ΗΜΥ 007 – Τεχνολογία Πληροφορίας Διάλεξη 14 ΗΜΥ 007 – Τεχνολογία Πληροφορίας Διάλεξη 14 Μέθοδοι Αποθήκευσης Πληροφορίας TΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ

Περίληψη Θέματα για σήμερα: Μέθοδοι Αποθήκευσης μεγάλης χωρητικότητας: Μαγνητικά μέσα Σκληρός δίσκος, δισκέτα Οπτικά μέσα Οπτικός δίσκος (compact disc –CD) Ψηφιακός ευέλικτος δίσκος (digital versatile disc - DVD) Μέσα από ημιαγωγά ύλικά (solid state storage) Μνήμη αναλαμπής (Flash memory)

Υλικό Αναφοράς Cyganski, D., Orr, A. O., and Vaz, R. F., Information Technology Inside and Outside, Prentice Hall, 2001 Κεφ. 17, σελίδες 236-243 Βοηθητική Μνήμη - Αποθηκευτικά Μέσα, Ευάγγελος Τριανταφύλλου και Ελισάβετ Γεωργιάδου http://www.go-online.gr/training/pdfs/E1/E1_kef2_math2.pdf σελίδες 7 – 14 How DVDs Work http://entertainment.howstuffworks.com/dvd.htm How CDs Work http://entertainment.howstuffworks.com/cd.htm How Removable Storage Works http://computer.howstuffworks.com/removable-storage.htm

Τα πρώτα μέσα αποθήκευσης Μαγνητική ταινία Εύκολη και φθηνή τεχνολογία Αντοχή μέσου αποθήκευσης 10-20 χρόνια Αρχικά για αναλογική ηχογράφηση ήχου (φωνής και μουσικής) – πιο μεγάλη ευελιξία από το δίσκο φωνογράφου Για ηχογράφηση βίντεο Για αποθήκευση δεδομένων στους ηλεκτρονικούς υπολογιστές (Η/Υ) Αρχικά Η/Υ χρησιμοποιούσαν και διάτρητο (μηχανογραφικό) δελτίο (punch card)

Μαγνητική Ταινία Τρόπος λειτουργίας Η μαγνητική ταινία αποτελείται από μία πλαστική ταινία καλυμμένη με μαγνητικό υλικό Η ταινία περνά κάτω από ένα ηλεκτρομαγνήτη Κατά την ηχογράφηση το ηχητικό κύμα προκαλεί ροή ηλεκτρικού ρεύματος μέσα στον ηλεκτρομαγνήτη Ο ηλεκτρομαγνήτης μαγνητίζει το υλικό της ταινίας ανάλογα με την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος δηλ. ανάλογα με το ηχητικό κύμα ηλεκτρομαγνήτης ταινία Ηλεκτρομαγνητικό πεδίο

Ψηφιακά Μαγνητικά Μέσα Αποθήκευσης Λειτουργούν όπως η αναλογική μαγνητική ταινία Αποθηκεύονται μόνο δύο μαγνητικά επίπεδα για τα δύο δυαδικά ψηφία Με την ψηφιακή τεχνολογία η χωρητικότητα αποθήκευσης αυξήθηκε πάρα πολύ Εύκαμπτος δίσκος ή δισκέτα (floppy disk) - χωρητικότητα 1,44 MB, χαμηλή αξιοπιστία δισκέτα Zip - χωρητικότητα 750 MB. Χρησιμοποιεί μαγνητικό υλικό καλύτερης ποιότητας από της floppy δισκέτας σκληρός δίσκος - χωρητικότητα αρκετών GB (π.χ. 40 GB) Φορητοί σκληροί δίσκοι (microdrive 340 ΜΒ, Jaz drive 1-2 GB, pockey drive 20 GB)

Σκληρός Δίσκος

Οπτικός Δίσκος (CD) O οπτικός δίσκος CD (Compact Disc) πρωτοπαρουσιάστηκε στις αρχές της δεκαετίας του '80 για την αποθήκευση ψηφιακού ήχου. Η χωρητικότητα του Audio-CD είναι 747 ΜΒ Μπορεί να αποθηκεύσει 74 λεπτά μουσικής: (44.100 δείγματα /sec / channel) * (2 bytes / δείγμα) * 2 channels = 176.400 bytes / sec (176.400 bytes / sec ) * 74 min * 60 sec /min = 783.216.000 bytes = 747 MB 1MB = 220 bytes Αυτά τα bytes είναι πολύ μικρά για να χωρούν σε ένα CD με διάμετρο 12 cm και πάχος 1.2 mm. Τα bytes είναι αποθηκευμένα σε σπιράλ μήκους 5 km και πλάτους 0.5 μm. Ή απόσταση μεταξύ των tracks είναι 1.6 μm

Οπτικός Δίσκος (CD) To CD αποτελείται από ένα λεπτό φιλμ αλουμινίου τοποθετημένο μεταξύ δύο στρωμάτων πλαστικού Με ειδικό λέιζερ η ψηφιακή πληροφορία αποθηκεύεται σε κοιλότητες (“pits”) που έχουν πολύ μικρές διαστάσεις: πλάτος 0.5 μm, min μήκος 0.83 μm και πάχος 125 nm Ο οπτικός δίσκος είναι πολύ αξιόπιστος ως αποθηκευτικό μέσο. Γενικά δεν φθείρεται και διατηρεί τα δεδομένα του ανεξάρτητα από το πόσες φορές θα διαβαστεί.

CD Player / Burner Υπάρχει ένας μηχανισμός για να γυρνά το CD και ένας άλλος μηχανισμός που σπρώχνει το λέιζερ Η ταχύτητα περιστροφής του δίσκου αλλάζει συνεχώς έτσι ώστε να διαβάζονται 75 blocks /sec

Οπτικός Δίσκος (CD) Το CD χρησιμοποιείται και για αποθήκευση άλλων ψηφιακών δεδομένων εκτός του ήχου. Το CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory) είναι το βιομηχανικό πρότυπο του CD για αποθήκευση προγραμμάτων και δεδομένων για υπολογιστές. Η χωρητικότητα του φτάνει τα 650 ΜΒ Σε κάθε block του CD-ROM υπάρχουν 12 bytes για συγχρονισμό, 4 bytes για το header, 2048 bytes για τα δεδομένα του χρήστη και 288 bytes για αναγνώριση και επιδιόρθωση σφαλμάτων (Error Detection and Correction Codes - EDC/ECC) CD-ROMs χρησιμοποιούν access codes για την προστασία τους από πειρατική χρήση της αποθηκευμένης πληροφορίας

CD-ROM Πρωτόκολλα Minutes per disc 63 74 Sectors per second 75 75 Sectors per minute 4,500 4,500 Bytes per sector 2,048 2,048 (EDC/ECC)* Sectors per disc 283,500 333,000 Bytes per disc 580,608,000 681,984,000 Disc capacity 553.71 MB 650.39 MB * EDC/ECC = Error Detection and Correction Codes  

Άλλοι τύποι οπτικών δίσκων Εκτός από τα CD-ROM, υπάρχουν και άλλοι τρεις τύποι οπτικών δίσκων:  ο CD-R (Recordable), στον οποίο, μπορείτε να γράψετε πληροφορίες, αλλά μόνο μια φορά, με την κατάλληλη συσκευή εγγραφής δίσκων στον υπολογιστή σας. Το CD-R αντί να έχει το φιλμ αλουμινίου έχει ένα ειδικό αντανακλαστικό υλικό με βαφή. Όταν το λέιζερ κάψει την βαφή σε ένα σημείο τότε δεν αντανακλά το φως και συμπεριφέρεται σαν μια λακκούβα της CD. ο CD-RW (ReWritable), στον οποίο, με μια συσκευή εγγραφής επανεγγράψιμων δίσκων, μπορείτε να γράψετε και να σβήσετε πληροφορίες πολλές φορές, ακριβώς όπως συμβαίνει με τη δισκέτα. Αποτελείται από ειδικό υλικό που συμπεριφέρεται διαφορετικά όταν θερμανθεί σε διαφορετικές θερμοκρασίες.

Άλλοι τύποι οπτικών δίσκων Tο DVD (Digital Versatile Disc), το νεότερο από τα οπτικά μέσα αποθήκευσης, το οποίο έχει ελάχιστη χωρητικότητα 4,38 GB Όπως και στην περίπτωση των δίσκων CD, υπάρχουν δίσκοι DVD-R που εγγράφονται μόνο μια φορά, καθώς και επανεγγράψιμα DVD-RW. Ένας δίσκος DVD μπορεί να διαβαστεί μόνο από οδηγούς DVD, ενώ ένας δίσκος CD μπορεί να διαβαστεί και από οδηγούς CD-ROM και από οδηγούς DVD.

Ψηφιακός ευέλικτος δίσκος (Digital Versatile Disc - DVD) Πρωτοπαρουσιάστηκε στην αγορά το 1997 για την αποθήκευση ψηφιακού βίντεο Αρχικά ονομαζόταν Digital Video Disc Πολύ παρόμοιος με το CD αλλά έχει πολύ μεγαλύτερη χωρητικότητα από το CD (7 – 25 περίπου φορές μεγαλύτερη ανάλογα με το είδος του DVD) Μπορεί να αποθηκεύσει μία ταινία κωδικοποιημένη με πρωτόκολλο συμπίεσης MPEG-2 και επίσης άλλων ειδών πληροφορίες: 135 min video Ήχος (soundtrack) σε 8 γλώσσες Υπότιτλους σε 32 γλώσσες Ή 8 ώρες ψηφιακού ήχου CD ποιότητας Χρησιμοποιεί λέιζερ με μήκος κύματος 635 / 650 nm Έχει λακκούβες μικρότερου μεγέθους => χωράει περισσότερα tracks

DVD Ψηφιακό βίντεο ποιότητας DVD Πρότυπο NTSC Έχει εικόνες με διαστάσεις 720 x 480 pixels 29,97 frames / sec Πρότυπο PAL / SECAM Έχει εικόνες με διαστάσεις 720 x 576 pixels 25 frames / sec Με 12 bits / pixel => (720 x 576 pixels / frame) x (12 bits / pixel) x (25 frames / sec) = 124,416 x 106 bits /sec Το MPEG δίνει λόγο συμπίεσης περίπου 36:1 => 384,000 bps

DVD Μπορεί να έχει 2 στρώματα ημιαντανακλαστικού υλικού με πληροφορίες σε κάθε πλευρά του Επειδή το δεύτερο στρώμα δεν αντανακλά όσο καλά όπως το πρώτο, η χωρητικότητα δεν διπλασιάζεται (4,7 + 3,8 = 8,5 x 109 bytes) Το λέιζερ εστιάζεται για να διαβάσει το κάθε στρώμα ξεχωριστά Όλα τα DVD players μπορούν να διαβάσουν δίσκους με δύο στρώματα

Τύποι DVD DVD-ROM Capacity (109 bytes) single sided, one layer 4.7 single sided, two layers 8.5 double sided, one layer per side 9.4 double sided, two layers per side 17 1 GB = 230 bytes => 4,7 x 109 bytes = 4.38 GB

Σύγκριση DVD και CD Characteristic DVD CD Disc Diameter 120 mm 120 mm Disc Thickness 1.2 mm 1.2 mm Laser Technology Red Infrared (635/650 nm) (780 nm) Minimum Pit Size 0.40 m 0.83 m Track Spacing 0.74 m 1.60 m Layers 1, 2, or 4 1 Capacity per Layer 4.38 GB 0.64 GB Maximum Capacity 4.38-15.90 GB 0.64 GB 1 GB = 230 bytes => 4.38 GB = 4,7 x 109 bytes

Μέσα αποθήκευσης από ημιαγωγά υλικά (solid state storage) Μνήμη αναλαμπής (Flash memory) Δεν έχει μηχανισμό που κινείται Χρησιμοποιείται σε μικρές συσκευές Ψηφιακές κάμερες PDAs Τύποι CompactFlash: 8 MB – 4 GB SmartMedia: 2 MB – 128 MB Memory Stick