Előzőleg leírtam példákkal, hogy minden adat, illetve a programokban található utasítások is átalakíthatóak nullákká és egyesekké. A számítógép alkatrészei, egységei pedig ezeket az elektromos jeleket tudják tárolni, értelmezni, feldolgozni, továbbítani. Mivel ma már minden informatikai eszköz, berendezés ezen az elven működik (Neumann János óta), így a különböző számítógépek között könnyű, gyors és pontos az adatátvitel, az információcsere, azaz a kommunikáció. Ezt nemzetközi szabványok, szabályok, protokollok írják elő, amit mindenkinek be kell tartania. Ezért működik jól az INTERNET. A szabályok folyamatosan fejlődnek, bővülnek.
Ebben a leckében viszont nem a nemzetközi szabályokkal, hanem magával a számítógépes adattárolással, annak fizikai, valós működésével foglalkozom. Azaz, hogyan tudjuk a nullákat és egyseket tárolni a különböző adattárolókon.
Adattároló (storage) = háttértár = meghajtó (drive)
Egyes adattároló berendezésekből nem lehet kivenni azt az elemet, ami magát az adatot tárolja, mert akkor működéskptelenné válik. Az adatok elvesznek. Más típusú adattárolókból viszont kivehető, cserélhető az adatokat tartalmazó alkatrész. Ezeket adathordozóknak hívjuk. Ilyen például a notebook-ok oldalán található kártyaolvasó. Maga az olvasóberendezés a meghajtó, és a kártya benne pedig az adathordozó. A kártya kivehető, cserélhető, törlhető, újraírható adatokkal.
A régebbi meghajtókra az volt a jellemző, hogy egy villanymotor forgatott körbe egy kör alakú lemezt, azaz meghajtotta azt. Ezért nevezzük a ma is használatos adattároló eszközöket meghajtóknak, bár ma már nincs bennük motor és lemez sem.
Idézet a Wikipédiából:
"A háttértár olyan számítógépes hardverelem, mely nagy mennyiségű adatot képes tárolni, és azokat a számítógép kikapcsolása után is megőrzi. Erre azért van szükség, mert a számítógép műveleti memóriájában csak ideiglenesen lehet adatot tárolni, ennek tartalma a számítógép kikapcsolása után törlődik. A mai számítógépek legtöbbje digitális, azaz számokkal dolgozik, minden adatot (kép, hang, egyéb) számokká alakítva kap meg, így számokat dolgoz fel és azokat kell, hogy eltárolja. A tároló eszközök különböző (mechanikai, mágneses, elektronikus és optikai) elveken tárolják az adatokat."
Mechanikai adattárolók, adathordozók:
- lyukszalag (papír)
- lyukkártya (papír)
Nics lyuk = 0, van lyuk = 1. Ezeket mar már nem használjuk. Múzeumi darabok.
Mágneses elven működő adattárolók, adathordozók:
- mágnesszalag (orsós, kazettás)
- hajlékonylemez, azaz Floppy lemez
- ZIP lemez (a Floppy továbbfejlesztett változata)
- merevlemez, azaz winchester
Így működtek a biciklik dinamói, amik a világításhoz termeltek áramot, ha hajtották a bicikli kerekét. A dinamó belsejében forgó mágnes változó mágneses tere áramot fejlesztett a mágnes körül lévő réz tekercsben. Így működnek a mai áramtermelő generátorok is. Áramot termelnek, ha meghajtja a motor a generátor mágnesét, ami körül réztekercsek vannak.
Merevlemez = Hard Disk Drive = HDD = winchester (Mára csak a magyarok által használt elnevezés.)
Az IBM mérnökei 1956-ra készültek el az új adattárolóval, melyet RAMAC névre kereszteltek. Ez volt az első mágneslemezes háttértároló. 15 darab, egyenként 24 hüvelykes mágneses lemezkorongot tartalmazott, 5 MB tárolókapacitással rendelkezett, és 971 kilogrammot nyomott. Ezen a fejlesztési vonalon haladva végül 1973-ra elkészült a mai Hard Disk Drive első őspéldánya.
Ebbe már zárt, nem cserélhető lemezegységek kerültek. A fejlesztések során a kettős meghajtók kifejlesztése volt a cél, melyek két 30 megabájtos cserélhető forgótárat használtak. A 30/30 jelölés Kenneth E. Haughton vezetőmérnököt a leghíresebb Winchester puskára emlékeztette, így ezt választották a projekt kódnevéül.
Ezt a kifejezést, mint belső használatú kódnevet, mi magyarok megőriztük. Ne furcsálljuk tehát, hogy más országokban, ha betérünk egy számítástechnikai boltba, és winchestert kérünk, akkor eléggé furcsán néznek majd ránk. Ugyanúgy, mint ahogy a pendrájvot sem értik, tőlünk nyugatabbra ugyanis csak USB stick van.
A merevlemez ma is használatos adattároló. 10 éven belül azonban ez a fajta technika is a múzeumokba kerülhet. Ma még használjuk őket, mert olcsók, megbízhatók, viszonylag gyorsak, és nagy tárolókapacitásúak, azaz sok adatot tárolhatunk rajtuk: 1 TB-tól 22 TB-ig. A merevlemezeket általában beépítik a számítógépbe, de külső változatuk is létezik. A merevlemezek érzékenyek a mágnesekre, és az áramszünetre. Nem szeretik a mozgatást sem, tehát működés közben ne mozgasd erősen a gépedet!
A winchester-ben mágnesezhető, kör alakú, merev fémlemezek vannak, amelyek egymás felett helyezkednek el egy lezárt dobozban. Ez védi meg a lemezeket a fizikai sérülésektől, szennyeződésektől. A doboz belsejében nincs levegő. A lemezek állandó sebességgel, gyorsan forognak (7200 fordulat/perc). Minden lemezhez tartozik író-olvasó fej, melyek segítségével lehet a lemezekre írni és olvasni. Az adatok láthatatlan körökben helyezkednek el a lemezen.
A merevlemezben egy kis villanymotor forgat egy vagy több kör alakú fémlemezt állandó fordulattal, sebességgel. A fémlemez felett egy karon egy író-olvasó fej mozog. A fejben egy pici réztekercs található. Ha adatokat akarunk felírni a lemezre, akkor az író-olvasó fejbe áramot vezetünk, így a réztekercs körül mágneses tér keletkezik. Ez az apró, láthatatlan mágneses tér megmágnesezi a gyorsan forgó fémlemez egy adott pontját. Így jel 1-es lesz. Ha épp nem mágnesez, akkor a jel nulla. A mágneses pontok nagyon aprók, láthatatlanok, és sűrűen helyezkednek el kör alakban a lemezen.
Ha adatokat akarunk leolvasni a lemezről, akkor az író-olvasó fej a lemez fölé mozog. A lemezen lévő apró mágneses pontok az író-olvasó fej réz tekercsében áramot fejlesztenek egy pillanatra. Ez a jel az egyes. Ha a fej olyan pont felett van, ami nem mágneses, akkor nem keletkezik áram, így a jel nulla lesz.
Optikai (lézeres) adattárolók, adathordozók:
- CD-ROM meghajtó és a CD lemez
- DVD meghajtó és a DVD lemez
- Blu-ray meghajtó és a Blu Ray lemez
- hologram
A CD, a DVD és a Blu-ray meghajtók, és a lemezeik, mint adathordozók optikai elv (lézerfény) alapján működnek. Az adatokat a lemez felületére belülről kifelé haladó spirál, csigavonal formájában írják fel. Íráskor egy lézersugár megváltoztatja a lemez egy adott pontjának fényvisszaverő tulajdonságát. A visszaverődő fény segítségével pedig kiolvasható a digitális jel. A lézersugár tulajdonképpen apró lyukakat éget az adatokat hordozó festékrétegbe. A lemezek tetején egy erős lakkréteg van, ami színezhető, és nem engedi át a lézersugarakat.
A = polikarbonát réteg, azaz egy kör alakú, műanyag lemez
B = adathordozó festékréteg, ezt lyukasztja, égeti ki a lézerfény
C = védőlakk réteg, ezen nem tud áthatolni a lézerfény
D = díszítő, dekorációs réteg, ide kerülnek a feliratok, grafikák
E = a lézerfényt kibocsátó író-olvasó fej
A CD (Compact Disc) vagy préselt lemez kapacitása 700 MB. Adat, hang, kép, videó, program tárolására használjuk. A SONY és a PHILIPS cég fejlesztette ki 1982-ben. Eredetileg csak hangot tudott tárolni.
A DVD (Digital Video Disc) a CD továbbfejlesztett változata. A lemez kapacitása 4,7 GB, ha egyrétegű, és 8,5 GB ha kétrétegű. Adat, hang, film, fotó, program tárolására használjuk.
A Blu Ray a hagyományos DVD lemezek továbbfejlesztett változata. Kapacitását tekintve akár 128 GB adatot is tárolhatunk rajta. A három lemez ugyanolyan méretű, alakú, mégis egyre több adat tárolására képes. Ezt a lyukak méretének csökkentésével érték el.
A nagyfelbontású filmek nem férnek rá egy DVD-re, ezért ezek tárolására Blu Ray-t használnak. A Blu Ray nem tudott igazán elterjedni, mert már a megjelenésének időpontjában voltak online adattárak, és azóta – az internet sebességének növekedésével – lehetővé vált a filmek megvásárlás utáni letöltése. Ennek ellenére vannak, akik szeretik kedvenc filmjeiket a könyvespolcon látni. Ők megvásárolják, hisz kényelmesebb onnan elővenni, mint várni a letöltésre.
Napjainkban CD-n és a DVD-n már egyre kevésbé tárolunk adatokat, inkább csak audio CD-ként és film DVD-ként használjuk őket. Meghallgatásukhoz és megtekintésükhöz lejátszóra van szükség. Ez lehet a számítógépbe beépített egység vagy külső lejátszó is. Sebességük lassúnak számít, és idővel a lemezek tönkremennek.
A holográfia a fény hullámtermészetén alapuló olyan képrögzítő eljárás, amellyel a tárgy alakjáról tökéletes térhatású, vagyis háromdimenziós kép hozható létre.
A holográfiát Gábor Dénes magyar fizikus találta fel 1947-ben. Ezzel a képek rögzítésének egy olyan módját fedezte fel, ami több információ visszaadását tette lehetővé, mint bármelyik addig ismert eljárás. Gábor Dénes a holográfia kidolgozásáért 1971-ben fizikai Nobel-díjat kapott.
A hologram technológiának van egy hatalmas előnye a hagyományos adattárolókkal szemben, ugyanis UV fény segítségével törölhető, ami azt jelenti, hogy az ilyen tárolók a szó szoros értelmében végtelen újraírást tesznek lehetővé. Ez kifejezetten fontos a felhő alapú tárolók estében, ahol a felhasználók folyamatosan töltik fel, törlik le és módosítgatják az adataikat. A Microsoft most új technológiákkal ötvözve szeretné megreformálni vele a felhő alapú szolgáltatásait, melyet HSD = Holographic Storage Device néven emlegetnek.
Persze egyelőre még rengeteg a kérdőjel a technológiával kapcsolatban, de projekt vezetői szerint ennek segítségével egy olyan adattároló módszert dolgozhatnak ki, mely elméletben örök életű. Persze az még jó kérdés, mikor lehet ebből véglegesnek mondható prototípus, az pedig már a sokadik lépés, hogy sorozatgyártásban is elinduljon az új technológia. Azt viszont jó látni, hogy a gyártók nem csak a meglévő megoldásokat igyekeznek csiszolgatni, hanem teljesen új utakat is keresnek.
FLASH memória alapú adattárolók, adathordozók:
- pendrive (tollmeghajtó)
- SD kártya (memóriakártya)
- SSD meghajtó (szilárdtest meghajtó)
A pendrive (USB-flash-tároló, USB-kulcs, tollmeghajtó) USB-csatlakozóval egybeépített flash memória. Tárolási kapacitása 32 MB-tól 256 GB-ig terjed. Némelyik képes 10 évig megőrizni az adatokat, és egymillió írási-törlési ciklust is kibír. Önállóan nem képes adatcserére, csak személyi számítógépre vagy a megfelelő csatlakozással ellátott író/olvasó egységre csatlakoztatott állapotban. Az elektromos csatlakozás védelme érdekében védőkupakkal készül, de létezik védőkupak nélküli és kitolós változat is.
A memóriakártya olyan hordozható digitális tárolóeszköz, amelynek alakja kártyaszerű. Főbb tulajdonságai: hordozhatóság, energia nélküli adatmegmaradás, kis méret, többszöri írhatóság. Leggyakoribb felhasználása: digitális fényképezőgépek, táblagépek, telefonok, okostelefonok, kamerák, MP3 lejátszók, videójáték-konzolok.
A szilárdtest meghajtó, SSD (Solid State Drive) flash memóriát használó adattároló eszköz. Bővebben, az SSD egy olyan, mozgó alkatrészek nélküli adattároló eszköz, ami memóriában tárolja az adatokat, a merevlemezekhez hasonlóan SATA csatlakozóval rendelkezik. Az SSD eszközökben a gyártók különböző típusú memóriákat használhatnak, mint pl. flash vagy különböző RAM fajták – ezt az ár- és a teljesítményigények határozzák meg. A flash memória chip memóriacellákat tartalmaz. A legfontosabb tulajdonsága az, hogy a memóriacellák az áram kikapcsolása után is megőrzik az adatokat hosszútávon is. Egy-egy memóriacella 1 bitnyi adatot tárol. Azaz csak egy darab jelet. Egy szoftver figyeli, hogy ne mindig ugyanazokat a memóriacellákat terheljék. Ez a TRIM technika.
A szilárdtest szó arra utal, hogy ez a technológia nem tartalmaz mozgó alkatrészeket, mint a hagyományos merevlemezek. A mozgó alkatrészek hiánya miatt kevésbé sérülékeny, mint a hagyományos merevlemez, hangtalan, kevés hőt termel, nincsenek a mechanikából adódó késleltetések, az adathozzáférés egyenletesen gyors. Elsődlegesen az operációs rendszer és programok gyorsítására használják, az egyéb adatokat hagyományos merevlemezeken tárolják.
Az SSD előnyei a HDD-vel szemben:
- rövid indulási idő, nincs felpörgés
- mozgó alkatrészek teljes hiánya
- nagyon gyors
- alacsony áramfelvétel
- kis hőtermelés
- zajtalan
- képes elviselni szélsőséges ütést, vibrációt, nyomást
- bármilyen helyzetben beépíthető, használható (fejjel lefelé, döntve), azaz rögzítésnél csak a csatlakozók egyben tartására kell figyelni, az eszköz akár szabadon is lóghat
- széles
hőmérsékleti tartományban képes működni – egy tipikus merevlemez +5 és +55
°C között,
míg az SSD -40 és +85 °C között is működőképes marad
- állandó olvasási és írási teljesítmény
- kis méret és tömeg
Hátrányok:
- az
újraírások száma korlátozott: kezdetben a flash memória 10000-szer volt
írható, manapság ez akár az 5 milliót is elérheti (sok évig tud
adatokat tárolni egy átlagos PC-ben)
- váratlan áramkimaradásokra érzékenyebb, mint a HDD
- ma még drágább, mint egy HDD
A jövő egyik lehetséges adathordozója az 5D technológiás üveg lemez:
A Southampton Egyetem kutatói Angliában kifejlesztettek egy új adatrögzítési formátumot, amellyel apró nanostruktúrákat visznek fel üveg lemezekre. Ez a hagyományos CD-kkel egyező méretű lemez akár 360 terabájtnyi adatot is képes tárolni.
A technológiát először 2013-ban mutatták be egy tanulmányban, majd 2016-ra sikerült előállítani az első adatíró gépeket és magukat a lemezeket. Mint ismeretes, a lemezek felülete megsérülhet, karcolódhat, de oxigénnek, hőnek és párának már ellenáll. Az 5D üveg lezemek belsejében tárolódnak az adatok aprócska fizikai struktúrák formájában, amiket nanorácsoknak neveznek.
Az 5D-s adattárolás elvileg 13,8 milliárd évig képes megőrizni az infókat, akár 190 Celsius fokon is. Elon Musk az űrbe lőtte ki a technológiát, de tervbe van véve, hogy a Holdra és a Marsra is eljuttatják az emberi civilizáció tudásanyagát ezzel a technológiával néhány éven belül.
A lézerek, amelyek az adathordozóra való rögzítést végzik, túl drágák ahhoz, hogy a laboratóriumokból kihozhassák őket, vagyis az üveg CD írók tömegtermékekké váljanak. Az 5D-s CD-lejátszó elterjedésével kapcsolatban is évtizedeket emlegetnek.
Források:
https://hu.wikipedia.org/wiki/CD
https://hu.wikipedia.org/wiki/Merevlemez
http://www.ant.hu/hu/blog/miert-winchester
https://www.nkp.hu/tankonyv/informatika_8/lecke_01_001
https://piacesprofit.hu/infokom/elon-musk-is-fantaziat-lat-az-5d-s-adattarolasban/
https://computerworld.hu/tech/a-hologram-lehet-a-jovo-adattaroloja-284922.html