Устройства хранения информации ПК

Рис. 9 Магнитно-оптический диск

Если вам требуется  средство для долговременного хранения данных, использование магнитных  носителей, чувствительных к сотрясениям, магнитным и электрическим полям, - не слишком надежное решение. В  этом случае стоит присмотреться  к оптическим накопителям. Дисководы CD-R, к примеру, предполагают использование  наиболее универсальных носителей, а также самую низкую цену хранения одного мегабайта информации. Однако использование технологии однократной  записи не позволяет стирать ненужные данные и записывать новые. Кроме  того, для записи на диски CD-ROM требуются  значительные системные ресурсы, что  делает такой подход не всегда приемлемым. Кроме дисководов CD-R есть еще один тип надежных устройств хранения информации - это магнитооптические устройства. Хотя случайный магнитный импульс может мгновенно уничтожить данные, записанные на гибких или жестких дисках, это не составит проблемы при использовании оптических накопителей, в которых вместо намагничивания при записи и считывании применяются лазерные лучи. Как следствие, они более эффективны для долговременного хранения данных или безопасной пересылки больших файлов по почте.

 

 

 

2. Внутренние устройства хранения данных ПК

2.1 Оперативная память

Оперативная память (RAM – random access memory, ОЗУ) – устройство,  предназначенное для хранения обрабатываемой информации (данных) и программ, управляющих процессом обработки информации. Конструктивно представляет собой набор микросхем, размещенных на одной небольшой плате (модуль, планка). Модуль (модули) оперативной памяти вставляется в соответствующий разъем материнской платы, позволяя таким образом связываться с другими устройствами ПК.

Рис. 10 Оперативная память

Для того чтобы какая-либо программа  начала свое выполнение, она должна быть загружена в оперативную  память. Оперативная память является энергозависимой, т.е. хранит информацию, пока компьютер включен. В оперативную  память программа и данные для  ее работы попадают из других устройств, загружаются из внешней памяти, энергонезависимых  устройств памяти (жесткий диск, компакт-диск и т.д.).

Оперативная память хранит загруженную, выполняющуюся сей момент программу  и данные, которые с ее помощью  обрабатываются. Если после обработки предполагается дальнейшее использование данных то копию этого документа из оперативной памяти можно записать на одном из устройств внешней памяти (например, на жестком диске), создав на жестком диске файл, хранящий документ. Для того, чтобы технически осуществить процесс загрузки программы в оперативную память нужна программа-посредник между “железом” и человеком - операционная система. Операционная система (ОС) тоже должна быть загружена в оперативную память, но ОС загружается автоматически при включении компьютера. После ее загрузки можно использовать инструменты, предназначенные для загрузки других программ.

Основные характеристики:

• объем памяти определяется максимальным количеством информации, которая может быть помещена в эту память, и выражается в килобайтах, мегабайтах, гигабайтах;
• время доступа к памяти (секунды) представляет собой минимальное время, достаточное для размещения в памяти единицы информации;
• плотность записи информации (бит/см²) представляет собой количество информации, записанной на единице поверхности носителя.

Оперативная память изготавливается  в виде небольших печатных плат с  рядами контактов, на которых размещаются  интегральные схемы памяти (модули памяти). Модули памяти различаются  по размеру и количеству контактов (SIMM или DIMM), по быстродействию, по объему. Важнейшей характеристикой модулей  оперативной памяти является быстродействие – частота, с которой считывается  или записывается информация в ячейки памяти. Современные модули памяти имеют частоту 133 МГц и выше. Оперативная  память состоит из огромного количества ячеек (десятки миллионов), в каждой из которых хранится определенная информация. От объема оперативной памяти зависит, сможет ли компьютер работать с той  или иной программой. При недостаточном  количестве памяти программы либо совсем не будут работать, либо будут работать медленно. Типичный современный компьютер имеет 256 или 512 Мб оперативной памяти.

2.2 Кэш-память

Кэш-память (с английского cash – запас) – устройство, имеющее очень короткое время доступа к данным. Встроенная в микросхему сверхбыстрая память. Обычно имеет размер 256 или 512 Кбайт, в мощных компьютерах до 1Гб и более.

В современных материнских  платах применяется конвейерный  кэш с блочным доступом (Pipelined Burst Cache). В кэш-памяти хранятся копии блоков данных тех областей оперативной памяти, к которым выполнялись последние обращения, и весьма вероятны обращения в ближайшие такты работы — быстрый доступ к этим данным и позволяет сократить время выполнения очередных команд программы. При выполнении программы данные, считанные из ОП с небольшим опережением, записываются в кэш-память. В кэш-память записываются и результаты операций, выполненных в МП.

По принципу записи результатов  в оперативную память различают  два типа кэш-памяти:

• в кэш-памяти «с обратной записью» результаты операций, прежде чем их записать в ОП, фиксируются, а затем контроллер кэш-памяти самостоятельно перезаписывает эти данные в ОП;
• в кэш-памяти «со сквозной записью» результаты операций одновременно, параллельно записываются и в кэш-память, и в ОП.

Микропроцессоры начиная от МП 80486 обладают встроенной в основное ядро МП кэш-памятью (или кэш-памятью 1-го уровня - L1), чем и обусловливается их высокая производительность. Микропроцессоры Pentium имеют кэш-память отдельно для данных и отдельно для команд: у Pentium емкость этой памяти небольшая - по 8 Кбайт, у Pentium MMX - по 16 Кбайт. У Pentium Pro и выше кроме кэш-памяти 1-го уровня есть и встроенная на микропроцессорную плату кэш-память 2-го уровня (L2) емкостью от 128 Кбайт до 2048 Кбайт. Эта встроенная кэш-память работает либо на полной тактовой частоте МП, либо на его половинной тактовой частоте.

Следует иметь в виду, что для всех МП может использоваться дополнительная кэш-память 2-го (L2) или 3-го (L3) уровня, размещаемая на материнской  плате вне МП, емкость которой  может достигать нескольких мегабайтов (кэш на MB относится к уровню 3, если МП, установленный на этой плате, имеет кэш 2-го уровня). Время обращения  к кэш-памяти зависит от тактовой частоты, на которой кэш работает, и составляет обычно 1-2 такта. Так, для  кэш-памяти L1 МП Pentium характерно время обращения 2-5 нс, для кэш-памяти L2 и L3 это время доходит до 10 нс. Пропускная способность кэш-памяти зависит и от времени обращения, и от пропускной способности интерфейса и лежит в широких пределах от 300 до 3000 Мбайт/с.

Использование кэш-памяти существенно  увеличивает производительность системы. Чем больше размер кэш-памяти, тем  выше быстродействие, но эта зависимость  нелинейная. Имеет место постепенное  уменьшение скорости роста общей  производительности компьютера с ростом размера кэш-памяти. Для современных  ПК рост производительности, как правило, практически прекращается после 1 Мбайт  кэш-памяти L2. Создается кэш-память на основе микросхем статической  памяти.

2.3 CMOS-память

CMOS-память (изготовленная по технологии CMOS – complementary metal – oxide semiconductor) предназначена для длительного хранения данных о конфигурации и настройке компьютера (дата, время, пароль), в том числе и когда питание компьютера выключено. Для этого используют специальные электронные схемы со средним быстродействием, но очень малым энергопотреблением, питаемые от специального аккумулятора, установленного на материнской плате. Это полупостоянная память. Питается от батарейки, поэтому сохраняет информацию и при полном отключении питания компьютера.

В компьютерах на базе процессоров 80386 и 80486 размер CMOS-памяти значительно больше. Там хранится значение тактовой частоты процессора, количество тактов ожидания при обращении к оперативной памяти и другие значения, сильно влияющие на производительность компьютера.

Некоторые компьютеры хранят в CMOS-памяти пароль, запрашиваемый сразу  при включении питания. Задав  пароль, вы можете ограничить доступ к  компьютеру. Вам надо быть очень  осторожным при задании пароля. В  случае если вы его забудете, вам  придется повозиться, чтобы загрузить  компьютер. Для удаления пароля и  для заполнения CMOS-памяти значениями, принятыми по умолчанию (они хранятся в ПЗУ), можно временно отключить  питание (аккумулятор) от микросхемы часов, содержащей CMOS-память. Если аккумулятор  расположен непосредственно в микросхеме часов, отключить ее питание не получится. В этом случае следует обратиться к документации на системную плату. Иногда, чтобы сбросить содержимое CMOS-памяти достаточно на некоторое  время снять специальную перемычку  на системной плате.

Задавать все параметры  компьютера, сохраняемые в CMOS RAM, позволяет  программа BIOS Setup, вызвать которую можно путем нажатия назначенных клавиш во время процедуры начальной загрузки компьютера (информация об этом всегда выводится на экран). В современных компьютерах данная программа предлагает довольно удобный и наглядный интерфейс пользователя с привычными меню.

Чтобы прочитать и изменить данные, записанные в CMOS-памяти, вы должны воспользоваться программой BIOS Setup. Эта программа хранится непосредственно в ПЗУ BIOS компьютера или поставляться вместе с компьютером на отдельной дискете в виде обычной программы для операционной системы MS-DOS. Если программа BIOS Setup записана в ПЗУ BIOS, то ее можно запустить только при включении компьютера. Для этого требуется нажать специальную клавишу, обычно клавишу <Del>, сразу после окончания первоначальной процедуры тестирования POST. Какую конкретно клавишу надо нажать для запуска программы Setup, зависит от производителя BIOS.

2.4 BIOS

BIOS - постоянная память, т.е. память, хранящая информацию при отключенном питании теоретически сколь угодно долго, в которую данные занесены при ее изготовлении. Такой вид памяти называется ROM (read only memory). BIOS (Basic Input-Output System) – базовая система ввода-вывода – содержит наборы групп команд, называемых функциями, для непосредственного управления различными устройствами ПК, их тестирования при включении питания и осуществления начального этапа загрузки операционной системы компьютера.

Рис. 11 BIOS

В BIOS содержится также программа  настройки конфигурации компьютера – SETUP. Она позволяет установить некоторые характеристики устройств  ПК. BIOS как система непосредственно  ориентирована на конкретную аппаратную реализацию компьютера и может быть различной даже в однотипных компьютерах.

 

 

 

Заключение

В настоящее время пользователь ПК располагает возможностью выбора устройств хранения информации из широчайшего спектра, предложенного на рынке компьютерной техники. Обзор таких устройств показывает наличие общих принципов действия при работе на ПК. Вместе с тем следует обращать внимание на существенные различия в технических характеристиках и условиях применения внешних запоминающих устройств. Благодаря такому разнообразию каждый пользователь осуществляет выбор средств хранения данных, исходя из рабочих требований либо собственных предпочтений.

Устройства хранения информации делятся на 2 вида: внешние (периферийные) устройства и внутренние устройства.

К внешним устройствам относятся магнитные диски, CD, DVD, BD, cтримеры, жесткий диск (винчестер), а также флэш-карта. Внешняя память дешевле внутренней, создаваемой обычно на основе полупроводников. Кроме того, большинство устройств внешней памяти может переноситься с одного компьютера на другой. Главный их недостаток в том, что они работают медленнее устройств внутренней памяти.

К внутренним устройствам относятся оперативная память, кэш-память, CMOS-память, BIOS. Главным достоинством является скорость обработки информации. Но в то же время устройства внутренней памяти довольно дорогостоящи.

Постоянный рост популярности, совершенствование технической  составляющей, увеличение емкости устройств хранения данных происходит по причине освоения современных технологий. Организация изготовления сложных компонентов внешних запоминающих устройств требует крупных финансовых и интеллектуальных затрат. Такое производство могут позволить себе только крупнейшие производители. Каждая модель одного производителя имеет свои, только ей присущие особенности.

Список использованной литературы

1. Архитектура компьютерных систем и сетей: Учеб. пособие / Т. П. Барановская, В. И. Лойко и др.; под ред. В. И. Лойко. – М.: Финансы и статистика, 2011. – 256 с.
2. Бройдо В. Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебное пособие / В. Л. Бройдо. – СПб.: Питер, 2004. – 703 с.
3. Информатика: Учеб. пособие для студ. пед. вузов / А. В. Могилев, Н. И. Пак, Е. К. Хеннер; Под ред. Е. К. Хеннера. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательский центр «Академия», 2010. - 848 с.
4. Кузин А. В. Компьютерные сети: учебное пособие / А. В. Кузин, В. М. Дёмин. – М.: ФОРУМ, 2009. – 192 с.
5. Максимов Н. В. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем / Н. В. Максимов, Т. Л. Партыка, И. И. Попов. – М.: Инфра-М, 2010. – 512 с.
6. Мелехин В. Ф., Павловский Е. Г. Вычислительные машины, системы и сети. Учебник. - М.: Академия, 2009. – 560 с.
7. Партыка Т. Л. Периферийные устройства вычислительной техники: Учебное пособие. – М.: Форум, 2009. – 432 с.
8. Петров В. Н. Информационные системы: учебное пособие / В. Н. Петров. – СПб.: Питер, 2012. – 688 с.
9. Пятибратов А. П., Гудыно Л. П., Кириченко А. А. Вычислительные машины, сети и телекоммуникационные системы. - М.: ЕАОИ, 2009. – 292 с.
10. Таненбаум Э. Компьютерные сети / Э. Таненбаум. – СПб.: Питер, 2005. – 992 с.