Hoofdstuk 2 Computerapparatuur SOCS Hoofdstuk 2 Computerapparatuur

Hoofdstuk 2 Logica Elektronica Transistorgeheugens Geheugenmedia Magneetschijven Optische Schijven Magneto-Optische Schijven Magneetbanden/Cassettes Organisatie Snelheid

Magneetschijven Harde Magneetschijf Geperfectioneerde magneetschijven Soepele Schijven Alternatieven

plaat (glas/aluminium) Harde Magneetschijf Fysisch voorkomen holle as plaat (glas/aluminium) 30 .. 50 cm 3 .. 12 cm 5¼”, 3.5”, 2.5” < 3 cm 3000 3600 t/min 5400 7200 10800 magnetiseerbare laag

Harde Magneetschijf Werking lezen schrijven I I 0 0 1 1 0 0 … geleider in bewegend magnetisch veld 0 0 1 1 0 0 … 0,1 .. 0,2 m

Harde Magneetschijf

Harde Magneetschijf (c) Magneto- Resistieve kop (a) Ferrietkop Arm Glijder Kop Schijf (b) Dunne Film kop

magnetiseerbare laag 2.5 m Harde Magneetschijf lees/schrijfkop vlieghoogte 0.5 m menselijk haar 50 m rookdeeltje 5 m vingerafdruk 3 m magnetiseerbare laag 2.5 m

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

Harde Magneetschijf Spoor = { sectoren } sector spoor # sectoren / spoor = vast (niet optimaal) of = neemt toe naar buiten (zones) 800 ... 2000 sporen/cm spoorbreedte = … 10 .. 15 m

Harde Magneetschijf Sector: HD … data … ECC Hoofding Hiaat Hiaat 512b .. 4kb data HD … data … ECC Hiaat Error Correcting Code - Hamming code - Reed Solomon code

Harde Magneetschijf Werking kam kam lees/schijfkop cilinder = { sporen onder lees/schrijfkoppen voor bep. stand kam } kam kam

Harde Magneetschijf

Harde Magneetschijf Lees/Schrijf (CILINDER, KOP, SECTOR) Positioneren (= zoektijd, seektime) Spoor-spoor: 1 ms Gemiddeld: 10 ms Rotationele wachttijd (= latency time) Wachten tot juiste sector onder de kop Gemiddeld = ½ toer (4 .. 8 ms) Transport (lezen/schrijven) Debiet = 5 .. 30 Mb/s (kortstondig!)

Harde Magneetschijf MicroDrive (1998): 1” plaat, CF-interface 1998 340 MB 1999 512 MB 2000 1 GB 2003 2 GB 2004 5 GB 2005 8 GB 2006 12 GB 2007 20 GB? MicroDrive (1998): 1” plaat, CF-interface 340 MB 3600 t/min 12 ms gem. zoektijd

Harde Magneetschijf

Geperfectioneerde Schijven Hogere Snelheid Hogere Betrouwbaarheid tegen verlies van informatie RAID Redundant Array of Inexpensive Disks Redundant Array of Independant Disks Controller Controller

Geperfectioneerde Schijven Capaciteit  Prestaties  Kostprijs Betrouwbaarheid 

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

RAID technologie Data 0 Data 2 Data 1 Data 3 ... Strip 4 Strip 0 ... … Strip 7 Strip 3 RAID 0 Disk striping I/O in parallel ... Strip 4 Strip 0 ... Strip 5 Strip 1 ... Strip 6 Strip 2 … Strip 7 Strip 3 ... Strip 4 Strip 0 ... Strip 5 Strip 1 ... Strip 6 Strip 2 … Strip 7 Strip 3 RAID 1 Disk striping Disk mirroring Schrijven duurt even lang Lezen kan sneller

RAID technologie 1 1 1 1  Oneven pariteit ... Bit 1 ... Bit 2 ... … Bit 4 ... Bit 5 ... Bit 6 ... Bit 7 RAID 2 Hamming code (4 bits  7 bits) Bits in parallel Armpositie & rot. positie gesynchroniseerd ... 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  1 1 Oneven pariteit

RAID technologie ... Strip 4 Strip 0 ... Strip 5 Strip 1 Strip 2 ... … Strip 7 Strip 3 P0-3 ... P4-7 P0-3 RAID 4 Disk striping Pariteits-strip Disk crash: herstel 1 strip wijzigen: 2 x Lezen + 2 x Schrijven P0-3 = Strip 0  Strip 1  Strip 2  Strip 3 P0-3 = P0-3  Strip 2  Strip 2 ... Strip 4 Strip 0 ... Strip 5 Strip 1 ... Strip 6 Strip 2 … P4-7 Strip 3 ... Strip 7 P0-3 RAID 5 = RAID 4 Verspreid pariteit strip

Soepele Schijven Floppy Disk, Diskette Afmetingen Kop raakt oppervlak Sleet + Warmte Start /Stop: ±½ s

Soepele Schijven

Magneet Schijven Harde Magneetschijf Geperfectioneerde magneetschijven Soepele Schijven Alternatieven: ZIP (100MB/250MB), JAZ (1GB/2GB), SuperDisk (120MB) (Imation) HiFD (100MB) (Sony) ... Drive compatibel met 3.5” FD

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

Audio CD 1980 (Philips & Sony) 12 cm , 1.2 mm dik Informatie Digitaal 16-bit sampling, 44,1 kHz Red Book tot 74 min. muziek

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

Compact Disc Afspelen: m.b.v. laser infrarood 0.78 m

Compact Disc

Compact Disc 1: overgang, 0: geen overgang

Compact Disc Spiraal (binnen naar buiten) 22.188 omwentelingen (± 600 per mm) Constante bitstroom 530 T/min  200 T/min = CLV = Constant Linear Velocity

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

CD-ROM ... Symbool: 8 bits  14 bits 42 symbolen Frame (588 bits) ... 24 data bytes rest: fouten+synch. ... 98 frames 00ffffffffffffffffffff00 min:s:sector:mode Sector Mode 1 Mode 2 DATA ECC H 16 bytes 2048 bytes 288 bytes 16 bytes 2336 bytes DATA H

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

CD-ROM Capaciteit: Debiet: Zoektijd: ±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

CD-I Compact Disc, Interactive Philips, 1986 Speler verbonden met TV MPEG video, geluid, … Green Book Toepassing: Spelletjes Educatieve programma’s

CD-R Compact Disc, Recordable 1989 WORM, Write-Once, Read Many Groef met sinusoidale rand (snelheid) Uitzicht: Goudkleurig i.p.v. zilverkleurig Label Beschermlaag Reflecterende Au-laag Doorzichtige Kleurstof Substraat 1.2 mm

CD-R Schrijven: Lezen: Beschrijven: Laser: Hoog vermogen (verkleuring) Laser: Laag vermogen (donkere plek: minder reflectie) ook te lezen op gewone CD-ROM lezen Beschrijven: in een continue operatie beschrijven, zonder stoppen

CD-R Orange Book Toepassing: Piraterij! CD-R CD-ROM/XA (incrementeel beschrijven) Toepassing: PhotoCD Backup Piraterij! Verkeerde lengte, Verkeerde ECC, …

CD-RW Compact Disc, ReWritable Zoals CD-R, kleurstof vervangen door legering Twee stabiele toestanden: kristallijn & amorf

CD-RW Schrijven: Lezen: Duurder dan CD-R (kan niet gewist!) 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!)

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

DVD Compressie: MPEG-2 (4 Mbps) Audio Films 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

DVD 4 Formaten:

DVD-… Beschrijfbaar Herbeschrijfbaar Opvolger? DVD-R, DVD+R DVD-RAM DVD-RW DVD+RW Opvolger? Blu-Ray: tot 25 GB/laag HD-DVD (High Definition-DVD): tot 15 GB/laag

Magneto-Optische Schijven Legering Boven Curiepunt (Tc): magnetisatie wijzigen Onder Curiepunt: magnetisatie bevroren Schrijven: Lezen: Kerr effect laser laser polarisatie B Concentrische sporen, sectoren, CAV Verwijderbaar medium, vaak 5.25”

Magneto-Optische Schijf

Magneetbanden Spoel-tot-spoel 1”, 1/2” breed, 2400 ft lang Capaciteit: … 180 MB ... 9 sporen (1 byte + pariteit) Lees en schrijf koppen

Magneetbanden Blokken van variabele lengte Hiaat (½ - 1”): start/stop Dichtheid: 1600 B/duim, 6250 B/duim Debiet: tot 3 MB/s Terugspoelen: 50 s tot 3 min

Cassettes

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)

Cassettes Types ½” Cartridge ¼” Cartridge (QIC) Vooral op PCs 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

Cassettes Types (helical scan) 8 mm (videoband) 4 mm (DAT) 3 GB .. 25 GB 500 kB/s .. 6 MB/s 4 mm (DAT) 2 GB .. 12 GB 50 kB/s .. 1 MB/s

Massageheugens JukeBox met CDs Speciale Cassette lader 200 CDs 20 Cassettes 200 CDs