ő DVD fajták jellemzőit mutatja: Jelölés DVD5 DVD9 DVD10 Használt oldalak/rétegek száma 1/1 1/2 2/1 Kapacitás 4,7 GB 8,5 GB 9,4 GB DVD17 2/2 17 GB Blue Ray Disc (kék lézersugárral olvasott lemez) A nagy képméretű LCD televíziók akkor adnak megfelelő képet, ha a felbontásuk is kellően magas. A nagy felbontású televíziók (HDTV=Hign Definition Television) lehetőségeinek kihasználásához azonban a megjelenítendő jelfolyamnak is több képpont-információt kell hordoznia. Ezt már nem lehet analóg jeltovábbítással megfelelő minőségben biztosítani. A digitális televíziózás szabványai: DVB-T: földi sugárzású (Digital Video Broadcasting Terrestrial) DVB-S: műholdas (~ Satellite) DVB-C: kábeles (~ Cable)

5 5. oldal A digitálisan átvitt TV-adás magas (akár 1920x1080) felbontású mozgóképet közvetít. Egy ilyen film optikai lemezre rögzítése körülbelül 5-ször több helyet igényel annál, mint amit a hagyományos DVD-lemez kínál, így ehhez BD lemezt kell használnunk. Az egy rétegű blueray lemez kapacitása 25 GB, a kétrétegű lemezé ennek kétszerese. Minél több adatot tárolunk a lemezen, annál kisebbek és annál közelebb helyezkednek el egymáshoz a bináris információt hordozó gödröcskék. Minél kisebb a gödröcske, annál pontosabbnak kell lennie a lézerolvasónak. A kék lézerfény hullámhossza kisebb, mint a vörösé, emiatt kisebb felületre koncentrálható (ld. az alábbi ábrát). 3. Elektronikus háttértárak Ezek a tárolók flash-memóriából épülnek fel, melynek jellemzői: - az adatok megőrzése áramellátást nem igényel; - az adatok felírása, törlése, módosítása, leolvasása áramellátást igényel; - kapacitásuk GB terjed; - az írási/olvasási ciklusok száma korlátozott (kb. 1 millió); - előállításuk viszonylag olcsó. Többféle szerepkörre készülnek: Pendrive: Önálló adathordozó, amely USB csatlakozóval rendelkezik. Ezen keresztül csatlakoztatható egy intelligens eszközhöz, amely leggyakrabban személyi számítógép, de lehet pl. SMART-TV, médialejátszó, stb. Az USB-porton keresztül kapja az íráshoz szükséges 5 V feszültséget, illetve ezen keresztül történik az adatok átvitele. Az USB 2.1 szabványú csatlakozó maximálisan 480 Mbps (60 MB/s) átviteli sebességre képes, az USB 3.0 pedig elődje tízszeresére. Memóriakártya: Elsősorban más eszközbe telefon, digitális fényképezőgép, digitális videókamera, médialejátszó építve használatos. Az adatok számítógépre való fel- és letöltése történhet a gazdaeszköz USB-portjára csatlakoztatott kábelen keresztül, vagy az eszközből kiemelve az erre a célra rendszeresített kártyaolvasó egységben. A kártyaolvasó lehet külső vagy számítógépbe (laptopba) épített, de mindenképpen USB-csatornára csatlakozik. Gyakoribb típusai a memóriákról szóló jegyzetben megtalálhatóak. SSD (Solid State Disk = szilárd-test meghajtó) A hagyományos merevlemezek alternatívájaként forgalomba került elektronikus tároló. A merevlemezhez hasonlóan általában a számítógép házba építik, és csatlakoztatása az alaplaphoz ugyancsak a merevlemezeknél megszokott SATA felületen történik. Előnye, hogy nem tartalmaz mozgó alkatrészt, ezért - gyorsabb az adatok felírása (170 MB/s) és leolvasása (250 MB/s); - kevésbé érzékeny a működés közbeni mozgatásra, ütésre; - kisebb a meghibásodás valószínűsége; - alacsony az energiafelhasználása (akkumulátorról működő laptop esetén fokozottan lényeges szempont); - zaj nélkül működik.