Информатика и программирование - Основы информатики (926517), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ; RAM – Random Access Memory) предназначено для оперативной записи, хранения и чтения информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно-вычислительном процессе, выполняемом ЭВМ в текущий период времени. После выключения питания ЭВМ, информация в ОЗУ уничтожается, поэтому она не подходит для долговременного хранения информации. Каждая ячейка памяти имеет свой адрес, выраженный числом. В современных ЭВМ на базе процессоров Intel Pentuim используется 32-разрядная адресация. Это означает, что число независимых адресов равно 232, то есть возможное адресное пространство составляет 4,3 Гбайт. Объем ОЗУ 256, 512, 1024, 2048, 3072 Мбайт, время доступа 0,005-0,02 мкс. 1 с = 106 мкс.
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ; ROM – Read Only Memory) хранит неизменяемую (постоянную) информацию: программы, выполняемые во время загрузки системы, и постоянные параметры ЭВМ. В момент включения ЭВМ в его ОЗУ отсутствуют любые данные, поскольку ОЗУ не может сохранять данные при отключенном компьютере. Но МП необходимы команды, в том числе и сразу после включения. Поэтому МП обращается по специальному стартовому адресу, который ему всегда известен, за своей первой командой. Этот адрес из ПЗУ. Основное назначение программ из ПЗУ состоит в том, чтобы проверить состав и трудоспособность системы и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жесткими и гибкими дисками. Обычно изменить информацию ПЗУ нельзя. Объем ПЗУ 128-256 Кбайт, время доступа 0,035-0,1 мкс. Так как объем ПЗУ небольшой, но время доступа больше, чем у ОЗУ, при запуске все содержимое ПЗУ считывается в специально выделенную область ОЗУ.
Кроме ПЗУ существует память CMOS RAM (Complementary Metal-Oxide Semiconductor RAM), в которой хранится информация об аппаратной конфигурации ЭВМ: подключенные к ЭВМ устройства и их параметры, параметры загрузки, пароль на вход в систему, текущее время и дата. Питание памяти CMOS RAM осуществляется от батарейки. Если заряд батарейки заканчивается, то настройки, хранящиеся в памяти CMOS RAM, сбрасываются, и ЭВМ использует настройки по умолчанию.
ПЗУ и память CMOS RAM составляют базовую систему ввода-вывода (BIOS – Basic Input-Output System).
8.6.Внешние запоминающие устройства
8.6.1.Общие сведения
Внешние запоминающие устройства (ВЗУ) предназначены для долговременного хранения и транспортировки информации. ВЗУ взаимодействуют с системной шиной через контроллеры внешних запоминающих устройств (КВЗУ). КВЗУ обеспечивают интерфейс ВЗУ и системной шины в режиме прямого доступа к памяти, то есть без участия МП. Интерфейс – это совокупность связей с унифицированными сигналами и аппаратурой, предназначенная для обмена информацией между устройствами вычислительной системы. Современные ВЗУ, как правило, оборудуются кэш-памятью, в которую помещаются часто запрашиваемые данные. Поэтому кэш-память позволяет ускорить работу с ВЗУ.
ВЗУ можно разделить по критерию транспортировки на переносные и стационарные. Переносные ВЗУ состоят из носителя, подключаемого к порту ввода-вывода (обычно USB), (флэш-память) или носителя и привода (накопители на гибких магнитных дисках, приводы CD и DVD). Носитель используется для хранения и переноса информации. В стационарных ВЗУ носитель и привод объединены в единое устройство (накопитель на жестких магнитных дисках). Стационарные ВЗУ предназначены для хранения информации внутри ЭВМ.
Перед первым использованием или в случае сбоев ВЗУ необходимо отформатировать – записать на носитель служебную информацию, необходимую в дальнейшем при операциях чтения-записи с носителя.
Рассмотрим три типа ВЗУ, разделенные по критерию физической основы или технологии производства носителя: 1) магнитные носители; 2) оптические носители; 3) флэш-память.
8.6.2.Магнитные носители
Магнитные носители основаны на свойстве материалов находиться в двух состояниях: «не намагничено»-«намагничено», кодирующие 0 и 1. По поверхности носителя перемещается головка, которая может считывать состояние и изменять его. Запись данных на магнитный носитель осуществляется следующим образом. При изменении силы тока, проходящего через головку, происходит изменение напряженности динамического магнитного поля на поверхности магнитного носителя, и состояние ячейки меняется с «не намагничено» на «намагничено» или наоборот. Операция считывания происходит в обратном порядке. Намагниченные частички ферромагнитного покрытия являются причиной появления электрического тока. Электромагнитные сигналы, которые возникают при этом, усиливаются и анализируются, и делается вывод о значении 0 или 1.
Из-за контакта головки с поверхностью носителя через некоторое время носитель приходит в негодность.
Рассмотрим три типа магнитных носителей.
1. Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД; harddisk – жесткий диск) представляют собой несколько дисков с магнитным покрытием, нанизанные на шпиндель и помещенные в герметичный металлический корпус. Диски свободно вращаются вокруг шпинделя, и за счет этого происходит быстрый доступ головки к любой части диска. Каждый диск имеют свою головку.
В НЖМД может быть до десяти дисков. Их поверхность разбивается на круги, которые называются дорожками (track). Каждая дорожка имеет свой номер. Дорожки с одинаковыми номерами, расположенные одна над другой на разных дисках образуют цилиндр. Дорожки на диске разбиты на секторы (нумерация начинается с единицы). Сектор занимает 571 байт: 512 байт отведено для записи нужной информации, остальные под заголовок (префикс), определяющий начало и номер сектора и окончание (суффикс), где записана контрольная сумма, необходимая для проверки целостности хранимых данных. Секторы и дорожки формируются во время форматирования диска. Жесткие диски устанавливаются в системном блоке и являются основным ВЗУ ЭВМ. Объем жестких дисков приближается к 1 Тбайту, а время доступа – 0,005-0,03 с.
2. Накопители на гибких магнитных дисках (НГМД; FDD – Floppy Disk Drive) предназначены для записи информации на переносные носители – дискеты. Дискета представляет собой гибкий диск с магнитным покрытием, помещенный в жесткий корпус со шторкой, открываемой для доступа головки к диску, и прорезью для защиты от записи. Как и в случае жесткого диска, поверхность гибкого диска разбивается на дорожки, которые в свою очередь разбиваются на секторы. Секторы и дорожки формируются во время форматирования дискеты. Дискеты могут быть двух размеров 5,25 дюймов (133 мм; является устаревшим) и 3,5 дюймов (89 мм). Для каждого типа дискеты нужен свой НГМД. Объем дискет – до 1,44 Мбайт, время доступа – 0,065-0,1 с. В настоящее время НГМД вытесняются флэш-памятью.
3. Дисковые массивы RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks – массив недорогих дисков с избыточностью) используются для хранения данных в суперкомпьютерах (мощных ЭВМ предназначенных для решения крупных вычислительных задач) и серверах (подключенных к сети ЭВМ, предоставляющих доступ к хранящимся в них данным). Массивы RAID – это несколько запоминающих устройств на жестких дисках, объединенные в один большой накопитель, обслуживаемый специальным RAID-контроллером. Одна и та же информация хранится на различных жестких дисках и при потере информации на одном жестком диске восстанавливает ее с другого жесткого диска. RAID-массивы поддерживают технологию Plug and Play, то есть замену одного из дисков без остановки всего массива.
8.6.3.Оптические носители
Оптические носители представляют собой компакт-диски диаметром 4,72 дюйма (12 см), состоящие из трех слоев:
1) поликарбонатная основа (внешняя сторона диска);
2) активный (регистрирующий) слой пластика с изменяемой фазой состояния;
3) тончайший отражающий слой (внутренняя сторона диска).
В центре компакт-диска находится круглое отверстие, надеваемое на шпиндель привода компакт-дисков.
Запись и считывание информации на компакт-диск осуществляется головкой с лазерным лучом на конце. Физический контакт между головкой и поверхностью диска отсутствует, что увеличивает срок службы компакт-диска. Фаза второго пластикового слоя, кристаллическая или аморфная, изменяется в зависимости от скорости остывания после разогрева поверхности лазерным лучом в процессе записи, выполняемой в приводе. При медленном остывании пластик переходит в кристаллическое состояние и информация стирается (записывается «0»); при быстром остывании (если разогрета только микроскопическая точка) элемент пластика переходит в аморфное состояние (записывается «1»). Ввиду разницы коэффициентов отражения от кристаллических и аморфных микроскопических точек активного слоя при считывании происходит модуляция интенсивности отраженного луча, воспринимаемого головкой чтения. Поверхность диска разбита на три области. Начальная область (Lead-In) расположена в центре диска и считывается первой. В ней записано содержимое диска, таблица адресов всех записей, метка диска и другая служебная информация. Средняя область содержит основную информацию и занимает большую часть диска. Конечная область (Lead-Out) содержит метку конца диска.
Информация на компакт-диске кодируется с большой избыточностью корректирующим кодом Рида-Соломона, обеспечивающего восстановление исходной информации при невозможности ее считывания с диска.
Компакт-диск выдерживает несколько сотен циклов перезаписи. Считывание информации осуществляется при вращении компакт-диска с частотой более 10 000 оборотов/мин.
В зависимости от возможности чтения/записи все компакт-диски можно разделить на три типа:
1) ROM (Read Only Memory) – только для чтения; запись невозможна;
2) R (Recordable) – для однократной записи и многократного чтения; диск может быть однажды записан; записанную информацию изменить нельзя и она доступна только для чтения;
3) RW (ReWritable) – для многократной записи и чтения; информация на диске может быть многократно перезаписана.
Эти типы дисков отличаются материалом, из которого изготовлен второй пластиковый слой.
Рассмотрим виды компакт-дисков CD (Compact Disc), DVD (Digital Versatile Disc – цифровой универсальный (многосторонний) диск) и Blu-Ray, имеющие одинаковый размер 4,72 дюйма.
Объем CD равен 650 или 700 Мбайт. Музыкальные диски относятся к CD и предназначены только для чтения с них музыки. Время доступа к CD – 0,05-0,3 с.
Формат DVD являются развитием CD, их объем составляет 4,7 Гбайт за счет более плотной записи. DVD продолжают совершенствоваться. Существует несколько конкурирующих форматов DVD: DVD-, DVD+ и DVD-RAM.
Формат Blu-Ray является дальнейшим развитием DVD и позволяет записывать 25 Гбайт информации на один слой.
Названия форматов CD и DVD в зависимости от возможности чтения/записи представлены в табл. 8 .15.
Таблица 8.15. Форматы дисков CD и DVD
| Типы | CD | DVD |
| ROM | CD-ROM | DVD-ROM |
| R | CD-R | DVD-R, DVD+R |
| RW | CD-RW | DVD-RW, DVD+RW, DVD-RAM |
Дисковод для оптических носителей состоит из следующих частей:
- электродвигатель, который вращает диск;
- оптическая система, состоящая из лазерного излучателя, оптических линз и датчиков и предназначенная для считывания информации с поверхности диска;
- микропроцессор, который руководит механикой привода, оптической системой и декодирует прочитанную информацию в двоичный код.
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.
Для приводов оптических дисков указывается максимальная скорость чтения и записи для различных форматов дисков CD и DVD, кратная однократной скорости для CD – 150 Кбайт/с и для DVD – 1350 Кбайт/с. Например, скорость чтения 8x для CD означает, что данные считываются со скоростью 1200 Кбайт/с. Максимальная скорость чтения с дисков Blu-Ray работы составляет 12x (54 Мбайт/с).
Оптические носители могут храниться до 100 лет, но они восприимчивы к царапинам, колебаниям температуры и механическим повреждениям. Следует соблюдать следующие правила при работе с оптическими носителями:
- не класть диски отражающим слоем на стол или другие поверхности;
- хранить диски в коробках, а коробки в вертикальном положении;
- для длительного хранения информации выбирать диски -R, а не -RW;
- подписывать диск только на внешней стороне диска;
- не наклеивать наклейки и не использовать деформированные диски, так как это может привести к разбалансировке диска;
- не подвергать диск воздействию прямых солнечных лучей.
8.6.4.Флэш-память
Флэш-память представляет собой микросхемы памяти, заключенные в пластиковый корпус, и предназначена для долговременного хранения информации с возможностью многократной перезаписи. Микросхемы флэш-памяти не имеют движущихся частей. При работе указатели в микросхеме перемещаются на начальный адрес блока, и затем байты данных передаются в последовательном порядке. При производстве микросхем флэш-памяти используются логические элементы NAND (И-НЕ). Количество циклов перезаписи флэш-памяти превышает 1 млн. В настоящее время размер флэш-памяти превышает 64 Гбайт (2011 г.), что позволило флэш-памяти вытеснить дискеты. Флэш-память подключается к порту USB.
8.7.Видеоподсистема ЭВМ
8.7.1.Видеокарта
Видеоподсистема ЭВМ включает два устройства:
1) монитор (дисплей), отображающий на своем экране текстовую и графическую информацию пользователю;
2) видеокарта (ВК; видеоконтроллер, видеоадаптер), обеспечивающая формирование изображения, его хранение, обновление и преобразование в сигнал, отображаемый монитором.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
