КОМПЬЮТЕРНАЯ ПАМЯТЬ Носители информации в прошлом Первейшем и

КОМПЬЮТЕРНАЯ ПАМЯТЬ

Носители информации в прошлом Первейшем и основным носителем информации, данным человеку природой, является его собственный мозг. В древнем мире носителями информации являлись наскальные рисунки, папирусные свитки, глиняные таблички. С появлением бумаги она становится основным носителем информации. Научно-технический прогресс способствует появлению совершенно новых видов носителей информации.

Несмотря на разнообразие современных компьютеров, все они строятся по единой принципиальной схеме на фундаменте идей, заложенных ещё в середине XIX в. Архитектура компьютера

В процессе обработки информации некоторые данные или промежуточные результаты нужно сохранить, а некоторые нужно хранить постоянно, чтобы обеспечить саму работу ПК. Для этого в структуре компьютера имеются устройства, образующие её внутреннюю память. Внутренняя память входит в центральную часть ПК, так как постоянно взаимодействует с процессором. Внутренняя память компьютера – это набор ячеек хранения информации, имеющих номер и адрес. Общее их количество, доступное процессору, составляет его адресное пространство. Внутренняя память включает оперативную и постоянную составляющие. Внутренняя память

ВНУТРЕННЯЯ ПАМЯТЬ Память, предназначенная для записи в неё информации и чтения из неё; Используется для временного хранения данных и программ; Построена на микросхемах, которые хранят информацию, пока компьютер включен; Это быстрая память; объём ограничен. СВЕРХОПЕРАТИВНАЯ (КЭШ) ПОСТОЯННАЯ Память, предназначенная только для записи в неё информации; Используется для постоянного хранения программ запуска и остановки ПК, программ контроля оборудования; Построена на микросхемах, которые хранят информацию всегда; Объём постоянной памяти меньше оперативной. ОПЕРАТИВНАЯ В ней хранятся наиболее часто используемые участки оперативной памяти, что сокращает время доступа.

У человека Процессы мозга - Блоки оперативной и внешней памяти вычислительного устройства, всегда остаются главными. Например, по У. Найсеру сенсорная информация перерабатывается в периферических видах памяти, затем попадает в вербальную кратковременную память, где происходит предварительная обработка и сохранение информации о текущих событиях, дальше после детальной и последовательной обработки информации происходит долговременное запоминание, относительно больших объемов информации в течение достаточно длительного времени.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) хранит программы первоначальной загрузки и контроля оборудования, константы (энергонезависимая память). Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) хранит данные и программы (энергозависимая память) – динамическая память. Кэш-память (сверхоперативная память) хранит данные и команды, к которым исполняемая программа обращается наиболее часто – статическая память. Используется для увеличения быстродействия компьютера. Внутренняя память ПК:

кэш-память 1-го уровня – (меньшая по объёму, но более быстродействующая) считывает из ОЗУ наиболее нужные процессору данные и команды; кэш-память 2-го уровня – (большая по объёму, но менее быстродействующая) считывает из ОЗУ очередную порцию команд и данных. Разделы кэш памяти ПК:

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, англ. RAM – Random Access Memory – память произвольного доступа) – это память для временного хранения информации, пока компьютер включен. Она позволяет быстро (оперативно) записывать и считывать нужную информацию. В ОЗУ находится вся информация, находящаяся в обработке, причём можно обратиться к любому её фрагменту в текущий момент времени, что и позволяет её называть памятью произвольного доступа. Но всё хранимое в ОЗУ исчезает бесследно с выключением электропитания. Наиболее употребимая и располагающаяся непосредственно на пути к процессору часть ОЗУ называется кэш-памятью (cache). Она служит для увеличения быстродействия ПК. Составной частью оперативной памяти является также видеопамять.

Это специальные электронные ячейки, каждая из которых хранит 1 байт информации. Данные и программы в памяти компьютера хранятся в виде двоичного кода. Наименьший элемент памяти ПК называется битом памяти. Битовая структура определяет первое свойство внутренней памяти – ДИСКРЕТНОСТЬ. ОПЕРАТИВНАЯ ПАМЯТЬ

Доступ к информации в оперативной памяти происходит по адресам. Ячейки памяти нумеруются порядковыми номерами, начиная с нуля. Номер ячейки называется адресом того байта, который в ней записан. Второе свойство внутренней памяти – АДРЕСУЕМОСТЬ. ОПЕРАТИВНАЯ ПАМЯТЬ

Оперативная память Оперативная память – это совокупность специальных электронных ячеек, каждая из которых имеет свой уникальный адрес и может хранить один байт информации. Объём адресуемой памяти компьютера равен произведению количества ячеек оперативной памяти ( N ), к которым может обратиться процессор, на объём одной ячейки (1 байт). V = N  1 байт = 2 I  1 байт I – разрядность шины адреса В персональных компьютерах величина объёма адресуемой памяти и величина фактически установленной оперативной памяти различны.

Оперативная память Оперативная память изготавливается в виде модулей памяти Пропускная способность модулей оперативной памяти (скорость передачи информации) равна произведению разрядности шины данных и частоты операций записи и считывания информации из ячеек памяти Микросхема памяти

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, англ. ROM – Read Only Memory – память только для чтения) – это память для хранения встроенного набора команд, обеспечивающего работу компьютера. Это устройство позволяет только считывать заложенную в него разработчиком информацию, записывать или стирать что-либо в нём нельзя. Эта часть внутренней памяти не зависит от внешнего электропитания.

ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬ ПК

Внешняя память компьютера Внешняя память компьютера - это устройства, не входящие в его центральную часть, т. е. периферия компьютера. Устройства внешней памяти хранят информацию по желанию пользователя и не зависимо от электропитания. Внешняя память компьютера размещается на специальных носителях, как и всякая информация вообще с незапамятных времён.

Внешние запоминающие устройства (ВЗУ) предназначены для длительного хранения программ и данных. Целостность содержимого внешней памяти не зависит от того, включен или выключен компьютер. В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором. Информация от ВЗУ к процессору и наоборот циркулирует по следующей цепочке: назначение

Характеристики носителей внешней памяти ПК Плотность записи носителя - количество единиц информации на единице площади поверхности материала изготовления носителя. Скорость передачи данных - определяет количество единиц информации, передаваемой (запись или чтение) в единицу времени. Надежность носителя - определяет длительность хранения информации в зависимости от материала изготовления носителей.

ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬ ОПТИЧЕСКИЕ НОСИТЕЛИ: CD – диски, DVD - диски МАГНИТНЫЕ НОСИТЕЛИ: ленты, гибкие диски, жёсткие диски Flash-НОСИТЕЛИ на микросхемах памяти

ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬ Память, предназначенная для записи в неё информации и считывания из неё; Информация хранится в виде файлов; Энергонезависимая; Это медленная память; С учётом возможности смены носителей объём внешней памяти не ограничен.

Магнитные носители

В основу записи, хранения и считывания информации на магнитные носители положен магнитный принцип: в процессе записи носитель перемещается относительно головки с сердечником из магнитомягкого материала, электрические импульсы создают в головке магнитное поле, которое последовательно намагничивает или не намагничивает элементы носителя. При считывании информации намагниченные участки носителя вызывают в головке импульсы тока, которые передаются по магистрали в оперативную память компьютера. магнитный принцип записи/считывания информации

Используются для резервного копирования содержимого жёстких магнитных дисков. Кассета стримера имеет очень большой объём и позволяет хранить на магнитной ленте информацию со всего жёсткого диска. Встроенные в стример средства аппаратного сжатия позволяют автоматически уплотнять информацию перед её записью и восстанавливать после считывания, что увеличивает объём сохраняемой информации. стримеры

Запоминающее устройство большой ёмкости, в котором носителями информации являются круглые алюминиевые пластины — платтеры, обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. жёсткие магнитные диски У каждой магнитной стороны пластины есть своя магнитная головка. Все головки соединены вместе и движутся радиально по отношению к пластинам. Частота вращения дисков до 7200 оборотов в мин. Скорость записи/считывания - 300 Мбайт/с. Емкость жёстких дисков достигает 500 Гбайт.

Жёсткие диски Жесткие диски (HD - hard disks, «винчестеры») - это носители информации, которыми оснащен каждый современный компьютер. Несмотря на то, что жесткий диск – внешнее (периферийное) устройство, он располагается внутри системного блока и является основным устройством внешней памяти ПК. Превосходство жестких дисков над другими видами носителей в том, что они имеют большую емкость, которая измеряется в десятках гигабайт и скорость считывания (записи) данных. Преимуществом жестких дисков является и то, что они могут хранить информацию долговременно, но это возможно только при правильном пользовании. В настоящее время проблема переноса информации на жестком диске решена с появлением переносных портативных USB винчестеров.

Дискеты Дискеты (FD - floppy disks) - магнитный носитель информации. На сегодняшний день установились следующие основные параметры дискет: Диаметр - 3,5 дюйма Емкость - 1,44 Мбайта Дискеты позволяют переносить документы и программы с одного компьютера на другой и хранить информацию непродолжительное время. Однако эти компактные и недорогие носители имеют свои недостатки. Они требуют предельно аккуратного обращения: пыль, грязь, отпечатки пальцев, складывание стопкой, влажность, тепло и магнитное поле - все это представляет для них опасность. Недостатком дискет можно считать и небольшой объем хранения.

Диски как средства внешней памяти ПК приводятся в действие устройствами, которые можно отнести и к устройствам ввода, и к устройствам вывода информации. Это - дисководы или приводы дисков. Для разных типов дисков служат соответствующие дисководы. Дискета устанавливается в дисковод FDD (floppy-disk drive), автоматически в нём фиксируется и вращается только при программном обращении к ней, при неподвижных магнитных головках считывания-записи. Дисководы

Для работы с компакт-диском нужно установить в ПК привод CD-ROM. Лазерное устройство записи-чтения CD-ROM располагается в закрытом корпусе, диск помещается в выдвижной приёмник. Дисководы CD способны воспроизводить и обычные аудио-диски, что делает компьютер универсальным музыкальным центром. Постепенно приводы CD-ROM вытесняются цифровыми видеоприводами DVD, способными работать с любыми типами дисков.

Гибкий магнитный диск (дискета) состоит из круглой полимерной подложки, покрытой с обеих сторон магнитным окислом и помещенной в пластиковую упаковку. гибкие магнитные диски Дискета устанавливается в накопитель (floppy-disk drive), автоматически в нем фиксируется, после чего механизм накопителя раскручивается до частоты вращения 360 оборотов в мин. Магнитная головка дисковода устанавливается на концентрическую дорожку диска для считывания или записи информации. Скорость составляет 50 Кбайт/с. Емкость дискеты – 1,44 Мбайт.

оптические носители

Компакт-диски Компакт-диски (CD или CD-ROM - compact disks) - это носители, которые стали сегодня стандартным средством распространения информации. Они обладают важными преимуществами: большим объемом и высокой надежностью хранения информации. Их различают по технологии записи (считывания), виду записанной информации и материалу изготовления. Лазерный CD представляет собой пластиковый диск, покрытый металлическим напылением (алюминий, золото).В этом слое лазерным лучом наносится информация на одну спиралевидную дорожку (в отличие от HD) в виде микроскопи-ческих впадин, разделенных плоскими участками. Для этого используется только одна поверхность диска. Диаметр - 3,5 и 5,25 дюйма Ёмкость – до 700 Мбайт

Оптические диски рассчитаны на использование лазерного луча для записи/считывания информации. оптические диски CD-диски + инфракрасный лазер (длина волны 780 нм, емкость дисков 700 Мбайт); DVD-диски + красный лазер (длина волны 650 нм, емкость дисков до 17 Гбайт); HD DVD, Blu-Ray +синий лазер (длина волны 405 нм, емкость дисков в 3-5 раз выше ёмкости DVD-дисков);

Сегодня пользователь может использовать следующие виды лазерных компакт-дисков: аудио CD - с готовой записью аналоговой звуковой информации до 74 мин; CD данных - с готовой записью цифровой информации до 700 Mb (в том числе и оцифрованного звука или видео); CD-R - чистый компакт-диск для записи аналоговой или цифровой информации (recordable); CD-RW - чистый компакт-диск для записи и перезаписи цифровой информации (rewrite); DVD-ROM - компакт-диск с записью мультимедийной видеоинформации. DVD-R – чистый компакт-диск для записи мультимедийной видеоинформации. DVD-RW – чистый компакт-диск для записи и перезаписи мультимедийной видеоинформации. Следует знать, что каждый вид CD требует своего программного обеспечения и даже специального дисковода. Кроме того, эта отрасль компьютерного производства развивается стремительно, и пользователи наверняка будут сталкиваться с новинками в ближайшее время.

В магнитооптических системах магнитная запись производится на поверхность компакт-диска, предварительно сильно разогретую лазерным лучом. В них используются достоинства магнитных и оптических носителей: многократность записи и многократность считывания. Современные магнитооптические диски выглядят так же, как обычные лазерные диски. Диск состоит из толстой стеклянной подложки, на которую наносится светоотражающая плёнка и ферромагнитный сплав. Скорость записи/считывания – до 5 Мбайт/с. Емкость дисков – до 1,3 Гбайт. магнитооптические диски

Компакт-диски и DVD Диаметр - 3,5 и 5,25 дюйма Емкость - до 1,3Гб Магнитооптический CD (CD-MO) сочетает преимущества магнитной и оптический технологий: информация хранится на носителе в виде колебаний магнитного поля; он защищен прозрачной пленкой; чтение и запись осуществляется с помощью луча лазера на основе оптических эффектов. У таких дисков рабочими являются обе поверхности. DVD (Digital Versatile Disc — цифровой многоцелевой диск; также Digital Video Disc — цифровой видеодиск) — носитель информации, выполненный в виде диска, внешне схожий с компакт-диском, однако имеющий возможность хранить бо́льший объём информации за счёт использования лазера с меньшей длиной волны, чем для обычных компакт-дисков. Диаметр - 3,5 и 5,25 дюйма Емкость - до 8,5Гб

Оптический принцип записи, хранения и считывания информации положен на оптические (лазерные) диски оптический принцип записи/считывания информации

Флэш-память

Flash-память Носители информации USB2.0 Flash Drive (flash-ки) - это носители, которые стали сегодня, наверное, самыми распространенными носителями информации. Они обладают важными преимуществами: большим объемом, надежностью хранения, высокой скоростью записи и чтения информации. Их различают по объему: на сегодняшний день - до 16 Gb. Существуют также Flash-карты памяти, которые могут использоваться в фотоаппаратах, мобильных телефонах, MP3 плеерах и т.п. Для обмена информациии между ними и компьютером cлужат специальные устройства - Card readers/writers.

Флеш-память представляет собой микросхему, помещённую в корпус. Микросхемы флеш-памяти могут содержать миллиарды ячеек, каждая из которых хранит 1 бит информации. накопители на флеш-памяти К устройствам флеш-памяти относятся карты флеш-памяти, используемые в цифровых фото- и видеокамерах, сотовых телефонах, портативных компьютерах, МР3-плеерах и цифровых диктофонах, а также USB флеш-диски, используемые как сменные носители информации.

Удаление устройства USB (например, «flash-ки») из системы Для того чтобы отключить или извлечь устройство, подключенное к порту USB, щелкните кнопку в области уведомлений (в правом нижнем углу монитора). Появится сообщение: Щелкните по данному сообщению. В области уведомлений появится: Теперь USB-устройство можно извлечь из компьютера.

Различные виды памяти

4. Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) – микросхема (BIOS) на материнской плате для хранения информации, необходимой для первоначального запуска компьютера. При выключении питания информация в ПЗУ сохраняется

5. ОЗУ – оперативное запоминающее устройство или основная (главная) память. Главная характеристика – объем памяти, измеряется в мегабайтах (32,64, 128, 256, 512) Сюда записываются исходные данные решаемых машиной задач, сюда же помещаются все промежуточные и окончательные результаты, сюда же с жесткого диска переписываются необходимые прикладные программы. Но вся информация, содержащаяся в ОЗУ существует, пока работает компьютер, поэтому ОЗУ называется энергозависимой памятью. Доступ к оперативной памяти осуществляется в сотни тысяч раз быстрее, чем к информации на жестком диске. Оперативная память используется в самых разных устройствах ПК – от видеокарты до лазерного принтера. Лучшие модули собирают фирмы Kingston, Micron, Samsung. Компьютер Пентиум-IV Селерон 1880, ОЗУ 256 Мб, НDD 40 Гб, GeForsе 64 Мб, CD-ROM RW, монитор 17"

Она размещается на системной плате в виде модулей – невысоких плат и чипами-микросхемами, вертикально вставляемых в специальные слоты (разъемы)

Количество используемой в компьютере оперативной памяти очень важно. Ее недостаток будет замедлять работу компьютера, т.к. будет производиться непрерывный обмен данными с жестким диском (сброс ненужных программ и подкачка нужных), это приводится к интенсивной работе жесткого диска и его преждевременному износу

Жесткий диск Дискеты 5. Долговременная память CD-диски DVD-диски Флешкарты

6. Жесткий диск («винчестер») Винчестеры применяются для длительного энергонезависимого хранения системной и пользовательской информации на компьютере. Жесткий диск определяет информационную емкость компьютера и в значительной степени, скорость доступа к информации. Характеристики жесткого диска влияют на быстродействие компьютера не в меньшей степени, чем процессора и системной платы. Он предназначен для хранения данных (всевозможных программ и результатов работы пользователя). Результаты работы пользователя представляют для него огромную ценность, поэтому очень важна надежность диска.

Потребительские характеристики жесткого диска Объем информации (40-400 ГБт Скорость вращения (3600, 5400, 7200, 10000 об/мин) Размер кэш-памяти

Несколько параллельно расположенных пластин,(дисков или блинов) внутри алюминиевого корпуса, которые раскручивает специальный привод. Данные записываются на обеих сторонах каждого из них на концентрические дорожки, называемые треками. Способ записи информации: воздействие динамического магнитного поля головки ЖД на участки движущейся рабочей поверхности, В результате единичные зоны приобретают собственные магнитные потенциалы, которые можно считывать как бинарные нули и единицы. Диски изготовляют из ферросплавов или специальных стеклянных составов

При вращении головки чтения\записи не касаются дисков. Между головкой и поверхностью диска образуется зазор (воздушная подушка). В нерабочем состоянии головки фиксируются над диском в так называемой парковочной зоне, что предотвращает повреждение жесткого диска при транспортировке. С этой зоны головки «взлетают» с поверхности, в эту же зону они «садятся». Такая конструкция снижает изнашиваемость поверхностей дисков и обеспечивает высокую надежность жесткого диска.

7.Дискеты и дисковод для гибких дисков Гибкие диски или дискеты (флопи-диски) – это внешние магнитные диски, которые вставляются в компьютер и могут служить для переноса данных с машины на машину. Скорость вращения дискет 360 об/мин, поэтому запись и считывание происходит гораздо медленнее. Головки при вращении касаются поверхности диска, поэтому при работе с дискетами слышно характерное шуршание. Основная характеристика – объем записываемой информации – 1,44 мБт

Перед тем, как использовать диск (как жесткий, так и гибкий) для хранения информации, его форматируют. Процесс форматирования состоит в нанесении на диск магнитных дорожек и в разделении его на сектора. При форматировании все содержимое дисков стирается.

8. Дисководы для компакт-дисков и лазерные диски.

Лазерный компакт-диск - это оптический носитель информации, на котором может сохраниться около 750 Мбт данных, что соответствует приблизительно 333000 страницам текста или 74 минутам высококлассного звука. Главные характеристики: объем информации (650-800 мБт, ) Компакт-диск имеет диаметр 120 мм и представляет собой круг из полимера с тонким металлическим слоем внутри. Структура и способ записи информации зависит от разновидности компакт-диска.

Разновидности компакт-дисков CD-ROM (Compact-Disk Read-Only Memory – память только для чтения на компакт-диске). Основной слой (алюминиевый) содержит полезную информацию, закодированную в нанесенных на него микроскопических углублениях, называемых питами (от англ, pit — ямка, впадина). Питы располагаются вдоль спиральной дорожки, идущей от центра к периферии, Информация составляется чередованием питов (логических нулей) и промежутков между ними (логических единиц). Считывающий лазерный луч направляется на поверхность компакт-диска, вращающегося с большой скоростью. Отраженный от поверхности сигнал , идущий от углублений, оказывается значительно более слабым, чем отраженный от плоских участков. Таким образом, двигаясь вдоль дорожки, система считывания «видит» последовательность темных и светлых участков, далее сигнал преобразуется в цифровую информацию

CD-R (Compact-Disk Recordable – память для однократной записи на компакт-диске). На пластиковой основе для CD-R отпечатаны пустые дорожки (они необходимы для ориентации привода головки). Сверху наносится тонкая пленка органических молекул, а затем диск покрывается слоем отражающего металла. Используемые органические молекулы (цианины, фта-лоцианины) способны необратимо менять свои оптические свойства при нагревании. В процессе записи лазерный луч нагревает выбранные точки поверхности, они перестают пропускать свет к отражающему слою, образуя участки, аналогичные питам. В результате на CD-R организуется та же информационная структура, что и на штампованных дисках. Отражающая способность зеркального слоя и четкость питов у дисков CD-R немного хуже по сравнению со штампованными CD-ROM. Поэтому недостаточно качественные приводы CD-ROM либо вовсе не могут считывать с них дан­ные, либо часто дают сбои.

CD-RW (Compact-Disk Re Writable – память для многократной записи на компакт-диске). В CD-RW используется пленка металла (точнее, сплава редкоземельных металлов), способного обратимо менять свое фазовое состояние под воздействием лазерного облучения. При нагреве лазером выше критической температуры соответствующий участок металла переходит в аморфное состояние и остается в нем после остывания (достаточно быстрого). Так как аморфные участки хуже, чем кристаллические, отражают свет, они выглядят более темными и могут тем самым выполнять роль питов. Повторный нагрев до температуры значительно ниже критической восстанавливает исходное кристаллическое состояние, стирая тем самым записанную информацию.

DVD (Digital Versatile Disc – цифровой универсальный диск). Могут хранить от 4,7 до 17 Гбт информации. Используется такая же технология нанесения на пластиковую основу углублений-питов, регистрации отраженного от металлического покрытия сигнала и его интерпретации в виде нулей и единиц. Отличие состоит в плотности записи информации: если для CD минимальный размер пита составляет 0,83 микрона, а расстояние между соседними дорожками 1,6 микрона, то для DVD эти значения равны 0,4 и 0,74 микрона соответственно Увеличение плотности записи стало возможным благодаря использованию полупроводникового лазера с меньшей длиной волны. Диски DVD могут быть двухслойными и двухсторонними. Для считывания данных с DVD-диска требуется специальное устройство — привод DVD (или DVD-ROM). Благодаря совместимости технологии DVD с технологией CD привод DVD также читает и диски CD-ROM. (К сожалению, прочитать DVD-диск с помощью CD-ROM не удастся.)

USB-брелок с ЖК-дисплеем Японская компания Buffalo решила усовершенствовать стандартный USB-накопитель. Созданный ею накопитель отличается от выпускаемых моделей наличием встроенного ЖК-дисплея, показывающего количество свободной памяти в накопителе. В ближайшее время ожидается появление в продаже моделей с объемом памяти 256 и 512 Мб.

УСТРОЙСТВА ВВОДА-ВЫВОДА ИНФОРМАЦИИ УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ шина управления ПРОЦЕССОР АРИФМЕТИКО- ЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО УСТРОЙСТВА ПАМЯТИ шина данных команды, программы, данные результаты обработки Структурная схема ЭВМ