Тема: Устройства хранения информации

ЛЕКЦИЯ

План:

1. Память

1.1. Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)

1.2. Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)

1.3. Внешнее запоминающее устройство (ВЗУ)

2. Накопители на ЖМД

3. Накопители на ГМД

4. Дисководы для работы с лазерными (оптическим) дисками

5. Стример

В этой лекции речь пойдёт о видах памяти компьютера и компьютерных носителях информации.

Поколения компьютеров определяются не только элементной базой, процессорами и памятью. Их возможности, а во многом и внешний облик, серьезно зависят от носителей информации.

1. ПАМЯТЬ,илиЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА (ЗУ)

Выделяют три основных вида памяти компьютера: постоянное, оперативное и внешние запоминающие устройства (ПЗУ, ОЗУ, ВЗУ).

Назначение. Память компьютера предназначена для хранения информации (программ, данных и команд управления).

Принцип работы. Числа, символы, команды хранятся в памяти на равноправных началах и могут находиться в любой ячейке памяти. Их записывают в память и читают из памяти по одним и тем же каналам, используя один и тот же принцип. Для памяти не имеет никакого значения смысл закодированной информации. Важно только, чтобы код имел определённое количество разрядов. Длину, или разрядность, ячейки определяет количество двоичных разрядов в коде. Каждый разряд в коде может принимать значение 1 или 0.

Итак:

• информация хранится в ЗУ в двоичном коде;

• все ЗУ состоят из отдельных ячеек, каждая из которых имеет свой адрес (начиная с нулевого адреса).

В современных компьютерах минимальной адресуемой единицей информации является байт (8 разрядов), а длина ячейки кратна числу 8. Длина ячейки может быть равна 2 байтам =16 разрядам, 4 байтам = 32 разрядам, 8 байтам = = 64 разрядам. Длина ячейки равна максимальному количеству разрядов, которые процессор может обрабатывать или передавать одновременно. Адрес ячейки равен адресу младшего из входящих в нее байтов.

Под записью данных в память понимают размещение кода в ячейке по указанному адресу. При этом предыдущее значение, находившееся в данной ячейке, стирается. Вновь записанное значение хранится в памяти до тех пор, пока в ячгейку не будет записана новая информация. Это правило называется правилом сохранения информации.

Под считыванием(чтением) данных из памяти понимают выборку двоичного кода из ячейки с указанным адресом. При этом копия кода передаётся из памяти в требуемое устройство, а значение самой ячейки не изменяется.

Пересылка информации означает, что информация читается из одной ячейки и записывается в другую ячейку. Поел е завершения процесса пересылки в этих двух ячейках будет храниться одно и то же значение.

Адрес ячейки формируется в устройстве управления, затем поступает в устройство выборки адреса, которое открывает информационный канал и подключает нужную ячейку длся записи или считывания информации.

Основные пользовательские характеристики:

• ёмкость (объём) — количество байтов памяти. Однако часто байт оказывается слишком малой единицей, поэтому используют систему более крупных единиц:

килобайт (Кбайт) — 1024 байта = 2¹⁰ байтов;

мегабайт (Мбайт) — 1024 Кбайт;

гигабайт (Гбайт) — 1024 Мбайт;

• быстродействие — время обращения к ячейкам памяти, определяемое временем считывания или временем записи информации. Измеряется в наносекундах (10~⁹ с);
• разрядность — количество линий ввода/вывода, которые имеют микросхемы оперативной и постоянной памяти или внешние накопители.

Рассмотрим подробнее каждый из перечисленных видов памяти компьютера.

1.1. ПОСТОЯННОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (ПЗУ),

в современной терминологии — ROM (Read Only Memory).

Принцип работы. Во многих ПК ПЗУ реализуется отдельной микросхемой, в которую при изготовлении ПК помещаются основные команды ввода/вывода, осуществляющие начальное взаимодействие аппаратного и программного обеспечения ПК.

Этот вид памяти доступен лишь для чтения хранящейся в ней информации.

После выключения питания компьютера информация в ПЗУ сохраняется, то есть ПЗУ — энергоНЕзависимоеустройство.

1.2. ОПЕРАТИВНОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (ОЗУ)

ОПЕРАТИВНОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (ОЗУ), в современной терминологии — RAM (Random Access Memory), неотъемлемая часть любого ПК. Это быстродействующее ЗУ сравнительно небольшого (по сравнению с ВЗУ) объёма, реализованное в виде электронной схемы.

Принцип работы.ОЗУ доступно как для чтения, так и для записи информации. Именно в ОЗУ хранится выполняемая ПК в текущий момент программа и необходимые для неё данные.

ОЗУ работает под непосредственным управлением микропроцессора, все данные для которого поступают только из ОЗУ.

ОЗУ обеспечивает хранение информации лишь в течение сеанса работы с ПК — после выключения компьютера из сети данные, хранимые в ОЗУ, теряются безвозвратно, то есть ОЗУ — энергозависимоеустройство.

Ёмкость ОЗУ современных моделей ПК колеблется от 640 Кбайт (IBM PC XT) до 128 Мбайт.

Для ускорения вычислений информация из наиболее часто используемых участков ОЗУ помещается в сверхбыстродействующие микросхемы памяти — кэш-память. Отсутствие кэш-памяти может существенно (на 20-30%) снизить общую производительность компьютера.

В настоящее время используется кэш-память от 64 до 512 Кбайт.

1.3. ВНЕШНЕЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (ВЗУ)

ВЗУ предназначено для долговременного хранения информации и характеризуется большим объёмом памяти и низким по сравнению с ОЗУ быстродействием.

Под внешней памятью компьютера подразумевают обычно как устройства для чтения/записи информации — НАКОПИТЕЛИ, так и устройства, где непосредственно хранится информация — НОСИТЕЛИ информации.

Как правило, для каждого носителя информации существует свой накопитель.

В персональных компьютерах к подобным устройствам относятся:

• накопители на гибких магнитных дисках, предназначенные для чтения/записи информации на гибкие диски (дискеты);

• накопители на жёстких магнитных дисках, или винчестеры;

• дисководы для работы с лазерными компакт-дисками;

• стримеры, предназначенные для чтения/записи информации на магнитные ленты;

• магнито-оптические дисководы для работы с магнито-оптическими дисками.

Дополнительной характеристикой для этого вида памяти является время доступа, измеряемое в наносекундах.

Первые носители информации для ЭВМ были бумажными (перфокарты, перфоленты). Для работы с ними существовало два отдельных устройства: перфоратор — для записи информации, счётчик — для считывания информации и передачи её в оперативную память. Позднее появились магнитные носители информации (магнитные ленты, магнитные барабаны, магнитные диски), накопители которых совмещали в себе и устройство считывания, и устройство записи. А такое устройство как винчестер, совмещает в себе и носитель, и накопитель. Для оптических носителей информации (компакт-дисков, цифровых дисков) накопители могут как совмещать функции чтения/записи, так и быть специализированными — использоваться, например, только для чтения.

2. НАКОПИТЕЛИ НА ЖЁСТКИХ МАГНИТНЫХ ДИСКАХ

НАКОПИТЕЛИ НА ЖЁСТКИХ МАГНИТНЫХ ДИСКАХ (НЖМД, или ВИНЧЕСТЕРЫ) представляют собой внешние ЗУ, в которых носителем информации являются жесткие несменные магнитные диски, объединённые в пакет. .

Назначение. НЖМД предназначены для долговременного хранения информации, постоянно используемой при работе с ПК: программ операционной системы, часто используемых пакетов программ, редакторов документов, трансляторов с языков программирования, документов и программ, подготовленных пользователем и пр.

В настоящее время ПК без НЖМД практически не выпускаются. Если компьютер включён в локальную компьютерную сеть, то он может работать без собственного жёсткого диска, но тогда он использует жёсткий диск центрального сервера.

Винчестер устанавливается внутри системного блока и внешне представляет собой герметичную металлическую коробку, внутри которой расположены несколько дисков, объединённых в один пакет, магнитные головки чтения/записи, механизм вращения диска и перемещения головок (рис. 1).

Рис. 1. Схема устройства винчестера

Основные пользовательские характеристикивинчестера:

• ёмкость, то есть максимальный объём данных, который можно записать на носитель;

• быстродействие, определяемое временем доступа к нужной информации, временем её считывания/записи и скоростью передачи данных;

• время безотказной работы, характеризующее надёжность устройства.

Ёмкость НЖМД зависит от модели ПК. Первый винчестер (начало 80-х годов) имел «колоссальную емкость» 10 Мбайт. Считается, что объём современного винчестера должен быть не менее 2-3 Гбайт. Последние модели ПК имеют винчестеры ёмкостью свыше 9 Гбайт, ожидается появление винчестеров ёмкостью до 20 Гбайт.

Быстродействие измеряется в миллисекундах. Для современных винчестеров время доступа менее 10 мс.

Время безотказной работы обычно составляет 20 000— 500 000часов (то есть примерно 57 лет).

Существуют СМЕННЫЕ ЖЁСТКИЕ ДИСКИ (и, соответственно, дисководы для них). Главным образом они используются для переноса больших объёмов информации между компьютерами либо для хранения архивных данных. Основной тип — Jaz-диск. Его ёмкость в зависимости от модели от 540 Мбайт до 1,07 Гбайт.

3. НАКОПИТЕЛИ НА ГИБКИХ МАГНИТНЫХ ДИСКАХ (НГМД)

НГМД представляют собой внешние ЗУ, в которых носителями информации являются сменные магнитные диски (ДИСКЕТЫ). Дискеты позволяют переносить информацию с одного ПК на другой, хранить её вне ПК, создавать архивные копии текстов и программ, записанных на винчестере.

В настоящее время используются следующие виды дискет:

• дискеты диаметром 5,25 дюйма (5,25" — 133 мм) и ёмкостью:

• 360 Кбайт (маркировка — DS/DD);

• 1,2 Мбайт (маркировка — DS/HD);

• дискеты диаметром 3,5 дюйма (3,5" — 89 мм) и ёмкостью:

• 720 Кбайт (DS/DD);

• 1,44 Мбайт (DS/HD);

• 2,88 Мбайт.

Дискеты размером 5,25" представляют собой тонкий пластиковый диск, на который нанесено магнитное покрытие, подобное покрытию магнитофонной ленты, заключнёный в специальный плотный конверт-корпус, который, однако, легко перегнуть. В продолговатом разрезе на конверте виден диск. До диска нельзя дотрагиваться руками, а сами дискеты надо хранить в бумажном конверте, аккуратно вставлять в дисковод и не допускать попадания на дискету пыли.

В дискетах размером 3,5" диск заключён в жёсткий пластмассовый корпус, на поверхности дискеты нет открытых частей диска, поэтому такие дискеты более надёжны и пользоваться ими можно, не боясь испортить поверхность самого диска (рис. 2).

Перед первым использованием дискету необходимо подготовить, отформатировать. Это делается с помощью специальных программ. При работе форматирующих программ на диск наносятся специальные магнитные метки, разбивающие поверхность диска на дорожки и секторы. После форматирования на диск можно записывать информацию. В настоящее время дискеты продаются уже отформатированными.

Рис. 2. Схема устройства дискеты 3,5"

Существуют гибкие диски с ёмкостью 100Мб — ZIP-ДИСКИ. Дисководы для них не встраиваются в корпус ПК, а используются как сменные устройства (мобильные дисковые накопители).

4. Дисководы для работы с лазерными (оптическими) дисками

— приводы CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory).

Назначение.Эти дисководы служат для работы с компакт-дисками (CD) различного вида.

Накопители оптических дисков делятся на три вида:

• без возможности записи (CD-ROM — память только для чтения на компакт-диске);

• с однократной записью и многократным чтением (CD-WORM);

• с возможностью перезаписи (CD-RW, CD-E).

Принцип работы.При записи компакт-диск обрабатывается лазерным лучом (без механического контакта), выжигающим тот участок, который хранит логическую единицу, и оставляющим нетронутым тот участок, который хранит логический ноль. В результате на поверхности CD образуются маленькие углубления, так называемые питы. При чтении на поверхность диска направляется лазерный луч меньшей интенсивности, анализируется характеристика отражённого луча, которая переводится в цифровой код.

Основные пользовательские характеристикиприводов CD-ROM:

• ёмкость CD, которая составляет 500-700 Мбайт;

• скорость передачи данных от носителя в оперативную память, она составляет в зависимости от привода от 150 до 4800 Кбайт/с;

• среднее время доступа, которое требуется приводу для нахождения на носителе нужных данных. Оно в зависимости от привода составляет от 80 до 400 мс.

По мере совершенствования технологии создания CD и приводов возникла потребность в увеличении ёмкости оптических носителей информации. Появились DVD-диски (Digital Versatile Disk), использующиеся в основном для хранения и воспроизведения видеоизображений. Ёмкость таких дисков от 4,7 Гбайт до 17 Гбайт. Скорость передачи информации — 1350 Кб/с. Длительность воспроизведения видеоинформации — от 2 до б часов.

В МАГНИТООПТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ магнитная запись производится на поверхность компакт-диска, предварительно сильно разогретую лазерным лучом. Первые магнито-оптические диски внешне напоминали дискету 3,5". Затем были созданы диски размером 5,25" и 12", которые также были помещены в пластиковый корпус. После этого появились магнито-оптические диски без корпуса, то есть точно такие же, как обычные лазерные аудио-диски.

Ёмкость магнито-оптических дискет может быть от 20 Мбайт до 2 Гбайт.

Информация, записанная на магнито-оптические диски, может храниться до 30 лет, поэтому на них можно записывать, например, архивные данные.

5. СТРИМЕР

Назначение.Стример — это устройство для обеспечения надёжного долговременного сохранения больших объёмов информации, приобретающее всё большую популярность и распространение среди профессиональных пользователей персональных компьютеров. Используются преимущественно для резервного архивирования информации в промышленности, издательствах, банках, деловом и научном мире.

Принцип работы.Стример — это накопитель на магнитной ленте, цифровой кассетный магнитофон, в котором используются специальные кассеты — ленточные картриджи, позволяющие защитить носитель информации от внешних воздействий.

Как и у всякого магнитофона, у стримера есть недостаток: для поиска нужного места на плёнке порой приходится перематывать всю кассету.

Для картриджей стримеров применяется специальная высококачественная магнитная лента, в которой используются особо чистые мелкозернистые магнитные частицы, а поверхность ленты тщательно полируется. Это гарантирует надёжность записи и длительную сохранность записанных данных.

ЗНАТЬ

Памятькомпьютера (запоминающее устройство)предназначена для хранения информации (программ, данных и команд управления).

Свойства запоминающих устройств (ЗУ):

• информация хранится в ЗУ в двоичном коде;

• все ЗУ состоят из отдельных ячеек, каждая из которых имеет свой адрес (начиная с нулевого адреса).

Длина ячейки современных компьютеров кратна 8. Длина ячейки может быть равна 2 байтам = 16 разрядам, 4 байтам = 32 разрядам, 8 байтам = 64 разрядам. Длина ячейки равна максимальному количеству разрядов, которые процессор может обрабатывать или передавать одновременно. Минимальной адресуемой единицей является байт. Адрес ячейки равен адресу младшего из входящих в неё байтов.

Запись данных в память — размещение соответствующего кода в ячейке по указанному адресу. При этом предыдущее значение, находившееся в данной ячейке, стирается.

Считывание (чтение) данных из памяти — выборка двоичного кода из ячейки с указанным адресом. При этом копия передается из памяти в требуемое устройство, а значение самой ячейки не изменяется.

Пересылка информации означает, что информация читается из одной ячейки изаписывается в другую ячейку. После завершения процесса пересылки в этих двух ячейках будет храниться одно и то же значение.

Правило сохранения информации: значение, записанное в ячейку памяти, хранится до тех пор, пока в эту ячейку не будет записана новая информация.

Основные характеристики памяти:

• ёмкость — количество байтов памяти;

• быстродействие — время обращения к ячейкам памяти, определяемое временем считывания или временем записи информации. Измеряется в наносекундах (10~⁹ с);

• разрядность — количество линий ввода/вывода, которые имеют микросхемы оперативной и постоянной памяти или внешние накопители.

Виды памяти ПК перечислены на рис. 3.

Рис. 3. Основные виды памяти персонального компьютера

В табл. 1 приведена информация о ВЗУ.

Таблица 1

Внешняя память ЭВМ

Контрольные вопросы

1. Назовите основные устройства хранения информации в компьютере.

2. Каковы основные пользовательские характеристики памяти?

3. Каковы назначение и принцип работы, основные характеристики ПЗУ?

4. Каковы назначение и принцип работы, основные характеристики ОЗУ?

5. Каковы назначение и принцип работы, основные характеристики ВЗУ?

6. Каковы назначение и принцип работы, основные характеристики НЖМД?

7. Каковы назначение и основные характеристики ГМД?

8. Каковы назначение, принцип работы и основные характеристики дисковода для работы с лазерными (оптическими) дисками?

9. Каковы назначение и принцип работы стримера?