A számítógéphez kapcsolható perifériák következő csoportja a háttértárakat tartalmazza. Ezek az adatok és programok hosszabbtávú tárolására szolgálnak. A tárolásnak különböző céljai lehetnek. Lehet, hogy csupán a számítógép üzemen kívül helyezésének idejére szeretnénk megtartani azokat (a memória áram nélkül nem őrzi meg a tartalmát), és az is előfordulhat, hogy a fontos adatokat szeretnénk biztonságba helyezni, megőrizni hosszabb távra, hogy akár évekkel később is rendelkezésre álljanak. Ez utóbbi esethez tartozik az archiválás, és a biztonsági másolat, amely megvédi adatainkat attól, hogy valami üzemi probléma miatt elveszítsük őket.
A lyukkártya az egyik legrégebbi adattárolási eszköz, amelyet ma már nemigen használunk. A kártyalapon elhelyezett lyukak, illetve ezek pontos helye adta megfelelő kódolással az információt. Általában tizes számrendszerben tárolta az adatokat, de előfordult más kódolás is. Másik változatában egy hosszú, vékony szalag tartalmazta a lyukakkal kódolt adatokat.
Mindkét változatnál az adatok kiolvasása úgy történt, hogy a papír két oldalán egy-egy érintkező volt, amelyek között az áramkört a papír szigetelő hatása nem engedte záródni. Amint azonban az érinkezők egy lyukhoz értek, az áramkör záródott. Így érzékelte az olvasóberendezés a lyukak helyét, és ezzel tudta kiolvasni a tárolt adatokat.
Ehhez persze az olvasóberendezéssel azonos pontossággal a lyukakat létrehozni képes eszköz is kellett. Ez megfelelő helyen kilyukasztotta a papírt, és így tárolta az információt.
Manapság már nem használt adattároló eszköz a lyukkártya, azonban a számítógépek létrejöttében fontos szerepe volt. Az első számítógépeken ugyanis a végrehajtandó program még nem a memóriában volt elhelyezve, hanem lyukkártyák sorozatán keresztül táplálták a végrehajtás közben a soron következő utasítást a számítógépbe. Neumann János volt az, aki először felvetette, hogy az adatokhoz hasonlóan a program utasításait is tárolni lehet a gép memóriájában, ezzel létrehozva a tárolt programú számítógép modelljét, amely mind a mai napig meghatározza a számítógépek működését. Ezt a modellt ismeri azóta is a számítástechnikai szakma Neumann-elvként.
Másik nagy állomása a számítástechnika történetének az IBM megalakulása, amelyhez a lyukkártyás adatfeldolgozásnak szintén sok köze volt. Az egyesült államokbeli népszámlálás adataiak feldolgozásához az IBM alapítója, Hermann Hollerith (1860-1929) használt lyukkártyákat először az 1890-es népszámlálásnál. Ő alapította meg később azt a céget, amely 1924 óta IBM (International Business Machines Corporation) névre hallgat.
Bizonyára mindenki látott már magnószalagot. Ez nem más, mint egy vékony műanyagszalag, amire mágnesezhető réteget visznek fel. A mágnesezés hatására a réteg szemcséi mágneses állapotukban képesek információt tárolni, amelyet a szalagnak egy vezetékhurok melletti mozgatásával keltett elektromágneses indukció keltésével ki lehet olvasni.
Ezen a módon nem csak hanghullámokat lehet tárolni, hanem digitális adatokat is. A tárolható információ mennyisége egy adott egységnyi hosszú szalagon a mágnesezhető réteg szemcseméretétől függ, valamint attól, hogy az írást illetve az olvasást végző fejek mekkora területet tudnak külön-külön elérni.
Talán meglepő, de a mágnesszalagos tárolás a mai napig korszerűnek számít a számítástechnikában és a szórakoztatóiparban egyaránt. Igaz, nem a jól ismert analóg változat, hanem a digitális jeleket tároló változat. A számítástechnikában manapság használt mágnesszalagos kazetták akár több Gbyte információt is tudnak tárolni. Igaz, ennek nem lehet akármelyik részéhez külön hozzáférni, hanem csak az egészhez egyben, ahogy tárolásra került. Éppen ezért nem a hétköznapi adattárolásra, hanem a hosszútávú archiválásra, illetve a sérülékenyebb adattárolókon tárolt információ biztonsági másolatára használják.
A szórakoztatóiparban pedig elsősorban a DAT-kazettákat használják, amely a Digital Audio Tape rövidítése. Ezek a hanganyag digitalizált változatát tárolva lehetővé teszik, hogy a szokásos analóg magnóval ellentétben ne nőjön minden egyes felvételkor vagy másoláskor a hangminőséget rontó zaj erőssége, hanem később is ugyanolyan tiszta maradjon a felvétel. Ennek főleg a rádióműsorok készítésekor van nagy jelentősége. Egy ilyen kazetta akár több órányi műsort is rögzíthet egyben, amelyet így utólag, felvételről is bármikor le lehet játszani anélkül, hogy a minőség romlásától kellene tartani.
A mágneslemezeken az adattárolás elve megegyezik a mágnesszalagokéval: mágnesezhető réteg megfelelő polaritású mágnesezésével tároljuk az adatokat. A különbség azonban, hogy nem szalag alakú a tároló, hanem kör alakú, a forgatás során olvasható vagy írható az információ koncentrikus körök mentén. Előnye, hogy a szalaggal ellentétben nem nyúlik, így biztonságosabban lehet megkeresni a kívánt információ helyét, azaz nem kell egyszerre az összes adatot kiolvasni, hanem lehet egyes részeit is elérni.
Több fajtája létezik, amelyek tárolási kapacitásban és biztonságban egyaránt különböznek egymástól.
Az angolul floppyként emlegetett hajlékonylemez a mágnesszalaghoz
hasonló, vékony műanyagrétegre felvitt mágnesezhető rétegből áll, amelyet egy
kemény tokba helyeznek, hogy ne lehessen meghajlítani, mivel az a mágnesezhető
réteget károsíthatja.
Az adatok koncentrikus körök mentén helyezkednek el a lemez mindkét oldalán. Ezek a körök annak ellenére, hogy befelé haladva egyre kisebb a kerületük, mégis ugyanannyi bitnyi információt tárolnak. Ez úgy lehetséges, hogy a külső körök mentén nincs kihasználva teljesen a tárolóképesség, azonban a lemez használata szempontjából ez az egyszerűbb megoldás.
A körök hivatalos elnevezése sáv. A sávokat nulladik sávtól kezdődően számozni szokás. A kétoldalas lemez esetén a számozás felváltva a két oldalon történik. Mivel a legkülső sávval kezdik a számozást, ez azt jelenti, hogy a lemez első oldalának legkülső sávja a 0. sáv, az ennek megfelelő másik oldali az 1. sáv, ezt az első oldal második sávja követi, és így folytatódik felváltva a két oldalon.
A sávot tovább szokás osztani szektorokra. Tulajdonképpen a szektor a lemez legkisebb önállóan elérhető része. Mérete minden esetben 512 byte. Ezt az 512 byte méretű szektort mind írni, mind olvasni csak együtt lehet, ami azt jelenti, hogy egy-egy byte elérésére közvetlenül nincs lehetőség, csak úgy, ha a memóriába a szektort beolvasva, ott megkeressük a kívánt byte-ot. A szektorokat egyébként folyamatosan számozzák, vagyis az első sáv utolsó szektoránál egyel nagyobb sorszámot kapja a második sáv első szektora...
A lemez kapacitását tulajdonképpen az határozza meg, hogy az adatok hány
sávban és szektorban helyezkednek el. Természetesen a lemez használatához
szükséges néhány további adat elhelyezése is a lemezen, így a sávok és az egy
sávon belüli szektorok számának ismerete alapján kiszámítható kapacitás
általában nagyobbnak adódik annál, mint amekkora a tényleges kapacitás. A
kiszámolt méretből levonva a fentartott szektorok számát megkaphatjuk ez
utóbbit, vagy ha ismerjük a használható és a teljes méretet, akkor
kiszámíthatjuk, hogy hány szektort foglal el a lemez kezeléséhez fentartott
terület.
A képen látható a mágneslemez egyik (régebbi) típusa, amelynek mérete 5,25 hüvelyk. Ahogy látható, a lemez egy négyzet alakú, kemény tokban található. A tokon látható nyílásoknak mindnek megvannak a funkciói. A középső kör alakú nyíláson keresztül fogja meg a meghajtó eszköz a lemezt, és megforgatja. Az alsó, hosszú nyíláson keresztül fér hozzá a lemezhez az író/olvasó fej, amely teljesen a lemez felületéhez érve elektromágneses úton (a mágnesszalagéval tulajdonképpen azonos technikával) végzi az adatok írását és olvasását.
Ahhoz, hogy beazonosítható legyen, hogy a sávon belül hol találhatóak az egyes szektorok, a forgásszimmetrikus lemezt egy kissé aszimmetrikussá kell tenni. Erre szolgál a képen rossz helyen feltüntetett kis lyuk (a valóságban ez a középső nyílás oldalán és nem fölötte található), amelyen egy fényforrással átvilágítanak. A lemezen is található egy kis furat, amely akkor kerül fedésbe a tokon levő lyukkal, amikor az író/olvasó fejek éppen a sávok első szektorait érik el.
A kisebb (3,5 hüvelykes), de jóval nagyobb kapacitású lemezek egy kicsit
eltérő kialakításúak. Mivel a kisebb méret mellett a nagyobb kapacitás csak
jóval sűrűbb adattárolás mellett valósítható meg, ezért ezt a lemezt jobban
védeni kell a sérülésektől, ezért a tokja is jóval zártabb. Így az író/olvasó
fejek számára létrehozott nyílást egy félrecsúsztatható lap zárja el, amitől
alaphelyzetben a lemez felülete teljesen elzárt a külvilágtól. Mikor a
meghajtóba helyezzük a lemezt, egy mechanika félretolja ezt a lapot, így az
író/olvasó fejek hozzáférnek a lemezhez. Az első szektorok megtalálását pedig az
biztosítja a lyuk helyett, hogy a meghajtó tengelye a lemezhez csak egyetlen
helyzetben kapcsolódhat, így a tengely állásából azonnal megállapíthatja a
meghajtó elektronikája a lemez állását.
Mindkét változat esetén lehetőség van a lemez írásvédetté tételére, amit a régi (nagyobb) változatnál a tok szélén levő nyílás leragasztásával érhetünk el, míg az újabb (kisebb méretű) változatnál egy kis pöcök áthúzásával. A vizsgálatot mindkét esetben egy fotocella végzi ha a lemezre írni akarunk.
A mágneslemezek nagy hibája, hogy az író/olvasó fej, amiből oldalanként egy található a meghajtóban, menet közben hozzáér a lemez felületéhez. Amennyiben valamilyen mechanikai hiba miatt nem csak hozzáér, hanem hozzá is nyomódik, akkor a felületet könnyen összekarcolhatja, eltüntetve róla az adathordozó réteget (vele természetesen az adatokat is). Ugyanezt eredményezheti ha por rakódik a lemez felületére, és így helyezzük azt a meghajtóba. Ekkor az író/olvasó fejek a port végighurcolják a lemez felületén, összekarcolva azt. Másrészt a nem megfelelő tárolás során is karcolódhat a felület, hatalmas adatvesztést okozva ezzel. Ha a rendszeradatokat tároló szektorok sérülnek ilyenkor, az egész lemez használhatatlanná válhat, mivel itt tárolódtak azok az információk, hogy a lemez hány sávra és egy sáv hány szektorra van osztva (azért itt, az első néhány szektorban vannak ezek az adatok, mert ezek a szektorok minden sáv/szektor-szám esetén ugyanoda esnek). Ennek ismerete nélkül pedig a lemez használhatatlan.
Amennyiben a lemez más része sérült, akkor a rajta levő adatok egy része még megmenthető, azonban a lemez további használata kockázatos, ezért inkább el kell dobni az ilyen lemezt.
Előfordulhat az is, hogy a lemezhibát mágneses zavar okozza. Ez eredhet abból is, hogy erős mágneses térben tartottuk a lemezt, és az átmágnesezte az adathordozó réteget, de magától is megváltozhat egy elöregedett lemez mágnesezettsége. Ez a hiba általában a lemez újraformázása után megszűnik, de ha a lemez elöregedése volt az oka, akkor újra jelentkezni fog a hiba. Ekkor szintén inkább dobjuk ki a lemezt.
Látható a fentiekből, hogy ma már nem nevezhető biztonságos adattárolónak a hajlékony mágneslemez. Rendkívül rövid az élettartama a lentebb ismertetendő háttértárakhoz képest. Inkább csak rövid távú tárolásra célszerű használni. Például két, egymással kapcsolatban nem álló számítógép közötti adatcserére alkalmas, amikor a lemezre írás után akár már néhány percen belül ki is olvassuk róla az adatokat. Ha azonban a lemezt közben szállítani is kell, akkor ügyelni kell arra, hogy ne érje sérülés a lemezt, és mágneses (főleg változó mágneses) térbe se kerüljön. Rutinos emberek Faraday-kalitkában szállítják ilyenkor a lemezeiket, ha például villamoson kell utazniuk. Erre az is elegendő, ha alufóliába csomagoljuk a lemezeket tartalmazó dobozt.
A mágneslemezes tárak biztonságosabb és nagyobb kapacitású fajtája a
merevlemezes tár. Itt egy vagy több merev fémlemezre viszik fel a mágnesezhető
réteget. Az adatok tárolása technikailag megegyezik a hajlékony lemezével
(sávok és szektorok találhatók a lemezen), a különbség a sávok és szektorok
számában, és a bitek sűrűségében van.
A nagyobb adatsűrűséget az biztosítja, hogy az egész berendezés a lemezekkel és a köztük levő író/olvasó fejekkel együtt egy pormentes, légritka térben található. A lemezek nem cserélhetők, így kisebb a sérülési kockázat. A lemezoldalak száma több kettőnél: több lemezt helyeznek el egymás fölött egy tengelyre erősítve. Minden lemez mindkét oldalán található egy író/olvasó fej, amelyek mind együtt mozognak.
A fizikából ismert Bernoulli-törvényt kihasználva a gyorsan forgó lemezek között a légritka térben keletkező nyomásviszonyok a lemez felülete fölött pár mikronnyi távolságban lebegtetik a fejeket. Ebből azonban két veszélyhelyzet is adódik.
Az egyik veszély akkor támad, amikor valamilyen ok miatt megszűnik a fejek
lebegése. Például a számítógép kikapcsolásakor a lemezek megállásakor következik
ez be. Amikor már nem elég nagy a lemezek forgási sebessége a fejek
lebegtetéséhez, azok ráesnek a lemez felületére, és összekarcolják azt.
Amennyiben ez olyan helyen következik be, ahol a lemez felületén adatokat tárol,
akkor azok az adatok a mágnesezhető réteggel együtt örökre elvesznek. Ennek
elkerülése érdekében vagy legkívül, vagy legbelül minden merevlemezen található
egy olyan terület, ahol nincs mágnesezhető réteg. Kikapcsoláskor a fejeknek ezen
a területen kell lenniük, és itt is kell maradniuk a következő bekapcsolás után
mindaddig, amíg a lemezek el nem érik az üzemi fordulatszámot. Ezt a területet
nevezzük parkolópályának. A modern merevlemezes tárolókban egy
mechanika már gondoskodik arról, hogy ha az eszköz nem kap áramot, akkor a fejek
azonnal a parkolópályára kerüljenek, így mire a lebegtető hatás megszűnik, a
lemez már biztonságban lesz.
A másik veszély, ha valami porszem bekerül az egyébként pormentes térbe. Ekkor ugyanis akár egyetlen porszem is, beakadva a fejek és a lemez felülete közé, képes az egész lemezfelületet tönkretenni. Ezt érzékelteti az előző ábrának az író/olvasó fejet ábrázoló részlete megismételve, amelyen (kis túlzással) egy méretarányos porszem is szerepel. El lehet képzelni, mi történik, ha abba a fej és a lemezfelület közti kis résbe egy ekkora ,,szikla'' beszorul. Éppen ezért ne legyünk kíváncsiak arra, hogy hogyan néz ki belülről a gépünk merevlemeze, mivel a szétbontása annak visszavonhatatlan tönkretételét jelenti! Elégedjünk meg inkább a képen látható, régi merevlemezes tárral egy régebbi könyvből...
A hajlékony lemezekhez hasonlóan itt is szektoronként lehet az adatokhoz hozzáférni. Egy szektor itt is 512 byte tárolására alkalmas. Azonban egy sávon akár több száz szektor is lehet, és egy lemezoldalon akár több ezer sáv is lehet. Ha ehhez hozzátesszük, hogy nem csak két oldala van a lemeznek, hanem sok, akkor elég nagy kapacitást kapunk. Mivel itt több oldal van, a szektorok folyamatos számozása kicsit komplikáltabb: Minden oldalon sorban végighaladunk az egymás fölötti sávok szektorain, és csak ezután jön a következő sáv. Éppen ezért az egyes oldalakon egymás fölött elhelyezkedő sávoknak (amelyek egy hengert, angolul cylinder-t alkotnak) külön elnevezése is van: cilinder, vagy angolosan cylinder.
A fenti ábrán látható, hogy a merevlemez minden író/olvasó feje egyszerre mozgatható egyik sávról a másikra. Így tulajdonképpen az adatok elérése akkor a leggyorsabb, ha nem kell elmozdítani a fejeket, vagyis ha azok minden része ugyanannak a cilindernek a különböző részein található. Ez az oka annak, hogy a cilinderekhez tartozó sávok kapnak folyamatos számozást: egy cilindert tud mindig egyszerre elérni az író/olvasó fejek csoportja.
A merevlemez méretét, vagy geometriáját három adattal adhatjuk meg: a cilinderek, az oldalak, és a szektorok számával. Meglepő módon a megadott adatok nem feltétlenül egyeznek azonban meg a tényleges geometriával. Ennek oka a számítógép BIOS-ában keresendő. Ez ugyanis nem képes kezelni az 1024 cilindernél nagyobb merevlemezeket, így az operációs rendszer csak ennél alacsonyabb cilinderszámon található szektorokból indítható. Ezért szokás azt a trükköt alkalmazni, hogy a BIOS-t átverve a valóságostól eltérő geometriát adnak meg, és a fizikai geometriára a merevlemezes egység elektronikája számolja át a számítógéptől érkező adatokat.
A BIOS ezen korlátja az oka annak, hogy bár a merevlemezek kapacitása egyre nagyobb, mégis jobb, ha maga az operációs rendszer kis helyet igényel. Amikor már elindult az operációs rendszer, akkor az már képes kezelni az 1024. cilinderen túl található részét is a merevlemeznek (vagy legalábbis az újabb operációs rendszerek). Sajnos vannak olyan operációs rendszerek, amelyek tárigénye a tudásukhoz képest exponenciálisan nő, így ezek hamarosan kinövik az 1024 cilinderes határt, akármilyen trükköt alkalmazunk is. Ezért a BIOS újratervezése előbb-utóbb szükségessé válhat, ha ragaszkodunk ehhez a túlzottan terjedelmes operációs rendszerhez. Kedvező jel lehet, hogy az említett (windows) operációs rendszer iránt kezd csökkenni az érdeklődés.
Teljesen más rendszerű adattárolást tesz lehetővé a lézerfény, amely erősen koncentrált fénysugár, melynek hullámhossza is szűk tartományba esik. A lézerfény által érintett terület mérete függ a fénysugár hullámhosszától is, így ha egy adott hullámhosszú lézersugarat használunk, akkor egyszerre egy adott méretű területet tudunk megvizsgálni.
Amennyiben egy korongra bemélyedéseket viszünk fel, a ráeső fénysugár
visszaverődése egyszer hosszabb, egyszer röbidebb ideig tart. Amikor a
bemélyedés határát világítja meg a fénysugár, akkor egyszerre érkezik gyorsabban
és lassabban is a fénysugár, amely idő- (és út-)különbség a visszaérkező
fénysugárban interferenciát hoz létre. Ennek az interferenciának az érzékelése
vagy az interferencia hiánya már elegendő két különböző érték
megkülönböztetésére, vagyis az információ kettes számrendszerben történő
tárolására.
Az optikai lemezek ilyen, műanyag lapban létrehozott bemélyedéseket, lyukakat tartalmazó korongok, amelyet a sérüléstől való védelem kedvéért egy második műanyag réteggel vontak be. A jelek kiolvasása minden esetben úgy történik, hogy a lézerfény visszaverődésének változása (tehát ha a visszaverődő fénysugárban inerferencia lép fel) számít az 1 értéknek, míg ha nem változik a visszaverődés (nincs interferencia), akkor a jel a 0 értéknek felel meg.
Természetesen itt is kör alakban haladnak a jelek, tehát a korong forgása során lehet kiolvasni az adatokat.
A jelek sűrűsége (és vele a lemez kapacitása) alapján, és a bemélyedések létrehozása alapján is több különböző csoportba lehet sorolni az optikai lemezeket, és az azokat kezelni képes eszközöket is. Ezek ismertetése következik a továbbiakban.
Az optikai lemez alatt még ma is többnyire a CD-t értjük, amely az első optikai elven működő adattároló volt. Jellemző kapacitása 650-700 MB. Több fajtája létezik, azonban az egyszerű CD-olvasók mindet képesek olvasni, mivel az olvasás módja mindegyiken megegyezik a fentebb ismertetettel, mindössze az adatok felvitelének módjában különböznek egymástól a típusok.
Amikor a lemezre adatokat írunk, akkor oda, aholyuknak kell lennie, erős (a kiolvasásénál nagyobb energiájú) lézerfényt bocsát a CD-író, amely kiégeti a fényelnyelő réteget, és így az alatta található fényvisszaverő felület láthatóvá válik. Ettől kezdve a kiolvasás már ugyanazon a módon történik a CD-olvasó szempontjából, mint a CD-ROM esetén: a kiégetett és a nem kiégetett középső réteg határáról visszaverődő fényben interferencia a keletkezik az eltérő fényvisszaverődési távolság miatt.
Azonban a fényelnyelő réteg nem csak a CD-író lézersugarától változhat teljesen fényáteresztővé, hanem az erős napsugárzástól is. Így egy ilyen írható CD a napon teljesen elveszítheti a tartalmát, ha a napsugárzástól a teljes fényelnyelő réteg áteresztővé válik.
Másik jellemzője ennek a lemezfajtának, hogy a fényelnyelő réteg nem alakítható vissza, ha már egyszer fényáteresztővé vált. Ezért a lemezre már felírt információ nem módosítható, nem törölhető. Ennek eredményeként ezt a fajta CD-t nevezhetjük egyszer írható CD-nek is.
Az optikai lemezek egy újabb,
nagyobb kapacitású változata a DVD, amely a CD kapacitásának többszörösére
képes. Normál adattárolásra ma még túl nagy kapacitásúnak is számít, azonban
filmek jó minőségű, több nyelvű hanggal együtt történő tárolására egyre jobban
terjed, mivel az egész, akár kétórás terjedelmű film is elfér egy lemezen, több
nyelvű hanggal, illetve feliratozással együtt. Ugyanez a film két vagy három
CD-t is igényelt volna, ami a lemezcserék miatt kényelmetlenebb.
A nagyobb kapacitás elsősorban annak köszönhető, hogy más hullámhosszú lézerfényt használnak, amely lehetővé teszi a kisebb adattárolási méret alkalmazását. Így a lemezen a bitek sűrűbben helyezkednek el, mint a CD esetén. Ezenkívül több, egymás fölötti réteget is lehet alkalmazni, amelyek mind egy kicsit más hullámhosszú fényt képesek visszaverni. Természetesen ehhez olyan olvasóberendezésre van szükség, amely képes több hullámhosszú lézersugarat is előállítani, ami drágábbá teszi a hagyományos CD-olvasóknál.
A számítógéphez való DVD-olvasók általában képesek a CD lemezek olvasására
is, sőt akár CD-íróként is funkcionálhatnak.
Következő: A hardver és a szoftver
Vissza: Bevezetés az informatikába