Запоминающие устройства персонального компьютера

Размещено на http://www.allbest.ru/

Департамент образования и науки Приморского края

Краевое государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

«Находкинский государственный гуманитарно-политехнический колледж»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине: Информатика и ИКТ

Содержание

Введение

1. Внутренняя память ПК

1.1 Постоянная память

1.2 Оперативная память

1.3 Кеш-память

1.4 CMOS-RAM

1.5 Видеопамять

2. Внешняя память ПК

2.1 Накопители на гибких магнитных дисках

2.2 Накопители на жёстких магнитных дисках

2.3 Оптические носители информации

2.4 Флэш-память

Заключение

Список используемой литературы и интернет ресурсов

Введение

В тот самый момент, когда первый компьютер впервые обработал несколько байт данных моментально встал вопрос: где и как хранить полученные результаты? Как сохранять результаты вычислений, текстовые и графические образы, произвольные наборы данных?

В оперативной памяти данные хранятся до выключения питания. Однако существует информация, которую следует хранить долгое время. Для этого компьютеру необходима дополнительная память.

Прежде всего, должно быть устройство, с помощью которого компьютер будет запоминать информацию, затем требуется носитель информации, на котором ее можно будет переносить с места на место, причем другой компьютер должен также легко прочитать эту информацию. Такого рода устройства называются периферийными или внешними запоминающими устройствами (ВЗУ). Таковыми являются накопители на магнитной ленте (стримеры), накопители на дискетах, винчестеры, CD-ROM, магнитооптические диски, флэш-память.

1. Внутренняя память компьютера

Внутренняя память - это запоминающее устройство, напрямую связанное с процессором и предназначенное для хранения выполняемых программ и данных, непосредственно участвующих в вычислениях. Обращение к внутренней памяти ПК осуществляется с высоким быстродействием, но она имеет ограниченный объем, определяемый системой адресации машины. Внутренняя память, в свою очередь, делится на постоянную (ПЗУ) и оперативную (ОЗУ) память.

1.1 Постоянная память

Постоянная память обеспечивает хранение и выдачу информации. Содержимое постоянной памяти заполняется при изготовлении ПК и не подлежит изменению в обычных условиях эксплуатации. В постоянной памяти хранятся часто используемые (универсальные) программы и данные, некоторые программы операционной системы, программы тестирования оборудования ПК и др. При выключении питания содержимое постоянной памяти сохраняется. Такой вид памяти называется ROM (Read Only Memory - память только для чтения), или постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Значительная часть программ, хранящихся в ROM, связана с обслуживанием ввода/вывода, поэтому ее называют ROM BIOS (Basic Input-Output System -- базовая система ввода/вывода).

Для упрощения разработки новых устройств, основанных на ПЗУ, были выпущены программируемые ПЗУ, которые можно было программировать в условиях эксплуатации. Следующая разработка этой линии - стираемое программируемое ПЗУ, которое можно не только программировать в условиях эксплуатации, но и стирать с него информацию, подвергнув его воздействию сильного ультрафиолетового света в течение 15 минут. Следующий этап - электронно-перепрограммируемое ПЗУ, с которого можно стирать информацию, прилагая к нему импульсы, и которое не нужно для этого помещать в специальную камеру, чтобы подвергнуть воздействию ультрафиолетовых лучей. Кроме того, чтобы перепрограммировать данное устройство, его не нужно вставлять в специальный аппарат для программирования, в отличие от стираемого программируемого ПЗУ.

1.2 Оперативная память

Оперативная память, или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) по объему составляющая большую часть внутренней памяти, служит для приема, хранения и выдачи информации. При выключении питания содержимое оперативной памяти в большинстве случаев теряется. Эта память называется оперативной, поскольку является самой быстродействующей запоминающей системой компьютера и работает так быстро, что процессору практически не приходится ждать при чтении данных из памяти или записи в нее. Оперативная память обозначается RAM (Random Access Memory - память с произвольным доступом). Существует два типа ОЗУ: статическое и динамическое.

Процессор имеет возможность выполнять программы только после того, как они загружены в оперативную рабочую память, т.е. в память, доступную для программ пользователя. Процессор имеет непосредственный доступ к данным, находящимся в оперативной памяти, а к внешней памяти (на гибких или жестких дисках) - через буфер, являющийся также разновидностью оперативной памяти. Работа программ, загруженных с внешнего носителя, возможна только после того, как она будет скопирована в RAM.

Однако оперативная память имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что она временная, т.е. при отключении питания оперативная память полностью очищается. При этом данные, не записанные на внешний носитель, будут утеряны. Основная задача RAM - предоставлять необходимую информацию в виде двоичных кодов по запросам процессора, т.е. данные в любой момент должны быть доступны для обработки. Оперативная память относится к категории динамической памяти: ее содержимое остается неизменным в точение короткого промежутка времени, что требует периодического обновления памяти.

Основными характеристиками микросхем памяти различных типов являются:

Ш объем;

Ш разрядность;

Ш быстродействие;

Ш временная диаграмма (циклограмма).

Объем установленной в компьютере оперативной памяти определяет, с каким программным обеспечением можно на нем работать. При недостаточном объеме оперативной памяти многие программы либо не будут работать совсем, либо будут работать крайне медленно.

1.3 Кэш-память

Кэш-память - сверхбыстродействующая память, обеспечивающая ускорение доступа к оперативной памяти на быстродействующих компьютерах. Она располагается между микропроцессором и оперативной памятью и хранит копии наиболее часто используемых участков оперативной памяти. При обращении микропроцессора к памяти сначала производится поиск данных в кэш-памяти. Поскольку время доступа к кэш-памяти в несколько раз меньше, чем к обычной памяти, а в большинстве случаев необходимые микропроцессору данные уже содержатся в кэш-памяти, среднее время доступа к памяти уменьшается.

1.4 CMOS-RAM

CMOS-RAM - участок памяти для хранения параметров конфигурации компьютера. Называется так в связи с тем, что эта память обычно выполняется по технологии CMOS, обладающей низким энергопотреблением. Содержимое CMOS-RAM не изменяется при выключении электропитания компьютера. Эта память располагается на контроллере периферии, для электропитания которого используются специальные аккумуляторы.

1.5 Видеопамять

Видеопамять в IBM PC-совместимых компьютерах - память, используемая для хранения изображения, выводимого на экран монитора. Эта память обычно входит в состав видеоконтроллера - электронной схемы, управляющей выводом изображения на экран монитора.

компьютер диск флеш память

2. Внешняя память компьютера

Внешняя память предназначена для размещения больших объемов информации и обмена ею с оперативной памятью. Для построения внешней памяти используют энергонезависимые носители информации (диски и ленты), которые являются переносными. Емкость внешней памяти практически не имеет ограничений, а для обращения к ней требуется больше времени, чем к внутренней. ВЗУ по принципам функционирования разделяются на устройства прямого доступа (накопители на магнитных и оптических дисках) и устройства последовательного доступа (накопители на магнитных лентах). Устройства прямого доступа обладают большим быстродействием, поэтому они являются основными внешними запоминающими устройствами, постоянно используемыми в процессе функционирования компьютера. Устройства последовательного доступа используются в основном для резервирования информации.

История развития вычислительной техники неразрывно связана с совершенствованием устройств хранения информации (накопителей информации), т.к. характеристики именно этих устройств в значительной мере определяют характеристики компьютеров.

Накопитель информации - устройство записи, воспроизведения и хранения информации, a носитель информации - это предмет, на который производится запись информации (диск, лента, твердотельный носитель).

Накопители информации могут быть классифицированы по следующим признакам:

Ш способу хранения информации - магнитоэлектрические, оптические, магнитооптические;

Ш виду носителя информации - накопители на гибких и жестких магнитных дисках, оптических и магнитооптических дисках, магнитной ленте, твердотельные элементы памяти;

Ш способу организации доступа к информации - накопители прямого, последовательного и блочного доступа;

Ш типу устройства хранения информации - встраиваемые (внутренние), внешние, автономные, мобильные (носимые) и др.

Значительная часть накопителей информации, используемых в настоящее время, создана на базе магнитных носителей.

2.1 Накопители на гибких магнитных дисках

С изобретением персонального компьютера появилась необходимость каким-то образом распространять программное обеспечение. Решением этой проблемы послужил гибкий магнитный диск (floppy disk - «гибкий диск», ГМД или дискета; назван так, потому что первые дискеты были гибкими физически) - небольшой сменный носитель информации. Дискеты были созданы в 1971 г. в лаборатории фирмы IBM, возглавляемой А. Шугартом, и имели диаметр 8". Изначально на них записывалась информация по обслуживанию больших машин (для сотрудников фирмы), но производители компьютеров вскоре переняли эту идею и стали использовать дискеты в качестве удобного средства записи программного обеспечении и его продажи. С 1975 г. начался серийный выпуск дисководов формата 5,25", а в 1981 г. стали стандартом диски диаметром 3,5". В 1986 г. фирма IBM начала выпуск дискет 3,5" емкостью 720 Кбайт, а в 1987 г. многие фирмы-производители начали выпуск дискет 3,5" емкостью 1,44 Мбайт. Фирма Toshiba в 1989 г. разработала новые диски емкостью 2,88 Мбайт. В настоящее время наибольшее распространение получили диски диаметром 3,5".

До недавнего времени наиболее распространенными были два вида дискет: 5,25" (пятидюймовые) и 3,5"(трехдюймовые) /Дискеты размером 5,25" уже несколько лет как вышли из обращения. В 2001 году производители персональных компьютеров выпустили стандарт, согласно которому и дискеты размером 3,5" должны будут окончить свое существование, т.к. в новые компьютеры не будут устанавливаться приводы для работы с этими дискетами. Каждая из них могла быть или с низкой плотностью записи (Low-Density, сокращение LD), или с высокой плотностью записи (High-Density, сокращенно HD). Дискеты на 3,5" выпускаются в жесткой защитной упаковке, поэтому в действительности они не гибкие. Поскольку 3-дюймовые дискеты вмещают больше данных и лучше защищены от внешних воздействий, они, по существу, заменили старые 5-дюймовые.

Для записи и считывания информации с дискет используются периферийные устройства ПК - дисководы (Floppy Dick Drive - FDD).

Дискеты используются для переноса документов и программ с одного компьютера на другой, хранения информации, создания архивных копий. Дискеты хранятся вне компьютера и устанавливаются в дисковод по мере необходимости. Пластиковый конверт (корпус) служит для предохранения поверхности дискеты от загрязнения и механических повреждений.

Информация записывается на магнитных поверхностях диска, на дорожках, представляющих собой концентрические окружности.

Дискеты называются носителями информации с прямым доступом, т.к. вследствие вращения диска с высокой скоростью имеется возможность перемещать под головки чтения/записи любую его часть. Таким образом, можно непосредственно обратиться к любой части записанных данных, Этому способствует специальная организация дисковой памяти, в соответствии с которой информационное пространство диска форматируется, т.е. разбивается на определенные участки: дорожки и секторы.

Дорожкой записи (Track) называется каждое из концентрических колец диска, на котором записаны данные. Поверхность диска разбивается на дорожки, начиная с внешнего края, число дорожек зависит от типа диска. Каждое кольцо дорожки разбивается на участки, называемые секторами. Секторам на дорожке присваиваются номера, начиная с нуля. Сектор с нулевым номером на каждой дорожке резервируется для идентификации записываемой информации, но не для хранения данных.

Емкость дискеты

Емкость дискеты вычисляется по следующей формуле:

Емкость дискеты = число сторон * число дорожек на стороне * число секторов на дорожке * число байт в секторе.

2.2 Накопители на жёстких магнитных дисках

Первый накопитель на жестких дисках (Hard Disk Drive - HDD) был создан в 1973 г. по технологии фирмы IBM и имел кодовое обозначение «30/30» (двухсторонний диск емкостью 30 + 30 Мбайт), которое совпало с названием известного охотничьего ружья «винчестер», использовавшегося при завоевании Дикого Запада. По этой причине накопители на жестких дисках получили название винчестер. В 1979 г. Ф. Коннер А. Шугарт организовали производство первых жестких пятидюймовых дисков емкостью 6 Мбайт.

По сравнению с дискетами HDD обладают такими преимуществами: значительно большая емкость (чтобы сохранить данные объемом 420 Мбайт, требуется один HDD или около 290 дискет 3,5" НD) и время доступа для HDD, оно на порядок меньше, чем для приводов дискет.

Основными характеристиками накопителей на жестких дисках, которые следует принимать во внимание при выборе устройства, являются емкость, быстродействие и время безотказной работы.

Емкость винчестера определяется максимальным объемом данных, которые можно записать на носитель. Реальная величина емкости винчестера достигает сотни гигабайт. Прогресс в области создания и производства накопителей на жестких дисках приводит к тому, что ежегодно плотность записи (и соответственно емкость) увеличивается примерно на 60%.

Среднее время доступа к различным объектам на HDD определяет фактическую производительность накопителя. Время, необходимое винчестеру для поиска любой информации на диске, измеряется миллисекундами. Среднее время доступа винчестеров составляет 7 - 9 мс.

Размер кэш-памяти (быстрой буферной памяти) винчестеров колеблется в диапазоне от 512 Кбайт до 2 Мбайт.

Скорость передачи данных (Maximum Data Transfer Rate - MDTR) зависит от таких характеристик винчестера, как число байт в секторе, число секторов на дорожке, скорость вращения дисков.

Время безотказной работы для накопителей определяется расчетным среднестатистическим временем между отказами (Mean Time Between Failures - MTBF), характеризующим надежность устройства, указывается в документации и обычно составляет 20000 - 500000 ч. Практика показывает, что если накопитель на жестком диске безотказно работает на протяжении первого месяца гарантийного срока, он будет так же безотказно работать до окончания срока своего морального старения.

Накопители на жестком магнитном диске устанавливаются в системный блок и невидимы для пользователя. Диск вращается непрерывно. Герметизация диска позволила добиться его качественного улучшения благодаря идеальной чистоте рабочей поверхности диска. Данные запоминаются на магнитной поверхности диска на дорожках, представляющих собой концентрические окружности, а информация с диска считывается специальными магнитными головками. Подобно дискетам, жесткий диск делится па дорожки и секторы.

Сменные жесткие диски

Сменные жесткие диски используются при необходимости размещения больших объемов, данных на малогабаритных носителях. У сменного винчестера переносным является не только носитель информации, но и весь дисковод, который вынимается из своих направляющих в корпусе ПК. Чаще всего это IDE диски, которые устанавливаются в корпус компьютера. Для извлечения дисковода на передней панели имеется специальная ручка. С обратной его стороны находится адаптер, который обычно обеспечивает силовое питание и связь для приема/передачи данных. Использование сменного жесткого диска такого рода для частого обмена информацией между удаленными ПК не дает желаемых результатов в связи с недостаточной защищенностью от внешних воздействий, возникающих при их транспортировке. Рекомендуется использовать сменные жесткие диски главным образом для целей архивирования данных.

2.3 Оптические носители информации

В последние годы помимо магнитных дисков стали доступны оптические диски. Оптические диски изначально использовались для записи телевизионных программ, но позже они стали использоваться как средства хранения информации в компьютерной технике. Из-за потенциально огромной емкости оптические диски стали предметом многих исследований, и их усовершенствование происходило довольно быстро.

Первые оптические диски были изобретены голландской корпорацией Philips для хранения кинофильмов. Они имели 30 см в диаметре, выпускались под маркой Laser Vision, но нигде, кроме Японии, не пользовались популярностью.

Принцип действия всех оптических накопителей информации основан на лазерной технологии. Луч лазера используется как для записи на носитель информации, так и для считывания ранее записанных данных, и является, по сути, дела своеобразным носителем информации.

Накопители на компакт-дисках

В 1980 году корпорация Philips вместе с Sony разработала CD (Compact Disc - компакт-диск), который быстро вытеснил виниловые диски, использовавшиеся для музыкальных записей.

Согласно Международному Стандарту технических характеристик все компакт-диски должны быть 120 мм в диаметре и 1,2 мм в толщину, а диаметр отверстия в середине должен составлять 15 мм. Аудио-компакт-диски были первым средством хранения цифровой информации, которое вышло на массовый рынок потребления. Предполагается, что они будут использоваться на протяжении ста лет.

С 1980 года, когда компании Philips и Sony объединили свои усилия по созданию технологии записи и производства компакт-дисков с использованием лазеров, началась история создания CD-ROM (Compact Disk Read-Only Memory - компакт диск только для считывания информации)

CD-ROM - компакт-диск (CD), предназначенный для хранения в цифровом виде предварительно записанной на него информации и считывания ее с помощью специального устройства, называемого CD-ROM-driver, - дисковода для чтения компакт-дисков. Начиная с 1994 г. дисководы CD-ROM становятся неотъемлемой частью стандартной конфигурации ПК.

К числу задач, для решения которых предназначается устройство CD-ROM, можно отнести установку и обновление программного обеспечения; поиск информации в базах данных; запуск и работу с игровыми и образовательными программами; просмотр видеофильмов; прослушивание музыкальных CD.

Накопители CD-R и CD-RW

Накопители CD-R (CD-Recordable) обеспечивают однократную запись информации на диск и последующее многократное считывание этой информации, в то время как накопители CD-RW (CD-Re Writable - перезаписывающий) позволяют осуществлять многократную запись на оптические диски.

Преимущество СD-R/RW дисков - они тускнеют и выходят из строя медленнее обычных, поскольку отражающий слой у них выполнен из золота и серебра, а поэтому менее подвержен окислению, чем алюминий в большинстве штампованных CD-ROM дисков. Недостатки CD-R/RW дисков - материал регистрирующего слоя CD-R/RW дисков более чувствителен к свету и так же подвержен окислению и разложению. Кроме того, регистрирующая пленка находится в полужидком состоянии и потому весьма чувствительна к ударам и деформациям диска.

Накопители на DVD

Решение проблемы увеличения емкости оптических носителей информации на базе совершенствования технологии производства CD и приводов, а также имеющихся научно-технических решений в области высококачественного цифрового видео привело к созданию CD-дисков повышенной емкости. В 1995 г. Фирмы-производители CD предложили свои стандарты компакт-дисков с увеличенной емкостью. Одним из этих стандартов стал формат SD (Super Density). Во избежание многообразия и несовместимости стандартов в сентябре 1995 г. фирма Sony в союзе с восемью другими фирмами предложила новый универсальный формат записи данных на CD-DVD (Digital Versatile Disk - цифровой универсальный диск). Этот формат, удовлетворяющий требованиям к воспроизведению видеоизображений и к хранению данных, получил активную поддержку среди ведущих производителей CD.

Качество изображении, хранимого в формате DVD, соизмеримо с качеством профессиональных студийных видеозаписей, причем качество звука также не уступает студийному. Такие возможности дисков формата DVD обусловлены улучшенными параметрами рабочей поверхности дисков.

Следующими шагами в развитии технологии DVD стало создание двухслойных дисков, а затем и двухсторонних дисков, что существенно увеличило их емкость.

2.4 Флэш-память

Флэш-память (flash) - современный тип электронно-перепрограммируемого ПЗУ. Как и любое другое электронно-перепрограммируемое ПЗУ, флэш-память можно стирать специальным электрическим импульсом, не вынимая из микросхем. Многие изготовители производят небольшие печатные платы, содержащие десятки мегабайтов флэш-памяти. Они используются для хранения изображений в цифровых камерах и для других целей. Современные цифровые камеры в большинстве своем комплектуются картами флэш-памяти объемом от 8 до 128 Мбайт. Основной технической проблемой в данный момент является то, что флэш-память изнашивается после 10000 стираний, а диски могут служить годами независимо от того, сколько раз они перезаписывались.

Заключение

Таким образом, можно сказать, что жесткие диски еще долго будут сохранять лидирующие позиции на рынке ВЗУ. Это связано с низкой стоимостью записи по сравнению с CD, которые являются достойными конкурентами по объему записываемой информации. Различные способы хранения и записи информации соответствуют различным целям. На текущий момент не существует универсального ВЗУ, которое может быть использовано как постоянное и переносное одновременно и быть при этом доступным обычным пользователям. По всей видимости, в ближайшие годы нам придется так же пользоваться винчестерами в качестве основного носителя, хотя мысль не стоит на месте, и никто не знает, что еще может изобрести человек в скором времени.

Последние два десятилетия характеризуются стремительным прогрессом развития технологий в области записи и хранения информации, одной из которых является флэш-память. Но технологии развиваются быстро, и как знать, не придется ли через десяток лет сдувать пыль с новостей о применении флэш-памяти.

Список используемой литературы и интернет ресурсов

1. Интернет ресурс. Компьютер для начинающих - http://silverkomp.ru/

2. Алексеев Е.Г., Богатырев С.Д. Информатика. Мультимедийный электронный учебник http://inf.e-alekseev.ru/text/Memory.html

3. Соломенчук В.Г. Соломенчук П.В. Железо ПК 2005. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005.

Размещено на Allbest.ru