Контрольная работа по "Информатике

Оглавление

 

 

1. Структура памяти персонального  компьютера (ПК). Оперативно запоминающее  устройство (ОЗУ), его назначение  и характеристики. Классификация устройств хранения данных.

Обрабатываемые  данные и выполняемая программа  должны находиться в запоминающем устройстве – памяти ЭВМ, куда они вводятся через устройства ввода. Ёмкость памяти измеряется в величинах кратных байту(единицей памяти является бит, но из-за малых размеров их объединяют в группы по 8шт-байты).  
Для обеспечения высокой производительности ЭВМ необходимо, чтобы её память удовлетворяла следующим требованиям: 

•  
  большая емкость (не менее сотен Мбайт);
•  
  высокое быстродействие (время доступа не более десятка нс);
•  
  энергонезависимость, т.е. обеспечение хранения программ и данных при выключении ЭВМ).

 
Эти требования невозможно удовлетворить путем построения памяти в виде единого запоминающего  устройства (ЗУ), что связано с  их противоречивостью. Например, чем больше емкость памяти, тем обычно ниже её быстродействие, или наиболее быстродействующее ЗУ, выполненное на триггерах, не обеспечивает требование по долговременности хранения информации. 
Поэтому в современных ЭВМ память представляет собой сложную структуру, построенную по иерархическому принципу, и включает в себя запоминающие устройства различных типов, отличающиеся функциональным назначением, значениями основных характеристик и физическими принципами работы. 
Функционально она делится на две части: внутреннюю и внешнюю. 
Внутренняя или основная память – это запоминающие устройства, напрямую связанные с процессором и предназначенные для хранения выполняемых программ и данных, непосредственно участвующих в вычислениях. Обращение к внутренней памяти ЭВМ осуществляется с высоким быстродействием, но она имеет ограниченный объём, определяемый системой адресации машины. 
Внутренняя память, в свою очередь, делится на оперативную (ОЗУ), постоянную (ПЗУ) память и быструю кэш-память. 
Оперативная память(ОЗУ), по объему составляющая большую часть внутренней памяти, служит для приёма, временного хранения и выдачи информации (программ и данных), непосредственно участвующей в вычислительном процессе, выполняемом ЭВМ в текущий период времени. Она называется оперативной, так как процессор может обратиться к ячейке этой памяти по её адресу в любой (произвольный) момент времени. Её еще называют RAM(Random Access Memory, то есть память с произвольным доступом). Главным достоинством оперативной памяти, наряду с прямым адресным доступом к её ячейкам, является ее высокое быстродействие, время доступа к ней (access time) составляет десятки нс (50-70 10^-9 с). Недостатком ОЗУ является невозможность сохранения информации в ней после выключения питания машины (энергозависимость).  
 Основные параметры ОЗУ - Тип, Обьем, Частота, Тайминги, Напряжение.

- Типы оперативной памяти. В процессе эволюции ОЗУ, менялась ее форма, а также положение и принципы взаимодействия чипов. Фактически, каждая такая конфигурация и есть отдельный тип. Я не буду описывать устаревшие SIMM, DIMM, DDR и даже популярный до сих пор DDR2  Единственный актуальный сегодня тип - это DDR3 (Третье поколение Double Data Rate). В сравнении с предыдущим, вторым поколением (DDR2), все планки DDR3 имеют лучшую производительность при значительно уменьшенном энергопотреблении.

- Объем оперативной памяти. 

объем оперативной памяти не должен быть меньше, чем максимальный суммарный объем Возможных активных приложений (файлы операционной системы, запускаемых приложений и игр). Общий объем оперативной памяти равняется сумме объемов каждой отдельной ее планки. То есть, если Вы установите две планки ОЗУ по 1 Гб., то общий доступный объем станет 2 Гб.

- Частота оперативной памяти - это пропускная способность каналов, по которым данные передаются на материнскую плату, а оттуда - в процессор. Чем больше - тем лучше.

- Тайминги оперативной памяти. Другими словами - задержки или латентность (Latency) ОЗУ. Характеризуется этот параметр временем задержки данных при переходе между разными модулями микросхемы ОЗУ. Этих параметров много, но в спецификациях и описаних указываются только 4 основные:

1. CAS Latency

2. RAS to CAS Delay

3. RAS Precharge Time

4. DRAM Cycle Time

Меньшие значения означают более высокое быстродействие. Но есть одна проблемка: Чем больше частота оперативной памяти - тем выше ее тайминги. Поэтому, следует выбирать оптимальное соотношение этих двух параметров.

- Напряжение. Означает требуемое напряжение для стабильной работы оперативной памяти при стандартных частоте и таймингах. Чем меньше - тем лучше.

Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного хранения программ и данных, и целостность её содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер. В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором. Информация от ВЗУ к процессору и наоборот циркулирует примерно по следующей цепочке:  

 

 

 

 

В состав внешней  памяти компьютера входят:

• накопители на жёстких магнитных дисках;
• накопители на гибких магнитных дисках;
• накопители на компакт-дисках;
• накопители на магнитной ленте (стримеры);
• накопители на магнитно-оптических дисках;

Классификация устройств хранения данных

Устройства  хранения информации могут быть классифицированы по следующим признакам: 

• По способу хранения информации — магнитоэлектрические, оптические, магнитооптические и др.
• По виду носителя информации — накопители на гибких и жестких магнитных дисках, оптических и магнитооптических дисках, магнитной ленте, твердотельные элементы памяти.
• По способу организации доступа к информации — накопители прямого, последовательного и блочного доступа.
• По размеру используемого носителя информации.
• По типу устройства хранения информации — встраиваемые (внутренние), внешние, автономные, мобильные (носимые) и др.

Под накопителем информации понимается само устройство записи, хранения и воспроизведения информации, а носитель информации — это предмет, на который производится запись информации (диск, лента, твердотельный носитель). 
Классификация накопителей информации схематично представлена на рис. 1.1. 

 

2.Накопители на магнитных  дисках, их назначение  характеристики, логическая структура дисков. Накопители  на оптических дисках. Принцип  действия и основные характеристики  CD-R/RW/ROM, DVD-R/ROM/RAM/RW/+RW. Накопители на полупроводниковых элементах(SSD).

До  сих пор самыми важными устройствами для хранения данных в персональном компьютере остаются накопители на магнитных  дисках, и это несмотря на успехи в области оптической записи информации и серьезные достижения твердотельной микроэлектроники. 
Магнитная запись — самая старая технология записи данных, появившаяся еще в докомпьютерную эру, которую совсем недавно чуть было не заменили другими технологиями. Но разработчики совершили чудо, сделав еще один технологический рывок и увеличив плотность записи более чем на порядок, поэтому сегодня производителями предлагаются накопители на жестких магнитных дисках — винчестеры — на которые можно записать содержимое более 300 компьютерных компакт-дисков.

Магнитные диски  используются как запоминающие устройства, позволяющие хранить информацию долговременно, при отключенном  питании. Для работы с Магнитными Дисками используется устройство, называемое накопителем на магнитных дисках (НМД).

Основные виды накопителей:

·         накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);

·         накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД);

·         накопители на магнитной ленте (НМЛ);

·         накопители CD-ROM, CD-RW, DVD.

Им соответствуют  основные виды носителей:

·         гибкие магнитные диски (Floppy Disk) (диаметром 3,5’’ и ёмкостью 1,44 Мб; диаметром 5,25’’ и ёмкостью 1,2 Мб (в настоящее время устарели и практически не используются, выпуск накопителей, предназначенных для дисков диаметром 5,25’’, тоже прекращён)), диски для сменных носителей;

·         жёсткие магнитные диски (Hard Disk);

·         кассеты для стримеров и других НМЛ;

·         диски CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD.

Запоминающие устройства принято делить на виды и категории  в связи с их принципами функционирования, эксплуатационно-техническими, физическими, программными и др. характеристиками. Так, например, по принципам функционирования различают следующие виды устройств: электронные, магнитные, оптические и смешанные – магнитооптические. Каждый тип устройств организован на основе соответствующей технологии хранения/воспроизведения/записи цифровой информации. Поэтому, в связи с видом и техническим исполнением носителя информации, различают: электронные, дисковые и ленточные устройства.

Основные характеристики накопителей и носителей:

·         информационная ёмкость;

·         скорость обмена информацией;

·         надёжность хранения информации;

·         стоимость.

Остановимся подробнее на рассмотрении вышеперечисленных  накопителей и носителей.

Принцип работы магнитных запоминающих устройств  основан на способах хранения информации с использованием магнитных свойств  материалов. Как правило, магнитные  запоминающие устройства состоят из собственно устройств чтения/записи информации и магнитного носителя, на который, непосредственно осуществляется запись и с которого считывается информация. Магнитные запоминающие устройства принято делить на виды в связи с исполнением, физико-техническими характеристиками носителя информации и т.д. Наиболее часто различают: дисковые и ленточные устройства. Общая технология магнитных запоминающих устройств состоит в намагничивании переменным магнитным полем участков носителя и считывания информации, закодированной как области переменной намагниченности. Дисковые носители, как правило, намагничиваются вдоль концентрических полей – дорожек, расположенных по всей плоскости дискоидального вращающегося носителя. Запись производится в цифровом коде. Намагничивание достигается за счет создания переменного магнитного поля при помощи головок чтения/записи. Головки представляют собой два или более магнитных управляемых контура с сердечниками, на обмотки которых подается переменное напряжение. Изменение величины напряжения вызывает изменение направления линий магнитной индукции магнитного поля и, при намагничивании носителя, означает смену значения бита информации с 1 на 0 или с 0 на 1.

Обычно  НМД состоит из следующих частей :

контроллер  дисковода,

собственно  дисковод,

интерфейсные  кабеля,

магнитный диск

Магнитный диск представляет собой основу с магнитным покрытием, которая вращается внутри дисковода вокруг оси.

Магнитное покрытие используется в качестве запоминающего  устройства.

Магнитные Диски  бывают : жесткие(Винчестер) и гибкие(Флоппи). Накопитель на жестких магнитных  дисках - НЖМД(HDD). Накопитель на гибких магнитных дисках - НГМД(FDD).

В накопителях на магнитных лентах (чаще всего в  качестве таких устройств выступают  стримеры) запись производится на мини-кассеты. Ёмкость таких кассет — от 40 Мб до 13 Гб, скорость передачи данных — от 2 до 9 Мб в минуту, длина ленты — от 63,5 до 230 м, количество дорожек — от 20 до 144.

Накопители  на жестком магнитном диске (HDD)

Накопители на жёстком  диске (винчестеры) предназначены для  постоянного хранения информации, используемой при работе с компьютером: программ операционной системы, часто используемых пакетов программ, редакторов документов, трансляторов с языков программирования и т.д. Наличие жёсткого диска значительно повышает удобство работы с компьютером. Для пользователя накопители не жёстком диске отличаются друг от друга, прежде всего, своей ёмкостью, т.е. тем, сколько информации помещается на диске. Сейчас компьютеры в основном оснащаются винчестерами от 520 Мбайт и более. Компьютеры, работающие, как файл серверы, могут оснащаться винчестером 4 - 8 Мбайт и не одним.                             

Накопитель на несъемном  магнитном диске, созданный на основе спец. технологии (винчестерская технология - отсюда название). Магнитный диск Винчестера (на металлической основе) имеет большую плотность записи и большое число дорожек. Винчестер может иметь несколько Магнитных Дисков. НЖМД типа Винчестер созданы в 1973 г. Все магнитные диски Винчестера (объединенные в пакет дисков) - герметически упакованы в общий кожух. Магнитные диски НЕ могут изыматься из HDD и заменяться на аналогичные !!!

Магнитные головки  объединены в единый блок (блок магнитных головок). Этот блок по отношению к дискам перемещается радиально. Во время работы PC Пакет Дисков все время вращается с постоянной скоростью (3600 об/мин). При считывании/записи информации блок магнитных головок перемещается (позиционируется) в заданную область, где производиться посекторное считывание/запись информации. В силу инерционности процесса обработки информации и большой скорости вращения пакета дисков возможна ситуация, когда блок магнитных головок не успеет считать очередной сектор. Для решения этой проблемы используется метод чередования секторов (секторы нумеруются не по порядку, а с пропусками). Например, вместо того, чтобы нумеровать секторы по порядку : 1 2 3 4 5 6 7 ... , их нумеруют так : 1 7 13 2 8 14 3 9 ... В последнее время появились более скоростные SCSI-контроллеры, которые обеспечивают достаточную скорость обработки информации, и необходимость в чередовании секторов - отпадает.