Háttértár (secondary memory)

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

2. kimeneti egységek (output) Alaplap bemeneti egységek (input) 111234 IBM kompatibilis PC-k logikai felépítése • 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. 211234 Háttértárak (secondary memory) • adattároló egység, amely képes • nagy mennyiségű felhasználói adatot • (hosszú távon) tárolni • függetlenül a számítógépműködésétől.

4. 211234 A háttértárak csoportosítása • papíralapú háttértárak • mágneses háttértárak • optikai háttértárak • magnetooptikai háttértárak • elektronikus háttértárak

5. 111234 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. 111234 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

10. Mágneses háttértár Magnetic Secondary Memory

11. 211234 Az ismertebb mágneses háttértárak • mágnesdob (magnetic drum) • mágnesszalag (streamer) • hajlékony mágneslemez(diskette, floppy disk) • merev mágneslemez (hard disk)

12. 211234 A mágneses háttértárak jellemzői

13. 211234 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, amikerekítve úgy 1 bit/mm • PC-hez nem használták

15. 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 régi SLR75 ésegy újabbMini-QIC80 kazetta.

16. Streamer csatlakoztatása • USB • Vezték nélkül,USB • IDE • FireWire • SCSI

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

18. Hajlékonylemezes háttértárak Floppy Disk Secondary Memories

19. 211236 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

20. 211236 Hajlékonylemez = flopi • A flopi a legismertebb hajlékony-lemezes technológia, így a két névmagyarul már ugyanazt jelenti. • Az adathordozót (flopit), vagyis ahajlékony, műanyag, mágnesesbevonatú 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

21. 211236 A flopi utolsó két mérete írásvédelmi rés(write protect notch) írásvédelmi retesz (write protect switch) 5,25" 3,5"

22. 211236 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. 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. formázatlan egy sáv egy szektor

25. 212 A flopi utolsó két méretének típusai

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 = 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 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.)

27. Merevlemezes tárak Hard Disk Secondary Memories

28. 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, tárkapacitásuk40-200 MBájt közötti, átmérőjük 5,25" vagy 3,5". • JAZ lemez szintén cserélhető merevlemezes technológián alapuló háttértár, kapacitása 2 GBájt.

29. 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-rendszerhez4,4 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 1,8inch-esmerevlemez - Integral Peripherals 1820 • 1997. elsőként alakalmaztak nagy írássűrűséget lehetővé tevő fejeket(giant magnetoresistive heads), amiért2007-ben a felfedezők fizikai Nobel-díjat kaptakIBM: Deskstar 16GP "Titan" • 1999. 1 inch-es átmérőjű merevlemez - IBM: Microdrive

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

32. 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)

33. 237 A merevlemez partícionálása, formázása • A lemeztányérok mindkétoldalához tartozikegy író-olvasó fej. • Használat előtt • először partícionálni (logikaiegységekre 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. 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 klaszterekkevesebb szektorból álljanak.pl.: FAT16 - DOS: 1,2 GB HDD 1 partíció >> 32 KB a klaszter sáv szektor klaszter

36. Zónák kialakítása a merevlemezen

37. 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 órákonkeresztül) megoldja az összetartozóadattöredékek (klaszeterek) egymás utáni elhelyezését.

38. Csatolók, szabványok 1 A mai HDD-k, az XT-ben használt, 10 MB-os Seagete lemezekből fejlődtek ki. Ebben 4 fej, 306 cilinder, és sávonként 17 szektor volt. (Cilinder: egy adott sugárirányhoz tartozó sávok összessége.) Itt az olvasást a CPU végezte el, a regiszterekbe betöltötte hogy honnan kell olvasni, majd meghívta a BIOS-t, amely kiadta a szükséges utasításokat.

39. Csatolók, szabványok 2 • IDE: integrated device electronics, beépített eszközelektronika ~1985. Bios hívási koncepciók megmaradtak, a szektor hívása: fej(4 bit),szektor(6 bit),cilinder(10 bit): 16 fej x 63 szektor x 1024 cilinder = 1 032 192 szektor = 504 MB max. 4MB/s • EIDE: Extended IDE, megjelent az LBA címzés (Logical Block Adressing) a szektorokat 0-228-1 –ig számozza. A vezérlőnek ekkor az LBA címet át kell konvertálnia fej,szektor,cilinder címekké. Max. 128 GB. 16,67 MB/s. • ATA-3: EIDE utódja, AT attachment • ATAPI-4: ATA Packet Interface, 33MB/s • ATAPI-5: 66MB/s • ATAPI-6: LBA címek kiterjeszése 48 bitre: így 248x29 byte: 128 PB max méret, 100MB/s adatátviteli seb. • ATAPI-7 :soros ATA átvitel (SATA) egy időben 1 bit átvitele, 7 eres kábel, 150 MB/s – 1,5 GB/s, 0,5V így kisebb energiafelhasználás

40. Csatolók, szabványok 3 • SCSI: Small Computer System Interface Nagy átviteli sebesség (160-320 MB/s), egyszerre akár 7 eszköz egy vezérlőkártyán. 50 eres, akár több méteres kábel. Zajos, nagy energia felhasználás RAID-ben, kiszolgálókban gyakori

41. 253 PATA (EIDE) csatlakozó aljzat az alaplapon

42. 238 Hordozhatóság • IDE mobil rack • USB mobil rack • USB-skülső HDD

43. 253 Merevlemez csatlakoztatása az alaplaphoz PATA (IDE/EIDE) csatlakozók PATA (IDE/EIDE) kábel merevlemez (HDD) SATA kábel SATA csatlakozók

44. 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)

45. 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

46. Egy konkrét merevlemez jellemzői (2005) • valódi tárkapacitás (formatted capacity) : 400 088 MBhirdetett 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): 4fejek 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 WD Caviar RE2

47. 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)

48. 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 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 FM

49. 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 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 MFM

50. 234 Mágneses rögzítési eljárások - RLL • RLL – futási hossz korlátozás • kapacitásnövekedés 50% - 26 szektor/sávARLL: 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