Технические средства реализации информационных процессов

В отличие от магнитных  дисков, компакт-диски имеют не множество кольцевых дорожек, а одну - спиральную, как у грампластинок. В связи с этим, угловая скорость вращения диска не постоянна. Она линейно уменьшается в процессе продвижения читающей магнитной головки к центру диска.

Для работы с CD ROM нужно  подключить к компьютеру накопитель CD-ROM (CD-ROM Drive). Накопители CD-ROM называют приводами CD-ROM.

Записывающие  оптические и магнитооптические  накопители

- Накопитель на магнито-оптических  компакт-дисках СD-MO (Compact Disk-Magneto Optical). Диски СD-MO можно многократно использовать для записи, но они не читаются на традиционных дисководах CD-ROM. Ёмкость от 128 Мбайт до 2,6 Гбайт.

- Записывающий накопитель CD-R (Compact Disk Recordable) способен, наряду с прочтением обычных компакт-дисков, записывать информацию на специальные оптические диски. Ёмкость 650 Мбайт.

- Накопитель WARM (Write And Read Many times), позволяет производить многократную запись и считывание.

- Накопитель WORM (Write Once, Read Many times), позволяет производить однократную запись и многократное считывание.

Накопители  на магнитной ленте (стримеры) и накопители на сменных дисках

Стример (англ. tape streamer) - устройство для резервного копирования больших объёмов информации. В качестве носителя здесь применяются кассеты с магнитной лентой ёмкостью 1 - 2 Гбайта и больше.

Стримеры позволяют  записать на небольшую кассету с  магнитной лентой огромное количество информации. Встроенные в стример средства аппаратного сжатия позволяют автоматически уплотнять информацию перед её записью и восстанавливать после считывания, что увеличивает объём сохраняемой информации. Недостатком стримеров является их сравнительно низкая скорость записи, поиска и считывания информации.

В последнее время  всё шире используются накопители на сменных дисках, которые позволяют не только увеличивать объём хранимой информации, но и переносить информацию между компьютерами. Объём сменных дисков - от сотен Мбайт до нескольких Гигабайт.

DVD (Digital Video Disc)

DVD-стандарт был реализован  с учетом накопленного опыта  по производству и распространению компакт-дисков и CD-устройств, требований и рекомендаций производителей компьютерной и киноиндустрии, а также предварительных разработок различных компаний. Новый стандарт базируется на следующих основных принципах:

- большая емкость и  возможность ее дальнейшего наращивания;

- обратная совместимость  с существующими CD;

- единая файловая система  для всех приложений;

- единый интерактивный  стандарт для компьютера и  телевидения;

- надежность хранения  данных и их последующего считывания;

- высокая производительность при записи и считывании данных как для последовательного, так и для произвольного доступа к данным;

- доступная цена.

Внешне конструкция DVD аналогична устройству традиционного  компакт-диска - с теми же геометрическими размерами (диаметр - 120 мм, толщина - 1,2 мм), но содержательно она значительно сложнее. Для увеличения объема данных при сохранении тех же геометрических размеров диска, что и CD, были предприняты следующие шаги:

- уменьшение размеров углублений (питов) на DVD до 0,4 мкм;

- уменьшение расстояния  между соседними дорожками (треками)  до 0,74 мкм;

- размещение несущих  информацию слоев в несколько  этажей (до 8 пар, и это еще не  предел).

DVD может быть как  односторонним, так и двухсторонним. Конструктивно двухсторонний диск представляет собой два склеенных нерабочими поверхностями диска толщиной 0,6 мм каждый (модель, предложенная компанией Toshiba). Таким образом, емкость одностороннего однослойного диска в семь раз, а двухстороннего двухслойного - в двадцать шесть раз превышает емкость стандартного компакт-диска.

Flash-память

Электронная Flash-память позволяет  переносить информацию с одной ЭВМ  на другую. Flash-память представляет собой  микросхему, которая подключается к компьютеру через порт. Отсутствие механических деталей (а значит высокая надежность), малые габариты и большие объемы памяти (от нескольких сотен мегабайт до нескольких гигабайт) делает этот вид памяти весьма популярным среди пользователей. Безусловным достоинством Flash-памяти является её энергонезависимость. Записанная информация может храниться в течение ста лет.

Технология Blu-Ray

Эволюция в области  компьютерных технологий происходит быстрее, чем в остальных технических  отраслях. С течением времени период, за который мощность компьютера удваивается, становится все меньше и меньше. До 1 ГГц процессоры шли 22 года, а до 2 ГГц - всего лишь полтора. Объем винчестера также очень быстро растет, 180-200 и более гигабайт - это уже обыденность. Миниатюризация, увеличение быстродействия, скорости передачи данных, увеличение плотности записи - вот что мы слышим каждый день. Объемы, скорости, частоты - все это удваивается, учетверяется, удесятеряется и все это никого уже не удивляет. Но в области сменных носителей информации до последнего времени царил, казалось бы, полный застой. В наш насыщенный информацией век объемы 650 Мб, 700 Мб, 4,7 Гб и т.д. становятся явно недостаточными.

Согласно объявленной  спецификации Blu-Ray Disc - перезаписываемый диск следующего поколения со стандартным CD/DVD размером 12 см с максимальной емкостью записи на один слой и одну сторону до 27 Гб. Назвать Blu-Ray принципиально новым форматом нельзя - это скорее эволюция формата DVD. Как следует из названия в Blu-Ray для записи и воспроизведения диска вместо красного лазера, который используется в DVD и CD-ROM, применен синий лазер (blue-violet laser). У синего лазера длина волны составляет 405 нанометров, что значительно меньше длины волны красного лазера (650 нм). Меньшая длина волны - соответственно меньшая интерференция отраженного луча, соответственно можно сделать толщину дорожку данных тоньше, что приводит к значительному увеличению емкости носителя. Толщина дорожки у Blu-Ray диска в два раза меньше, чем у DVD. Единственно, что внушает опасение - тот факт, что энергетика синего лазера выше, чем у красного, что должно приводить к значительному разогреву поверхности диска. По-видимому, Blu-Ray приводы потребуют мощного охлаждения. Покрытие Blu-Ray на которое записываются данные (optical transmittance protection layer) очень тонкое - 0.1 мм. Из этого факта можно сделать 3 вывода. Первое - чем тоньше слой, тем меньше рассеяние отраженного луча и больше данных можно вместить на квадратный дюйм, то есть тонкий слой - это необходимость для достижения большой емкости диска. Второе - настолько тонкий слой позволит без проблем сделать диск многослойным (по крайне мере двухслойным, как DVD), так как уменьшается рефракция луча отраженного от более глубокого слоя. Третье - настолько тонкий слой легко повредить, следовательно Blu-Ray Disc потребует защиты, то есть будет упакован в пластиковую оболочку, наподобие MiniDisk от Sony. Последний факт, к сожалению, говоря о том, что цены на Blu-Ray приводы будут существенно выше, чем на DVD, так как, если бы Blu-Ray Disc оставался бы диском без упаковки, то производители смогли бы использовать корпуса и механику от DVD-приводов без переделки, сменив лишь лазер и декодирующую микросхему, а так придется начинать практически с нуля.

Возможен компромиссный  вариант, когда односторонние диски  относительно малой емкости (23-27 ГБ) будут производиться без упаковки и иметь соответствующие приводы, мало отличающиеся от DVD-приводов по внешнему виду и по цене, такие объемы для домашних мультимедийных компьютеров на первое время более чем достаточны, так как объем Blu-Ray диска в несколько раз превосходит DVD.

Достоинства Blu-Ray Disc состоят  не только в огромной емкости, но и  в том, что его разрабатывали  и собираются производить более  десяти крупнейших электронных корпораций, что должно застраховать пользователей от проблем несовместимости проводов. Недостатки Blu-Ray не очевидны и компенсируются достоинствами. Это предполагаемая высокая цена приводов и дисков и проблемы обратной совместимости с предыдущими носителями информации.

 

 

3. Основные тенденции развития аппаратного обеспечения компьютера

 

 

Развитие ЭВМ с момента  их появления происходит быстрыми темпами. Модернизируются существующие устройства и разрабатываются новые, появляются более совершенные конструктивные решения для обеспечения взаимосвязи отдельных устройств между собой - т.е. архитектура ЭВМ постоянно совершенствуется. На смену большим ЭВМ пришли мини-ЭВМ, а затем и персональные компьютеры. Сохраняя общие принципы архитектуры, каждая новая модель компьютеров обладает определенными отличительными признаками.

Интеграция  устройств. Например, если в первых моделях математический сопроцессор, кэш-память, таймер и ряд других устройств изготавливались и размещались на материнской плате как отдельные устройства, то в настоящее время они все чаще объединяются в одном кристалле с центральным процессором.

Расширение  спектра периферийных устройств. В настоящее время пользователю предлагаются самые различные модели принтеров, дисплеев, клавиатур, несколько десятков видов манипуляторов, сенсорные системы и т.д.

Унификация  портов - переход от специализированных портов для разных устройств (например, LPT - Line PrinTer - для подключения принтера и COM - communicate - для модема и т.п.) к универсальным портам - USB - universal serial bus (универсальная последовательная шина). К одному USB-порту можно подключить до 127 устройств разного назначения.

Унификация  двоичного кодирования символов - переход от множества однобайтных таблиц кодировок (ASCII, КОИ-8,CP1251 и т.п.) к единой двухбайтной таблице Unicode, содержащей коды 2¹⁶ = 65536 различных символов.

 

 

4. Магистрально-модульный принцип архитектуры персональных компьютеров

 

 

1. Магистрально-модульный принцип построения компьютера

 

 

Под архитектурой компьютера понимается его логическая организация, структура, ресурсы, т. е. средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определенный интервал времени. Архитектура современных ПК основана на магистрально-модульном принципе, который позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию и производить по необходимости ее модернизацию. Модульная организация системы опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информации. В соответствии с этим принципом центральные устройства компьютера взаимодействуют между собой (обмениваются информацией) и с периферийными устройствами через системную магистраль. Центральные устройства подсоединены к шине непосредственно, а периферийные - через устройства сопряжения (контроллеры или адаптеры).

Магистраль или системная шина - это набор электронных линий, связывающих воедино по адресации памяти, передачи данных и служебных сигналов процессор, память и периферийные устройства.

Магистраль предназначена для передачи данных, адресов, команд управления, и потому включает в себя 3 многоразрядные шины: шину данных, шину адресов и шину управления, представляющие собой многопроводные линии.

Подключение отдельных  модулей компьютера к магистрали на физическом уровне осуществляется с помощью контроллеров, а на программном обеспечивается драйверами. Контроллер принимает сигнал от процессора и дешифрует его, чтобы соответствующее устройство смогло принять этот сигнал и отреагировать на него. За реакцию устройства процессор не отвечает - что функция контроллера. Внешние устройства ЭВМ заменяемы, и набор таких модулей произволен.

Данные по шине данных могут передаваться как от процессора к какому-либо устройству, так и в обратную сторону, т.е. шина данных является двунаправленной. Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память для хранения. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении.

Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, т.е. количеством двоичных разрядов, которые могут обрабатываться процессором  одновременно. Разрядность процессоров  постоянно увеличивается по мере развития компьютерной техники.

К основным режимам работы процессора с использованием шины передачи данных можно отнести следующие: запись/чтение данных из оперативной памяти и из внешних запоминающих устройств, чтение данных с устройств ввода, пересылка данных на устройства вывода.

Выбор абонента по обмену данными производит процессор, который формирует код адреса данного устройства, а для ОЗУ - код адреса ячейки памяти. Код адреса передается по адресной шине, причем сигналы передаются в одном направлении, от процессора к устройствам, т.е. эта шина является однонаправленной.

Шина адреса. Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении - от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина).

Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти (адресное пространство), то есть количество однобайтовых ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса.