Устройства хранения данных

ЛЕКЦИЯ №4

УСТРОЙСТВА ХРАНЕНИЯ, ВВОДА/ВЫВОДА ДАННЫХ

План

o Устройства хранения данных.

o Устройства ввода/вывода данных.

УСТРОЙСТВА ХРАНЕНИЯ ДАННЫХ

Память является составной частью аппаратных средств ПК. В памяти хранятся как программы, так и данные. Память персонального компьютера подразделяется на внут­реннюю и внешнюю.

Внутренняя память предназначена для временного хранения программ и обрабатываемых в текущий момент данных (оперативная память, кэш-память), а также для долговременного хранения информации о конфигурации ПК (энергонезависимая память). Внешняя память исполь­зуется для длительного хранения большого объема данных и программ.

Физической основой внутренней памяти, как было по­казано ранее, являются электронные схемы (ПЗУ, ОЗУ), отличающиеся высоким быстродействием, но не позволяю­щие хранить большие объемы данных. Кроме этого, опе­ративная память является энергозависимой, т. е. при от­ключении ПК ее содержимое стирается. В персональных компьютерах функция длительного хранения больших объемов данных возложена на внешнюю память, которая является медленной, энергонезависимой и практически неограниченной.

Внешняя память — это память, реализованная в виде внешних относительно материнской платы устройств с Разными принципами хранения информации и типами носителей, предназначенных для долговременного хра­нения данных. В современных компьютерах используют­ся три вида носителей: электрические, магнитные, опти­ческие.

Накопитель представляет собой совокупность носите­ля данных и соответствующего привода. Различают нако­пители со сменными и постоянными носителями.

Привод — это объединение механизма чтения/записи с соответствующими электронными схемами управления. Его конструкция определяется принципом действия и ви­дом носителя.

Носитель — это физическая среда хранения информа­ции. По внешнему виду может быть дисковым или ленточ­ным. По способу запоминания различают магнитные, оп­тические и магнитооптические. В ленточных носителях используют магнитные, а в дисковых — магнитные, маг­нитооптические и оптические методы записи/считывания информации.

Накопитель на гибких магнитных дисках (НГМД, FDD — Floppy Disk Drive) представляет собой устройство (дисковод) для чтения и записи гибких магнитных дисков (дискет). Магнитный диск вращается с помощью привода, для записи и считывания информации используются маг­нитные головки.

Магнитные диски являются съемными носителями, т. е. один дисковод может последовательно работать с мно­жеством дискет. Стандартная емкость дискет (3,5 дюйма), используемых в современных ПК, составляет 1,44 Мб. Маркировка дискеты «2HD 1,44 Mb» указывает на двух­стороннюю высокую плотность записи и общую емкость диска 1,44 Мб. Информация на дискету записывается по дорожкам-окружностям (трекам). Каждая дорожка разби­вается на сектора размером в 256, 512 или 1024 байт, но чаще 512 байт, образующие кластеры.

Кластер — это минимальная единица размещения ин­формации на диске, состоящая из одного или нескольких секторов и равная обычно 512 байт. Каждому файлу выде­ляется участок памяти, кратный определенному количе­ству кластеров.

Накопитель на жестких магнитных дисках (НЖМД, винчестер, HDD — Hard Disk Drive) — устройство для чте­ния/записи с жестких магнитных дисков, установленных внутри накопителя. Накопители на жестких магнитных дисках получили такое наименование из-за жесткости дисковых пластин — носителей данных. В НЖМД несколько пластин, нанизанных на стержень. Дисковые пластины вращаются с постоянной скоростью, которая составляет для современных НЖМД до 10 000 оборотов в минуту. Чте­ние и запись данных осуществляются блоком магнитных головок, которые расположены над рабочей поверхностью диска на расстоянии 0,5-0,13 мкм. Запись проводится на обе поверхности каждой пластины (кроме крайних).

Работой НЖМД управляет специальное аппаратно-логическое устройство — контроллер НЖМД. В накопителе может быть до десяти дисков. Здесь информация также раз­мещается на дорожках, секторах и кластерах, которые об­разуются во время форматирования диска. Форматирова­ние выполняет пользователь с помощью специальных про­грамм. Отметим наиболее важные характеристики НЖМД:

• скорость (частота) обращения дисков: для накопителей IDE — 4500-7200 об/мин, а для накопителей SCSI — 7500-10000 об/мин;

• емкость кэш-памяти в устройствах может изменяться от 64 Кб до 8 Мб.

Накопитель на магнитной ленте, именуемый стри­мером, — это устройство для быстрой перезаписи данных с жесткого диска на магнитную ленту. Стримеры работа­ют со съемными носителями — кассетами. Недостатки стримеров: большое время доступа к данным и недостаточ­ная надежность, связанная с повышенными механически­ми нагрузками.

Магнитооптические накопители (НМОД) во многом аналогичны НГМД, но отличаются более высокой емко­стью. В магнитооптических дисках информация также хранится на магнитном носителе-дискете, но чтение и за­пись осуществляются оптическим (лазерным) лучом, что значительно повышает сохранность носителя.

Оптическими устройствами хранения данных явля­ются оптические накопители CD-ROM (Compact Disk Read Оnly Memory — постоянное запоминающее устройство на основе компакт-дисков), унаследовавшие свое название ^от первых оптических носителей. В качестве носителя информации первые оптические накопители использова­ли компакт-диски (CD), которые записывались («прожи­гались») однократно, не допускали перезаписи и фактиче­ски являлись постоянными запоминающими устройства­ми, на что и указывает приставка ROM.

Накопители на оптических дисках получили широкое распространение благодаря большой емкости компакт-дис­ка (свыше 650 Мб), поэтому они являются превосходными носителями для больших программных продуктов и муль­тимедийных данных. Компакт-диски изготовляют из про­зрачного пластика диаметром 120 мм и толщиной 1,2 мм. На пластиковую поверхность напыляется слой алюминия или золота. Запись на диск происходит путем выдавлива­ния на поверхности дорожки углубления.

Компакт-диск раскручивается электродвигателем. На поверхность диска с помощью привода оптической систе­мы фокусируется луч из лазерного излучателя. Луч отра­жается от поверхности диска и сквозь призму подается на датчик. Световой поток превращается в электрический сигнал, который поступает в микропроцессор, где он ана­лизируется и превращается в двоичный код. В настоящее время широко используются 4 вида оптических накопи­телей.

Накопитель CD-ROM (CD Read Only Memory) исполь­зуется для чтения оптических компакт-дисков.

Накопитель CD-R (CD-Recordable) — внешне похожий на накопитель CD-ROM и совместимый с ним по размерам дисков и формату записи, позволяет выполнить одноразо­вую запись и неограниченное количество считываний.

Накопитель CD-RW (CD-ReWritable) используется для многоразовой записи данных, причем можно как дописать новую информацию на свободное пространство, так и пол­ностью перезаписать диск (предыдущие данные уничтожа­ются).

Накопитель DVD (Digital Video Disk) — устройство для записи и чтения цифровых видеозаписей. Внешне DVD-диск похож на обычный CD-диск (диаметр — 120 мм, тол­щина — 1,2 мм), однако отличается более высокой плот­ностью записи (на одной стороне DVD-диска может быть писано до 4,7 Гбайт). Запись на DVD-диск производится на обе поверхности.

Основной характеристикой оптических накопителей является скорость передачи данных, которая измеряется кратных долях скорости проигрывателя аудио-компакт-дисков (150 Кб/с) и характеризует максимальную скорость, с которой накопитель передает данные в оператив­ную память компьютера. Например, 2-скоростной CD-ROM (2х) будет считывать данные со скоростью 300 Кб/с, 50-ско-ростной(50х) — 7500 Кб/с.

Перспективными носителями данных являются элек­тронные схемы, использующие Flash- (флэш-) память. Flash-память относится к статической энергонезависимой памяти. По устройству чип flash-памяти напоминает мик­росхему динамической энергозависимой памяти, только вместо конденсаторов ячейками памяти являются полу­проводниковые приборы (транзисторы), принимающие одно из фиксированных положений — закрытое или от­крытое, тем самым моделируя логические ноль и едини­цу. Отличительные особенности носителей с flash-памя­тью: компактность, энергонезависимость, высокая ем­кость, бесшумная работа. Эти устройства подключаются к компьютеру, как правило, через интерфейс USB.