Technické prostředky počítačové techniky

Transkript

1 Informatika 2 05 Technické prostředky počítačové techniky Externí paměti 1 Feromagnetické IS2-4 1

2 Informační systémy 2 Dnešní info: Simulace kyberútoku Novinky Internetu Projekt Fénix 2

3 Informační systémy 2 Jsme možná schopni odblokovat iphone i bez Applu, oznámila FBI Digitální garáž od Google Na naše soukromí nemají právo, obul se šéf Applu do FBI kvůli zabijákovu iphonu Twitter 10 let Novinky sociálních sítí 3

4 Technické prostředky počítačové techniky Počítač - stroj, který podle předem připravených instrukcí zpracovává data Základní části: centrální procesorová jednotka (schopná řídit se posloupností instrukcí a ovládat další části počítače) zařízení pro ukládání dat (paměť) zařízení pro vstup dat (např. klávesnice, myš, ) a výstup dat (např. monitor, tiskárna, ) Vstupy Paměť Výstupy Procesor ALU ŘADIČ Sběrnice John von Neumann koncepce počítače IS

5 Technické prostředky počítačové techniky Vstupy Paměť Výstupy řídící sběrnice Mikroprocesor adresní sběrnice datová sběrnice

6 Externí velkokapacitní paměti Obsah: Dělení pamětí Magnetická média diskety, disky, pásky Optická média princip záznamu, CD, DVD Holografické disky Paměti flash IN2-1 6

7 Děrné štítky Karton + díry Děrná páska Více štítků za sebou

8 Záznamová média Růst datových potřeb Pojem velkokapacitní se mění v čase Dříve několik MB, dnes stovky GB až desítky TB

9 Záznamová média Stručný vývoj magnetická páska použita jako záznamové médium 1956 IBM uvedlo 1. pevný disk 1971 první disketa (od IBM) první hudební CD v prodeji (vyvinuto 1979) 1983 první 3,5 harddisk 1985 první CD-ROM 1994 vyrobeno CD-R 1996 první DVD 1998 technologie SuperDLT magn. pásek

10 Počátky výpočetní techniky (50. léta 20. st.) Rotující buben z nemagnetického materiálu s nanesenou feromagnetickou vrstvou řada čtecích a zápisových elektromagnetických hlav Počet hlav = délka slova procesoru Četlo se a zapisovalo celé slovo Každá kombinace otvorů odpovídala jedné adrese paměti Průměrná přístupová doba rovna polovině otáčky bubnu

11 Záznamová média Pevný disk 1956 IBM RAMAC kotoučů kapacita 5 MB

12 Záznamová média Dělení záznamových médií magnetická optická ostatní Hard disk Disketa Pásky CD DVD Blue Ray Disc Holografický disk ZIP MO média Flash memory 12

13 Záznamová média Magnetická média nosič potažený tenkou feromagnetickou vrstvou záznamová hlava polarizuje částice v magnetické vrstvě lze je snadno poškodit pásková, disková (pevné disky, pružné disky)

14 Přelom 60. a 70. let plast o síle 120 mikrometrů Nanesen magnetický materiál mikrometrů Celé pokryto ochranou nemagnetickou vrstvou mikrometrů Čtení a zápis pomocí čtecích a zapisovacích hlav Rychlost čtení znaků za 1s (30x 40x rychlejší než děrný štítky) Použití až x Délka není normována Zápis dat do stop, poslední stopa synchronizace dat 10 bitů na 1 mm 35,6 x 83 mm = znaků 406 x 114 mm = znaků

15

16 Způsob záznamu Disketa/disk sektor formátování: BOOT RECORD FAT ROOT DIRECTORY stopa cylindr (všechny stopy nad sebou ROZDÍL: identifikátor stopy identifikátor sektoru možnost vlastního formátování záznam na 1 stopu 1 sektor: 571 B neformátovaných dat 512 B formátovaných dat

17 Způsob záznamu Disky cylindr hlavička vystavování hlaviček: krokový motorek vystavovací cívka (lineární motor) formátování: BOOT RECORD FAT ROOT DIRECTORY access time: doba vystavení + doba čekání prokládání (interleave) zone bit recording (ZBR)

18 Disky cylindr hlavička Způsob záznamu Alokační jednotka (cluster): nejmenší logická datová jednotka na disku zaváděna z důvodů adresace obsahuje jeden nebo více sektorů (až 64 sektorů) BOOT RECORD ROOT DIRECTORY VFAT #2 VFAT #1 (12 32 bitů) NTFS (New Technology File System) - náhrada FAT - VFAT

19 Způsob záznamu NTFS je upřednostňovaný systém souborů pro Windows 7 + (tj. i W10) Schopnost automatického zotavení z některých chyb souvisejících s diskem Vylepšená podpora větších pevných disků Lepší zabezpečení, protože lze používat oprávnění a šifrování pro omezení přístupu k určitým souborům pro určité uživatele Systém FAT32 používal se v některých dřívějších verzích systému Windows a v současné době se používá u většiny jednotek USB Flash má omezení velikosti (v oddílu FAT32 nemůžete vytvořit větší oddíl než 32 GB a uložit jeden soubor větší než 4 GB)

20 První diskety v roce " (203,2 mm) ,25" (133,3 mm) ,5" (88,9 mm) Disketa se skládá z plastového obalu a vnitřního nosiče s magnetickou vrstvou. Data jsou na diskety ukládána do tzv. sektorů o velikosti např. 512 bytů které tvoří kruhové stopy. V případě fyzické poruchy sektoru je možno v alokační tabulce označit sektor jako vadný

21 Magnetická média Pevné disky Disková pole (RAID = Redundant Array of Independent {Inexpensive} Disks) vícenásobné diskové pole levných disků je typ diskových řadičů, které zabezpečují pomocí speciálních funkcí koordinovanou práci dvou nebo více fyzických diskových jednotek. Zvyšuje se tak výkon a odolnost vůči chybám nebo ztrátě dat. z několika menších disků vytvoříme jeden větší několik úrovní (levels) dle funkcí - nejčastější: RAID 0 (spojení disků do jednoho logického celku), RAID 1 (zrcadlení mirroring), RAID 6 (používá dva paritní disky, přičemž na každém z nich je parita vypočtena jiným způsobem)

22 Trendy v oblasti záznamových médií Pevné disky: zvyšování kapacity snižování přístupové doby zvyšování rychlosti otáček zvyšování spolehlivosti

23 Použity poprvé roku 1926 pro záznam zvuku pevné medium sestávající z magnetické vrstvy nanesené na plastové pásce. Patří sem prakticky všechny běžně používané audio a videokazety a zálohovací pásky v mainframech. První magnetický pásek byl 6,5 mm široký a navíjel se na cívku. Střih, úprava po válce rozvoj audio, video a různé další formáty pásek Nahrávaní videa vynález šroubovicového snímání (rotační hlava). Nejdříve kotoučové, později kazetové pásky Oracle 5TB

24 Vyrobeny ze silně magnetických materiálů. Nejspolehlivější zálohovací média (100 let). kapacity jsou 1,3 GB, 2,6 GB, 5,2 GB a 9,1 GB V čtecí a zápisové hlavě malá cívka vytvářející slabé magnetické pole. lokální zmagnetování vrstvy se provede jen v těch místech, která jsou laserem ohřátá na Curieho bod. Čtení odrazivost zmagnetovaných a nezmagnetovaných míst na povrchu disku se liší. Zápis dat na magnetooptický disk pomocí zapisovací hlavy a laserového paprsku

25 Optická média laser pro záznam i čtení základní princip u všech typů optických médií je stejný necitlivá na magnetické pole či otřesy základní typy: CD, DVD, BD, HD-DVD

26 Paměťová média - externí CD, DVD, Blu-ray disk Čtení a zápis pomocí laseru CD: 700 MB DVD: 4,7 17,1 GB BD: GB

27 Technické prostředky počítačové techniky Compact Disc Způsob záznamu: původně pro záznam zvuku Pit Pole Disk Čočky z polykarbonátu průměr 12 cm Čočky tloušťka 1,2 mm zápis do spirály, laser 780 nm metoda CLV (Constant Linear Velocity) pity (díry) vs. landy (stupně) Fotodioda spirálová stopa standard - Yellow book standard přenosové rychlosti: 150 kb/s Polopropustné zrcadlo Laser

28 Technické prostředky počítačové techniky ORGANIZACE DAT ( na CD ROM ) Pole a prohlubně na discích nepředstavují nuly ani jedničky, ale jednička je vyvolána změnou odraženého laserového paprsku stav, kdy nedojde ke žádná změně, reprezentuje nulu Datový sektor se skládá z B tvořených : synchronizační hlavičkou hlavičkou s adresou sektoru jádrem sektoru tvořeným datovou částí 288 B dlouhá část pro opravný kód EDC/ECC Synchronizace 12 B Adresa sektoru 4 B Datová část 2048 B ( 2 kb ) Opravný kód ECC/EDC 288 B

29 Technické prostředky počítačové techniky ORGANIZACE DAT ( na CD ROM ) Nejčastěji UDF - Universal Disc Format Úvodní stopa média (synchronizační a identifikační) obsahuje informace o tom, o jaký typ média se jedná. Za touto oblastí se nachází tzv. systémová oblast, která je tvořená daty popisujícími strukturu média a také tabulkou obsahu svazku. Tabulka obsahu svazku je tvořená ukazateli na jednotlivé datové položky uložené na médiu (soubory, adresáře)

30 Optická média DVD (Digital Versatile Disc) podobná technologie jako u CD vlnová délka laseru 640 nm předlisovaná drážka u zapisovatelných disků mohou být dvouvrstvá a oboustranná

31 Technické prostředky počítačové techniky Digital Versatile Disc 1999 první film distribuovaný na DVD menší pity více stop dvě strany, dvě vrstvy na každé straně 4,7 GB v jedné vrstvě porovnání CD a DVD Řada formátů DVD Video, DVD ROM, DVD-R, DVD-RW, DVD RAM, DVD+RW vrstva DVD

32 Trendy v oblasti záznamových Blue Ray Disc přepisovatelný disk zhuštění záznamu dvě vrstvy laser s kratší vlnovou délkou médií 27 GB na jedné straně, 54 GB dvouvrstvá média typy BD: BD-ROM, BD-R, BD-RW, BD-RE 36 MB/s nahrávání HDTV

33 Paměťová média - externí CD, DVD, Blu-ray disk Čtení a zápis pomocí laseru CD: 700 MB DVD: 4,7 17,1 GB BD: GB

34 Slepá cesta HD-DVD (AOD = Advanced Optical Disc) modrý laser 405 nm kapacita: 20 GB jednovrstvá, 32 GB dvouvrstvá přepisovatelná média vzhledem k rozhodnutí hollywoodských producentů řešení neúspěšné

35 Paměťová média - externí Archival Disc s kapacitou 300 GB až 1 TB Zálohování a archivace dat pro profesionály vyvinut Sony a Panasonic odolnost vůči prachu i vodě či teplotním změnám Disk je oboustranný, na každé straně 3 vrstvy pro zápis dat každá strana nabídne tři vrstvy pro zápis První generace formátu Archival Disc s kapacitou 300 GB Další zdokonalení technologie má umožnit zvýšení kapacity na 500 GB až 1 TB.

36 Holografický víceúčelový disk (HVD) Bodový kód viditelný z určitého úhlu podle natočení osy laserového paprsku 1947 Denis Gabor vynález holografie 1960 konstrukce laseru 2004 specifikace HVD 3,9 TB 1 Gb/s

37 Holografické disky (Holographic Versatile Disc) - data jsou v nich - na rozdíl od CD nebo DVD - zapisována trojrozměrně, První komerční mechaniku pro holografické disky uvedeny na trh v roce 2008 Maxwell, Tapestry,... cena driveru: 18 tis. $, médium: 180 $ kapacita: na jednu plotnu 500 GB střední doba mezi poruchami: hodin archivační doba: 50 let současnost: 6 TB, 20ti vrstvový disk (Holographic Versatile Disc - HVD) dosažitelná kapacita - 1,6 TB přenosová rychlost MB/s průměr 130 mm, tloušťka 3,5 mm

38 Holografické disky Záznam: Při záznamu se laserový paprsek rozdělí na paprsky dva - referenční a datový. Jejich interferencí vzniknou kontrastní světlé a tmavé body - analogické pitům při záznamu CD. Nevzniknou však v ploše, ale v prostoru. Optika mechaniky je nastavena tak, že k této interferenci dochází v záznamové fotocitlivé vrstvě média. V něm tento "světelný obraz" zůstane zachován, respektive data uložena. Jemnými změnami v úhlu referenčního paprsku, případně změnou vlnové délky lze dosáhnout toho, že v jednom místě záznamové vrstvy může být nahráno několik na sobě nezávislých datových stop

39 Holografické disky Čtení: Při čtení se disk "prosvětluje" referenčním paprskem, optický datový záznam je tak promítán na optoelektronické čidlo, z jehož elektrického výstupu se zpět dekóduje původní datový signál. Všechny potenciální záznamy jednoho místa jsou čteny najednou (paralelně), což umožňuje dosahovat vysokých rychlostí čtení

40 40 SSD Solid-State Drive Pevný disk bez pohyblivých částí Výhody: Tichý chod Nezahřívá se příliš Nízká spotřeba energie Malé rozměry Vysoká přenosová rychlost Nevýhody: 1978 Texas Memory Systems (16 kb) Dnes 512 GB, rychlost čtení 800 MB/s Omezený počet přepsání jedné buňky

41 Technické prostředky počítačové techniky Flash Memory Paměť je vnitřně organizována po blocích a na rozdíl od pamětí typu EEPROM, lze programovat každý blok samostatně (obsah ostatních bloků je zachován) Compact Flash pevný disk pro PDA, fotoaparáty spousta formátů standardní kapacita - do 64 GB příznivá cena karet i čteček Nebezpečí Flash-disků: omezený počet zápisů (statisíce) Výhody Vyšší fyzická odolnost Nemá pohyblivé části Kompatibilní rozměry Velká kapacita Snadná připojitelnost přes USB

42 Paměťové karty I Pro různá elektronická zařízení Boj o standardy CompactFlash (CF) 1994 SanDisk Corporation 128 GB Digitální fotoaparáty a kamery Pevné disky v průmyslových počítačích 11

43 Paměťové karty II Memory Stick 1998 Sony (128 MB) Dnes 32 GB Nahrazována SD XD-Picture Card 2002 Olympus a Fujifilm Pro digitální fotoaparáty V porovnání s předchozími je rychlejší a má malou spotřebu energie 12

44 Paměťové karty III Secure Digital (SD) Výhody: Nízká a klesající pořizovací cena Miniaturní poruchovost Miniaturní provedení Dobrá přenosová rychlost Velké rozšíření Univerzálnost Nevýhody Kompatibilita se staršími zařízeními 13

45 SSD Solid-State Drive Pevný disk bez pohyblivých částí Výhody: Tichý chod Nezahřívá se příliš Nízká spotřeba energie Malé rozměry Vysoká přenosová rychlost Nevýhody: 1978 Texas Memory Systems (16 kb) Dnes 512 GB, rychlost čtení 800 MB/s Omezený počet přepsání jedné buňky