Накопичувач CD-ROM

Тема. ПАМ'ЯТЬ КОМП’ЮТЕРА

План

1. Види пам’яті.
2. Внутрішня пам'ять комп’ютера.
   а)оперативно-запам’ятовуючий пристрій;
   б)постійно-запам’ятовуючий пристрій;
   в)кеш-пам'ять;
   г)напівпостійна пам'ять;
   д)відео-пам'ять.
3. Зовнішня пам'ять комп’ютера.
   а)гнучкі диски;
   б)жорсткі диски(вінчестер);
   в)оптичні диски;
   г)флеш-пам’ять

У пам’яті комп’ютера зберігаються програми й інформація, яка опрацьовується.

Основними характеристиками різноманітних типів і пристроїв пам’яті є їхній обсяг і швидкодія. Вся пам'ять ПК поділяється на внутрішню і зовнішню.

ВНУТРІШНЯ ПАМ'ЯТЬ

Під внутрішньою пам'яттю розуміють всі види запам'ятовуючих пристроїв, що розташовані на материнській платі. Внутрішня пам’ять – це електронні схеми.

До них відносяться:

· оперативна пам'ять

· постійна пам'ять

· напівпостійна енергонезалежна пам'ять.

Внутрішня пам’ять дискретна – це означає, що вона складається з певних „часток” – комірок. Елемент пам’яті називається біт(біт – “binary digit” – двійкова цифра). Один біт – це двійковий розряд пам’яті. Він зберігає двійковий код (0 або 1). Пам’ять комп’ютера – це впорядкована послідовність двійкових розрядів. Ця послідовність поділяється на групи по 8 розрядів; кожна така група утворює байт пам’яті.

Пам’ять адресна – інформація зберігається в комірках пам’яті, кожна з яких має свою адресу, по якій виконується звертання до комірки.

ОЗП (оперативний запам’ятовуючий пристрій) – швидка напівпровідникова енергозалежна пам’ять. В ОЗП зберігаються програма, що виконується в даний момент, і дані, з якими вона безпосередньо працює. У разі відключення електроживлення інформація в ОЗП зникає (енергозалежність). Продуктивність ПК в значній мірі визначається ємністю ОЗП і швидкістю доступу до її комірок. Процесор звертається до комірок пам’яті в довільному порядку, при цьому час читання та запису інформації для всіх комірок є однаковим. RAM (Random Access Memory) – пам’ять з довільним доступом. Оперативна пам'ять у комп'ютері розміщена на стандартних панельках, що звуться модулями. Модулі оперативної пам'яті вставляють у відповідні роз'єми на материнській платі. Конструктивно модулі пам'яті мають два виконання - однорядні (SIMM - модулі) та дворядні (DIMM - модулі). На комп'ютерах з процесорами Pentium однорядні модулі можна застосовувати лише парами (кількість роз'ємів для їх встановлення на материнській платі завжди парне). DIMM - модулі можна встановлювати по одному. Комбінувати на одній платі різні модулі не можна. Основними характеристиками модулів оперативної пам'яті є: об'єм пам'яті та час доступу. Час доступу показує, скільки часу необхідно для звертання до комірок пам'яті, чим менше, тим краще. Вимірюється у наносекундах.

ПЗП (постійний запам’ятовуючий пристрій) – швидка, енергонезалежна пам’ять. ПЗП (ROM - Rean Only Memory) – це пам’ять, призначена тільки для читання. Інформація заноситься в неї один раз (у заводських умовах) і зберігається постійно (за ввімкненого й вимкненого комп’ютера). В ПЗП зберігаються системні програми і дані, з яких починається робота ПК. Ці програми виконують перевірку основних систем комп’ютера зразу після його включення, забезпечують взаємодію з клавіатурою і монітором, виконують перевірку дисководів дозволяють виконати деякі настройки чипсету материнської плати, процесора. Вміст ПЗП ще називають BIOS – базова система введення-виведення.

Кеш-пам'ять. Обмін даними всередині процесора відбувається набагато швидше ніж обмін даними між процесором і оперативною пам'яттю. Тому, для того щоб зменшити кількість звертань до оперативної пам'яті, всередині процесора створюють так звану надоперативну або кеш-пам'ять. Коли процесору потрібні дані, він спочатку звертається до кеш-пам'яті, і тільки якщо там потрібні дані відсутні, відбувається звертання до оперативної пам'яті. Чим більший розмір кеш-пам'яті, тим більша ймовірність, що необхідні дані знаходяться там. Тому високопродуктивні процесори оснащуються підвищеними обсягами кеш-пам'яті. Розрізняють кеш-пам'ять першого рівня (виконується на одному кристалі з процесором і має об'єм порядку декілька десятків Кбайт), другого рівня (виконується на окремому кристалі, але в межах процесора, з об'ємом в сто і більше Кбайт) та третього рівня (виконується на окремих швидкодійних мікросхемах із розташуванням на материнській платі і має обсяг один і більше Мбайт).

НПЗП (напівпостійний запам’ятовуючий пристрій) – мікросхема пам’яті невеликого обсягу, яка використовується для зберігання поточної конфігурації системи, а також поточного часу та дати. Робота таких стандартних пристроїв, як клавіатура, може обслуговуватися програмами BIOS, але такими засобами неможливо забезпечити роботу з усіма можливими пристроями (у зв'язку з їх величезною різноманітністю та наявністю великої кількості різних параметрів). Але для своєї роботи програми BIOS вимагають всю інформацію про поточну конфігурацію системи. З очевидних причин цю інформацію не можна зберігати ні в оперативній пам'яті, ні в постійній. Спеціально для цих цілей на материнській платі є мікросхема енергонезалежної пам'яті, яка по технології виготовлення називається CMOS. Від оперативної пам'яті вона відрізняється тим, що її вміст не зникає при вимкненні комп'ютера, а від постійної пам'яті вона відрізняється тим, що дані можна заносити туди і змінювати самостійно, у відповідності з тим, яке обладнання входить до складу системи. Мікросхема пам'яті CMOS постійно живиться від невеликої батарейки, що розташована на материнській платі. У цій пам'яті зберігаються дані про гнучкі та жорсткі диски, процесори і т.д. Той факт, що комп'ютер чітко відслідковує дату і час, також пов'язаний з тим, що ця інформація постійно зберігається (і обновлюється) у пам'яті CMOS. Таким чином, програми BIOS зчитують дані про склад комп'ютерної системи з мікросхеми CMOS, після чого вони можуть здійснювати звертання до жорсткого диска та інших пристроїв.

Відеопам’ять – призначена для збереження зображення, яке виводиться на екран монітора. Відеопам’ять є складовою відеоконтролера.

ЗОВНІШНЯ ПАМ'ЯТЬ

Зовнішня пам’ятькомп’ютера призначена для довгострокового зберігання інформації в компактній формі. Суттєве значення мають такі їхні показники, як інформаційна ємність, час доступу до інформації, надійність її зберігання, час безвідмовної роботи.

В основу запису, зберігання та зчитування інформації на пристроях зовнішньої пам’яті покладено два принципи – магнітний та оптичний, які забезпечують зберігання інформації і після вимикання комп’ютера.

В основі магнітного запису лежить цифрова інформація (у вигляді нулів і одиниць), перетворена на змінний електричний струм, що супроводжується змінним магнітним полем. Намагнічена ділянка відповідає 1, а не намагнічена – 0.

Інформація на магнітні диски записується по концентричних колах – доріжках. Концентричні доріжки розбивають на дуги – сектори. Сектор – це найменша фізична ділянка поверхні диска, на яку можна записати дані. Розмітка магнітного диска на доріжки та сектори називається форматуванням. Доріжкам та секторам надаються номери.

Гнучкий магнітний диск (ГМД, флоппі-диск, дискета) призначений для перенесення документів і програм з одного комп’ютера на інший, зберігання архівних копій та інформації, не використовуваної постійно на комп’ютері. ГМД діаметром 3,5 дюйми (89 мм) має ємність 1,44 МБ.

Жорсткий магнітний диск (ЖМД, HDD), або вінчестер, призначений для постійного зберігання інформації, використовуваної при роботі з комп’ютером. Це кілька скляних дисків (із металевою поверхневою плівкою, наприклад кобальтовою), не чутливих до температури з двостороннім магнітним покриттям. Диски закріплені на стержні, який рухається спеціальним двигуном. Диски і головки розміщені в герметичному корпусі. Це основний пристрій для довготривалого збереження великих об'ємів даних та програм. Зовні, вінчестер являє собою плоску герметично закриту коробку, всередині якої знаходяться на спільній осі декілька жорстких алюмінієвих або скляних пластинок круглої форми. Поверхня кожного з дисків покрита тонким феромагнітним шаром (речовини, що реагує на зовнішнє магнітне поле), власне на ньому зберігаються записані дані. При цьому запис проводиться на обидві поверхні кожної пластини (крім крайніх) за допомогою блоку спеціальних магнітних головок. Кожна головка знаходиться над робочою поверхнею диска на відстані 0,5-0,13 мкм. Пакет дисків обертається безперервно і з великою частотою (4500-10000 об/хв), тому механічний контакт головок і дисків недопустимий. Запис даних у жорсткому диску здійснюється наступним чином. При зміні сили струму, що проходить через головку, відбувається зміна напруженості динамічного магнітного поля в щілині між поверхнею та головкою, що приводить до зміни стаціонарного магнітного поля феромагнітних частин покриття диску. Операція зчитування відбувається у зворотному порядку. Намагнічені частинки феромагнітного покриття спричиняють електрорушійну силу самоіндукції магнітної головки. Електромагнітні сигнали, що виникають при цьому, підсилюються й передаються на обробку. Роботою вінчестера керує спеціальний апаратно-логічний пристрій - контролер жорсткого диска. В минулому це була окрема дочірня плата, яку під'єднували через слоти до материнської плати. У сучасних комп'ютерах функції контролера жорсткого диска виконують спеціальні мікросхеми, розташовані в чіпсеті.

У накопичувачі може бути до десятьох дисків. Їх поверхня розбивається на кола, що називаються доріжками (track). Кожна доріжка має свій номер. Доріжки з однаковими номерами, що розташовані одна над одною на різних дисках утворюють циліндр. Доріжки на диску розбиті на сектори (нумерація починається з одиниці). Сектор займає 571 байт: 512 відведено для запису потрібної інформації, решта під заголовок (префікс), що визначає початок і номер секції та закінчення (суфікс), де записана контрольна сума, потрібна для перевірки цілісності збережених даних. Сектори й доріжки утворюються під час форматування диска. Форматування виконує користувач за допомогою спеціальних програм. Ніяка інформація не може бути записана на неформатований диск. Жорсткий диск може бути розбитий на логічні диски. Це зручно, оскільки наявність декількох логічних дисків спрощує структуризацію даних, що зберігаються на жорсткому диску.

Серед інших параметрів, що впливають на швидкодію HDD слід відзначити такі:

· швидкість обертання дисків - в наш час випускаються накопичувачі EIDE із частотою обертання 4500-7200 об/хв, і накопичувачі SCSI - 7500-10000 об/хв;

· ємність кеш-пам'яті - у всіх сучасних дискових накопичувачах встановлюється кеш-буфер, який дає змогу прискорити обмін даними; чим більша його ємність, тим вища ймовірність того, що в кеш-пам'яті буде необхідна інформація, якої не треба прочитувати з диску (цей процес у тисячі разів повільніший); ємність кеш-буфера в різних пристроях може змінюватися в межах від 64 Кбайт до 2Мбайт;

· середній час доступу - це час (у мілісекундах), на протязі якого блок головок зміщуються з одного циліндра на інший. Залежить від конструкції приводу головок і складає приблизно 10-13 мілісекунд;

· час затримки - це час від моменту позиціювання блоку головок на потрібний циліндр до позиціювання конкретної головки на конкретний сектор, іншими словами, це час пошуку потрібного сектора;

· швидкість обміну - визначає об'єми даних, які можуть бути передані з накопичувача до мікропроцесора та в зворотному напрямку за певні проміжки часу. Максимальне значення цього параметра дорівнює пропускній здатності дискового інтерфейсу і залежить від того, який режим використовується PIO або DMA; в режимі PIO обмін даними між диском і контролером відбувається за безпосередньої участі центрального процесора, чим більший номер режиму PIO, тим вища швидкість обміну; робота в режимі DMA (Direct Memory Access) дозволяє передавати дані безпосередньо в оперативну пам'ять без участі процесора; швидкість передавання даних у сучасних жорстких дисках коливається в діапазоні 30-60 Мбайт/с.

Системний диск - диск, на якому розміщена операційна система, йому надається ім’я, позначене літерою С. Кожен диск для зручності розбивають на розділи (логічні диски). Їм дають імена літерами латинського алфавіту C, D …

Оптичний (лазерний) диск має ємність більше 700 Мб, високу надійність зберігання інформації, довговічність. Принцип запису і зчитування – оптичний. Закодована інформація наноситься на диск лазерним променем, що створює на його поверхні мікроскопічні западини, поділені плоскими ділянками. Цифрова інформація подається чергуванням западин (невідображаючих плям) і острівців, що відбивають світло.Зчитування інформації з оптичного диска відбувається за допомогою лазерного променя, який, потрапляючи на острівець, що відображує світло, відхиляється на фотодетектор, який інтерпретує його як війкову одиницю. Промінь лазера, що потрапляє в западину, розсіюється і поглинається – фотодетектор фіксує двійковий нуль.

Накопичувач CD-ROM

Починаючи з 1995 року в базову конфі-гурацію персонального комп'ютера замість дисководів на 5,25 дюймів почали включати дисковод CD-ROM. Абревіатура CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) перекладається як постійний запам'ятовуючий пристрій на основі компакт-дисків. Принцип дії цього пристрою полягає у зчитуванні цифрових даних за допомогою лазерного променя, що відбивається від поверхні диска. В якості носія інформації використовується звичайний компакт-диск CD. Цифровий запис на компакт-диск відрізняється від запису на магнітні диски високою щільністю, тому стандартний CD має ємність порядку 650-700 Мбайт. Такі великі об'єми характерні для мультимедійної інформації (графіка, музика, відео), тому дисководи CD-ROM відносяться до апаратних засобів мультимедіа. Крім мультимедійних видань (електронні книги, енциклопедії, музикальні альбоми, відеофільми, комп'ютерні ігри) на компакт-дисках розповсюджується також різноманітне системне та прикладне програмне забезпечення великих обсягів (операційні систе-ми, офісні пакети, системи програмування і т.д.) Компакт-диски виготовляють із прозорого пластику діаметром 120 мм і товщиною 1,2 мм. На пластикову поверхню напилюється шар алюмінію або золота. В умовах масового виробництва запис інформації на диск відбувається шляхом витиснення на поверхні доріжки, у вигляді ряду заглиблень. Такий підхід забезпечує двійковий запис інформації. Заглиблення (pit - піт), поверхня (land - ленд). Логічний нуль може бути представлений як пітом, так і лендом. Логічна одиниця кодується переходом між пітом та лендом. Від центру до краю компакт-диску нанесена єдина доріжка у вигляді спіралі шириною 4 мкм із кроком 1,4 мкм. Поверхня диска розбита на три ділянки. Початкова (Lead-In) розташована в центрі диска і зчитується першою. В ній записано вміст диска, таблиця адрес всіх записів, мітка диска й інша службова інформація. Середня ділянка містить основну інформацію і займає більшу частину диска. Кінцева ділянка (Lead-Out) містить мітку кінця диску. Для штампування існує спеціальна матриця-прототип (мастер-диск) майбутнього диска, яка витискує доріжки на поверхні. Після штампування, на поверхню диска наносять захисну плівку з прозорого лаку.

Накопичувач CD-ROM містить:

• електродвигун, що обертає диск;
• оптичну систему, яка складається з лазерного випромінювача, оптичних лінз та датчиків і призначена для зчитування інформації з поверхні диска;
• мікропроцесор, що керує механікою привода, оптичною системою і декодує прочитану інформацію у двійковий код.

Компакт-диск розкручується електродвигуном. На поверхні диска за допомогою приводу оптичної системи фокусується промінь із лазерного випромінювача. Промінь відбивається від поверхні диска і скрізь призму подається на датчик. Світловий потік перетворюється в електричний сигнал, який поступає у мікропроцесор, де він аналізується й перетворюється у двійковий код.

Основними характеристиками CD-ROM є:

• швидкість передачі даних - вимірюється в кратних долях швидкості програвача аудіо компакт-дисків (150 Кбайт/сек) і характеризує максимальну швидкість з якою накопичувач пересилає дані в оперативну пам'ять комп'ютера, наприклад, 2-швидкісний CD-ROM (2x CD-ROM) буде зчитувати дані зі швидкістю 300 Кбайт/сек., 50-швидкісний (50x) - 7500 Кбайт/сек.;
• час доступу - час, потрібний для пошуку інформації на диску, вимірюється у мілісекундах.

Основний недолік стандартних CD-ROM - неможливість записування даних, але існують пристрої однократного записування CD-R та багаторазового записування CD-RW.

Накопичувач CD-R (CD-Recordable) Зовні схожі на накопичувачі CD-ROM і сумісні з ними за розмірами диска та форматами запису. Дають змогу виконати одноразовий запис і необмежену кількість зчитувань. Запис даних здійснюється за допомогою спеціального програмного забезпечення.

Накопичувач CD-RW (CD-ReWritable) Використовуються для багаторазового запису даних, причому можна як просто дописати нову інформацію на вільний простір, так і повністю перезаписати диск новою інформацією (попередні дані знищуються). Як і у випадку з накопичувачами CD-R, для запису даних необхідно встановити в системі спеціальні програми, причому формат запису сумісний зі звичайним CD-ROM.

Накопичувач DVD (Digital Video Disk) Пристрій для читання цифрових відеозаписів. Зовні DVD-диск схожий на звичайний CD-ROM (діаметр - 120 мм, товщина 1,2 мм), однак відрізняється від нього тим, що на одній стороні DVD-диску може бути записано до 4,7 Гбайт, а на обох - до 9,4 Гбайт. У разі використання двошарової схеми запису на одному його боці можна розмістити вже до 8,5 Гбайт інформації, відповідно на обох боках - близько 17 Гбайт. DVD-диски допускають також перезапис інформації.

Флеш-пам’ять. Модулі або карти флеш-пам’яті мажуть встановлюватися прямо в роз’єми материнської плати. Ця пам’ять має високу надійність і ударостійкість, низьке енергоспоживання, компактність.

Поиск по сайту: