Memória externa

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Memória externa

  1. 1. William Stallings Computer Organization and Architecture 6 th Edition Chapter 6 Memória Externa
  2. 2. Introdução
  3. 3. Tipos de Memória Externa <ul><li>Magnetic Disk </li></ul><ul><ul><li>RAID (outra apresentação)
  4. 4. Removable </li></ul></ul><ul><li>Optical (outra apresentação) </li></ul><ul><ul><li>CD-ROM
  5. 5. CD-Recordable (CD-R)
  6. 6. CD-R/W
  7. 7. DVD </li></ul></ul><ul><li>Magnetic Tape </li></ul>
  8. 8. Disco Magnético <ul><li>Disk substrate coated with magnetizable material (iron oxide…rust)
  9. 9. Substrate used to be aluminium
  10. 10. Now glass </li></ul><ul><ul><li>Improved surface uniformity </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Increases reliability </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Reduction in surface defects </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Reduced read/write errors </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Lower flight heights (See later)
  11. 11. Better stiffness
  12. 12. Better shock/damage resistance </li></ul></ul>
  13. 13. Disco Magnético
  14. 14. Disco Magnético
  15. 15. Vídeo sobre funcionamento do disco rígido
  16. 16. Vídeo sobre disco rígido de vidro
  17. 17. História <ul><li>O primeiro disco rígido foi construído pela IBM em 1956, e foi lançado em 16 de Setembro de 1957.[1] Era formado por 50 discos magnéticos contendo 50 000 setores, sendo que cada um suportava 100 caracteres alfanuméricos, totalizando uma capacidade de 5 megabytes, incrível para a época
  18. 18. Em 1973 a IBM lançou o modelo 3340 Winchester, com dois pratos de 30 megabytes e tempo de acesso de 30 milissegundos. Assim criou-se o termo 30/30 Winchester (uma referência à espingarda Winchester 30/30), termo muito usado antigamente para designar HDs de qualquer espécie.
  19. 19. Ainda no início da década de 1980, os discos rígidos eram muito caros e modelos de 10 megabytes custavam quase 2 mildólares americanos, </li></ul>
  20. 20. Usos <ul><li>Os discos rigidos foram criados originalmente para serem usados em computadores em geral. Mas no século 21 as aplicações para esse tipo de disco foram expandidas e agora são usados em câmeras filmadoras, ou camcorders nos Estados Unidos; tocadores de música como Ipod, mp3 player; PDAs; videogames, e até em celulares. Para exemplos em videogames temos o Xbox360 e o Playstation 3, lançados em 2005 e 2006.
  21. 21. Já para celular os primeiros a terem esse tecnologia foram os da Nokia e da Samsung.[2] E também devemos lembrar que atualmente o disco rigido não é só interno, existem também os externos. </li></ul>
  22. 22. Leitura e gravação <ul><li>Os discos magnéticos de um disco rígido são recobertos por uma camada magnética extremamente fina. Na verdade, quanto mais fina for a camada de gravação, maior será sua sensibilidade, e conseqüentemente maior será a densidade de gravação permitida por ela. </li></ul>
  23. 23. Read and Write Mechanisms <ul><li>Recording and retrieval via conductive coil called a head
  24. 24. May be single read/write head or separate ones
  25. 25. During read/write, head is stationary, platter rotates
  26. 26. Write </li></ul><ul><ul><li>Current through coil produces magnetic field
  27. 27. Pulses sent to head
  28. 28. Magnetic pattern recorded on surface below </li></ul></ul><ul><li>Read (traditional) </li></ul><ul><ul><li>Magnetic field moving relative to coil produces current
  29. 29. Coil is the same for read and write </li></ul></ul><ul><li>Read (contemporary) </li></ul><ul><ul><li>Separate read head, close to write head
  30. 30. Partially shielded magneto resistive (MR) sensor
  31. 31. Electrical resistance depends on direction of magnetic field
  32. 32. High frequency operation </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Higher storage density and speed </li></ul></ul></ul>
  33. 33. Cabeça magnética tradicional <ul><li>Funcionamento </li><ul><li>Sua construção consiste de um solenóide (bobina) enrolado sobre um anel, ou forma semelhante. O anel é feito de um material de alta permeabilidade magnética (condutor magnético), exceto por um pequeno vão (gap), na extremidade oposta ao solenóide, propositadamente construído com material de baixa permeabilidade magnética. </li></ul><li>Gravação </li><ul><li>O sinal elétrico desejado é aplicado ao solenóide, que gera um campo eletromagnético sobre o anel ferromagnético. No gap, as linhas de força do campo magnético espalham-se pelo espaço circundante, de modo que, quando próxima ou em contato com o gap, a fita magnética fica &quot;imersa&quot; no campo magnético gerado. Se este campo for convenientemente forte, será capaz de reorientar permanentemente os elementos magnéticos depositados sobre a mídia. </li></ul><li>Leitura </li><ul><li>Para ler a informação gravada numa mídia, acontece o processo exatamente oposto: os elementos magnéticos da fita, que foram previamente orientados, ao passarem pelo gap, induzem um pequeno sinal elétrico no solenóide, que pode então ser tratado adequadamente pelo circuito eletrônico. </li></ul></ul>
  34. 34. Cabeça magnética tradicional
  35. 35. Inductive Write MR Read (moderno)
  36. 36. Organização de dados e formatação <ul><li>Anéis concêntricos ou trilhas
  37. 37. Espaços entre as trilhas </li></ul><ul><ul><li>Reduce gap to increase capacity
  38. 38. Same number of bits per track (variable packing density)
  39. 39. Constant angular velocity </li></ul></ul><ul><li>Tracks divided into sectors
  40. 40. Minimum block size is one sector
  41. 41. May have more than one sector per block </li></ul>
  42. 42. Organização dos dados no disco
  43. 43. Controle
  44. 44. Formatação
  45. 45. Formatação
  46. 46. Características físicas
  47. 47. Cabeçotes fixo e móvel
  48. 48. Discos simples ou múltiplos
  49. 49. Whinchester <ul><li>Além do corpo lacrado do disco, o winchester ainda permitia maior densidade de gravação de dados (trilhas menores) devido ao cabeçote que era mantido a uma pequena distância do disco pelo próprio deslocamento de ar gerado pelo último. </li></ul>
  50. 50. Disk Velocity <ul><li>Bit near centre of rotating disk passes fixed point slower than bit on outside of disk
  51. 51. Increase spacing between bits in different tracks
  52. 52. Rotate disk at constant angular velocity (CAV) </li></ul><ul><ul><li>Gives pie shaped sectors and concentric tracks
  53. 53. Individual tracks and sectors addressable
  54. 54. Move head to given track and wait for given sector
  55. 55. Waste of space on outer tracks </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Lower data density </li></ul></ul></ul><ul><li>Can use zones to increase capacity </li></ul><ul><ul><li>Each zone has fixed bits per track
  56. 56. More complex circuitry </li></ul></ul>
  57. 57. Disk Layout Methods Diagram
  58. 58. Finding Sectors <ul><li>Must be able to identify start of track and sector
  59. 59. Format disk </li></ul><ul><ul><li>Additional information not available to user
  60. 60. Marks tracks and sectors </li></ul></ul>
  61. 61. ST506 format (old!) <ul><li>Foreground reading </li></ul><ul><ul><li>Find others </li></ul></ul>Gap1 Id Gap2 Data Gap3 Gap1 Id Gap2 Data Gap3 Track Sync Byte Head Sector CRC Sync Byte Data CRC
  62. 62. Characteristics <ul><li>Fixed (rare) or movable head
  63. 63. Removable or fixed
  64. 64. Single or double (usually) sided
  65. 65. Single or multiple platter
  66. 66. Head mechanism </li></ul><ul><ul><li>Contact (Floppy)
  67. 67. Fixed gap
  68. 68. Flying (Winchester) </li></ul></ul>
  69. 69. Fixed/Movable Head Disk <ul><li>Fixed head </li></ul><ul><ul><li>One read write head per track
  70. 70. Heads mounted on fixed ridged arm </li></ul></ul><ul><li>Movable head </li></ul><ul><ul><li>One read write head per side
  71. 71. Mounted on a movable arm </li></ul></ul>
  72. 72. Removable or Not <ul><li>Removable disk </li></ul><ul><ul><li>Can be removed from drive and replaced with another disk
  73. 73. Provides unlimited storage capacity
  74. 74. Easy data transfer between systems </li></ul></ul><ul><li>Nonremovable disk </li></ul><ul><ul><li>Permanently mounted in the drive </li></ul></ul>
  75. 75. Multiple Platter <ul><li>One head per side
  76. 76. Heads are joined and aligned
  77. 77. Aligned tracks on each platter form cylinders
  78. 78. Data is striped by cylinder </li></ul><ul><ul><li>reduces head movement
  79. 79. Increases speed (transfer rate) </li></ul></ul>
  80. 80. Multiple Platters
  81. 81. Cylinders
  82. 82. Floppy Disk <ul><li>8”, 5.25”, 3.5”
  83. 83. Small capacity </li></ul><ul><ul><li>Up to 1.44Mbyte (2.88M never popular) </li></ul></ul><ul><li>Slow
  84. 84. Universal
  85. 85. Cheap
  86. 86. Obsolete? </li></ul>
  87. 87. Winchester Hard Disk (1) <ul><li>Developed by IBM in Winchester (USA)
  88. 88. Sealed unit
  89. 89. One or more platters (disks)
  90. 90. Heads fly on boundary layer of air as disk spins
  91. 91. Very small head to disk gap
  92. 92. Getting more robust </li></ul>
  93. 93. Winchester Hard Disk (2) <ul><li>Universal
  94. 94. Cheap
  95. 95. Fastest external storage
  96. 96. Getting larger all the time </li></ul><ul><ul><li>Multiple Gigabyte now usual </li></ul></ul>
  97. 97. Removable Hard Disk <ul><li>ZIP </li></ul><ul><ul><li>Cheap
  98. 98. Very common
  99. 99. Only 100M </li></ul></ul><ul><li>JAZ </li></ul><ul><ul><li>Not cheap
  100. 100. 1G </li></ul></ul><ul><li>L-120 (a: drive) </li></ul><ul><ul><li>Also reads 3.5” floppy
  101. 101. Becoming more popular? </li></ul></ul><ul><li>All obsoleted by CD-R and CD-R/W? </li></ul>
  102. 102. Speed <ul><li>Seek time </li></ul><ul><ul><li>Moving head to correct track </li></ul></ul><ul><li>(Rotational) latency </li></ul><ul><ul><li>Waiting for data to rotate under head </li></ul></ul><ul><li>Access time = Seek + Latency
  103. 103. Transfer rate </li></ul>
  104. 104. Timing of Disk I/O Transfer
  105. 105. Optical Storage CD-ROM <ul><li>Originally for audio
  106. 106. 650Mbytes giving over 70 minutes audio
  107. 107. Polycarbonate coated with highly reflective coat, usually aluminium
  108. 108. Data stored as pits
  109. 109. Read by reflecting laser
  110. 110. Constant packing density
  111. 111. Constant linear velocity </li></ul>
  112. 112. CD Operation
  113. 113. CD-ROM Drive Speeds <ul><li>Audio is single speed </li></ul><ul><ul><li>Constant linier velocity
  114. 114. 1.2 ms -1
  115. 115. Track (spiral) is 5.27km long
  116. 116. Gives 4391 seconds = 73.2 minutes </li></ul></ul><ul><li>Other speeds are quoted as multiples
  117. 117. e.g. 24x
  118. 118. Quoted figure is maximum drive can achieve </li></ul>
  119. 119. CD-ROM Format <ul><li>Mode 0=blank data field
  120. 120. Mode 1=2048 byte data+error correction
  121. 121. Mode 2=2336 byte data </li></ul>
  122. 122. Random Access on CD-ROM <ul><li>Difficult
  123. 123. Move head to rough position
  124. 124. Set correct speed
  125. 125. Read address
  126. 126. Adjust to required location
  127. 127. (Yawn!) </li></ul>
  128. 128. CD-ROM for & against <ul><li>Large capacity (?)
  129. 129. Easy to mass produce
  130. 130. Removable
  131. 131. Robust </li></ul><ul><li>Expensive for small runs
  132. 132. Slow
  133. 133. Read only </li></ul>
  134. 134. Other Optical Storage <ul><li>CD-Recordable (CD-R) </li></ul><ul><ul><li>WORM
  135. 135. Now affordable
  136. 136. Compatible with CD-ROM drives </li></ul></ul><ul><li>CD-RW </li></ul><ul><ul><li>Erasable
  137. 137. Getting cheaper
  138. 138. Mostly CD-ROM drive compatible
  139. 139. Phase change </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Material has two different reflectivities in different phase states </li></ul></ul></ul>
  140. 140. DVD - what’s in a name? <ul><li>Digital Video Disk </li></ul><ul><ul><li>Used to indicate a player for movies </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Only plays video disks </li></ul></ul></ul><ul><li>Digital Versatile Disk </li></ul><ul><ul><li>Used to indicate a computer drive </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Will read computer disks and play video disks </li></ul></ul></ul><ul><li>Dogs Veritable Dinner
  141. 141. Officially - nothing!!! </li></ul>
  142. 142. DVD - technology <ul><li>Multi-layer
  143. 143. Very high capacity (4.7G per layer)
  144. 144. Full length movie on single disk </li></ul><ul><ul><li>Using MPEG compression </li></ul></ul><ul><li>Finally standardized (honest!)
  145. 145. Movies carry regional coding
  146. 146. Players only play correct region films
  147. 147. Can be “fixed” </li></ul>
  148. 148. DVD – Writable <ul><li>Loads of trouble with standards
  149. 149. First generation DVD drives may not read first generation DVD-W disks
  150. 150. First generation DVD drives may not read CD-RW disks
  151. 151. Wait for it to settle down before buying! </li></ul>
  152. 152. CD and DVD
  153. 153. Magnetic Tape <ul><li>Serial access
  154. 154. Slow
  155. 155. Very cheap
  156. 156. Backup and archive </li></ul>
  157. 157. Digital Audio Tape (DAT) <ul><li>Uses rotating head (like video)
  158. 158. High capacity on small tape </li></ul><ul><ul><li>4Gbyte uncompressed
  159. 159. 8Gbyte compressed </li></ul></ul><ul><li>Backup of PC/network servers </li></ul>

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