1

SOCS

Hoofdstuk 2Computerapparatuur

2

Hoofdstuk 2

Logica Elektronica Transistorgeheugens Geheugenmedia

Magneetschijven Optische Schijven Magneto-Optische Schijven Magneetbanden/Cassettes

Organisatie Snelheid

3

Magneetschijven

Harde Magneetschijf Geperfectioneerde magneetschijven Soepele Schijven Alternatieven

4

Harde Magneetschijf

Fysisch voorkomen

holle asplaat (glas/aluminium)

magnetiseerbare laag

30 .. 50 cm 3 .. 12 cm 5¼”, 3.5”, 2.5” < 3 cm

3000 3600 t/min 5400 720010800

5

Harde Magneetschijf

Werking

schrijven

0 0 1 1 0 0 …

II

lezen

geleider inbewegend

magnetischveld

0,1 .. 0,2 m

5 .. 10 m

6

Harde Magneetschijf

7

Harde Magneetschijf

(a) Ferrietkop

(c) Magneto- Resistieve kop

(b) Dunne Film kop

Arm

GlijderGlijder

Kop

Schijf

8

Harde Magneetschijf

menselijk haar 50 m

rookdeeltje 5 m

vingerafdruk 3 m

magnetiseerbare laag 2.5 m

lees/schrijfkopvlieghoogte

0.5 m

9

Harde Magneetschijf

Lees/schrijfkop Zweven boven oppervlak (< 1 m) Stofvrij zoniet headcrash Winchester-schijven

platen + koppen in hermetisch afgesloten doos Bij stilzetten: landen op landingszone

10

Harde Magneetschijf

Spoor = { sectoren }

sectorspoor

800 ... 2000 sporen/cmspoorbreedte = … 10 .. 15 m

# sectoren / spoor= vast (niet optimaal) of= neemt toe naar buiten (zones)

11

Harde Magneetschijf

512b .. 4kb data

Hoofding

Error Correcting Code- Hamming code- Reed Solomon code

HD … data … ECC

Hiaat

Hiaat

Sector:

12

Harde Magneetschijf

Werking

kam

cilinder= { sporen onder lees/schrijfkoppen voor bep. stand kam }

lees/schijfkop

kam

13

Harde Magneetschijf

14

Harde Magneetschijf

Lees/Schrijf (CILINDER, KOP, SECTOR)

a) Positioneren (= zoektijd, seektime) Spoor-spoor: 1 ms Gemiddeld: 10 ms

b) Rotationele wachttijd (= latency time) Wachten tot juiste sector onder de kop Gemiddeld = ½ toer (4 .. 8 ms)

c) Transport (lezen/schrijven) Debiet = 5 .. 30 Mb/s (kortstondig!)

15

Harde Magneetschijf

MicroDrive (1998):1” plaat, CF-interface340 MB 3600 t/min12 ms gem. zoektijd

1998 340 MB

1999 512 MB

2000 1 GB2003 2 GB2004 5 GB2005 8 GB2006 12

GB2007 20

GB?

16

Harde Magneetschijf

17

Geperfectioneerde Schijven

Hogere Snelheid Hogere Betrouwbaarheid

tegen verlies van informatie RAID

Redundant Array of Inexpensive Disks Redundant Array of Independant Disks

Controller Controller

18

Geperfectioneerde Schijven

Capaciteit Prestaties

Betrouwbaarheid

Kostprijs

19

RAID Technology

Principes: Spiegeling (Mirroring) Verdubbeling (Duplexing) Stroken (Striping) Bescherming (Pariteit)

20

RAID technologie

...Strip 4Strip 0

...Strip 5Strip 1

...Strip 6Strip 2

…Strip 7Strip 3 RAID 0

• Disk striping• I/O in parallel

...Strip 4Strip 0

...Strip 5Strip 1

...Strip 6Strip 2

…Strip 7Strip 3

...Strip 4Strip 0

...Strip 5Strip 1

...Strip 6Strip 2

…Strip 7Strip 3

RAID 1• Disk striping• Disk mirroring• Schrijven duurt even lang• Lezen kan sneller

Data 0 Data 2

Data 1 Data 3

21

RAID technologie

RAID 2• Hamming code (4 bits 7 bits)• Bits in parallel• Armpositie & rot. positie gesynchroniseerd

...

Bit 1

...

Bit 2

...

Bit 3

…

Bit 4

...

Bit 5

...

Bit 6

...

Bit 7

...

Bit 1

...

Bit 2

...

Bit 3

…

Bit 4

...

Pariteit

RAID 3• Pariteitsbit (4 bits 5 bits)• Bits in parallel• Armpositie & rot. positie gesynchroniseerd

1 1 0 1 0

1

Onevenpariteit

22

RAID technologie

...Strip 4Strip 0

...Strip 5Strip 1

...Strip 6Strip 2

…Strip 7Strip 3

...P4-7P0-3

RAID 4• Disk striping• Pariteits-strip• Disk crash: herstel• 1 strip wijzigen:

• 2 x Lezen + 2 x Schrijven

...Strip 4Strip 0

...Strip 5Strip 1

...Strip 6Strip 2

…P4-7

Strip 3

...Strip 7P0-3 RAID 5

• = RAID 4• Verspreid pariteit strip

P0-3 = Strip 0 P0-3 = Strip 0 Strip 1 Strip 1 Strip 2 Strip 2 Strip 3 Strip 3P0-3P0-3 = Strip 0 = Strip 0 Strip 1 Strip 1 Strip 2Strip 2 Strip 3 Strip 3P0-3P0-3 = P0-3 = P0-3 Strip 2 Strip 2 Strip 2Strip 2

Strip 2Strip 2 P0-3P0-3

23

Floppy Disk, Diskette

Afmetingen 5.25 “ en 3.5”

Soepele Schijven

Kop raakt oppervlak

Sleet + Warmte

Start /Stop: ±½ s

24

Soepele Schijven

Param. LD 5.25” HD 5.25” LD 3.5” HD 3.5”

Afm. 5.25” 5.25” 3.5” 3.5”

Cap. (byte) 360K 1.2 M 720K 1.44M

# Sporen 40 80 80 80

# Sec/Spoor 9 15 9 18

# Koppen 2 2 2 2

Toeren/min 300 360 300 300

Debiet (kBps) 250 500 250 500

Type Plooibaar Plooibaar Stevig Stevig

25

Magneet Schijven

Harde Magneetschijf Geperfectioneerde magneetschijven Soepele Schijven Alternatieven:

ZIP (100MB/250MB), JAZ (1GB/2GB), SuperDisk (120MB) (Imation)

HiFD (100MB) (Sony) ...

Drive compatibelmet 3.5” FD

26

Optische Schijven

Voorloper: Video-disk (30 cm) Audio CD CD-ROM CD-R CD-RW DVD (DVD-ROM, DVD-R, …)

27

Audio CD

1980 (Philips & Sony) 12 cm , 1.2 mm dik Informatie Digitaal 16-bit sampling,

44,1 kHz Red BookRed Book tot 74 min. muziek

28

Compact Disc

Productie: Branden van putjes in glasplaat Maken van matrijs Persen van CD Dunne laag aluminium Laklaag Label

29

Compact Disc

Afspelen: m.b.v. laserinfrarood 0.78 m

30

Compact Disc

31

Compact Disc

1: overgang, 0: geen overgang

32

Compact Disc

Spiraal (binnen naar buiten) 22.188 omwentelingen

(± 600 per mm) Constante bitstroom

530 T/min 200 T/min= CLV = Constant Linear Velocity

33

CD-ROM

1984 (Philips & Sony) CD voor opslag van data: CD-ROM Compact Disc, Read-Only Memory Compatibel met audio CD Yellow BookYellow Book

Formaat van Data Extra Foutenbescherming

34

CD-ROM

Symbool: 8 bits 14 bits...

...

42 symbolenFrame (588 bits)• 24 data bytes• rest: fouten+synch.

98 frames

DATA ECCH

16 bytes 2048 bytes 288 bytes

Sector• Mode 1

• Mode 216 bytes 2336 bytes

DATAH

00ffffffffffffffffffff00min:s:sector:mode

35

CD-ROM

Foutencontrole: 3 niveaus Per symbool (1-bit fout) Per frame (# opeenvolgende fouten) ev. per sector (Cross Interleaved Reed-Solomon code)

Efficientie (mode 1): 98 x 588 bits = 57.624 bits 2048 x 8 = 16.384 bits

36

CD-ROM

Capaciteit: ±270.000 sectoren (550 MB .. 630 MB)

Debiet: 75 sect./s = 150 kB/s (mode 1) = 171 kB/s (mode 2) x2, x4, …, x32, … Hogere snelheden

CAV (constant angular velocity) aan binnenzijde Zoektijd:

controller: berekening van plaats + zoeken 100 ms

37

CD-I

Compact Disc, Interactive Philips, 1986 Speler verbonden met TV MPEG video, geluid, … Green BookGreen Book Toepassing:

Spelletjes Educatieve programma’s

38

CD-R

Compact Disc, Recordable 1989 WORM, Write-Once, Read Many Groef met sinusoidale rand (snelheid) Uitzicht: Goudkleurig i.p.v. zilverkleurig

LabelBeschermlaagReflecterende Au-laagDoorzichtige KleurstofSubstraat

1.2

mm

39

CD-R

Schrijven: Laser: Hoog vermogen (verkleuring)

Lezen: Laser: Laag vermogen (donkere plek: minder reflectie)

ook te lezen op gewone CD-ROM lezen Beschrijven:

in een continue operatie beschrijven, zonder stoppen

40

CD-R

Orange BookOrange Book CD-R CD-ROM/XA (incrementeel beschrijven)

Toepassing: PhotoCD Backup

Piraterij! Verkeerde lengte, Verkeerde ECC, …

41

CD-RW

Compact Disc, ReWritable Zoals CD-R, kleurstof vervangen door legering

Twee stabiele toestanden: kristallijn & amorf

42

CD-RW

Schrijven: Laser: hoog vermogen

Legering smelt, koelt af tot amorf Laser: medium vermogen

Legering omgezet naar kristallijn Lezen:

Laser: laag vermogen Kristallijn: veel reflectie Amorf: weinig reflectie

Duurder dan CD-R (kan niet gewist!)

43

DVD

Digital Video Disk, Digital Versatile Disk Zelfde formaat CD-ROM (120 mm schijf)

CD DVD

Snelheid (1x): 1,475 575 t/min Capaciteit: 4.7 GB Debiet: 1.4 MB/s

44

DVD

Compressie: MPEG-2 (4 Mbps) Afhankelijk van detail & hoeveelheid beweging

Audio 24-bit sampling, 96 kHz DigitalSurround (5 kanalen + 1 subwoorfer-kan.)

Films Meerdere talen (<= 8) + ondertiteling Meerdere verhaallijnen (te selecteren) Meerdere gezichtspunten Kinderslot

45

DVD

4 Formaten:

46

DVD-…

Beschrijfbaar DVD-R, DVD+R

Herbeschrijfbaar DVD-RAM DVD-RW DVD+RW

Opvolger? Blu-Ray: tot 25 GB/laag HD-DVD (High Definition-DVD): tot 15 GB/laag

47

Magneto-Optische Schijven

Legering Boven Curiepunt (Tc): magnetisatie wijzigen Onder Curiepunt: magnetisatie bevroren

Schrijven: Lezen: Kerr effect

laserB

laser polarisatie

Concentrische sporen, sectoren, CAV

Verwijderbaar medium, vaak 5.25”

48

Magneto-Optische Schijf

49

Magneetbanden

Spoel-tot-spoel

1”, 1/2” breed, 2400 ft lang

Capaciteit: … 180 MB ...

9 sporen (1 byte + pariteit)

Lees en schrijf koppen

50

Magneetbanden

Blokken van variabele lengte Hiaat (½ - 1”): start/stop

hiaat

Dichtheid: 1600 B/duim, 6250 B/duim

Debiet: tot 3 MB/s

Terugspoelen: 50 s tot 3 min

51

Cassettes

52

Cassettes

Cartridge Vaak streaming mode

Blokken van ½kB .. 1 kB met heel klein hiaat Backup: data compressie (tot 2x zoveel op tape) 28 .. 144 sporen Vaak serieel beschreven

(serpentine recording)

53

Cassettes

Types ½” Cartridge

4 GB .. 35 GB 1 MB/s .. 5 MB/s

¼” Cartridge (QIC) Vooral op PCs 400 MB .. 4 GB 125 kB/s .. 1.5 MB/s Heel veel incompatibele formaten

54

Cassettes

Types (helical scan) 8 mm (videoband)

3 GB .. 25 GB 500 kB/s .. 6 MB/s

4 mm (DAT) 2 GB .. 12 GB 50 kB/s .. 1 MB/s

55

Massageheugens

JukeBox met CDs Speciale Cassette lader

200

CD

s

20 Cassettes