Есте сақтау құрылғысы

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ  БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

 

Қ.И. СӘТБАЕВ АТЫНДАҒЫ ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ ТЕХНИКАЛЫҚ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

«Электроника, мехатроника  және роботтытехника» кафедрасы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СТУДЕНТТІҢ  ӨЗІНДІК ЖҰМЫСЫ №2

Тақырыбы: Есте сақтау құрылғысы

 

 

 

 

 

 

 

Оқытушы: Жумашева Ж.Т.

Орындаған Псб-05-э2к тобының 2-курс студенті Мырзағалиева М.Ж.

 

 

 

 

 

 

 

Алматы 2007

 

МАЗМҰНЫ

Кіріспе........................................................................................3

1. Негізгі бөлім.........................................................................4
1. Процессормен тікелей байланысты есте сақтау

      құрылғылары................................................................4

2. Сыртқы жадылар.........................................................8

Қорытынды...............................................................................12

Пайдаланған әдебиеттер тізімі................................................13

Қосымшалар..............................................................................14

Глоссарий..................................................................................20

 

Кіріспе

Есептеу техникасының негізгі  ерекшеліктерінің бірі – оның үздіксіз модернизациялануы, тұрақты жаңарып  және қарқынды дамуы болып табылады. Процессорлар, тақшалар, контроллерлер, адаптерлер, жадылар, жинақтаушылар және басқа көпетеген перифериялар тез моральдық тозуға ұшырайды, сондықтан оларды жиі жаңа үлгісіне ауыстырады.

Жеке компьютерлердің негізгі  қасиеттері, оның жадысының көлемі, тактілік жиілігі және процессордың разрядтылығы болып табылады. Қазіргі уақытта жеке компьютерлердің жадысы, яғни есте сақтау құрылғылары қасиеттері мен орындайтын функцияларына байланысты бірнеше түрге бөлінеді. Есте сақтау құрылғылары басқару модулінің ең басты құраушы блоктары болып табылады. Есте сақтау құрылғысы басқа блоктармен ақпаратты сақтау және алмастыру үшін арналған. Жадыда ақпарат бір және нол күйінде сақталады. Ақпарат ретінде деректер мен командалар түсініледі. Деректер ретінде бүтін сандар, нақты сандар, адрес, символдар және т.б. болуы мүмкін. Нақты процессорда қолданылатын команда жүйесі шектелген болып табылады.

Есте сақтау құрылғысы 2 бөлінеді: процессормен тікелей байланысты және сыртқы.

Тікелей қатынайтын жады құрылғыларына  процессордың регистрлік есте сақтау құрылғысы, кэш жадысы және негізгі жадылар жатады.

Сыртқы жады үлкен  көлемді ақпарат сақтауға арналған. Есте сақтау құрылғысына қойылатын  негізгі талаптар, сақталатын ақпарат  көлемін үлкейту, жылдамдықты көбейту, яғни оқу, жазу кезінде уақытты қысқарту болып табылады. Бұл мәселелерді шешу үшін жады құрылымы  жетілдіруде, ақпаратты алмастыру жылжамдығын көбейту үшін жаңа технологиялар қолданылуда.

 

1. Процессормен тікелей байланысты есте сақтау құрылғылары.

Компьютердің  тұрақтандырылған жүйесінің (1.1.1-сурет) негізінің бірі болып жады саналады. Процессормен тікелей байланысты жады құрылғысына келесілер жатады: 

• Процессордың регистрлік есте сақтау құрылғысы (регистерлер);
• Кэш-жады, ақпарат көшірмесін сақтау қызметін атқарады;
• Негізгі жады (жедел, тұрақты, жартылай тұрақты).

Процессорда регистр деп аталатын, жадыда деректерді сақтайтын ұяшықтары сияқты ұяшықтары  бар. Жады ұяшықтарына қарағанда, процессор  регистрдің әр разрядын бөлек басқара  алады. 1.1.2-суретте ІР команда санағыш  регистрі, INST команда регистрі, және де жалпы мақсатты регистрлері: АХ, ВХ, СХ, DX көрсетілген. Әр жалпы мақсатты регистрлер 8 бит көлемді екі бөліктен тұрады (бір байт). Жалпы мақсатты регистрлер ақпаратты уақытша сақтауға арналған. Біздің жағдайда 4 байттан тұратын команда регистрі көрсетілген. Команда санағыш регистрі 16 разрядты ұзындығы бар және жадының бір ұяшығының адресін сақтауға арналған. Процессорды қосқаннан кейін, яғни қосу шинасында 1 сигналы пайда болған кезде, бастапқы адрестегі команда ІР ригеситрлеріне көшіріледі. ІР регистрлірінің деректері бірінші команда адресін көрсетеді. Ары қарай орындалып процессор әрекеті циклдық процесс болып табылады, екі этаптан тұрады. Бірінші этапта процессор ІР регистрінде орналасқан адресті пайдаланып жадыдан команданы оқып, INST команда регистріне орналастырады. Екінші этапта процессор INST регистріндегі орналасқан команданы талдайды, оны дешифраторға беріп, орындайды. Команданы орындау кезінде оның байттық ұзындығы әдетте ІР регистрінің құрамына қосылады. Нәтижесінде ІР регистрінде команда пайда болады, оған процесссор қайта қатынап және келесі циклдің бірінші этапы басталады.

Жады жүйесінің  ең негізгі элементі кэш-жады болып  табылады (ағылшын тілінен Сасhe –  қор). Кэш жадысы деп процессордың жылжамдығын көбейту үшін енгізілген есте сақтау құрылғысын айтамыз. Ол процессор мен жедел (жүйелік) жады арасындағы ақпарат алмасу кезіндегі буферлік қор ретінде жұмыс атқарады, яғни процессор мен негізгі жады арасында берілетін ақпарат көшірмесін сақтайды. Кэш DRAM тектес жадының микросұлбасына қарағанда тез жұмыс істейтін SDRAM (Static Random Access Memory – статикалық жады) микросұлбаларында орналасқан. Процессор циклдік әрекетті орындаған жағдайда кэш-жадыдағы деректерді тез өңдейді. Бұл процессор деректерді өңдегенде, жедел есте сақтау құрылғысындағы деректерді кэшке көшіру әдісі арқылы іске асады. Деректерді қайталап қарастырғанда, олар осы кэш-жадысынан алынады. Процессор үлкен жылдамдықтағы кэш-жадысымен ақпаратты алмастырып отырған кезде, негізгі жады жадыға тікелей қатынау құрылғысымен ақпаратты алмастыру үшін босатылады. Алғашында жүйелік тақшадағы орналасқан кэш-жадыны екінші деңгейге жатқызатын (Level 2 , 1.1.3-сурет), себебі барлық процессорларда осы сияқты ұйымдастырылған, іштей енгізілген бірінші деңгейлік (Level 1) кэш-жадысы бар. Қазіргі процессорлардың моделінде екінші деңгейлік кэш-жадысы процессордың ядренде орналастырылады.  Сондықтан мұндай жүйелердегі аналық тақшадағы кэш үшінші деңгейге (Level 3) жатады. Кэш-жадылардың сипаттамалары жады жүйесінің жұмысына көп әсерін тигізеді. Бірінші деңгейлік кэш-жады көбінесе ядр жиілікгінде жұмыс істейді. Мұндай жадының көлемі аса үлкен емес 16-64 Кбайт. Бұларды адрестер мен деректер бойынша екіге бөледі. Екінші деңгейлік кэш-жадының көлемі әдетте үлкенірек болады. Мыслы, Хеоn процессорларында Level 2 кэшінің көлемі 2 Мбайтқа дейін жетеді.

Жедел жадының  көлемі кез-келген компьютердің негізгі  параметрлерінің бірі болып табылады. Жедел жады немесе жедел есте сақтау құрылғысы (ОЗУ немесе RAM, 1.1.4-сурет) программалармен өңделетін мәлеметті уақытша сақтап және жинап отыратын жүйелік тақшадағы микросұлбалар жиыны. Бұл мәліметтер қажеттілігіне қарай процессормен жедел жадыдан оқылып және қайтадан сонда жазылуы мүмкін. Компьютер электрқоректендіру көздерінен ажыраған уақытта бұл мәліметтер толығымен жойылып кетеді. Сондықтан компьютерді қосқан уақытта бұл мәліметтерді жедел жадқа қайтадан енгізіу керек. Мәліметтерді ұзақ уақыт сақтау үшін көбінесе магниттік, оптикалық немесе басқада цифрлік ақпарат жиқнақтаушылары қолданылады.

Қазіргі компьютерлерде көбінесе динамикалық жедел жадысы немесе DRAM (Dynamic Random Access Memory)  қолданылады. Ол ақпараттың периодты жаңаруын қажет ететін микросұлбалардан құрылады. Бұл үрдіс жадыны регенерациялау деп аталады. Ол аналық тақшада орналасақан арнайы контроллер арқылы іске асырылады. Динамикалық жедел жады микросұлбаларындағы мәліметтерді периодты регенерациялау біраз уақыт алады. Регенерациялау уақытында жадыдан мәліметтер оқу қателердің пайда болуына алып келеді. Сондықтан да ол компьютер жұмысындағы көп тараған қате болып есептелінеді.

Кез-келген компьютердің жадысы, соның ішінде жедел жадтың көлемі килобайт пен мегабайт арқылы өлшенеді. Ақпараттық көлемді өлшеудің және компьютердің жадысын бөлудің  ең кіші өлшем бірлігі байт болып  табылады. Байт бұл ақпараттың бит  деп аталатын 8 кішкентай бірлігінің жиыны. Екілік жағдайдың мысалы «қосу»/«өшіру» немесе 0 мен 1 арасындағы жағдай бір бит болады. Өлшеулердің байттық (немесе 8 биттік) құрылымы есептеуіш техниканың екілік жағдайда құрылғанына байланысты. Бір символды, мысалы әріптер, цифрлар немесе белгілерді сақтау немесе беру үшін кем дегенде бір байт қажет. 1 килобайт - 1024 байтқа, 1 мегабайт – 1024 килобайтқа, 1 гигабайт – 1024 мегабайтқа тең.

Алғашқы жедел жадтар бар  жоғы 16 Кбайт көлемге ие болды. Кейінгі  модельдер 640 Кбайтқа дейін жетті. Бұл MS DOS операциялық жүйесі басқара алатын ең үлкен көлем. Ал жады көлемін ұлғайту үшін, оны 16-64 Мбайтқа дейін ұлғайтуға мүмкіндік беретін арнайы ұлғайту тақшалары қолданылды.

Аналық тақшада  жедел есте сақтау құрылғысынан бөлек тағы да бір тұрақты есте сақтау құрылғысы (ROM –Read Оnly Memory) қолданылады.  Ол электрқоректендіру көздеріне қосылғанда компьютерді қосатын және операциялық жүйені басқаратын жүйелік файлдарды жедел жадыға жүктейтін арнайы шифрланған командалардан тұрады. Тұрақты есте сақтау құрылғысына жазылған ақпаратты өзгертуге болмайды. Сонымен қатар ол жадыны өшірген кезде жойылмайды және энерготәуелсіз болып келеді. Ал жартылай тұрақты жады программаланатын тұрақты жадыға жатады. Оны өзгертуге болады және ондағы энергияға тәуелсіз сақталып тұрады.

 

2. Сыртқы жадылар

 

Сыртқы жады көп көлемді ақпараттарды, деректерді және т.б. мәліметтерді сақтауға арналған. Ақпаратты сақтау үшін энерготәуелді  есте сақтау құрылғылары (жинақтаушылар) қолданылады. Олар жады элементтерін сыртқы қоректіндіруге туәлсіз сол қалпында сақтайды. Бірақ бұл ақпараттарды оқу, өзгерту және өшіру үшін мұндай жинақтаушыларды сәйкес интерфейске қосып, активизация жасау керек.  Көптеген ақпарат жинақтаушылар компьютерде ғана емес, сонымен қатар тұрмыстық техникаларда қолданылады. Музыкалық компакт-дискілер немесе сандық- және бейнекамераларға арналған қаттыкорпусты жинақтаушылар бәрімізге таныс.

 Қазіргі  уақытта ақпарат жинақтаушылардың  келесідей классификациялары бар (1.2.1-сурет): қатты дискі; алмалы магниттік жинақтаушылар (иілгіш дискілер, MicroDrive, PCMCIA-Disk, ZIP, JAZ, Orb, HiFd, LS-120); ықшамды қаттыкорпусты жинақтаушылар (CompactFlach, MemoryStick, xD Picture Card, SmartMedia, SecureDigital/MultiMedia Card, USB-Drive); оптикалық жинақтаушылар (CD, DVD); магниттіоптикалық жинақтаушылар; ленталық жинақтаушылар.

Қатты дискілер дисководы (Hard Disk Drive-HDD), барлық компьютерлерде орнатылады. Сондықтан ақпарат жинақтаушының ең көп тараған түрі қатты дискі болып саналады. Қатты диск компьтердің ішкі құрылғысы болып табылады. Қатты дисктер дискетаға ұқсас. Оларда ақпарат сондай-ақ дискінің магнитті қабатына жазылады. Бірақта ол диск дискеталармен салыстырғанда қатты материалдардан жасалған, алюминийден (сондықтан Hard Disk деп аталады). Корпуста престелген алюминийден винчестердің келесі элементтері қосылған: бсақарушы қозғалтқыш, ақпарат тасымалдағыштар (дискілер), оқу/жазу бастиектері және электроника. Егер дискета бір дисктен құралса, ал винчестер – бірнеше бірдеі бір-біріне қабатталған дисктерден тұрады.  Осы «топтағы» дисктердің санына HDD жадысының жалпы ауқымына байланысты. Оқу/жазу бастиектері дисководтың жұмыс бастиектеріне сәйкес болады. Әрбір диск үшін қадамдық-қозғалтқышпен позицияланатын және қозғалысқа келтіретін бастиектердің екеуі (қос бастиек) болады. Барлық бастиектер «гребенмен» орналасқан.

Бір бастиектің позициялануы міндетті түрде басқалардың  да ұқсас орын ауыстыруын болдырады, сондықтан винчестердің логикалық  құрлымы жайлы сөз болғанда жолы жайлы емес цилиндр туралы айтылады. Винчестердің корпусының ішінде дискінің материалдарын шаңнан сақтайтын микрофильтр орналастырылған ауалы тесік бар. Осы тесік арқылы қоршаған орта мен дисковод арасындағы ауа алмасу жүреді. Ал басқа фильтр дискінің механикалық бөлімінің жұмысы нәтижесінде пайда болған бірліктерді жояды.

3,5 дюймдік  форматты иілгіш дискінің дисководы (Floppy Disk Drive - FDD) қазіргі компьютер корпусында көбінесе қажеттіліктен емес әдет болғандықтан қойылатын сияқты. Бұдан да күшті құрылғылар оның функцияларын иемденіп алды.

Оптикалық жинақтаушылар, әсіресе компакт-дискілер (Compact Disk - CD) таралымы бойынша қатты дискіден кейінгі екінші орын алады деуге болады. Қазіргі уақытта CD-ROM (CD-RW) жетегі жоқ компьютерлерді кездестіру қиын.

Магниттіоптикалық жинақтаушылар (Magnetic Optical-MO, 1.2.2-сурет) көп көлемді деректерді сақтаудың жоғарғы сенімділігін қажет ететін аймақтарда қолданылады. Көбінесе МО-дисководтары компьютерлік дизайн, бейнелерді өңдеу және т.б. аймақтарда қолданылады.

Ленталық  жинақтаушылар (стриммерлер, 1.2.3-сурет) бұл ақпаратты сенімді сақтауды қамтамасыз ететін құрылғы. Ол көбінесе компьютердің профессионалды тұтынушылар арасында көп қолданыс тапты. Стример магнитті лентадағы жинақтаушы және сандық кассеттік магнитофон. Бұл магнитафондарда ақпарат жинақтаушыны сыртқы әсерден қорғайтын ленталық катриджді арнайы кассеталар қолданылады. Стримердің басты қасиетінің бірі ол – көп көлемді мәліметтерді немесе программаларды тез және тиімді сақтау мүмкіндігі. Сондықтан да стримерлер көбінесе өндірісте, банктерде және ғылыми әлемдерде ақпараттық резервтік архивациялау үшін қолданылады.

Флэш-жадылар (1.2.4-сурет) жылжитын бөліктері  жоқ, бір микросұлабаларда жасалған құрылғылар болып табылады. Формаларымен аттарының әртүрлілігіне қарамастан олардың бәрі флэш-жадының электрлік қайтапрограммалу кристалл негізінде жасалған.  Флэш-жадыдағы ақпарат байттан кейін байт арқылы оқылады және жазылады. Жаңа ақпарат жазу алдында жадыдағы мәліметтерді өшіріу қажет.  Жады әдетте 8 Кбайттан тұратын адрестері бар блоктарға бөлінген. Ақпаратты өшірген кезде блоктың ішіндегі барлық ұяшықтар параллельді модифицияланады. Қазіргі уақыттағы флэш-жадылар қайта жазу циклі миллионға дейін жетеді.

Мысалыға мынандай флэш-жадыларды  қарастырайық. Multimedia Card (MMC) және Secure Digital (SD). Бұл флэш-жадылардың көбінесе көлемі аз (64 Мбайт ММС үшін және 256 Мбайт SD үшін) және жылдамдығы төмен. ММСтің қамтамасыздандыратын жылдамдығы 120Кбайт/с қазіргі уақыттағы құрылғылар үшін өте аз. SD  жылдамдығы әлдеқайда көбірек (920 Кбайт/с дейін).

Флэш-жадын оқитын сыртқы құрылғылар. Көптеген қаттыкорпусты жинақтаушылар мен басқа да тасымалдаушы жады құрылғылардың физикалық интерфейспен сәйкес келмеуі  копмақсатты компьютер мен сыртқы жадыларды байланыстыратын аппараттың пайда болуына әкелді. Олар әдетте CardReader/Writer деп аталады. Ішіндегі ең жақсысы флэш-жадының 5 түрін (CF, MMC, SD, SM, MS) мен қатты дискіге (IBM MicroDrive) дейін қолдануға мүмкіндік береді.

 

Қорытынды

 

Қазіргі уақытта  техниканың қарқынды дамуына байланысты оған ілесіп жүру қиын. Біздің өміріміз де техникалармен тығыз байланысып, оларға деген тәуелдігіміз пайда болып жатыр. Жылдан-жылға жаңа техникалар мен технологиялар пайда болып, компьтерлер өте қарқынды дамып, модернизацияға ұшырауда. Көптеген микросұлбалар жетілдіріп, жаңару үстінде. Біздің жұмысымыздың бәрі компьтермен тікелей байланыста, әсіресе оның жадысының көлемі, ақпарат алмастыру жылдамдығы көп әсерін тигізеді. Оның жадысының көлемі үлкейген сайын, корпусының көлемі кішіреюде. Соның нәтижесінде біз болашақта корпусының көлемі жағынан кішкентай, миниатюрлы, компакты, жадысы үлкен және ақпарат алмасу жылдамдығы үлкен компьютерлерге қол жеткізетініміз анық.