Персональний комп’ютер. Зовнішня пам’ять

Зовнішня пам'ять - це пам'ять, що реалізована у вигляді зовнішніх, відносно материнської плати, пристроїв із різними принципами збереження інформації і типами носія, призначених для довготривалого зберігання інформації. Зокрема, в зовнішній пам'яті зберігається все програмне забезпечення комп'ютера. Пристрої зовнішньої пам'яті можуть розміщуватись як в системному блоці комп'ютера так і в окремих корпусах. Фізично зовнішня пам'ять реалізована у вигляді накопичувачів. Накопичувачі - це запам'ятовуючі пристрої, призначені для тривалого (що не залежить від електроживлення) зберігання великих обсягів інформації. Ємність накопичувачів в сотні разів перевищує ємність оперативної пам'яті або взагалі необмежена, якщо мова йде про накопичувачі зі змінними носіями.

Накопичувач можна розглядати як сукупність носія та відповідного приводу. Розрізняють накопичувачі зі змінними і постійними носіями. Привід - це поєднання механізму читання-запису з відповідними електронними схемами керування. Його конструкція визначається принципом дії та виглядом носія. Носій - це фізичне середовище зберігання інформації, на зовнішній вигляд може бути дисковим або стрічковим. За принципом запам'ятовування розрізняють магнітні, оптичні та магнітооптичні носії. Стрічкові носії можуть бути лише магнітними, у дискових носіях використовують магнітні, магнітооптичні та оптичні методи запису-зчитування інформації.

Найбільш поширеними є накопичувачі на магнітних дисках, які поділяються на накопичувачі на жорстких магнітних дисках (НЖМД) та накопичувачі на гнучких магнітних дисках (НГМД), та накопичувачі на оптичних дисках, такі як накопичувачі CD-ROM, CD-R, CD-RW та DVD-ROM.

Накопичувачі на жорстких магнітних дисках (НЖМД)

НЖМД - це основний пристрій для довготривалого збереження великих об'ємів даних та програм. Інші назви: жорсткий диск, вінчестер, HDD (Hard Disk Drive). Ззовні, вінчестер являє собою плоску герметично закриту коробку, всередині якої знаходяться на спільній осі декілька жорстких алюмінієвих або скляних пластинок круглої форми. Поверхня кожного з дисків покрита тонким феромагнітним шаром (речовини, що реагує на зовнішнє магнітне поле), власне на ньому зберігаються записані дані. При цьому запис проводиться на обидві поверхні кожної пластини (крім крайніх) за допомогою блоку спеціальних магнітних головок. Кожна головка знаходиться над робочою поверхнею диска на відстані 0,5-0,13 мкм. Пакет дисків обертається безперервно і з великою частотою (4500-10000 об/хв), тому механічний контакт головок і дисків недопустимий.

Запис даних у жорсткому диску здійснюється наступним чином. При зміні сили струму, що проходить через головку, відбувається зміна напруженості динамічного магнітного поля в щілині між поверхнею та головкою, що приводить до зміни стаціонарного магнітного поля феромагнітних частин покриття диску. Операція зчитування відбувається у зворотному порядку. Намагнічені частинки феромагнітного покриття спричиняють електрорушійну силу самоіндукції магнітної головки. Електромагнітні сигнали, що виникають при цьому, підсилюються й передаються на обробку.

Роботою вінчестера керує спеціальний апаратно-логічний пристрій - контролер жорсткого диска. В минулому це була окрема дочірня плата, яку під'єднували через слоти до материнської плати. У сучасних комп'ютерах функції контролера жорсткого диска виконують спеціальні мікросхеми, розташовані в чіпсеті.

У накопичувачі може бути до десятьох дисків. Їх поверхня розбивається на кола, що називаються доріжками (track). Кожна доріжка має свій номер. Доріжки з однаковими номерами, що розташовані одна над одною на різних дисках утворюють циліндр. Доріжки на диску розбиті на сектори (нумерація починається з одиниці). Сектор займає 571 байт: 512 відведено для запису потрібної інформації, решта під заголовок (префікс), що визначає початок і номер секції та закінчення (суфікс), де записана контрольна сума, потрібна для перевірки цілісності збережених даних. Сектори й доріжки утворюються під час форматування диска. Форматування виконує користувач за допомогою спеціальних програм. Ніяка інформація не може бути записана на неформатований диск. Жорсткий диск може бути розбитий на логічні диски. Це зручно, оскільки наявність декількох логічних дисків спрощує структуризацію даних, що зберігаються на жорсткому диску.Існує величезна кількість різноманітних моделей жорстких дисків багатьох фірм, таких як Seagate, Maxtor, Quantum, Fujitsu і т.д. Щоб забезпечити сумісність вінчестерів, розроблено стандарти на їх характеристики, які визначають номенклатуру з'єднувальних провідників, їх розміщення в перехідних роз'ємах, електричні параметри сигналів. Найпоширенішими нині є стандарти інтерфейсів IDE (Integrated Drive Electronics) або ATA та більш продуктивні EIDE (Enhanced IDE) і SCSI (Small Computer System Interface). Саме характеристики цих інтерфейсів, за допомогою яких вінчестери зв'язані з материнською платою, у значній мірі визначають продуктивність сучасних жорстких дисків. Серед інших параметрів, що впливають на швидкодію HDD слід відзначити такі:

швидкість обертання дисків - в наш час випускаються накопичувачі EIDE із частотою обертання 4500-7200 об/хв, і накопичувачі SCSI - 7500-10000 об/хв;

ємність кеш-пам'яті - у всіх сучасних дискових накопичувачах встановлюється кеш-буфер, який дає змогу прискорити обмін даними; чим більша його ємність, тим вища ймовірність того, що в кеш-пам'яті буде необхідна інформація, якої не треба прочитувати з диску (цей процес у тисячі разів повільніший); ємність кеш-буфера в різних пристроях може змінюватися в межах від 64 Кбайт до 2Мбайт;

середній час доступу - це час (у мілісекундах), на протязі якого блок головок зміщуються з одного циліндра на інший. Залежить від конструкції приводу головок і складає приблизно 10-13 мілісекунд;

час затримки - це час від моменту позиціювання блоку головок на потрібний циліндр до позиціювання конкретної головки на конкретний сектор, іншими словами, це час пошуку потрібного сектора;

швидкість обміну - визначає об'єми даних, які можуть бути передані з накопичувача до мікропроцесора та в зворотному напрямку за певні проміжки часу. Максимальне значення цього параметра дорівнює пропускній здатності дискового інтерфейсу і залежить від того, який режим використовується PIO або DMA; в режимі PIO обмін даними між диском і контролером відбувається за безпосередньої участі центрального процесора, чим більший номер режиму PIO, тим вища швидкість обміну; робота в режимі DMA (Direct Memory Access) дозволяє передавати дані безпосередньо в оперативну пам'ять без участі процесора; швидкість передавання даних у сучасних жорстких дисках коливається в діапазоні 30-60 Мбайт/с.

Накопичувачі на гнучких магнітних дисках (НГМД)

НГМД або дисковод вмонтований у системний блок. Гнучкі носії для НГМД випускають у вигляді дискет (інша назва флопі-диск). Власне носій - це плоский диск зі спеціальної, достатньо міцної плівки, покритий феромагнітним шаром і поміщений у захисний конверт із рухомою засувкою у верхній частині. Дискети використовуються, в основному, для оперативного перенесення невеликих об'ємів інформації з одного комп'ютера на інший. Дані, записані на дискеті можна захистити від стирання чи перезапису. Для цього потрібно пересунути маленьку захисну засувку в нижній частині дискети таким чином, щоб утворилося відкрите віконце. Для того, щоб дозволити запис цю засувку слід перемістити назад і закрити віконце.

Лицьова панель дисководу виведена на передню панель системного блоку, на якій розташовані кишенька, закрита шторкою, куди вставляють дискету, кнопка для виймання дискети та лампочка-індикатор. Дискета вставляється у дисковод верхньою засувкою вперед, її потрібно вставити у кишеню накопичувача і плавно просунути вперед до звуку щиглика. Правильний напрямок вставляння дискети помічено стрілкою на пластиковому корпусі. Щоб вийняти дискету з накопичувача, потрібно натиснути на його кнопку. Світловий індикатор на дисководі показує, що пристрій зайнятий (якщо лампочка світиться, виймати дискету не рекомендується). На відміну від жорсткого диска, диск у НГМД приводиться в обертання тільки за командою на читання або запис, в інший час він перебуває у спокої. Головка читання-запису під час роботи механічно контактує з поверхнею дискети, що призводить до швидкого зношування дискет.

Як і у випадку жорсткого диску, поверхня гнучкого диску розбивається на доріжки, які у свою чергу розбиваються на сектори. Сектори й доріжки утворюються під час форматування дискети. Зараз дискети поставляються відформатованими.

Основними параметрами дискети є технологічний розмір (у дюймах), щільність запису та повна ємність. За розмірами розрізняють 3,5-дюймові дискети та 5,25-дюймові дискети (зараз вже не використовуються). Щільність запису може бути простою SD (Single Density), подвійною DD (Double Density) та високою HD (High Density). Стандартна ємність 3,5-дюймової дискети - 1,44 Мбайт, можливим є використання дискет ємністю 720 Кбайт. На теперішній час стандартом є дискети розміром 3,5 дюйма, високої щільності HD, що мають ємність 1,44 Мбайта.

Під час користування дискетою слід дотримуватися таких правил:

не торкатись робочої поверхні дискети;

не вигинати дискету;не знімати металічну засувку, забруднена дискета може пошкодити голівки ;

зберігати дискети подалі від джерела магнітних полів;

перед використанням перевірити дискету на наявність вірусів за допомогою антивірусної програми.

Накопичувачі на оптичних дисках

Накопичувач CD-ROM

Починаючи з 1995 року в базову конфі-гурацію персонального комп'ютера замість дисководів на 5,25 дюймів почали включати дисковод CD-ROM. Абревіатура CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) перекладається як постійний запам'ятовуючий пристрій на основі компакт-дисків. Принцип дії цього пристрою полягає у зчитуванні цифрових даних за допомогою лазерного променя, що відбивається від поверхні диска. В якості носія інформації використовується звичайний компакт-диск CD. Цифровий запис на компакт-диск відрізняється від запису на магнітні диски високою щільністю, тому стандартний CD має ємність порядку 650-700 Мбайт. Такі великі об'єми характерні для мультимедійної інформації (графіка, музика, відео), тому дисководи CD-ROM відносяться до апаратних засобів мультимедіа. Крім мультимедійних видань (електронні книги, енциклопедії, музикальні альбоми, відеофільми, комп'ютерні ігри) на компакт-дисках розповсюджується також різноманітне системне та прикладне програмне забезпечення великих обсягів (операційні систе-ми, офісні пакети, системи програмування і т.д.)

Компакт-диски виготовляють із прозорого пластику діаметром 120 мм і товщиною 1,2 мм. На пластикову поверхню напилюється шар алюмінію або золота. В умовах масового виробництва запис інформації на диск відбувається шляхом витиснення на поверхні доріжки, у вигляді ряду заглиблень. Такий підхід забезпечує двійковий запис інформації. Заглиблення (pit - піт), поверхня (land - ленд). Логічний нуль може бути представлений як пітом, так і лендом. Логічна одиниця кодується переходом між пітом та лендом. Від центру до краю компакт-диску нанесена єдина доріжка у вигляді спіралі шириною 4 мкм із кроком 1,4 мкм. Поверхня диска розбита на три ділянки. Початкова (Lead-In) розташована в центрі диска і зчитується першою. В ній записано вміст диска, таблиця адрес всіх записів, мітка диска й інша службова інформація. Середня ділянка містить основну інформацію і займає більшу частину диска. Кінцева ділянка (Lead-Out) містить мітку кінця диску. Для штампування існує спеціальна матриця-прототип (мастер-диск) майбутнього диска, яка витискує доріжки на поверхні. Після штампування, на поверхню диска наносять захисну плівку з прозорого лаку.

Накопичувач CD-ROM містить:

електродвигун, що обертає диск;

оптичну систему, яка складається з лазерного випромінювача, оптичних лінз та датчиків і призначена для зчитування інформації з поверхні диска;

мікропроцесор, що керує механікою привода, оптичною системою і декодує прочитану інформацію у двійковий код.

Компакт-диск розкручується електродвигуном. На поверхні диска за допомогою приводу оптичної системи фокусується промінь із лазерного випромінювача. Промінь відбивається від поверхні диска і скрізь призму подається на датчик. Світловий потік перетворюється в електричний сигнал, який поступає у мікропроцесор, де він аналізується й перетворюється у двійковий код.

Основними характеристиками CD-ROM є:

швидкість передачі даних - вимірюється в кратних долях швидкості програвача аудіо компакт-дисків (150 Кбайт/сек) і характеризує максимальну швидкість з якою накопичувач пересилає дані в оперативну пам'ять комп'ютера, наприклад, 2-швидкісний CD-ROM (2x CD-ROM) буде зчитувати дані зі швидкістю 300 Кбайт/сек., 50-швидкісний (50x) - 7500 Кбайт/сек.;

час доступу - час, потрібний для пошуку інформації на диску, вимірюється у мілісекундах.

Основний недолік стандартних CD-ROM - неможливість записування даних, але існують пристрої однократного записування CD-R та багаторазового записування CD-RW.

Накопичувач CD-R (CD-Recordable)

Зовні схожі на накопичувачі CD-ROM і сумісні з ними за розмірами диска та форматами запису. Дають змогу виконати одноразовий запис і необмежену кількість зчитувань. Запис даних здійснюється за допомогою спеціального програмного забезпечення. Швидкість запису сучасних накопичувачів CD-R складає 4х-8х.

Накопичувач CD-RW (CD-ReWritable)

Використовуються для багаторазового запису даних, причому можна як просто дописати нову ін-формацію на вільний простір, так і повністю перезаписати диск новою інформацією (попередні дані знищуються). Як і у випадку з накопичувачами CD-R, для запису даних необхідно встановити в системі спеціальні програми, причому формат запису сумісний зі звичайним CD-ROM. Швидкість запису сучасних накопичувачів CD-RW складає 2х-4х.

Накопичувач DVD (Digital Video Disk)Пристрій для читання цифрових відеозаписів. Зовні DVD-диск схожий на звичайний CD-ROM (діаметр - 120 мм, товщина 1,2 мм), однак відрізняється від нього тим, що на одній стороні DVD-диску може бути записано до 4,7 Гбайт, а на обох - до 9,4 Гбайт. У разі використання двошарової схеми запису на одному його боці можна розмістити вже до 8,5 Гбайт інформації, відповідно на обох боках - близько 17 Гбайт. DVD-диски допускають також перезапис інформації.

Найважливішим чинником, що стримує широке застосування накопичувачів CD-R, CD-RW та DVD, є висока вартість як їх самих, так і змінних носіїв.

Використана література

1.Курс користувачів персональним комп’ютером. Автори : Г.В.Саєнко та Т.Б.Волобуєва. 2006 рік.

2.Практичний курс інформатики. Автори : В.Д.Руденко; О.М.Макарчук; М.О.Патланжоглу.

3.Караванова Т. П. Розвиток творчості учнів при вивченні інформатики: Авторська програма погли¬бленого вивчення інформатики.—Чернівці: ОНМІПО, 2006.—44с.

4.Рудненко В.Д.,Макарчук О.М., Патланжоглу М.О.Практичний курс інформатики / За ред. Мадзігона В.М. - К.:Фенікс, 2007. -304 с.

5.Глушаков С.В. ,Персональний комп'ютер. Учебний курс.-Харків:Фомо;М.:ООО.Фирма "Издательство Аст",2004.-499с.

6.Гордієнко Г.В. Входження України у всесвітню систему інформації. // Нова політика. - 1999 р. - №5 – С. 64-67.

7.Демінський С.О. Гроші в Мережі. // Політика і культура. - 2001. - №5 (88) / 13-19 лютого. - С. 34-36.

8.Демонополізація “Інтернету”. // Молода дипломатія. - 2000. - №4 (18). – 17 с.

9.Інформаційна тривога. // Пробудись. - 1998. - 8 січня. – С. 3-12.