سلسله مراتب حافظه

در یک سیستم کامپیوتری، رسانه‌های ذخیره سازی گوناگونی برای نگاهداری اطلاعات وجود دارد که اصطلاح عام حافظه، به همه آنها اطلاق می‌شود. این رسانه‌ها هریک دارای محدودیت‌ها و مزایایی هستند و لازم است که مجموعه‌ای از آنها مورد استفاده قرار گیرد تا بتوان، ضمن جبران معایب هریک، از مزایای جملگی بهره گرفت.  

دلایل بکارگیری انواع مختلف رسانه‌های ذخیره سازی را می‌توان به شرح زیر بیان کرد:

1.حافظه‌های درون ماشینی هنوز دارای ظرفیت محدود هستند.

2.لزومی ندارد همه اطلاعاتی که برای رفع نیازهای اطلاعاتی یک محیط عملیاتی ذخیره می‌شوند همیشه در حافظه‌های درون ماشینی مقیم باشند. بلکه فقط آن اطلاعاتی که مورد نیاز برنامه‌های درحال اجرا هستند.

3.رسانه‌های ذخیره سازی سریع، غالبا گران هستند.

4.معمولا برنامه‌ها، به حافظه بیشتری از آنچه که واقعا سیستم می‌تواند در محیط درون ماشینی تامین کند، احتیاج دارند.

5.حجم اطلاعاتی که امروزه بشر انباشت می‌کند بسیار بالا، و پیوسته به طور تصاعدی در افزایش است و نمی‌توان با توجه به ظرفیت محدود و حافظه‌های درون ماشینی، این حجم فزاینده اطلاعات را در محیط درون ماشینی ذخیره سازی کرد.

6.حافظه‌های درون ماشینی نامانا هستند و اطلاعات ذخیره شده در آنها می‌تواند از بین برود.

7.گاه لازم است چندین فراروند بطور همروند به داده دستیابی داشته باشند، در این صورت داده باید مثلا روی دیسک ذخیره شود.

باتوجه به دلایل فوق، می‌توان گفت که باید برای اطلاعات، از نظر درجه در دسترس بود  آنها برای واحد پردازش مرکزی، اولویت قائل شد، و از اینرو مفهوم سلسله مراتب حافظه‌ها مطرح شده‌است. این مفهوم در شکل ۱ نشان داده شده‌است.

مفهوم سلسله مراتب حافظه‌ها

از این شکل ساده معلوم می‌شود که حافظه‌های برون ماشینی گسترش و ادامه حافظه‌های درون ماشینی هستند، با ظرفیت بیشتر و سرعت دستیابی کمتر، و اما هدف ایجاد سلسله مراتب حافظه‌ها این است که سرعت و کارایی سیستمهای ذخیره سازی، در مقابل هزینه‌ای قابل توجیه افزایش یابد. این کارایی باید چنان باشد که حتی الامکان به کارایی سریعترین رسانه‌های ذخیره سازی، نزدیک تر شود. در عین حال با هزینه‌ای نزدیک به هزینه رسانه‌های ذخیره سازی کندتر.البته افزایش کارایی به راه‌های مختلفی ممکن است تامین شود و داشتن یک سلسله مراتب بهینه، یکی از عوامل موثر در این افزایش است. درشکل ۲ مفهوم سلسله مراتب حافظه‌ها نشان داده شده‌است. حافظه‌های موجود در این سلسله مراتب را می‌توان به رده اول، رده دوم، رده سوم و گاه رده چهارم تقسیم کرد. یعنی حافظه‌های درون ماشینی در رده اول، دیسک مغناطیسی در رده دوم، دیسکهای نوری با ظرفیت بالا و نوارهای با ظرفیت بالا در رده سوم و کارت و نوار منگنه شدنی در رده چهارم جای داده می‌شوند.

مثالی از سلسله مراتب حافظه‌ها

برای طراحی یک سیستم ذخیره سازی سلسله مراتبی، روشهایی وجود دارد.در این روشها سعی براین است که مشخص شود در هر لحظه، چه اطلاعاتی، به چه مدتی برای چه منظوری و در چه سطحی از سلسله مراتب نگاهداری شود و چگونه اطلاعات در سطوح مختلف سلسله مراتب، آمدو شد داشته باشد. پرداختن به این موضوع از حد این دفتر فراتر می‌رود. ما به چند و چون ذخیره سازی اطلاعات، به صورت فایلها، در محیط برون ماشینی می‌پردازیم برای این منظور باید از رایجترین رسانه‌های محیط برون ماشینی، یعنی نوار و دیسک، شناخت نسبی داشته باشیم. لازم به ذکر است که در حال حاضر هستند کسانی که معتقدند که بزودی دیگر نیازی به حافظه‌های برون ماشینی نخواهد بود مگر برای کاربردهای بایگانی و پشتیبانی. به عبارت دیگر در سالهای اول بعد از سال ۲۰۰۰، هزینه حافظه نهان به ازاء یک بایت با هزینه دیسکها براقبر خواهد شد و می‌توان تمام اطلاعات فعال را در حافظه‌های نهان نگهداری کرد. اما گروهی دیگر چنین نمی‌اندیشند و استفاده از سلسله مراتب حافظه‌ها را در آینده هم اجتناب ناپذیر می‌دانند.

انواع حافظه‌های برون ماشینی از نظر تکنولوژی ساخت

چهار تکنولوژی وجود دارد:

۱-تکنولوژی الکترومکانیک

۲- تکنوژی الکترومغناطیس

۳- تکنولوژی الکترواپتیک

۴- تکنولوژی الکترومغنااپتیک

انواع حافظه‌های برون ماشینی در هر یک از چهار تکنولوژی عبارتند از:

1.تکنولوژی الکترومکانیک:

۱-کارت منگنه شدنی

۲- نوار منگنه شدنی

2.تکنولوژی الکترومغناطیس:

۱-نوار مغناطیسی

۲- دیسک مغناطیسی

۳- طبله

3.تکنولوژی الکترواپتیک:

دیسک نوری

4.تکنولوژی الکترومغنااپتیک:

دیسک نوری- مغناطیسی اینک به مطالعه دو رسانه رایجتر یعنی نوار مغناطیسی و دیسک مغناطیسی می‌پردازیم. در این مطالعه جنبه‌هایی مورد نظرند که در سیستمهای فایلینگ مطرح اند. لذا در مباحث مربوط به الکتروتکنیک و یا سخت افزار این رسانه‌ها وارد نمی‌شویم. ضمنا توجه داریم که تکنولوژی رسانه‌های ذخیره سازی مرتبا در تحول و تغییر است. بنابراین مقادیر مربوط به پارامترهای این رسانه‌ها در این کتاب، عمدتا به عنوان مثال ارائه شده‌اند و نشاندهنده وضع فعلی رسانه‌ها نیستند.

نوار مغناطیسی

رسانه ایست از جنس نوعی پلاستیک با غشاء مغناطیس شونده بر یک رویه(فرومغناطیسی) و لغزان برریلهایی با ابعاد مختلف، ابعاد نوعی از نوار ۲۵۰۰ فوت طول و ۲/۱ اینچ عرض است. در اندازه‌های دیگر نیز موجود است. این رسانه‌ها ماهیتا برای پردازش پی در پی رکوردها مورد استفاده قرار می‌گیرد از نظر تکنولوژی ساخت، به چهار دسته کلی تقسیم می‌شود:

1.ریل به ریل

2.نوار کاتریج

3.نوار کاست

4.نوار صوتی تطبیق داده شده با کامپیوتر

دستگاه نوارخوان مجهز است به نوک خواندن/ نوشتن که می‌تواند اطلاعات را روی نوار ضبط و یا اطلاعات ضبط شده را حسکند.

نحوه ذخیره سازی داده روی نوار

داده‌ها به صورت رشته‌های بیتی روی شیارهای که در سطح نوار وجود دارد. ذخیره می‌شوند. بیت‌های یک کاراکتر، روی شیارها و در عرض نوار ضبط می‌گردند. در شکل شیارهای نوار و نحوه نشست یک نویسه(کاراکتر) روی آن دیده می‌شود.

نوار و نوارخوان-شیارهای نوار

از نظر تعداد شیار، دو نوع نوار رایجتر است: نوار ۷ شیاره و نوار ۹ شیاره. در شکل‌ها نشست داده روی نوار ۷ شیاره و ۹ شیاره دیده می‌شود. یکی از شیارها، به عنوان شیار کنترل پاریتی به کار می‌رود. در نوار دو نوع بیت پاریتی وجود دارد:

1.بیت پاریتی عرض یا کاراکتری

2.بیت پاریتی طولی

بیت پاریتی عرضی برای هر کاراکتر و بیت پارتی طولی، برای تعدادی کاراکتر مثلا به ازا یک بلاک ایجاد می‌شود.

[Resane۰۴.jpg]‎|نشست کاراکتر روی نوار ۷شیاره و ۹شیاره]]

در شکل، مثالی از چگونگی ذخیره سازی کاراکترهای –U,S ۳، ۷ و بلانک باکد EBCDIC مشاهده می‌شود. می‌بینیم که داده‌های ذخیره شده روی نوار، در سطح فیزیکی، تعدادی رشته بیتی موازی هستند. چنین دیدی از داده ذخیره شده در سیستم فایل مطرح نیست. به بیان دیگر، از نظر سیستم فایل(که خود سطوحی دارد، رجوع شود به فصل دوم) داده‌ها در قالب تقسیمات خاصی ذخیره می‌شوند، هریک با ساختار مشخص (این تقسیمات عبارتند از: فیلد، رکورد، بلاک، تعدادی بلاک با نام مشخص، فایل و گروه فایلها). توجه داریم که فیلد می‌تواند حاوی یک کاراکتر هم باشد.

چگالی نوار

تعداد بیت‌های قابل ضبط در هر اینچ نوار را چگالی گویند. چگالی را با واحد بیت در اینچ (bpi) بیان می‌کنند که با توجه به نحوه نشست کاراکترها روی شیارها، همان بایت در اینچ یا کاراکتر در اینچ است. از جمله چگالی رایج، ۸۰۰bpi و ۱۶۰۰bpi است. البته نوار یا چگالی ۳۲۰۰bpi و ۶۲۵bpi و بیشتر نیز وجود دارد.

گپ

فضایی است بلااستفاده بین دو گروه کاراکتر ضبط شده، کلمه گروه در اینجا هم به رکورد اطلاق می‌گردد وهم به بلاک. در صورتی که بین هر دو بلاک باشد به آن گپ بین بلاکهو اگر گپ بین دو رکورد باشد. به آن گپ بین رکوردها می‌گویند. وجود گپ برای متوقف کردن نوار و یا حرکت دوباره آن لازم است. زیرا برای آنکه نوک خواندن/ نوشتن بتواند داده‌ای ذخیره شده را حس کند باید که نوار پس از توقف، به سرعتی مطلوب و یکنواخت موسوم به سرعت حس برسد. و در اثناء این مدت تکه‌ای از نوار از زیرنوک R/W می‌گذرد، ضمن اینکه در اثناء کاهش سرعت حس تا توقف نیز تکه‌ای از نوار از زیرنوک رد می‌شود. این دو تکه نوار همان گپ را تشکیل می‌دهند و چون این قسمت از نوار در حالت توقف- حرکت با سرعت کمتر از سرعت حس طی می‌شود، نمی‌توان داده‌ای را در این قسمت حس کرد و در نتیجه بلااستفاده (هرز) است.

گپ و سرعت حس در نوار

با توجه به شکل می‌توان نوشت:

سرعت حس

نحوه ذخیره سازی فایل روی نوار

فایل معمولا در قالب بلاکهایی(مجموعه‌ای از رکوردها) به طور پی در پی روی نوار جای داده می‌شود و اصطلاحا می‌گوییم فایل بلاک بندی شده است (گاه ممکن است رکوردها بلاک بندی نشده باشند. درمورد بلاک بندی به فصل دوم مراجعه شود). در یک نوار می‌توان بیش از یک فایل ذخیره کرد و هر فایل دارای نشانگر آغاز و پایان ف. چنانچه فایلی بزرگ باشد ممکن استروی بیش از یک نوار ذخیره شود.

جدول طول گپ

در سیستمهای جدید ذخیره و بازیابی اطلاعات، از نوار، عمدتا برای تولید نسخه‌های پشتیبان و نیز برای ذخیره سازی اطلاعات در حجم بالا، استفاده می‌شود و معمولا به عنوان رسانه اصلی بکار نمی‌رود.

پارامترهای نوار

دو دسته پارامتر وجود دارد: پارامترهای ظرفیتی پارامترهای زمانی(یا وابسته به زمان) پارامترهای ظرفیتی عبارتند از:

۱-چگالی (تراکم): به وااحد بیت در اینچ(bpi)

۲- طول نوار: به واحد فوت با داشتن این دو پارامتر می‌توان ظرفیت اسمی نوار را به دست آورد:

         S_n=L×D                                         

  S_n ظر فیت اسمی، L طول به اینچ، D چگالی

ظرفیت واقعی قابل محاسبه‌است. ظرفیت نوارهای جدید زیاد است(مثلا ظرفیت حدود ۵ گیگا بایت، بسیار رایج است). گاه تعدادی نوار در یک سیستم مخصوص تعبیه شده و در ذخیره سازی حجم بسیار زیاد داده، مثلا داده‌های حس شده از دور توسط ماهواره ها(با حجم حدود ترابایت) و یا نگهداری سوابق محتوای صفحات وب که حجم بالایی می‌توانند داشته باشند، بکار می‌روند.

پارامترهای زمانی عبارتند از:

۱-سرعت لغزش نوار به واحد اینچ در ثانیه.

۲- نرخ انتقال به واحد بایت در ثانیه (یا اضعافی از بایت در ثانیه) نرخ انتقال دو نوع است: اسمی و واقعی. نرخ اسمی توسط سازنده اعلام می‌شود و نرخ انتقال واقعی قابل محاسبه‌است.

۳- زمان حرکت- توقف به واحد میلی ثانیه.این زمان در واقع تفاوت بین زمان طی کردن گپ با سرعت حس و زمان طی کردن گپ در حالت توقف نوار و حرکت دوباره آن تا رسیدن به سرعت حس است.

                                              ζ=t_۱-t_۰

نوار کاست

این دستگاه کاملا شبیه نوارهای صوتی متداول است. نوعی از آن، دارای عرض ۱۵/۰ اینچ، طول ۱۰۰تا۱۵۰ فوت بوده و از ارزانترین حافظه‌هایی است که عمدتا درمینی و کامپیوترهای کوچک کاربرد دارد.

ضبط کننده‌های صوتی تطبیق داده شده با کامپیوتر

در اکثر کامپیوترهای شخصی و تجاری از ضبط کننده‌های صوتی ارزان برای ضبط داده‌ها استفاده می‌شود. سرعت گونه‌ای از این نوارها ۸۷۵/۱ اینچ در ثانیه بوده، کند حرکت می‌کند. طول این گونه نوار ۵۶۲ فوت و ظرفیت آن ۵۰۰۰۰۰ بایت در هر طرف است. این نوع نوار در ابعاد دیگری هم وجود دارد.

نوار کارتریج

تفاوت آن با نوارهای معمولی(ریل به ریل) این است که این نوارها در یک محفظه پلاستیکی جای دارند، تا از تماس خارجی و گرد و خاک محفوظ بمانند. این گونه نوارها نیز دو ریل دارند که نوار بر آنها می‌لغزد. انواع استانداردی از این گونه نوارها موجود است ازجمله:

نوار نوع ۳۰۰: طول: ۳۰۰ و ۴۵۰ فوت، عرض۲۵/. اینچ، ابعاد محفظه: اینچ

نوار نوع ۱۰۰: طول: ۱۴۰فوت، عرض ۱۵/. اینچ، ابعاد محفظه: اینچ به نوع دوم گاهی مبنی کارتریج می‌گویند.

نوع اول: با چهار شیار، M۳/۴ و نوع دوم با دو شیار، K۴/۶ ذخیره می‌کند. در نوع دیگری از کارتریج به نام QIC، عرض ۲۷/۶ میلی متر و ظرفیت آن بین MB۴۰ تا GB۱۰ است.

دیسک مغناطیسی

رسانه ایست گردان، باامکان دستیابی مستقیم به داده‌های ذخیره شده و به آ‹ اصطلاحا DASD می گویند. در اساس صفحه ای مدوراست(به قطر ۸/۱ تا ۱۴ اینچ)، مغناطیس شونده و گردان حول محوری عمودی. یک یا هردو رویه صفحه از غشاء شیارهایی به صورت دو اثر متحد المرکز و یا به صورت حلزون وار وجود دارد که از بیرون به درون و معمولا با شروع از صفر، شماره گذاری می‌شوند.(شکل). فاصله هر دو شیار حدود ۰۲۱/. اینچ است. داده‌ها به صورت رشته بیتی روی شیارها ضبط می‌شوند و تکنیکهای مختلفی برای ضبط وجود دارد. قبل از بیرونی ترین شیار وبعد از درونی ترین شیار، ناحیه‌هایی روی رویه وجوددارد که در اساس برای کنترل حرکت بازو و حصول اطمینان بیشتر در حرت بازو، ایجاد می‌شوند. به طورکلی نواحی رویه از بیرون به درون عبارتند از:

1.ناحیه فرودنوک

2.ناحیه شروع حرکت

3.ناحیه احتیاطی بیرونی

4.ناحسه شیارهای ضبط داده

5.ناحیه احتیاطی درونی

6.ناحیه احتیاطی نهایی

شکل شیارهای رویه و ناحیه‌های رویه را نشان می‌دهد.

شیارهای رویه و نواحی مختلف رویه

دیسک گردان مجهز است به نوک خواندن/ نوشتن، متصل به بازویی که می‌تواند بررویه دیسک در مسیر شعاع حرکت کند(شکل ۱-۱۳) و در نوعی از دیسک‌ها، این بازو ثابت است، دیسک هم مثل هررسانه دیگر، کنترولر خاص خود را دارد. به یک کنترولر تعدادی درایور متصل می‌شود. از آنجا که دیسک پس از شروع به گردش، پس از مدت کوتاهی به سرعت گردش ثابتی می‌رسد و به طور مداوم در چرخش است، (البته نه در همه انواع) لذا در نوع سخت آن باید نوک خواندن/نوشتن فاصله بسیار اندکی با رویه داشته باشد. درفاصله بین نوک و رویه هوای تصفیه شده جریان دارد. هرگونه آلودگی هواباعث خدشه دار ردبندی دیسک ها

دیسک را از نقطه نظرهای مختلفی رده بندی می‌کنیم:

1.از نظر امکان جابجا شدن: دیسکهای ثابت و دیسکهای جابجا شدنی

2.از نظر ثابت یامتحرک بودن نوک خواندن/نوشتن: دیسکهای با نوک ثابت^[ و دیسکهای با نوک متمرکز. در دیسکهای با نوک ثابت، بازویی که نوک خواندن/نوشتن به آن متصل است، حرکت نمی‌کند. در دیسکهای با نوک متحرک، بازوبر رویه دیسک حرکت دارد و از شیاری به شیاری دیگر جابجا می‌شود. در دیسکهای با نوک ثابت، هرشیار نوک خواندن/ نوشتن خاص خود را دارد و نیازی ب حرکت بازوی دیسک برای رفتن از یک شیار به شیار دیگر نیست. اینگونه دیسکها سریعتر، گرانتر و حساسترند.

3.از نظر تعداد رویه در صفحه: یک رویه و دو رویه

4.از نظر تعداد لایه در رویه: تک لایه و دو لایه(رویه دو لایه تکنولوژی جدید تر است).

5.از نظر تعداد صفحاتی که روی محور عمودی جایگذاری می‌شوند: دیسکهای تک صفحه‌ای و دیسکهای چند صفحه ای

دیسکهای چند صفحه‌ای را اصطلاحا پک می‌گویند. یک پک با n صفحه دارای ۲n رویه‌است که معمولا ۲n-۲ رویه آن برای ذخیره سازی و دو رویه بالایی و پایینی برای حفاظت بیشتر به کار می‌روند. در بعضی انواع همه ۲n رویه برای ذخیره سازی استفاده می‌شود.

6.از نظر جنس صفحه: دو نوع دیسک وجود دارد: دیسک سخت و دیسک انعطاف پذیر(نرم). دیسک سخت معمولا از جنس آلومینوم و دیسک انعطاف پذیر، از جنس نوعی پلاستیک است.

7.از نظر تکنولوژی ساخت: دیسکت مغناطیسی، دیسک نوری و دیسک نوری- مغناطیسی.

تقسیمات دیسک

1.استوانه تمام شیارهای با شعاع یکسان(طبعا از رویه‌های مختلف) تشکیل یک استوانه را می‌دهند. یک دیسک پک، به تعداد شیارهای هر رویه، استوانه دارد. در شکل ۱-۱۸، استوانه دیده می‌شود.

2.شیار: محل ضبط بیت‌های اطلاعات درهر رویه. شیارها معمولا به صورت دوایر متحد المرکز و یا حلزون وار هستند.

3.سکتور: تقسیماتی است از شیار با اندازه مساوی، هر شیار از تعدادی سکتور تشکیل شده است(شکل۱-۱۷). دو نوع سکتور وجود دارد:

4.سکتور سخت افزاری که توسط سازنده ایجاد می‌شود(فرمت کردن سطح پایین)

5.سکتور نرم افزاری (گاه موسوم به بلاک) که از طریق نرم افزار(سیستم عامل) قابل ایجاد است و به این کار فرمت کردن نرم افزاری می‌گویند.

آغاز سکتور نرم افزاری باید همان آغاز سکتور سخت افزاری باشد و اندازه اش می‌تواند کمتر از یک سکتور، یک سکتور و یا بیش از یک سکتور باشد. بنابراین بهتر است که اندازه سکتور نرم افزاری مضرب صحیحی از اندازه سکتور سخت افزاری باشد تا از بروز حافظه هرز (بلااستفاده) درا¬نتهای سکتور اجتناب شود. تقسیمات گفته شده در اساس برای نشانی دهی به داده مورد نظر در فضای دیسک است. درواقع مولفه‌هایی نشانی فیزیکی داده عبارتند از:

6.شماره درایور

7.شماره استوانه (شماره شیار از رویه)

8.شماره شیار در استوانه(رویه از استوانه نیز گفته می‌شود)

9.شماره سکتور(یا بلاک)

گاه برای نشانی دهی به داده، از شماره شیار در رویه(همان شماره استوانه)، شماره صفحه و شماره رویه در صفحه(۰و یا ۱) استفاده می‌شود. در بعضی از سیستمهای عامل، تعدادی سکتور همجوار و گاه ناهمجوار نوعی تقسیم بندی منطقی را تشکیل می‌دهند. مثلا در محیط Dos، خوشه (واحد تخصیص)فضا به فایل است و اندازه آن ۲۰۴۸ بایت، ۴۰۹۶ بایت و ۸۱۹۲ بایت هم می‌تواند باشد، در حالیکه اندازه یک سکتور ۵۱۲ بایت است.

شیار، سکتور، گپ

پارامتر‌های دیسک

دو دسته پارامتر داریم:

1.پارامترهای ظرفیتی

2.پارامترهای زمانی

پارامترهای ظرفیتی عبارتند از:

۱-اندازه سکتور (از ۳۲ بایت تا ۴۰۹۶ بایت و معمولا ۵۱۲ بایت)

۲- تعداد سکتور در شیار(از ۴ تا ۳۲ در فلاپی‌ها و بیشتر درسایر انواع، گاه تا ۱۰۰). تعداد سکتور در شیار در دیسکهای سخت جدید، در شیارهای بیرونی بیشتر از شیارهای درونی است. این رسانه‌ها به IDE موسومند. البته وضع به گونه‌ای است که از نظر سیستم عامل، انگار تعداد سکتور در همه شیارها یکسان است.

۳- تعداد رویه در استوانه (تعداد نوک(R/W (از یک تا بیش از ۲۰رویه)

۴- تعداد شیار در رویه(تعداد استوانه: از ۲۰ تا ۲۰۰۰ شیار) با داشتن این پارامترها می‌توان ظرفیت اسمی دیسک را به دست آورد. ظرفیت واقعی قابل محاسبه‌است که در فصل سوم خواهیم دید. (ظرفیت دیسکهای مغناطیسی از مگابایت تا ۱۰ گیگابایت و در بعض انواع بیش از ۲۰ گیگا بایت است) چگالی هم از پارامترهای ظرفیتی است و واحد آن بیت در اینچ مربع است. اما در سیستم فایل مستقیما در محاسبه ظرفیت به کار نمی‌آید.

پارامترهای زمانی عبارتنداز:

۱-زمان استوانه جویی(پیگرد)زمانی است که سپری می‌شود تا نوک خواندن/نوشتن به استوانه مورد نظر برسد(یعنی استوانه‌ای که داده مورد نظر در آنستع شکل ۱-۱۹). این زمان در دیسکهای با بازوی ثابت صفر است. متوسط این زمان را با S نمایش می‌دهیم و واحد آن میلی ثانیه‌است. این زمان معمولا بین حدو د۲ تا ۳۰ میلی ثانیه‌است و دراکثر دیسکها مهم ترین زمان است.

۲- سرعت گردش دیسک: به واحد دور در دقیقه بیان می‌شود، مثلا ۷۲۰۰، ۵۴۰۰، ۳۶۰۰ دور در دقیقه و گاه حتی بیشتر. از این پارامتر، زمان یک دور گردش دیسک به دست می‌آیدو آنرا به r۲ نشان می‌دهیم و واحد آن میلی ثانیه‌است.

۳- زمان انتظار دوران(درنگ دوران). مدت زمانی است که سپری می‌شود تا آغاز داده مورد نظر در اثر دوران دیسک به زیر نوک r/w برسد. متوسط این زمان را با حرف r نمایش می‌دهیم. این زمان بین تقریبا صفر میلی ثانیه و تقریبا زمان یک دور دیسک است: زمان یک دور دیسک زمان درنگ دوران ۰ زمان یک دور دیسک را به r۲ نمایش میدهیم، از آنجا متوسط زمان درنگ دوران با rنمایش داده می‌شود که نصف زمان یک دور دیسک است.

زمان استوانه جویی و زمان درنگ دوران

زمان درنگ دوران از حدود ۵ میلی ثانیه تا حدو د۹ میلی ثانیه‌است. به مجموع دو زمان rو s زمان دستیابی تصادفی (بختانه) می‌گویند. در واقع این زمان، مدت زمانی است بین لحظه‌ای که دستور خواندن/نوشتن داده می‌شودو لحظه‌ای که اغاز داده موردنظر زیر نوک خواندن/نوشتن می‌رسد. به عبارت دیگر متوسط زمان لازم برای رسیدن به آغاز یک بلاک(یک رکورد)با مکان مشخص، با شروع ازیک مکان نامعین، مثلا برای رفتن به آغاز فایل، با شروع از مکان جاری نوک خواندن/ نوشتن s+r زمان لازم است)

۴- نرخ انتقال: تعداد بایتی که در یک ثانیه قابل انتقال است وبه واحد بایت در ثانیه (یا اضعافی از بایت در ثانیه) بیان می‌شود. دو نوع نرخ انتقال داریم: اسمی و واقعی. نرخ انتقال اسمی توسط سازنده اعلام می‌شود و نرخ انتقال واقعی قابل محاسبه است(رجوع شود به فصل سوم). نرخ انتقال دیسکهای جدید از یک تا پنج مگابایت در ثانیه‌است.

۵- زمان دیگری هم در دیسک وجوددارد موسوم به زمان استقرار. وقتی که نوک R/W به استوانه‌ای برده می‌شود، به مدت کوتاهی(حدود ms۳) در حال لرزش است تا استقرار بیابد. این زمان را معمولا به زمان استوانه جویی اضافه می‌کنند و جزء همین زمان است و به عنوان پارامتر جداگانه‌ای مطرح نمی‌شود. پارامتر دیگری هم در دیسک مطرح است موسوم به مدت بی عیبی. پارامتری است نشان دهنده میزان اطمنیان عملیاتی دیسک و عبارتست از میانگین مدت زمانی که دیسک بدون عیب کار می‌کند (معمولا بین ۲۰۰۰۰۰ تا ۵۰۰۰۰۰ساعت)

نحوه ضبط داده‌ها روی دیسک

داده‌ها به صورت رشته‌های بیتی روی شیارها ذخیره می‌شوند، البته چگالی ضبط داده‌ها در شیارهای بیرونی کمتراز شیارهای درونی است، در تکنولوژی‌های اخیر تلاش براین است که چگالی در تمام شیارها یکسان باشد در نتیجه ظرفیت شیارهای بیرونی بیشتر از شیارهای درونی است. چگالی دیسک با واحد بایت در اینج مربع بیان می‌شود. در بعضی از سیستم‌ها، بیت‌ها به طور سریال روی شیار یک رویه(توسط یک نوک) و در برخی دیگر با استفاده از چندین نوک، روی شیار رویه‌های مختلف به طور موازی(پارالل) ذخیره می‌شوند.

دیسک ودیسک گردان

معمولا فایلها با شروع از یک استوانه، استوانه به استوانه و در فضایی پیوستهروی دیسک ذخیره می‌شوند. ممکن است فایل در فضای ناپیوسته هم ذخیره شود. و یا پس ا زمدتی، ناپیوستگی و بندبند شدگیدر محیط ذخیره سازی فایلها (درون یک فایل و یا بین فایلها) پدید آید، در اینصورت می‌توان از سیستم درخواست کرد تا فضا اشغال شده را دوباره پیوسته و یکپارچه کند

دیسک نرم

از رسانه‌های ذخیره سازی خارجی با دستیابی مستقیم و از نظر شکل ظاهری، مشابه دیسکهای متداول، البته با ابعادی کوچکتر است. جنس آن ازنوعی پلاستیک است و سختی دیسکهای موسوم به سخت را ندارد. این دیسک در محفظه‌ای جای دارد، هم برای حفاظت آن از تماسهای خارجی و هم به منظور ثابت نگهداشتن آن. برخلاف دیسکهای سخت که در آن نوک خواندن/نوشتن فاصله‌ای اندک و کنترل شده با سطح دارد، دراین دیسکها نوک خواندن/نوشتن با دیسک تماس دارد.این دیسکها می‌توانند یک رویه یا دو رویه باشند. داده‌ها به صورت سریال روی شیارها ذخیره می‌شوند. دیسک نرم مجهز به مکانیزم ساده‌ای برای حفاظت در مقابل عمل نوشتن است. در نوعی از این دیسک، روی پاکت، سوراخی وجود دارد که به منظور تشخیص آغاز شیار به کار می‌رود(نزد بعضی از سازندگان به Index Hole موسوم است). یعنی تشخیص محل شروع سکتور شماره صفر از هر شیار. در واقع سکتور صفر، به روش سخت افزاری و بقیه سکتورها به روش نرم افزاری مشخص می‌شوند.

دیسک‌های نوری

استفاده از نور، به جای مغناطیس برای ذخیره سازی داده‌ها، این مزیت را دارد که فضای لازم برای ذخیره کردن یک بیت خیل کمتر می‌شود. در دیسکهای نوری از تکنولوژی لیزری برای ضبط اطلاعات استفاده می‌کنند. درنیمه دوم دهه ۸۰-۷۰ پژوهشهایی به منظور ایجاد اینگونه دیسکها آغاز و به نظر می‌رسد اولین دیسک از این نوع در ۱۹۷۹ ساخته شد. دیسکهای نوری سبب کاهش فضای ذخیره سازی می‌شوند و جهشی است در جهت نیل بیشتر به اهدافی که بشر همیشه دنبال کرده‌است: کاهش هرچه بیشتر فضای ذخیره سازی، سرعت دستیابی بالاتر به داده‌های ذخیره شده و هزینه کمتر. تاکنون تکنولوژی توانسته‌است گونه‌هایی چند از این دیسکها به بازار عرضه کند. از جمله این نوع دیسکها می‌توان از: (CD-RWEOD, WORM, DVD, CD-I, CD-ROM, CD) نام برد. در زیر بعضی این گونه‌ها به کوتاهی معرفی می‌شوند.

CD-ROM

این نوع دیسک چگالی بسیار بالایی دارد، تقریبا ۲۰۰ برابر دیسکهای نرم و ۲۰ برابر دیسکهای سخت. به علاوه هزینه آنها نیز پایین بوده، به تدریج رو به کاهش است. ظرفیت این نوع دیسک از ۵۰۰ مگابایت تا چند گیگابایت است. دیسکی است فقط خواندنی به این معنا که پس از ضبط داده‌ها روی آن دیگر پاک شدنی نیستند و نمی‌توان دوباره بر آن نوشت (WORM) از این دیسکها عمدتاً برای ذخیره سازی فایلها مانا(که محتوای آنها پس از ضبط تغییر نمی‌کنند) استفاده می‌شود. ابعاد این نوع دیسک کوچک است: قطر ۱۲ سانتیمتر و ضخامت ۲/۱ میلیمتر زمان استوانه جویی آن خیلی بیشتر از دیسک مغناطیسی است. نرخ انتقال هم نسبتاً پایین است (حدود ۱۵۰ کیلو بایت در ثانیه) گونه‌ای از آن به CD-RW موسوم است و قابلیت چند بار نویسی دارد.

دیسک‌های نوری-مغناطیسی

با تلفیق دو تکنولوژی مغناطیسی ونوری تلاش می‌شود تا دیسکهایی ایجاد شوند که هم خاصیت قابل پاک شدن و باز نویسی دیسکهای مغناطیسی را داشته باشند و هم چگالی و ظرفیت بسیار بالای دیسکهای نوری. به نظر می‌رسد که اینگونه دیسکها در تولید انبوه به بازار مصرف عرضه شده‌است قطر این دیسکها اینچ بوده از نوع پاک شدنی هستند و از سرعت بسیار بالایی برخوردارند سرعت انتقال در این دیسکها حدود یک مگابایت در ثانیه و یا بیشتر است. اخیرا نوعی دیسک نوری به نام DVD تولید و عرضه شده‌است ظرفیت این دیسکها بین ۷/۴ تا ۱۷ گیگا بایت است. برای نوشتن یک بیت تکنیک‌هایی ایجاد شده‌است از جمله برخورد لیزر با بیتی که به زیر نوک می‌رسد با ایجاد حالت اکسید اسیون قوی تر رویه این دیسکها از آلیاژ فلزی خاص (تربیوم یا گادولینیوم و آهن یا کبالت) پوشیده شده‌است که خاصیت مغناطیس شونده دارد البته نه در دمای معمولی بلکه در دمای زیاد برای بالا بردن دما از اشعه لیزر استفاده می‌شود تابش اشعه لیزر به یک بیت سبب افزایش دمای آن می‌شود در رویهٔ دیگر یک نوک خواندن و نوشتن وجود دارد و در اثر عبور جریانی از آن بیت تغییر حالت می‌دهد و با تبرید سریع موضع اشعه لیزر یعنی بیت مورد نظر اطلاعات به طور ثابت باقی می‌ماند. برای خواندن یک اشعه لیزر با قدرت کمتر از حالت نوشتن از یک رویه دیسک به آن تابنده می‌شود و در رویه دیگر، حسگری وجود دارد که اشعه را دریافت کرده بعد از تجزیه و تحلیل صفر یا یک بودن آنرا تشخیص می‌دهد. می‌بینیم که برای ضبط اطلاعات نمی‌توان از هر دو رویه دیسک استفاده کرد.

دیسک‌های با تغییر فاز

در این نوع دیسکها رویه داری غشایی است که می‌تواند در اثر تابش لیزر دو حالت کریستال و یا نامشخص را به خود بگیرد حالت اولیه غشاء نامشخص است و وقتیکه اشعه به آن می‌تابد حالت کریستالی به خود می‌گیرد و اگر اشعه به آن تابنده نشود به حالت نامشخص باز می‌گردد. برای خواندن اطلاعات اشعه‌ای با قدرت کمتر از حالت نوشتن به آن تابانده می‌شود تا نوری را منعکس کند نوع نور بسته به اینکه انعکاس از قسمت کریستالی باشد و یا قسمت نامشخص فرق می‌کند همین تفاوت در نوع نور امکان می‌دهد تا دوحالت صفر و یک تشخیص داده شوند. سرعت این دیسکها حدودا دو برابر دیسکهای مغناطیسی –نوری است.

دیسک‌های دای-پولیمر

رویه در این نوع دیسکها دو لایه پولیمر دارد برای ضبط اطلاعات به صورت زیر عمل می‌شود: لایه زیرین به وسیله لیزر گرم می‌شود و در نتیجه یک برآمدگی در لایه بالا ایجاد می‌گردد سپس ناحیه برآمده از سرد می‌کنند بدین ترتیب برمدگی ثابت می‌ماند برای پاک کردن اطلاعات لایه برآمده را به کمک یک اشعه لیزر با طول موج متفاوت با حالت اول گرم می‌کنند و برآمدگی از بین می‌رود.

طبله

رسانه ایست منطقاً معادل دیسک با نوک ثابت و تک استوانه‌ای بدین معنی که استوانه ایست با شیارهایی در سطح خارجی¬اش (شکل۱-۲۱) معمولاً برای هر شیار یک نوک خواندن / نوشتن وجود دارد و نیز ممکن است تعداد نوک‌ها از تعداد شیار‌ها کمتر باشد که در این صورت نوک متحرک است (شکلهای ۱-۲۲ و ۱-۲۳) این رسانه را می‌توان حالت خاصی از دیسک تلقی کرد. همان پارامتر‌های دیسک در این رسانه نیز وجود دارند (غیر از تعداد استوانه در واحد که همیشه یک است) هر شیار به تعدادی سکتور تقسیم شده‌است زمان استوانه جویی در طبله‌های با نوک ثابت صفر است.

مثالی از ابعاد قطر: ۲۰-۸ اینچ طول: ۴-۲۵ فوت سرعت گردش: rpm۱۵۰۰-۴۰۰ چگالی: bpi۴۰۰۰ و نوک خواندن / نوشتن ۱ تا ۳ میلیون کاراکتر را در ثانیه می‌خواند /می نویسد.

طبله

این رسانه از نوار و دیسک سریعتر، ولی ظرفیت آن کمتر است.

موارد استفاده از طبله

1.پیش از ایجاد حافظه‌های چنبره‌ای از طلبه به عنوان حافظه اصلی استفاده می‌شد(مثلاً در کامپیوتر‌های IBM/۶۵۰ و Burroughs/۲۰۵)

2.برای ضبط نرم افزارهایی که ثابت بوده مرتباً مورد استفاده قرار می‌گیردند مثل مانیتورها برنامه‌های متصدی اشتباهات خواندن/نوشتن ناظر اشتباه یابی برنامه‌ها کامپایلرها برنامه‌های مرتب سازی و......

3.برای ایجاد فایلهای موقت بسیار فعال مورد استفاده سیستم عامل کامپایلر‌ها و سایر نرم افزاره

4.به عنوان حافظه پشتیبان برای ماشین مجازی