Что такое HDD, жёсткий диск и винчестер. Внешняя память Типы накопителей внешней памяти

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 быстpодействием. 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:

накопители на жёстких магнитных дисках;

накопители на гибких магнитных дисках;

накопители на компакт-дисках;

накопители на магнитной ленте (стримеры) ;

накопители на магнитно-оптических дисках;

Жесткий диск

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.

При включении компьютера BIOS проводит POST (самотестирование при включении компьютера) и проверяет, есть ли дискета в дисководе. Если ее нет, она обращается к жесткому диску и копирует короткую программу, называемую "загрузочная память", с жесткого диска в оперативную память. Затем она передает управление компьютером загрузочной программе, которая наблюдает за загрузкой операционной системы. Как только система загружена, загрузочная программа стирается их памяти, передавая управление компьютером полностью загруженной операционной системе.

Жесткие диски очень надежны для хранения большого объема информации и данных. Внутри запечатанного жесткого диска находятся один или больше несгибающихся дисков, покрытых металлическими частицами. Каждый диск имеет головку (маленький электромагнит), встроенную в шарнирный рычаг, который движется над диском при его вращении. Головка намагничивает металлические частички, заставляя их выстраиваться для представления нулей и единиц двоичных чисел. Моторы, двигающие диск и рычаг, обычно подвергаются износу. Избежать износа удается только головке, поскольку она никогда не соприкасается с поверхностью диска.

Еще одна функция жесткого диска - симуляция оперативной памяти. Используя секции жесткого диска в качестве виртуальной памяти, Windows может запускать больше программ. Недостаток виртуальной памяти в ее медленности по сравнению с обычной памятью. Если поставить больше, работа компьютера замедляется.

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.

Жесткий диск - механическое устройство компьютера, и от него может быть больше проблем, чем от электронных устройств. На самом деле оно очень надежно. Диски собирают в чистых комнатах, в которых воздух постоянно фильтруется, и удаляются частички пыли. Собирают винчестеры из магниточувствительного материала. Перед тем как вынести диски из комнаты, их упаковывают и запечатывают. Если вы откроете свой жесткий диск из любопытства, то можете с ним попрощаться. Чтобы этого не случилось, никогда не делайте этого - их вскрывать нельзя.

Перед использованием новые жесткие диски нужно отформатировать. Этот процесс состоит в прокладывании магнитных концентрических дорожек и в их разбивке на маленькие сектора, как куски в торте. Будьте осторожны: если на жестком диске были записаны данные, то его форматирование ведет к полному их уничтожению.

За счет гораздо большего количества дорожек на каждой стороне дисков и большого количества дисков информационная емкость жесткого диска может в сотни тысяч раз превышать информационную емкость дискеты и достигать 150-200 Гбайт. Скорость записи и считывания информации с жестких дисков достаточно велика (может достигать 133 Мбайт/с) за счет быстрого вращения дисков (до 7200 об. /мин).

В жестких дисках используются достаточно хрупкие и миниатюрные элементы (пластины носителей, магнитные головки и пр.), поэтому в целях сохранения информации и работоспособности жесткие диски необходимо оберегать от ударов и резких изменений пространственной ориентации в процессе работы.

Накопители на гибких магнитных дисках

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.

5-дюймовый дисковод расположен на системном блоке компьютера спереди и выглядит как прорезь с рычажком-защелкой, в которую дискету вставляют и защелкивают.3-дюймовый дисковод имеет прорезь поменьше (на 2 дюйма), а вместо защелки у него кнопочка.

Дисковод для гибких дисков больше похож на накопитель магнитной ленты, чем на жесткий диск. Его головка физически контактирует с гибким диском и таким образом намагничивает поверхность, защищенную от пыли двигающейся заслонкой, которая автоматически убирается, когда диск вставляется в дисковод.

Дисководы для гибких дисков поставляют данные в систему через кабель, подключенный к разъему на материнской плате. Он отличается от IDE контролера, используемого для жестких дисков, и скорость передачи данных намного меньше.

Дисководы для гибких магнитных дисков становятся малоиспользуемыми, но все же необходимыми. Они используются только для переноса небольшого количества данных с одного компьютера на другой, а также для аварийного запуска компьютера. Дисководы для компакт-дисков - это основной способ распространения нового программного обеспечения, но при этом они не нужны компьютеру для выполнения функций обработки данных.

Гибкие магнитные диски. Два основных вида

Гибкий диск (англ. floppy disk) или дискета, - носитель небольшого объема информации, представляющий собой гибкий пластиковый диск в защитной (пластмассовой) оболочке. Используется для переноса данных с одного компьютера на другой и для распространения программного обеспечения.

В центре дискеты имеется приспособление для захвата и обеспечения вращения диска внутри пластмассового корпуса. Дискета вставляется в дисковод, который вращает диск с постоянной угловой скоростью.

При этом магнитная головка дисковода устанавливается на определенную концентрическую дорожку диска, на которую и производится запись или с которой производится считывание информации. Информационная емкость современной дискеты невелика и составляет всего 1,44 Мбайт. Скорость записи и считывания информации также мала (составляет всего около 50 Кбайт/с) из-за медленного вращения диска (360 об. /мин).

В целях сохранения информации гибкие магнитные диски необходимо предохранять от воздействия сильных магнитных полей (например, не ложить рядом с дискетой мобильный телефон) и нагревания, так как такие физические воздействия могут привести к размагничиванию носителя и потере информации.

В настоящее время наибольшее распространение получили дискеты со следующими характеристиками: диаметр 3,5 дюйма (89 мм), ёмкость 1,44 Мбайт, число дорожек 80, количество секторов на дорожках 18 (Дискеты же с диаметром 5,25" сейчас используются очень редко, так их емкость не превышает 1,2 Мбайт, да и к тому же, выполнены они из менее прочного материала). Дискета устанавливается в накопитель на гибких магнитных дисках (англ. floppy-disk drive), автоматически в нем фиксируется, после чего механизм накопителя раскручивается до частоты вращения 360 в минуту. В накопителе вращается сама дискета, магнитные головки остаются неподвижными. Дискета вращается только при обращении к ней. Накопитель связан с процессором через контроллер гибких дисков.

В последнее время появились трехдюймовые дискеты, которые могут хранить до 3 Гбайт информации. Они изготавливаются по новой технологии Nano2 и требуют специального оборудования для чтения и записи, которое пока не входит в стандартный пакет при покупке ПК.

Устройство дискеты

Дискеты различаются размерами и емкостью. По размерам разделение производится на дискеты диаметром 5,25” (, “ - знак дюйма) и дискеты диаметром 3,5”. По емкости - на дискеты двойной плотности записи (по-английски double density, сокращение - DD) и высокой плотности (high density, сокращение - HD).

Дискета 5,25” состоит из защитного пластмассового конверта, внутри которого находится пластиковый диск с магнитным покрытием. Этот диск тонкий и легко сгибается - поэтому дискеты и называются гибкими дисками. Сгибать дискету, конечно, нельзя, и этому препятствует защитный конверт. В дискете имеется два отверстия - большое в центре и маленькое рядом с ним. Большое отверстие предназначено для вращения диска с магнитным покрытием внутри конверта.

Это делается двигателем внутри дисковода. Защитный конверт изнутри покрыт ворсом, собирающим пыль с магнитного диска при его вращении. Маленькое отверстие служит для подсчета оборотов диска внутри дисковода. В конверте с двух сторон имеется продольная прорезь, через которую виден диск с магнитным покрытием. Через эту прорезь магнитная головка внутри дисковода касается диска и записывает или считывает данные с него. Данные записываются на обе стороны диска. Ни в коем случае не касайтесь пальцами поверхности магнитного диска! Этим вы можете испортить его, поцарапав или засалив. Если вы повернете дискету прорезью к себе, этикеткой вверх, то сверху на правой стороне конверта увидите маленький прямоугольный вырез. Если заклеить его кусочков липкой бумаги (обычно она продается вместе с дискетами), то диск будет защищен от записи. Обычно этот вырез должен быть свободен, заклеивать его стоит только на дискетах с важными данными.

Устройство дискеты 3,5" немного иное. Защитный конверт у нее из жесткого пластика, поэтому такую дискету сложнее согнуть или сломать. Магнитный диск не виден, поскольку открытых отверстий нет. Прорезь для доступа магнитной головки к поверхности диска есть, но она прикрыта защелкой. Защелка пружиной удерживается в закрытом состоянии. Открывать ее руками не надо во избежание повреждений магнитного диска. Внутри дисковода защелка открывается автоматически. Для защиты от записи на дискете есть маленькая защелка. Вы увидите ее слева наверху конверта дискеты, если будете держать дискету большой защелкой к себе, этикеткой вниз. Положение вниз для защелки от записи - обычное, в таком состоянии дискета от записи не защищена. Чтобы запретить запись данных на дискету, сдвиньте эту защелку вверх, при этом в дискете откроется маленькое квадратное отверстие.

Способ записи на гибкий диск

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

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

Пишущий CD-ROM может записывать информацию любого типа - музыку, изображение или текст. Есть записываемые диски, на которые можно записать информацию только один раз (CD-R). Но есть и перезаписываемые диски (CD-RW), они стоят дороже, но позволяют стирать информацию и добавлять новую. Однако, если вы записываете музыку на перезаписываемый компакт-диск, вы можете его слушать только на ПК, а записываемый диск - на любом CD-плейере.

Оптический принцип записи и считывания информации.

В лазерных дисководах CD-ROM и DVD-ROM используется оптический принцип записи и считывания информации.

В процессе записи информации на лазерные диски для создания участков поверхности с различными коэффициентами отражения применяются различные технологии: от простой штамповки до изменения отражающей способности участков поверхности диска с помощью мощного лазера. Информация на лазерном диске записывается на одну спиралевидную дорожку (как на грампластинке), содержащую чередующиеся участки с различной отражающей способностью.

В процессе считывания информации с лазерных дисков луч лазера, установленного в дисководе, падает на поверхность вращающегося диска и отражается. Так как поверхность лазерного диска имеет участки с различными коэффициентами отражения, то отраженный луч также меняет свою интенсивность (логические 0 или 1). Затем отраженные световые импульсы преобразуются с помощью фотоэлементов в электрические импульсы и по магистрали передаются в оперативную память.

При соблюдении правил хранения (в футлярах в вертикальном положении) и эксплуатации (без нанесения царапин и загрязнений) оптические носители могут сохранять информацию в течение десятков лет.

Лазерные дисководы и диски

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.

Информационная емкость CD-ROM диска может достигать 650-700 Мбайт, а скорость считывания информации в CD-ROM-накопителе зависит от скорости вращения диска. Первые CD-ROM-накопители были односкоростными и обеспечивали скорость считывания информации 150 Кбайт/с. В настоящее время широкое распространение получили 52-скоростные CD-ROM-накопители, которые обеспечивают в 52 раза большую скорость считывания информации (до 7,8 Мбайт/с).

DVD-диски имеют гораздо большую информационную емкость (до 17 Гбайт) по сравнению с CD-дисками. Во-первых, используются лазеры с меньшей длиной волны, что позволяет размещать оптические дорожки более плотно. Во-вторых, информация на DVD-дисках может быть записана на двух сторонах, причем в два слоя на одной стороне.

Первое поколение DVD-ROM-накопителей обеспечивало скорость считывания информации примерно 1,3 Мбайт/с. В настоящее время 16-скоростные DVD-ROM-дисководы достигают скорости считывания до 21 Мбайт/с.

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.

Для записи и перезаписи на диски используются специальные CD-RW и DVD-RW-дисководы, которые обладают достаточно мощным лазером, позволяющим менять отражающую способность участков поверхности в процессе записи диска. Такие дисководы позволяют записывать и считывать информацию с дисков с различной скоростью. Например, маркировка CD-RW-дисковода "40х12х48" означает, что запись CD-R-дисков производится на 40-кратной скорости, запись CD-RW-дисков - на 12-кратной, а чтение - на 48-кратной скорости.

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.

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

Внешняя память - это память, предназначенная для длительного хранения программ и данных. Целостность содержимого ВЗУ не зависит от того, включен или выключен компьютер

Дисковод (накопитель) - устройство записи/считывания информации. Накопители имеют собственное имя – буква латинского алфавита, за которой следует двоеточие. Для подключения к компьютеру одного или несколько дисководов и управления их работой нужен Дисковый контроллер

Носитель информации (носитель записи) – материальный объект, способный хранить информацию. Информация записывается на носитель посредством изменения физических, химических и механических свойств запоминающей среды

По типу доступа к информации внешнюю память делят на два класса:

Устройства прямого (произвольного) доступа – время обращения к информации не зависит от места её расположения на носителе;

Устройство последовательного доступа – такая зависимость существует

В состав внешней памяти входят: 1) накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД); 2) накопители на гибких магнитных дисках (НГМД); 3) накопители на магнитооптических компакт дисках; 4) накопители на оптических дисках (CD-ROM); 5) накопители на магнитной ленте и др.

НГМД - накопители на гибких магнитных дисках

Предназначены для хранения небольших объемов информации

Следует оберегать от сильных магнитных полей и нагревания

Это носители произвольного (прямого) доступа к информации

Используются для переноса данных с одного компьютера на другой

Для работы с информации носитель должен быть отформатирован, т.е. должна быть произведена магнитная разметка диска на дорожки и секторы

Скорость обмена информации зависит от скорости вращения дисковода. Для обращения к диску, вставленному в дисковод, присваивается имя А:

Объём ГМД сравнительно небольшой (3,5 дюйма - 1,44 Мбайт)

Диски называются гибкими потому, что их рабочая поверхность изготовлена из эластичного материала и помещена в твердый защитный конверт. Для доступа к магнитной поверхности диска в защитном конверте имеется закрытое шторкой окно. Поверхность диска покрыта специальным магнитным слоем (1- намагниченный участок, 0 – не намагниченный). Информация записывается с двух сторон диска на дорожки в виде концентрических окружностей. Дорожки разбиваются на секторы. Современные дискетки имеют программную разметку. На каждом секторе выделяется участок для его идентификации, а на остальное место записываются данные. Дисковод снабжен двумя двигателями. Один обеспечивает вращение внутри защитного конверта. Второй перемещает головку записи/чтения вдоль радиуса поверхности диска. В защитном конверте имеется специальное окно защиты записи. С помощью бегунка это окно открывают и дискета становится доступна только на чтение, а на запись доступа не будет. Это предохраняет информацию на диске от изменения и удаления.

НЖМД - накопители на жестких магнитных дисках

Предназначены для хранения той информации, которая наиболее часто используется в работе - программ операционной системы, компиляторов, сервисных программ, прикладных программ пользователя, текстовых документов, файлов базы данных

Следует оберегать от ударов при установке и резких перемещений в пространстве

Это носители с произвольным доступом к информации

Для хранения информации разбивается на дорожки и секторы

Скорость обмена информации значительно выше ГД

Объём ЖД измеряется от Мбайт до сотен Гбайт

НЖМД встроены в дисковод и являются несъемными. Они представляют собой несколько алюминиевых дисков с магнитным покрытием, заключенных в единый корпус с электродвигателем, магнитными головками и устройством позиционирования. К магнитной поверхности диска подводится записывающая головка, которая перемещается по радиусу диска с внешней стороны к центру. Во время работы дисковода диск вращается. В каждом фиксированном положении головка взаимодействует с круговой дорожкой. На эти концентрические дорожки и производится запись двоичной информации. Благодаря хорошей защищенности от пыли, влаги и других внешних воздействий достигают высокой плотности записи, в отличии от дискет.

Для обращения к НЖМД используется имя, задаваемое прописной латинской буквой, начиная с С: , но с помощью специальной системной программы можно разбить свой физический ЖД на несколько логических дисков, каждому из которых дается соответствующее имя.

Накопители на жестких магнитных дисках часто называют винчестер - по первой модели ЖД, имевшего 30 дорожек по 30 секторов, что совпало с калибром 30?/30? охотничьего ружья

Оптические (лазерные) CD и DVD диски

Предназначены для хранения любого вида информации

Информацию на CD записывается с помощью лазерного луча

Следует оберегать от царапин и загрязнения поверхности

Это носители прямого (произвольного) доступа к информации

Объем (ёмкость) CD составляет сотни Мбайт; DVD -более 1Гбайта

Более долговечны и надежны, чем магнитные диски

CD – Compact Disk. Изготовляют из органических материалов с напылением на поверхность тонкого алюминиевого слоя. Лазерный диск имеет одну дорожку в виде спирали. Информация записывается отдельными секторами мощным лазерным лучом, выжигающим на поверхности диска углубления, и представляет собой чередование впадин и выпуклостей. При считывании информации выступы отражают свет слабого лазерного луча и воспринимаются как «1», впадины поглощают луч и, воспринимаются как «0». Это бесконтактный способ считывания информации. Срок хранения 50-100лет

DVD – Digital Video Disk. Имеет те же размеры, что и CD. Объем - Гбайт. Может быть односторонним или двухсторонним, а на каждой стороне может быть 1 или 2 рабочих слоя.

Накопители на магнитных лентах (НМЛ)

Используют для резервного (относительно медленного) копирования и хранения больших объемов информации (архивы)

Устройство для записи и считывания магнитных лент называется стример

Это устройство последовательного доступа к информации

корость передачи данных по шине дискового интерфейса - это далеко не единственный параметр, влияющий на быстродействие винчестера в целом. Наоборот, производительность жестких дисков с одинаковым типом интерфейса иногда очень существенно различается. В чем же причина?

Дело в том, что жесткий диск является совокупностью большого количества разнообразных электронных и электромеханических устройств. Быстродействие же механических компонентов винчестера существенно уступает быстродействию электроники, в состав которой входит и шинный интерфейс. Общая производительность диска, к сожалению, определяется по скорости работы самых медленных компонентов. «Горлышком бутылки» при передаче данных между накопителем и компьютером является именно внутренняя скорость передачи - параметр, определяемый быстродействием механики винчестера, что является одной из причин ремонта ноутбуков. Поэтому в самых современных режимах обмена PIO 4 и UltraDMA максимально возможная пропускная способность интерфейса в ходе реальной работы с накопителем почти никогда не достигается. Для определения быстродействия механических компонентов, а также всего накопителя необходимо знать следующие параметры.

Частота вращения дисков - количество оборотов, совершаемых пластинами (отдельными дисками) винчестера в минуту. Чем выше частота вращения, тем быстрее происходит запись или считывание данных. Типичное значение этого параметра для большинства современных EIDE-дисков - 5400 об/мин. В некоторых новейших накопителях диски вращаются с частотой 7200 об/мин. Технический предел, достигнутый на сегодняшний день, - 10000 об/мин - реализован в SCSI-накопителях серии Seagate Cheetah.

Среднее время поиска - среднестатистическое время, необходимое для позиционирования блока головок из произвольного положения на заданную дорожку для чтения или записи данных. Типичное значение этого параметра для новых винчестеров составляет от 10 до 18 мс, причем хорошим можно считать время доступа 11-13 мс. В наиболее быстродействующих SCSI-моделях значение времени доступа - меньше 10 мс.

Среднее время доступа - среднестатистический отрезок времени от выдачи команды на операцию с диском до начала обмена данными. Это - составной параметр, включающий в себя среднее время поиска, а также половину периода вращения диска (с учетом того, что данные могут находиться в произвольном секторе на нужной дорожке). Параметр определяет величину задержки до начала считывания нужного блока данных, а также общую производительность при работе с большим количеством мелких файлов.

Внутренняя скорость передачи-скорость обмена данными между интерфейсом диска и носителями (пластинами). Значения этого параметра существенно различаются для чтения и записи. Они определяются частотой вращения дисков, плотностью записи, характеристиками механизма позиционирования и другими параметрами накопителя. Именно эта скорость имеет решающее влияние на быстродействие накопителя в установившемся режиме (при чтении большого цельного блока данных). Превышение общей скорости передачи над внутренней достигается только при обмене данными между интерфейсом и кэш-памятью винчестера без немедленного обращения к пластинам. Поэтому на быстродействие накопителя влияет еще один параметр, а именно…

…объем кэш-памяти. Кэш-память - обычное электронное ОЗУ, установленное на винчестере. Данные после считывания с винчестера одновременно с передачей их в память компьютера попадают и в кэш-память. Если эти данные потребуются снова, они будут считаны не с пластин, а из кэш-буфера. Это позволяет значительно ускорить обмен данными. Для повышения эффективности кэш-памяти разработаны специальные алгоритмы, выявляющие наиболее часто используемые данные и помещающие в кэш именно их, что повышает вероятность того, что при следующем обращении будут затребованы данные именно из электронного ОЗУ - произойдет так называемое «попадание в кэш». Естественно, чем больше объем кэш-памяти, тем быстрее обычно работает диск.

Похожая информация.

Внешняя память компьютера представляет собой дисковые накопители информации - встроенный накопитель на жестком диске (винчестер) и накопитель на сменных гибких дисках (дискетах). В обоих случаях магнитные диски хранят информацию в виде намагниченных концентрических дорожек (цилиндров) на магнитном покрытии, разбитых на сектора. Диск в накопителе постоянно вращается, а запись и чтение информации производятся перемещаемыми вдоль радиуса диска магнитными головками. Благодаря постоянному прогрессу технологии производства накопителей, развитию технологии магнитных покрытий и магнитных головок, емкость винчестеров повысилась до нескольких десятков гигабайт, а емкость дискет - до сотен мегабайт (правда, стандартным пока считается объем дискеты 1,44 Мбайт).

Подробное описание работы дисководов и принципов хранения информации на магнитных дисках потребовало бы слишком много места, к тому же оно не имеет прямого отношения к теме данной книги, поэтому мы здесь приведем только некоторые особенности организации обмена информацией.

Важный параметр любого дисковода - это его быстродействие, которое определяется, с одной стороны, достижимой скоростью записи/чтения информации, а с другой - временем позиционирования (то есть установки в нужное положение) магнитной головки дисковода. Немаловажно и быстродействие интерфейса, осуществляющего связь компьютера с накопителем, а также применяемые способы организации обмена информацией.

В настоящее время наиболее распространены два стандартных интерфейса для винчестеров:

IDE (Integrated Drive Electronics) - интерфейс для дисковых накопителей, официальное название - ATA (AT Attachment). Именно этот интерфейс применяется в качестве основного в персональных компьютерах. Скорость обмена может достигать 133 Мбайт/с.

SCSI (Small Computer System Interface) - малый компьютерный системный интерфейс. В принципе, он используется и для подключения других устройств (например, сканеров), но основное его применение - для дисководов. Как правило, данный интерфейс изначально включается в структуру только некоторых серверов, а для его реализации н персональных компьютерах необходима дополнительная плата расширения (кстати, довольно дорогая). Скорость обмена может достигать 320 Мбайт/с.

Сравнение этих двух интерфейсов (SCSI и IDE) показывает, что и однопользовательских автономных системах гораздо эффективнее применять IDE, а в многопользовательских и многозадачных системах выгоднее становится SCSI. Стоит также отметить, что установка SCSI сложнее и дороже, чем IDE. Кроме того, при использовании винчестера с интерфейсом SCSI в качестве сетевого диска могут возникнуть проблемы. Преимуществом SCSI является большее количество максимально подключенных дисководов и возможность одновременного выполнения ими подаваемых команд. А что касается скорости обмена, то она в основном определяется не пропускной способностью интерфейса, а другими параметрами, в частности скоростью используемой системной шины. Поэтому точно сказать, дисковод с каким интерфейсом будет работать быстрее, в общем случае невозможно. К тому же в случае IDE реальная скорость очень сильно зависит от схемотехнических решений, использованных изготовителем дисководов.

Для ускорения обмена с дисками широко применяется кэширование, принцип которого близок к принципу кэширования оперативной памяти. Точно гак же кэширование диска позволяет за счет использования более быстрой электронной памяти, чем дисковая память, существенно увеличить среднюю скорость обмена с диском. Здесь принципиально важны несколько моментов:

В большинстве случаев каждое следующее обращение к диску будет обращением к следующему по порядку блоку информации на диске;

Для позиционирования головки требуется заметное время (порядка миллисекунды);

Искомый сектор на диске может не оказаться под головкой после ее установки, и потребуется ждать его прихода.

Все это приводит к тому, что оказывается гораздо выгоднее содержать в оперативной памяти (дисковой кэш-памяти) копию части диска и обращаться на диск только в том случае, если нужной информации нет в кэш-памяти. Для обмена с кэш-памятью, каки вслучае оперативной памяти, используются методы Write Through (WT) и Write Back (WB). Так как винчестер - это блочно-

ориентированное устройство (размер блока равен 512 байт), то данные передаются в кэш блоками. При заполнении кэш-памяти в нее переписываются не только необходимые в данный момент блоки, но и следующие за ними (метод «чтение вперед», Read Ahead), дальнейшее обращение к которым наиболее вероятно. Особенно эффективно кэширование при оптимизации жесткого диска (его дефрагментации), когда каждый файл расположен в группе секторов, следующих друг за другом. Как и в случае кэширования памяти, при кэшировании диска используется механизм LRU, позволяющий обновлять те блоки, к которым дольше всего не было обращений. Кэш-память диска обычно располагается на плате специального кэш-контроллера дисковода, и ее объем может достигать 16 Мбайт.

Для сопряжения с компьютером дисковода для гибких дисков (флоппи-дисков, дискет) традиционно применяется специальный интерфейс SA-400, разработанный в начале 70-х годов. Контроллер присоединяется к дисководу 34-проводным кабелем, причем к одному контроллеру обычно присоединяется до двух дисководов (теоретически их может быть четыре). На каждом накопителе, как правило, имеется четыре перемычки DSO-DS3 (Drive Select) для выбора номера данного дисковода. Данные по интерфейсу передаются в последовательном коде в обоих направлениях (по разным проводам). Скорость передачи данных для дискет емкостью 1,44 Мбайт составляет 500 Кбит/с. Как и контроллер жестких дисков, контроллер гибких дисков в современных компьютерах установлен на системной плате (для старых моделей компьютеров выпускались специальные платы расширения).

В новых компьютерах стал стандартным дисковод на оптических компакт-дисках (CD-ROM). На этих дисках информация хранится в виде зон с разными степенями отражения света от поверхности диска. Вместо множества концентрических дорожек на поверхности диска (как у магнитного диска, винчестера), в случае компакт-диска применяется всего одна спиральная дорожка. Для чтения информации применяется миниатюрный лазер. Диски имеют диаметр 5 дюймов и стандартный объем 780 Мбайт. Скорость обмена информацией с компакт-дисками сейчас составляет от 2,4 Мбайт/с (для дисководов со скоростью 16х) до 3,6 Мбайт/с (для дисководов со скоростью 52х). Используются интерфейсы IDE и SCSI. На компакт-диск записываются не только данные, «о и звук, а также изображение. Существуют компакт-диски с возможностью однократной записи или даже многократной перезаписи информации с компьютера. Возможно, дисководы, поддерживающие такие диски, вскоре войдут в стандартную комплектацию персонального компьютера. Правда, скорость записи информации на компакт-диски обычно существенно ниже скорости чтения информации.

Внешняя память - это место длительного хранения данных не используемых в данный момент в оперативной памяти компьютера. Внешняя память, явл энергонезависимой.

Для работы с внешней памятью необходимо наличие накопителя и устройства хранения -носителя .

Основные виды накопителей:

накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);

накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД);

накопители на магнитной ленте (НМЛ);

накопители CD-ROM, CD-RW, DVD.

Накопи́тель на жёстких магни́тных ди́сках -устройство хранения информации произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров.
Информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины

Диске́та, ги́бкий магни́тный диск - портативный сменный носитель информации, используемый для многократной записи и хранения данных. Представляет собой помещённый в защитный пластиковый корпус диск,. Для считывания дискет используется дисковод. Дискеты обычно имеют функцию защиты от записи, посредством которой можно предоставить доступ к данным только в режиме чтения.

CD-ROM - разновидность компакт-дисков с записанными на них данными, доступными только для чтения. Диски CD-ROM - популярное и самое дешёвое средство для распространения программного обеспечения, компьютерных игр,мультимедиа

И прочих данных.

Флеш-память - разновидность полупроводниковой технологии электрически перепрограммируемой памяти. Это же слово используется в электронной схемотехнике для обозначения технологически законченных решенийпостоянных запоминающих устройств в виде микросхем на базе этой полупроводниковой технологии. В быту это словосочетание закрепилось за широким классом твердотельных устройств хранения информации.

Логический диск - это часть долговременной памяти компьютера, предназначенная для хранения на жестком диске информации. Логические диски применяются для систематизации данных, находящихся на жестком диске и облегчения работы с информацией.

«Логический диск» является противоположностью «физического диска», под которым понимается память какого-либо конкретного дискового носителя.

Логическим диском может быть весь винчестер, но для удобства работы с информацией, а также для обеспечения большей безопасности, жесткий диск обычно разбивают на разделы. Для системного раздела рекомендуется оставлять определенный процент от всего объема жесткого диска. Винчестер – это физическое устройство, которое можно увидеть и потрогать руками. А логический диск просто не существует физически, это лишь один из разделов винчестера.

Обычно, включая компьютер, мы даже не задумываемся о том, какие процессы происходят внутри него во время загрузки. Однако то, что на первый взгляд кажется простой процедурой, на самом деле содержит в себе множество сложнейших вычислений. При включении задействуются все основные составляющие компьютера: материнская плата, процессор, память - внутренняя и внешняя и т. д. Подробнее о каждой из перечисленных составляющих компьютера, а также об эволюции сменных носителей можно будет узнать, просмотрев данный урок.

Она находится в системном блоке. На ней располагается центральный процессор (ЦП), контроллеры (например, управления памяти, управления внешними устройствами). Материнская плата - это сложная многослойная печатная плата, на которой устанавливаются основные компоненты персонального компьютера либо сервера начального уровня.

К ней подсоединяется такие модули компьютера, как центральный процессор, контроллер оперативной памяти (ОЗУ и ПЗУ), контроллеры базовых элементов ввода-вывода (BIOS). Материнская плата непосредственно определяет и координирует работу таких различных по своей сути и функциональности комплектующих, как процессор, оперативная память, платы расширения и различные накопители данных.

Также в материнскую плату встроен генератор тактовой частоты, который синхронизирует работу всех устройств компьютера (Рис. 2).

Рис. 2. Микросхема тактового генератора, установленного в ноутбуке ()

Такт - это промежуток времени между двумя импульсами генератора тактовой частоты. Для выполнения одной элементарной операции необходимы несколько тактов. Тактовая частота первых ПК составляла 4,77 МГц. Современные компьютеры имеют частоту 2,5 ГГц. Важная характеристика материнской платы - это ее производительность. Она определяется тактовой частотой и разрядностью данных, передаваемых одновременно по общей шине. По общей шине передаются управляемые сигналы от процессора к другим устройствам компьютера. Архитектура, производительность материнских плат постоянно совершенствуется. Увеличивается количество портов.

Порт - это многоразрядный вход и выход, через который подключаются другие устройства компьютера. Эти порты выводятся на заднюю, переднюю либо боковую панель системного блока. Наиболее известные порты - это LPT-порт (параллельный), COM-порт (последовательный). Через эти порты подключаются принтеры, мыши, клавиатуры и т. д., но со временем появился USB-порт (Universal Serial Bus), к которому стали подключать все эти устройства.

Рис. 3. Различные порты компьютера ()

Основной составляющей материнской платы является процессор (Рис. 4). Он отвечает за обработку информации и управления всеми модулями компьютера. Без него невозможна работа современного ПК.

Центральный процессор (ЦП; также центральное процессорное устройство - ЦПУ; англ. central processing unit, CPU, дословно - «центральное обрабатывающее устройство») - электронный блок либо интегральная схема (микропроцессор), исполняющая машинные инструкции (код программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера.

Производительность процессора характеризуется такими параметрами:

• степень интеграции;
• внутренняя и внешняя разрядность обрабатываемых данных;
• тактовая частота;
• память, к которой может адресоваться ЦП.

Степень интеграции микросхемы показывает, сколько транзисторов (самый простой элемент любой микросхемы) может поместиться на единице площади. Для процессора Pentium Intel эта величина составляет приблизительно 3 млн на 3,5 кв. см, у Pentium Pro - 5,5 млн.

Внутренняя разрядность процессора определяет, какое количество бит он может обрабатывать одновременно при выполнении арифметических операций (в зависимости от поколения процессоров - от 8 до 32 бит).

Внешняя разрядность процессора определяет, сколько бит одновременно он может принимать или передавать во внешние устройства (от 16 до 64 бит в современных процессорах).

Тактовая частота определяет быстродействие процессора. Для процессора различают внутреннюю (собственную) тактовую частоту (с таким быстродействием выполняются внутренние простейшие операции) и внешнюю (определяет скорость передачи данных по внешней шине).

Количество адресов оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), доступное процессору, определяется разрядностью адресной шины.

Рис. 4. Центральный процессор персонального компьютера ()

Для теплоотвода и предотвращения перегрева микропроцессора, применяются пассивные радиаторы либо так называемые кулеры. Кулер - система воздушного охлаждения - совокупности вентилятора и радиатора, устанавливаемых на электронные компоненты компьютера с повышенным тепловыделением (центральный процессор, графический процессор, микросхемы чипсета, блок питания).

Большинство современных процессоров для персональных компьютеров основаны на той или иной версии циклического процесса последовательной обработки данных, изобретенного Джоном фон Нейманом.

Еще одним важным модулем компьютера является память . Она делится на внутреннюю и внешнюю . К внутренней памяти относится прежде всего постоянная память (или ПЗУ - постоянно запоминающее устройство, ROM - Read-only memory). Примером такой памяти является модуль BIOS. В него внедрена программа тестирования компьютера и первичной загрузки ОС.

Также к внутренней памяти относится оперативная память. Ее называют ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) или RAM (random access memory) (Рис. 5).

Рис. 5. Оперативная память персонального компьютера ()

Оперативная память (англ. Random Access Memory, память с произвольным доступом; комп. жарг. «память», «оперативка») - энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой временно хранятся данные и команды, необходимые процессору для выполнения им операции (Рис. 6). 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, вновь могут быть загружены в память. От объема оперативной памяти зависит количество задач, которые одновременно может выполнять компьютер.

Рис. 6. Простейшая схема взаимодействия оперативной памяти с центральным процессором ()

Кроме внутренней памяти есть еще и внешняя. Внутренняя память (кроме постоянной) энергозависима. Для того чтобы сохранить результат работы за компьютером, используют внешнюю память. Она не такая быстрая по сравнению с оперативной, но их объемы несопоставимы. По аналогии с указанными выше свойствами внутренней памяти свойства внешней памяти можно описать так:

• внешняя память энергонезависима . Информация в ней сохраняется независимо от того, включен или выключен компьютер, вставлен носитель в компьютер или лежит на столе;
• внешняя память медленнее по сравнению с оперативной; в порядке возрастания скорости чтения/записи информации, устройства внешней памяти располагаются так: магнитные ленты - магнитные диски - оптические диски;
• объем информации, помещающейся во внешней памяти, больше, чем во внутренней; а с учетом возможности смены носителей неограничен.

Носителями внешней памяти являются различные диски: жесткие, гибкие, оптические. Первыми носителями были гибкие диски (дискеты). Это портативный сменный носитель информации, используемый для многократной записи и хранения данных. Представляет собой помещенный в защитный пластиковый корпус диск, покрытый ферромагнитным слоем (Рис. 7).

Рис. 7. Дискета в разобранном виде ()

При внимательном рассмотрении дискеты мы можем заметить дорожки. Перед использованием дискета форматируется. Форматирование дискеты заключается в разметке чистой дискеты на круговые дорожки и сектора. Чтобы начать работать с чистой дискетой, ее нужно сначала отформатировать, разметить. Отформатированная дискета имеет специальные, невидимые для пользователя во время работы разметочные записи. Вся дискета разбивается на круговые дорожки, а дорожки - на сектора. Стандартные трехдюймовые дискеты форматируются на 1,44 Мбайт.

Для считывания информации с дискет используется дисковод. На многих современных компьютерах он уже редко входит в полную комплектацию. Дискеты обычно имеют функцию защиты от записи, посредством которой можно предоставить доступ к данным только в режиме чтения. Дискеты были массово распространены начиная с 1970-х и до конца 1990-х годов (Рис. 8.), уступив место более емким и удобным CD и DVD-накопителям.

Рис. 8. Различные виды гибких дисков, начиная от самых первых моделей и заканчивая современными ()

Еще одним из устройств внешней памяти является жесткий диск . Также его иногда называют винчестер, винт.

Жесткий диск - запоминающее устройство (устройство хранения информации) произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве современных компьютеров (Рис. 9).

Рис. 9. Жесткий диск, вид изнутри ()

Конструкция винчестера представляет собой совокупность металлических дисков, которые покрыты особым веществом, способным сохранять влияние магнитного поля. Современные жесткие диски имеют от 1 до 3 таких дисков. Эти диски надежно сбалансированы и имеют гладкую поверхность из-за большой скорости их вращения. Запись на диск осуществляется специальными магнитными головками, обычно по одной с каждой стороны диска. Они реагируют на изменение магнитного поля через изменение силы тока, который возбуждается в головке. Сигнал считывается и преобразуется в цифровую форму.

Основными характеристиками жестких дисков являются:

• интерфейс (техническое средство взаимодействия 2-х разных устройств);
• емкость (количество данных, которые могут храниться накопителем);
• физический размер (размеры креплений и т. д.);
• время произвольного доступа (среднее время, за которое винчестер выполняет операцию позиционирования головки чтения/записи на произвольный участок магнитного диска);
• скорость вращения шпинделя (количество оборотов шпинделя в минуту);
• надежность (определяется как среднее время наработки на отказ);
• количество операций ввода-вывода в секунду;
• объем буфера (промежуточной памяти, предназначенной для сглаживания различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу).

По причине того, что жесткие диски являются прежде всего стационарными, т. к. очень чувствительны к любым воздействиям извне (удары, падения и т. д.), на смену им пришли внешние жесткие диски, которые подключаются к системному блоку через USB-порт и на которых можно переносить большие объемы информации. Объем таких дисков может быть от нескольких десятков гигабайт до нескольких терабайт. Объемы носителей внешней памяти постоянно растут. Помимо объема, важной характеристикой внешней памяти являются их физические размеры. Такая характеристика называется форм-фактор. Чем меньше физические размеры носителя, тем меньше потребляемая мощность.

На сегодняшний день все более популярными становится такой вид носителей информации как USB -флеш-накопитель , или по-простому «флешка» .

USB-флеш-накопитель - запоминающее устройство, использующее в качестве носителя флеш-память и подключаемое к компьютеру или иному считывающему устройству по интерфейсу USB.

Основное назначение USB-накопителей - хранение, перенос и обмен данными, резервное копирование, загрузка операционных систем (LiveUSB) и др. USB-флешки обычно съемные и перезаписываемые.

Флешка состоит из следующих частей (Рис. 10):

• USB-интерфейс (Стандарт-А) - обеспечивает физическое соединение с компьютером;
• контроллер - небольшой микроконтроллер со встроенными ROM и RAM.
• NAND-чип - хранит информацию;
• осциллятор - генерирует синхронизирующий сигнал (12 МГц) и управляет выводом данных;
• на большинстве флешек используется файловая система FAT12, FAT16, FAT32, или ExFat.

Рис. 10. Устройство USB-флеш-накопителя ()

Обычно устройство имеет вытянутую форму и съемный колпачок, прикрывающий разъем (Рис. 11). Современные флешки могут иметь самые разные размеры и способы защиты разъема. Обычный размер - 3-5 см, вес - меньше 60 г. Объем памяти на флешках постоянно растет. Если не так давно предельными значениями объема памяти для флешки считались 2 Гб, 4 Гб, то сейчас эти значения выросли до 32 Гб, 64 Гб. Безусловно, с развитием технологий растет и объем памяти флеш-накопителей.

Рис. 11. Внешний вид USB-флеш-накопителя ()

Современные компьютеры оснащены дисководами (Рис. 12) для чтения компакт-дисков. Это могут быть CD -диски и DVD -диски.

Рис. 12. Оптический привод современных CD и DVD дисков ()

Оптический привод - устройство, имеющее механическую составляющую, управляемую электронной схемой, и предназначенное для считывания и (в некоторых моделях) записи информации с оптических носителей информации в виде пластикового диска с отверстием в центре (компакт-диск, DVD и т. д.); процесс считывания/записи информации с диска осуществляется при помощи лазера.

Компакт-диск (CD -диск , англ. Compact Disc) - оптический носитель информации в виде пластикового диска с отверстием в центре. Дальнейшим развитием компакт-дисков стали DVD и Blu-ray, прообразом стала граммофонная пластинка.

Первыми появились CD - ROM (Compact Disc Read-Only Memory) (Рис. 13), т. е. устройство только для чтения. В скором времени это перестало соответствовать действительности, т. к. появились пишущие CD-ROM, на них можно было, кроме чтения, осуществлять запись информации. Точно также получилось и при появлении DVD - ROM - вначале были только читаемые DVD-приводы, а затем появились записывающие.

Внешних отличий у этих двух видов носителей информации не так много. Однако, помимо всего того, что умеет делать CD-ROM, DVD-ROM способен читать DVD-диски различных форматов. Принципы записи DVD- и CD-R-форматов во многом схожи. Самое основное отличие - это, естественно, размер записываемой информации. Если на обычный CD-диск можно записать до 800 Мб, то на один DVD-диск можно записать от 4,7 Гб.

В DVD употребляется лазер с наименьшей длиной волны, что позволило значительно прирастить плотность записи. Кроме этого, DVD предполагает возможность двухслойной записи информации, другими словами, на поверхности компакта находится один слой, поверх которого наносится очередной, полупрозрачный, и 1-й считывается через 2-й параллельно.

Список литературы

1. Босова Л.Л. Информатика и ИКТ: Учебник для 8 класса. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012.

2. Босова Л.Л. Информатика: Рабочая тетрадь для 8 класса. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010.

3. В.И. Левин, Носители информации в цифровом веке. - КомпьютерПресс, 2000., 256 стр.

4. Танненбаум Э. Архитектура компьютера. - 5-е изд. - СПб.: Питер, 2007. - 844 с.

2. Интернет-сайт «КомпьютерПресс» ()

3. Интернет-сайт informatika.sch880.ru ()

Домашнее задание

1. Глава 2, §2.1, 2.2. Босова Л.Л. Информатика и ИКТ: Учебник для 8 класса. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012.

2. Какая составляющая является центральной частью ПК? Опишите ее основные функции.

3. Как называются входы и выходы, при помощи которых различные устройства подключаются к компьютеру?

4. Какие функции выполняет центральный процессор ПК?

5. Для чего компьютеру нужны два вида памяти: внешняя и внутренняя?

6. Назовите устройства внешней памяти компьютера.

7. Какие существуют типы оптических дисков?