Какие памяти есть в компьютере. Виды компьютерной памяти

Оперативная память (или ОЗУ – оперативное запоминающее устройство) необходима компьютеру для временного хранения данных. В магазине, на табличке с характеристиками компьютера, может указываться как RAM или ОЗУ (от англ. Random Access Memory – память с произвольным доступом).

В отличие от такого устройства хранения данных как , оперативная память обладает высокой скоростью чтения и записи. Кроме того, является энергозависимой — при отключении компьютера данные в ОЗУ не сохраняются. Но ОЗУ и не предназначен для долгого хранения информации. Для этого существуют другие устройства (жесткий диск, флешки, компакт-диски, внешние винчестеры….). Главное назначение оперативной памяти компьютера – быстрое (оперативное) чтение и запись информации, временное хранение нужных процессору данных. Дело в том, что при считывании данных с жесткого диска, они сначала передаются в ОЗУ и остаются там на то время, которое нужно процессору для ее обработки.

От объема ОЗУ и скорости его работы зависит производительность компьютера. Объем современной оперативной памяти измеряется в гигабайтах (Гб), а скорость в мегагерцах.

Физически, память представляет собой плату расширения – модуль (или планка) памяти, вставляемую в специальный слот на . Как правило, на материнской плате имеется от 2 до 4 слотов для памяти, что позволяет легко ее наращивать установкой дополнительных модулей.

Основные характеристики модуля памяти

Основными характеристиками модулей памяти, которые нужно знать , являются тип памяти, объем и частота.

Тип памяти. Сегодня, практически во всех современных компьютерах используется тип памяти DDR3. На устаревших компьютерах еще можно встретить DDR2. Модуль памяти DDR3 производительней DDR2 за счет увеличения частоты работы и применения более эффективных технологических решений. Компьютерные технологии быстро развиваются, и на смену DDR3 постепенно приходят модули DDR4, имеющие большую производительность.

Объем модуля памяти. Один модуль памяти может иметь объем от 2 до 8 Гб. Для работы в офисных программах, просмотра страниц в интернете, нетребовательных игр будет достаточно 2-4 Гб. Если же компьютер приобретается для современных игр с высоким уровнем детализации, редактирования видео, для работы в ресурсоемких программах, то понадобится от 4 Гб и выше.

Память (компьютер)

Модуль оперативной памяти, вставленный в материнскую плату

Компью́терная па́мять (устройство хранения информации , запоминающее устройство ) - часть вычислительной машины , физическое устройство или среда для хранения данных , используемых в вычислениях, в течение определённого времени. Память, как и ЦП, является неизменной частью компьютера с 1940-х.

На бытовом уровне слово «память» имеет более узкое значение - полупроводниковая память с произвольным доступом (RAM), используемая в качестве ОЗУ персонального компьютера (планка или модуль памяти). Однако понятие памяти гораздо шире.

Память компьютера всегда имела иерархическую структуру и предполагает использование нескольких запоминающих устройств, имеющих различные характеристики.

Наиболее известны средства машинного хранения данных, используемые в персональных компьютерах : модули оперативной памяти, жёсткие диски (винчестеры), дискеты (гибкие магнитные диски), - или флеш-памяти.

Функции памяти

Компьютерная память обеспечивает поддержку одной из функций современного компьютера , - способность длительного хранения информации . Вместе с центральным процессором запоминающее устройство являются ключевыми звеньями так называемой архитектуры фон Неймана , - принципа заложенного в основу большинства современных компьютеров общего назначения.

Первые компьютеры использовали запоминающие устройства исключительно для хранения обрабатываемых данных. Их программы реализовывались на аппаратном уровне в виде жёстко заданных выполняемых последовательностей. Любое перепрограммирование требовало огромного объёма ручной работы по подготовке новой документации, перекоммутации, перестройки блоков и устройств и т. п. Использование архитектуры фон Неймана, предусматривающей хранение компьютерных программ и данных в общей памяти, коренным образом переменило ситуацию.

К настоящему времени создано множество разнообразных устройств, предназначенных для хранения данных, многие из которых основаны на использовании самых разных физических эффектов . Универсального решения не существует, каждое содержит те или иные недостатки. Поэтому компьютерные системы обычно оснащаются несколькими видами систем хранения, основные свойства которых обуславливают их использование и назначение.

Физические основы функционирования

Постоянное запоминающее устройство , ПЗУ - тип памяти ЗУ, предназначенный для хранения и считывания данных, которые никогда не изменяются. Запись данных на ПЗУ производится в процессе его изготовления, поэтому пользователем изменяться не может. Наиболее распространены ПЗУ, выполненные на интегральных микросхемах (БИС, СБИС) и оптических дисках CD-ROM и DVD-ROM.

Программируемое постоянное запоминающее устройство , ППЗУ - тип памяти, в котором возможна запись или смена данных путём воздействия на носитель информации электрическими, магнитными и-или электромагнитными (в том числе ультрафиолетовыми или другими) полями, часто под управлением специальной программы. Различают ППЗУ с однократной записью и стираемые ППЗУ (англ. EPROM , Erasable PROM ), в том числе:

• Электрически программируемое ПЗУ, ЭППЗУ (англ. Electrically Alterable Read Only Memory, EAROM )
• Электрически стираемое программируемое ПЗУ, ЭСПЗУ (англ. Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory, англ. flash memory ), отличающиеся высокой скоростью доступа и возможностью быстрого стирания данных

  По энергозависимости

  Голографическая память (англ. holographic storage ) - в качестве среды для записи и хранения используется пространственная графическая информация, отображаемая в виде интерференционных структур.

  Матричная память (англ. matrix storage ) - вид памяти, элементы (ячейки) которой имеют такое расположение, что доступ к ним осуществляется по двум или более координатам.

  Многоблочная память (англ. multibunk memory ) - вид оперативной памяти, организованной из нескольких независимых блоков, допускающих одновременное обращение к ним, что повышает её пропускную способность. Часто употребляется термин «интерлив» (калька с англ. interleave - перемежать) и может встречаться в документации некоторых фирм «многоканальная память» (англ. Multichanel ).

  Многовходовая память (англ. multiport storage memory ) - устройство памяти, допускающее независимое обращение с нескольких направлений (входов), причём обслуживание запросов производится в порядке их приоритета.

  Многоуровневая память (англ. multilevel memory ) - организация памяти, состоящая из нескольких уровней запоминающих устройств с различными характеристиками и рассматриваемая со стороны пользователей как единое целое. Для многоуровневой памяти характерна страничная организация, обеспечивающая «прозрачность» обмена данными между ЗУ разных уровней.

  Непосредственно управляемая (оперативно доступная) память (англ. on-line storage ) - память, непосредственно доступная в данный момент времени центральному процессору.

  Объектно-ориентированная память (англ. object storage ) - память, система управления которой ориентирована на хранение объектов. При этом каждый объект характеризуется типом и размером записи.

  Оверлейная память (англ. overlayable storage ) - вид памяти с перекрытием вызываемых в разное время программных модулей.

  Память параллельного действия (англ. parallel storage ) - вид памяти, в которой все области поиска могут быть доступны одновременно.

  Перезагружаемая управляющая память (англ. reloadable control storage ) - вид памяти, предназначенный для хранения микропрограмм управления и допускающий многократную смену содержимого - автоматически или под управлением оператора ЭВМ.

  Перемещаемая память (англ. data-carrier storage ) - вид архивной памяти, в которой данные хранятся на перемещаемом носителе. Непосредственный доступ к ним от ЭВМ отсутствует.

  Память последовательного действия (англ. sequential storage ) - вид памяти, в которой данные записываются и выбираются последовательно - разряд за разрядом.

  Память процессора, процессорная память (англ. processor storage ) - память, являющаяся частью процессора и предназначенная для хранения данных, непосредственно участвующих в выполнении операций, реализуемых арифметико-логическим устройством и устройством управления.

  Память со встроенной логикой, функциональная память (англ. logic-in-memory ) - вид памяти, содержащий встроенные средства логической обработки (преобразования) данных, например их масштабирования, преобразования кодов, наложения полей и др.

  Рабочая (промежуточная) память (англ. working (intermediate) storage ):

  • Часть памяти ЭВМ, предназначенная для размещения временных наборов данных.
  • Память для временного хранения данных.

  Реальная память (англ. real storage ) - вся физическая память ЭВМ, включая основную и внешнюю память, доступная для центрального процессора и предназначенная для размещения программ и данных.

  Регистровая память (англ. register storage ) - вид памяти, состоящей из регистров общего назначения и регистров с плавающей запятой. Как правило, содержится целиком внутри процессора.

  Свободная (доступная) память (англ. free space ) - область или пространство памяти ЗУ, которая в данный момент может быть выделена для загрузки программы или записи данных.

  Семантическая память (англ. semantic storage ) - вид памяти, в которой данные размещаются и списываются в соответствии с некоторой структурой понятийных признаков.

  Совместно используемая (разделяемая) память (англ. shareable storage ) - вид памяти, допускающий одновременное использование его несколькими процессорами.

  Память с защитой, защищённое ЗУ (англ. protected storage ) - вид памяти, имеющий встроенные средства защиты от несанкционированного доступа к любой из его ячеек.

  Память с последовательным доступом (англ. sequential access storage ) - вид памяти, в которой последовательность обращённых к ним входных сообщений и выборок данных соответствует последовательности, в которой организованы их записи. Основной метод поиска данных в этом виде памяти - последовательный перебор записей.

  Память с прямым доступом, ЗУ с произвольной выборкой (ЗУПВ) (англ. Random Access Memory, RAM ) - вид памяти, в котором последовательность обращённых к ним входных сообщений и выборок данных не зависит от последовательности, в которой организованы их записи или их местоположения.

  Память с пословной организацией (англ. word-organized memory ) - вид памяти, в которой адресация, запись и выборка данных производится не побайтно, а пословно.

  Статическая память (англ. static storage ) - вид памяти, в котором положение данных и их значение не изменяются в процессе хранения и считывания. Разновидностью этого вида памяти является статическое ЗУПВ .

  Страничная память (англ. page memory ) - память, разбитая на одинаковые области - страницы. Обмен с такой памятью осуществляется страницами.

  Управляющая память (англ. control storage ) - память, содержащая управляющие программы или микропрограммы. Обычно реализуется в виде ПЗУ.

  Различные типы памяти обладают разными преимуществами, из-за чего в большинстве современных компьютеров используются сразу несколько типов устройств хранения данных.

7. Память – среда или функциональная часть ЭВМ, предназначенная для приема, хранения и избирательной выдачи данных. Различают оперативную, регистровую, кэш- и внешнюю память.

Функции и основные характеристики внутренней памяти ПК

Внутренняя память - это память, к которой процессор может обратиться непосредственно в процессе работы и немедленно использовать ее.

К внутренней памяти относятся:

1. Оперативная память (ОЗУ, англ. RAM, Random Access Memory - память с произвольным доступом) - это быстрое запоминающее устройство не очень большого объёма, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами.

Оперативная память используется только для временного хранения данных и программ, так как, когда машина выключается, все, что находилось в ОЗУ, пропадает. Доступ к элементам оперативной памяти прямой - это означает, что каждый байт памяти имеет свой индивидуальный адрес.

2. Кэш (англ. cache) или сверхоперативная память - очень быстрое ЗУ небольшого объёма, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью.

Кэш-памятью управляет специальное устройство - контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память. При этом возможны как "попадания", так и "промахи". В случае попадания, то есть, если в кэш подкачаны нужные данные, извлечение их из памяти происходит без задержки. Если же требуемая информация в кэше отсутствует, то процессор считывает её непосредственно из оперативной памяти. Соотношение числа попаданий и промахов определяет эффективность кэширования.

Кэш-память реализуется на микросхемах статической памяти SRAM (Static RAM), более быстродействующих, дорогих и малоёмких, чем DRAM (SDRAM). Современные микропроцессоры имеют встроенную кэш-память, так называемый кэш первого уровня размером 8, 16 или 32 Кбайт. Кроме того, на системной плате компьютера может быть установлен кэш второго уровня ёмкостью 256, 512 Кбайт и выше.

Постоянная память (ПЗУ, англ. ROM, Read Only Memory - память только для чтения) - энергонезависимая память, используется для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения. Содержание памяти специальным образом "зашивается" в устройстве при его изготовлении для постоянного хранения. Из ПЗУ можно только читать.

Виды внешней памяти ПК, их особенности и основные характеристики.

Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного хранения программ и данных, и целостность её содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер. Этот вид памяти обладает большим объемом и маленьким быстродействием. 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:

В состав внешней памяти компьютера входят:

1. Жесткий диск (накопители на жестких магнитных дисках, НЖМД) - тип постоянной памяти. В отличие от оперативной памяти, данные, хранящиеся на жестком диске, не теряются при выключении компьютера, что делает жесткий диск идеальным для длительного хранения программ и файлов данных, а также самых важных программ операционной системы. Эта его способность (сохранение информации в целостности и сохранности после выключения) позволяет доставать жесткий диск из одного компьютера и вставлять в другой.

Винчестер, или жесткий диск, - самая важная составляющая компьютера. На нем хранится операционная система, программы и данные. Без операционной системы Windows нельзя запустить компьютер, а без программ - ничего сделать, когда он уже загрузился. Без банка данных придется информацию каждый раз вводить вручную.

2. Дисководы (накопители на гибких магнитных дисках (НГМД), англ. FDD) бывают двух основных типов - для больших дискет (размером 5,25 дюйма, иногда пишут - 5,25"), и для маленьких (3,5 дюйма, 3,5"). Пятидюймовая дискета может вмещать в зависимости от ее типа от 360 информации (360 тысяч символов) до 1,2 Мбайт. Трехдюймовки хоть и меньше, но вмещают информации больше (720 КБ - 1,44 МБ). К тому же трехдюймовки заключены в пластмассовый корпус, и потому их труднее сломать или помять. Стандартным дисководом для современных компьютеров является дисковод для маленьких (3,5 дюйма) дискет. Отсюда и его название в компьютерной системе - диск 3,5 А.

3. Лазерные дисководы (CD-ROM и DVD-ROM) используют оптический принцип чтения информации.

На лазерных CD-ROM (CD - Compact Disk, компакт диск) и DVD-ROM (DVD - Digital Video Disk, цифровой видеодиск) дисках хранится информация, которая была записана на них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна, что отражено во второй части их названий: ROM (Real Only Memory - только чтение). Производятся такие диски путем штамповки и имеют серебристый цвет.

Существуют CD-R и DVD-R-диски (R - recordable, записываемый), которые имеют золотистый цвет. Информация на такие диски может быть записана, но только один раз. На дисках CD-RW и DVD-RW (RW - ReWritable, перезаписываемый), которые имеют "платиновый" оттенок, информация может быть записана многократно.

4. 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.

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. На данный момент стримеры являются устаревшими и поэтому используются они на практике очень редко.

Умные электронные машины уже давно и прочно вошли в повседневную жизнь человека. Но, несмотря на это, их устройство до сих пор вызывает элементарные вопросы у многих пользователей. Например, далеко не все знают, какие бывают виды памяти . А ведь здесь все не так уж сложно, хотя и не совсем просто. Существуют две основные разновидности – внутренняя память и внешняя, которые, в свою очередь, имеют собственную градацию.

Виды внутренней памяти компьютера

Внутренняя память называется так потому, что она встроена в основные блоки компьютера и является неотъемлемым элементом системы, обеспечивающим ее работоспособность. Удалить или извлечь ее без негативных последствий невозможно. Различают следующие ее виды:

• оперативная – представляет собой набор программ и алгоритмов, необходимых для работы миикропроцессора;
• кэш-память – это своеобразный буфер между оперативкой и процессором, который обеспечивает оптимальную скорость выполнения системных программ;
• постоянная – закладывается при изготовлении компьютера на заводе, в нее входят инструменты для контроля за состоянием ПК при каждой загрузке; программы, отвечающие за запуск системы и исполнение основных действий; программы настройки системы;
• полупостоянная – содержит в себе данные о параметрах настройки конкретного ПК;
• видеопамять – в ней сохраняются видеофрагменты, которые должны выводиться на экран, является частью видеоконтроллера.

Виды оперативной памяти компьютера

Быстродействие и «интеллектуальный уровень» компьютера во многом определяются его оперативной памятью. В ней хранятся данные, используемые во время активной работы электронной машины. Она также может быть разных видов, но чаще всего используются блоки DDR, DDR2,DDR3. Различаются они количеством контактов и скоростными характеристиками.

Виды внешней памяти компьютера

Внешняя память компьютера представлена различными видами съемных носителей информации. На сегодняшний день основными из них являются жесткие диски, usb-накопители, или флешки и карты памяти. Устаревшими считаются лазерные диски и дискеты. Но , хотя и является съемным, все же используется в качестве вместилища постоянной памяти и без него компьютер работать не будет. Однако его можно свободно достать и переместить в другой системный блок, поэтому его и относят к категории внешних устройств памяти.

В составе компьютера имеется несколько уровней, разновидностей памяти. Важнейшими для работы компьютера видами памяти являются оперативная память (ОП) и внешняя память (ВП).

Оперативная память

Этот уровень памяти компьютера подобен кратковременной памяти человека. Когда человек сосредоточен на выполнении какого-либо дела - готовит пищу, совершает покупки, играет на музыкальном инструменте, управляет автомобилем, - он хорошо помнит («держит в голове») все детали, подробности текущей ситуации, а также план выполняемой работы. После перехода к другой деятельности все это забывается, но в памяти возникает другой план и другие подробности.

ВНИМАНИЕ

Оперативной памятью называется устройство компьютера, предназначенное для хранения выполняющихся в текущий момент времени программ, а также данных, необходимых для их выполнения.

Из определения следует, что в оперативной памяти на стадии выполнения могут одновременно находиться несколько программ. Кроме того, в оперативной памяти могут находиться как обрабатываемые, так и уже обработанные программой данные.

Можно считать, что оперативная память представляет собой последовательность пронумерованных байтов. Каждый байт имеет свой собственный номер, который по аналогии с номерами домов на улице принято называть адресом. Содержимое любого байта памяти может обрабатываться независимым от остальных байтов образом. Указав адрес байта, можно прочитать код, который в нем записан, или занести, записать в этот байт какой-либо другой код. Поэтому оперативную память называют еще прямоадресуемой памятью, памятью с прямым доступом, и обозначают RAM (Random Access Memory - память произвольного доступа). Для обозначения оперативной памяти используются еще и некоторые другие названия: оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), основная оперативная память (ООП), просто основная память.

Максимально возможный объем оперативной памяти, который иногда называют адресным пространством, и объем памяти, фактически присутствующий в составе вычислительной машины, являются важнейшими характеристиками компьютера в целом. Адресное пространство определяется принятым способом задания адреса байта. Адрес - это номер, то есть целое число. При этом за каждым байтом памяти должен быть закреплен отдельный номер. Поэтому максимально возможный номер определяет максимально возможный объем памяти, то есть адресное пространство в данной модели компьютера. Если для записи номера байта отводится два байта памяти, то объем оперативной памяти не может превышать 65 535 байта или 64 Кбайт. А если выделяется четыре байта, как это принято в современных компьютерах, то граница возможного объема оперативной памяти возрастает до 4 Гбайт. Стандартным для современных персональных компьютеров общего назначения (массовых ПК) считается объем оперативной памяти 32-64 Мбайт, а во многих случаях уже рекомендуется 128-256 Мбайт. По-видимому, в ближайшее время этот показатель достигнет уровня 1-2 Гбайт. Последние на сегодняшний день модели персональных компьютеров имеют теоретический предел оперативной памяти 64 Гбайт.

Отличительными особенностями оперативной памяти являются ее энергозависимость и относительно высокая стоимость. Энергозависимость означает, что при отключении электропитания вся информация, которая хранилась в оперативной памяти, безвозвратно теряется.

Кроме оперативной памяти в состав персонального компьютера входит родственная ей кэш-память, или просто кэш (cache - запас, тайный склад). Это сверхбыстрая память относительно небольшого объема - 128-512 Кбайт. Иногда ее называют сверхоперативной памятью. По структуре и принципу работы кэш ничем не отличается от оперативной памяти. Однако скорость передачи данных при обмене с кэшем значительно выше, чем при обмене с оперативной памятью, но и стоит она Дороже. Кэш используется как промежуточное звено между процессором и оперативной памятью, которое обеспечивает повышение скорости вычислений. Дело в том, что процессор работает с очень большой скоростью, которая намного превышает скорость работы оперативной памяти. Поэтому при совместной работе процессор будет простаивать, подстраиваясь под скорость оперативной памяти. Чтобы избежать этого эффекта, как раз и вводится промежуточный, скоростной уровень памяти - кэш, который обеспечивает сглаживание разницы скоростей. В современных машинах предусматривается несколько уровней кэш-памяти.

Следует упомянуть и еще один вид памяти компьютера - постоянную память, ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), или ROM (Read Only Memory - память только для чтения). Эта память отличается от оперативной тем, что запись информации в ПЗУ осуществляется только один раз на заводе-изготовителе. И в дальнейшем из этой памяти возможно только чтение. Кроме того, при отключении электропитания данные, записанные в ПЗУ, сохраняются. Постоянная память используется для хранения наиболее важных и часто используемых служебных программ, которые осуществляют проверку работы отдельных устройств компьютера (тестирование), а также выполняют постоянно используемые операции по обмену данными между клавиатурой, монитором и памятью компьютера. Этот комплекс программ образует базовую систему ввода/вывода или, сокращенно, BIOS (Base Input Output System - базовая ввода/вывода система).

В современных компьютерах оперативная память, а также кэш и ПЗУ реализованы на интегральных, больших или сверхбольших интегральных схемах, которые отличаются от больших схем еще большей плотностью монтажа и, соответственно, заменяют сотни тысяч и миллионы транзисторных элементов.

Конструктивно оперативная память выполняется в виде так называемых модулей памяти - плат, на которых размещаются микросхемы. Плата представляет собой выполненную из специального материала обычно прямоугольную пластинку стандартных размеров, на которой размещаются разъемы для крепления микросхем, а также выполняются монтаж электрических схем питания микросхем и их подсоединение к остальным компонентам компьютера. Существуют модули двух конструкций: SIMM (Single In Line Memory Modules - однорядные модули памяти) и DIMM (Dual In Line Memory Modules - двухрядные модули памяти). В соответствии с названием в модулях SIMM микросхемы размещены в один ряд, а в модулях DIMM - в два ряда. Фактический объем оперативной памяти набирается из нескольких модулей того или иного типа. К сожалению, одновременное использование разнотипных модулей памяти в современных компьютерах не предусмотрено. Поэтому при наращивании, расширении оперативной памяти за счет установки дополнительных модулей приходится учитывать тип уже установленных.

Внешняя память

Этот уровень памяти компьютера похож на вспомогательные средства, используемые человеком для долговременного хранения важных сведений, - записные книжки, всевозможные справочники, фотографии, звукозаписи, кинопленки, видеозаписи и т. д. Эти носители информации естественно трактовать как внешние по отношению к «внутренней» памяти, «находящейся» в голове человека.

ВНИМАНИЕ

Внешней памятью называется группа устройств, которые предназначены для долговременного хранения больших массивов информации - программ и данных.

Внешнюю память компьютера, которую иногда называют ВЗУ - внешними запоминающими устройствами, можно представлять себе как значительный по объему информационный склад, где программы и данные могут храниться годами до тех пор, пока они не потребуются. Вообще говоря, название «внешняя память» по отношению к устройствам этой группы в персональных компьютерах не совсем точно отражает ситуацию, так как эти устройства фактически находятся внутри корпуса персонального компьютера. Но поскольку данная терминология сложилась исторически, и кроме того, в вычислительных машинах других классов такого рода устройства фактически находятся вне центральных корпусов, оборот «внешняя память» применяется и для соответствующих устройств персональных машин.

Подчеркнем, что программа, находящаяся во внешней памяти, не может в ней выполняться, а данные не могут быть каким-либо образом обработаны. В этом и состоит самое главное функциональное отличие внешней памяти от оперативной. Во внешней памяти программы и данные хранятся в «нерабочем состоянии», в оперативной - программы и данные хранятся во время выполнения (и только во время выполнения) программ. Для того чтобы выполнить какую бы то ни было программу, ее сначала нужно «взять со склада» - найти на внешнем устройстве и перенести в оперативную память, где она и сможет выполняться. Аналогичным образом, чтобы обработать данные, физически находящиеся во внешней памяти, их нужно сначала перенести в оперативную память.

ВНИМАНИЕ

Перенос программы из внешней памяти в оперативную называется загрузкой программы, а инициирование (начало) ее выполнения называют запуском или передачей управления этой программе.

Важнейшей особенностью внешней памяти является ее энергонезависимость . Это означает, что информация хранится в ней независимо от того, включено или выключено электропитание компьютера. Кроме того, внешняя память имеет гораздо меньшую стоимость и значительно большие объемы по сравнению с оперативной. Скорость передачи данных при обмене с внешними запоминающими устройствами значительно меньше, чем у оперативной памяти, но стоимость оперативной памяти значительно выше, чем стоимость внешней.

В настоящее время в качестве внешней памяти в основном используются гибкие магнитные, жесткие магнитные, оптические и магнитооптические диски. Можно упомянуть также и магнитные ленты, хотя их использование стремительно устаревает.

Гибкий магнитный диск (ГМД), накопитель на гибких магнитных дисках (НГМД), флоппи-диск (floppy disk - свободно висящий диск) или просто дискета представляют собой гибкую лавсановую пластинку диаметром 3,5 дюйма, что примерно равно девяти сантиметрам (точнее, 89 мм, 1 дюйм равен 2,54 см). Обычно такие дискеты называют трехдюймовыми . Пластинка покрыта с одной или двух сторон специальным веществом, хорошо сохраняющим состояние намагниченности (примерно таким же, какое нанесено на ленты бытовых магнитофонов). Стороны дискеты, на которые нанесено магнитное покрытие, называются рабочими поверхностями. У дискеты могут быть одна или две рабочие поверхности. Каждая рабочая поверхность имеет свой собственный номер.

Рис. 4.2. Внешний вид трехдюймовой дискеты

Для предохранения магнитного покрытия рабочих поверхностей дискеты от случайного разрушения пластина упаковывается в жесткий пластиковый защитный чехол, который практически полностью закрывает рабочие поверхности (рис. 4.2). В чехле имеется несколько прорезей. Центральная (круглая) прорезь находится на тыльной стороне защитного чехла. Она служит для захвата дискеты специальным механизмом, который осуществляет ее вращение. Эта прорезь закрыта металлической накладкой с двумя прямоугольными отверстиями под устройства захвата дискеты. Еще одна прямоугольная щель в верхней части чехла служит для доступа головок чтения/записи информации к рабочим поверхностям диска. Эта щель в нерабочем состоянии закрыта подвижной металлической шторкой. В верхней части дискеты обычно находится маркировка типа дискеты HD (High Density - высокая плотность), а в нижней размещается прямоугольная наклейка, на которой можно записать (лучше карандашом), что именно, какие программы или данные находятся на дискете.

У нижнего торца защитного чехла дискеты имеется переключатель защиты от записи. В нижнем положении переключателя (как на рис. 4.2) включается защита дискеты от записи. Это означает, что запись новой информации на дискету невозможна. Кроме того, невозможно уничтожить (стереть) уже имеющуюся на дискете информацию. В верхнем положении переключателя защита от записи выключена, могут производиться как запись, так и стирание информации. Чтение информации с дискеты не зависит от положения переключателя, от того, включена защита от записи или нет. Защита от записи обычно включается для того, чтобы предотвратить случайное уничтожение хранящейся на дискете важной информации, а также для защиты от компьютерных вирусов (см. раздел «Борьба с вирусами» главы 10).

Для работы с дискетами в компьютере предусмотрены устройства, которые называются дисководами гибких магнитных дисков или FDD (floppy disk drive - привод * флоппи-дисков). На передней панели дисковода имеется щель, в которую вставляется дискета, при этом шторка отодвигается и открывает доступ головкам чтения/ записи к рабочим поверхностям дискеты. Головки чтения/записи могут перемещаться вдоль радиуса диска от его внешней границы к центру и назад (рис. 4.3). Сама пластинка вращается со скоростью порядка 300 оборотов в минуту. Таким образом, и чтение, и запись информации можно произвести в любом месте рабочих поверхностей дискеты.

*Привод - механизм, приводящий в движение какое-либо устройство.

Рис. 4.3. Дорожки и сектора на рабочих поверхностях дискеты

Для ориентации дискеты предусмотрен косой срез одного из углов верхнего торца защитного чехла. Кроме того, на лицевой поверхности чехла, на стороне, противоположной срезу, имеется стрелка, направленная к верхнему торцу (см. рис. 4.2). Таким образом, можно определить ориентацию дискеты перед ее помещением в дисковод. Дискета должна располагаться верхним торцом к щели дисковода, при этом срез чехла должен быть справа. Если дискета ориентирована правильно, то на лицевой поверхности слева около верхнего торца видна стрелка, направленная к дисководу. Для того чтобы вставить дискету в дисковод, надо аккуратно продвинуть ее в щель дисковода до упора (защелкивания). Чтобы ее вынуть, следует нажать кнопку, расположенную ниже щели дисковода.

СОВЕТ

Если при продвижении дискеты внутрь дисковода ощущается сопротивление, то ни в коем случае нельзя применять силу. Это означает, что дискета вставляется неправильно. Необходимо вынуть ее и проверить правильность ориентации.

При работе с дискетами важно соблюдать ряд правил обращения с ними. Эти правила несложны, а их соблюдение гарантирует сохранность информации. Вот эти правила:

§ дискеты нельзя сгибать;

§ защитный чехол дискеты нельзя вскрывать;

§ дискеты следует беречь от попадания влаги;

§ дискеты нельзя нагревать;

§ дискеты нужно оберегать от воздействия электромагнитных полей;

§ нельзя касаться рабочих поверхностей дискеты;

§ вставлять дискету в прорезь дисковода нужно аккуратно, без перекосов и нажима;

§ дискеты лучше всего хранить в фирменных конвертах, коробках или специальных контейнерах.

Обсудим немного более подробно хранение информации на дисках. На рабочие поверхности дискет наносятся концентрические дорожки (см. рис. 4.3). Количество дорожек на рабочей поверхности дискеты зависит от разных факторов: от диаметра, материала, из которого изготовлен магнитный слой, и т. д. Все дорожки каждой из поверхностей пронумерованы, нумерация дорожек, как и нумерация рабочих поверхностей, начинается с нуля. Каждая дорожка дискеты состоит из некоторого количества участков - секторов . В стандартном случае сектор имеет объем 512 байтов. Таким образом, общий объем дискеты можно найти, умножив 512 байтов на количество рабочих поверхностей, затем на количество дорожек на рабочей поверхности и на количество секторов на дорожке. Фактически в настоящее время используются только два стандарта. Стандарт, в котором предусмотрено использование 2 рабочих поверхностей на пластине, на каждой поверхности выделяется 80 дорожек, и на каждой дорожке размещается 18 секторов. Объем дискеты в этом случае равен 512 байтов х 2 х 80 х 18, что составляет 1 474 560 байтов или 1 440 Кбайт или 1,4 Мбайт. Во втором стандарте на одной дорожке размещается 36 секторов, и следовательно, объем дискеты возрастает в 2 раза до 2,8 Мбайт. На практике не совсем точно указывают, что объем трехдюймовой дискеты равен 1,44 Мбайт (или, соответственно 2,88 Мбайт).

Сектор на диске в процессе чтения/записи информации играет примерно такую же роль, как и байт в оперативной памяти. Чтение и запись информации на диски осуществляются не отдельными байтами, как в оперативной памяти, а сразу целым сектором.

Сектора дорожки также нумеруются, но их нумерация начинается с единицы. Таким образом, чтобы однозначно указать какой-либо сектор на диске, нужно указать три числа: номер рабочей поверхности, номер дорожки на ней и номер сектора на дорожке. Этот набор из трех номеров называется физическим адресом сектора . Первый сектор, расположенный на нулевой дорожке нулевой поверхности любого диска, принято называть начальным, стартовым или boot-сектором (boot - ботинок). Он играет особую роль в работе персональных ЭВМ. В частности, он содержит исчерпывающую характеристику самого диска: количество рабочих поверхностей на диске, количество дорожек на одной поверхности и количество секторов на одной дорожке.

Завод-изготовитель иногда поставляет в продажу дискеты без секторов и дорожек. Поэтому записать что-либо на такую дискету невозможно, и перед использованием ее необходимо подготовить к работе. Подготовка дискеты к работе выполняется специальными программами и называется форматированием, инициализацией или разметкой . Если дискета продается уже готовой к работе, размеченной, то на упаковке дискеты и на ее защитном чехле стоит маркировка «DOS FORMATTED ».

Дискеты являются сменными носителями информации. Это значит, что за счет смены дискет в дисководах на такие носители можно записать неограниченно много информации, хотя объем каждой отдельно взятой дискеты относительно мал. С помощью дискет удобно переносить относительно небольшие порции информации с одного компьютера на другой. Таким образом, дискеты можно представлять себе как своеобразный «портфель», в котором переносят самые разные документы, фотографии, чертежи, звука- и видеозаписи.

В последнее время в состав ПЭВМ обычно включаются устройства для работы с оптическими (лазерными) дисками , CD (Compact Disk компакт-диски) или CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory - память только для чтения на компакт-дисках), которые имеют диаметр 5,25 дюйма (133 мм). Оптические диски, как и гибкие, относятся к сменным носителям информации. Информация записывается на диск в цифровой форме в виде углублений и пиков, расположенных внутри концентрических дорожек. Этот рельеф наносится на диск при его изготовлении механическим путем. Отсюда следует основной недостаток компакт-дисков - невозможность записывать на них новую информацию. Можно только считывать то, что записано на диски на заводе-изготовителе. Считывание информации происходит с помощью лазерного луча, который с огромной скоростью пробегает вдоль дорожек единственной рабочей поверхности диска. Собственно по способу считывания информации диски и называются оптическими или лазерными. К несомненным достоинствам CD можно отнести: довольно низкую стоимость самих дисков, относительно большую емкость - порядка 600-800 Мбайт, а также их надежность и долговечность, которые значительно превосходят соответствующие характеристики гибких дисков. Дисковод для оптических дисков называют лазерным проигрывателем или так же, как и используемый диск, - CD-ROM. При включении в состав персонального компьютера CD-ROM приобретает права одного из сменных дисковых устройств.

Существенный недостаток CD-ROM - невозможность выполнения записи при их использовании - был устранен в дисках WORM (Write Once/Read Many -однократная запись, множественное считывание), которые имеют и более распространенное название CD-R (Compact Disk Recordable - записываемый компакт-диск). На диски этого типа можно записать информацию, как и на обычную гибкую дискету - прямо на компьютере, но только один раз. Чтение может производиться произвольное количество раз. Диски CD-R относят к магнитооптическим устройствам, так как запись информации осуществляется магнитным способом, а считывание - оптическим. Для использования этой технологии требуются специальные диски и дисководы, которые стоят дороже обычных CD-ROM. Однако возможность даже однократной записи на компакт-диск объемом 600-800 Мбайт представляет собой замечательную возможность создания высоконадежных и компактных архивов большой емкости, которые значительно превосходят по удобству использования архивы на магнитных лентах и, тем более, на гибких дисках.

Относительно недавно появились дисководы, позволяющие выполнять многократную перезапись на компакт-диски. Для этого требуются диски нового типа CD-RW (Compact Disk ReWriteable - перезаписываемые компакт-диски), которые также относятся к магнитооптическим устройствам. По своим размерам, объему и внешнему виду диски CD-RW ничем не отличаются от дисков CD-R и CD-ROM. Надежность этой технологии, а также стоимость дисковода и дисков пока еще оставляют желать лучшего. По-видимому, эти недостатки в ближайшее время будут устранены, и CD-RW постепенно вытеснят другие типы внешних запоминающих устройств аналогичной емкости.

Правила обращения с дисководами CD-ROM, CD-R и CD-RW и оптическими дисками достаточно просты и естественны: не следует допускать падений, ударов, толчков и вибрации дисководов, особенно во время записи на диск. Не допускается попадание воды или других жидкостей внутрь дисковода. Запрещается ставить какие-либо предметы на выдвинутый лоток дисковода. Не рекомендуется прикасаться к рабочей поверхности диска пальцами, держать диск следует за края. Не допускается нанесение каких-либо надписей карандашом или авторучкой на обеих поверхностях диска. Даже царапина на стороне этикетки (нерабочей поверхности диска) может привести к потере данных. Не допускается использование наклеек на нерабочей стороне, они нарушают центровку диска, что приводит к сильной вибрации при его вращении в дисководе и сбоям при чтении и тем более записи на компакт-диск. Категорически запрещается гнуть диски. Хранить компакт-диски рекомендуется только в специальных футлярах, это защитит их рабочую поверхность от пыли, грязи, царапин и других повреждений. Не допускается воздействие на компакт-диск прямых солнечных лучей, рекомендуется избегать хранения диска в теплой и влажной среде.

СОВЕТ

Рекомендуется регулярно чистить компакт-диски с помощью мягкой тряпочки, смоченной в воде или специальной жидкости для чистки компакт-дисков. Протирать диск следует по прямой линии от середины к краю. Дугообразные движения при этом не рекомендуются, так как дугообразные царапины приведут к потере данных. Компакт-диск перед установкой в дисковод необходимо полностью высушить.

Рассмотренные выше оптические и магнитооптические диски имеют объем 600-800 Мбайт, что, в принципе, не очень много, если иметь в виду уровень современных требований к внешним запоминающим устройствам. Поэтому были разработаны способы записи информации, которые позволяют при том же самом диаметре диска 5,25 дюйма разместить на нем гораздо больше данных и программ. Такие диски называются DVD (Digital Versatile Disk - цифровой универсальный диск). Запись информации на диски DVD производится на нескольких слоях, которые размещаются на одной и той же рабочей поверхности. Кроме того, для записи используется упоминавшийся выше мультимедийный формат MPEG-2, поэтому объем дисков достигает 17 Гбайт. В настоящее время используются в основном DVD-ROM, хотя уже появились однократно записываемые DVD-R.

По-видимому, можно предположить, что в недалеком будущем в качестве сменных носителей информации будут использоваться все три группы дисков - гибкие трехдюймовые дискеты, а также многократно записываемые пятидюймовые CD-RW и DVD-RW, которые должны удовлетворять различным уровням требований к объему дисков: несколько мегабайт, сотни мегабайт и десятки гигабайт.

По сравнению с магнитными, оптическими и магнитооптическими дисками, магнитные ленты, которые также относятся к группе сменных носителей, являются очень дешевым средством хранения информации. Принцип записи информации на магнитную ленту в компьютерах ничем не отличается от используемого в бытовых кассетных магнитофонах. Существенным недостатком использования магнитных лент для хранения информации является большое время обмена с лентой, которое обусловлено в основном необходимостью перемотки ленты для достижения участка, содержащего нужные данные или программы. Поэтому чаше всего запись на магнитную ленту используется с целью архивного дублирования важной информации с жесткого диска на случай его неожиданной поломки. Аналогичное дублирование на гибкие диски обходится значительно дороже. С появлением CD-R, а тем более CD-RW и DVD необходимость в использовании магнитных лент как архивных носителей исчезает. Устройство для записи информации на магнитную ленту в персональных компьютерах называется стриммер . Это устройство обычно не входит в стандартный комплект персональных компьютеров.

Кроме сменных дисковых устройств в состав персональных компьютеров, как правило, включается постоянный, несъемный диск. Обычно его называют жестким магнитным диском - ЖМД , HDD (Hard Disk Drive - привод жесткого диска), или винчестерским (от Winchester - разновидность винтовки, двустволка) диском. Доступ к жесткому диску без разбора корпуса компьютера обычно невозможен. В связи с тем, что жесткий диск является несменным, в отличие от переносного «портфеля» - гибкого диска, его можно представлять себе как стационарный шкаф для хранения документации.

Винчестерский диск на самом деле является пакетом дисков, который состоит из нескольких (2-10) жестких металлических пластин - дисков, закрепленных на общей оси и жестко соединенных с механизмом вращения дисковода. Вся группа дисков размещена в герметичном корпусе, из которого откачивается воздух. Такая конструкция позволяет значительно увеличить плотность записи информации и, следовательно, увеличить объем диска. Современные винчестерские диски имеют объем от сотен мегабайт до нескольких десятков гигабайт. По-видимому, в ближайшее время это показатель возрастет до сотен гигабайт. Заметим, что отмеченная выше аналогия: дискета - «портфель», а жесткий диск - «шкаф» - совершенно правильно передает соотношение объемов у этих устройств. Объем стационарного «шкафа» - жесткого несъемного диска - во много раз больше объема переносного «портфеля» - гибкой съемной дискеты.

Все диски пакета вращаются одновременно. Причем особенности конструкции винчестерских дисков позволяют существенно увеличить не только объем, но и скорость вращения всего пакета дисков (в настоящее время - 5400-7200 оборотов в минуту), а следовательно, и скорость передачи информации.

Обмен данными для жестких дисков организуется так же, как и для гибких дискет, с помощью одной головки чтения/записи на одну рабочую поверхность. Рабочие поверхности винчестерского диска, как и рабочие поверхности у гибкого диска, состоят из дорожек и секторов. Для повышения скорости выполнения операций чтения и записи на жестких дисках несколько подряд расположенных секторов одной и той же дорожки объединяют в группы, которые называют кластерами (cluster - группа). Обмен информацией, то есть либо чтение, либо запись, для любого диска всегда осуществляется отдельными кластерами, а не отдельными секторами. Кластер всегда состоит из целого числа секторов - одного, двух, четырех, восьми и т. д. Конкретное количество секторов, входящих в кластер, зависит от используемых аппаратуры и программ. В частности, кластер на гибких дисках объемом 1,44 Мбайт состоит из одного сектора, а на дисках объемом 2,88 Мбайт - из двух секторов. Кластеры на современных жестких дисках состоят из 32,64 и более секторов.

Каждое из дисковых устройств, включенных в комплект персонального компьютера, имеет свое собственное обозначение, которое состоит из одной буквы английского алфавита и двоеточия. Обычно в состав компьютера включают один дисковод для гибких дисков, которые всегда обозначаются как А:. Жесткий диск, независимо от наличия или отсутствия дисковода для гибких дисков, всегда принято называть С:.

В принципе в состав компьютера можно включить несколько жестких дисков. Но на практике персональный компьютер чаще всего оснащен только одним винчестерским диском. Для удобства организации работы с данными предусмотрена возможность имитировать наличие в составе компьютера нескольких жестких дисков, разделив реально включенный в состав компьютера диск на рядучастков, каждый из которых ведет себя как самостоятельный диск. Такие участки реального диска принято называть «логическими дисками ». Суммарный объем логических дисков равен объему реального исходного диска. Выбор конкретных объемов логических дисков достаточно произволен. Если, скажем, в компьютере имеется жесткий диск объемом 520 Мбайт, то возможны следующие варианты: один диск на 520 Мбайт, два диска, один, скажем, на 50, а второй на 470 Мбайт, или два диска по 260 Мбайт каждый, или любые другие варианты, дающие в сумме 520. Можно организовать три, четыре и т. д. логических диска. Если в составе компьютера имеются дополнительные реальные или логические жесткие диски, дисководы для CD-ROM, CDrR, CD-RW или DVD, то для их обозначения используются следующие по алфавиту буквы английского алфавита - D:, Е:, F: и т. д.

Процессор

Следующая после хранения информации основная функция компьютера - обработка данных, осуществляемая по заранее заданной человеком программе. Эта функция выполняется устройством, которое называется процессором (process - обрабатывать), центральным процессором, а в персональных компьютерах еще и микропроцессором.

ВНИМАНИЕ

Процессором называется основное устройство компьютера, которое обеспечивает задаваемую программой обработку данных.

Основная функция процессора складывается из двух компонентов - собственно действия по обработке данных и управление последовательностью выполнения таких действий. Процессор вычислительной машины «умеет» выполнять определенный набор простейших, элементарных действий по обработке информации. Например, он может выполнить сложение, вычитание, умножение, деление двух чисел, закрепить за какой-нибудь рассматриваемой величиной ее новое текущее значение, увеличить текущее значение величины на единицу, сравнить одно число с другим числом, один символ текста с другим символом и выяснить, совпадают они или нет и т. д. Весь набор действий, которые могут быть выполнены процессором, называется системой команд данного процессора. Процессоры разных машин обладают различными системами команд. Система команд процессора фактически определяет модель компьютера.

Например, возможности входящего в состав обычного микрокалькулятора «процессора» очень ограничены. Его система команд состоит из небольшого количества команд. Так, у самого простого арифметического калькулятора система команд состоит из четырех-пяти команд: вычисление суммы, разности, произведения и частного от деления двух чисел. А в так называемых инженерных микрокалькуляторах система команд шире, с их помощью можно выполнять достаточно сложные инженерные расчеты - вычислять логарифмы, синусы, запоминать одно или несколько чисел, участвующих в вычислениях, и т. д. Процессоры современных персональных компьютеров обладают системой команд, содержащей свыше 1000 различных команд.

Указание процессору на выполнение одного из элементарных действий называется машинной командой . Конкретная последовательность машинных команд, которая обеспечивает необходимую обработку информации, образует программу, записанную на уровне машинного языка . Машинные команды, а следовательно, и любая их последовательность, образующая ту или иную программу, так же как и любая другая информация в ЭВМ, определенным образом кодируются последовательностями двоичных цифр. Например, действие закрепления единичного значения за какой-либо величиной (i:=l), которое встретилось в рассмотренном во второй главе алгоритме, может быть задано машинной командой с кодом 1011 0001 000 0001 2 (В101 16). А встретившееся там же действие увеличения текущего значения величины на единицу (i:=i+l) может быть записано в виде команды с машинным кодом 1111 1110 1100 0001 2 (FE С1 16). Конкретные последовательности таких кодов как раз и образуют программы в их «естественном» машинном виде. Это именно тот способ записи программ, который «понимается» процессором. Программы, представленные именно в таком виде, выполняются процессором компьютера. Все остальные способы записи программ являются промежуточными, или вспомогательными.

Оказывается, что решение любой сколь угодно сложной задачи по обработке данных (если она может быть решена в принципе) складывается из таких простейших действий, которые могут быть заданы машинными командами. Нужно только до мельчайших подробностей, до уровня машинных команд, разработать алгоритм решения задачи. Другими словами, нужно определить, в какой последовательности и над какими данными процессор должен выполнять команды. Именно в форме машинных команд вынуждены были писать свои программы программисты, работавшие с машинами первого поколения. Затем были разработаны специальные алгоритмические языки, такие как Фортран, Алгол-60, Паскаль, Си и целый ряд других. Алгоритмы решения задач по обработке данных на этих языках записываются в более привычном для человека виде, в терминах специально подобранных слов и обозначений, которые обеспечивают алгоритму все необходимые для него свойства (однозначность, конечность и т. д.). Алгоритм, записанный на одном из алгоритмических языков, также называется программой. Затем специальные программы - трансляторы (translate - переводить) - осуществляют автоматический перевод текста алгоритма на машинный язык, на уровень двоичных кодов. Полученная таким образом машинная программа может быть выполнена процессором. Как мы уже отмечали ранее, разработку алгоритмов решения задач и запись их на уровне алгоритмического языка осуществляют высококвалифицированные специалисты в области информатики, возможно, в тесном контакте со специалистами в той области, для которой разрабатывается программа.

Для ускорения выполнения машинных команд в процессоре предусмотрен еще один вид памяти - регистровый. Регистр - это устройство для кратковременного хранения информации в процессе ее обработки. Еще раз обращаем внимание на то, что регистры входят в состав процессора, а не образуют отдельное устройство. Регистр может хранить один или несколько символов, число, код машинной команды, какой-нибудь адрес оперативной памяти. Регистры представляют собой самый быстродействующий вид памяти, но процессор имеет всего один-два десятка регистров.