Massamuistit

• Yleistä massamuisteista
• Kiintolevy eli kovalevy
  • Toimintaperiaate
  • Rakenne
  • Kiintolevyn geometria ja kapasiteetti
  • Kiintolevyn suorituskyky
  • Kiintolevyn väyläliitännät
  • Kiintolevyn asentaminen
• Levykeasema ja levykkeet
  • Levykeaseman liittäminen emolevyyn
  • Levykkeen ja kiintolevyn korvikkeet
• Optiset levyt ja levyasemat
  • Yleistä optisten levyjen levyasemista ja levyistä
  • CD-ROM-levy
  • CD-R-levy
  • CD-RW-levy
  • CD-R-levyn polttaminen
  • DVD (Digital Versatile Disk) -levy
  • DVD-R/DVD-RW/DVD-RAM/DVD+RW/DVD+R
• Nauha-asemat
• Useamman kovalevyn kokonaisuudet
  • RAID (Redundant Arrays of Inexpensive Disk
• Tiedostojärjestelmien vertailua
• Linkkejä

• laitteistot0502.mp3 3.6 MB
• laitteistot0503.mp3 3.2 MB
• laitteistot0504.mp3 3.4 MB
• laitteistot0505.mp3 2.9 MB
• laitteistot0506.mp3 2.6 MB

Seuraavassa esitellään erilaisia massamuisteja ja niissä käytettyjä tekniikoita. Käsiteltävät massamuistit ovat kovalevy, erilaiset CD:t, erilaiset DVD:t, erilaiset levykkeet sekä nauhat.

Yleistä massamuisteista

Massamuisteja ovat

• kovalevyt
• CD-ROM-, CD-R- ja CD-RW-levyt
• DVD-ROM- ja DVD-RW-levyt
• levykkeet
• nauha-asemat

Massamuisteja käytetään

• ohjelmien asennusmediana (Esim. CD).
• ohjelmien ja tiedostojen pysyvään tallentamiseen (Esim. Kovalevy).
• tietojen varmuuskopiointiin (Esim. Nauhat).
• tietojen siirtämiseen koneiden välillä (Esim. Levykkeet).

Massamuistien kapasiteetti ilmoitetaan yleensä mega- tai gigatavuina.

• 1 tavu (B) = 8 bittiä
• 1 kilotavu (kB) = 1024 tavua
• 1 megatavu (MB) = 1024 x 1024 tavua (1 048 576 tavua)
• 1 gigatavu (GB) = 1024 x 1024 x 1024 tavua (1 073 741 824 tavua)
• Jotkin kiintolevyvalmistajat tarkoittavat yhdellä megatavulla 1 000 000 tavua.
• Esimerkiksi valmistaja ilmoittaa 800 MB, mutta oikeasti mahtuu 780 MB.

Kiintolevy eli kovalevy

• Valmistajia: mm. IBM, Seagate, Maxtor ja Fujitsu.
• Hinnat: 70 euroa (20 GB) - 350 euroa (250 GB)
• Koko
  • 3.5" on yleisin koko eli mahtuu saman kokoiseen paikkaan kotelossa kuin 3.5" levykeasema.
  • 5.25" kokoiset ovat samaa kokoluokkaa romppuasemien kanssa. Tämän kokoisia kiintolevyjä ei nykyään enää käytetä.
  • 2.5" kokoa käytetään kannettavissa tietokoneissa
  • Kaikista pienin kiintolevy on IBM:n microdrive (kuva)

Historia

Toimintaperiaate

• Käyttöjärjestelmä paikallistaa datan levyltä (FAT).
• Käyttöjärjestelmän pyytää jonkin uran jotakin sektoria kovalevyltä (LBA).
• Lukupään moottori siirtää lukupään oikealle uralle.
• Lukupää lukee datan levyltä ja levyohjain tulkitsee luetun datan prosessoria varten.
• Usein luetaan myös ylimääräistä dataa levyltä, koska sitä saatetaan tarvita.
• Levy pyörii (yleensä) kirjoittamisen ja lukemisen aikana vakionopeudella.
• Data siirretään muistiin prosessorin käsittelyä varten.
• Levyt voidaan pysäyttää virransäästöominaisuuksien vuoksi.

Rakenne

• Kovalevy on pakattu ilmatiiviiseen kuoreen.
• Levyt
  • Alumiinia tai lasin ja keramiikan seosta
  • Päällystetty magneettisella aineella
• Levyjen pyöritysmoottori
• Luku- tai kirjoituspäät
  • Luku- ja kirjoituspäitä vähintään kaksi joka levyllä eli vähintään yksi jokaisella pinnalla.
  • Ohjataan moottorilla, joka siirtää pään oikealle uralle.
  • Kaikki varret liikkuvat yhtäaikaa.
  • Eivät koske levypintaan. (<0.07mm)
  • Muuttaa levypinnan magneettisuuden suuntaa.
• Lukupäiden moottori
  • Siirtää lukupään tarkasti oikealle uralle.
• Toimintaa ohjaava piirilevy.
  • Välimuisti
  • Levyohjain

Kiintolevyn geometria ja kapasiteetti

• levypinta (engl. platter)
  • Levypintoja kaksi jokaisella levyllä.
• ura (engl. track)
  • Jaettu sektoreihin.
  • Tietoja luetaan ura kerrallaan.
• sylinteri (engl. cylinder)
  • Jokaisella levypinnalla samalla kohdalla olevat urat.
  • Sylinteri tallennetaan täyteen ja sen jälkeen vaihdetaan uraa.
• sektori (engl. sector)
  • Käyttöjärjestelmän pienin tallennusyksikkö.
  • Pieninkin tieto varaa vähintään sektorin itselleen.
• tilanvarausyksikkö (engl. cluster)
  • Käyttöjärjestelmä voi yhdistää sektoreita klustereiksi.
  • Pienin käyttöjärjestelmän käsittämä tilanvarausyksikkö (esim. 512B).

Kiintolevyn tallennuskapasiteetti lasketaan seuraavasti:

Tallennuskapasiteetti = Levypintojen lkm * Sylinterien lkm * Sektoreiden lkm * Sektorin koko
1083,8MB = 4 kpl * 2100 cyl * 63 spc * 256B

Kiintolevyn suorituskyky

• Pyörimisnopeus
  • Kuinka nopeasti pyörähdetään kierros?
  • 3600 - 10000 kierrosta minuutissa (rpm).
• Hakuaika (engl. Seek time)
  • Kuinka nopeasti lukupää siirtyy jollekin toiselle uralle?
  • Esim. 5-12 ms
• Pyörähdysviive (engl. Latency)
  • Kuinka nopeasti oikea kohta pyöräytetään lukupään kohdalle?
  • Riippuu suoraan pyörimisnopeudesta.
  • Esim. 3-8 ms
• Keskimääräinen hakuaika (engl. Average Access Time)
  • Kuinka nopeasti siirrytään mielivaltaiselle uralle oikeaan kohtaan?
  • Arvoon vaikuttavat sekä pyörähdysviive että hakuaika.
  • Esim. 8-12 ms
• Tiedonsiirtonopeus (engl. Data Transfer Rate)
  • Miten nopeasti tieto siirtyy levyltä keskusmuistiin?
  • Esim. IDE-levyillä 4 - 100 MB/s

Kiintolevyn väyläliitännät

• IDE (Intelligent Disk Electronics)
  • Maksimissaan kaksi laitetta samaan väylään.
  • Jumpperoinnilla kiintolevy asetetaan Masteriksi, Slaveksi tai Cable Selectiksi.
  • Emolevyissä tuki yleensä 4:lle IDE-laitteelle. (Uusissa 8:lle)
  • Kaksi 40-pinnistä liitintä emolevyllä.
• SCSI (Small Computer System Interface)
  • Pidetään varmempana kuin IDE-liitäntää.
  • Maksimissaan kahdeksan laitetta samaan väylään (7 muuta laitetta).
  • Tarvitaan usein erillinen SCSI-kortti.
  • Jokaisella laitteella oma laitenro.

Kiintolevyn asentaminen

• Kiintolevylle valmiiksi tehty perusalustus (low level), jossa merkitään urien ja sektorien paikat levylle.
• Fyysinen asentaminen - IDE-kaapeli ja virtajohto
• Tarvittaessa BIOSin tietojen muokkaaminen (cyl, heads, spt, size)
• Osiointi - onnistuu siihen tehdyllä ohjelmalla (esim. FDISK tai PartitionMagic)
  • Klusterikoko on liian suuri (tiedostojärjestelmä riippuvainen).
  • Kokorajoituksen vuoksi.
    • Rajoitus voi johtua BIOSista, IDE(ATA)-väylästä, tiedostojärjestelmästä tai käyttöjärjestelmästä.
    • 504 MB
      • Korjataan BIOSin päivityksellä.
    • 2 GB
      • Korjataan BIOSin päivityksellä ja tiedostojärjestelmän muuttamisella.
      • FAT16 ei ymmärrä yli 2GB osiota tai loogista levyasemaa.
    • 8 GB
      • Korjataan BIOSin päivityksellä.
    • 137GB
      • Johtuu ATA-väylän osoitteiston rajoituksesta.
      • Korjataan emolevyn vaihtamisella?!?
• Kiintolevy jaetaan useaan fyysiseen osaan (C, D, E jne..).
  • Ensiöosio (C:)
  • Toisio-osio
    • Jaetaan loogisiin levyasemiin (D:, E:, jne)
• Formatointi eli alustaminen on perusalustus (high level), jossa määritellään kovalevylle tiedostojärjestelmä.

Levykeasema ja levykkeet

• Levykkeitä olemassa useaa kokoa (3.5" , 5.25"), joiden kapasiteetti vaihtelee seuraavasti:
  • 360 kB
  • 720 kB
  • 1.2 kB
  • 1.44 MB
  • 2.88 MB
  • Aseman hinta: < 150 mk
  • Levykkeiden hinta: < 2 mk

Esimerkki levykeaseman ja levykkeen rakennetiedoista:

• Kapasiteetti: 1.44 MB
• Koko: 3.5"
• Pyörimisnopeus: 300 kierrosta minuutissa (rpm)
• Siirtonopeus: 62,5 kB/s
• Hakuaika: 84 ms
• Urien määrä/puoli: 80
• Sektoria/ura: 18
• Uratiheys: 135 tpi = Tracks Per Inch (Urien määrä tuumalla)
• Tallennustiheys: 17 434 bpi = Bits Per Inch (Bittien määrä tuumalla)

Levykeaseman liittäminen emolevyyn

• Liitetään 34-johtimisella lattakaapelilla.
• Maksimissaan kaksi levykeasemaa.

Levykkeet kuluvat!

Levykkeen ja kiintolevyn korvikkeet

• Tarvitaan erillinen sisäinen tai ulkoinen levykeasema
• Levyasema ei osaa välttämättä lukea korppua

Iomega

• PocketZip - 40 MB
  • Käytetään 2" (tuuman) levyjä
• Zip - 100MB tai 250 MB
• Jaz - 1 GB tai 2 GB

SyQuest

• EZFlyer - 230 MB
• SparQ - 1GB
• SyJet - 1.5GB

Muiltakin valmistajilta löytyy toki vastaavia tuotteita. Tuotteiden kirjavuudesta aiheutuu kuitenkin ongelmia käyttäjille!

Joissakin kovalevyn ja levykkeen korvikkeissa käytetään MO-tekniikkaa (Magneto Optical). MO-tekniikassa käytetään lukemiseen laser-tekniikkaa (kuten CD-asemat) ja kirjoittamiseen magneettikenttää (kuten kovalevy).

Optiset levyt ja levyasemat

Yleistä optisten levyjen levyasemista ja levyistä

• Yleensä alaspäin yhteensopivia.
• Lukunopeuksissa suuria eroja asemittain 1X - 72X (150kB/s - 10800kB/s)
• 20x/10x/40x tarkoittaa 20 nopeuksinen CD-R kirjoitus, 10 nopeuksinen CD-RW kirjoitus ja 40 nopeuksinen CD-ROM luku
• Lukeminen ja kirjoittaminen tapahtuu optisesti.
• Levyn pyörimisnopeus vaihtelee, mutta lukunopeus on vakio.
• Asemia valmistavat mm. HP, Plextor, Sony ja Yamaha
• Asemien hinnat:
  • CD-ROM > 20 €
  • CD-R/RW > 55 €
  • DVD > 40 € (ROM)
  • CD-RW/DVD > 80 €
  • Kirjoittavat DVD-asemat > 220 €
• Medioiden hinnat (kpl):
  • CD-R > 1 €
  • CD-RW > 1 €
  • DVD-R > 2 €
  • DVD-RAM > 10 €
  • DVD-RW > 5 €
  • DVD+RW > 5 €

CD-ROM-levy

• Ei voi kirjoittaa.
• Kapasiteetti 650 - 870MB.
• Tieto on tallennettu sektoreihin yhdelle uralle.

CD-R-levy

• Voi kirjoittaa yhden kerran
• Kirjoittaminen tehdään voimakastehoisella lasersäteellä.
• Muutetaan tallennusyksikön valonheijastusta.
• Kirjoittamista voidaan jatkaa myöhemminkin
• Kapasiteetti 650 MB.

CD-Recordable FAQ

CD-RW-levy

• Voi kirjoittaa useaan kertaan.
• Perustuu aineen muutoksiin eri lämpötiloissa.
• Kapasiteetti 650 MB.

CD-R-levyn polttaminen

• Tee valmis CD-levyn kuva (CD-Image).
• Verkkolevyjen data kannattaa kopioda kovalevylle ennen polttamista.
• Polta CD vasta levykuvasta.
• Virheet voivat aiheutua
  • Asema ei saa poltettavaa dataa riittävän nopeasti
  • Tiedostojen lukitusvirhe

DVD (Digital Versatile Disk) -levy

• Erityisesti elokuvia varten kehitetty.
• Suuri tallennuskapasiteetti jopa 17 GB (8.5 GB).
• CD-R-levy ei välttämättä toimi vanhemmissa DVD-asemassa?!?
• Uusilla voi lukea kaikkia CD-tyyppejä.
• Data tallennetaan kahteen kerrokseen.

DVD FAQ

DVD-R/DVD-RW/DVD-RAM/DVD+RW/DVD+R

Keskenään kilpailevia formaatteja. DVD-RW ja DVD+RW ovat uudelleen kirjoitettavia versioita, jotka kilpailevat keskenenään.

Nauha-asemat

• Käytetään varmuuskopiointiin.
  • Täydellinen varmistus (harvemmin).
  • Lisäävä varmistus (vaikka joka päivä).
• Yleisiä nauhaformaatteja ovat QIC ja DAT
• Suuri tallennuskapasiteetti.
• Tiedonhakeminen hitaampaa kuin kovalevyltä.
• Aseman hinta: > 1000 €
• Nauhan hinta: > 10 €
• Koko: > 10 GB

Useamman kovalevyn kokonaisuudet

Järjestelmissä, joissa tarvitaan paljon kovalevytilaa tai korkeaa toimivuutta, käytetään useammasta kovalevystä koostuvaa kokonaisuutta.

RAID (Redundant Arrays of Inexpensive Disk

• Käytetään useaa kiintolevyä yhtenä kokonaisuutena.
• Voidaan käyttää kiintolevyjä rinnakkain, jolloin saadaan lisää tallennusnopeutta.
• Voidaan käyttää peilaamiseen, jolloin varmistetaan koko kiintolevyn sisältö.

Tiedostojärjestelmien vertailua

Tiedostojärjestelmä mahdollistaa hakemistojen ja tiedostojen käytön.

Linkkejä

Seuraavassa luennon aiheeseen liittyviä hyviä linkkejä

• Hard Disks - PCTechGuide
• CD-ROM - PCTechGuide
• CD-R/RW - PCTechGuide
• DVD - PCTechGuide
• Tape Backup - PCTechGuide
• Removable Storage - PCTechGuide