Externé pamäťové médiá

Externé pamäťové médiá

Úvod
Počítače a výpočtová technika sa len v priebehu niekoľkých rokov stali bežnou súčasťou nášho života. Svoje uplatnenie našli naozaj takmer všade, nech už pomáhajú v kanceláriách, obchodoch, na úradoch alebo slúžia na zábavu. Zhromažďujú a ukladajú obrovské množstvo informácií. To by nám však na ich užívanie nestačilo. Je prirodzené, že zhromaždené informácie potrebujeme prenášať. A práve na to nám slúžia externé pamäťové médiá. V práci Vás oboznámim s jednotlivými druhmi týchto pamäťových médií, vysvetlím v skratke a jednoduchosti na akom princípe fungujú a upozorním na ich klady a zápory.
 
1 Charakteristika
Externé pamäťové médiá sú nevyhnutnou súčasťou výpočtovej techniky a modernej doby vôbec. Však na čo by človek zhromažďoval informácie, keby nebolo možné ďalej ich šíriť a prenášať? Vznik prenosných médií je celkom prirodzený a logický. Za externé pamäťové médium pokladáme každé médium, ktoré nie je priamo súčasťou počítača a je možné ho ľubovoľne prenášať a použiť na inom zariadení. Vonkajšia pamäť je charakteristická tým, že do nej nemá procesor priamy prístup – nie je procesorom priamo
adresovateľná.

Externé pamäťové médiá plnia hneď niekoľko funkcií:
· uchovávanie programov a dát, ktoré nie sú v danej chvíli v počítači potrebné, resp. zbytočne  zaberajú internú pamäť
· zálohovanie programov a dát
· archivácia programov a dát pre ich možné využitie v budúcnosti
· prenos programov a dát medzi počítačmi
 
Externé pamäťové médiá možno deliť hneď podľa niekoľkých kritérií, my sa však na ne v ďalších kapitolách budeme pozerať hlavne z hľadiska princípu záznamu informácií. Podľa tohto kritéria ich delíme na:
1.  Mechanické médiá
2.  Magnetické médiá
3.  Optické médiá
4.  Flash pamäte
 
V nasledujúcej kapitole sa bližšie pozrieme na jednotlivé skupiny, uvedieme si konkrétne médiá ktoré sem patria a vysvetlíme si princíp ich fungovania.
 
2 Druhy externých pamäťových médií
2.1 Mechanické médiá
Mechanické médiá sú najstaršie a najjednoduchšie pamäťové médiá. Pracujú na princípe binárnej sústavy. Zápis má podobu mechanicky vytvorených dier na papierovom štítku alebo páske.

2.1.1 Dierny štítok
Dierny štítok je najstarším externým pamäťovým médiom, ktoré je v tejto práci spomenuté. Boli vyrobené z kartónu a informácia bola zapísaná dierkou na určitej pozícii. Miesta pre otvory boli poukladané do matice. Bežnou kapacitou bolo 80 znakov na jeden štítok.  Na jednom štítku bolo 80 až 90 stĺpcov pre záznam dát. Na štítky, ktoré mali 80 stĺpcov sa razili otvory v tvare obdĺžnika, na 90-stĺpcové v tvare kruhu. Pôvodne boli dierne štítky používané v 18. storočí ako šablóny pre vyšívanie vzorov tkacími strojmi. V roku 1890 boli vo veľkom použité pri sčítaní ľudu v USA. Dierne štítky sa používali aj pri výpočtoch reakcií pri vývoji jadrovej bomby počas 2. svetovej vojny (Projekt Manhattan). Štítky sa bežne používali ešte v 80. rokoch 20. storočia spoločne s diernymi páskami a magnetickými páskami. Dierne štítky slúžili aj na uchovávanie zdrojových kódov programov. Ich nevýhodou bolo, že museli byť usporiadané presne podľa poradia, ani jeden nesmel byť na inom mieste.
Posledné preslávené moderné použitie dierneho štítku bolo v roku 2000 v USA počas prezidentských volieb, kde medzi sebou bojovali George W. Bush a Al Gore. Pri voľbách nastali spory ohľadom výsledkov, ktoré vznikli nepresným vyznačovaním údajov na dierne štítky.
 
2.1.2 Dierna páska
Dierna páska je médium vychádzajúce z dierneho štítku. Je to ako keby jeden dlhý dierny štítok, čo umožňuje zapísať väčší objem dát. Dierne pásky mohli byť 5-stopové alebo 8-stopové. Veľké diery slúžili na záznam informácií, malé dierky tvorili vodiace čiary. Dierne pásky sa používali predovšetkým na nahrávanie dát do sálových počítačov.

2.2 Magnetické médiá
Na zápis dát sa používa fyzikálny proces - magnetizácia. Dochádza pri tom k zmagnetizovaniu molekúl materiálu a k vytvoreniu tzv. magnetických domén. Domény môžeme prirovnať k malým permanentným magnetom. Orientácia ich magnetického poľa je daná spôsobom zmagnetizovania na danom mieste. Týmto spôsobom možno vytvoriť miesta s rôznou orientáciou magnetického poľa, čo nasledovne zodpovedá binárnemu zápisu. Jedna doména teda predstavuje jeden bit informácie. Domény si uchovajú svoju orientáciu dokým na ne nezačneme pôsobiť magnetickým poľom. Ide teda o semipermanentný zápis. Takéto médium je citlivé na magnetické pole a je veľmi dôležité ho pred takýmito vplyvmi chrániť. Typickými „ničiteľmi“ záznamu na disketách sú obrazovkové monitory, reproduktory a mobilné telefóny.

2.2.1 Magnetická páska  
História magnetických pások siaha do roku 1878. Americký inžinier Oberlin Smith vytvoril myšlienku zapisovania dát pomocou magnetického záznamu. Neskôr sa v roku 1898 jeho myšlienky chytil dánsky vynálezca Valdemar Polusen, ktorý zostavil funkčný prístroj nazvaný Telegraphone, ktorý dokázal nahrávať zvuk na magnetickú pásku. V nasledujúcich desaťročiach sa rozmohol záznam hudby práve na magnetických páskach. V oblasti počítačov bola magnetická páska prvý krát použitá v roku 1951 ako súčasť počítača UNIVAC 1. V 50. a 60. rokoch 20 storočia bola veľmi obľúbeným médiom, potom ju však začali vytláčať magnetické disky.

Informácie sú na páske nahrávané pomocou binárneho kódu. Výhodou magnetickej pásky oproti predchádzajúcim médiám je väčšia záznamová kapacita a taktiež možnosť premazania určitého úseku a jeho opätovné použitie. Magnetické pásky bývali navinuté na cievke, čo však nebolo veľmi praktické kvôli zlej manipulovateľnosti. Preto boli neskôr nahradené kazetami.
Hlavnou nevýhodou magnetických pások je ich sekvenčný prístup k dátam. Prístup k informácii na konci pásky môže byť záležitosťou niekoľkých hodín. Preto sa Magnetická páska v súčasnosti používa predovšetkým na archivačné účely.
 
2.2.2 Magnetický disk
Magnetický disk, taktiež nazývaný disketa alebo floppy disk (floppy=pružný, odvodené od pružného disku vo vnútri diskety), vznikol úpravou magnetickej pásky na disk. Dá sa povedať, že až diskety umožnili skutočný prenos dát. Prvá disketa bola vyrobená 1967 firmou IMB. Disky postupne menili svoje veľkosti, postupným vývojom sa ich veľkosť zmenšovala. V roku 1971 to bola 8-palcová disketa. Magnetický kotúč bol uzatvorený v pružnej hmote. Z tejto hmoty viedli malé otvory priamo na médium. Táto konštrukcia nebola veľmi vhodná, pretože neopatrnosťou mohlo ľaklo dôjsť k poškodeniu média. V roku 1976 bola predstavené nová disketa, tento krát o niečo menšia: 5,25 palcová. Táto disketa však neprinášala nič nové, len zmenšenie rozmerov. Jej kapacita bola pôvodne 160kB (jednostranná), avšak použitím druhej strany diskety sa kapacita zväčšila na 320kB. Neskôr sa zhustením zápisu kapacita ešte zväčšila na 1,2MB(high density - HD). V roku 1984 prišla nová, 3,5 palcová disketa, ktorá bola uzatvorená v pevnom puzdre (obr.1). V hornej časti bol posuvný kryt, ktorý zabraňoval poškodeniu magnetického kotúča. Jej pôvodná kapacita bola 720kB, neskôr sa kapacita zvýšila na 1,44MB. Na trh boli ešte firmou IMB uvedené diskety s kapacitou 2,88MB. Tie však už neboli až tak rozšírené.

Dáta sú na disketu zapisované do tzv. sektorov, ktoré tvoria kruhové stopy. Zoznam dátových súborov a ich priradenie k sektorom je v tzv. alokačnej tabuľke. V prípade mechanického poškodenia alebo fyzickej chyby niektorého sektoru je možné v alokačnej tabuľke označiť tento sektor za vadný. Zmenší sa síce záznamová kapacita diskety ale je možné ju ďalej používať.

V dnešnej dobe sa diskety v bežnom živote nepoužívajú. Ich ústup nastal od roku 2000, kedy došlo k radikálnemu poklesu cien CD a DVD médií a diskov, ktoré majú oproti disketám omnoho väčšiu záznamovú kapacitu.

1. Prepínač ochrany proti zápisu (priehľadný otvor znamená zákaz zápisu)
2. Upínacia časť
3. Krytka čítacieho otvoru
4. Pevný plastový kryt
5. Papierová vložka
6. Magnetické médium
7. Sektor na disku (rozdelenie nie je viditeľné okom) 
2.3 Optické médiá

Optické médiá sú média založené na svetle. Na disk dopadá laserový lúč s určitou vlnovou dĺžkou. Lúč sa nasledovne odrazí (to zodpovedá 1 v binárnej ústave), alebo neodrazí (0). Dáta sú na disku uložené do špirálovito stočenej stopy, ktorá začína v strede média a rozvíja sa až k jeho okrajom.

2.3.1 Compact disk - CD
CD je dátové médium založené na svetle. Stopy môžu obsahovať buď zvukovú nahrávku (audio CD) alebo dáta (CD-ROM). Priečny odstup medzi stopami je 1,6 μm. Laser používaný na čítanie dát má vlnovú dĺžku 785 nm. Pôvodne bolo CD určené na prenos hudby a na trh bolo uvedené firmou Sony a Phillips v roku 1983. Dĺžka zvukového záznamu mala byť 60 minút (rovnako ako dĺžka analógového dlhohrajúceho LP). Avšak firma Sony trvala na dĺžke 74 minút, aby sa na médium zmestila celá Beethovenova Deviata symfónia. V roku 1985 prišla aj dátová verzia a CD-ROM mechaniky a tak sa CD vo veľkom začalo používať na počítačové účely. Jeho výhodou bolo, že na médium rozmermi porovnateľnými s disketou bolo možné zapísať rádovo viac informácií.

V dnešnej dobe sa používajú CD s kapacitou cca 700MB, čo zodpovedá 80 minútam hudby. Existuje aj menší variant CD. Zatiaľ čo bežné CD má priemer 12 cm, jeho zmenšená verzia má len 8 cm a jej kapacita je 184-210 MB, čo zodpovedá cca 24 minútam hudby. Hrúbka CD je 1,2 mm. CD boli podľa ich formátu rozdelené na tzv. farebné knihy napr. červená kniha (red book) - audio CD,  žltá kniha (yellow book) - CD-ROM (určené len na čítanie), atd.
 
2.3.2 Digital Versatile Disk - DVD
DVD je nosič na prvý pohľad nerozoznateľný od CD. Taktiež je to formát optického dátového nosiča, ktorý môže obsahovať filmy a hudbu vo vysokej kvalite, alebo taktiež dáta. DVD bolo na trh uvedené v Japonsku v roku 1996, vo svete potom o rok neskôr.  Pred dokončením projektu bol používaný názov Digital Video Disk (Digitálny videodisk), avšak po dokončení špecifikácie formátu sa rozhodlo o používaní názvu Digital Versatile Disk (Digitálny viacúčelový disk).

DVD je plastový disk a priemerom 12cm a hrúbkou 1,2 mm, rovnako ako CD. Dáta sa taktiež ukladajú do stopy v tvare špirály, na ich čítanie sa používa laser s vlnovou dĺžkou 660 nm (teda podstatne kratšou ako u CD). Taktiež priečny odstup stôp je menší: 0,74 μm. DVD má oproti CD vyššiu záznamovú kapacitu, najbežnejšie je to 4,7 GB. Na DVD možno zapisovať dáta na obidve strany a dokonca aj v niekoľkých vrstvách:
· DVD-5: jedna strana, jedna vrstva, kapacita 4,7 GB
· DVD-9: jedna strana, dve vrstvy, 8,5 GB
· DVD-10: dve strany, jedna vrstva na každej strane, 9,4 GB
· DVD-14: dve strany, dve vrstvy na jednej strane, jedna vrstva na druhej, 13,2 GB
· DVD-18: dve strany, dve vrstvy na každej strane, 17,1 GB
DVD disky mávajú označenie "+" a "-". Toto označenie predstavuje dva rôzne technické štandardy, ktoré sú do určitej miery kompatibilné.
2.3.3 Blue Ray
  Ide o jednu z najnovších generácií optických diskov. Názov Blue Ray (=modrý lúč) je odvodený od farby lasera ktorý číta dáta. Na rozdiel od DVD kde sa používa červený lúč, pri Blue Ray sa používa modrý lúč s dĺžkou 405 nm. Vďaka tomu je možné na Blue Ray disk zapísať omnoho viac dát ako na DVD.
  Blue Ray má rovnaké rozmery ako CD a DVD, teda má priemer 12 cm. Aj princíp na akom pracuje je rovnaký ako pri CD a DVD. Zásadný rozdiel prichádza až pri záznamovej kapacite. Na jednovrstvový Blue Ray je možné zapísať až 27 GB dát, na dvojvrstvový až dvojnásobok teda 54 GB.
  V pláne je aj výroba 8-centimetrových diskov s kapacitou 15,6 GB. Tieto disky by sa následne využívali v digitálnych videokamerách.
 
2.4 Flash pamäte
Flash pamäť (celým menom Flash-EEPROM) dovoľuje zapisovať do viacerých častí pamäte v jednej operácii programu. Tým sa zvyšuje záznamová rýchlosť. Flash pamäť uchováva informácie aj bez napájania elektrickou energiou. Patrí sem USB a pamäťové karty.

2.4.1 USB
USB (Universal Serial Bus = univerzálna sériová zbernica) je v dnešnej dobe veľmi rozšírené médium na prenos informácií. Svoju obľubu si USB získalo kvôli malým rozmerom, veľkej záznamovej kapacite a v dnešnej dobe už pomerne nízkej cene. USB je polovodičová pamäť. Je to integrovaný obvod, ktorý je schopný prijať a vydať informáciu za pomerne krátky čas. Poznáme viacero druhov USB. Podľa rýchlosti prenosu dát poznáme momentálne tri generácie: USB 1.0, USB 1.1, USB 2.0, USB 3.0. Porty sú vždy kompatibilné s predchádzajúcou generáciou. USB však neslúži len na prenos dát. Cez USB port je možné k počítačom pripojiť rôzne zariadenia, napr. tlačiarne, myši, joysticky, fotoaparáty, mobilné telefóny. V súčasnosti existujú dokonca tisíce drobných "srandičiek", ktoré možno zapojiť cez USB port. Ako príklad možno uviesť malé lampičky, vetráčiky ale dokonca aj platničky na zohriatie čaju a pod. 
 
2.4.2 Pamäťové karty
Pamäťové karty sú Flash pamäte využívané predovšetkým vo fotoaparátoch, mobilných telefónoch, videokamerách alebo jednoducho v zariadeniach, kde nie je z dôvodov veľkých rozmerov možné inštalovať pevný disk. Pamäťové karty sú malé zariadenia s pomerne vysokou kapacitou a s dobrou životnosťou a odolnosťou. V dnešnej dobre existujú štyri základné druhy pamäťových kariet:
· SD (Secure Digital)
· MMC (Multimedia Card)
· CF (Compact Flash)
· MS (Memory stick)

Najrozšírenejšou sa však stala karta SD, ktorá je momentálne súčasťou takmer každého fotoaparátu, mobilného telefónu atd. Pamäťové karty môžu mať rôzne kapacity. Asi najbežnejšie sa vyskytujú 2GB karty, ktoré bývajú súčasťou mobilného telefónu alebo fotoaparátu. Avšak vyrábajú sa aj s vyššími kapacitami: 4GB, 8GB, 16GB, 32GB.

Záver
Cieľom práce bolo priblížiť čitateľovi druhy externých pamäťových médií, v jednoduchosti vysvetliť princíp akým pracujú, vyzdvihnúť ich klady a zápory.
Externé pamäťové médiá nám slúžia na prenos, uchovávanie, archiváciu a zálohovanie programov a dát. V minulosti to boli neuveriteľne moderné a nezvyčajné zariadenia, v dnešnej dobe sa stali každodennou a nevyhnutnou súčasťou nášho života.
Zones.sk – Zóny pre každého študenta
https://www.zones.sk/studentske-prace/informatika/7737-externe-pamatove-media/