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

IBM kompatibilis PC-k logikai felépítése 111 234 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 ...

Háttértárak (secondary memory) 211 234 Háttértárak (secondary memory) adattároló egység, amely képes nagy mennyiségű felhasználói adatot (hosszú távon) tárolni függetlenül a számítógép működésétől.

A háttértárak csoportosítása 211 234 A háttértárak csoportosítása papíralapú háttértárak mágneses háttértárak optikai háttértárak magnetooptikai háttértárak elektronikus háttértárak

Háttértárak (secondary memory) 111 234 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

Háttértárakról általánosan 111 234 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.

Papír alapú háttértárak Secondary Memory Based on Paper

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

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

Magnetic Secondary Memory Mágneses háttértár Magnetic Secondary Memory

Az ismertebb mágneses háttértárak 211 234 Az ismertebb mágneses háttértárak mágnesdob (magnetic drum) mágnesszalag (streamer) hajlékony mágneslemez (diskette, floppy disk) merev mágneslemez (hard disk)

A mágneses háttértárak jellemzői 211 234 A mágneses háttértárak jellemzői Használatának kezdete 1947. mágnesdob 1951. mágnesszalag - Remington cég (UNIVAC) 1956. merevlemez - IBM 305 RAMAC számítógéphez 1969. hajlékony lemez (8”) (ezután 1976-ban 5,25”) 1981. 3,5”-os FDD - Sony OA-D3OV 1987. 3,5”-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).

211 234 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.

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: http://www.petofi-bp.sulinet.hu/szamtech/molnar_h/magnesdob.html http://history.sandiego.edu/gen/recording/mag/p24.html

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: http://www.tomshardware.com/storage/20040408/tandberg-streamer-02.html http://www.coras-it.co.uk/images/travan.jpg A régi SLR75 és egy újabb Mini-QIC80 kazetta.

Streamer csatlakoztatása USB Vezték nélkül, USB IDE FireWire SCSI Forrás: USB: http://www.preisvergleich.org/pimages/HEWLETT-PACKARD-HP-DAT-72e-USB-TV-Tape-Drive-Streamer_173__8.1237611_40.jpg Vezeték nélkül: http://img.shopping.com/cctool/PrdImg/images/pr/177X150/00/02/88/64/f2/42493170.JPG

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: http://www.answers.com/topic/tape-backup-technology

Hajlékonylemezes háttértárak Floppy Disk Secondary Memories

Hajlékonylemezes technológia háttértárai 211 236 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: http://www.lli.com/store/misc.htm http://homepage3.nifty.com/semishigure/images/pc/ls120.gif

Hajlékonylemez = flopi 211 236 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: http://depts.washington.edu/sacg/services/workshops/networking/trouble_mac/img/floppy_disk.gif (2005. október 17.)

A flopi utolsó két mérete 211 236 A flopi utolsó két mérete írásvédelmi rés (write protect notch) írásvédelmi retesz (write protect switch) A z adatok forrása: http://www.karbosguide.com/hardware/module4a.htm (2005. október 23.) A kép forrása: http://www.webopedia.com/FIG/FLOPPY.gif 5,25" 3,5"

211 236 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.

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

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: http://library.thinkquest.org/11309/data/disk2.htm (2005. október 24.) formázatlan egy sáv egy szektor

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) 1976 - SD8 5,25" SS, DD 160 KBájt n.a. 40 8 1978 - DD9 DS, DD 360 KBájt 250 9 48 1982 - DQ15 DS, HD 1,2 MBájt 500 80 15 96 360 1984 - DQ9 3,5" 720 KBájt 1987 - DQ18 1,44 MBájt 18 135 1991 - 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: http://www.karbosguide.com/hardware/module4a.htm (2005. október 23.) A kép forrása: http://www.webopedia.com/FIG/FLOPPY.gif http://en.wikipedia.org/wiki/Floppy_disk_drive

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 = 1 474 560 bájt. 1 474 560 bájt = 1 474 560/1024 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): 1 474 560/1024 = 1440 Kbájt 1440/1000 ≈ 1,44 Mbájt. A kép forrása: http://depts.washington.edu/sacg/services/workshops/networking/trouble_mac/img/floppy_disk.gif (2005. október 17.) A mértékegység használatának következetlenségeiről bővebben olvashat: http://epa.oszk.hu/00000/00025/00003/lambert.html (2005. október 17.) http://www.sulinet.hu/tart/cikk/ae/0/18394/1 (2005. október 17.)

Hard Disk Secondary Memories Merevlemezes tárak Hard Disk Secondary Memories

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 40-200 MBájt közötti, átmérőjük 5,25" vagy 3,5". JAZ lemez szintén cserélhető merevlemezes technológián alapuló háttértár, kapacitása 2 GBájt. A képek forrásai: http://www.bapfish.org.uk/acorn/forsale.html http://www.hough.ca/personal/reviews/gifs/JAZNWANG.JPG

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.

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" 1999. 1 inch-es átmérőjű merevlemez - IBM: Microdrive Forrás: http://findarticles.com/p/articles/mi_m0BRZ/is_10_19/ai_57603724

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

A merevlemez tárkapacitása 237 A merevlemez tárkapacitása A felületi adatsűrűség szerint 200 GB/négyzetinch (2007.) 500 GB/négyzetinch (2009. - terv) Teljes kapacitás szerint 750 GB (2007. - gazdaságos) 1 TB (2007. - drága) 4 TB (2009. – terv, 2007-ben kifejlesztett, kétezerszer kisebb olvasófej) Forrás: Chip 2007/12. p16. 2009-ben 4 TB-os merevlemezek

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.

Adattárolás a merevlemezen szektor sáv sáv http://jupiter.szt-istvan-gimn.hu/tantargy/info/lecke/cafat/cr02.html http://www.hdd-data.jp/hdd-tech-support02.html szektor tengely író-olvasó fejek lemez

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 http://en.wikipedia.org/wiki/Disk_sector sáv szektor klaszter

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.

PATA (EIDE) csatlakozó aljzat az alaplapon 253 PATA (EIDE) csatlakozó aljzat az alaplapon Kép forrása: http://www.bytesizedreviews.com/ben/dragon2/ide.jpg

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

Merevlemez csatlakoztatása az alaplaphoz 253 Merevlemez csatlakoztatása az alaplaphoz PATA (IDE/EIDE) csatlakozók PATA (IDE/EIDE) kábel merevlemez (HDD) SATA kábel IDE http://www.webpromo-inc.com/pc/hdd_files/hdd5.jpe http://www.wpclipart.com/computer/cables/ide_cable.png http://www.short-media.com/images/mm/Articles/htpc/chaintech/motherboard/ideheaders.jpg SATA http://img.ezguide.co.kr/spec_img/boa/GA-81PE1000MK-SATA-Port-O.jpg http://www.hardwarezone.com/img/data/articles/2004/1192/06-sata_sb.jpg http://cooldrives.stores.yahoo.net/2sahddencosa.html SATA csatlakozók

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) http://www.alternate-b2b.de/html/includeStaticSmall.html?file=myalternate%2Fmyservice%2Ffaq%2F007&LastPage=FAQ http://www.gamechannel.hu/cikk/hardverzona/serialata/0

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: http://supcontent.gateway.com/support.gateway.com/s/servers/compo/cases/3501329/350132925.jpg

Egy konkrét merevlemez jellemzői (2005) valódi tárkapacitás (formatted capacity) : 400 088 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): 7200 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): 781 422 768 db 1 szektorban tároltható adat (bytes per sector): 512 bájt Az adatok forrása: http://www.westerndigital.com/en/products/Products.asp?DriveID=158 (2005. október 22.) WD Caviar RE2

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)

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

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

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

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 0010000 0010 001000 0011 00100100 000 000010000 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

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

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

RAID 4 http://www.netzwerk-community.de/bilder/infobild/raid7.gif

A bemutató forrásanyagai

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: http://www.mdgx.com/glossary.htm http://www.ata-atapi.com/ http://www.computerhope.com/help/ide.htm 2007. október