Запоминающие устройства: классификация, принцип работы, основные характеристики
2.3.1. Параметры и основные характеристики запоминающих устройств
Информация в ПК хранится в электронной памяти.
Запоминающие устройства (ЗУ) ЭВМ – это совокупность устройств, обеспечивающих хранение и передачу данных. Основные операции, выполняемые запоминающими устройствами, – запись и считывание информации, в совокупности называют обращением к памяти.
Запоминающие устройства (ЗУ) служат для хранения информации и обмена ею с другими цифровыми устройствами. Память компьютера дискретна, она состоит изотдельных ячеек. Наименьший запоминающий элемент (ЗЭ) памяти — бит — двоичный разряд. В нем хранится двоичный код (0 или 1). Восемь последовательных двоичных разрядов составляют байт. Максимальное количество байтов, которое может быть одновременно обработано командой процессора, машинное слово или запоминающая ячейка (ЗЯ), длина которого определяется разрядностью процессора
Объем памяти компьютера измеряется в байтах и их производных: килобайтах (1 Кб = 1024 б), мегабайтах (1Мб = 1024 Кб), гигабайтах (1Гб = = 1024 Мб) и т. д.
Основные характеристики запоминающих устройств:
· информационная емкость - максимально возможный объем хранимой информации. Выражается в битах или машинных словах
· быстродействие (производительность) ЗУ оценивают временами считывания, записи и длительностями циклов чтения/записи. Время считывания - интервал между моментами появления сигнала чтения и слова на выходе ЗУ. Время записи - интервал после появления сигнала записи, достаточный для установления ЗЯ в состояние, задаваемое входным словом;
Память компьютера имеет многоуровневый характер. Такое сочетание запоминающих систем называется иерархией памяти компьютера.
В наиболее развитой иерархии памяти ЭВМ можно выделить следующие уровни:
1) регистровые ЗУ, находящиеся в составе процессора или других устройств (т.е. внутренние для этих блоков), благодаря которым уменьшается число обращений к другим уровням памяти, реализованным вне процессора и требующим большего времени для операций обмена информацией;
2) кэш - память, служащая для хранения копий информации, используемой в текущих операциях обмена. Высокое быстродействие кэш - памяти повышает производительность ЭВМ;
3) основная память (оперативная, постоянная, полупостоянная), работающая в режиме непосредственного обмена с процессором и по возможности согласованная с ним по быстродействию. Исполняемый в текущий момент фрагмент программы обязательно находится в основной памяти;
4) специализированные виды памяти, характерные для некоторых специфических архитектур (многопортовые, ассоциативные, видеопамять и др.);
5) внешняя память, хранящая большие объемы информации. Эта память обычно реализуется на основе устройств с подвижным носителем информации (магнитные и оптические диски, магнитные ленты и др.).
Память компьютера по способу организации и использования можно разделить на внутреннюю и внешнюю.
2.3.2. Внутренняя память (ОЗУ, ПЗУ, кэш), ее назначение и принцип работы
Внутренняя память компьютера включает в себя оперативную память, постоянную память, кэш-память.
Оперативная память (оперативное запоминающее устройство — ОЗУ или Random Access Memory — RAM) — энергозависимое, быстродействующее запоминающее устройство, предназначенное для хранения информации (программ и данных), непосредственно участвующей в вычислительном процессе на текущем этапе функционирования ПК. ОЗУ — энергозависимая память: при отключении напряжения питания информация, хранящаяся в ней, теряется.
Постоянная память (постоянное запоминающее устройство — ПЗУ или Read Only Memory — ROM) используется для хранения неизменяемой информации: загрузочные программы ОС, программы тестирования устройств компьютера и некоторых драйверов базовой системы ввода-вывода (BIOS -Basic Input-Output System) и др. Из ПЗУ можно только считывать информацию.
Существуют также перепрограммируемые ПЗУ (ППЗУ), в которых информация может перезаписываться несколько раз в процессе эксплуатации. ППЗУ применяются в тех случаях, когда необходима модификация программы или функций самой системы.
Кэш-память — высокоскоростная память сравнительно большой емкости, которая является буфером между оперативной памятью и микропроцессором и позволяющая увеличить скорость выполнения операций. В кэш-памяти хранятся данные, которые микропроцессор получил и будет использовать в ближайшие такты своей работы. Современные микропроцессоры, начиная от МП 80486, имеют свою встроенную кэш-память (или кэш-память 1-го уровня). Кэш-память 2-го уровня размещается на материнской плате вне микропроцессора и хранит данные и результаты, обрабатываемые процессором в текущий момент времени.
2.3.3. Внешние запоминающие устройства, назначение и принцип работы
Внешняя память компьютера предназначена для долговременного хранения информации. Внешние ЗУ также называют накопителем.
Накопители бывают внешними (собственный корпус и источник питания), встроенными в корпус компьютера, со сменными и несменными носителями, с носителями разной формы (диски, ленты). Накопители имеют разные характеристики: максимально возможный объем хранимой информации, время доступа.
Накопители на магнитных лентах называются стримерами. В современных стримерах используются специальные кассеты (картриджи) с магнитной лентой. Стримеры имеют разные стандарты, определяющие интерфейс с компьютером, формат магнитной ленты, методы кодирования и сжатия.
Жесткие несменные диски называются винчестерами. Они представляют собой систему, состоящую из механического привода головок чтения-записи, нескольких носителей и контроллера, обеспечивающего работу всего устройства. Магнитная головка (несколько магнитных головок в специальном позиционере) является одной из наиболее важных частей устройства. Носитель информации состоит из нескольких дисков, каждый из которых имеет две рабочие поверхности. При записи информации используются магнитные свойства слоя, нанесенного на поверхность.
Магнитооптические диски имеют различную емкость от 128 Мбайт до 640 Мбайт. Запись производится после нагревания лазером магнитного слоя до определенной температуры. Надежность хранения информации обеспечивается тем, что при обычной температуре информация не подвержена действию внешних магнитных полей.
Устройства CD-ROM используют носители емкостью до 650 Мбайт, представляющие собой диски со светоотражающим слоем на одной стороне, где хранится информация. На диск нанесена дорожка-спираль от центра к краю диска, состоящая из отражающих и не отражающих свет точек; считывание производится лазерным лучом.
Накопители CD-R позволяют лишь однократно записывать информацию на диски. Луч лазера прожигает пленку на поверхности диска, меняя его отражающую способность. Перезапись при этом невозможна. Такие диски считываются на любом приводе CD-ROM.
Накопители CD-RW позволяют делать многократную запись на диск. Здесь используются свойство рабочего слоя переходить под воздействием лазерного луча в кристаллическое или аморфное состояние, имеющие разную отражательную способность.
Накопители DVD предназначены для хранения видео, аудио, высокого качества, компьютерной информации большого объема. Плотность записи выше, чем у обычных CD-ROM.+
Накопители DVD-RAM позволяют записывать и перезаписывать информацию.
Накопители на сменных жестких дисках используют технологию винчестеров. Параметры таких устройств приближаются к параметрам устройств с жесткими несъемными дисками.
Флэш-память. Модули или карты флэш-памяти устанавливаются прямо в разъемы материнской платы. Флэш-память обладает рядом преимуществ в использовании: высокая надежность и ударопрочность, малое энергопотребление. Одним из основных преимуществ флэш-памяти является ее компактность, поэтому она удобна для хранения и переноса данных.