Для повышения производительности центрального процессора и всего компьютера в целом включаются дополнительные шины, связывающие напрямую процессор и отдельные наиболее быстродействующие устройства.
В персональных компьютерах фирмы IBM применяются общие шины, имеющие сле- дующие характеристики:
§общая шина PCI (Peripheral Component Interconnect) с тактовой частотой 66
Мгц, шириной шины адреса – 32, шины данных – 64 разряда, пропускной спо- собностью 528 Мбайт/с;
§общая шина PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association)
с параметрами, аналогичными шины PCI. Используется в переносных компью- терах класса ноутбук.
2.7.4. Внешние запоминающие устройства. Внешние запоминающие устройства
(ВЗУ) обеспечивают долговременное хранение программ и данных. Все эти устройства об- ладают большим объёмом сохраняемой информации и являются энергонезависимыми. Уст- ройства внешней памяти весьма разнообразны. Их можно классифицировать по целому ряду признаков: по виду носителя, типу конструкции, по принципу записи и считывания инфор- мации, методу доступа и т. п. Наиболее распространены следующие типы ВЗУ: накопители на магнитных дисках (НМД); их разновидности – накопители на гибких магнитных дисках (НГМД) и накопители на жёстких магнитных дисках (НЖМД); накопители на магнитных лентах (НМЛ); накопители на оптических дисках (НОД).
|
|
|
|
дорожка |
У магнитных дисков в качестве запоминающей сре- |
|
|
|
|
(трек) |
ды используются магнитные материалы с прямоугольной |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
петлёй гистерезиса, позволяющие фиксировать два магнит- |
|
|
|
|
|
ных состояния, т. е. два (противоположных) направления |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
намагниченности. Устройство для чтения и записи инфор- |
|
|
|
|
|
мации на магнитном диске называется дисководом. Все |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
магнитные диски характеризуются своим диаметром. Этот |
сектор |
|
|
кластер |
параметр называется форм-фактором. Информация на диск |
|
|
|
записывается и считывается магнитной головкой, которая |
|||
|
|
|
|
|
перемещается радиально с фиксированным шагом, а сам |
|
|
|
|
|
|
Рис.2.11. Структура поверхности |
диск при этом вращается вокруг своей оси с переменной |
||||
|
|
магнитного диска |
угловой скоростью (с постоянной линейной, см рис. 2.11). |
||
Информация на диске расположена на концентрических окружностях – дорожках (треках). Количество дорожек и их ёмкость зависит от типа магнитного диска, качества головок и магнитного покрытия. Каждая дорожка разбита на сектора. В одном секторе дорожки может быть помещено 128, 256, 512 или 1024 байта (обычно 512) данных. Обмен данными осуще- ствляется последовательно целым числом секторов. Кластер – это минимальная единица размещения информации на диске, состоящая из одного или нескольких смежных секторов дорожки. Поле памяти, отводимое каждому файлу, выделяется кратным определённому ко- личеству кластеров, которые могут находиться в любом свободном месте дисковой памяти и необязательно являться смежными. Файлы, хранящиеся в разбросанных по диску кластерах,
называются фрагментированными.
Физическая структура диска определяется количеством дорожек и числом секторов на каждой дорожке. Она задаётся при форматировании диска по специальной программе. Кроме физической структуры различают ещё и логическую структуру диска. Логическая структура определяется файловой системой, реализованной на диске. Эта структура подразумевает вы-
деление некоторого количества секторов для выполнения служебных функций размещения файлов и каталогов на диске.
Основа дисков изготавливается из алюминия и керамики, на которые наносится маг- нитный слой. Магнитные диски бывают гибкими и жёсткими. Гибкий диск (англ. floppy disk) или дискета – носитель небольшого объема информации, представляющий собой гибкий пластиковый диск в защитной оболочке. Используется для переноса данных с одного ком-
72
пьютера на другой и для распространения программного обеспечения. Гибкие диски имеют |
|
объём хранимой информации 1.44÷2.88 Мбайт. Наибольшее распространение получили гиб- |
|
кие диски с форм-фактором 3.5 дюйма, но существуют диски с форм-факторами 5.25 и 1.8 |
|
дюйма. |
|
Накопители на жёстких дисках (англ. HDD – Hard Disk Drive) – это наиболее массо- |
|
вое запоминающее устройство большой ёмкости, в котором носителями информации явля- |
|
ются круглые алюминиевые пластины – платтеры, обе поверхности которых покрыты сло- |
|
ем магнитного материала. Используются для постоянного хранения информации – программ |
|
и данных. Такие диски получили название “винчестер”. Этот термин возник из жаргонного |
|
названия первой модели жёсткого диска ёмкостью 16 Кбайт (IBM, 1973 г.), имевшего 30 до- |
|
рожек по 30 секторов, что случайно совпало с калибром “30/30” известного охотничьего ру- |
|
жья фирмы “Винчестер”. В настоящее время используются диски с объёмом 120000÷160000 |
|
Мбайт, причём это значение постоянно увеличивается. Максимальная ёмкость и скорость |
|
передачи данных существенно зависят от интерфейса накопителя. Для повышения скорости |
|
обмена данными некоторые жёсткие диски имеют свою кэш-память, которая может быть |
|
встроенной в дисковод или создаваться программным путем в оперативной памяти. |
|
Накопители на магнитных лентах исторически были первыми ВЗУ вычислительных |
|
машин. В универсальных ЭВМ используются накопители на бобинной магнитной ленте, а в |
|
персональных ЭВМ – накопители на кассетной магнитной ленте. Кассеты с магнитной лен- |
|
той называются катриджами. Они отличаются шириной магнитной ленты и объёмом хра- |
|
нимой информации. Сейчас ёмкости катриджей достигают 16 Гбайт. Лентопротяжные меха- |
|
низмы для катриджей носят название стриммеров. Это инерциальные механизмы, поэтому |
|
время доступа к информации в накопителях на магнитной ленте достигает десятков секунд, |
|
что позволяет использовать катриджи лишь для резервного копирования, архивации инфор- |
|
мации с жёстких дисков и хранения пакетов программ. Скорость считывания информации в |
|
стриммерах невысока и составляет около 100 Кбайт/с. |
|
Накопители на оптических дисках. Впервые компакт-диск (CD-ROM, Compact Disk |
|
300 нм |
Read Only Memory) был предложен в 1982 г. фирмами Phi- |
1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 |
lips и Sony для записи звуковой информации. Объём ин- |
|
формации, записанной на компакт-диске, составляет |
|
600÷700 Мбайт. Диск представляет собой полимерный круг |
Рис. 2.12. Профиль дорожки CD-ROM |
диаметром 12 см и толщиной 1.2 мм, на одну сторону кото- |
|
рого напылён светоотражающий слой алюминия, защищён- |
ный от повреждения слоем прозрачного лака. Толщина напыления составляет несколько де- |
|
сятитысячных долей миллиметра. Информация на диске представляется в виде последова- |
|
тельности впадин и выступов, расположенных на спиральной дорожке, выходящей из облас- |
|
ти вблизи оси диска (см. рис. 2.12). На каждом дюйме по радиусу диска размещается 16 ты- |
|
сяч витков спиральной дорожки. Запись на компакт-диск при промышленном производстве |
|
наносится в несколько этапов с помощью мощного инфракрасного лазера. |
|
CD-ROM просты и удобны в работе, имеют низкую удельную стоимость хранения |
|
данных, практически не изнашиваются, не могут быть поражены вирусами, с них невозмож- |
|
но случайно стереть информацию. С середины 1990 гг. появились устройства, позволяющие |
|
производить однократную запись на компакт-диск непосредственно на компьютере (CDR, |
|
SD-Recordable). Позднее появились компакт-диски с возможностью перезаписи (SD-RW, |
|
CD-Rewritable). Дальнейшее развитие технологий производства компакт-дисков привело к |
|
созданию дисков с высокой плотностью записи (DVD, Digital Versatile Disk). |
|
Флэш-память. Все дисковые устройства памяти имеют механические детали, надёж- |
|
ность которых недостаточна. Это привело к созданию флэш-памяти, обладающей малой |
|
энергоёмкостью, небольшими размерами и значительным объёмом. Эта память допускает |
|
неограниченное число циклов перезаписи. В ней использован новый принцип записи и счи- |
|
тывания информации. Кристалл схемы флэш-памяти состоит из трех слоёв. Средний слой |
|
изготовлен из ферроэлектрического материала, два крайних слоя представляют собой матри- |
|
73