Vhodno-izhodne naprave

Transcript

1 Vhodno-izhodne naprave 6 Pomožni (sekundarni) pomnilniki VIN Igor Škraba, FRI

2 Razvoj načinov kodiranja - vsebina 6 Pomožni (sekundarni) pomnilniki: 6.1 Uvod 6.2 Model shranjevanja podatkov 6.3 Magnetni zapisovalni kanal 6.4 Način magnetnega zapisovanja 6.5 Razvoj bralno-pisalnih glav 6.6 Razvoj magnetnih trakov 6.7 Razvoj magnetnih diskov VIN Igor Škraba, FRI

3 6.1 Uvod Glavni pomnilnik: Dostop s strojnimi ukazi (LOAD, STORE,...) Hiter Drag Neobstojen Pomožni (sekundarni) pomnilnik: Dostop z V/I programi (strojni ukazi za dostop do izbrane lokacije ne obstajajo) Počasen Poceni Obstojen Prenosljiv VIN Igor Škraba, FRI

4 Pomnilniška hierarhija NARAŠČA Na CPE čipu Pomožni pomnilniki Pomnilniška hierarhija Registri V CPE Velikost Predpomnilniki Glavni pomnilnik Polprevodniški (SSD) diski Magnetni diski NARAŠČA Magnetni trakovi Optični diski Hitrost Cena VIN Igor Škraba, FRI

5 Pomožni pomnilniki Večina računalnikov ima poleg glavnega pomnilnika še počasnejše, cenejše in zato običajno mnogo večje pomožne pomnilnike. Vrste pomožnih pomnilnikov Magnetni Optični Polprevodniški VIN Igor Škraba, FRI

6 6.2 Model shranjevanja podatkov električni električni pisalni bralni signal signal Izvor podatkov in kodiranje Oddajnik Sprejemnik Ponor podatkov in Šum dekodiranje Zapisovalni kanal - magnetni - optični - polprevodniški VIN Igor Škraba, FRI

7 6.3 Magnetni zapisovalni kanal Zgodovina Oersted 1820: elektromagnetizem - odklanjanje magnetne igle v bližini tokovodnika zveza med električnim tokom in magnetnimi pojavi. Faraday 1831: indukcijski zakon - Če se sklenjena prevodna zanka nahaja v tujem elektromagnetnem polju in se magnetni pretok polja spreminja, se v zanki inducira električna napetost, ki je sorazmerna hitrosti spreminjanja pretoka. Poulsen 1898: prva delujoča naprava na osnovi magnetnega zapisa. Telegraphone - zapis na Fe žici naviti okoli bobna VIN Igor Škraba, FRI

8 Princip magnetnega zapisovanja in branja Pfleumer 1928: patent za magnetni trak - papirnat trak, na katerega je bil nanesen magnetni prah 1935: prvi magnetofon Magnetophon K1 firma AEG Morris 1947: prvi magnetni boben 2300 bit/palec, 3000 obr/min VIN Igor Škraba, FRI

9 Princip magnetnega zapisovanja in branja Princip magnetnega zapisovanja in branja bralno-pisalna glava pisalni tok magnetni pretok zračna reža magnetno jedro hitrost medija stresano mag.polje višina glave nad medijem Magnetni zapisovalni medij magnetni dipoli podloga VIN Igor Škraba, FRI

10 Princip magnetnega zapisovanja in branja Princip magnetnega zapisovanja in branja pisalni tok iw magnetni pretok - - spremembe smeri namagnetenje v mediju bralna napetost VIN Igor Škraba, FRI

11 6.4 Način magnetnega zapisovanja Vzdolžni (longitudinalni) zapis Prevladujoč način do leta 2006 Področja namagnetenja z zmanjševanjem velikosti postajajo termično nestabilna Največja dosežena gostota zapisa je 120 Gbit/palec 2 = 18,6 Gbit/cm 2 (super paramagnetna meja Gb/palec 2 ) Zapisovalna magnetna plast VIN Igor Škraba, FRI

12 Način magnetnega zapisovanja Vzdolžni (longitudinalni) zapis Bralni signal Pisalna glava Bralna glava - GMR senzor Pisalni signal Magnetni medij Namagnetenje VIN Igor Škraba, FRI

13 Način magnetnega zapisovanja Vertikalni (perpendicular) zapis Zamisel že iz let 1970 Dolžina področja namagnetenja je daljša, med seboj se manj motijo Predvidoma bo mogoče doseči 10-krat večjo gostoto - do 1000 Gbitov/palec 2 Prvi komercialni disk z vertikalnim zapisom leta 2006 Seagate Momentus z gostoto 230 Gb/palec 2 Danes pri diskih prevladuje vertikalni zapis Zapisovalna magnetna plast Primerjava z longitudinalnim zapisom VIN Igor Škraba, FRI

14 Način magnetnega zapisovanja Vertikalni zapis (PMR Perpendicular Magnetic Recording) Bralni GMR senzor Ščit 1 Enopolna tankoplastna Bralni signal pisalna glava Ščit 2 P1 P2 Pisalni signal Širina sledi Magnetni medij Mehkomagnetna podlaga Povratni pol VIN Igor Škraba, FRI

15 6.5 Razvoj bralno-pisalnih glav Winchester bralno-pisalna glava Tankoplastna bralno-pisalna glava MR bralna glava (+tankoplastna pisalna glava) GMR bralna glava (+tankoplastna pisalna glava) Tankoplastna glava za vertikalni zapis in TMR bralna glava MR - Magneto-Resistive effect GMR - Giant Magneto-Resistive effect TMR - Tunnelling MR effect CPP - Current Perpendicular to Plaine VIN Igor Škraba, FRI

16 Razvoj bralno-pisalnih glav Razvoj bralno-pisalnih glav pri magnetnih diskih VIN Igor Škraba, FRI

17 Razvoj bralno-pisalnih glav Razvoj drsnikov (sliders) VIN Igor Škraba, FRI

18 Razvoj bralno-pisalnih glav Dimenzije drsnikov VIN Igor Škraba, FRI

19 Razvoj bralno-pisalnih glav MR bralna glava in tankoplastna pisalna glava Pisalna reža Bralna reža in MR senzor VIN Igor Škraba, FRI

20 Način magnetnega zapisovanja Bralno-pisalne glave pri magnetnih diskih in magnetnih trakovih Bistvena razlika pri delovanju magnetnih diskov (HDD) in magnetnih trakov (MT): Pri HDD bralno-pisalna glava lebdi na zračni blazini nad površino magnetnega medija na plošči. Pri MT pa magnetni medij na traku drsi po površini bralno-pisalnih glav. Pri HDD bralno-pisalna glava zapiše na magnetni medij eno sled, pri MT pa se hkrati paralelno na magnetni trak zapiše več sledi. Zaradi večje površinske gostote pri HDD, se razvoj bralno-pisalnih glav za HDD z zamikom prenaša na MT. VIN Igor Škraba, FRI

21 Razvoj bralno-pisalnih glav Struktura bralno-pisalne glave pri disku VIN Igor Škraba, FRI

22 Razvoj bralno-pisalnih glav Struktura bralno-pisalnih glav pri LTO traku Kontakti za povezave 16 bralno-pisalnih glav 2 bralni glavi za servo zapis VIN Igor Škraba, FRI

23 Razvoj bralno-pisalnih glav Bralno-pisalne glave in magnetni trak VIN Igor Škraba, FRI

24 6.6 Razvoj magnetnih trakov IBM 1949: IBM je zrasel na tehnologiji luknjanih kartic in to bo vedno naša osnova Hitrost 100 kartic/min = 133 znakov/sek VIN Igor Škraba, FRI

25 Magnetni trakovi UNIVAC 1951: prvič uporabljen ½ palčni (12,7 mm) trak na računalniku UNIVAC I (Eckert Mauchly Computer Corp.) Gostota zapisa 128 bpi (bitov/palec) IBM 1952: ½ palčni 7- sledni magnetni trak dolžina traku max čevljev NRZI kodiranje gostote 200, 550, 800 bpi teoretična kapaciteta pri gostoti 800 bpi 23,04 MB (6 bitov/bajt) hitrost 7500 znakov/sek (model 726) : kartice 133 znakov/sek VIN Igor Škraba, FRI

26 Magnetni trakovi IBM 1964: ½ palčni 9-sledni magnetni trak model 2400 gostota 800 bpi NRZI, 1600 bpi PE kodiranje model 3400 gostota 1600 bpi PE, 6250 bpi GCR kodiranje teoretična kapaciteta pri 6250 bpi 180 MB VIN Igor Škraba, FRI

27 Magnetni trakovi Do tu so se uporabljali koluti s trakovi širine ½ palca VIN Igor Škraba, FRI

28 Magnetni trakovi Prehod na zaprte kasete (cartridge) s širino traku prav tako ½ palca VIN Igor Škraba, FRI

29 Magnetni trakovi IBM 1984: model IBM sledni kaseta (cartridge) 200 MB/cartridge 18 ali 36 sledi 200 MB/cartridge hitrost prenosa 3 MB/s IBM 1995: model IBM 3590 Magstar podobna kaseta kot 3490 serpentinasto zapisovanje (8, 16 ali 24 prehodov) zapis 16 sledi hkrati 128 sledi na širini traku ½ palca (8 prehodov x 16 sledi), 256 ali 384 sledi do 60 GB/cartridge (nekomprimirano) VIN Igor Škraba, FRI

30 Magnetni trakovi Serpentinasti zapis VIN Igor Škraba, FRI

31 Magnetni trakovi VIN Igor Škraba, FRI

32 Magnetni trakovi IBM 2008: model IBM TS sledi na širini traku ½ palca (širina sledi 9 μm) do 1 TB/cartridge VIN Igor Škraba, FRI

33 Magnetni trakovi Konzorcij LTO 1997: IBM, HP, Seagate ( Quantum) (Linear Tape Open) 2000: LTO-1, 100 GB/cartridge (200 GB kompresija 2 :1; (1,7) RLL) 2003: LTO-2, 200 GB/cartridge 2005: LTO-3, 400 GB/cartridge 2007: LTO-4, 800 GB/cartridge 2010: LTO-5, 1,5 TB/cartridge 2012: LTO-6, 2,5 TB/cartridge (kompresija 2,5 : 1; (32/33) RLL) 2015 LTO-7, 6,0 TB/cartridge 2017 LTO-8, 12,0 TB/cartridge? LTO-9, 24,0 TB VIN Igor Škraba, FRI

34 Magnetni trakovi Prednosti arhiviranja na LTO trak: Najbolj zanesljiv zunanji pomnilnik (BER = 1x10 17, SATA disk 1x10 15 ) Velika kapaciteta in hitrost prenosa Read-after-Write avtomatsko zanesljivo zapisovanje Arhiviranje za daljše obdobje - 15x nižji stroški kot pri diskih Zagotovljena življenjska doba 30 let Datotečni sistem LTFS (Linear Tape File System) deluje enako kot z diski (drag and drop) VIN Igor Škraba, FRI

35 Magnetni trakovi LTO 7 Ultrium (leto 2015): Kaseta s trakom dolžine 960 m Kapaciteta 6,0 TB (15 TB kompresija 2,5 : 1) Kodiranje (32/33) RLL Hitrost prenosa 300 MB/s 32 bralno-pisalnih glav Serpentinasti zapis 112 prehodov 3584 podatkovnih sledi na širini ½ palca (32 sledi x 112 = ) 5 servo sledi Datotečni sistem LTFS (Linear Tape File System) 1 Širina sledi < 3,5 µm VIN Igor Škraba, FRI

36 6.7 Razvoj magnetnih diskov IBM 1956: prvi magnetni disk RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control) = IBM plošč Gostota zapisa 100bit/palec, 2 Kb/palec2 Premer plošč 24 palcev, 100 sledi/ploščo 500 znakov/sled znakov/ploščo 5 Mznakov VIN Igor Škraba, FRI

37 VIN Igor Škraba, FRI

38 VIN Igor Škraba, FRI

39 Magnetni diski IBM 1969: Floppy disk 8 IBM 1973: Winchester disk - winchester bralno-pisalna glava Oznaka IBM 3340, 2+2 plošči Premer plošč 14, glava 10g 3000 obr/min zračna blazina med površino in glavo 0,30 m IBM 1979: Tankoplastna (thin-film) bralno-pisalna glava Oznaka diska IBM 3370 VIN Igor Škraba, FRI

40 Magnetni diski IBM 1991: MR (magnetoresistivna - Magneto-resistivni efekt) bralna glava (! samo za branje, za pisanje tankoplastna glava) Oznaka diska IBM 0663 IBM 1997: GMR (Giant MR) bralna glava Hitachi 2005: Vertikalni (perpendicular) magnetni zapis VIN Igor Škraba, FRI

41 Seagate 2006: Momentus GB Prvi disk s vertikalnim magnetnim zapisom Seagate 2017: Hibridni diski SSHD (Solid State Hybrid Drive) 1TB, 2TB, 4TB HD MLC NAND flash 8GB DRAM predpomnilnik 64MB VIN Igor Škraba, FRI