Устройства хранения информации ПК

Содержание

Введение 3

1. Внешние устройства хранения  данных ПК 4

1.1 Накопитель на гибких магнитных  дисках 4

1.2 Накопитель на жестких магнитных  дисках 5

1.3 Стримеры 7

1.4 Flash-карта 8

1.5 Оптические CD, DVD, BD 11

1.6 Магнитно-оптические диски 14

2. Внутренние устройства хранения  данных ПК 15

2.1 Оперативная память 15

2.2 Кэш-память 17

2.3 CMOS-память 19

2.4 BIOS 21

Заключение 21

Список использованной литературы 22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Современное общество характеризуется  интенсивным развитием технических  и программных средств. На основе своевременного пополнения, накопления, переработки информационного ресурса  возможно рациональное управление и  принятие верных решений. Особенно важным это является для сферы экономики. Постоянный рост информационных потоков  предъявляет повышенные требования к применению устройств хранения данных. В этой связи рассмотрение вопроса, касающегося устройств хранения информации, представляется весьма актуальным.

Устройства хранения информации делятся на 2 вида: внешние (периферийные) устройства и внутренние устройства.

К внешним устройствам относятся магнитные диски, CD, DVD, BD, cтримеры, жесткий диск (винчестер), а также флэш-карта. Внешняя память дешевле внутренней, создаваемой обычно на основе полупроводников. Кроме того, большинство устройств внешней памяти может переноситься с одного компьютера на другой. Главный их недостаток в том, что они работают медленнее устройств внутренней памяти.

К внутренним устройствам относятся оперативная память, кэш-память, CMOS-память, BIOS. Главным достоинством является скорость обработки информации. Но в то же время устройства внутренней памяти довольно дорогостоящи.

Целью данной работы является изучение устройств хранения данных ПК. Для этого разберем внешние и внутренние устройства, предназначенные для хранения данных и дадим их характеристику.

 

 

 

1. Внешние устройства  хранения данных ПК

1.1 Накопитель  на гибких магнитных дисках

Использование гибких дисков уходит в прошлое. Бывают двух типов  и обеспечивают хранение информации на дискетах одного из двух форматов: 5,25' или 3,5'.

Рис. 1 Накопитель на гибких магнитных дисках

Дискеты формата 5,25' в настоящее  время практически не встречаются (максимальная емкость 1,2 Мб). Для дискет формата 3,5' максимальная емкость составляет 2,88 Мб, самый распространенный формат емкости для них – 1,44 Мб. Гибкие магнитные диски помещаются в  пластмассовый корпус. В центре дискеты  имеется приспособление для захвата  и обеспечения вращения диска  внутри пластмассового корпуса. Дискета  вставляется в дисковод, который  вращается с постоянной угловой  скоростью. Все дискеты перед  употреблением форматируются –  на них наносится служебная информация, обе поверхности дискеты разбиваются  на концентрические окружности –  дорожки, которые в свою очередь  делятся на сектора. Одноименные  сектора обеих поверхностей образуют кластеры. Магнитные головки примыкают  к обеим поверхностям и при  вращении диска проходят мимо всех кластеров дорожки. Перемещение  головок по радиусу с помощью  шагового двигателя обеспечивает доступ к каждой дорожке. Запись/чтение осуществляется целым числом кластеров, обычно под  управлением операционной системы. Однако в особых случаях можно  организовать запись/чтение и в обход операционной системы, используя напрямую функции BIOS. В целях сохранения информации гибкие магнитные диски необходимо предохранять от воздействия сильных магнитных полей и нагревания, так как такие воздействия могут привести к размагничиванию носителя и потере информации. 

1.2 Накопитель на жестких магнитных дисках

Накопитель на жестком  диске относится к наиболее совершенным  и сложным устройствам современного ПК. Его диски способны вместить многие мегабайты информации, передаваемой с огромной скоростью. Основные принципы работы жесткого диска мало изменились со дня его создания. Взглянув на накопитель на жестком диске, вы увидите только прочный металлический корпус. Он полностью герметичен и защищает дисковод от частичек пыли. Кроме того, корпус экранирует накопитель от электромагнитных помех.

Рис. 2 Накопитель на жестких магнитных дисках

Диск представляет собой  круглую пластину с очень ровной поверхностью чаще из алюминия, реже – из керамики или стекла, покрытую тонким ферромагнитным слоем. Магнитные головки считывают и записывают информацию на диски. Цифровая информация преобразуется в переменный электрический ток, поступающий на магнитную головку, а затем передается на магнитный диск, но уже в виде магнитного поля, которое диск может воспринять и "запомнить". Под воздействием внешнего магнитного поля собственные магнитные поля доменов ориентируются в соответствии с его направлением. После прекращения действия внешнего поля на поверхности диска образуются зоны остаточной намагниченности. Таким образом, сохраняется записанная на диск информация. Участки остаточной намагниченности, оказавшись при вращении диска напротив зазора магнитной головки, наводят в ней электродвижущую силу, изменяющуюся в зависимости от величины намагниченности. Пакет дисков, смонтированный на оси-шпинделе, приводится в движение специальным двигателем, компактно расположенным под ним. Скорость вращения дисков, как правило, составляет 7200 об./мин. Для того, чтобы сократить время выхода накопителя в рабочее состояние, двигатель при включении некоторое время работает в форсированном режиме. Поэтому источник питания компьютера должен иметь запас по пиковой мощности. Появление в 1999 г. изобретенных фирмой IBM головок с магниторезистивным эффектом (GMR – Giant Magnetic Resistance) привело к повышению плотности записи до 6,4 Гбайт на одну пластину в уже представленных на рынке изделиях.

Основные параметры жесткого диска:

• емкость – винчестер имеет объем от 40 Гб до 200 Гб;
• Скорость чтения данных. Средний сегодняшний показатель – около 8 Мбайт/с;
• среднее время доступа. Измеряется в миллисекундах и обозначает то время, которое необходимо диску для доступа к любому выбранному вами участку. Средний показатель – 9 мс;
• скорость вращения диска. Показатель, напрямую связанный со скоростью доступа и скоростью чтения данных. Скорость вращения жесткого диска в основном влияет на сокращение среднего времени доступа (поиска). Повышение общей производительности особенно заметно при выборке большого числа файлов;
• размер кэш-памяти – быстрой буферной памяти небольшого объема, в которую компьютер помещает наиболее часто используемые данные. У винчестера есть своя кэш-память размером до 8 Мбайт;
• фирма-производитель. Освоить современные технологии могут только крупнейшие производители, потому что организация изготовления сложнейших головок, пластин, контроллеров требует крупных финансовых и интеллектуальных затрат. В настоящее время жесткие диски производят семь компаний: Fujitsu, IBM-Hitachi, Maxtor, Samsung, Seagate, Toshiba и Western Digital. При этом каждая модель одного производителя имеет свои, только ей присущие особенности.

1.3 Стримеры

Классическим способом резервного копирования является применение стримеров  – устройств записи на магнитную ленту.

Рис. 3 Стример

Однако возможности этой технологии, как по емкости, так и  по скорости, сильно ограничены физическими  свойствами носителя. Стример по принципу действия очень похож на кассетный  магнитофон. Данные записываются на магнитную  ленту, протягиваемую мимо головок. Недостатком стримера является слишком  большое время последовательного  доступа к данным при чтении. Емкость  стримера достигает нескольких Гбайт, что меньше емкости современных  винчестеров, а время доступа  во много раз больше.

1.4 Flash-карта

Устройства, выполненные  на одной микросхеме (кристалле) и  не имеющие подвижных частей, основаны на кристаллах электрически перепрограммируемой  флэш-памяти. Физический принцип организации  ячеек флэш-памяти можно считать  одинаковым для всех выпускаемых  устройств, как бы они ни назывались. Различаются такие устройства по интерфейсу и применяемому контроллеру, что обусловливает разницу в емкости, скорости передачи данных и энергопотреблении.

Multimedia Card (MMC) и Secure Digital (SD) – сходит со сцены из-за ограниченной емкости (64 Мб и 256 Мб соответственно) и низкой скорости работы.

Рис. 4 Multimedia Card (MMC) и Secure Digital (SD)

SmartMedia – основной формат для карт широкого применения (от банковских и проездных в метро до удостоверений личности). Тонкие пластинки весом 2 грамма имеют открыто расположенные контакты, но значительная для таких габаритов емкость (до 128 Мбайт) и скорость передачи данных (до 600 Кбайт/с) обусловили их проникновение в сферу цифровой фотографии и носимых МРЗ-устройств.

Memory Stick – “эксклюзивный” формат фирмы Sony, практически не используется другими компаниями. Максимальная емкость – 256 Мбайт, скорость передачи данных доходит до 410 Кбайт/с, цены сравнительно высокие.

CompactFlash (CF) – самый распространенный, универсальный и перспективный формат. Легко подключается к любому ноутбуку. Основная область применения – цифровая фотография. По емкости (до 3 Гбайт) сегодняшние CF-карты не уступают IBM Microdrive, однако отстают по скорости обмена данными (около 2 Мбайт/с).

USB Flash Drive – последовательный интерфейс USB с пропускной способностью 12 Мбит/с или его современный вариант USB 2.0 с пропускной способностью до 480 Мбит/с. Сам носитель заключен в обтекаемый компактный корпус, напоминающий автомобильный брелок. Основные параметры (емкость и скорость работы) полностью совпадают с CompactFlash, поскольку чипы самой памяти остались прежними. Может служить не только “переносчиком” файлов, но и работать как обычный накопитель – с него можно запускать приложения, воспроизводить музыку и сжатое видео, редактировать и создавать файлы. Низкое среднее время доступа к данным на Flash-диске – менее 2,5 мс. Вероятно, накопители класса USB Flash Drive, особенно с интерфейсом USB 2.0, в перспективе смогут полностью заменить собой обычные дискеты и частично – перезаписываемые компакт-диски, носители Iomega ZIP и им подобные.

Рис. 5 USB Flash Drive 

PC Card (PCMCIA ATA) – основной тип флэш-памяти для компактных компьютеров. В настоящее время существует четыре формата карточек PC Card: Type I, Type II, Type III и CardBus, различающиеся размерами, разъемами и рабочим напряжением. Для PC Card возможна обратная совместимость по разъемам “сверху вниз”. Емкость PC Card достигает 4 Гб, скорость – 20 Мб/с при обмене данными с жестким диском.

Miniature Card (MC) – карточка флэш-памяти, предназначена в основном для карманных компьютеров, мобильных телефонов и цифровых фотокамер. Стандартная емкость составляет 64 Мбайт и больше.

Рис. 5 Miniature Card (MC)

xD Picture Card (extreme Digital) является новым типом флэш-памяти, разработанным компанией Toshiba специально для цифровых фотоаппаратов. На сегодняшний день это самое миниатюрное устройство флэш-памяти. Благодаря использованию технологии NAND не имеет ограничений на максимальный объем. Сейчас известны карточки xD Picture Card емкостью до 1 Гбайт, ожидается появление изделий емкостью до 8 Гбайт.

MirrorBit Flash, разработанная компанией AMD, основана на технологии хранения в ячейке двух бит. Каждая ячейка разделена на симметричные (зеркальные) половинки изолирующим слоем из нитрида кремния и, таким образом, имеет удвоенную емкость. За счет “зеркальности” более быстро формируется стандартная 16-битная страница данных, что увеличивает скорость обмена. Чипы семейства MirrorBit имеют емкость 64 Мбит и могут быть установлены на большинство современных типов твердотельных устройств памяти.

1.5 Оптические CD, DVD, BD

CD (Compact Disc) - оптический носитель информации в виде пластикового диска с отверстием в центре, процесс записи/считывания информации на/c который осуществляется при помощи лазера.CD становятся все более быстродействующими и дешёвыми. На диске CD промышленным способом записывается информация. Наибольшее распространение получили 5-дюймовые диски CD емкостью 670 Мбайт. По своим характеристикам они полностью идентичны обычным музыкальным компакт-дискам. Данные на диске записываются в виде спирали (в отличие от винчестера, данные на котором располагаются в виде концентрических окружностей). С точки зрения физики лазерный луч определяет цифровую последовательность единиц и нулей, записанных на CD, пo форме микроскопических ямок (пит, pit) на его спирали. Сегодня, имея компьютер с записывающим дисководом CD, можно сделать диск менее чем за час.

Рис. 6 CD (Compact Disc)

DVD (Digital Versatile Disk, ранее Digital Video Disk), т. е. многоцелевой цифровой диск – тип компакт-дисков, хранящий от 4,7 до 17 Гбайт информации, что вполне достаточно для полнометражного фильма.

Такой объем способен удовлетворить  любого производителя компьютерных игр и энциклопедий, для выпуска  которых обычно требовалось несколько CD-ROM, вызывая неудобства у пользователя. Спецификаций DVD-ROM рассматривает диски и технологию DVD в качестве средства хранения компьютерных данных, обладающего громадной емкостью. Спецификация DVD-Video, вокруг которой ломалось столько копий, предусматривает лишь запись полнометражных кинопрограмм с высоким качеством изображения, многоканальным звуком и интернациональными настройками. Спецификация DVD-Audio рассматривает стандарт записи лишь звука, предполагая, правда, значительно более высокое качество, многоканальность и возможность поместить на том же диске не только 74 мин. музыки, но и разнообразную сопутствующую информацию. Становится ясным, что стремительное понижение цен на DVD-устройства может привести к вытеснению CD-приводов уже в ближайшее время даже при условии использования старых носителей. DVD по структуре данных бывают четырёх типов:

• DVD-видео - содержат фильмы (видео и звук);
• DVD-Audio - содержат аудиоданные высокого качества (гораздо выше, чем на аудио-компакт-дисках);
• DVD-Data - содержат любые данные;
• смешанное содержимое.

Рис. 7 DVD (Digital Versatile Disk)

BD (Blu-ray - англ. blue ray - синий луч и disc - диск) - формат оптического носителя, используемый для записи и хранения цифровых данных, включая видео высокой чёткости с повышенной плотностью.

Стандарт Blu-ray был совместно разработан консорциумом BDA.В новой технологии появились кардинальные изменения в логической структуре диска, стоимости и других параметрах. Длина волны синего лазера укоротилась до 405 нм, что позволило позиционировать луч намного точнее, а, следовательно, и размещать данные на диске с большей плотностью.

Более короткая длина волны  сине-фиолетового лазера позволяет  хранить больше информации на 12 см дисках того же размера, что и у CD/DVD.

BD является продуктом  нового поколения, наиболее прогрессивным, отвечающим "требованиям нашего времени", чем CD и DVD.

Рис. 8 BD (Blu-ray disc)

1.6 Магнитно-оптические диски

Магнитно-оптический диск - носитель информации, сочетающий свойства оптических и магнитных накопителей. Запись на диск выполняется посредством последовательного нагревания ячейки диска лазером большой интенсивности до t=200 ⁰С, в результате чего ячейка теряет заряд и последующего нанесения нового заряда при этой же температуре магнитной головкой. Считывание производится лазерным лучом меньшей интенсивности. Он направляется на ячейку и поляризуется имеющимся там зарядом (если таковой имеется), а считывающее устройство определяет, является ли отраженный луч поляризованным. Не все магнитооптические диски могут быть перезаписываемыми; существуют также диски с однократной записью CC WORM (Continuons Composite Write Once Read Many) и частичной записью P-ROM (Partial read-only memory). Несмотря на большую емкость магнитооптических дисков, они не могут заменить жесткие диски. Прежде всего, это связано с низким быстродействием магнитооптических дисководов, а ведь этот параметр является одним из основных показателей для жестких дисков. Быстродействие магнитооптических дисководов существенно снижается при записи диска; не спасает положение и технология кэширования записи. Как известно, запись на магнитооптический диск осуществляется за два прохода: при первом проходе данные стираются с диска, при втором - записываются. А если к тому же установить проверку данных при записи, то быстродействие снизится еще на 20-30%.