Háttértárak
A háttértárak nagy mennyiségű adat tárolására alkalmas ki- és bemeneti perifériák. A használaton kívüli programok és adatok tárolása mellett fontos szerepük van az adatarchiválásban, de például a számítógépes rendszerek biztonságos üzemvitele érdekében további háttértárakon helyezik el a rendszerek biztonsági másolatát is.
Megkülönböztetünk papír alapú, mágneses, optikai, valamint egyéb háttértárakat.
Papír alapú háttértárak
A papír alapú háttértárak közé sorolhatjuk többek közt a lyukszalagot és a lyukkártyát. Ezen háttértárolókat ma már nem alkalmazzák, hiszen feldolgozásuk igen lassú, könnyen sérülhet az adathordozó, nagy tömegű és mennyiségű alapanyagot igényelnek, illetve kezelésük igen körülményes. Előnyük viszont, hogy olyan környezetben is alkalmazhatóak, ahol a mágneses adathordozók nem.
Mágneses háttértárak
A legelterjedtebb háttértárak napjainkban a mágneses elven működő háttértárak. Működési elve igen egyszerű, az adathordozó felületén lévő mágneses réteg kétállapotú jeleket rögzít.
Jellemzőik:
- a tárolható adatmennyiség nagysága (kapacitás),
- a gyorsasága, azaz mekkora az adat-hozzáférési idő,
- az adatsűrűség nagysága.
A mágneses háttértárak fő részei:
- Maga a mágneses felületű adathordozó, például a mágneslemez.
- Az adathordozó mozgatását, írását, olvasását végző berendezés, melyet meghajtónak (drive) nevezünk. A meghajtó elektronikus és mechanikus részekből áll. A mechanikus részek végzik az adathordozó mozgatását, míg az elektronika feladata az írás-olvasás-pozicionálás vezérlése. Az írást-olvasást az író-olvasó fej végzi.
Típusai:
- mágneslemezek,
- mágnesszalagok.
Optikai háttértárak
A mágneses elvű adathordozókon kívül egyre elterjedtebbek az optikai elven működő adathordozók. Archivált dokumentumok, képek, módosítást nem igénylő programok tárolására ideális adathordozó a CD (Compact Disk), amelyet 1980-ban a Sony és a Philips cég közös fejlesztés után dobott piacra.
Egyéb háttértárak
Az elmúlt években a magneto-optikai (MO) tárolók átmeneti sikereket értek el a háttértárak piacán. Bár adatátviteli sebességük megfelelő, tárolókapacitásuk nem haladja meg a 2,6-5,2 GB-ot. A MO egyesíti a mágneses és optikai tárolók előnyeit. Az adatok felírása speciális fémötvözetre történik, amelyet az írófej csak nagy intenzitású lézersugárral, megfelelően hevített helyen képes átmágnesezni. Magas ára miatt ez a tárolótípus kevésbé elterjedt.
Mágneses háttértárak - Hajlékonylemez
A hajlékonylemez (FD: Floppy Disk) egy régóta létező, a legtöbb személyi számítógépen használható háttértár típus, amely kis mennyiségű adat tárolásának és szállításának viszonylag biztonságos és egyszerű eszköze. Az információt egy mágnesezhető réteggel ellátott kör alakú lemezen tároljuk. A mágneslemezen az adatok koncentrikus gyűrűkön - sávokon (angolul track) - tárolódnak úgy, hogy az író-olvasó fejet a kiválasztott sávra állítva az információ leolvasható.
Az adatokat célszerűbb azonban nem folytonosan elhelyezni a sávokon. A lemezt körcikkekre (szektorokra) osztjuk, amelyek a lemez legkisebb címezhető egységei. Egy sáv egy szektorában 512 bájtnyi adatot tárolhatunk. A sáv-szektor szerkezet létrehozása a formázás során történik. A hajlékonylemez különféle típusait az adattárolásra használt mágneses korong átmérője és annak tárolókapacitása alapján különböztetjük meg. Az átmérő méretének meghatározására a coll (jelölése:”; 1 coll=2,54 cm) mértékegységet használjuk.
Napjainkban a legelterjedtebb változat a 3,5”-os, 1,44 MB tárolókapacitású lemez, de néhány helyen még találkozhatunk a régebbi, 5,25” méretű, 1,2 MB-os lemezzel is. Bár a hajlékonylemez nagyon elterjedt, kapacitása és sebessége gyakran már az átlagfelhasználók igényeit sem elégíti ki.
A hajlékonylemez használatához szükségünk van egy be-, illetve kiviteli egységre, a hajlékonylemez-meghajtóra (FDD: Floppy Diskette Drive). Mind az 5,25”-os, mind a 3,5”-os meghajtóban két író-olvasó fej található, melyek a forgó lemezzel érintkeznek. Olvasáskor mágneses állapotot érzékelnek, íráskor mágneses állapotot változtatnak meg.
A hajlékonylemez kapacitását az határozza meg, hogy csak az egyik, vagy mindkét oldalát használhatjuk, illetve hogy milyen sűrűségben írhatunk rá adatokat. Az egyoldalas lemezeket SS (Single Sided), a kétoldalas lemezeket pedig DS (Double Sided) jelöléssel látják el. Az írássűrűség lehet egyszeres, dupla, nagy, illetve extra, melyeket az SD (Single Density), DD (Double Density), HD (High Density), illetve ED (Extra Density) betűkkel jelölünk. Egyes esetekben az írássűrűséget TPI (Track Per Inch) mértékegységben adják meg.
Napjainkban legelterjedtebbek a DS HD, azaz a kétoldalas, nagy sűrűségű lemezek.
A forgalomban lévő hajlékonylemezek jellemzőit a következő táblázatban foglaltuk össze:
A hajlékonylemez kiváltására több eszközt fejlesztettek ki, például a Zip drive-ot, amely 100 MB, illetve az a:drive-ot, amely 120 MB kapacitású lemezzel működik.
Egyik eszköz sem terjedt el általánosan.
Mágneses háttértárak - Merevlemez
A merevlemez kifejlesztésének célja egy, a hajlékonylemeznél nagyobb kapacitású és gyorsabb háttértár létrehozása volt. Szemben a hajlékonylemezzel, a merevlemez a számítógép belsejébe fixen beépítve működik. Mivel a merevlemezen tárolt adatok mindig rendelkezésünkre állnak, itt tároljuk a napi munkánkhoz szükséges programokat és adatokat.
A merevlemezes tárak esetében az adathordozó merev, mágnesezhető felületű lemezkorong, amelyből a kapacitás növelése érdekében egy egységben többet is elhelyeztek. Legelterjedtebb merevlemezes tár a winchester(HDD: Hard Disk Drive). Az adatok tárolása lényegében ugyanúgy történik, mint a hajlékonylemezes meghajtóknál, azaz koncentrikus körökben elhelyezkedő sávokban és szektorokban, egy egységben azonban több lemezkorong van elhelyezve. A lemezek egymás felett elhelyezkedő sávjait cilindernek (cylinder) nevezzük. A léptetőmotor az egymás alatti író-olvasó fejeket csak együtt tudja mozgatni, ezért a winchester meghajtója csak a cilinderek mentén tud írni vagy olvasni. Az adattárolás fürtökben (cluster), a szektorok logikailag összetartozó csoportjaiban történik. Egy klaszterhez több szektor is tartozhat.
A lemezvezérlő feladata, hogy az írási és olvasási műveletek elvégzését felügyelje.
A nagy adatmennyiségek kezelését és hordozhatóságát a merevlemezek cseréjét lehetővé tevő, úgynevezett mobil rackekkel oldották meg. Ennek lényege, hogy a merevlemezt a számítógépbe épített, fiókra emlékeztető eszközbe szerelik be, melyet könnyen kicserélhetünk vagy magunkkal vihetünk. A mobil rack cseréje általában csak a számítógép kikapcsolt állapotában lehetséges.
Párhuzamosan a személyi számítógépekkel a merevlemezes háttértárak is jelentős fejlődésen mentek keresztül. Átlagos tárolókapacitásuk a kezdeti 10-20 MB-ról 8-30 GB-ra emelkedett, de szükség esetén ma már beszerezhető akár 120 GB-nyi adat tárolására képes merevlemez is. A fejlesztések eredményeként a merevlemez írási és olvasási sebessége megsokszorozódott. Manapság a memória és a merevlemez között a másodpercenkénti adatátvitel sebessége megabájtokban mérhető.
Optikai háttértárak - CD-ROM
A CD-n tárolt információk típusától függően megkülönböztetünk audio, video és adathordozó CD-ket, az utóbbiakat CD-ROM-nak nevezzük. A CD-ROM a legismertebb optikai háttértár. A lemez átmérője 8 cm vagy 12 cm, vastagsága 1 mm. A 8 cm átmérőjű CD-ROM maximális tárolókapacitása 184 MB, míg a 12 cm átmérőjűé 650-800 MB-ig terjed.
A CD-k műanyagba ágyazott adathordozó rétegen digitálisan tárolják az adatokat. A lemezen az információ körkörösen, apró bemélyedések formájában van rögzítve. A CD-ROM olvasásakor a CD-olvasó lézersugár segítségével, a visszaverődő fény alapján érzékeli az adathordozó rétegen található bemélyedéseket. Mivel az információt lézersugár olvassa ki, ezért a lemez nincs kitéve komoly fizikai igénybevételnek.
A CD-ROM előnye, hogy nagy mennyiségű adat olcsó, megbízható tárolására alkalmas. Megkülönböztetünk csak olvasható, egyszer írható, valamint többször írható változatokat.
A kereskedelmi forgalomban kapható, csak olvasható CD-kre a gyártás során egy különleges préselési eljárással viszik fel az információt.
A CD-ROM-ok másik fajtája az írható CD, amely üresen kerül forgalomba. Olyan speciális adathordozó réteggel rendelkezik, amely lehetővé teszi, hogy CD-író készülék segítségével adatokat rögzítsünk rajta. Megkülönböztetünk egyszer írható (CD-R), illetve újraírható (CD-RW) lemezeket. A CD-R lemezre akár több lépésben is írhatunk adatokat, de az adatmennyiség nem haladhatja meg a CD kapacitását. A rögzített adat módosítására nincs lehetőségünk.
Az újraírható CD-RW lemezeket a CD-R lemezekhez hasonlóan írhatjuk, azonban lehetőségünk van az adatok teljes törlésére, és a lemez többszöri újraírására.
Optikai háttértárak - DVD
A DVD (Digital Video Disk) első pillantásra egy CD-re emlékeztet. A DVD-n maximálisan tárolható 18,8 GB adat azonban sokszorosan meghaladja a CD kapacitását. A DVD-t a kilencvenes évek közepén fejlesztették ki csúcsminőségű házimozirendszerek adathordozó eszközeként. A DVD-n a filmeket digitális formátumban, kiváló kép- és hangminőségben, többnyelvű szinkronnal és feliratozással tárolják. Lejátszásához asztali DVD-lejátszó berendezés vagy a számítógépbe épített DVD-olvasó szükséges. A CD-hez hasonlóan a DVD-t is hamar elkezdték számítógépes adatok tárolására használni.
A legtöbb DVD-olvasó alkalmas hagyományos audio CD és CD-ROM olvasására is.
Összefoglalás
A bemutatott háttértárak jellemzőit az alábbi táblázatban foglaltuk össze.
*Az egyszer és többször írható CD- és DVD-lemezek írásához speciális írókészülék szükséges.
Egyes újraírható háttértárakat első használatuk előtt meg kell formáznunk. A formázás segítségével a háttértárat előkészítjük az adatok fogadására, és ellenőrizhetjük az adatterület épségét. A formázás során alakítjuk ki a lemez logikai szerkezetét (sávok, szektorok).
Ezt a műveletet egyes háttértárak tartalmának teljes, visszaállíthatatlan törlésére is használhatjuk.
A háttértárak ár/kapacitás aránya
A számítástechnika világának dinamikus fejlődése a háttértárakra is jellemző. A gyártók szinte naponta dobják piacra a háttértárak újabb és újabb típusait, illetve teljesen új rendszerű tárolóeszközeiket. A háttértárak kapacitása és sebessége egyre nő, miközben áruk folyamatosan csökken. Ebből kiindulva nem lehet állandó érvényű sorrendet definiálni az eszközök sebességének, illetve ár/kapacitás arányának meghatározására.
A legkisebb kapacitású és egyben leglassúbb háttértár a hajlékonylemez. Az abszolút ára ennek az eszköznek a legkisebb, a kapacitásához viszonyítva azonban ez a legdrágább háttértár.
A hajlékonylemeznél gyorsabb és jóval nagyobb kapacitású eszközök a ZIP drive és az a:drive, hasonló ár/kapacitás arány mellett.
Jelentős tárolókapacitású és meglehetősen gyors háttértárak a CD-, a DVD- és a magneto-optikai meghajtók. Ezeknek az eszközöknek az ár/kapacitás aránya napjainkban átlagosnak tekinthető.
Napjaink leggyorsabb és legnagyobb kapacitású háttértára a merevlemez. Ár/kapacitás aránya jelenleg a legjobb a háttértárak között.
A csak archiválásra alkalmas mágnesszalagos, más néven streamer egység ár/kapacitás arányának számításakor figyelembe kell vennünk, hogy bár az adathordozó kazetták nagyon olcsók, maga a meghajtóegység azonban meglehetősen drága. Ezt figyelembe véve az adatok tárolási költsége csak nagy mennyiségű adat tárolása esetén tekinthető gazdaságosnak. A streamer egységek adatátviteli sebessége nem éri el a merevlemezes meghajtók sebességét, de funkciójukat tekintve megfelelőnek mondhatók.
Adatvesztés elleni védekezés
A háttértárakra mentett adataink a legnagyobb körültekintés ellenére sincsenek soha tökéletes biztonságban. Felléphet például olyan előre nem látható hardverhiba, amely a merevlemezünkön tárolt adatok egy részét vagy akár a teljes merevlemezt olvashatatlanná teszi. Értékes adataink elvesztése ellen elsősorban más háttértárakra - például CD-re vagy streamerre - történő biztonsági mentések készítésével védekezhetünk.
A váratlan áramkimaradás, illetve áramingadozás okozta adatvesztések esélyét szünetmentes áramforrás, más néven UPS (Uninterruptible Power Supply) beiktatásával csökkenthetjük. Az UPS-ek képesek a különféle áramingadozások kiegyenlítésére, illetve áramkimaradás esetén - korlátozott ideig - a tápfeszültség biztosítására. Egyes változataik hosszabb áramkimaradás esetén képesek a számítógép szabályos leállítására is.
Hibatűrő rendszerek (RAID)
Nagyvállalati rendszerben gyakran nem elegendő az adatok rendszeres mentésével védekezni az adatvesztés ellen, a kiszolgáló számítógépek folyamatos rendelkezésre állását is biztosítani kell. Ezt különféle hibatűrő rendszerek alkalmazásával érhetjük el.
A merevlemezes háttértárakon tárolt adatok - a hardver hibájából fakadó - sérülése vagy elvesztése ellen általában úgynevezett RAID (Redundant Array of Independent Disks) rendszereket alkalmaznak. Ennek lényege, hogy az adatokat több merevlemezes háttértár használatával ismétlődő (redundáns) formában tárolják.
A RAID rendszernek hat szintjét különböztethetjük meg, de ezek egyes elavult változatait már nem használják.
Az alábbiakban a napjainkban használt RAID technikákat foglaltuk össze:
A felsorolt hibatűrő technikák megvalósítására szoftveres és hardveres megoldások is léteznek.
A szoftveres megoldások olcsóbbak, de a hardveres megoldás nagyobb biztonságot nyújt.