Háttértár (secondary memory)

Az előadások a következő témára: "Háttértár (secondary memory)"— Előadás másolata:

1 Háttértár (secondary memory)
Az IBM kompatibilis PC hardverismeretei – perifériák

2 IBM kompatibilis PC-k logikai felépítése
IBM kompatibilis PC-k logikai felépítése bemeneti egységek (input) kimeneti egységek (output) Alaplap Alaplap (motherboard, mainboard) processzor (CPU) operatív tár (operative memory) ... Perifériák (peripheral equipment) bemeneti egység (input) kimeneti egység (output) háttértár (secondary memory) hálózati kommunikációs eszközök ...

3 Háttértárak (secondary memory)
Háttértárak (secondary memory) adattároló egység, amely képes nagy mennyiségű felhasználói adatot (hosszú távon) tárolni függetlenül a számítógép működésétől.

4 A háttértárak csoportosítása
A háttértárak csoportosítása papíralapú háttértárak mágneses háttértárak optikai háttértárak magnetooptikai háttértárak elektronikus háttértárak

5 Háttértárak (secondary memory)
Háttértárak (secondary memory) papíralapú (lyukkártya, lyukszalag) mágneses elvű: mágnesdob mágnesszalag (streamer, ditto) mágneslemez hajlékonylemezes technológia flopi (hajlékonylemez) merevlemezes technológia winchester (merevlemez) optikai csak olvasható - ROM (CD-ROM, DVD-ROM) egyszer írható - WORM(CD-R, DVD-R, DVD+R) újraírható - WARM (CD-RW, DVD-RW, DVD+RW, DVD RAM) magnetooptikai tár elektronikus USB tár/PenDrive/USB Drive/USB key/Flash Drive memóriakártyák

6 Háttértárakról általánosan
Háttértárakról általánosan A papíralapúak már nem használatosak, de lyukasztás után már csak olvasni lehetett az adatot, a két állapot: a felület és a lyuk. A mágneses háttértárak írhatóak és olvashatóak, azaz az adatot le is tudjuk törölni. A mágnesezett felületen a mágnesezettség kétféle állapotának egyike jelenti az 1 bitnyi adatot. Tárolókapacitásuk, az adatok elérése (soros, direkt), az adathordozó ára eszközönként jelentősen eltérő. Az optikai háttértárak nagyon olcsó tárak a rájuk írt adatmennyiséghez képest. Az olvasást lézer fény segítségével oldják meg, ami a roncsolt és az ép lemezfelületről másként verődik vissza. Az egyik vagy másik állapot jelenti az 1 bitet. Törölhető változatuk is van, de ahhoz egy speciális meghajtó egység (író), valamint egy külön program is szükséges. A magnetooptikai tárak a mágneses és az optikai tárak előnyeit egyesítik, ennek köszönhetően a legbiztonságosabb adathordozó, az adatok ütődésre, karcolásra, hőmérséklet változásra, a kezünk hagyta szennyeződésre kevéssé érzékeny. Az ára viszonylag magas. elektronikus tár (PenDrive, memóriakártya): elektronikusan rögzíti az adatokat, megbízható, törölhető tár. Kezelése egyszerű, az újabb operációs rendszereknél nem szükséges külön program használatukhoz. Valószínű a flopi utódja lesz a viszonylag nagy tárkapacitása miatt.

7 Papír alapú háttértárak
Secondary Memory Based on Paper

8 Papír alapú háttértárak csoportosítása
lyukszalag (punched tape, paper tape) lyukkártya (punch card)

9 A papíralapú háttértárak jellemzői
Használatának kezdete 1725 Franciaország Falcon és Bouchon szövőszéke Használatának vége XX. század utolsó (két) évtizede Bináris jel 2 értéke papírlap <> lyukasztás Kezelőegység hatalmas olvasó és író (lyukasztó) berendezés Olvasás módja optikai úton Írás módja lyukasztással Kezelő program PC-nél nem volt Cserélhető adathordozó igen Újraírhatóság (törölhető) nem lehetséges Adatelérés szekvenciális Tárkapacitás 80 karakter/kártya (az ismert IMB kártyánál) lyukszalagnál a hosszúságtól függött

10 Magnetic Secondary Memory
Mágneses háttértár Magnetic Secondary Memory

11 Az ismertebb mágneses háttértárak
Az ismertebb mágneses háttértárak mágnesdob (magnetic drum) mágnesszalag (streamer) hajlékony mágneslemez (diskette, floppy disk) merev mágneslemez (hard disk)

12 A mágneses háttértárak jellemzői
A mágneses háttértárak jellemzői Használatának kezdete 1947. mágnesdob mágnesszalag - Remington cég (UNIVAC) merevlemez - IBM 305 RAMAC számítógéphez hajlékony lemez (8”) (ezután 1976-ban 5,25”) ,5”-os FDD - Sony OA-D3OV ,5”-os DD, HD jelű flopi Használatának vége merevlemez váltotta a mágnesdobot, a flopik egymást Bináris jel 2 értéke mágnesezhető felület fluxusváltása Meghajtóegység lemez forgatása + fejek mozgatása, illetve szalag továbbítása Olvasás módja olvasó fejjel, ami a fluxusváltást képes érzékelni Írás módja író fejjel, ami képes a fluxusváltásra Kezelő program PC esetén: BIOS + operációs rendszer + meghajtóprogram (múlt) Cserélhető adathordozó szalagnál és hajlékonylemeznél Újraírhatóság (törölhető) minden esetben több tízezerszer lehetséges Adatelérés szekvenciális (szalag), direkt (dob, lemez) Tárkapacitás merevlemez max.: 1,6 Tbájt (2006. október).

13 Mágneses háttértárak A mágnesezett felületen a mágnesezettség kétféle állapotának egyike jelenti az 1 bitnyi adatot. Az íráshoz és az olvasáshoz egy meghajtó berendezésre van szükség. Az adathordozó olvasását és írását egy író/olvasó fej végzi, ami írásnál képes a mágnesezett állapot megváltoztatására (fluxusváltásra). Az adathordozó törölhető, azaz többször írható. Egyes mágneses adathordozó használatához szükséges külön program is, míg az ismert lemezes kivitelűeket az operációs rendszer kezeli.

14 Mágnesdob az 1947-ben készült el az első mágnesdob.
A dob oldalára írták az adatokat. ma már nem használják, csak múzeumokban létezik. Tárolási kapacitása: 230 bit/inch-ről indult, ami kerekítve úgy 1 bit/mm PC-hez nem használták A képek forrásai:

15 Mágnesszalag - Streamer
243 Mágnesszalag - Streamer A rögzítés anyaga egy mágnesszalag, így az adatok elérése szekvenciális (soros), azaz lassú. Kezdetben a mágnesszalagot orsóra csévélték, egy igen kedvelt háttértároló volt sok éven át. Ma a kazettás kivitelt használják, az ún. streamer kazetta egy mágnesszalagot rejt, amit biztonsági adatmentésre alkalmaznak. A kép forrásai: A régi SLR és egy újabb Mini-QIC80 kazetta.

16 Streamer csatlakoztatása
USB Vezték nélkül, USB IDE FireWire SCSI Forrás: USB: Vezeték nélkül:

17 Iomega cégtől, biztonsági mentéshez párhuzamos port (max. 1 MB/s)
Mágnesszalag - Ditto Iomega cégtől, biztonsági mentéshez párhuzamos port (max. 1 MB/s) már nem gyártják Forrás:

18 Hajlékonylemezes háttértárak
Floppy Disk Secondary Memories

19 Hajlékonylemezes technológia háttértárai
Hajlékonylemezes technológia háttértárai flopi (floppy disk, diskette) ZipDrive (tárolókapacitása: 100 MB), LS-120 vagy a:drive (tárolókapacitása: 120 MB) meghajtója olvassa a 3,5"-os flopit is adatátviteli sebessége 300 Kbájt másodpercenként A képek forrásai:

20 Hajlékonylemez = flopi
Hajlékonylemez = flopi A flopi a legismertebb hajlékony- lemezes technológia, így a két név magyarul már ugyanazt jelenti. Az adathordozót (flopit), vagyis a hajlékony, műanyag, mágneses bevonatú lemezt csak a megfelelő meghajtó egységgel (FDD – Floppy Disk Drive) lehet írni és olvasni. A meghajtó lámpája a lemez használatakor világít, ilyenkor a lemezt nem szabad kivenni A kép forrása: (2005. október 17.)

21 A flopi utolsó két mérete
A flopi utolsó két mérete írásvédelmi rés (write protect notch) írásvédelmi retesz (write protect switch) A z adatok forrása: (2005. október 23.) A kép forrása: 5,25" 3,5"

22 A 3,5”-os flopi részei A hajlékony mágneslemez a forgás hatására válik merevvé, így képes az írófej írni rá. Az író és az olvasó műveletek előtt a csúsztatható védőlemezt elmozdítja, így a fej a lemezt közvetlenül eléri.

23 213 3,5”-os flopi A flopi írásvédetté tehető

24 Adatok tárolása flopin
211 Adatok tárolása flopin Az adatok tárolása koncentrikus körök mentén történik, amit sávnak nevezünk, ez szektorokra oszlik, amit az író-olvasó fej közvetlenül képes elérni. Ha ez a szerkezet kialakult, akkor mondjuk, hogy a flopi formázott vagy formatált. Csak ebben ez esetben írhatunk rá adatokat. A kép forrása: (2005. október 24.) formázatlan egy sáv egy szektor

25 A flopi utolsó két méretének típusai
212 A flopi utolsó két méretének típusai évszám név lemez-átmérő lemez-jelzések tárkapacitás (capacity) adatátviteli sebesség Kbit/sec sávok száma (track) sávonkénti szektorszám (sector) sávsűrűség (track/inch) (TPI) fordulatszám (ford./perc Rotate Per Minute) (RPM) SD8 5,25" SS, DD 160 KBájt n.a. 40 8 DD9 DS, DD 360 KBájt 250 9 48 DQ15 DS, HD 1,2 MBájt 500 80 15 96 360 DQ9 3,5" 720 KBájt DQ18 1,44 MBájt 18 135 DG36 DS, XD 2,88 MBájt 1 Mbit/s 36 DS - Double Side (két oldalas) DD - Double Density (dupla írássűrűség) HD – High Density (kiemelt írássűrűség) XD – Extra Density (extra írássűrűség) – csak az IBM 1 szektorban 512 bájt adat található A z adatok forrása: (2005. október 23.) A kép forrása:

26 Mennyi adat fér rá? A kedvelt flopi: 3,5”, DS, HD.
DS >> 2 oldalas HD >> 80 sáv, sávonként 18 szektor 1 szektorban 512 bájt fér el 2 oldal x 80 sáv x 18 szektor x 512 bájt = bájt. bájt = /1024 kbájt = 1440 Kbájt 1440 Kbájt = 1440/1024 Mbájt = 1,40625 Mbájt Valójában a floppira közelítőleg 1,4 Mbájt fér. A gyártók az utolsó átváltásnál 1000-rel ezerrel váltottak 1024 helyett (ez elég gyakran előfordul az adattáraknál): /1024 = 1440 Kbájt 1440/1000 ≈ 1,44 Mbájt. A kép forrása: (2005. október 17.) A mértékegység használatának következetlenségeiről bővebben olvashat: (2005. október 17.) (2005. október 17.)

27 Hard Disk Secondary Memories
Merevlemezes tárak Hard Disk Secondary Memories

28 Merevlemezes technológia háttértárai
237 Merevlemezes technológia háttértárai winchester: mivel ez a leggyakoribb így ezt nevezik magyarul merevlemeznek, a meghajtó és az adathordozó egy egységet alkot SyQuest és PLI lemezek merevlemezes technológiára épülő, cserélhető háttértárak, tárkapacitásuk  MBájt közötti, átmérőjük 5,25" vagy 3,5". JAZ lemez szintén cserélhető merevlemezes technológián alapuló háttértár, kapacitása 2 GBájt. A képek forrásai:

29 Merevlemez - winchester
237 Merevlemez - winchester A winchester a flopinál nagyobb tárkapacitású, gyorsabb adatelérésű háttértár. A lemezek nem cserélhetőek A winchesternél az adathordozó lemezeket egybeépítették a meghajtó egységgel (HDD – hard disk drive). A merevlemezes tárolók adathordozó része egyetlen vagy több, egymás fölött elhelyezkedő fémből – általában alumíniumból – készült,vékony mágneses rétegű lemezből állnak.

30 A merevlemez története
1956. az első merevlemez - IBM 305 RAMAC számítógép-rendszerhez 4,4 Mbájt tárkapacitás, 50 db kétoldalú lemez, 10 millió $/Gbájt 1979. az első 8 inch-es merevlemez - IBM 62 PC "Piccolo" 1980. az első 5,25 inch-es merevlemez - Shugart Technology ST506 1983. az első 3,5 inch-es merevlemez - Rodime RO 352 1985. az első kártyában elhelyezett merevlemez - Quantum Hardcard 1987. Az utolsó 14 inch-es merevlemez - IBM 3380K 1987. RAID definiciója - University of California, Berkeley 1988. az első 2,5 inch-es merevlemez - PrairieTek 220 1991. az első 1,8 inch-es merevlemez - Integral Peripherals 1820 1997. elsőként alakalmaztak nagy írássűrűséget lehetővé tevő fejeket (giant magnetoresistive heads), amiért 2007-ben a felfedezők fizikai Nobel-díjat kaptak IBM: Deskstar 16GP "Titan" inch-es átmérőjű merevlemez - IBM: Microdrive Forrás:

31 Egy szétbontott merevlemez szerkezete
237 Egy szétbontott merevlemez szerkezete mágneses réteggel (50 mikron) bevont alumíniumlemez

32 A merevlemez tárkapacitása
237 A merevlemez tárkapacitása A felületi adatsűrűség szerint 200 GB/négyzetinch (2007.) 500 GB/négyzetinch ( terv) Teljes kapacitás szerint 750 GB ( gazdaságos) 1 TB ( drága) 4 TB (2009. – terv, 2007-ben kifejlesztett, kétezerszer kisebb olvasófej) Forrás: Chip 2007/12. p ben 4 TB-os merevlemezek

33 A merevlemez partícionálása, formázása
237 A merevlemez partícionálása, formázása A lemeztányérok mindkét oldalához tartozik egy író-olvasó fej. Használat előtt először partícionálni (logikai egységekre osztani > C:, D: stb.), majd a partíciókat formázni szükséges, amikor kialakulnak a sávok és a szektorok. Egy szektor 512 bájtot tartalmaz. Az egymás alatt lévő sávok neve: cilinder. Az írás és olvasás alapja a sokszor a cilinder. Az adat helyét a lemezszám, a cilinderszám és a szektor határozza meg.

34 Adattárolás a merevlemezen
szektor sáv sáv szektor tengely író-olvasó fejek lemez

35 A merevlemez logikai adatkezelése
237 A merevlemez logikai adatkezelése alapja: a klaszter (cluster), általában egy állomány több klaszterben fér el, de egy klaszterbe csak egy állomány, vagy az adott állomány kódjánek egy része kerülhet. egy bitnyi adat is legalább 1 klasztert foglal le. a klaszter legtöbbször több szektorból áll, de formázásnál a partíció méretétől függetlenül klaszterszám rögzített. pl.: FAT32 klasztermérete állandó: 4 KB = 8 szektor pl.: FAT16-nál a klaszter mérete változik a lemezméretel ha a klaszter mérete nagy, akkor a kis állományok sok szabad helyet hagynak >> több partícival elérhető, hogy a klaszterek kevesebb szektorból álljanak. pl.: FAT16 - DOS: 1,2 GB HDD 1 partíció >> 32 KB a klaszter sáv szektor klaszter

36 Az adatok láncolása, defragmentálás
237 Az adatok láncolása, defragmentálás Egy állomány különböző klaszterekben helyezkedik el, ezért, a klaszterek szektorai a rákövetkezőre kell, hogy mutassanak, amit láncolásnak nevezünk. ha fizikailag az összetartozó (láncolt) adatok már nagyon sok darabban találhatók, akkor az az olvasási sebesség csökkenését hozhatja maga után. Az előbbi állapotot nevezzük fragmentált állapotnak, aminek a megszüntetése a defragmentálás (töredezettségmentesítés). Egy speciális program (olykor órákon keresztül) megoldja az összetartozó adattöredékek (klaszeterek) egymás utáni elhelyezését.

37 PATA (EIDE) csatlakozó aljzat az alaplapon
253 PATA (EIDE) csatlakozó aljzat az alaplapon Kép forrása:

38 238 Hordozhatóság IDE mobil rack USB mobil rack USB-s külső HDD

39 Merevlemez csatlakoztatása az alaplaphoz
253 Merevlemez csatlakoztatása az alaplaphoz PATA (IDE/EIDE) csatlakozók PATA (IDE/EIDE) kábel merevlemez (HDD) SATA kábel IDE SATA SATA csatlakozók

40 Kábelek az a meghajtókhoz
253 Kábelek az a meghajtókhoz 1- IDE/ATA kábel (80/40) 2- IDE/ATA kábel (40/40) 3- SCSI kábel (LVD-SCSI átalakítóval) 4- flopi kábel 5- SATA kábel 6- 4 pólusú Y kábel a tápellátáshoz 7- IDE/ATA kábel (80/40)

41 Háttértárak csatlakozói az alaplapon
253 Háttértárak csatlakozói az alaplapon A: IDE 3 csatlakozó (CD-ROM) B: Flopi meghajtó csatlakozója C: csatlakozók a ház előlapjához D: IDE 1 csatlakozó (HDD) E: IDE 2 csatlakozó A kép forása:

42 Egy konkrét merevlemez jellemzői (2005)
valódi tárkapacitás (formatted capacity) : MB hirdetett tárkapacitás (capacity) : 400 GB !!! adatátviteli sebesség (data transfer rate): 1,5 Gb/s átlagos adatelérési idő (average latency): 4,2 ms fordulatszám (rotational speed): RPM csatoló felület (interface): Serial ATA 150 MB/s lemezek száma (number of platters): 4 fejek száma (number of heads): 8 felhasználható szektorok száma (user sectors per drive): db 1 szektorban tároltható adat (bytes per sector): 512 bájt Az adatok forrása: (2005. október 22.) WD Caviar RE2

43 lemezmeghajtók vezérlése ún. vezérlőkártyákkal történik
234 Adatrögzítés lemezmeghajtók vezérlése ún. vezérlőkártyákkal történik A vezérlőkártya a 0, 1 értékű soros adatbiteket alakítja fluxusváltozássá Tudni kell azt is, hogy egy bit hol fejeződik be, ami eltérő, a mágneses adatrögzítési eljárásoktól függően: FM (frekvenciamoduláció) MFM (módosított ferkvenciamoduláció) RLL (futási hossz korlátozás) ARLL (továbbfejlesztett futási hossz korlátozás)

44 Mágneses rögzítési eljárások - FM
234 Mágneses rögzítési eljárások - FM FM – frekvenciamoduláció a mágneses fluxus iránya minden 1 értékű adatbitnél megváltozik, a 0-nál nem minden adatbithez egy szinkronbit tartozik kevésbé hatékony, elavult 6 4 6 3 1 1 1 1 1 1 1 FM

45 Mágneses rögzítési eljárások - MFM
234 Mágneses rögzítési eljárások - MFM MFM – módosított frekvenciamoduláció kapacitásnövekedés 100% - 17 szektor/sáv lemeztányér állandó forgási sebessége 1 értékű adatbitnél fluxusváltozás egy bithez tartozó tartomány közepén 0 értéknél fluxusváltozás a tartomány elején (szinkronbit), ha az előző adatbit nem 1 volt hajlékonylemezeknél használják, merevlemezeknél elavult 6 4 6 3 1 1 1 1 1 1 1 MFM

46 Mágneses rögzítési eljárások - RLL
234 Mágneses rögzítési eljárások - RLL RLL – futási hossz korlátozás kapacitásnövekedés 50% - 26 szektor/sáv ARLL: 34 szektor/sáv 2 egyes között meghatározott számú nullának kell állnia RLL 2.7: 2-7 RLL 3.9 (ARLL): 3-9 db nulla AT buszos (IDE) és SCSI merevlemezek

47 Példa az RLL 2.7 kódolásra 6 4 6 3 RLL 2.7 felbontás RLL 2.7 kódolás
234 Példa az RLL 2.7 kódolásra Adatsorozat RLL2.7 kód 010 100100 011 0010 001000 0011 000 10 0100 11 1000 6 4 6 3 1 1 1 1 1 1 1 RLL 2.7 felbontás 1 1 1 1 1 1 1 RLL 2.7 kódolás 00 10 00 00 10 01 00 00 00 10 00 00 01 00 10 00 RLL 2.7 eljárás

48 Adatrögzítési eljárások
234 Adatrögzítési eljárások 6 4 6 3 1 1 1 1 1 1 1 FM MFM RLL 1 1 1 1 1 1 1

49 több merevlemez adatok tárolására
235 RAID több merevlemez adatok tárolására striping (csíkozás): logikailag összefüggő adatok darabolása mirroring (tükrözés): ugyanazon adatok több merevlemezre írása egyszerre több szintje van: RAID 0 – RAID 6

50 RAID 4

51 A bemutató forrásanyagai

52 Könyvek, cikkek Sikos László: PC hardver kézikönyv. BBS-INFO, 2007.
Abonyi Zsolt: PC hardver kézikönyv. Computerbooks, Bp., 1998. Racskó Péter: Bevezetés a számítástechnikába. LSI. Markó Imre: PC hardver. Konfigurálás és installálás. LSI, 2000. Hasznos oldalak: 2007. október