Что такое виды памяти компьютера. Виды памяти компьютера
;
структура внутренней памяти компьютера;
носители и устройства внешней памяти.
Внутренняя и внешняя память
Работая с информацией, человек пользуется не только своими знаниями, но и книгами, справочниками и другими внешними источниками. В главе 1 «Человек и информация» было отмечено, что информация хранится в памяти человека и на внешних носителях. Заученную информацию человек может забыть, а записи сохраняются надежнее.
У компьютера тоже есть два вида памяти: внутренняя (оперативная) и внешняя (долговременная) память.
Внутренняя память - это электронное устройство, которое хранит информацию, пока питается электроэнергией. При отключении компьютера от сети информация из оперативной памяти исчезает. Программа во время ее выполнения хранится во внутренней памяти . Сформулированное правило относится к принципам Неймана. Его называют принципом хранимой программы.
Внешняя память - это различные магнитные носители (ленты, диски), оптические диски. Сохранение информации на них не требует постоянного электропитания 1 .
1 В современных компьютерах имеется еще один вид внутренней памяти, который называется постоянным запоминающим устройством - ПЗУ. Это энергонезависимая память, информация из которой может только читаться.
На рис. 2.3 показана схема устройства компьютера с учетом двух видов памяти. Стрелки указывают направления информационного обмена.
Все устройства компьютера производят определенную работу с информацией (данными и программами). А как же представляется в компьютере сама информация? Для ответа на этот вопрос «заглянем» внутрь машинной памяти. Структуру внутренней памяти компьютера можно условно изобразить так, как показано на рис. 2.4.
Наименьший элемент памяти компьютера называется битом памяти. На рис. 2.4 каждая клетка изображает бит. Вы видите, что у слова «бит» есть два значения: единица измерения количества информации и частица памяти компьютера. Покажем, как связаны между собой эти понятия.
В каждом бите памяти может храниться в данный момент одно из двух значений: нуль или единица. Использование двух знаков для представления информации называется .
Данные и программы в памяти компьютера хранятся в виде двоичного кода.
Один символ двухсимвольного алфавита несет 1 бит информации.
В одном бите памяти содержится один бит информации.
Битовая структура определяет первое свойство внутренней памяти компьютера - дискретность. Дискретные объекты составлены из отдельных частиц. Например, песок дискретен, так как состоит из песчинок. «Песчинками» компьютерной памяти являются биты.
Второе свойство внутренней памяти компьютера - адресуемость. Восемь расположенных подряд битов памяти образуют байт. Вы знаете, что это слово также обозначает единицу количества информации, равную восьми битам. Следовательно, в одном байте памяти хранится один байт информации.
Во внутренней памяти компьютера все байты пронумерованы. Нумерация начинается с нуля.
Порядковый номер байта называется его адресом.
Принцип адресуемости означает, что:
Запись информации в память, а также чтение ее из памяти производится по адресам.
Память можно представить как многоквартирный дом, в котором каждая квартира - это байт, а номер квартиры - адрес. Для того чтобы почта дошла по назначению, необходимо указать правильный адрес. Именно так, по адресам, обращается процессор к внутренней памяти компьютера.
Носители и устройства внешней памяти
Устройства внешней памяти - это устройства чтения и записи информации на внешние носители. Информация на внешних носителях хранится в виде файлов. Что это такое, подробнее вы узнаете позже.
Важнейшими устройствами внешней памяти на современных компьютерах являются накопители на магнитных дисках (НМД), или дисководы.
Кто не знает, что такое магнитофон? На магнитофон мы привыкли записывать речь, музыку, а затем прослушивать записи. Звук записывается на дорожках магнитной ленты с помощью магнитной головки. С помощью этого же устройства магнитная запись снова превращается в звук.
НМД действует аналогично магнитофону. На дорожки диска записывается все тот же двоичный код: намагниченный участок - единица, ненамагниченный - нуль. При чтении с диска эта запись превращается в нули и единицы в битах внутренней памяти.
К магнитной поверхности диска подводится записывающая головка (рис. 2.5), которая может перемещаться по радиусу. Во время работы НМД диск вращается. В каждом фиксированном положении головка взаимодействует с круговой дорожкой. На эти концентрические дорожки и производится запись двоичной информации.
Другим видом внешних носителей являются оптические диски (другое их название - лазерные диски). На них используется не магнитный, а оптико-механический способ записи и чтения информации.
Сначала появились лазерные диски, на которые информация записывается только один раз. Стереть или перезаписать ее невозможно. Такие диски называются СD-RОМ - Соmрасt Disc-Rеаd Оnlу Меmоry, что в переводе значит «компактный диск - только для чтения». Позже были изобретены перезаписываемые лазерные диски - СD-RW. На них, как и на магнитных носителях, хранимую информацию можно стирать и записывать заново.
Носители, которые пользователь может извлекать из дисковода, называют сменными.
Наибольшей информационной емкостью из сменных носителей обладают лазерные диски типа DVD-ROM - видеодиски. Объем информации, хранящейся на них, может достигать десятков гигабайтов. На видеодисках записываются полноформатные видеофильмы, которые можно просматривать с помощью компьютера, как по телевизору.
Коротко о главном
В состав компьютера входят внутренняя память и внешняя память.
Исполняемая программа хранится во внутренней памяти (принцип хранимой программы).
Информация в памяти компьютера имеет двоичную форму.
Наименьшим элементом внутренней памяти компьютера является бит. Один бит памяти хранит один бит информации: значение 0 или 1.
Восемь подряд расположенных битов образуют байт памяти. Байты пронумерованы, начиная с нуля. Порядковый номер байта называется его адресом.
Во внутренней памяти запись и чтение информации происходят по адресам.
Внешняя память: магнитные диски, оптические (лазерные) диски - СD-RОМ, СD-RW, DVD-ROM.
Вопросы и задания
1. Постарайтесь объяснить, зачем компьютеру нужны два вида памяти: внутренняя и внешняя.
2. Что такое «принцип хранимой программы»?
3. В чем заключается свойство дискретности внутренней памяти ЭВМ?
4. Какие два значения имеет слово «бит»? Как они связаны между собой?
5. В чем заключается свойство адресуемости внутренней памяти ЭВМ?
6. Назовите устройства внешней памяти ЭВМ.
7. Какие типы оптических дисков вы знаете?
И. Семакин, Л. Залогова, С. Русаков, Л. Шестакова, Информатика, 8 класс
Отослано читателями из интернет-сайтов
Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку,
Несколько дней назад я «психанул» — мне надоело покупать частями комплектующие будущего домашнего «суперкомпьютера» . Взял и разом приобрёл оставшиеся детальки — материнскую плату, процессор и оперативную память.
Сегодня расскажу как выбрать оперативную память в компьютер и даже как её правильно установить.
Что такое оперативная память
Перед выбором оперативной памяти для компьютера нужно чётко понимать что это такое вообще.
Оперативная память в компьютере это один из компонентов, наряду с центральным процессором и SSD-диском, который отвечает за быстродействие системы.
Официальное определение звучит примерно так: ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) — это энергозависимая часть компьютерной системы, в которой временно хранятся входные, выходные и промежуточные данные программ и операционной системы.
Но я, как всегда, попытаюсь донести Вам это определение простым языком…
Процессор — это мозг компьютера, который обрабатывает всю информацию. Жёсткий диск (или SSD-диск ) хранит в себе все данные (программы, фотки, фильмы, музыку…). Оперативная память — это промежуточное звено между ними. В неё «подтягиваются» данные, которые нужно обработать процессору.
Зачем «подтягиваются» ? Почему сразу не брать их с жёсткого диска? Дело в том, что оперативка работает во много раз быстрее, чем даже SSD-диск.
Какие данные могут скоро понадобиться процессору определяет сама операционная система, автоматически. Она очень умная, чтоб о ней не говорили.
Типы ОЗУ
Когда по земле ещё ходили мамонты оперативка делилась на SIMM и DIMM — сразу забудьте об этих типах ОЗУ, их уже давно не выпускают и не используют.
Потом изобрели DDR (2001 год). Ещё встречаются компьютеры с таким типом памяти. Главное отличие от DDR2 и DDR3 — количество контактов на плате памяти DDR, их всего 184 штуки. Такой тип ОЗУ работает гораздо медленнее своих современных собратьев (DDR2 и DDR3).
В DDR2 (2003 год) большее число контактов (240 штук), благодаря этому расширилось количество потоков данных и заметно ускорилась передача информации к процессору. Максимальная частота DDR2 составляет 1066 МГц.
DDR3 (2007 год) — это самый распространённый тип оперативной памяти в современных компьютерах. Тут оставили количество контактов в покое (240 штук), но сделали их электрически несовместимыми. Максимальная частота DDR3 – 2400 МГц. Ещё этот тип памяти отличается меньшим энергопотреблением и большей пропускной способностью.
DDR3 получилась быстрее DDR2 на 15-20 %.
Планки DDR2 и DDR3 имеют разное расположение «ключа» , они не взаимозаменяемы…
Форм-фактор планок оперативки
Планки оперативной памяти для ноутбуков (SODIMM) и стационарных компьютеров (SDRAM) разные по размеру и внешнему виду. Для ноутов они выглядят так…
…а для стационарных домашних компьютеров, примерно так…
На этом их отличия (в основном) и заканчиваются. Характеристики, которые нужно знать для выбора оперативной памяти, у этих двух видов абсолютно одинаковы.
Объём оперативной памяти
В прошлом веке объём оперативной памяти измерялся в килобайтах и мегабайтах (даже смешно вспоминать). Сегодня — в гигабайтах.
Этот параметр определяет сколько временной информации влезет в чип оперативки. Тут всё относительно просто. Сама Windows при своей работе потребляет около 1 Гб памяти, поэтому её должно быть больше в компьютере.
2 Гб — может хватить для бюджетного компьютера (фильмы, фотки, Интернет)
4 Гб — подойдёт для более требовательных программ, игр на средних и максимальных настройках качества
8 Гб — «потянут» тяжелые игры на максимальных настройках качества или очень требовательные к памяти программы *DANCE*
16 Гб — будут «летать» самые новые современные и тяжёлые игры, а также специальные профессиональные программы-монстры
32 Гб — Вам некуда девать деньги? Перешлите их мне.
Очень важно учитывать, что обычные 32-битные операционные системы Windows «не видят» памяти более 3 Гб и соответственно не используют её. Если Вы купите более 3 Гб оперативки — ОБЯЗАТЕЛЬНО устанавливайте 64-битную систему.
Частота оперативной памяти
Неопытные пользователи часто при выборе оперативки ограничиваются её объёмом, но частота памяти не менее важна. Она определяет с какой скоростью будет осуществляться обмен данными с процессором.
Современные обычные процессоры работают на частоте 1600 МГц. Соответственно и память желательно покупать с такой частотой, не выше (можно 1866 МГц). Отличие 1333 МГц от 1600 МГц практически незаметны «на глаз» .
Что касается планок памяти с частотой 2133 МГц и выше — они сами стоят диких денег, для их полноценной работы нужны специальные материнские платы, которые стоят дикие деньги, а самое главное, что нужен процессор с разблокированным множителем (поддерживающий разгон), который стоит…
При этом всё это безобразие будет сильно греться (нужна мощная охлаждающая система (желательно водяная), которая стоит…) и потреблять много энергии. Это выбор сумасшедших геймеров.
Кстати, прирост производительности компьютера при таком разгоне будет составлять всего от 10 до 30%, а денег потратите в три раза больше. Оно Вам надо?
Тайминг оперативной памяти
«Страшный» параметр оперативной памяти о котором мало кто знает и который редко учитывают при выборе памяти, а вот и зря.
Латентность (тайминг) — это временная задержка сигнала. Измеряется она в тактах. Тайминги могут принимать значения от 2 до 13. От них зависит пропускная способность участка «процессор-память» и, как следствие, быстродействие системы, правда совсем чуть-чуть.
Чем ниже значение тайминга, тем быстрее работает оперативная память. Например я приобрёл память со значениями таймингов 9-9-9-24, но есть и шустрее, конечно.
Тайминги оперативной памяти можно корректировать в БИОС при разгоне системы (не рекомендуется это делать неопытным пользователям).
И в завершении статьи, как и обещал в начале, расскажу…
Как правильно устанавливать оперативную память в компьютер
Перед процедурой надо обязательно выключить компьютер и отсоединить шнур питания от системного блока.
Никаких настроек, после установки памяти, производить в системе не нужно. Система сама её опознает и начнёт использовать.
Легче всего память устанавливать в ноутбук (бывает труднее открыть заднюю крышку). В ноутах оперативка находится в горизонтальном положении, лежит.
Просто приподнимаем и вытягиваем её из пазов, вставляем новую до упора. Замок на планке (прорезь) не даст Вам ошибиться при установке…
В стационарных компьютерах этот процесс «капельку» сложнее. Память стоит вертикально к материнской плате и зажата защёлками.
Для изъятия планки достаточно развести эти защёлки в стороны и она сама «выпрыгнет» из слота. Установка тоже займёт у Вас 2 секунды — поднесите планку к слоту, согласуйте замок (прорезь) на планке с перемычкой в слоте и вставьте до упора (услышите щелчок — это защёлки зажмут планку).
Очень важно не перепутать щелчок зажимов с хрустом проломленной материнской платы.
Двухканальный режим памяти
Память персонального компьютера. Память предназначена для хранения программ и данных, с которыми процессор непосредственно работает. Она состоит из ячеек, местонахождение которых определяется уникальным адресом. Кроме временных данных, которые определяются тем, что компьютер делает в настоящий момент, он должен знать и постоянно помнить некоторые стандартные программы и данные. Решение проблем хранения различных видов информации и надежного функционирования персонального компьютера привело к использованию нескольких видов внутренней и внешней памяти
Внутренняя память Оперативная память предназначена для хранения информации и реализуется с помощью набора микросхем, установленных на материнской плате. Модули памяти представляет собой пластины с рядами контактов, на которых помещаются большие интегральные схемы памяти. Оперативно запоминающее устройство (ОЗУ) Постоянно запоминающее устройство (ПЗУ) Кэш память
В памяти оперативно запоминающего устройства хранится временная информация, которая изменяется в ходе выполнения микропроцессором различных операций. Такого рода память обеспечивает доступ к любой произвольно выбранной ячейке памяти причем в любой момент времени. Это свойство отражено в англоязычном названии оперативной памяти RAM (Random Access Memory - память с произвольным доступом). Нельзя забывать, что ОЗУ является энергозависимыми устройством, т. е. при выключении питания компьютера стирается вся находящаяся в оперативной памяти информация. Оперативная память характеризуется высоким быстродействием и относительно малым объемом. Для современных компьютеров диапазон емкости памяти составляет 16 - 512 Мбайт. ОЗУ
В памяти ПЗУ хранится информация, записанная на предприятии изготовителе, она должна быть неизменна в течение длительного времени. Постоянная информация включает основные системные программы, которые автоматически запускаются при включении компьютера. Компьютер может читать или исполнять программы из постоянной памяти, но он не может изменять их и добавлять новые. Память ПЗУ предназначена только для считывания информации. Это свойство постоянной памяти объясняет часто используемое английское название ROM (Read Only Memory - память только для чтения). Память ПЗУ так же реализуется в виде интегральных микросхем. Отличие заключается в том, что эти микросхемы являются энергонезависимыми. Выключение питания не приводит к потере данных. Существуют две основные разновидности микросхем ROM памяти, однократно программируемые (после записи содержимое памяти не может быть изменено) и многократно программируемые. ПЗУ
Кэш память Для увеличения производительности компьютера, согласования работы устройств с различным быстродействием современный компьютер использует еще один вид памяти - кэш память (от англ. cache - тайник, склад). Кэш память является промежуточным запоминающим устройством или буфером. Она используется при обмене данными между микропроцессором и RAM, между RAM и внешним накопителем. Использование кэш памяти сокращает число обращений к жесткому диску для чтения-записи, так как в ней хранятся данные, повторное обращение к которым, со стороны процессора не требует повторения процесса чтения или иной обработки информации. Существует два типа кэш памяти: внутренняя (от 8 до 64 кбайт), размещаемая внутри процессора и внешняя (от 256 кбайт до 1 Мбайт), которая устанавливается на системной плате. микропроцессор RAM Внешние накопители
Внешняя память Внешняя память предназначена для долговременного хранения программ и данных. Устройства внешней памяти (накопители) являются энергонезависимыми, выключение питания не приводит к потере данных. Они могут быть встроены в системный блок или выполнены в виде самостоятельных блоков, связанных с системным через его порты. Важной характеристикой внешней памяти служит ее объем. Объем внешней памяти можно увеличивать, добавляя новые накопители. Не менее важными характеристиками внешней памяти являются время доступа к информации и скорость обмена информацией. Эти параметры зависят от устройства считывания информации и организации типа доступа к ней.
НГМД Гибкие магнитные диски, или флоппи-диски (floppy disk), являются наиболее распространенными носителями информации. Наиболее популярны гибкие диски размером 3, 5" (дюйма), (3 -дюймовые). Диски называются гибкими потому, что пластиковый диск, расположенный внутри защитного конверта, действительно гнется. Именно поэтому защитный конверт изготовлен из твердого пластика. Диск покрывается сверху специальным магнитным слоем, которых обеспечивает хранение данных. Информация записывается с двух сторон диска по дорожкам, которые представляют собой концентрические окружности. Каждая дорожка разделяется на секторы. Плотность записи данных зависит от плотности нанесения дорожек на поверхность, т. е. числа дорожек на поверхности диска, а также от плотности записи информации вдоль дорожки. Существуют стандарты DD, HD и ED для 3, 5” дискет, объем записываемой информации от 720 Кб до 2, 88 Мб. Самые распространенные - дискеты 3, 5” HD. Как носители информации дискеты почти изжили себя, малый объем, небольшая скорость чтения/записи, ненадежность делают их применение невыгодным.
НЖМД Жесткие магнитные диски, или "винчестеры", являются обязательным компонентом персонального компьютера. Существуют разные версии происхождения названия "винчестер". По одной из них, первые жесткие диски были выпущены в филиале фирмы IВМ в небольшом городке Винчестере. Жесткий диск - это несколько алюминиевых пластин, покрытых магнитным слоем, которые вместе с механизмом считывания и записи заключены в герметически закрытый корпус внутри системного блока. Жесткие диски имеют преимущества перед гибкими дисками по двум основным параметрам: объем жестких дисков существенно выше и колеблется от нескольких сотен мегабайт до сотен гигабайт; скорость обмена информацией в 10 раз больше. Для обращения к жесткому диску используется имя, заданное латинской буквой С: . В случае, если установлен второй жесткий диск, ему присваивается следующая буква латинского алфавита D: . В компьютере предусмотрена возможность с помощью специальной системной программы условно разбивать один диск на несколько. Такие диски, которые не существуют как отдельное физическое устройство, а представляют лишь часть одного физического диска, называют логическими дисками.
CD-ROM Приводы CD-ROM. Компакт диски, использовавшиеся для аудиоаппаратуры, были модифицированы для применения в РС и в настоящее время стали неотъемлемой частью современных компьютеров. Является отличным носителем информации, более компактным, удобным и дешевым чем винчестер. Выполняется как внутренне устройство, и имеет размер дисковода 5, 25”. Обычно управляются через IDE, SCSI интерфейс или звуковую карту. Диск изготовлен из поликарбоната, который покрыт с одной стороны отражающим слоем (из алюминия или золота). Запись производится с помощью лазерного луча выжигающего чередования углублений в поверхности металлического слоя. Основной характеристикой является скорость передачи данных. За единицу считывания, принята скорость считывания с магнитной ленты. Скорость считывания последующих устройств кратна этой и варьируется от 150 Кб. /сек. До 6 -7 Мб. /сек. Качество считывания характеризуется коэффициентом ошибок и представляет собой оценку вероятности искажения информационного бита при его считывании. Данный параметр отражает способность устройства корректировать ошибки чтения/записи. Среднее время доступа – время, которое требуется приводу для нахождения на носителе нужных данных. Варьируется от 400 до 80 мс.
DVD-ROM DVD (Digital Video Disk) – диски, которые сменят CD-ROM, первоначально разрабатывались для домашнего видео. Отличаются тем, что могут хранить объем данных многократно превышающий возможности компакт дисков (от 4, 7 до 17 Гб.). Уровень качества звука и изображения хранимого на DVD приближен к студийному качеству. В накопителях DVD используется более узкий луч лазера чем в CD-ROM, поэтому толщина защитного слоя диска была снижена в 2 раза, что привело к появлению двухслойных дисков.
Флэш память Флэш-память, появившаяся в конце 1980 -х годов (Intel) является представителем класса программируемых постоянных ЗУ (запоминающих устройств) с электрическим стиранием. Однако стирание в ней осуществляется сразу целой области ячеек: блока или всей микросхемы. Это обеспечивает более быструю запись информации или, как иначе называют данную процедуру, программирование ЗУ. Для упрощения этой процедуры в микросхему включаются специальные блоки, делающие запись "прозрачной" (подобной записи в обычное ЗУ) для аппаратного и программного окружения.
Различные виды флэш памяти Портативный привод DVD-ROM; может быть использован как при подключении к компьютеру в качестве DVD-ROMа, так и в качестве DVDплеера при подключении к телевизору. DISK STENO - это не что иное, как автономный внешний USB 2. 0 CDRWпривод, совмещенный с 6 -форматным кардридером. Может считывать информацию с шести основных типов флэш-карт, можно также использовать в качестве внешнего пишущего привода. Накопитель ZIP Pro. Может выполнять несложные задачи, сводящиеся к переносу тудасюда небольших объемов рабочих данных и больших объемов данных развлекательных, таких, как музыка, фильмы и игры.
Флэш-карты Nixvue Digital Album После заполнения карты памяти (используемой, например, в цифровой фотокамере) данные с этой карты могут быть переписаны в цифровой альбом; возможна печать фото без компьютера. OLYMPUS CAMEDIA MXD 512 P x. D-Picture Card Карта памяти, предназначена для долговременного (десятки лет) хранения данных в отсутствие источника питания. Используется в цифровых камерах и других устройствах. USB Flash Drive Ресурс - до 1 000 циклов перезаписи. Срок гарантированного хранения данных до 10 лет. Smart. Media Flash Card Карта памяти, предназначенная для долговременного хранения данных. Используется в цифровых камерах и других устройствах Compact Flash Card Карта памяти, предназначена для долговременного (десятки лет) хранения данных в отсутствие источника. Используются в цифровых камерах карманных компьютерах и других устройствах SD Memory Card Карта памяти; используется в МР 3 -плеерах, цифровых фотокамерах, наладонниках (PDA), смартфонах и других устройствах.
Компьютерная память бывает двух видов: внутренняя и внешняя. Внутренняя память состоит из микроскопических ячеек, каждая из которых имеет свой уникальный адрес, или номер. Элемент информации сохраняется в памяти с назначением ему некоторого адреса. Чтобы отыскать эту информацию, компьютер «заглядывает» в ячейку и копирует ее содержимое в свой «командный» пункт. Емкость отдельной ячейки памяти называется словом. Обычно длина слова для персонального компьютера составляет 16 двоичных цифр, или битов. Длина в 8 бит называется байтом. Типичные большие компьютеры оперируют словами длиной от 32 до 128 бит (от 4 до 16 байт), тогда как миникомпьютеры имеют дело со словами в 16-64 бит (2-8 байт). Микрокомпьютеры используют, как правило, слова длиной 8, 16 или 32 бит (1, 2 или 4 байт соответственно).
Существуют два основных класса внутренней памяти : оперативное запоминающее устройство с произвольной выборкой (ОЗУ) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).
ОЗУ работают быстро: микропроцессор может получать доступ к ним за 10-20 нс. Обычные коммерческие модули ОЗУ хранят до 256 Мб (1 Мб равен 1 048 576 байт). ОЗУ надежны и работают годами, выполняя миллиарды операций. ОЗУ помнят только то, что вы сообщили им в последний раз; все остальное стирается. При отключении энергии ОЗУ свою память теряет. В оперативной памяти во время работы хранятся программы и данные. Оперативная память часто рассматривается как временное хранилище, потому что данные и программы в ней сохраняются только при включенном компьютере или до нажатия кнопки сброса (reset). Перед выключением или нажатием кнопки сброса все данные, подвергнутые изменениям во время работы, необходимо сохранить на запоминающем устройстве, которое может хранить информацию постоянно (обычно это жесткий диск). При новом включении питания сохраненная информация вновь может быть загружена в память.
Термин оперативная память часто обозначает не только микросхемы, которые составляют устройства памяти в системе, но включает и такие понятия, как логическое отображение и размещение. Логическое отображение - это способ представления адресов памяти на фактически установленных микросхемах. Размещение - это расположение информации (данных и команд) определенного типа по конкретным адресам памяти системы.
Центральный процессор компьютера связан с оперативной памятью. Основная оперативная память компонента полезна для хранения данных и программ, которые запускаются в центральном процессоре. В современных компьютерах оперативная память, как твердотельная память, присоединена к центральному процессору, и она использует шину памяти. Шину памяти также называют адресной шиной. В дополнение к оперативной памяти существует также кэш-память , которая содержит маленькие части памяти для их использования центральным процессором. Цель состоит в том, чтобы уменьшить время выборки, и, таким образом, ускорить работу центрального процессора. Кэш-память увеличивает производительность центрального процессора, воздействуя тем самым на работу компьютера. Вообще, оперативная память - это самая важная часть компьютерной памяти. Оперативная память сделана из интегрированных полупроводниковых микросхем.
Разумеется, чем большей оперативной памятью обладает персональный компьютер, тем больше его возможности для размещения и использования в своей работе программ и данных. Для увеличения объема оперативной памяти используются дополнительная память (Expanded Memory) на дополнительных платах, а также расширенная память (Extended Memory), которая обычно размещается прямо на материнской плате. При работе с дополнительной памятью процессор обращается к данным так, словно они расположены в обычной оперативной памяти объемом до 1 Мбайта, но при этом происходит переадресация в дополнительную память на дополнительной плате, которая может иметь емкость несколько мегабайт. Для работы с расширенной памятью процессор должен переходить из реального режима в защищенный (protected mode).
ПЗУ же запоминает практически навсегда. ПЗУ особенно удобны для задач, которые нуждаются в неоднократном повторении одного и того же набора команд. ПЗУ работают обычно медленнее, чем ОЗУ, но зато их память постоянна и помехоустойчива. Не все ПЗУ имеют абсолютно постоянную память. Некоторые ПЗУ обладают, так сказать, полупостоянной памятью, то есть они помнят (даже при отключенном питании), что им сообщалось, до тех пор, пока не подвергнутся стиранию и перезаписи. Стирание осуществляется путем экспозиции чипа в ультрафиолетовых лучах высокой интенсивности или другими способами, как в некоторых современных чипах памяти со стиранием и записью.
Внешняя память обычно располагается вне центральной части компьютера. Поскольку внешняя память работает медленнее внутренней, она используется, главным образом, для хранения информации, которая не требуется компьютеру срочно. Чтобы использовать внешнюю память, «командный пункт» компьютера обычно передает нужное содержимое части внешней памяти во внутреннюю. Внутренняя память ограничена по объему, поэтому конструкторы компьютеров стремятся хранить во внешней памяти как можно больше информации.
К внешней памяти относятся различные магнитные носители (ленты, диски), оптические диски. Внешняя память дешевле внутренней, но ее недостаток в том, что она работает медленнее устройств внутренней памяти.
Магнитные ленты в качестве устройств внешней памяти многим знакомы по аудио- и видеомагнитофонным кассетам. И те и другие хранят аналоговые данные, т.е. сигналы, которые изменяются непрерывно. Это сравнительно дешевый и довольно медленный носитель.
Гибкий магнитный диск - это небольшой, тонкий и гибкий пластиковый диск, на одной или обеих сторонах которого нанесено магнитное покрытие. Диск с покрытием заключается в защитный конверт или оболочку, имеющую отверстия для доступа головки чтения/записи и двигателя дисковода. Подобно магнитной ленте, гибкий диск может формировать постоянную запись программы или данных, поскольку он допускает стирание, его содержимое может быть изменено.
Жесткий диск подобен гибкому, но сделан из прочных и жестких материалов. Он может вращаться быстрее и вмещает больше информации. Типичный дисковод жесткого диска для персонального компьютера почти не отличается размерами от дисковода гибкого диска, но емкость современного жесткого диска достигает 25-50 Гб, то есть в тысячи раз больше, чем у гибкого. Кроме того, жесткие диски гораздо быстрее связываются со своим компьютером, чем дискеты. Поиск, который длится до нескольких секунд на дискете, занимает на жестком диске лишь сотые доли секунды. Жесткий диск в большинстве компьютеров служит внешним устройством хранения текущих записей и прикладного программного обеспечения.
Оптический диск имеет сходство как с магнитным диском, так и с граммофонной пластинкой. Существуют диски CD-ROM - диски с однократной записью, стереть или перезаписать их невозможно.
Позже были изобретены перезаписываемые лазерные диски - CD-RW. На них, как и на магнитных носителях, хранимую информацию можно стирать и записывать заново.
Наибольшей информационной емкостью из сменных носителей обладают лазерные диски типа DVD-ROM и DVD-RW - видеодиски. Объем информации, хранящейся на них, может достигать десятков гигабайтов. На видеодисках записываются полноформатные видеофильмы, которые можно просматривать с помощью компьютера, как по телевизору.
Наиболее известной и удобной является флэш-память , которая не только полностью энергонезависима, но может вмещать в себя операционную систему и некоторые прикладные программы.
Компьютерная память классифицируется и по другим параметрам.
По доступным операциям с данными:
¦ Память только для чтения (ROM);
¦ Память для чтения/записи.
По энергозависимости :
¦ Энергонезависимая память;
¦ Энергозависимая память:
Статистическая память (энергозависимая память, которой для хранения информации достаточно сохранения питающего напряжения);
Динамическая память (энергозависимая память, в которой информация со временем разрушается, и, кроме подачи электропитания необходимо производить ее периодическое восстановление).
По порядку выборки :
¦ с последовательным доступом (SAM) - когда ячейки памяти выбираются (считываются) последовательно, одна за другой, в очередности их расположения;
¦ с произвольным доступом (RAM) - когда вычислительное устройство может обратиться к произвольной ячейке памяти по любому адресу.
По назначению :
¦ Буферная память - память, предназначенная для временного хранения данных при обмене ими между различными устройствами или программами;
¦ Временная (промежуточная) память - память для хранения промежуточных результатов обработки;
¦ Кэш-память - часть архитектуры устройства или программного обеспечения, осуществляющая хранения часто используемых данных для предоставления их в более быстрый доступ, нежели кэшируемая память;
¦ Корректирующая память - часть памяти ЭВМ, предназначенная для хранения адресов неисправных ячеек основной памяти и др.
По организации программно доступного адресного пространства :
¦ Реальная или физическая память - память, способ адресации которой соответствует физическому расположению ее данных;
¦ Виртуальная память - память, способ адресации которой не отражает физического расположения ее данных;
¦ Оверлейная память - память, в которой присутствует несколько областей с одинаковыми адресами, из которых в каждый момент доступна только одна.
По удаленности и доступности для центрального процессора :
¦ Первичная память доступна центральному процессору без какого-либо обращения к внешним устройствам. Это регистры процессора (процессорная или регистровая память) и кэш процессора (если есть);
¦ Вторичная память доступна центральному процессору путем прямой адресацией через шину адреса (адресуемая память) или через другие выводы.
Таким образом доступна основная память (память, предназначенная для хранения текущих данных и выполняемых программ) и порты ввода-вывода (специальные адреса, через обращение к которым реализовано взаимодействие с прочей аппаратурой);
¦ Третичная память доступна только путем нетривиальных последовательностей действий. Сюда входят все виды внешней памяти, доступной через устройства ввода-вывода.
Компьютерная память является одним из наиболее главных вопросов устройства компьютера, так как она обеспечивает поддержку одной из наиважнейшей функций современного компьютера, - способность длительного хранения информации.
Одним из основных элементов компьютера, позволяющим ему нормально функционировать, является память.
Все персональные компьютеры используют три вида памяти: оперативную, постоянную и внешнюю (различные накопители).
Внутренняя память компьютера - это место хранения информации, с которой он работает. Внешняя память (различные накопители) предназначена для долговременного хранения информации. Компьютерная память обеспечивает поддержку одной из наиважнейших функций современного компьютера, - способность длительного хранения информации. Вместе с центральным процессором запоминающее устройство являются ключевыми звеньями.
Здесь будет рассказано и о том, как могут выглядеть программы настройки BIOS. Пока речь пойдет о "штатных" программах, которые встроены в саму BIOS. 1.1. Процесс загрузки компьютера Итак, попытаемся понять суть процессов, происходящих при запуске системы. Эти процессы в соответствии со всоими настройками инициирует программа BIOS. Определение устройств Сразу после включения или перезагузки компьютера происходит поиск видеоадаптера, установленного в системе. Это сделано по той простой причине, что без видеоадаптера компьютер вообще на сможет вывести на экран информацию, и дальнейшая его работа по предъявлению результатов самодиагностики будет Процесс загрузки компьютера 1_1_ лишена всякого смысла. Обычно в случае невозможности инициализации видеосистемы компьютер прекращает работу, выдавая звуковой сигнал об ошибке. Предположим, что видеоадаптер обнаружен. В этом случае происходит его инициализация, после чего на экране возникает изображение, которое может содержать сведения об установленном в системе видеоадаптере, объеме его памяти, а также некоторых других деталях (например, может отображаться логотип производителя видеоадаптера). Определение видеоадаптера происходит даже раньше, чем определение типа процессора и установленной оперативной памяти. Впрочем, если процессор вообще не установлен или не может быть использован, то система не сможет выдать на экран изображение или просигнализировать звуком. После инициализации видеоадаптера происходит определение типа процессора. На этом этапе также устанавливается в соответствии с настройками BIOS его тактовая частота. На экран при этом выводится информация о типе процессора, например, так: Pentium IV at 2600 MHz. Затем загрузочная программа определяет тип и объем установленной в системе оперативной памяти. После этого происходит тестирование памяти. Информация о результатах этих процессов также выводится на экран. Затем начинается инициализация и проверка устройств, подключенных к контроллерам IDE. Это могут быть жесткие диски, приводы компакт-дисков или DVD и другие накопители. Сведения об этих накопителях обычно берутся из значений параметров BIOS. Если же в настройках прописано автоопределение накопителей (значение Auto), система постарается определить их автоматически - правда, это потребует несколько большего времени. После описанных действий программа первоначальной загрузки компьютера производит проверку дисковода для гибких дисков, если он установлен. Для этого контроллер посылает дисководу несколько команд, и система ожидает его отклика. Затем начинается поиск и проверка подключенных к системе плат расширения, которые могут находиться как в разъемах PCI, так и в разъемах шин других типов - ISA, AMR, CNR и т. д. В качестве такой платы может выступать внутренний модем, звуковая карта, карта видеозахвата, карта TV-тюнера или FM-тюнера и пр. Некоторые из этих плат (например, SCSI-контроллер) могут иметь свою собственную BIOS. В таком случае управление на время может быть передано ей.
Для каждого внешнего устройства в компьютере имеется электронная схема (контроллер или адаптер ), которая им управляет. Некоторые контроллеры (например, контроллер дисков) могут управлять сразу несколькими устройствами.
2) Все контроллеры и адаптеры взаимодействуют с процессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных, называемой шиной. Шина – системная плата, обеспечивающая ввод-вывод информации. Характеристикой шины является скорость обмена.
Основные типы шин (расположены в порядке улучшения характеристик): ISA, EISA, VESA, PCI, AGP. Разъёмы-“слоты” стандарта PCI. Родился он около 10 лет назад и сегодня является основным стандартом слотов для подключения дополнительных устройств. Разъёмы PCI – обычно самые короткие, белого цвета, разделенные своеобразной “перемычкой” на две неравные части. Ранее в слот PCI устанавливалась и видео карта, теперь для этой цели служит разъем AGP (Advanced Graphic Port). Это специальный, более быстрый с точки зрения пропускной способности слот. Остальные слоты в новые компьютеры не устанавливаются.
Для упрощения подключения устройств электронные схемы состоят из нескольких модулей – электронных плат. На основной плате компьютера – системной (материнской) – располагаются процессор, сопроцессор, оперативная память и шина. Схемы, управляющие внешними устройствами компьютера (контроллеры или адаптеры), находятся на отдельных платах вставляющихся в унифицированные разъёмы (слоты) на материнской плате. “Гнездо” для установки процессора: для каждого форм-фактора процессора существует свой тип материнской платы, как правило, несовместимый с другими процессорами. Так в гнездо для процессора PentiumIII нельзя установить процессор AMD K7. И наоборот.
Итак, сегодня на рынке существует три материнских платы, для установки трёх разных классов процессоров:
платы с разъёмом Slot 1 предназначены для процессоров фирмы Intel. Тип разъёма – слот (длинное щелевидное гнездо).
платы с разъёмом Socket-370 предназначены для установки новых процессоров Celeron фирмы Intel(частота от 400 МГц). Тип разъёма – квадратное гнездо.
платы с разъёмом Super Socket 7 (Socket A) предназначены для “альтернативных” процессоров фирм AMD,Cyrix, IBM и других. Тип разъёма – квадратное гнездо.
Одним из контроллеров, которые присутствуют во всех компьютерах, является контроллер портов ввода-вывода.
Типы портов:
параллельные (LPT1-LPT4), к ним обычно присоединяют принтеры и сканеры;
последовательные асинхронные порты (COM1-COM4), к ним подсоединяются мышь, модем и т. д.;
игровой порт – для подключения джойстика;
порт USB (USB 2) – недавняя разработка - порт с наивысшей скоростью ввода-вывода, к нему подключаются новые модели принтеров, сканеров, модемов, мониторов и т.д…
Порт устройства - микросхема или зарезервированная область адресов оперативной памяти:
- содержащие один или несколько регистров ввода-вывода; и
- позволяющие подключать периферийные устройства компьютера к внешним шинам процессора.
©2015-2019 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-07-22
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.