Накопители на оптических дисках

Оптический компакт-диск (Compact Disk (CD)), который был предложен в 1982 г. фирмами Philips и Sony первоначально для запи­си звуковой информации, произвел переворот и в компьютерной тех­нике, так как идеально подходил для записи цифровой информации больших объемов на сменном носителе. Объем информации, запи­санной на компакт-диске, составляет 600—700 Мбайт. К достоин­ствам компакт-диска можно отнести и его относительную дешевиз­ну в массовом производстве, высокую надежность и долговечность, нечувствительность к загрязнению и воздействию магнитных полей.

В середине 90-х гг. появились устройства, устанавливаемые не­посредственно на компьютере и позволяющие производить однократ­ную запись информации на компакт-диск. Для таких устройств вы­пускают специальные компакт-диски, которые получили название CD-Recodable (CD-R). Отражающим слоем у них служит тонкий слой позолоты. Между слоем позолоты и слоем поликарбамидной смолы вводится слой красителя. На диске без записи этот слой красителя бесцветен, но под воздействием лазерного луча краситель темнеет, образуя пятна, которые при воспроизведении воспринимаются как выступы.

Позднее появились компакт-диски с возможностью перезаписи — CD-ReWritable (CD-RW). На этих дисках слой красителя может находиться в двух состояниях: кристаллическом и аморфном. Эти два состояния имеют разную отражательную способность. Лазер устрой­ства имеет три уровня мощности. При записи мощность лазерного диода повышается и расплавляет слой красителя, переводя его в аморфное состояние с низкой отражательной способностью, что со­ответствует выступу (запись информации). При средней мощности краситель плавится и переходит в кристаллическое состояние с высокой отражательной способностью (стирание информации). Низкая мощность лазера используется для считывания информации.

Дальнейшее развитие технологий производства компакт-дисков привело к созданию дисков с высокой плотностью записи — цифро­вой универсальный диск Digital Versatile Disk {DVD). Впадины на них имеют меньший диаметр (0,4 микрона), а спираль размещается с плотностью 0,74 микрона между дорожками (вместо 1,6 микрон у CD). Это позволило увеличить объем информации на диске до 4,7 Гбайт. Дальнейшее увеличение объема информации обеспечива­ется применением двусторонних DVD.

Флэш-память

Флэш-память представляет собой микросхему перепрограм­мируемого постоянного запоминающего устройства (ППЗУ) с нео­граниченным числом циклов перезаписи. В ППЗУ флэш-памяти использован новый принцип записи и считывания, отличный от того, который используется в известных схемах ППЗУ. Кристалл схе­мы флэш-памяти состоит из трех слоев. Средний слой, имеющий толщину порядка 1,5 нм, изготовлен из ферроэлектрического мате­риала. Две крайние пластины представляют собой матрицу провод­ников для подачи напряжения на средний слой. При подаче напря­жения, на пересечении проводников, возникает напряжение, достаточное для изменения направления магнитного момента атомов его кристаллической решетки, расположенной под местом пересече­ния проводников. Направление магнитного поля сохраняется и после снятия внешнего электрического поля. Изменение направления магнитного поля ферроэлектрика изменяет сопротивления этого участ­ка слоя. При считывании на один крайний слой подается напряже­ние, а на втором слое замеряется напряжение, прошедшее через фер-роэлектрик, которое будет иметь разное значение для участков с разным направлением магнитного момента. Такой тип флэш-памя­ти получил название FRAM (ферроэлектрическая память с произволь­ным доступом).

Конструктивно флэш-память выполняется в виде отдельного блока, содержащего микросхему флэш-памяти и контроллер, для подключения к одному из стандартных входов компьютера. Разме­ры этого блока 40 х 16 W 7 мм. Флэш-память, используемая в других цифровых устройствах, имеет иные размеры и конструктивное оформление. В настоящее время объем флэш-памяти достигает не­скольких Гбайт, скорость записи и считывания составляют десятки Мбайт/с.

Виртуальная память (англ, Virtual memory) — технология управления памятью ЭВМ, разработанная для многозадачных операционных систем. При использовании данной технологии для каждой программы используются независимые схемы адресации памяти, отображающиеся тем или иным способом на физические адреса в памяти ЭВМ. Позволяет увеличить эффективность использования памяти несколькими одновременно работающими программами, организовав множество независимых адресных пространств, и обеспечить защиту памяти между разными приложениями. Также позволяет программисту использовать больше памяти, чем установлено в компьютере, за счет откачки неиспользуемых страниц на вторичное хранилище.

При использовании виртуальной памяти упрощается программирование, так как программисту больше не нужно учитывать ограниченность памяти или согласовывать использование памяти с другими приложениями. Для программы выглядит доступным и непрерывным все допустимое адресное пространство, вне зависимости от наличия в ЭВМ соответствующего объема ОЗУ. Применение механизма виртуальной памяти позволяет: упростить адресацию памяти клиентским программным обеспечением; рационально управлять оперативной памятью компьютера (хранить в ней только активно используемые области памяти); изолировать процессы друг от друга (процесс полагает, что монопольно владеет всей памятью).

В настоящее время эта технология имеет аппаратурную поддержку на всех современных бытовых процессорах. В тоже время во встраиваемых системах и в системах специального назначения, где требуется либо очень быстрая работа, либо есть ограничения на длительность отклика (системы реального времени) виртуальная память используется относительно редко. Также в таких системах реже встречается многозадачность и сложные иерархии памяти.

Контрольные вопросы

1. Какие формы записи чисел используются в ЭВМдля представления числовых данных? Охарактеризуйте их.

2. Что является минимальной единицей информации?

3. Как обрабатывается текстовая информация?

4. Сколько чисел содержит Unicode?

5. Что называется системой счисления? Назовите виды систем счисления.

6. Почему в ЭВМ используется двоичная система счисления?

7. Дать правила перевода чисел из одной системы счисления в другую.

8. Дать понятия «основание» и «база».

9. Привести арифметические операции в двоичной и восьмеричной системах счисления.

10. Что такое логический элемент компьютера? Какие бывают логические элементы?

11. Что можно реализовать с помощью логических схем?

12. Описать работу логических элементов.

13. Что такое триггер? Как функционирует триггер?

14. Чем отличаются синхронные триггеры от асинхронных?

15. Назовите принципы Фон-Неймановской архитектуры ЭВМ.

16. Что входит в состав архитектуры ЭВМ, построенной на принципах Фон-Неймана?

17. Дать классификацию микропроцессов. Назовите основные характеристики процессора.

18. Что относится к особенностям архитектуры Intel Core?

19. Что называется памятью компьютера? Какие виды памяти Вы знаете?

20. Описать запоминающие устройства: основную память, сверхоперативную и внешние запоминающие устройства.