Ukládání dat se rychle stává středem pozornosti

Někteří filozofové se domnívají, že informace je vedle energie a hmoty samostatná forma. Plně s nimi souhlasím. Bude...


Někteří filozofové se domnívají, že informace je vedle energie a hmoty
samostatná forma. Plně s nimi souhlasím. Budete-li například chtít uvařit
dobrou večeři, můžete mít k dispozici neomezené množství surovin, dostatek
nástrojů i energie, ale nebudete-li znát recept, těžko se vám dílo podaří. S
kuchařskou knihou však máte mnohem lepší šanci. Paměťová média představují
takovou knihu receptů ve světě počítačů.
Informace, kterou nelze ihned použít ani nijak uchovat, je totiž prakticky
bezcenná. Způsobů sběru, uchování, vyhledání a využití informací existuje
nepřeberné množství. V dnešním článku se zaměřím na principy běžně používané v
oblasti počítačů a eventuálně komerční elektroniky.
Paměťová média je možno rozdělit do několika kategorií podle různých kritérií.
Tradičně se hovoří o pevných discích, čipových pamětech, kompaktních discích,
páskových pamětech, pružných discích alias disketách a různých nástupcích
disket.
Základní pojmy
Kromě různých přenosových, záznamových, přístupových a jiných dob a rychlostí
se v oblasti paměťových médií setkáváme s pojmy, které nemusí být tak zřejmé. U
magnetických, magnetopáskových a magnetooptických médií se někdy kromě kapacity
uvádí FTPI (Flux Transition Per Inch). Tato veličina udává počet změn
(magnetické indukce) na palec. FTPI popisuje podélnou hustotu záznamu.
Příčnou hustotu záznamu udává TPI (Track Per Inch). Čím je vyšší počet
záznamových stop, tím vyšší dosáhne TPI hodnoty. U kruhových paměťových médií
(HD, FD, CD) se stopa dělí na sektory. Sektor je základní adresovatelná
jednotka. Všechny stopy, které je schopna záznamová hlava přečíst na jedno
vystavení, tvoří cylindr. U CD se navíc setkáváme se specifickými záznamovými
jednotkami land a pit. Lisovací stroj nebo zápisová jednotka vylisuje (vypálí)
do záznamového média miniaturní dírky, které tvoří pity. Zbylé části tvoří
land. Vztah mezi pity a bity udává EFM kódování, které bude zmíněno v
následující kapitole.
Kódování
Pro záznam v paměťových médiích se až na nevýznamné výjimky používají
dvoustavové veličiny. Např. polarita magnetické indukce, hodnota proudu nebo
napětí vyšší nebo nižší než rozhodovací úroveň apod. Nikoho tedy nepřekvapí, že
základní paměťovou jednotkou je bit (binary digit = číslo dvojkové soustavy). Z
toho vycházejí i kódy používané v paměťových médiích.
Nejběžnějšími kódy používanými pro záznam dat na magnetická média jsou MFM
(Modified Frequency Modulation) a RLL (Run Length Limited). Pro záznam na CD se
používá kód EFM (Eight to Fourteen Modulation). Volba padla na EFM mimo jiné
proto, že se v něm nevyskytují dvě jedničky za sebou.
Jsou-li data kódována pomocí MFM, provádí se reverzace při záznamu "1"
uprostřed bitového intervalu a při záznamu dvou "0" na hranici mezi nimi. "1"
se tedy kóduje jako 01 (resp. 10) a "0" se kóduje jako 00, pokud předcházela
"1" anebo jako 10, pokud předcházela "0". MFM se používalo u starších pevných
disků a stále se používá na disketách.
RLL je vlastně množina kódů. Chceme-li specifikovat, o který konkrétní kód jde,
musíme uvádět RLL (a,b), kde "a" znamená nejmenší počet 0 mezi dvěma 1 a "b" je
nejvyšší počet nul mezi dvěma jedničkami. Příklad kódu RLL (2,7) ukazuje
tabulka.
Kódovaná data se rozdělí na části odpovídající prvnímu sloupci tabulky a
převedou se na hodnoty odpovídající druhému sloupci. Zakódované hodnoty
představují poloviny bitového intervalu. Tam, kde se vyskytne "1", se provádí
reverzace. Vzhledem k tomu, že se nemohou vyskytnout dvě jedničky vedle sebe,
nemá záznamová/čtecí hlava problém rozlišit jednotlivé bity jejich velikost je
dostatečná, pouze jsou jakoby posunuty.
Pružné disky
Diskety a jejich mechaniky jsou postupně zatlačovány do pozadí zájmu. Jejich
dřívější obrovská popularita a rozšíření stále nedovolují většině konstruktérů
počítačových sestav se tohoto média jednou provždy zbavit. Přestože pro většinu
uživatelů představuje kapacita diskety přílišné omezení, dosud ji téměř všichni
alespoň sporadicky používají, neboť neexistuje žádné adekvátně rozšířené médium.
V dřevních dobách se vyskytovaly 8" mechaniky, které byly postupně vytlačeny
jejich 5,25" kolegyněmi. 5,25" diskety se vytratily poměrně nedávno a nahradily
je média 3,5". Z původní kapacity 720 KB dosáhly 3,5" diskety až na hodnotu 2,8
MB. Běžně jsou však k vidění pouze mechaniky a média o kapacitě 1,44 MB.
Pevné disky
Pevné disky patří mezi paměťovými médii k naprosté klasice. Bezdiskové pracovní
stanice dnes tvoří spíše výjimku. Kromě počítačů jsou pevné disky s menšími či
většími úspěchy stále více často nasazovány i v komerční elektronice. Můžeme se
s nimi setkat v digitálních fotoaparátech, MP3 přehraváčích apod. V těchto
přístrojích se samozřejmě většinou jedná o minidisky, jejichž rozměry dosahují
pouhých několik desítek milimetrů. Do počítačů jsou montovány 3,5" nebo 5,25"
disky. Ty větší bývají označovány jako bigfoot.
Základními parametry disků jsou kapacita, přístupová doba, přenosová rychlost a
cena. Jako všude tam, kde existuje konkurenční boj, objevují se i v oblasti
prodeje disků různé způsoby lákání zákazníka. Do repertoáru oblíbených fint
výrobců pevných disků patří "optické" zvyšování kapacity. Každý školák vám dnes
řekne, že 1 KB = 1 024 Bajtů. Obdobný vztah platí pro MB a GB. U disků tomu tak
obvykle není 1 KB zde bývá pouze 1 000 B. Udávaná kapacita je tedy ve
skutečnosti o necelých 7 % menší. Ve skutečnosti není tento problém až tolik
palčivý, uvědomíme-li si, že před nějakými osmi až devíti lety se za
srovnatelnou cenu prodávaly harddisky s 1 000x menší kapacitou. Ano, dnes již
může spotřebitel běžně nakoupit disk o velikosti 20 až 30 GB.
RAID
Pro ukládání rozsáhlých dat a automatické redundantní zálohování slouží RAID
(Redundant Array of Independent/Inexpensive Disks). Systém RAID je zařízení,
které se skládá ze skupiny disků propojených sběrnicovým systémem. Uživatel svá
data čte a zapisuje jako na běžný harddisk. Jsou mu však poskytovány služby,
které obyčejný pevný disk neumí. Rozsah a kvalita služeb závisí na úrovni RAID
implementované v rámci dodaného systému. Vyšší číslo úrovně nemusí vždy
znamenat lepší funkčnost. Určitá množina úloh bývá často spojena konkrétní
úrovní RAID.
Úroveň 0
Není "skutečným" RAID systémem, protože neposkytuje žádnou ochranu proti ztrátě
dat. Poškozený sektor na jednom disku v rámci systému automaticky znamená
ztrátu dat. Z tohoto důvodu není úroveň 0 vhodná pro mission critical aplikace.
Mezi výhody patří zvýšená výkonnost oproti běžným diskům a možnost zápisu
rozsáhlých bloků dat. Jeden soubor může být v rámci RAID fyzicky uložen na více
discích. Úroveň 0 se snadno implementuje a neobsahuje redundanci, a tak je její
cena oproti vyšším úrovním poměrně příznivá. Vyžaduje minimálně 2 disky. K
typickým aplikacím, v nichž najde uplatnění RAID 0, patří výroba a editování
rozsáhlých videosouborů nebo obrázků, pre-pressové aplikace či programy náročné
na šířku pásma.
Úroveň 1
Všechna data jsou "zrcadlena" vždy na dvojicích disků. Oproti běžnému disku
tedy data zabírají dvojnásobek místa. Zničení fyzického sektoru jednoho disku
nevede ke ztrátě dat. Tato funkce může být implementována buď softwarově, nebo
hardwarově. Výhody a nevýhody obou řešení jsou asi zřejmé hardwarová realizace
je elegantnější, rychlejší ale dražší. RAID 1 nachází uplatnění např. v různých
finančních aplikacích nebo v programech, které vyžadují co nejlepší
dosažitelnost.
Úroveň 2
Všechna data jsou chráněna pomocí ECC (Error-Correcting Code). Data se před
zapsáním rozdělí na stejně dlouhé části. Každý bit části dat se zapíše na
vyhrazený datový disk. Například máme-li k dispozici čtyři datové disky, data
se rozdělí na čtyřbitová slova. Každý bit slova se zapíše na jiný disk. Pro
každé slovo se vygeneruje Hammingův ECC kód. Tento kód se zapíše na vyhrazené
disky. Při čtení dat se zároveň zkontroluje správnost dat. Použitý Hammingův
kód umožňuje opravu jednoduchých chyb vniklých například zničením sektoru na
jednom z datových disků. K opravě chyb dochází "za letu", tj. uživatel
prakticky o vzniku diskové chyby neví. Obslužný software (firmware) může chybu
detekovat. Data uložená na RAID 2 zabírají asi o 30 % více místa než shodná
data na klasickém pevném disku.
Úroveň 3
Tato úroveň je charakterizována rozdělením bloku dat mezi datové disky. Zároveň
v rámci systému existuje vyhrazený disk, na který se ukládá parita. RAID 3
vyžaduje minimálně 3 disky. Čtení i zápis dat probíhá velmi rychle. Chyba na
jednom disku má velmi malý dopad na propustnost celého systému. RAID 3 (podobně
jako 4 a 5) spotřebují pouze o 10-20 % větší kapacitu oproti klasickému disku.
Uplatnění nalezne úroveň 3 všude tam, kde je vyžadována vysoká datová
propustnost. Například ve videoprezentacích či produkcích s vysokým rozlišením
apod.
Úroveň 4
Vyžaduje minimálně 3 disky. Data jsou opět dělena do bloků, avšak oproti
předchozím systémům nedochází již k distribuci bloku mezi datové disky. Celý
blok je zapsán vždy na jeden datový disk. Každý datový blok je chráněn paritou
uloženou na vyhrazeném disku. Řadič RAID 4 vyžaduje poměrně komplikovaný návrh
a tím celý systém prodražuje. Výhodou úrovně 4 je rychlé čtení jednotlivých
bloků dat a rychlá odezva na požadavek vícenásobného čtení bloku.
Úroveň 5
K ochraně datových bloků se používá parita jako u předchozí úrovně. Pro uložení
informací o paritě není vyhrazen speciální disk. Parita se ukládá na datové
disky a to vždy tak, aby 2 paritní informace ležely co nejdále od sebe.
Případná jednoduchá chyba jednoho disku tak poškodí co nejmenší počet paritních
informací. RAID 5 se typicky používá u aplikačních, databázových,
intranetových, WWW a poštovních serverů.
Úroveň 6
Systém je tvořen skupinou nezávislých datových disků podobně jako RAID 5. Na
discích se nachází datové bloky a 2 skupiny paritních informací. Jedna skupina
obsahuje paritu bloků, druhá paritu disku. Úroveň 6 je tedy pouze jakýmsi
vylepšením páté úrovně. Dvě nezávislé skupiny parit umožňují odhalit i
komplikovanější chyby jednotlivých disků. Toto řešení plně vyhovuje misson
critical aplikacím.
Úroveň 7
Tato úroveň představuje v současnosti technologickou špičku. Nedílnou součástí
celého systému je vlastní řídicí procesor, na kterém běží operační systém
reálného času. Všechny vstupně-výstupní operace jsou prováděny asynchronně,
nezávisle a jsou cachovány. Celý systém je provázán speciální vysokorychlostní
sběrnicí. Vysoká propustnost je docílena vyšším počtem na sobě nezávislých
rozhraní (až 12). Systém je dobře škálovatelný jeho součástí může být až 48
disků. Uživatelskému pohodlí napomáhá možnost vzdáleného managementu pomocí
protokolu SNMP.
Úroveň 10
Rozšiřuje možnosti úrovně 1. Vyžaduje minimálně 4 disky. Všechna data jsou
zrcadlena a zároveň distribuována mezi další datové disky. Každá informace je
tedy v systému obsažena 3krát. Cena RAID 10 tomu odpovídá. Oproti úrovni 1 však
dociluje rapidního zvýšení výkonu. Typickou aplikací, na kterou může být RAID
10 nasazen, je např. databázový server vyžadující vysoký výkon a odolnost proti
chybám, avšak nepotřebuje ukládat příliš rozsáhlá data.
Úroveň 53
Přiléhavější označení pro tuto úroveň by znělo RAID 03. RAID 53 totiž vychází z
úrovně 3 nikoli 5. Systém lze rozdělit na 2 části. První odpovídá úrovni 3 (tj.
obsahuje datová slova rozdělená mezi datové disky a paritní disk), druhá
zrcadlí původní informace na dalších datových discích. Lepší výkon a
zabezpečení proti chybám jsou vykoupeny vysokou cenou systému.
Magnetopáskové paměti
Páskové paměti, někdy i v češtině označované jako streamery, představují dobrou
volbu všude tam, kde je zapotřebí zálohovat rozsáhlé množství informací a
zároveň zálohovaná data číst pouze jednou za delší dobu. Na datové médium lze
zapisovat buď lineární, nebo šikmé záznamy. Zařízení s lineárním záznamem mohou
používat pásku širokou 1/4 palce, potom se jedná o QIC (Quarter Inch Cassette).
Odvozením od QIC vznikl TRAVAN s šířkou pásky 8 mm. TRAVAN mechanika je zpětně
kompatibilní se staršími QIC formáty (tj. přečte starší QIC pásky). Dosud
existují 4 verze formátu TRAVAN. TR-1 s kapacitou bez komprese 400 MB, TR-2 800
MB, TR-3 1,6 GB a TR-4 4 GB. Všechny druhy streamerů umějí při zápisu provádět
kompresi. Obvykle dosahují kompresního poměru 2 : 1.
Dalším typem streameru, který používá lineární záznam, je DLT (Digital Linear
Tape). DLT obsahuje pásku o šířce 1/2 palce. DLT původně vyvinula firma DEC.
Dosahuje kapacity 20-40 GB. Mechaniky se vyznačují vysokou přenosovou rychlostí
až 2,5 MB/s.
Na páskovou paměť mohou být data zaznamenána šikmo. V takovém případě používá
streamer rotující čtecí hlavu. Základní typy zařízení této kategorie jsou
odvozeny buď od formátu DAT (Digital Audio Tape), potažmo DDS (Digital Data
Store), anebo od formátu VHS (Video Home System). Dosud poslední verze DDS3
pojme až 24 GB a data přenáší rychlostí až 2 MB/s.
Mimo uvedené formáty existují samozřejmě proprietární řešení. Jako příklad lze
uvézt SLR (Single Liear Recording) firmy Tandberg. Tato společnost se zabývá i
automatizovaným záznamem velkoobjemových dat. Neustálé vyměňování pásek v
provozech vyžadujících rozsáhlé zálohování může odstranit jejich automatizovaný
systém obsahující zásobník více pásek. Kapacita systému dosahuje 160 GB-2 TB
při zápisové rychlosti až 58 GB/hod.
Vývojem standardů v oblasti páskových pamětí se zabývá konsorcium Quarter-Inch
Cartridge Drive Standards, někdy označované také akronymem QIC. Zkratka QIC
tedy může označovat technologii páskové paměti, konzorcium nebo standard vydaný
tímto konzorciem.
Nástupci disket LS120
Zaplnění vzniklé mezery na trhu disket je velkým lákadlem pro výrobce
alternativních mechanik a médií. Nejblíže má k bývalým disketám mechanika
LS120, která dokonce umožňuje čtení klasických 3,5" disket o kapacitě 1,44 MB a
720 KB. Této sympatické funkce dosahuje tím, že je složena ze dvou čtecích hlav
první čte a zapisuje na klasické diskety, druhá na diskety o kapacitě 120 MB.
Nic není zadarmo, a tak mechanika LS120 momentálně stojí přibližně pětkrát více
než klasická FDD, tj. od 2 200 Kč. Ještě horší je to s poměrem cen médií
nejlevnější LS120 disketa stojí v přepočtu kolem 300 Kč, běžně i 500 Kč. Navíc
většina českých dodavatelů počítačových komponent dosud toto médium naprosto
ignoruje.
LS120 nemá na růžích ustláno i díky nízké přenosové rychlosti. Ta je sice asi
3krát až 5krát vyšší než u běžné FDD (3,20-5,33 Mb/s), ale stejně si můžete
klidně někam odskočit na kávu, než se vám celá disketa nahraje. Technologie
LS120 může teoreticky dosáhnout na kapacitu kolem 200 MB, zvýšit přenosovou
rychlost a snížit cenu jak médií, tak mechanik, to by ovšem musela (pokud možno
v co nejkratší době) dosáhnout mnohem většího rozšíření než má dnes.
Firma Iomega se stala významným hráčem na poli nástupců disket. Dá se říci, že
vytvořila svébytnou řadu výrobků, které mnohonásobně ve více ohledech předčí
kvality disket. Protože specifikace a ochranné známky svých produktů většinou
neuvolňuje, nelze předpokládat masové rozšíření těchto paměťových médií.
ZIP
Je patrně nejrozšířenější paměťové médium od Iomegy. Dodává se v provedení buď
se 100 MB nebo 250 MB "disketami". Přenosová rychlost se pohybuje v rozpětí od
0,79 MB/s do 1,40 MB/s. Modely připojené pomocí paralelního rozhraní se plouží
rychlostí 20 MB/min, kdežto zařízení spojené přes SCSI přenáší až trojnásobnou
rychlostí. Dosud popsané údaje se týkají 100MB mechaniky. 250MB dosahuje zhruba
dvojnásobných rychlostí.
K dalším méně známým paměťovým médiím společnosti Iomega patří např. BUZ,
Bernoulli disky, nebo JAZ s kapacitou 1/2 GB. Data dnes mohou všichni od
mamutích firem až po běžného uživatele ukládat desítkami různých způsobů. Stačí
si jen vybrat a samozřejmě sáhnout do peněženky.
CD
Velkou popularitu mezi paměťovými médii si v posledních letech vydobyla široká
rodina kompaktních disků. Protože laskavý čtenář si na stránkách Computerworldu
jistě přečetl nedávno vyšlý článek (9/2000), který se touto problematikou
zabýval, uvedu zde pro úplnost pouze přehled CD formátů.
Již v roce 1980 přišly společnosti Philips a Sony s formátem CD-DA (Compact
Disk Digital Audio), který vešel ve známost jako Red Book a později ISO 908.
Každý sektor má 2 352 B dat, 784 B EDC/ECC (Error Detection and Correction /
Error Check Code) a 98 kontrolních B. Každá sekunda obsahuje 75 sektorů,
šedesátiminutové CD tedy obsahuje 270 tisíc sektorů. CD-DA může obsahovat až 74
minut hudby. Data se přenášejí rychlostí 176 400 B/s.
V roce 1983 vytvořily firmy Philips a Sony Yellow Book alias CD-ROM. Formát byl
později převzat ISO a standardizován jako ISO 10149. CD-ROM může obsahovat až 1
GB dat určených pouze pro čtení. Obvykle však CD-ROM nese pouze 650 MB
užitečných informací. V roce 1988 Philips, Sony a Microsoft tento formát
rozšířily na CD-ROM XA (Extended Architecture).
Další v pořadí se ocitla Green Book alias CD-I (Interaktivní CD). Firmy Sony a
Philips ji ohlásily už v roce 1986, jako standard se začala používat až v roce
1991. CD-I bývá někdy označována jako digitální video, protože obsahuje i
definici FSFMV (Full Screen Full Motion Video) známou spíše podle způsobu
použité komprese jako MPEG-1. Rozšířením CD-I na CD-I Bridge vznikla White
Book. CD-I Bridge definuje způsob, kterým lze přidávat CD-I informace k formátu
CD-ROM XA.
Další pokrok učinily společnosti Philips a Sony v roce 1990, když uvedly Orange
Book. Tento standard definuje CD-WO (Write Once) a CD-MO (magneto-optical,
přepisovatelné). Formát CD--WO se stal základem pro dnešní vypalovací
mechaniky. CD-MO představují zajímavou technologii, která umí číst i zapisovat
na CD. Bohužel, vyžaduje speciální mechaniku. Další část Orange Book se zabývá
v současnosti populárním formátem CD-RW (Read/Write), někdy také označovaným
jako CD-E (Eraseble).
V roce 1995 uvedly firmy Philips a Sony ve známost nový formát CD-Extra
označovaný jako Blue Book. CD-Extra je zpětně kompatibilní s CD-DA. Využívá
prázdná místa v CD-DA. Na CD s 60 minutami hudby může být více než 100 MB např.
multimediálních dat.
DVD
V roce 1995 vzniklo spojením dvou konkurenčních skupin DVD Consortium.
Spoluzakládaly jej firmy Sony, Philips, Matsushita, Pioneer, JVC a další.
Vytkly si společný cíl vytvoření nového standardu DVD (Digital Video Disc,
později Digital Versatile Disc). Formátů vzniklo hned několik (DVD-R, DVD-RAM,
DVD+RW, DVD-R/W a další). Zatím není jasné, kolik z nich a které se definitivně
prosadí. Množstvím konkurenčních formátů a technologií zavalený uživatel
nejraději vidí, pokud jeden přístroj zvládne vše. Tomuto ideálu se blíží hit
posledních dnů mechanika Memorex TriMAXX 200, která jako první výrobek svého
druhu dovážený i do ČR podporuje formáty DVD, CD-DA, CD-ROM, CD-R a CD-RW.
Čtení CD--ROM provádí rychlostí 24x, čtení DVD-ROM 4x, zápis CD-R 6x, zápis
nebo přepis CD-RW 4x. Pokud jste zahořeli nadšením, asi vás trochu zchladí
doporučená koncová cena, která přesahuje 12 tisíc Kč bez DPH.
0 0825 / wep









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.