Накопители на жестких дисках

Винчестер – накопитель на жёстких дисках (Hard Disk Drive – HDD) применяется для хранения и использования больших объёмов информации. Конструкция винчестера: корпус из прессованного алюминия, управляющий двигатель,диски, головка записи / считывания и электроника.

Само название «винчестер» появилось в 1973 году, когда фирма IBM разработала ЭВМ 3340. IBM выпустила пакет из двух дисков по 30 Мбайт с маркировкой «30/30», что напоминало пользователям калибр двустволки «Винчестер 30/30». Однако, в ПК винчестеры появились только в 1983 году (объёмом 10 Мбайт, временем доступа 100 мс, скоростью передачи данных 85 Кбайт/с). Современный винчестер имеет объём от 8 Гбайт, среднее время доступа около 8 мс, скорость передачи данных от 33 Мбайт/с.

Показатель надежности очень важен для жестких дисков. Существуют два показателя надежности жестких дисков:

число циклов старт / стоп (Start/Stop Cycles);

время наработки на отказ (Mean Time Before Failure – MTBF).

Важной характеристикой для жёсткого диска является также скорость вращения. На современных моделях этот показатель составляет 3400-10000 об/мин.

Характерной особенностью маркировки является то, что указанная в названии модели примерная ёмкость рассчитана на миллион байт, а не мегабайт (1 Мбайт равен 1048576 байт). То есть в математическом виде это выглядит следующим образом:

• по мнению производителей винчестеров 1 Мбайт = 10⁶ = 1 000 000 байт;

• реально, так как 1 Кбайт = 1024 байт, то 1 Мбайт = 10²⁰ = 1048576 байт.

Жесткие диски выпускаются основными производителями с двумя интерфейсами:

• IDE (Integrated Drive Electronics) для однопользовательских систем;

• SCSI (Small Computers Systems Interface) для многозадачных операционных систем.

К использованию жестких дисков в высокопроизводительных компьютерных системах, выполняющих роль серверов корпоративного, регионального и выше уровней предъявляются повышенные требования к надежности хранения данных. Такие системы требуют кроме большой производительности больших объемов памяти на внешних запоминающих устройствах, повышенных параметров надежности функционирования системы в целом. Этим системам приходится функционировать в безостановочном режиме, поскольку к ним подключается множество рабочих станций и других серверов, которые должны решать свои задачи в любое время. При этом особое требование предъявляется к объему и надежности хранения данных. Для надежного хранения больших объемов данных используется RAID технологии. Эта технология включает в себя систему « зеркальных » дисков большой емкости (десятки, сотни ГБайт).

Под « зеркальными » понимается пара дисков, на которые параллельно заносятся одни и те же данные. При появлении сбоя чтения каких – либо данных они читаются с « зеркального » диска, после чего автоматически запускается программа тестирования участка сбойного диска, при необходимости замена его на резервный и восстановление утерянной информации.

Компакт диски

CD-ROM-дисководы являются сейчас стандартным комплектующим почти в каждом ПК. Широкое распространение таких устройств объясняется их низкой стоимостью и большой ёмкостью (800 Мбайт). Практически все программные продукты поставляются на CD-дисках. Все компьютерные CD-ROM-дисководы совместимы с CD-Audio-дисками, которые воспроизводятся на скорости около 150 Кбайт/с Скорость передачи данных (data transfer) – важнейшая характеристика дисководов CD-ROM.

DVD (Digital Versatile Disk) «цифровой многоцелевой диск» имеет те же размеры, что и обычный компакт-диск, но вмещает до 17 Гб и более информации(в зависимости от стандарта), что позволяет намного расширить сферу его применения. Технологически увеличения ёмкости диска и скорости чтения/записи удалось достичь благодаря уменьшению в два раза размера элемента данных (лунок на поверхности DVD-диска, считываемых лазером) и расстояния между дорожками. Процесс чтения DVD-дисков полностью идентичен процессу чтения CD-ROM. Однако, для чтения и записи DVD-дисков необходим лазер с другой длиной волны, лежащей не в инфракрасном, а в красном диапазоне – 650 и 635 нм вместо 780 нм у приводов CD-ROM, из-за чего и возникают проблемы при чтении компакт-дисков на DVD-приводах – для этого требуется установка либо второго лазера, либо специальной микросхемы.

• DVD-RAM.Первый формат для перезаписываемых дисков, который получил одобрение консорциума компаний, установившего первоначальную спецификацию DVD Стандартом предусмотрено не менее 1 млн циклов записи

• DVD+RW.Самую крупную фракцию, отколовшуюся от тех, кто продолжает следовать первоначальной спецификации, возглавляют компании Hewlett-Packard, Philips и Sony, совместно разработавшие формат DVD+ReWritable или DVD+RW. Они поддерживают спецификацию DVD+RW, поскольку, по их мнению, она лучше подойдет для некоторых программ. Например, по утверждению компании Philips, будущие поколения ее накопителя DVD+RW смогут, вероятно, осуществлять запись и на диски CD-R, а это означает, что пользователи получат возможность создавать диски для огромного множества установленных накопителей CD-ROM. Формат DVD+RW не требует помещения дисков в картридж.

• DVD-R/W.Фирма Pioneer предложила свою собственную спецификацию под названием DVD-R/W. Эта спецификацияпредставляет собой результат эволюционного развития существующей технологии CD-RW и предусматривает использование носителей с произвольным доступом, имеющих емкость до 3,95 Гбайт. Одной из основных характеристик технологии DVD-R/W является более высокая отражательная способность ее дисков (записываемых методом изменения фазового состояния) по сравнению с носителями типа DVD-RAM или DVD+RW. Вследствие этого диски DVD-R/W могут без проблем читаться существующими накопителями DVD-ROM и проигрывателями DVD. Поэтому накопители DVD-R/W предназначены не для конечных пользователей, а для разработчиков, создающих диски, которые будут читаться стандартными накопителями.

Оперативная память

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ или RAM – Random Access Memory – память с произвольной выборкой) представляет собой основную полупроводниковую память, которая используется для хранения переменной информации для микропроцессора и других аппаратных устройств. ОЗУ – рабочая память компьютера, величина которой определяет размер и число одновременно выполняющихся программ. Все данные в ОЗУ теряются при выключении питания ПК, то есть важнейшее свойство оперативной памяти – энергозависимость.

При запуске системы или прикладной программы происходит загрузка данных из постоянной памяти в оперативную. Так как ОЗУ – дорогостоящий вид памяти, вместе с оперативной используется и виртуальная память.

Оперативная память рассматривается:

• с точки зрения организации на материнской плате: какие элементы памяти и какой ёмкости необходимы;

• с точки зрения адресации: как оперативная память устроена логически, какую роль играет операционная система.

Важнейшей характеристикой элементов оперативной памяти является время доступа (access time). Время доступа необходимо для осуществления полного цикла обращения к информации, хранящейся по случайному адресу памяти. Если первые ПК использовали память с временем доступа более 140 нс, то для оптимальной работы на новейших ПК требуется ОЗУ с 45 нс, а при использовании сокращённых циклов обращения - 6-10 нс.

В зависимости от конструкции используемой материнской платы применяются различные типы памяти DRAM.

• ЕСС (Error Checking and Correcting) – память с контролем чётности.

• EDO (Extended Data Out) – тип DRAM, который хранит последние запрошенные данные в кэше после того, как они были использованы. EDO RAM применяется с 1995 года вместе с набором микросхем Intel Triton и процессорами Pentium, что позволило тогда увеличить производительность ОЗУ на 20%. Данный тип памяти поддерживает тактовую частоту шины до 83 МГц.

• BEDO (Burst EDO) – это EDO RAM со специальным счётчиком слов. BEDO не получил широкого распространения из-за низкой тактовой частоты – всего до 66 Гц.

• FPM (Fast Page Mode) со временем доступа 60-70 нс применялась в ПК до Pentium 100. FPM DRAM позволяет значительно ускорить доступ к последовательно расположенным ячейкам памяти. Так как в матрице динамической памяти происходит считывание в статический буфер всей строки памяти целиком, а необходимый бит выбирается уже в зависимости от адреса столбца, то, если следующий подлежащий считыванию бит находится в той же строке не требуется переносить его в буфер ещё раз [27;34].

• Enhanced DRAM – также не получил широкого распространения. EDRAM содержит как ячейки обычной DRAM, так и небольшое количество ячеек быстродействующей памяти типа SRAM.

• SDRAM (Synchronous DRAM) – массово выпускаемый тип памяти с тактовой частотой до 100 МГц и выше, временем доступа менее 12 нс.

• DDR(DDR2,DDR3) SDRAM (Double Data Rate SDRAM) –поколение SDRAM с улучшенными характеристиками.

• Direct Rambus DRAM–новый вид памяти, поддерживаемый компанией Intel.

Весь объем оперативной памяти персонального компьютера разделен на несколько банков, причем, вид и тип используемых в них элементов зависят от конструкции системной платы и приводятся в ее техническом описании. Разрядность банка соответствует разрядности шины данных базового микропроцессора. Напомним, что микропроцессор 18088 за один раз может адресовать только 8 разрядов, i80286 – 16, i80386 – 32, Pentium – 64, Таким образом, в компьютерах на базе микропроцессоров 386 и 486 (32-разрядная шина данных) для заполнения банка требуется либо четыре 30-контактных либо один 72-контактный SIMM-модуль. В системах, имеющих в основе микропроцессоры Pentium, Pentium ММХ или Pentium II (64-разрядная шина), необходимо использовать два 72-контактных модуля SIMM или один 168-контактный модуль DIMM.

Графические контроллеры

Современные графические контроллеры содержат от 1 до 32 Мбайт памяти различных типов. Наиболее часто применяемыми типами памяти для реализации фрейм-буферов являются:

• обычная память типа DRAM или EDO DRAM. Микросхемы EDO DRAM работают на 20% быстрее обычных DRAM;

• двухпортовая память VRAM (Video RAM). Применение микросхем двухпортовой памяти позволяет повысить производительность системы, так как VRAM выполняет чтение и запись информации одновременно;

• двухпортовая память WRAM (Window RAM). Такой тип видеопамяти разработала корпорация Samsung, которая утверждает, что WRAM немного быстрее VRAM;

• MDRAM (Multibank DRAM). Данный тип видеопамяти использует адресное пространство, разделяя его на 10 банков;

• SGRAM (Synchronous Graphics RAM). SGRAM представляет собой разновидность синхронной памяти SRAM;

• RDRAM (Rambus DRAM). RDRAM – видеопамять с тактовой частотой 133 МГц и скоростью передачи до 500 Мбайт/с.

Существуют видеокарты стандартов PCI, VL-Bus, ISA, EISA, AGP и MCA. Наиболее распространен стандарт PCI.

Производительность видеокарты в значительной степени влияет на общую производительность системы. Хорошая видеокарта позволяет сделать до 80% того, что сможет сделать остальное оборудование. Видеокарта – это не только графический адаптер, но и, в большинстве случаев, мультимедиа-акселератор. Применение акселератора (ускорителя) позволяет разгрузить CPU. Мультимедиа-функции видеокарты: цифровая фильтрация, масштабирование, цифровая компрессия и декомпрессия видео, ускорение трёхмерной (3D) графики.

Мультимедиа ПК – это система, соответствующая стандартам МРС (Multimedia Personal Computer). Возможности мультимедиа ПК: акустика Hi-Fi, визуальные динамические эффекты и взаимодействие с пользователем.

Технологии мультимедиа – наиболее быстро развивающаяся сфера аппаратных средств ПК. Разработка более производительных микропроцессоров, быстрых мультимедиа плат и совершенного программного обеспечения приводит к частой смене стандартов на оборудование. Одной из самых перспективных и реальных технологий является DVD – цифровые видеодиски, о которых говорилось ранее