A mágneses és A mágneses és optikai optikai

adattárolókadattárolók

Készítette: Kovács NándorKészítette: Kovács Nándor

KONRACB.PTEKONRACB.PTE

Az anyag feldolgozásához Az anyag feldolgozásához szükséges meglévő ismeretek szükséges meglévő ismeretek

átismétlése, megbeszélése átismétlése, megbeszélése ráhangolásráhangolásIntereaktív módszerrel:Intereaktív módszerrel:

Mi az adat:Mi az adat:Adatnak nevezünk minden olyan ismeretet, mely Adatnak nevezünk minden olyan ismeretet, mely

előzőleg már rögzítésre került. előzőleg már rögzítésre került. Mi az információMi az információAz információ olyan jelsorozatok által hordozott hír, Az információ olyan jelsorozatok által hordozott hír,

mely egy rendszer számára új ismeretet jelent.mely egy rendszer számára új ismeretet jelent. Milyen formában tároljuk az adatokat?Milyen formában tároljuk az adatokat?Bináris formában (0 és 1)Bináris formában (0 és 1)Mik a fontosabb mértékegységei?Mik a fontosabb mértékegységei?

(Kérdések gyűjtése: (Kérdések gyűjtése: Mire kíváncsiak a diákok)Mire kíváncsiak a diákok)

1 bit egy döntés1 bit egy döntés1byte=8bit1byte=8bit1 1 Kbyte=1024byteKbyte=1024byte1Mbyte=1024Kb1Mbyte=1024Kbyte yte 1Gbyte=1024Kby1Gbyte=1024Kbytete1Tbyte=1024Mb1Tbyte=1024Mbyteyte

Bevezető ráhangoló Bevezető ráhangoló feladatfeladat

Határozzátok meg az Internet segítségével, Határozzátok meg az Internet segítségével, mit nevezünk háttértáraknak?mit nevezünk háttértáraknak?

(egyéni esetleg páros feladat)(egyéni esetleg páros feladat)Interaktív módszerrel megvitatjuk a talált megoldásokat Interaktív módszerrel megvitatjuk a talált megoldásokat

és közösen kiválasztunk egy általános definíciót:és közösen kiválasztunk egy általános definíciót:A A háttértárháttértár olyan számítógépes hardverelem, mely nagy olyan számítógépes hardverelem, mely nagy

mennyiségű adatot képes tárolni, és azokat a mennyiségű adatot képes tárolni, és azokat a számítógép kikapcsolása után is megőrzi.számítógép kikapcsolása után is megőrzi.

Általánosan:Általánosan:A A háttértárháttértár olyan hardverelem, mely nagy mennyiségű olyan hardverelem, mely nagy mennyiségű

adatot képes tárolni, és azokat a működtető eszköz adatot képes tárolni, és azokat a működtető eszköz kikapcsolása (áramtalanítása) után is megőrzi.kikapcsolása (áramtalanítása) után is megőrzi.

Visszautalás a korábban Visszautalás a korábban tanultakratanultakra

Miért van szükség a háttértárakra?Miért van szükség a háttértárakra?(tanári kérdés, jelentkező tanulók felszólítása)(tanári kérdés, jelentkező tanulók felszólítása)Ha csak kevés jelentkező van rávezető kérdések. (mi a Ha csak kevés jelentkező van rávezető kérdések. (mi a

RAM, hogy működik, mekkora a kapacitása?)RAM, hogy működik, mekkora a kapacitása?)a számítógép műveleti memóriájában (RAM) csak a számítógép műveleti memóriájában (RAM) csak

ideiglenesen lehet adatot tárolni, ennek tartalma a ideiglenesen lehet adatot tárolni, ennek tartalma a számítógép kikapcsolása, vagy resetelés után törlődik. számítógép kikapcsolása, vagy resetelés után törlődik.

(kérdések az adattovábbításról, szállításról)(kérdések az adattovábbításról, szállításról)Megbeszéljük a számítógépeken kívül milyen eszközök Megbeszéljük a számítógépeken kívül milyen eszközök

rendelkeznek háttértárral, és milyennel.rendelkeznek háttértárral, és milyennel.(cd/dvd lejátszó fényképezőgép, videokamera, telefon, (cd/dvd lejátszó fényképezőgép, videokamera, telefon,

MP3/MP4 lejátszók,navigációs rendszerek, robotok MP3/MP4 lejátszók,navigációs rendszerek, robotok stb.) stb.)

Kollektív munkaKollektív munka

Rávezető kérdések segítségével, elérni, Rávezető kérdések segítségével, elérni, hogy a diákok akár egymással is hogy a diákok akár egymással is megvitatva létező ismereteiket megvitatva létező ismereteiket létrehozzák a háttértárak működési létrehozzák a háttértárak működési elv alapján történő csoportosítását.elv alapján történő csoportosítását.

Mágneses háttértárakMágneses háttértárak

Optikai háttértárakOptikai háttértárak

Flash memóriaFlash memória

Frontális munka/kooperatív Frontális munka/kooperatív munkamunka

JelentésteremtésJelentésteremtésA tanár által készített prezentáció bemutatása A tanár által készített prezentáció bemutatása

(projektorhasználat), a magyarázatban (projektorhasználat), a magyarázatban korábbi informatikai, fizikai, és technikai korábbi informatikai, fizikai, és technikai interdiszciplináris ismeretekre utalás.interdiszciplináris ismeretekre utalás.

A bemutató bizonyos részeinél csoportos, A bemutató bizonyos részeinél csoportos, internet segítségével megoldható feladatok internet segítségével megoldható feladatok adása a tanulóknak. (pl. háttértárak adása a tanulóknak. (pl. háttértárak kapacitásának, adatátviteli sebességének kapacitásának, adatátviteli sebességének meghatározása)meghatározása)

Mágneses háttértárak

Mágnesszalagos

Hajlékonylemezes

Merevlemezes

Mágneses háttértárak működési elve

A mágneses háttértárolás esetén egy nem mágnesezhető felületre (alumínium, vagy műanyag) vékony rétegben felhordott ferromágneses anyagot meghatározott módon (a lemezen koncentrikus, a szalagon párhuzamos sávokban) a tárolandó információnak megfelelően változó irányú mágneses térrel átmágnesezik úgy, hogy a kialakult remanens (visszamaradó) mágnesesség elegendő erejű legyen ahhoz, hogy a tárolt információ kiolvasásakor a felület felett elhaladó olvasófejben változó irányú áramot indukáljon.

Mágnesszalagos háttértárak• A mágnesszalagos háttértárolók soros elérésűek.

• A műanyag alapú szalagra felhordott mágneses rétegben egyszerre több sávban (7 vagy 9 csatornán) párhuzamosan történik a rögzítés.

• Rögzítés előtt a szalag mágnesezettséget nem mutat. Az adat 8 bites formában (1 byte) adott, ehhez igény szerint paritás bit kapcsolható. Az egyes bitek a szalagon egymás melletti párhuzamos csatornákon rögzíthetők. Egyik lehetséges kódolási eljárásnál a logikai 1 értéknek a szalag mágnesezése felel meg, a logikai 0-nál nincs mágnesezés

Mágneslemezes háttértárak

A mágneslemezes tárakban a jelrögzítés koncentrikus körök (sáv vagy track) mentén történik. A sávok sűrűn egymás mellett helyezkednek el. A sávokon kívül egy-egy lemezoldal, mint egy torta szeletei, szektorokra is oszlik. A sávok és szektorok metszéspontjainál kialakuló ívekben, a blokkok jelentik a legkisebb átvihető adatmennyiséget. A sávsűrűséget tpi-ben fejezik ki, jelentése track per inch radiális irányban.

Mágneslemezes háttértárak

A szektorok jelentik a legkisebb címezhető adategységet, ami 512 byte a PC esetében.

A sáv és szektorszám megadásával az adott blokkban rögzített adatok gyorsan előkereshetők. Ezért a lemez direkt elérésű tároló, szemben a szalag soros elrendezésével.

Ha a lemez mindkét oldalát felhasználjuk, vagy lemezköteg azonos koncentrikus köréről van szó, akkor nem sávról, hanem cilinderről beszélünk. Egy koronghoz 2 olvasó-író fej (head) tartozik, a korong mindkét oldalához egy.

A könnyebbség kedvéért a merevlemez több szektort együtt szokott kezelni, ezek a szektorcsoportok, a cluster-ek v. állományelhelyezési egységek .

Mágneslemez előkészítése

Formázás (formattálás): tároláshoz szükséges struktúra létrehozása. Ennek során a lemezen létrejönnek a sávok, track-ek és a szektorok.

A formázó program feladata még, hogy a fájlok tárolásához szükséges, az operációs rendszer által használt lemezrészek kialakítása is.

A lemez fizikai felépítése, növekvő szektorszám szerint:

1. partíciótábla (Master boot record. Csak merevlemez eseten létezik): partíciók elhelyezkedési adatai

2. betöltő szektor (Boot record) OS. Indítása, 3. fájl allokációs tábla (FAT) állományok darabjainak

sorrendjét tartja nyilván 4. fő(gyökér) tartalomjegyzék (Root Directoriy) Minden

lemezen elhelyezett fájlhoz és alkönyvtárhoz tartozik egy 32 bájtos bejegyzés, ami többek között a bejegyzés nevét, kiterjesztését, tulajdonságait (attribútumait), a hozzátartozó kezdő cluster sorszámát, és az állomány méretét tartalmazza.

5. adatterület

Hajlékonylemezes háttértárak

• 1.44 MB-os floppylemez esetén: • 80 sáv, és egy track-en 18 szektor. • Egy szektor mérete 512 byte. • Műanyag tokban hajlékony műanyag

lemez található, mely mindkét oldala mágnesezhető réteggel van bevonva.

• Használatát az teszi lehetővé, hogy a forgás következtében létrejövő centrifugális erő hatására sík és viszonylag merev lesz.

• A lemezt a meghajtóban egy elektromotor forgatja, a felület mindkét oldalán író-olvasó fejek sugár irányban mozogva írnak/olvas-nak. Ezek kis méretű elektromágnesek.

• Feloldható írásvédelmi (write protect) lehetőség: az adatok nem kívánt felülírását vagy törlését akadályozza meg.

Hajlékonylemezes háttértárak

• A hajlékonylemez cserélhető adathordozó • Méretek: 8”, 5.25" és 3.5" átmérőjű lemezek• 8”: 160-500KB• 5.25”: (IBM PC, XT) 360 KB, majd később 1.2

MB kapacitás• 3.5”: 1.44 MB kapacitás

• Az adattárolásnál a meghajtónak ismerni kell a sávok kezdőpontját, amit a lemezen és a tokon levő apró ún. indexlyuk tesz lehetővé, melynek helyzetét egy optikai érzékelő olvassa le.

Merevlemezes háttértárak• A mágneses réteg üvegből vagy alumíniumból készült

lemezeken helyezkedik el, ez biztosítja a hordozó anyag stabilitását és szilárdságát.

• A lemezeket egymás fölé helyezik egy közös tengelyre, melyet a motor hajt meg.

• A lemezek közé nyúlnak be az olvasófej karjai, általában minden lemezhez két darab, az egyik alul, a másik felül olvassa az adatokat.

• A fejek tizedmikronnyi távolságra helyezkednek el a mágneses rétegtől, ezért ezt a réteget felhordás után tökéletesen simára polírozzák, hogy az egyenetlenségek ne sértésék meg a fejeket.

• A fejek szintén központi tengelyen vannak összekapcsolva, ezt a tengelyt egy lineáris motor mozgatja, mely félelmetes pontosságra és sebességre képes, másodpercenként akár 50-szer tud pontosan pozícionálni akár úgy, hogy minden lekérdezendő adathoz a teljes lemezsugár távolságot meg kell tenni.

Hozzáférési idő = Pozicionálási idő átlaga +

Forgási idő + Adatátviteli idő + Vezérlési idő.

Merevlemezes háttértárak

Ezek alkotják a merevlemez mechanikát, melyet egy zárt házba tesznek.

A ház teljesen nem zárt, van rajta egy nyomáskiegyenlítő szelep, ezen keresztül gondosan szűrt levegő tud beáramlani, ha csökkenne a nyomás, és itt tud ugyanígy távozni, ha megnőne (nyomáskülönbség a hőmérséklet-változás miatt következik be). A szelep porvédő, ezért az apró portól is megvédi a belső mechanikát, de a levegő szabadon járhat rajta keresztül.

A merevlemez házára szerelik kívülről az elektronikát, mely a motorokat és a fejeket vezérli, adatokat olvas és ír, valamint itt helyezkedik el a cache memória, ahol az átmeneti adatok tartózkodnak.

HDD írási és olvasási sebesség

Befolyásolja:Befolyásolja:

• a lemez forgási sebessége:a lemez forgási sebessége: 5400, 7200, 10 000 vagy 15 000 fordulat/perc 5400, 7200, 10 000 vagy 15 000 fordulat/perc (rpm).(rpm).

• az az átviteli sebesség: átviteli sebesség: növelésének érdekében növelésének érdekében beépítenek egy gyorsítótárat (cache)beépítenek egy gyorsítótárat (cache)• Írásnál: Írásnál: merevlemez elektronikája a gyorsítótárba merevlemez elektronikája a gyorsítótárba

gyűjtögeti a kiírandó adatokat, majd ha elegendő gyűjtögeti a kiírandó adatokat, majd ha elegendő összegyűlt, egyszerre kiírja a lemezre. összegyűlt, egyszerre kiírja a lemezre.

• Olvasásnál: Olvasásnál: a lemezről többet beolvas, mint amennyire a lemezről többet beolvas, mint amennyire szükség van az adott pillanatban, arra a statisztikai tényre szükség van az adott pillanatban, arra a statisztikai tényre építve, hogy „úgy is kérni fogjuk az utána lévő adatokat” építve, hogy „úgy is kérni fogjuk az utána lévő adatokat” (előreolvasás). (előreolvasás).

• A gyorsítótárnak köszönhetően a HDD elérési ideje A gyorsítótárnak köszönhetően a HDD elérési ideje lényegesen lecsökken.lényegesen lecsökken.

• Cache méretek: lehetőségeinek kihasználása Cache méretek: lehetőségeinek kihasználása érdekében a nagyobb adatsűrűségű tárolókhoz érdekében a nagyobb adatsűrűségű tárolókhoz nagyobb méretű szokott lenni. Régebben 2, 4, 8 nagyobb méretű szokott lenni. Régebben 2, 4, 8 MB-os, MB-os,

• Manapság a nagyobb kapacitás új HDD-k mellé 16, Manapság a nagyobb kapacitás új HDD-k mellé 16, 32 vagy 64 MB-os gyorsítótárat szoktak rakni.32 vagy 64 MB-os gyorsítótárat szoktak rakni.

Optikai tárolók

A digitális adatok optikai tárolására a A digitális adatok optikai tárolására a kompakt lemezeket (CD = Compact Disk) kompakt lemezeket (CD = Compact Disk) használják.használják.

Az adatrögzítés egy három rétegű Az adatrögzítés egy három rétegű adathordozón történik:adathordozón történik:

Optikai tárolók• A CD: polikarbonát lemezen alumínium v arany

fényvisszaverő réteg helyezkedik el, ezen sorjáznak a bitek,a visszatükröző réteg bemélyedései (pitek), ill. változatlan felülete (landok).

• Valójában a pit és a land is logikai "0"-t jelent, a logikai "1" a kettő közötti átmenetnek felel meg. Az olvasás egy lézersugár visszaverődésének érzékelésével történik, a visszaverődő szórt fényt mérik: a sötétebb pontokról kevesebb fény verődik vissza.

Spirál hossz: 5734 mPit vagy lyuk (0,833-3,054 µm)

Land vagy sík

Optikai tárolókA meghajtó lézerfejét fókuszálni kell a lemezre, és a fejnek nagy pontossággal (1 mikrométeren belül) kell követnie a lemezre írt spirális sávot. Feladata: az olvasott adatok felismerése, a sorosan érkező csatornabitek összeállítása és visszakódolása bájtokra, az előforduló olvasási hibák észlelése és javítása, az olvasott bájtok átadása az interfész felületen a CD-vezérlőnek

Compact Disk• Az adathordozó egy 8 v.12 cm átmérőjű és 1,2 mm

vastag korong, amelyre az adatok spirál formában kerülnek felírásra. A spirálon az adattárolás szektorokban történik. Egy szektor mérete kb. 2 KB

• Általános felépítése:• Szinkronizációs mező• Fejléc a szektorazonosítókkal• Adatrész• EDC (=Error Detecting Code): hibaellenőrzés • ECC (=Error Correcting Code):hibajavító

• A lemez elején található egy tartalomjegyzék (TOC = Table of Contents), amely a lemezen található adatokról és ezek helyéről ad információt.

Flash driveFlash drive Gyors, törölhető és újraírható félvezető alapú Gyors, törölhető és újraírható félvezető alapú

memória, mely az információt kikapcsolt memória, mely az információt kikapcsolt

állapotban is megőrzi.állapotban is megőrzi. A Floppy-technológia halálával felmerült az igény kis A Floppy-technológia halálával felmerült az igény kis

méretű, de jól hordozható média megjelenésére is. méretű, de jól hordozható média megjelenésére is. Ehhez remek csatlakozási felületet nyújtott a Windows Ehhez remek csatlakozási felületet nyújtott a Windows 95 bevezetése óta már létező és egyre gyorsuló USB-95 bevezetése óta már létező és egyre gyorsuló USB-szabvány. A legelső 8-128 MB-s darabok még a legelső, szabvány. A legelső 8-128 MB-s darabok még a legelső, igen lassú 1.1-es szabványon jelentek meg, de a igen lassú 1.1-es szabványon jelentek meg, de a technológia váltásával (és főleg szabvány frissítésével) technológia váltásával (és főleg szabvány frissítésével) gyorsult a PenDrive és nagyobbodott a méret.gyorsult a PenDrive és nagyobbodott a méret.

Maga a PenDrive egy pici kis nyomtatott áramkört Maga a PenDrive egy pici kis nyomtatott áramkört tartalmaz, mely Flash-memóriaként képes adatokat tartalmaz, mely Flash-memóriaként képes adatokat tárolni.tárolni.

Előnyök:Előnyök: nagyfokú strapabírás, tápáram nélkül is nagyfokú strapabírás, tápáram nélkül is megőrzi az adatokat, évekig, könnyen hordozható, igen megőrzi az adatokat, évekig, könnyen hordozható, igen kicsi helyigényű.kicsi helyigényű.

Hátrányok:Hátrányok: képtelen önálló adatcserére, csatlakozója képtelen önálló adatcserére, csatlakozója néha sérül, könnyen elveszik!néha sérül, könnyen elveszik!

Kooperatív munkaKooperatív munka

Csoportok kialakítása (létszámtól függően 3-6 Csoportok kialakítása (létszámtól függően 3-6 csoport) feladat egy-egy háttértár típus csoport) feladat egy-egy háttértár típus jellemzése.jellemzése.

(kapacitás, gyorsaság, egyéb lényeges jellemzők)(kapacitás, gyorsaság, egyéb lényeges jellemzők)

FDDFDDHDDHDDCDCDDVDDVDBlu-RayBlu-RayFlash memória Flash memória

ReflektálásReflektálás

A csoportok bemutatják a csoportosan A csoportok bemutatják a csoportosan készített prezentációikatkészített prezentációikat

Közös értékelés, ha kell javítás.Közös értékelés, ha kell javítás.Tanári tevékenység lényege:Tanári tevékenység lényege: A tanulók megerősítést kapnak, hogy A tanulók megerősítést kapnak, hogy

ismeretszerzés-re bátran használják az ismeretszerzés-re bátran használják az Internetet, de lehetőleg a kapott Internetet, de lehetőleg a kapott információkat minél több forrásból információkat minél több forrásból ellenőrizzék, hiszen nem minden talált ellenőrizzék, hiszen nem minden talált információ mögött áll akadémikus tudás.információ mögött áll akadémikus tudás.

HDDHDD

Seagate 500GB Serial-ATA 2.0 NCQ winchester (16MB cache)

Típusa: Seagate Barracuda 7200.10Fordulatszám: 7200 rpmAdatátviteli sebessége: 3 Gb/secBelső átviteli sebesség: 760 MB/secÁtlagos elérési idő: 8 ms

Bemutató:Bemutató:Merevlemez sebesség teszt: CrystalDiskMark 2.20f (magyar)Merevlemez sebesség teszt: CrystalDiskMark 2.20f (magyar)

HD-SpeedHD-Speed

Optikai háttértárak Optikai háttértárak A A CDCD közvetlen elérésű, a többi tárolóval közvetlen elérésű, a többi tárolóval

összehasonlítva közepes kapacitású (650-700 MB, összehasonlítva közepes kapacitású (650-700 MB, azaz kb. 75 perc zene vagy kb. 275 000 oldal szöveg azaz kb. 75 perc zene vagy kb. 275 000 oldal szöveg vagy ) és közepes sebességű. Átviteli sebességét az vagy ) és közepes sebességű. Átviteli sebességét az első CD-meghajtókhoz viszonyítva (első CD-meghajtókhoz viszonyítva (150 KB/s150 KB/s) adják ) adják meg, ma a leggyakoribb az ,,meg, ma a leggyakoribb az ,,52×"52×" jelzés. Elérési jelzés. Elérési idejük jellemző értéke 100–300 ms közötti. idejük jellemző értéke 100–300 ms közötti.

A A DVDDVD viszonylag nagy kapacitású (4,7-17 GB), viszonylag nagy kapacitású (4,7-17 GB), gyors olvasási sebességű. Az első DVD-olvasók gyors olvasási sebességű. Az első DVD-olvasók 1350 1350 KB-otKB-ot olvastak másodpercenként, ennek megfelelő olvastak másodpercenként, ennek megfelelő többszörösei a későbbi kétszeres, négyszeres, ..., többszörösei a későbbi kétszeres, négyszeres, ..., 16x-os16x-os olvasók. Mivel az olvasási sebességet a olvasók. Mivel az olvasási sebességet a fordulatszám növelésével érik el, annak fordulatszám növelésével érik el, annak növekedésére egy idő után nem számíthatunk, hiszen növekedésére egy idő után nem számíthatunk, hiszen a ma jellemző kb. 8000 fordulat/perc felett már a ma jellemző kb. 8000 fordulat/perc felett már nehéz a zajt és a rezgést kordában tartani. nehéz a zajt és a rezgést kordában tartani.

Flash memóriaFlash memória

A kezdeti időkben két sebességre volt lehetőség: az A kezdeti időkben két sebességre volt lehetőség: az ideiglenes szabványként 1996 januárjában megjelent ideiglenes szabványként 1996 januárjában megjelent USB 1.0USB 1.0 még csak még csak 1,51,5 Mb/sMb/s-re adott lehetőséget, de -re adott lehetőséget, de ezt felgyorsította az 1998 szeptemberében megjelent ezt felgyorsította az 1998 szeptemberében megjelent USB 1.1USB 1.1-es -es 12 Mb/s12 Mb/s -os sebessége. -os sebessége.

A következő, A következő, USBUSB 2.02.0-ás szabványt 2000 áprilisában -ás szabványt 2000 áprilisában mutatták be max. mutatták be max. 480 Mb/s480 Mb/s -el. Ez a verzió annyira -el. Ez a verzió annyira sikeressé vált, hogy hamarosan teljesen kiszorította a sikeressé vált, hogy hamarosan teljesen kiszorította a régi eszközöket pl.: FDD,CD.régi eszközöket pl.: FDD,CD.

Az Az USB 3.0USB 3.0-ás szabványt fejlesztő csoport 2008. nov. -ás szabványt fejlesztő csoport 2008. nov. 17-én fejezte be a fejlesztést. A végső sebesség (USB 17-én fejezte be a fejlesztést. A végső sebesség (USB SuperSpeed néven) SuperSpeed néven) 4,8 Gb/s4,8 Gb/s lett, de az átlagsebességet lett, de az átlagsebességet „csak” „csak” 3,2 Gb/s3,2 Gb/s-re sikerült feltornászni. -re sikerült feltornászni.