§ 2.1.3 «Пам'ять та накопичувачі»
|
•
|
Види пам'яті
|
•
|
Внутрішня пам'ять
|
•
|
Структура дискових нагромаджувачів
|
•
|
Вінчестер
|
•
|
Нагромаджувачі на гнучких магнітних дисках
|
•
|
Нагромаджувачі на лазерних компакт-дисках
|
•
|
Стример
|
•
|
Демонстрація: Призначення та розташування клавіш клавіатури
|
|
|
|
|
Для роботи комп'ютера необхідною є як внутрішня, так і зовнішня пам'ять. Внутрішня пам'ять призначена для тимчасового зберігання поточної інформації і реалізується у вигляді мікросхем, встановлених на системній платі. Зовнішня пам'ять призначена для тривалого зберігання програм і даних. Пристроями зовнішньої пам'яті є нагромаджувачі, які звичайно розташовуються всередині системного блоку.
Нагромаджувачі — пристрої, призначені для тривалого зберігання інформації.
Основною характеристикою пам'яті є її ємність, яку вимірюють в одиницях вимірювання інформації (біт, байт, Кілобайт, Мегабайт, Гігабайт).
Крім того, пристрої пам'яті характеризуються часом доступу до її вмісту та швидкістю обміну інформацією. Внутрішня пам'ять звичайно має місткість меншу, ніж зовнішня; але вона є найшвидшою. Швидкість обміну інформацією залежить від швидкості її зчитування та запису.
Пам'ять комп'ютера зручно уявляти у вигляді послідовності комірок, кожна з яких має свою адресу. Таким чином, щоб знайти інформацію в пам'яті, необхідно знати її адресу.
Сьогодні існує два основних типи пристроїв зовнішньої пам'яті нагромаджувачі на магнітній стрічці (як касета в магнітофоні) і дискові нагромаджувачі (як платівка у програвачі). Нагромаджувачі на магнітній стрічці є пристроями послідовного доступу, оскільки звернутися до більш віддалених частин даних можна лише після зчитування попередніх. Нагромаджувачі на дисках є пристроями довільного доступу, оскільки потрібні дані можуть бути отримані без обов'язкового прочитання даних, що передують їм.
Пристрої зовнішньої пам'яті, нагромаджувачі, складаються з двох частин:
носія — пристрою, на якому зберігається інформація та
приводу — пристрою, призначеного для зчитування інформації з носія і запису інформації на носій.
Дисковими нагромаджувачами є жорсткий диск (вінчестер), нагромаджувач на гнучких магнітних дисках, нагромаджувач на лазерних дисках та інші. Прикладом нагромаджувача на магнітній стрічці є стример, в якому інформація зберігається на картриджах.
|
|
|
|
|
|
|
|
• Внутрішня пам'ять
|
|
|
|
|
Уся внутрішня пам'ять комп'ютера поділяється на такі види.
Перший вид пам'яті називається оперативною пам'яттю, або оперативним запам'ятовуючим пристроєм (скорочено ОЗП). В англійській мові для такого виду пам'яті використовується скорочення RAM від англ. «Random Access Memory» — пам'ять з довільним доступом. Цей вид пам'яті має таку назву тому, що дозволяє зчитувати та записувати інформацію з пам'яті за вказаними адресами будь-яку кількість разів.
Оперативна пам'ять призначена для зберігання програм і даних, що опрацьовуються процесором у поточний момент часу. Вміст цього виду пам'яті не зберігається при вимкненні комп'ютера.
Рис. 1. Плата з мікросхемою пам'яті
Другий вид пам'яті називається постійним запам'ятовуючим пристроєм (скорочено ПЗП) і характеризується тим, що дозволяє тільки зчитувати інформацію. Саме тому такий вид пам'яті має у англійській мові назву ROM-пам'яті (від англ. «Read Only Memory» — пам'ять тільки для читання). Запис до цього виду пам'яті неможливий, тому інформація, яка знаходиться в ROM-пам'яті, захищена від порушень і змін.
В постійній пам'яті містяться важливі для правильної роботи комп'ютера дані та програми, частину яких комп'ютер використовує для своєї роботи відразу після увімкнення. Цей вид пам'яті становить тільки невелику частину загального об'єму внутрішньої пам'яті комп'ютера, більшу же частину всього об'єму займає оперативна пам'ять.
Вміст постійної пам'яті зберігається при вимкненні комп'ютера.
Окрім названих, є ще один вид внутрішньої пам'яті, призначений для прискорення роботи комп'ютера. Вона називається кеш-пам'яттю (від англ. «cache» — тайник; таємний склад) і є невеликою за обсягом окремою пам'яттю, в якій зберігається найчастіше використовувана інформація. Час доступу до інформації, що зберігається в кеш-пам'яті, менший, ніж час доступу до цієї ж інформації, що зберігається в інших видах пам'яті комп'ютера.
Механізм кеширування (використання кеш-пам'яті) прискорює роботу комп'ютера, оскільки швидкодіючим пристроям не доводиться чекати надходження інформації від тих видів пам'яті, що діють порівняно з ними досить повільно, — інформація здобувається з кеш-пам'яті. Таким чином, кеш-пам'ять використовується для узгодження часу взаємодії швидких і повільних пристроїв.
Рис. 2. Механізм кеширування
Весь обсяг внутрішньої пам'яті складається з трьох частин:
основна (або стандартна) пам'ять (англ. «Conventional memory» — звичайна пам'ять) займає перші (або, як говорять, нижні) 640 Кбайтів пам'яті;
верхня пам'ять (англ. «UMA» скор. від «Upper Memory Area» — область верхньої пам'яті) займає 384 Кбайти: від 640 Кбайтів до 1 Мбайта;
розширена пам'ять (англ. «extended memory» — розширена пам'ять) — це пам'ять за межами 1 Мбайта. Перші 64 Кбайти розширеної пам'яті називаються областю високої пам'яті (англ. «HMA» скор. від «High Memory Area» — область високої пам'яті).
У процесі роботи комп'ютера кожна з цих частин використовується для зберігання певних видів програм і даних.
|
|
|
|
|
|
|
|
• Структура дискових нагромаджувачів
|
|
|
|
|
Серед дискових нагромаджувачів можна виділити нагромаджувачі на магнітних та лазерних дисках.
Розглянемо спосіб розміщення інформації на магнітних дискових нагромаджувачах. На поверхню диска нанесено шар намагнічувального матеріалу. Запис інформації в цьому шарі відбувається по доріжках, які виглядають як концентричні кола. Радіуси, проведені з центру диска, ділять кожну з доріжок на сектори, тобто сектор є дугою доріжки між двома сусідніми радіусами. Максимальна кількість інформації, що може бути записана або прочитана на кожний сектор називається розміром сектора і може становити 512 або 1024 байтів. Кожна доріжка має свій номер. Усі сектори, розміщені на різних доріжках між двома сусідніми радіусами, мають однаковий номер. При записуванні і зчитуванні інформація передається посекторно, тобто передається інформація, що міститься в цілому секторі.
У лазерних нагромаджувачах інформація на доріжці створюється лазерним променем, який створює на поверхні диска западини. Таким чином, інформація подається чергуванням западин, які не відбивають світло, і областей, які відображують світло. При зчитуванні інформації з лазерного диска промінь потрапляє на область, що відображує світло, і сприймається як двійкова одиниця. Якщо промінь потрапляє в западину, де світло не відображується, фіксується нуль.
|
|
|
|
|
|
|
|
• Вінчестер
|
|
|
|
|
У 1973 році фірма ІВМ розробила перший жорсткий диск. Він міг зберігати лише 16 Кбайт інформації. Цей диск мав 30 доріжок, кожна була розділена на 30 секторів. За аналогією з автоматичними гвинтівками, що мають калібр 30/30, жорсткі диски почали називати вінчестерами. Сучасні диски можуть мати ємність від 4 до 100 Гбайт і більше.
Як влаштований вінчестер? Звичайно вінчестер має від одного до п'яти або й більше оброблених з високою точністю керамічних чи алюмінієвих пластин (дисків), на які нанесений спеціальний магнітний шар. Це носії інформації. Привід вінчестера влаштований таким чином. Диски жорстко закріплені через однакові проміжки на вертикальному стрижні. Стрижень приводиться в рух спеціальним двигуном.
Рис. 3. Жорсткий диск зсередини
Швидкість обертання дисків для звичайних моделей становить 3600 обертів за хвилину. Чим більша швидкість обертання, тим швидше зчитується інформація. В сучасних моделях комп'ютерів швидкість обертання вінчестера сягає 4500, 5400 і навіть 7200 обертів за хвилину.
Найважливішою частиною будь-якого накопичувача (а точніше, його приводу) є головки читання/запису. Вони розміщуються на спеціальному важелі, що нагадує важіль звукознімача на програвачах грамплатівок. У сучасних вінчестерах головки ніби «летять» на відстані часток мікрона (один мікрон дорівнює одній тисячній міліметра) від поверхонь дисків, не торкаючись їх.
Є ще одне поняття, пов'язане з вінчестером, — циліндр. Циліндр утворює доріжки, що мають однакові камери, які є на всіх дисках вінчестера (тобто всі доріжки розташовані одна під одною).
Час доступу до інформації, що міститься на жорсткому диску, вимірюється в мілісекундах — це набагато більше, ніж час доступу до інформації, яка знаходиться в оперативній пам'яті комп'ютера. Для прискорення процесу обміну інформацією між оперативною пам'яттю та жорстким диском використовується механізм кеширування. У цьому випадку кеш-пам'ять застосовується для узгодження часу взаємодії повільнодіючої дискової пам'яті зі швидкодіючою (якщо порівнювати з нею) оперативною пам'яттю комп'ютера.
|
|
|
|
|
|
|
|
• Нагромаджувачі на гнучких магнітних дисках
|
|
|
|
|
Нагромаджувачі на гнучких дисках використовуються для зберігання невеликих обсягів інформації та для її перенесення з одного комп'ютера на інший. Так само, як і інші дискові нагромаджувачі, вони складаються з носія — дискети — і приводу, що називається дисководом (англ. «drive»).
Тонка пластикова основа (диск) з нанесеним на неї магнітним шаром — це і є дискета. Щоб запобігти потраплянню на неї пилу та уникнути всіляких пошкоджень, основа вкладається у квадратний футляр, усередині якого вона може вільно обертатися. Футляр зроблений із спеціального матеріалу і зсередини вкритий фетром для поглинання пилу.
Дискети відрізняються одна від одної, передусім, діаметром диска. Він вимірюється у дюймах (дюйм — це міра довжини, що використовується у Великій Британії, США та деяких інших країнах; 1 дюйм = 2,541 см). Виробники дискет прагнуть зменшити їх діаметр і збільшити ємність. Сьогодні в основному використовуються дискети двох діаметрів: 5,25 дюйма (133 мм); 3,5 дюйма (89 мм) — їх ще називають п'ятидюймовими і тридюймовими.
На сучасних дискетах магнітний шар наноситься з обох боків основи. Як правило, на дискетах є позначення, що вказують на те, скільки боків дискети можна використовувати для зберігання інформації: SS (від англ. «Single Side» — однобічний) — однобічна дискета, DS (від англ. «Double Side» — двобічний) — двобічна дискета. Останнім часом однобічні дискети практично не використовуються. За кількістю інформації, яку можна зберегти на дискеті, дискети також поділяються на два типи: HD (від англ. «High Density» — висока щільність) і DD (від англ. «Double Density» — подвійна щільність). На дискеті типу HD вміщується більша кількість інформації, ніж на дискеті типу DD.
Звичайно позначення на дискеті має вигляд DS/DD, що означає двобічна, подвійної щільності; або DS/HD — двобічна, високої щільності.
П'ятидюймові дискети типу DS/DD розраховані на зберігання до 360 Кбайтів інформації, а типу DS/HD — до 1,2 Мбайта.
Тридюймові дискети типу DS/DD розраховані на зберігання до 720 Кбайтів інформації, а типу DS/HD — до 1,44 Мбайта.
Рис. 4. П'ятидюймова (а) та тридюймова (б) дискети
Розглянемо зовнішній вигляд п'ятидюймової дискети (рис. 4, а). У центрі диска є отвір, який служить для фіксації диска на стрижні, що обертається. На дискетах типу DD цей отвір обведений темним кільцем, що вказує на те, що дискета подвійної щільності. На дискетах високої щільності таке кільце відсутнє. На чохлі недалеко від центрального отвору міститься отвір, який використовується комп'ютером для того, щоб знайти початковий сектор. Початковий сектор є точкою відрахунку номерів секторів на дискеті. Через вікно зчитування/запису відбувається зчитування та запис інформації на дискету. Поряд з вікном на згині чохла є дві виїмки для послаблення напруження. Завдяки цим виїмкам при згинанні чохол не зминається.
Окрім того, на одному зі згинів чохла є виріз захисту дискети від запису. Якщо цей виріз затулений або відсутній, то записування інформації на цю дискету не можливе, тобто інформація, яка є на диску, залишається незмінною, навіть коли ви спробуєте зробити запис. Якщо дискета містить дуже важливу інформацію, яку не можна втратити чи пошкодити, заклейте виріз захисту від запису на цій дискеті. Для додаткового захисту від механічних ушкоджень п'ятидюймова дискета звичайно зберігається в паперовому конверті, на якому можна також записувати перелік інформації, що міститься на дискеті.
Розглянемо вигляд тридюймової дискети (рис. 4, б): адже між нею і п'ятидюймовою дискетою є відмінності. Футляр, у якому знаходиться тридюймова дискета, жорсткий, хоч сама основа дискети така ж гнучка, як і в п'ятидюймової дискети.
Окрім того, на тридюймовій дискеті є металева пластинка, яка затуляє вікно зчитування/запису доти, доки дискету не вставлено у дисковід. Така конструкція дискети захищає дані, забезпечує зберігання носія і зручніша у користуванні. На відміну від п'ятидюймової дискети, де виріз захисту від запису за необхідністю треба заклеювати, на тридюймовій дискеті для захисту від запису є пересувна пластмасова пластинка, що затуляє або відкриває отвір (вікно) на футлярі.
Коли вікно відкрите, диск захищений від запису, а коли вікно затулене, він не захищений від запису (навпаки, порівняно з п'ятидюймовою дискетою).
Нарешті, тридюймова дискета типу HD (високої щільності) має додатковий отвір у футлярі, який вказує на те, що ця дискета високої щільності. На дискетах типу DD такого отвору немає. Спосіб фіксації тридюймової дискети на обертальному стрижні також відрізняється від способу фіксації п'ятидюймової дискети.
На дискетах обох типів закріплюються спеціальні смужки паперу — етикетки, на яких записують інформацію про вміст дискети.
Будова приводу (дисководу) для дискет схожа на будову приводу жорсткого диска. Проте, на відміну від приводу для жорсткого диска, швидкість двигуна, що обертає дискету, менша і залежить від типу дискети. Звичайно вона становить від 300 до 360 обертів за хвилину. Крім того, в дисководах для дискет головки зчитування/запису не «летять» над поверхнею дискети, а торкаються її.
Дисководи (рис. 5) для дискет типу DD і типу HD як тридюймові, так і п'ятидюймові зовні не відрізняються. Можна «прочитати» дискету типу DD у дисководі для дискети типу HD. Однак неможливо «прочитати» дискету типу HD у дисководі для дискети типу DD. Це пов'язано з тим, що будова головок читання/запису цих дисководів різна. В сучасних комп'ютерах, як правило, використовуються дисководи для дискет типу HD.
Рис. 5. Нагромаджувачі на гнучких п'ятидюймових (а) та тридюймових (б) дисках
Дуже важливо вставляти дискету в дисковід правильно. П'ятидюймову дискету вставляють в щілину дисковода вікном зчитування/запису вперед і так, щоб виріз захисту від запису знаходився на лівому згині чохла. Після того, як дискета вставлена в дисковід, обов'язково слід зачинити дверці дисковода.
Щоб вийняти дискету з дисковода, досить відчинити його дверцята. Дискета автоматично трішки висувається вперед, і її можна легко вийняти.
Тридюймову дискету вставляють у щілину дисковода ковзною металевою пластиною вперед, так що пристрій для фіксації дискети на обертальному стрижні знаходиться знизу, і підштовхують її вперед до повного входження в щілину. Щоб вийняти дискету з дисковода, досить натиснути на кнопку викиду дискети з дисковода. Дискета автоматично трішки висувається вперед, так що її можна легко дістати.
|
|
|
|
|
|
|
|
Нагромаджувачі на лазерних компакт-дисках
|
|
|
|
|
Є ще один вид нагромаджувачів, які завдяки своїм великим ємностям останнім часом набули великого поширення. Це нагромаджувачі на лазерних (оптичних) компакт-дисках.
Для користування компакт-дисками існують спеціальні приводи.
Існують і широко використовуються такі компакт-диски: CD-ROM (від англ. «Compact Disk Read Only Memory» — компакт-диски тільки для зчитування інформації), CD-R (від англ. «Compact Disk Recordable» — компакт-диски для одноразового запису інформації), CD-RW (від англ. «Compact Disk ReWritable» — компакт-диски для багаторазового перезапису інформації).
Ємність компакт-дисків така, що на один диск можна записати інформацію, яка міститься на 60 тисячах друкованих сторінок. Такі диски називають ще електронними книгами. Компакт-диски використовуються для зберігання довідників, енциклопедій, альбомів фотографій і репродукцій та багато чого іншого. Діаметр такого диска дорівнює або 5,25, або 3,5 дюймам.
Час доступу до інформації для компакт-дисків становить у різних моделях від 200 до 400 мс(мс — мілісекунда), що набагато більше, ніж час доступу до вінчестера.
Рис. 6. Привід для компакт-дисків.
|
|
|
|
|
|
|
|
• Стример
|
|
|
|
|
Стример є прикладом нагромаджувача на магнітній стрічці. Носієм інформації тут є картридж (від англ. «cartridge» — касета) — касета з магнітною стрічкою, що схожа на касету для магнітофона. Пристрій для запису інформації на магнітну стрічку (привід нагромаджувача) називається стримером (від англ. «streamer» — довга вузька стрічка) і є стрічкопротяжним механізмом.
Нагромаджувачі на стрічках використовуються для зберігання копії інформації, яка знаходиться на вінчестері.
На початку 90-х років максимальна кількість інформації, яка могла зберігатися у картриджі стримера, була близько 250 Мбайтів. Сьогодні ця величина сягає 200 Гбайт.
|
|
|
|
|
|