Kandaurova_N_Vychislitelnye_sistemy_seti_i_telekommunikatsii

к невысокой плотности записи и низкому быстродействию. Для увеличения емкости магнитного диска приходилось увеличивать его размеры.

Кобальтовое покрытие наносится на поверхность диска методом напыления. При этом образуется тонкая магнитная пленка, на которую легче воздействовать для образования магнитных следов. Размеры магнитных следов уменьшились, что позволило увеличить продольную и поперечную плотности записи. Увеличение продольной плотности записи позволило увеличить емкость дорожки, а увеличение поперечной плотности записи – количество дорожек на поверхности диска. Диски той же емкости уменьшились в размерах.

Обмен данными для жестких дисков организуется с помощью одной головки чтения/записи на одну рабочую поверхность. Рабочие поверхности винчестерского диска состоят из дорожек и секторов (рисунок 21.1 а). Каждая дорожка разбита на сектора. В одном секторе дорожки может быть помещено 128, 256, 512 или 1024 байт. Для повышения скорости выполнения операций чтения/записи на жестких дисках множество смежных секторов одной и той же дорожки объединяют в группы, которые называют кластерами (cluster – группа). Обмен данными между НЖМД и ОП осуществляется кластерами. Конкретное количество секторов, входящих в кластер, зависит от используемых аппаратуры и программ. Кластер на современных жестких дисках состоит из (1-128) секторов, а сектор равен 512 байт.

Дорожки

Сектора

Рабочие	Головки
поверхности	записи/чтения
Кластер из
5-ти секторов
а)	б)

Рисунок 21.1 – Одна пластина НЖМД: а) вид сверху – дорожки, сектора, кластеры; б) вид сбоку – рабочие поверхности, головки записи/чтения

Каждое из дисковых устройств, включенных в комплект компьютера, имеет свое собственное обозначение, которое состоит из одной буквы английского алфавита и двоеточия. Жесткий диск всегда принято обозначать С:.

На практике компьютер чаще всего оснащѐн 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 ряд участков (разделов), каждый из которых ведет себя как самостоятельный

330

диск. Такие участки реального диска принято называть «логическими дисками». Суммарный объем логических дисков равен объему реального исходного диска. Выбор конкретных ѐмкостей логических дисков произволен. Если в составе компьютера имеются дополнительные реальные или логические жесткие диски, а также дисководы для CD-ROM/R/RW, DVD-R/RW или флэш-диски, то для их обозначения используются следующие по алфавиту буквы английского алфавита – D:, Е:, F: и т.д.

Каждую рабочую поверхность такой конструкции обслуживает своя головка (рисунок 21.1 б). Если в НГМД головка во время работы соприкасается с поверхностью дискеты, то в НЖМД головки во время работы находятся на небольшом расстоянии от поверхности (десятые доли микрона). При устранении контакта головки с поверхностью диска появилась возможность увеличить скорость вращения дисков и, следовательно, повысить быстродействие внешнего ЗУ.

Малое расстояние (зазор) между рабочей поверхностью и магнитной головкой должно быть защищено от пылинок, чтобы уберечь тонкий напыленный слой кобальта от стирания. Магнитная головка во время работы не должна касаться поверхности диска и в то же время должна находиться от нее на расстоянии в доли микрона. Наиболее распространенный способ удовлетворения этих условий – применение «воздушной подушки».

Запись и чтение информации на вращающемся вокруг своей оси жестком магнитном диске производится с помощью магнитных головок, которые заранее подводятся к выбранной дорожке и во время чтения-записи неподвижны. Магнитный «след» на поверхности диска, образовавшийся при работе головки на запись, создаѐт кольцевую траекторию – дорожку (trek). Дорожки, расположенные друг под другом на рабочих поверхностях всех дисков магнитного носителя, называются цилиндром.

В некоторых накопителях две крайние поверхности пакета (верхняя и нижняя) не являются рабочими – при этом сокращается размер дисковода (и емкость тоже). Иногда эти поверхности используются для размещения служебной информации.

Данные на дисках хранятся в файлах. Файл – это именованная область внешней памяти, выделенная для хранения массива данных. Таблица размещения файлов (File allocation table, FAT) отображает структуру области данных диска, т.е. текущее распределение области данных диска между файлами.

Создаваемому файлу выделяется поле памяти кратное определенному количеству кластеров. Кластеры, выделяемые одному файлу, могут находиться в любом свободном месте дисковой памяти и необязательно являются смежными. Файлы, хранящиеся в разбросанных по диску кластерах, называются фрагментированными.

Всовременных винчестерах стал использоваться метод зонной записи.

Вэтом случае все пространство диска делится на несколько зон. Причем, во

внешних зонах размещается больше секторов, а значит и данных, чем во

331

внутренних. Это, в частности, позволило увеличить емкость жестких дисков примерно на 30%.

Перед началом эксплуатации пакет магнитных дисков форматируется: на нем размечаются дорожки (ставится маркер начала дорожки и записывается ее номер); наносятся служебные зоны секто ров на дорожках. Дорожки нумеруются от 0 до n-1 (где n – общее количество дорожек) от края диска к центру. На физическом уровне сектора нумеруются от 1 до m.

Для записи/чтения информации контроллеру НЖМД передается адрес: номер цилиндра, номер рабочей поверхности цилиндра, номер первого сектора кластера на выбранной дорожке. На основании этого магнитные головки перемещаются к нужному цилиндру, ожидают появления маркера в начале дорожки и появления требуемого сектора, после чего записывают или читают информацию из него. Несмотря на то, что все магнитные головки установлены на требуемый цилиндр, работает в каждый данный момент только одна головка.

Из-за малого расстояния между секторами и высокой скорости вращения пакета дисков схемы управления не всегда успевают переключиться на чтение/запись следующего сектора, если считываемые/записываемые сектора следуют один за одним. В этом случае после обработки одного сектора приходится ожидать, пока диск сделает целый оборот и к головкам подойдет требуемый сектор. Чтобы избежать этого, при форматировании используется чередование (interleaving) секторов. Последовательность нумерации секторов на дорожке задается таким образом, что следующий по порядку номер сектора принадлежит не следующему по физическому размещению сектору, а через k секторов (где k – фактор чередования). Фактор чередования при форматировании з адается таким образом, чтобы система управления НЖМД обеспечила обработку с последовательными номерами без длительного ожидания. Слишком маленький k приводит к «проскакиванию» требуемого сектора и ожиданию нового витка. Слишком большое значение k также приводит к излишнему ожиданию, так как схема управления уже отработала, а требуемый сектор все еще не подошел к головке.

Поскольку физически НЖМД различных фирм могут быть устроены по-разному, возникает проблема совместимости НЖМД с микропроцессорным комплектом компьютера. Проблема эта решается с помощью стандартизации интерфейсов для накопителей на жестких магнитных дисках.

Основной характеристикой НЖМД является их емкость, которая в наибольшей степени зависит от плотности записи. Наиболее результативным для повышения плотности записи явилось применение магниторезистивных головок. Повышение плотности записи приводит к увеличению скорости чтения/записи данных при неизменных диаметре и скорости вращения носителя.

Следовательно, ѐмкость одного сектора, число секторов на одной дорожке, количество дорожек на одной рабочей поверхности, количество

332

рабочих поверхностей одной пластины и число пластин в пакете определяют емкость НЖМД.

Выполнение лабораторной работы

Для получения зачѐта по лабораторной работе необходимо:

1)знать вышеизложенный теоретический материал по оценке ѐмкости накопителей на жѐстких магнитных дисках, состоящих из множества жѐстких пластин (дисков), закреплѐнных монолитно на общей оси вращения, одноимѐнные концентрические дорожки которых на всех рабочих поверхностях образуют цилиндры;

2)выбрать из таблицы 21.1 исходные данные (емкость одного сектора, число секторов на одной дорожке, количество дорожек на одной рабочей поверхности, количество рабочих поверхностей одной пластины и число пластин в пакете) по № задания, соответствующего № студента в журнале учебной группы (или другим способом по согласованию с преподавателем);

3)определить ѐмкость винчестерского НЖМД, состоящего из пластин с рабочими поверхностями, дорожками, секторами, и ѐмкостью сектора, в соответствии с методикой, изложенной в кратких теоретических сведениях и исходными данными, взятыми из таблицы 21.1;

4)провести анализ полученного показателя в зависимости от числа пластин, рабочих поверхностей, дорожек, секторов и ѐмкости сектора, а также их влияние на производительность компьютера с учѐтом скорости вращения пакета пластин и плотности записи данных;

Таблица 21.1 – Варианты заданий

		Ёмкость	Число	Количество	Количество	Число
	№	одного	секторов	дорожек на 1	рабочих
						пластин
	задания	сектора	на 1	рабочей	поверхностей 1
						в пакете
		(байт)	дорожке	поверхности	пластины
	1	128	2998	2492	2	5
	2	256	2854	2387	2	4
	3	512	2747	2264	2	3
	4	1024	2639	2139	1	2
	5	2048	2532	2055	1	1
	6	128	2998	2492	2	10
	7	256	2854	2387	2	9
	8	512	2747	2264	2	8
	9	1024	2639	2139	1	7
	10	2048	2532	2055	1	6
	11	128	2998	2492	1	10
	12	256	2854	2387	1	8
	13	512	2747	2264	1	6
	14	1024	2639	2139	2	4
	15	2048	2532	2055	2	2
				333

5)материалы всей работы (отчѐт о работе) оформить в электронной среде MS Word, Paint, Visio или Рисование и сохранить на логическом диске D:/Студент/№ группы/ФИО студента/№ работы (а также создать копию отчѐта о работе на любом внешнем ЗУ) и представить преподавателю для защиты;

6)защитить результаты выполненной работы, ответить на контрольные вопросы.

Примечание. Только после представления отчѐта (результатов выполненной работы) в электронном виде преподавателю и еѐ защиты она считается выполненной.

Контрольные вопросы

1.Какие накопители являются наиболее распространенными внешними запоминающими устройствами компьютеров?

2.Какие материалы используются у НЖМД для запоминания данных?

3.Из чего возник для НЖМД жаргонный термин «винчестер»?

4.Сколько пластин содержит современный винчестерский пакет дисков?

5.Какова конструкция винчестерского пакета дисков?

6.Куда помещѐн пакет дисков вместе с блоком магнитных головок записи/чтения?

7.Для чего из герметичного корпуса откачивается воздух?

8.Какую ѐмкость достигают накопители на НЖМД?

9.Какие материалы используются в НЖМД для магнитного покрытия?

10.Каковы недостатки оксидного покрытия?

11.Каковы достоинства кобальтового покрытия?

12.Сколько головкок записи/чтения организуется на одну рабочую поверхность?

13.Из чего состоят рабочие поверхности винчестерского диска?

14.На что разбита каждая дорожка?

15.Для чего множество смежных секторов одной и той же дорожки объединяют в группы, которые называют кластерами (cluster – группа)?

16.Как осуществляется обмен данными между НЖМД и ОП?

17.Чему равен сектор на современных жестких дисках?

18.Какое количество секторов входят в кластер на современных жестких дисках?

19.Какой буквой принято обозначать жесткий диск?

20.Для чего и как на одном жестком диске организуются разделы, называемые логическими дисками?

21.Какой буквой принято обозначать дополнительные реальные или логические жесткие диски?

22.Разъясните технологию форматирования пакета магнитных дисков перед началом эксплуатации?

23.Для чего примененяется воздушная подушка в НЖМД?

334

24.Из чего состоит цилиндр в НЖМД?

25.В чѐм хранятся данные на дисках?

26.Дайте определение файла.

27.Что отображает таблица размещения файлов FAT (File allocation table)?

28.Какие файлы на диске называются фрагментированными?

29.Поясните метод зонной записи в современных жестких дисках?

30.Соклько головок работает в каждый данный момент на выбранном цилиндре?

31.Для чего используется при форматировании чередование секторов?

32.Для чего нужна стандартизация интерфейсов для накопителей на жестких магнитных дисках?

33.Назовите основные характеристики НЖМД.

34.Какие характеристики определяют емкость НЖМД?

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основной тенденцией развития вычислительной техники в настоящее время является дальнейшее расширение сфер применения компьютеров и, как следствие, переход от отдельных машин к вычислительным системам разнообразных конфигураций с широким диапазоном функциональных возможностей и характеристик.

Наиболее перспективные, создаваемые на основе персональных компьютеров, территориально распределенные информационновычислительные сети ориентируются не столько на вычислительную обработку информации, сколько на коммуникационные информационные услуги: электронную почту, системы телеконференций, информационносправочные системы и т.п.

Уже сегодня пользователям глобальной информационной сети Интернет стала доступной практически любая, находящаяся в хранилищах знаний этой сети, неконфиденциальная информация.

В сети Интернет реализован принцип «гипертекста», согласно которому абонент, выбирая встречающиеся в читаемом тексте ключевые слова, может получить необходимые дополнительные пояснения и дополнительные материалы для углубления в изучаемую проблему. Используя этот принцип, абоненты могут прочитать электронную газету, персонифицированную на любую интересующую его тематику, с любой степенью подробности и достоверности. Электронная почта Интернета позволяет получить почтовое отправление из любой точки земного шара (где есть терминалы этой сети) через 5 с, а не через неделю или месяц, как это имеет место при использовании обычной почты.

При разработке и создании собственно компьютеров существенный и устойчивый приоритет в последние годы имеют сверхмощные компьютеры – суперкомпьютеры и миниатюрные и сверхминиатюрные ПК. Ведутся, как уже указывалось, поисковые работы по созданию компьютеров 6-го поколения, базирующихся на распределенной «нейронной» архитектуре – нейрокомпьютеров. В частности, в нейрокомпьютерах могут использоваться уже имеющиеся специализированные сетевые МП – транспьютеры. Транспьютер – микропроцессор сети со встроенными средствами связи.

Повсеместное использование мультиканальных широкополосных радио, волоконно-оптических и оптических каналов обмена информацией между компьютерами обеспечат практически неограниченную пропускную способность (трансфер до сотен миллионов байт в секунду).

Широкое внедрение средств мультимедиа, в первую очередь аудио- и видеосредств ввода и вывода информации, позволят общаться с компьютером на естественном языке.

Названные ожидаемые технологии и характеристики устройств компьютеров совместно с их общей миниатюризацией могут сделать всевозможные вычислительные средства и информационные системы вездесущими, естественно вписывающимися в нашу повседневную жизнь.

336

Специалисты предсказывают в ближайшие годы возможность создания компьютерной модели реального мира, такой виртуальной (кажущейся, воображаемой) системы, в которой мы можем активно жить и манипулировать виртуальными предметами. Простейший прообраз такого кажущегося мира уже сейчас существует в сложных компьютерных играх.

Информационная революция затронет все стороны жизнедеятельности: компьютерные системы, системы автоматизированного обучения, модернизацию экономики, торговлю и так далее.

Техническое обеспечение, необходимое для создания таких виртуальных систем:

дешевые, простые, портативные компьютеры со средствами мультимедиа;

программное обеспечение для «вездесущих» приложений;

миниатюрные приемо-передающие радиоустройства (транссиверы) для связи компьютеров друг с другом и с сетью;

вживляемые под кожу миниатюрные приемо-передающие чипы;

распределенные широкополосные каналы связи и сети.

Многие предпосылки для создания указанных компонентов, да и простейшие их прообразы уже существуют (вживляемые под кожу миниатюрные приемо-передающие чипы).

Но есть и проблемы. Важнейшая из них – обеспечение прав интеллектуальной собственности и конфиденциальности информации, чтобы вся личная жизнь каждого из нас не стала всеобщим достоянием.

В предлагаемом учебном пособии авторы попытались раскрыть сущность основ вычислительных систем, сетей и телекоммуникаций и их использования на современном этапе. Несмотря на то, что значительный объем знаний в этой динамической области техники быстро устаревает, остается все-таки целый пласт базовых знаний, который составляет фундамент образования любого специалиста в области прикладной информатики.

Известно, что знание основополагающих концепций позволяет легко разбираться в новых, пусть даже, на первый взгляд, и очень сложных технических решениях и технологиях. Авторы надеются, что учебное пособие, которое вы прочитали, обогатило запас ваших базовых знаний. Пусть эти знания станут тем инструментом, с помощью которого вы сможете обновлять знания о постоянно изменяющемся мире вычислительных систем, сетей и телекоммуникаций.

Кроме этого в каждой лекции предоставлены списки основной и дополнительной лилературы для того, чтобы студенты знали, в каких книгах они могут получить расширенную информацию по интересующим их вопросам. Это особенно важно для самостоятельной работы студентов в процессе выполнения ими курсовых и домашних заданий.

337

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Аппаратные средства IBM PC: энциклопедия / М. Гук. – СПб.: Питер,

2003.

2.Аппаратные средства и организация персонального компьютера: учеб. пособие / Г.А. Дудкин, Д.Д. Кондратьев, С.Ю. Неклюдов; под ред. С.Ю. Неклюдова – СПб.: СПбГУВК, 2004.

3.Архитектура IBM-совместимых персональных компьютеров: учеб. пособие / Г.А. Дудкин, Д.Д. Кондратьев, С.Ю. Неклюдов; под ред. С.Ю. Неклюдова – СПб.: СПбГУВК, 2001.

4.Бройдо В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебник. – 2-е изд. – СПб.: Питер, 2005.

5.Бройдо В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учеб. практикум. – 2-е изд. – СПб.: СПб. ГИЭУ, 2006.

6.Бройдо В.Л., Ильина О.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. – 3-е изд. – СПб.: Питер, 2008.

7.Галкин В.А., Григорьев Ю.А. Телекоммуникации и сети: учеб. пособие для вузов. – М.: Изд-во МГТУ им Н.Э. Баумана, 2003.

8.Гордеев А.В., Молчанов А.Ю. Системное программное обеспечение. – СПб.: Питер, 2003.

9.Информатика: учебник / под ред. Н.В. Макаровой. – М.: Финансы и статистика, 2004.

10.Истомин Е.П., Неклюдов С.В., Чертков А.А. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебник. – СПб.: Андреевский издательский дом, 2007.

11.Компьютерные сети. Устройство, подключение и использование / М. Левин. – М.: Оверлей, 2000.

12.Лихтарников Л.М., Сукачева Т.Г. Математическая логика: курс лекций. – СПб.: Лань, 1998.

13.Локальные вычислительные сети: учеб. пособие / Д.Д. Кондратьев, С.Ю. Неклюдов. – СПб.: СПбГУВК, 2002.

14.Мочалов В.П. Современные и перспективные технологии передачи данных: учеб. пособие / В.П. Мочалов, В.А. Галкина, С.В. Яковлев. – Ставрополь: Сев-КавГТУ, 2009.

15.Новиков Ю.В., Кондратенко С.В. Локальные сети: архитектура, алгоритмы, проектирование. – М.: Эком, 2000.

16.Олифер В.Г. Основы сетей передачи данных / В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. – М.: ИНТУИТ.РУ «Интернет-Университет информационных технологий»,

2005.

338

17.Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. – СПб.: Питер, 2005.

18.Олифер В.Г., Олифер Н.А. Новые технологии и оборудование IP -сетей. – СПб.: Питер, 2000.

19.Олифер В.Г., Олифер Н.А. Сетевые операционные системы. – СПб.:

Питер, 2002.

20.Основы современных компьютерных технологий: учебник / под ред. проф. А.Д. Хомоненко. – СПб.: КОРОНА принт, 2005.

21.Поветкин С.Н. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации (краткий курс): учеб. пособие. – СПб.: Андреевский издательский дом,

2005.

22.Процессоры Pentium 4, Pentium 3, Athlon и Duron / М. Гук, В. Юров. –

СПб.: Питер, 2001.

23.Пятибратов А.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебник / А.П. Пятибратов, Л.П. Гудыно, А.А. Кириченко; под ред.

А.П. Пятибратова. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Финансы и статистика; ИНФРА-М, 2008.

24. Пятибратов А.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебник / А.П. Пятибратов, Л.П. Гудыно, А.А. Кириченко; под ред. А.П. Пятибратова. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Финансы и статистика,

2005.

25. Пятибратов А.П. и др. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебник / А.П. Пятибратов, Л.П. Гудыно, А.А. Кириченко; под ред. А.П. Пятибратова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Финансы и статистика, 2002.

26.Робачевский А.М. Операционная система UNIX. – СПб.: БХВ – Петербург, 2003.

27.Семѐнов Ю.А. Алгоритмы телекоммуникационных сетей. Ч. 1, 2, 3. – М.: ИНТУИТ.РУ «Интернет-Университет информационных технологий»,

2007.

28.Семѐнов Ю.А. Протоколы Интернет для электронной торговли. – М.: Горячая линия – Телеком, 2003.

29.Танненбаум Э. Компьютерные сети. – СПб.: Питер, 2003.

30.Яковлев С.В. Администрирование программного обеспечения: учеб. пособие. – Ставрополь: Сев-КавГТУ, 2010.

31.Яковлев С.В. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей: учеб. пособие. – Ставрополь: Сев-КавГТУ, 2010.

339