Меню

Память на жестких магнитных дисках энергозависимая память



Память (подробное изложение)

Компьютер — это универсальное (многофункциональное) электронное автоматическое устройство для накопления, обработки и передачи информации. Его работа имитирует информационную деятельность человека. Это оказалось возможным благодаря наличию в составе компьютера памяти — устройств, предназначеных для хранения информации. В компьютере используется память нескольких типов , отличающихся по своему функциональному назначению и, как следствие, способами хранения информации, а также конструктивно .

Всю память ЭВМ можно разделить на

  • внутреннюю (основную) память,
  • регистры процессора,
  • внешнюю память.

Внутренняя память состоит из оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) , или оперативной памяти (ОП), и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) .

Постоянная память , или постоянное запоминающее устройство- ПЗУ(read only memory-rom),- память только для чтения. Она реализована, как уже говорилось, в виде электронных схем и служит для хранения программ начальной загрузки компьютера и тестирования его узлов. Мы называем этот тип памяти постоянным, потому что записанная в ней информация не изменяется после выключения компьютера. Она энергонезависима, так как хранимые в ней команды начинают выполняться при первом же импульсе тока, поступившего на контакты электронной микросхемы. (Отметим, что сохранение информации в ПЗУ после выключения компьютера не означает, что содержимое этой памяти невозможно изменить. Существует так называемая перепрограммируемая постоянная память, для которой возможно изменение хранимой информации.)

Она реализована в виде БИС и служит для хранения программ начальной загрузки компьютера и его узлов. Мы называем этот тип памяти постоянным, потому что записанная в ней информация не изменяется после выключения компьютера. Она энергонезависима, так как хранимые в ней команды начинают выполняться при первом же импульсе тока, поступившего на контакты электронной микросхемы. (Отметим, что сохранение информации в ПЗУ после выключения компьютера не означает, что содержимое этой памяти невозможно изменить. Существует так называемая перепрограммируемая память, для которой возможно изменение хранимой информации.)

ОЗУ — быстрая, полупроводниковая, энергозависимая память. В ОЗУ хранятся исполняемая в данный момент программа и данные, с которыми она непосредственно работает. ОЗУ — это память, используемая как для чтения, так и для записи информации. При отключении электропитания информации в ОЗУ исчезает (энергозависимость).Английское название ОЗУ — Random Access Memory (RAM),что переводится как «память с произвольным доступом».

В оперативной памяти в виде последовательности нулей и единиц хранятся как данные, так и программы. В любой момент времени доступ может осуществляться к любой произвольной ячейке, поэтому данный вид памяти называется памятью с произвольной выборкой (RAM). Оперативная память, или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), предназначена для хранения информации, изменяющейся в ходе выполнения процессором операций по её обработке. Информацию в такую память можно записать для хранения, изменять или использовать при необходимости. Вся информация, вводимая в компьютер и возникающая в ходе его работы, храниться в этой памяти, но только тогда, когда компьютер включен.

К основным свойствам оперативной памяти относятся: энергозависимость, дискретность структуры, адресуемость, возможность произвольного доступа. Физически для построения RAM используются микросхемы.

Память дискретна — это значит, что память состоит из некоторых «частиц». «Частица» памяти называется бит (так же как единица информации). Один бит — это двоичный разряд памяти. Он хранит двоичный код (0 или 1). Слово «бит» — сокращение от английского «binary digit» — двоичная цифра. Итак, память компьютера — это упорядоченная последовательность двоичных разрядов(бит) . Эта последовательность делится на группы по 8 разрядов; каждая такая группа образует байт памяти. Следовательно, слова «бит» и «байт» обозначают не только название единицы измерения количества информации , но и структурные единицы памяти ЭВМ.

Объём памяти ЭВМ измеряется в килобайтах (1Кбайт (Кб)=1024 байт), мегабайтах (1 Мбайт (Мб)=1024Кбайт), гигабайт (1 Гбайт (Гб)=1024 Мбайт). Например, оперативная память компьютеров серии IBM PS- от 1 Мб и более.

Адрес ячейки памяти равен адресу младшего байта (байта с наименьшим номером), входящим в ячейку. Адресация как байтов, так и ячеек памяти начинается с нуля. Адреса ячеек кратны количеству байтов в машинном слове (изменяются через 1,или через 2, или через 4). Если от типа процессора зависит объем адресуемой им оперативной памяти, то быстродействие используемой оперативной памяти, в свою очередь, во многом определяет скорость работы процессора, влияя на производительность всей системы.

Регистры — это внутренняя память процессора.

Регистров немного (у IBM PS их 14). Каждый из регистров служит своего рода черновиком, используя который процессор выполняет расчеты и сохраняет промежуточные результаты. Полученные результаты перепиваются из регистров в ячейки ОЗУ. Обмен информацией между процессорами и внутренней памятью производится машинными словами (из регистра в ячейку и обратно). Адрес ячейки, в которую направляется информация , передаваемая по шине данных, передаётся процессором по адресной шине.

Читайте также:  Доступ к жесткому диску для мака

Внешняя память

Основной функцией внешней памяти компьютера является способность долговременно храненить большой обьем информации. Устройство которое обеспечивает запись/считывание информации, называется накопителем, или дисководом, а хранится информация на носителях. В современных компьютерах устройства внешней памяти позволяют сохранять информацию после выключения компьютера, так как в них используется магнитный или оптический способ записи/чтения информации. В качестве носителей информации в этих случаях применяют магнитные и оптические диски. В качестве внешней памяти используются носители информации различной информационной емкости: гибкие диски (1,44 Мбайт), жесткие диски (до 80 Гбайт), оптические диски СD-RОМ (650 Мбайт) и DVD (до 10 Гбайт). Самыми медленными из них по скорости обмена данными являются гибкие диски (0,05 Мбайт/с), а самыми быстрыми — жесткие диски (до 100 Мбайт/с).

Магнитный принцип записи

На устройствах внешней памяти (магнитных носителях), которые также называют внешним запоминающими устройствами (ВЗУ), информация также представлена в двоичном коде: состоянием намагниченных и ненамагниченных участков на дорожках ленты или диска.

Гибкие магнитные диски

Гибкие магнитные диски помещаются в пластмассовый корпус. Такой носитель информации называется дискетой. В центре дискеты имеется приспособление для захвата и обеспечения вращения диска внутри пластмассового корпуса. Дискета вставляется в дисковод, который вращает диск с постоянной угловой скоростью. При этом магнитная головка дискавода устанавливается на определенную концентрическую дорожку диска, на которую и производится считывание информации. Информационная емкость дискеты невелика всего 1,44 Мбайт. Скорость записи и считывания информации тоже мала (составляет всего около 50 Кбайт/с) из-за медленного вращения диска (360 об./мин). В целях сохранения информации гибкие магнитные диски необходимо предохранять от воздействия сильных магнитных полей и нагревания, так как физические воздействия могут привести к размагничиванию носителя и потере информации.

Жесткие магнитные диски

Жесткий магнитный диск (винчестер) представляет собой несколько десятков дисков, размещенных на одной оси, заключенных в металический корпус и вращающихся с большой угловой скоростью. За счет гораздо большего числа дорожек на каждой стороне дисков и большего количества дисков информационная емкость жесткого диска может в сотни ра превышать информациооную емкость дискеты и достигать 150 Гбайт. Скорость записи и считывания информации с жестких дисков достаточно велика (может достигать 133мбайт/с) за счет быстрого вращения дисков(до 7200 об./мин). В жестких дисках используются достаточно хрупкие и миниатюрные элементы (пластины носителей, магнитные головки и пр.), поэтому в целях сохранения информации и работоспособности жесткие диски необходимо оберегать от ударов и резких изменений пространственной ориентации в процессе работы.

Лазерные диски

Лазерные дисководы используют оптический принцип чтения информции. На лазерных CD-ROM и DVD-ROM дисках хранится информация, которая была записанана них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна, что отражено во второй части их названий:ROM(read only memory-только чтение). Производятся такие диски путем штамповки и имеют серебристый цвет. Информационная емкость CD-ROM диска может достигать 650 Мбайт, а емкость DVD-ROM до 17 Гбайт

Flash-память

Flash-память-это энергозависимый вид памяти, позволяющий записывать и хранить данные в микросхемах. Flash-память представляет собой микросхему, помещенную в миниатюрный плоский корпус. Для считывания или записи информации карта памяти вставляется в специальные накопители, встроенные в мобильные устройства или подключаемые к компьютеру через usb-порт. Информационная емкость карт памяти может достигать 512 Мбайт

Источник

Память на жестких магнитных дисках энергозависимая память

Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного хранения программ и данных, и целостность её содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер. В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором. Информация от ВЗУ к процессору и наоборот циркулирует примерно по следующей цепочке:

ОЗУ Кэш Процессор»>

В состав внешней памяти компьютера входят:

  • накопители на жёстких магнитных дисках;
  • накопители на гибких магнитных дисках;
  • накопители на компакт-дисках;
  • накопители на магнито-оптических компакт-дисках;
  • накопители на магнитной ленте (стримеры) и др.

1. Накопители на гибких магнитных дисках

Гибкий диск (англ. floppy disk), или лискета, — носитель небольшого объема информации, представляющий собой гибкий пластиковый диск в защитной оболочке. Используется для переноса данных с одного компьютера на другой и для распространения программного обеспечения.
Читайте также:  Драйвер для жесткого диска asus x501u


Устройство дискеты

Дискета состоит из круглой полимерной подложки, покрытой с обеих сторон магнитным окислом и помещенной в пластиковую упаковку, на внутреннюю поверхность которой нанесено очищающее покрытие. В упаковке сделаны с двух сторон радиальные прорези, через которые головки считывания/записи накопителя получают доступ к диску.

Способ записи двоичной информации на магнитной среде называется магнитным кодированием. Он заключается в том, что магнитные домены в среде выстраиваются вдоль дорожек в направлении приложенного магнитного поля своими северными и южными полюсами. Обычно устанавливается однозначное соответствие между двоичной информацией и ориентацией магнитных доменов.

Информация записывается по концентрическим дорожкам (трекам), которые делятся на секторы. Количество дорожек и секторов зависит от типа и формата дискеты. Сектор хранит минимальную порцию информации, которая может быть записана на диск или считана. Ёмкость сектора постоянна и составляет 512 байтов.


Рис. 2.7. Поверхность
магнитного диска

В настоящее время наибольшее распространение получили дискеты со следующими характеристиками: диаметр 3,5 дюйма (89 мм), ёмкость 1,44 Мбайт, число дорожек 80, количество секторов на дорожках 18.

Дискета устанавливается в накопитель на гибких магнитных дисках (англ. floppy-disk drive), автоматически в нем фиксируется, после чего механизм накопителя раскручивается до частоты вращения 360 мин -1 . В накопителе вращается сама дискета, магнитные головки остаются неподвижными. Дискета вращается только при обращении к ней. Накопитель связан с процессором через контроллер гибких дисков.

В последнее время появились трехдюймовые дискеты, которые могут хранить до 3 Гбайт информации. Они изготовливаются по новой технологии Nano2 и требуют специального оборудования для чтения и записи.

2. Накопители на жестких магнитных дисках

Если гибкие диски — это средство переноса данных между компьютерами, то жесткий диск — информационный склад компьютера.

Накопитель на жёстких магнитных дисках (англ. HDD — Hard Disk Drive) или винчестерский накопитель — это наиболее массовое запоминающее устройство большой ёмкости, в котором носителями информации являются круглые алюминиевые пластины — платтеры, обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. Используется для постоянного хранения информации — программ и данных.


Рис. 2.8. Винчестерский накопитель
со снятой крышкой корпуса

Как и у дискеты, рабочие поверхности платтеров разделены на кольцевые концентрические дорожки, а дорожки — на секторы. Головки считывания-записи вместе с их несущей конструкцией и дисками заключены в герметически закрытый корпус, называемый модулем данных. При установке модуля данных на дисковод он автоматически соединяется с системой, подкачивающей очищенный охлажденный воздух. Поверхность платтера имеет магнитное покрытие толщиной всего лишь в 1,1 мкм, а также слой смазки для предохранения головки от повреждения при опускании и подъёме на ходу. При вращении платтера над ним образуется воздушный слой, который обеспечивает воздушную подушку для зависания головки на высоте 0,5 мкм над поверхностью диска.

Винчестерские накопители имеют очень большую ёмкость: от 10 до 100 Гбайт. У современных моделей скорость вращения шпинделя (вращающего вала) обычно составляет 7200 об/мин, среднее время поиска данных 9 мс, средняя скорость передачи данных до 60 Мбайт/с. В отличие от дискеты, жесткий диск вращается непрерывно. Все современные накопители снабжаются встроенным кэшем (обычно 2 Мбайта), который существенно повышает их производительность. Винчестерский накопитель связан с процессором через контроллер жесткого диска.

3. Накопители на компакт-дисках

Здесь носителем информации является CD-ROM (Сompact Disk Read-Only Memory — компакт диск, из которого можно только читать).

CD-ROM представляет собой прозрачный полимерный диск диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм, на одну сторону которого напылен светоотражающий слой алюминия, защищенный от повреждений слоем прозрачного лака. Толщина напыления составляет несколько десятитысячных долей миллиметра.

Информация на диске представляется в виде последовательности впадин (углублений в диске) и выступов (их уровень соответствует поверхности диска), расположеных на спиральной дорожке, выходящей из области вблизи оси диска. На каждом дюйме (2,54 см) по радиусу диска размещается 16 тысяч витков спиральной дорожки. Для сравнения — на поверхности жесткого диска на дюйме по радиусу помещается лишь несколько сотен дорожек. Емкость CD достигает 780 Мбайт. Информация наносится на диск при его изготовлении и не может быть изменена.

Читайте также:  Ноутбук dell снятие жесткого диска

CD-ROM обладают высокой удельной информационной емкостью, что позволяет создавать на их основе справочные системы и учебные комплексы с большой иллюстративной базой. Один CD по информационной емкости равен почти 500 дискетам. Cчитывание информации с CD-ROM происходит с достаточно высокой скоростью, хотя и заметно меньшей, чем скорость работы накопителей на жестком диске. CD-ROM просты и удобны в работе, имеют низкую удельную стоимость хранения данных, практически не изнашиваются, не могут быть поражены вирусами, c них невозможно случайно стереть информацию.

В отличие от магнитных дисков, компакт-диски имеют не множество кольцевых дорожек, а одну — спиральную, как у грампластинок. В связи с этим, угловая скорость вращения диска не постоянна. Она линейно уменьшается в процессе продвижения читающей лазерной головки к краю диска.

Рис. 2.9. Накопитель CD-ROM

Для работы с CD-ROM нужно подключить к компьютеру накопитель CD-ROM (рис. 2.9), преобразующий последовательность углублений и выступов на поверхности CD-ROM в последовательность двоичных сигналов. Для этого используется считывающая головка с микролазером и светодиодом. Глубина впадин на поверхности диска равна четверти длины волны лазерного света. Если в двух последовательных тактах считывания информации луч света лазерной головки переходит с выступа на дно впадины или обратно, разность длин путей света в этих тактах меняется на полуволну, что вызывает усиление или ослабление совместно попадающих на светодиод прямого и отраженного от диска света.

Если в последовательных тактах считывания длина пути света не меняется, то и состояние светодиода не меняется. В результате ток через светодиод образует последовательность двоичных электрических сигналов, соответствующих сочетанию впадин и выступов на дорожке.


Профиль дорожки CD-ROM

Различная длина оптического пути луча света в двух последовательных тактах считывания информации соответствует двоичным единицам. Одинаковая длина соответствует двоичным нулям.

Сегодня почти все персональные компьютеры имеют накопитель CD-ROM. Но многие мультимедийные интерактивные программы слишком велики, чтобы поместиться на одном CD. На смену технологии СD-ROM стремительно идет технология цифровых видеодисков DVD. Эти диски имеют тот же размер, что и обычные CD, но вмещают до 17 Гбайт данных, т.е. по объему заменяют 20 стандартных дисков CD-ROM. На таких дисках выпускаются мультимедийные игры и интерактивные видеофильмы отличного качества, позволяющие зрителю просматривать эпизоды под разными углами камеры, выбирать различные варианты окончания картины, знакомиться с биографиями снявшихся актеров, наслаждаться великолепным качеством звука.

4. Записывающие оптические и магнитооптические накопители

· Записывающий накопитель CD-R (Compact Disk Recordable) способен, наряду с прочтением обычных компакт-дисков, записывать информацию на специальные оптические диски емкостью 650 Мбайт. В дисках CD-R отражающий слой выполнен из золотой пленки. Между этим слоем и поликарбонатной основой расположен регистрирующий слой из органического материала, темнеющего при нагревании. В процессе записи лазерный луч нагревает выбранные точки слоя, которые темнеют и перестают пропускать свет к отражающему слою, образуя участки, аналогичные впадинам. Накопители CD-R, благодаря сильному удешевлению, приобретают все большее распространение.

Рис.2.10. Накопитель CD-MO

· Накопитель на магнито-оптических компакт-дисках СD-MO (Compact Disk — Magneto Optical) (рис. 2.10). Диски СD-MO можно многократно использовать для записи. Ёмкость от 128 Мбайт до 2,6 Гбайт.

· Записывающий накопитель CD-R (Compact Disk Recordable) способен, наряду с прочтением обычных компакт-дисков, записывать информацию на специальные оптические диски. Ёмкость 650 Мбайт.

· Накопитель WARM (Write And Read Many times), позволяет производить многократную запись и считывание.

5. Накопители на магнитной ленте (стримеры) и накопители на сменных дисках

Стример (англ. tape streamer) — устройство для резервного копирования больших объёмов информации. В качестве носителя здесь применяются кассеты с магнитной лентой ёмкостью 1 — 2 Гбайта и больше.

Рис. 2.11. Накопитель
на сменных дисках

Стримеры позволяют записать на небольшую кассету с магнитной лентой огромное количество информации. Встроенные в стример средства аппаратного сжатия позволяют автоматически уплотнять информацию перед её записью и восстанавливать после считывания, что увеличивает объём сохраняемой информации.

Недостатком стримеров является их сравнительно низкая скорость записи, поиска и считывания информации.

В последнее время всё шире используются накопители на сменных дисках, которые позволяют не только увеличивать объём хранимой информации, но и переносить информацию между компьютерами. Объём сменных дисков — от сотен Мбайт до нескольких Гигабайт.

Источник