Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного хранения программ и данных, и целостность её содержимого 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 примерно по следующей цепочке:
В состав внешней памяти компьютера входят:
накопители на жёстких магнитных дисках;
накопители на гибких магнитных дисках;
накопители на компакт-дисках;
накопители на магнито-оптических компакт-дисках;
накопители на магнитной ленте (стримеры) и др.
Гибкий диск (англ. floppy disk), или дискета, - носитель небольшого объема информации, представляющий собой гибкий пластиковый диск в защитной оболочке. Используется для переноса данных с одного компьютера на другой и для распространения программного обеспечения.
Устройство дискеты
Дискета состоит из круглой полимерной подложки, покрытой с обеих сторон магнитным окислом и помещенной в пластиковую упаковку, на внутреннюю поверхность которой нанесено очищающее покрытие. В упаковке сделаны с двух сторон радиальные прорези, через которые головки считывания/записи накопителя получают доступ к диску.
Способ записи двоичной информации на магнитной среде называется магнитным кодированием. Он заключается в том, что магнитные домены в среде выстраиваются вдоль дорожек в направлении приложенного магнитного поля своими северными и южными полюсами. Обычно устанавливается однозначное соответствие между двоичной информацией и ориентацией магнитных доменов.
Информация записывается по концентрическим дорожкам (трекам), которые делятся на секторы. Количество дорожек и секторов зависит от типа и формата дискеты. Сектор хранит минимальную порцию информации, которая может быть записана на диск или считана. Ёмкость сектора постоянна и составляет 512 байтов.
В настоящее время наибольшее распространение получили дискеты со следующими характеристиками: диаметр 3,5 дюйма (89 мм), ёмкость 1,44 Мбайт, число дорожек 80, количество секторов на дорожках 18.
Дискета устанавливается в накопитель на гибких магнитных дисках (англ. floppy-disk drive), автоматически в нем фиксируется, после чего механизм накопителя раскручивается до частоты вращения 360 мин-1. В накопителе вращается сама дискета, магнитные головки остаются неподвижными. Дискета вращается только при обращении к ней. Накопитель связан с процессором через контроллер гибких дисков.
В последнее время появились трехдюймовые дискеты, которые могут хранить до 3 Гбайт информации. Они изготовливаются по новой технологии Nano2 и требуют специального оборудования для чтения и записи.
2. Накопители на жестких магнитных дисках
Если гибкие диски - это средство переноса данных между компьютерами, то жесткий диск - информационный склад компьютера.
Накопитель на жёстких магнитных дисках (англ. HDD - Hard Disk Drive) или винчестерский накопитель - это наиболее массовое запоминающее устройство большой ёмкости, в котором носителями информации являются круглые алюминиевые пластины - платтеры, обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. Используется для постоянного хранения информации - программ и данных. Как и у дискеты, рабочие поверхности платтеров разделены на кольцевые концентрические дорожки, а дорожки - на секторы. Головки считывания-записи вместе с их несущей конструкцией и дисками заключены в герметически закрытый корпус, называемый модулем данных. При установке модуля данных на дисковод он автоматически соединяется с системой, подкачивающей очищенный охлажденный воздух. Поверхность платтера имеет магнитное покрытие толщиной всего лишь в 1,1 мкм, а также слой смазки для предохранения головки от повреждения при опускании и подъёме на ходу. При вращении платтера над ним образуется воздушный слой, который обеспечивает воздушную подушку для зависания головки на высоте 0,5 мкм над поверхностью диска.
Винчестерские накопители имеют очень большую ёмкость: от 10 до 100 Гбайт. У современных моделей скорость вращения шпинделя (вращающего вала) обычно составляет 7200 об/мин, среднее время поиска данных 9 мс, средняя скорость передачи данных до 60 Мбайт/с. В отличие от дискеты, жесткий диск вращается непрерывно. Все современные накопители снабжаются встроенным кэшем (обычно 2 Мбайта), который существенно повышает их производительность. Винчестерский накопитель связан с процессором через контроллер жесткого диска.
3. Накопители на компакт-дисках
Здесь носителем информации является CD-ROM (Сompact Disk Read-Only Memory - компакт диск, из которого можно только читать).
CD-ROM представляет собой прозрачный полимерный диск диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм, на одну сторону которого напылен светоотражающий слой алюминия, защищенный от повреждений слоем прозрачного лака. Толщина напыления составляет несколько десятитысячных долей миллиметра.
Информация на диске представляется в виде последовательности впадин (углублений в диске) и выступов (их уровень соответствует поверхности диска), расположеных на спиральной дорожке, выходящей из области вблизи оси диска. На каждом дюйме (2,54 см) по радиусу диска размещается 16 тысяч витков спиральной дорожки. Для сравнения - на поверхности жесткого диска на дюйме по радиусу помещается лишь несколько сотен дорожек. Емкость CD достигает 780 Мбайт. Информация наносится на диск при его изготовлении и не может быть изменена.
CD-ROM обладают высокой удельной информационной емкостью, что позволяет создавать на их основе справочные системы и учебные комплексы с большой иллюстративной базой. Один CD по информационной емкости равен почти 500 дискетам. Cчитывание информации с CD-ROM происходит с достаточно высокой скоростью, хотя и заметно меньшей, чем скорость работы накопителей на жестком диске. CD-ROM просты и удобны в работе, имеют низкую удельную стоимость хранения данных, практически не изнашиваются, не могут быть поражены вирусами, c них невозможно случайно стереть информацию.
В отличие от магнитных дисков, компакт-диски имеют не множество кольцевых дорожек, а одну - спиральную, как у грампластинок. В связи с этим, угловая скорость вращения диска не постоянна. Она линейно уменьшается в процессе продвижения читающей лазерной головки к краю диска.
Для работы с CD-ROM нужно подключить к компьютеру накопитель CD-ROM (рис. 2.9), преобразующий последовательность углублений и выступов на поверхности CD-ROM в последовательность двоичных сигналов. Для этого используется считывающая головка с микролазером и светодиодом. Глубина впадин на поверхности диска равна четверти длины волны лазерного света. Если в двух последовательных тактах считывания информации луч света лазерной головки переходит с выступа на дно впадины или обратно, разность длин путей света в этих тактах меняется на полуволну, что вызывает усиление или ослабление совместно попадающих на светодиод прямого и отраженного от диска света.
Если в последовательных тактах считывания длина пути света не меняется, то и состояние светодиода не меняется. В результате ток через светодиод образует последовательность двоичных электрических сигналов, соответствующих сочетанию впадин и выступов на дорожке.
Профиль дорожки CD-ROM
> Различная длина оптического пути луча света в двух последовательных тактах считывания информации соответствует двоичным единицам. Одинаковая длина соответствует двоичным нулям.
Сегодня почти все персональные компьютеры имеют накопитель CD-ROM. Но многие мультимедийные интерактивные программы слишком велики, чтобы поместиться на одном CD. На смену технологии СD-ROM стремительно идет технология цифровых видеодисков DVD. Эти диски имеют тот же размер, что и обычные CD, но вмещают до 17 Гбайт данных, т.е. по объему заменяют 20 стандартных дисков CD-ROM. На таких дисках выпускаются мультимедийные игры и интерактивные видеофильмы отличного качества, позволяющие зрителю просматривать эпизоды под разными углами камеры, выбирать различные варианты окончания картины, знакомиться с биографиями снявшихся актеров, наслаждаться великолепным качеством звука.
4. Записывающие оптические и магнитооптические накопители
Записывающий накопитель CD-R (Compact Disk Recordable) способен, наряду с прочтением обычных компакт-дисков, записывать информацию на специальные оптические диски емкостью 650 Мбайт. В дисках CD-R отражающий слой выполнен из золотой пленки. Между этим слоем и поликарбонатной основой расположен регистрирующий слой из органического материала, темнеющего при нагревании. В процессе записи лазерный луч нагревает выбранные точки слоя, которые темнеют и перестают пропускать свет к отражающему слою, образуя участки, аналогичные впадинам. Накопители CD-R, благодаря сильному удешевлению, приобретают все большее распространение.
· Накопитель на магнито-оптических компакт-дисках СD-MO (Compact Disk - Magneto Optical) (рис. 2.10). Диски СD-MO можно многократно использовать для записи. Ёмкость от 128 Мбайт до 2,6 Гбайт.
· Записывающий накопитель CD-R (Compact Disk Recordable) способен, наряду с прочтением обычных компакт-дисков, записывать информацию на специальные оптические диски. Ёмкость 650 Мбайт.
· Накопитель WARM (Write And Read Many times), позволяет производить многократную запись и считывание.
5. Накопители на магнитной ленте (стримеры) и накопители на сменных дисках
Стример (англ. tape streamer) - устройство для резервного копирования больших объёмов информации. В качестве носителя здесь применяются кассеты с магнитной лентой ёмкостью 1 - 2 Гбайта и больше. Стримеры позволяют записать на небольшую кассету с магнитной лентой огромное количество информации. Встроенные в стример средства аппаратного сжатия позволяют автоматически уплотнять информацию перед её записью и восстанавливать после считывания, что увеличивает объём сохраняемой информации.
Недостатком стримеров является их сравнительно низкая скорость записи, поиска и считывания информации.
В последнее время всё шире используются накопители на сменных дисках, которые позволяют не только увеличивать объём хранимой информации, но и переносить информацию между компьютерами. Объём сменных дисков - от сотен Мбайт до нескольких Гигабайт.
Любые электронные вычислительные машины включают в себя накопители памяти. Без них оператор не смог бы сохранить результат своей работы или скопировать на другой носитель.
Перфокарты
На заре появления для применяли перфокарты - обычные картонные карточки с нанесенной цифровой разметкой.
На одной перфокарте помещалось 80 столбцов, в каждом столбце можно было сохранить 1 бит информации. Отверстия в этих столбцах соответствовали единице. Считывание данных происходило последовательно. Повторно что-либо записать на перфокарту было невозможно, поэтому их требовалось огромное количество. Для хранения массива данных объемом 1 ГБ потребовалось бы 22 тонны бумаги.
Похожий принцип использовался и в перфолентах. Они наматывались на бобину, занимали меньше места, но часто рвались и не позволяли добавлять и редактировать данные.
Дискеты
Появление дискет стало настоящим прорывом в информационных технологиях. Компактные, емкие, они позволяли хранить от 300 Кб на самых ранних образцах до 1,44 Мб на последних версиях. Чтение и запись осуществлялись на магнитный диск, заключеный в пластиковый футляр.
Главным недостатком дискет была недолговечность хранимой на них информации. Они были уязвимы от действия и могли размагнититься даже в общественном транспорте - троллейбусе или трамвае, поэтому для долговременного хранения данных их старались не использовать. Считывание дискет происходило в дисководах. Вначале были 5-дюймовые дискеты, потом их заменили более удобные 3-дюймовые.
Главным конкурентом дискет стали флеш-накопители. Их единственным недостатком была цена, но по мере развития микроэлектроники стоимость флэшек сильно упала и дискеты ушли в историю. Окончательно их выпуск прекратился в 2011 году.
Стримеры
Для хранения архивных данных раньше применялись стримеры. Они были похожи на видеокассеты внешне и по принципу действия. Магнитная лента и две бобины позволяли последовательно считывать и записывать информацию. Емкость этих устройств составляла до 100 Мб. Массового распространения такие накопители не получили. Рядовые пользователи предпочитали хранить свои данные на жестких дисках, а музыку, фильмы, программы было удобнее держать на CD-, а позднее DVD-дисках.
CD и DVD
Эти накопители информации используются до сих пор. На пластмассовую подложку наносится активный, отражающий и защитный слой. Информация с диска считывается лучом лазера. Стандартный диск имеет объем 700 МБ. Этого хватает например на запись 2-часового фильма в среднем качестве. Существуют также двусторонние диски, когда активный слой напыляется на обе стороны диска. Для сохранения небольшого объема информации используются мини-CD. Драйвера, инструкции к компьютерным изделиям теперь пишутся именно на них.
DVD-диски пришли на смену CD в 1996 году. Они позволяли хранить информацию уже объемом 4,7 Гб. Достоинство их также было в том, что DVD-привод мог считывать как CD-, так и DVD-диски. На данный момент это самый массовый накопитель памяти.
Флеш-накопители
Рассмотренные выше накопители CD и DVD обладают целым рядом преимуществ - дешевизна, надежность, возможность хранить большие массивы информации, но они предназначены для однократной записи. На записанный диск нельзя внести изменения, добавить или удалить лишнее. И тут на помощь нам приходит принципиально другой накопитель - флеш-память.
Некоторое время он конкурировал с дискетами, но быстро победил в этой гонке. Главным сдерживающим фактором оставалась цена, но теперь ее удалось снизить до приемлемого уровня. Современные компьютеры уже не комплектуются дисководами, поэтому флешка стала незаменимым спутником для всех имеющих дело с компьютерной техникой. Максимальный объем информации, умещающийся на флешку, достигает 1 Tb.
Карты памяти
Телефоны, фотоаппараты, электронные книги, фоторамки и много чего еще требуют для работы накопители памяти. Из-за своих относительно больших размеров для этой цели не годятся USB-накопители. Карты памяти специально созданы для таких случаев. По сути, это та же флешка, но адаптированная под малогабаритные изделия. Большую часть времени карта памяти находится в электронном устройстве и вынимается только для переноса накопившихся данных на постоянный носитель.
Существует множество стандартов карт памяти, самые миниатюрные из них имеют размер 14 на 12 мм. На современных компьютерах вместо дисковода обычно ставится картридер, который позволяет считывать большинство типов карт памяти.
Жесткие диски (HDD)
Накопители памяти для компьютера представляют собой Внутри него находятся металлические пластины, с двух сторон покрытые магнитным составом. Двигатель вращает их со скоростью 5400 для старых моделей или 7200 об/мин - для современных устройств. Магнитная головка движется от центра диска к его краю и позволяет считывать и записывать информацию. Объем винчестера зависит от количества дисков в нем. Современные модели позволяют хранить до 8 Tb информации.
Недостатков у этого вида накопителей памяти практически нет - это очень надежные и долговечные изделия. Стоимость единицы памяти в жестких дисках самая дешевая среди всех типов накопителей.
Твердотельные накопители (SSD)
Как бы ни были хороши жесткие диски, но они уже почти достигли своего потолка. Быстродействие их зависит от скорости вращения дисков, а дальнейшее ее увеличение приводит к физической деформации. Флеш-технология, которая применяется при изготовлении твердотельных накопителей памяти, лишена этих недостатков. Они не содержат движущиеся части, поэтому не подвержены физическому износу, не боятся ударных воздействий и не шумят.
Но пока есть и серьезные недостатки. В первую очередь - цена. Стоимость твердотельного диска в 5 раз выше жесткого диска аналогичного объема. Другой существенный недостаток - небольшой срок эксплуатации. Твердотельные накопители обычно выбирают для установки операционной системы, а для хранения данных используется жесткий диск. Стоимость твердотельных дисков неуклонно снижается, есть подвижки и в увеличении их ресурса. В недалеком будущем они должны вытеснить традиционные винчестеры, как в свое время флешки вытеснили дискеты.
Внешние накопители
Внутренний накопитель и внутренняя память всем хороши, но часто требуется перенести информацию с одного компьютера на другой. Еще в 1995 году был разработан интерфейс USB, позволяющий подключать к ПК самые разнообразные устройства, не стали исключением и накопители памяти. Вначале это были флеш-накопители, позднее появились DVD-проигрыватели c USB-разъемом и, наконец, диски HDD и SSD.
Привлекательность USB-интерфейса в его простоте - достаточно воткнуть флешку или другой накопитель и можно работать, не требуется ни установки драйвера, ни других дополнительных действий. Развитие интерфейса и появление вначале USB 2.0, а затем и USB 3.0 резко повысило скорость обмена данными по этому каналу. Быстродействие теперь мало отличается от внутреннего, а их размеры не могут не радовать. Внешний накопитель памяти легко помещается на ладони, при этом он позволяет хранить сотни гигабайт информации.
Основной функцией внешней памяти является способность долговременно хранить информацию. Кроме этого внешняя память имеет большой объем и дешевле оперативной. И еще, носители внешней памяти обеспечивают перенос информации с одного компьютера на другой, что важно в ситуации, когда отсутствуют компьютерные сети.
Таким образом, внешняя (долговременная) память - это место длительного хранения данных (программ, результатов расчетов, текстов и т.д.), не используемых в данный момент в оперативной памяти компьютера. Внешняя память, в отличие от оперативной, является энергонезависимой, и не имеет прямой связи с процессором.
Для работы с внешней памятью необходимо наличие накопителя (устройства, обеспечивающего запись и (или) считывание информации) и устройства хранения - носителя.
Основные виды накопителей:
накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);
накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД);
накопители CD-ROM, CD-RW, DVD. Им соответствуют основные виды носителей:
гибкие магнитные диски (Floppy Disk);
жесткие магнитные диски (Hard Disk);
диски CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD. Основные характеристики накопителей и носителей:
информационная емкость;
скорость обмена информацией;
надежность хранения информации;
В основу записи, хранения и считывания информации из внешней памяти положены два принципа - магнитный и оптический. Благодаря этим принципам обеспечивается сохранение информации и после выключения компьютера.
Гибкий диск
Накопитель на гибких магнитных дисках (англ. floppy disk) или дискета- носитель небольшого объема информации, представляющий собой гибкий диск в защитной оболочке. Используется для переноса данных с одного компьютера на другой и для распространения программного обеспечения.
Диск находится внутри пластикового конверта, который защищает его от механических повреждений. Они могут быть повреждены, если:
дотрагиваться до записывающей поверхности;
писать на этикетке дискеты карандашом или шариковой ручкой;
сгибать дискету;
перегревать дискету (оставлять на солнце или около батареи отопления);
подвергать дискету воздействию магнитных полей
Диск внутри дисковода вращается с постоянной угловой скоростью, которая является достаточно низкой (несколько килобайт в секунду, среднее время доступа - 250 мс). Запись информации происходит на обе стороны диска. В настоящее время наиболее распространенными являются дискеты размером 3,5 дюйма (1 дюйм = 2,54 см) и емкостью 1,44 Мбайта. Диск можно защитить от записи. Для этого используется предохранительная защелка. Дискеты требуют аккуратного обращения.
Жесткий магнитный диск
Жесткий диск является информационным
складом ЭВМ и способен хранить
огромные объемы информации.
Накопитель на жестких магнитных
дисках (англ. HDD - Hard Disk Driver )
или винчес тер - это наиболее массовое Рис.2. Жесткий магнитный диск
запоминающее, устройство большой емкости, в котором носителями информации являются алюминиевые пластины, обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. Используется для постоянного хранения программ и данных. Диски винчестера помещены на одну ось и вместе с головками чтения/записи и несущими их головками помещены в герметически закрытый металлический корпус. Такая конструкция позволила существенно увеличить скорость вращения дисков и плотность записи. Запись информации происходит на обе поверхности дисков
В отличие от дискеты, жесткий диск вращается непрерывно. Пластины в жёстком диске вращаются с определённой скоростью (ещё её называют скоростью вращения шпинделя), которая может составлять 3 600, 4 200, 5 400, 7 200, 10 000 или 15 000 об/мин
Поэтому скорость его вращения может быть от 3600 до 10000 об/мин, время поиска данных – от 2 до 6 мс, скорость передачи данных - до 300 Мбайт/ сек. Емкость винчестеров в компьютерах измеряется десятками гигабайтов. Наиболее распространены накопители с диаметром 0.8, 1, 1.8, 2.2 дюймов.
В целях сохранения информации и работоспособности винчестер необходимо уберегать от ударов и резких изменений пространственной ориентации в процессе работы.
Лазерный диск
CD - ROM (англ. Compact Disk Real Only Memory - постоянное запоминаю щее устройство на основе компакт диска)
Компакт-диск диаметром 120 мм (около 4,75 дюймов) изготовлен из полимера и покрыт металлической пленкой. Информация считывается именно с этой металлической пленки, которая покрывается полимером, защищающим данные от повреждения. CD-ROM является односторонним носителем информации.
Принцип цифровой записи информации на лазерный диск отличается от принципа магнитной записи. Закодированная информация наносится на диск лазерным лучом, который создает на поверхности микроскопические впадины, разделяемые плоскими участками. Цифровая информация представляется чередованием впадин (кодирование нуля) и отражающих свет островков (кодирование единицы). Информация, нанесенная на диск, не может быть изменена.
Доступ к данным на CD-ROM осуществляется быстрее, чем к данным на дискетах, но медленнее, чем на жестких дисках (от 150 до 400 мс при скорости вращения до 4500 об/мин). Скорость передачи данных составляет не менее 150 Кбайт и доходит до 1,2 Мбайта/с. Емкость CD-ROM достигает 780 Мбайт, благодаря чему на них обычно выпускаются мультимедийные программы.
CD-ROM просты и удобны в работе, имеют низкую удельную стоимость хранения данных, практически не изнашиваются, не могут быть поражены вирусами, с них невозможно случайно стереть информацию.
CD-R (Compact Disk Recorder)
CD-R является записываемым диском емкостью в среднем Емкость: 700 МБ (80 минут) . На дисках CD-R отражающий слой выполнен из золотой пленки. Между этим слоем и основой расположен регистрирующий слой из органического материала, темнеющего при нагревании. В процессе записи лазерный луч нагревает выбранные точки слоя, которые темнеют и перестают пропускать свет к отражающему слою, образуя участки, аналогичные впадинам. Накопители CD-R, благодаря сильному удешевлению, приобретают все большее распространение.
CD-RW (Compact Disk Rewritable)
Более популярными являются накопители CD-RW, которые позволяют записывать и перезаписывать информацию. Дисковод CD-RW позволяет записывать и читать диски CD-R и CD-RW, читать диски CD-ROM, т.е. является в определенном смысле универсальными.
Аббревиатура DVD расшифровывается как Digital Versatile Disk , т.е. уни версальный цифровой диск. Имея те же габариты, что обычный компакт-диск, и весьма похожий принцип работы, он вмещает чрезвычайно много информации - от 4,7 до 17 Гбайт. Возможно, именно из-за большой емкости он и называется универсальным. Правда, на сегодня реально применяется DVD-диск лишь в двух областях: для хранения видеофильмов (DVD-Video или просто DVD) и сверхбольших баз данных (DVD-ROM, DVD-R).
Разброс емкостей возникает так: в отличие от CD-ROM, диски DVD записываются с обеих сторон. Более того, с каждой стороны могут быть нанесены один или два слоя информации. Таким образом, односторонние однослойные диски имеют объем 4,7 Гбайт (их часто называют DVD-5, т.е. диски емкостью около 5 Гбайт), двусторонние однослойные - 9,4 Гбайт (DVD-10), односторонние двухслойные - 8,5 Гбайт (DVD-9), а двусторонние двухслойные - 17 Гбайт (DVD-18).
В целях сохранности информации лазерные диски необходимо предохранять от механических повреждений (царапин), а также от загрязнения.
Flash -память
Flash -память - это энергозависимый тип памяти, позволяющий записывать и хранить данные в микросхемах. Карты flash-памяти не имеют в своем составе движущихся частей, что обеспечивает высокую сохранность данных при их использовании в мобильных устройствах
(портативных компьютерах, цифровых камерах и др.)
Flash-память представляет собой микросхему, помещенную в миниатюрный плоский корпус. Для считывания или записи информации карта памяти вставляется в специальные накопители, встроенные в мобильные устройства или подключаемые к компьютеру через USB-порт. Информационная емкость карт памяти различна, она может достигать от 512 Мбайт до 4 Гбайт, 8 Гбайт, 16 Гбайт, 32 Гбайт, 48 Гбайт, Компания Transcend обновила популярную серию USB флэш накопителей JetFlash V20, выпустив новую модель емкостью 64 ГБ.
К недостаткам flash-памяти следует отнести то, что не существует единого стандарта и различные производители изготавливают несовместимые друг с другом по размерам и электрическим параметрам карты памяти.
Компьютер служит для увеличения эффективности работы человека. Но какую бы он имел ценность, если бы не мог хранить данные? В этом ему помогает основная и внешняя (долговременная) И хотя главной темой статьи является вторая, для полноты картины один раздел в рамках статьи будет уделён и первой.
Что относится к основной памяти?
Она включает в себя:
- Оперативное запоминающее устройство. Является энергозависимым, и при выключении компьютера вся информация, которая на нем хранилась, пропадает.
- Является энергонезависимым. В нём находится информация, которая не должна меняться. Прежде всего, к ней относится конфигурация ПК и программное обеспечение, что проводит тестирование компонентных устройств, прежде чем загрузить операционную систему. Также здесь хранится одна из самых важных составляющих - базовая система ввода/вывода, известная как BIOS. Следует отметить, что ПЗУ и компьютера имеют много общего. Но из-за разницы в важности хранимой информации их разделяют.
Внешняя память
Так называют место, где на длительном хранении находятся разнообразные данные, которые на данный момент не используются оперативной составляющей компьютера. К ним относят различные программы, результаты расчетов, тексты и прочее.
Внешняя память является энергонезависимой. Также её удобно транспортировать в случаях, когда компьютеры не являются объединёнными в локальную или глобальную сеть. Чтобы работать с внешней памятью, необходимо обзавестись накопителем. Это специальное устройство(а), что обеспечивает запись и считывание информации. Также необходимыми являются механизмы хранения - носители.
Значительным отличием долговременной памяти от оперативной является то, что у неё нет прямой связи с процессором. Это доставляет определённые неудобства в виде необходимости усложнять строение ПК. Поэтому оперативная и долговременная память компьютера работают вместе: из второй данные передаются в первую, а потом через кэш или напрямую в процессор.
Что входит во внешнюю память?
Чтобы понимать, с чем мы имеем дело, необходимо представить себе данные устройства внешней памяти. Итак, к ней относятся:
- Накопители на жестких магнитных дисках. Размер используется как показатель объема информации, что может храниться на компьютере.
- Накопители на Устарели. Использовались, чтобы переносить программы и документы между компьютерами.
- Накопители на компакт-дисках. Используются, чтобы хранить значительные объемы данных.
- Флеш-накопители. Применяются для хранения значительных объемов данных в малых объектах.
- К внешней памяти относятся все другие накопители, которые могут быть без проблем перемещены к другим компьютерам. Как правило, устарели и вышли из обращения.
Классифицируем
Запоминающие устройства делят на виды и категории. В качестве краеугольного камня принимают принципы их функционирования, эксплуатационно-технические, программные, физические и другие характеристики. Каждое устройство имеет свою технологию записи/хранения/воспроизведения цифровой информации. Основные характеристики, которые имеют важность для пользователей (по ним же можно провести классификацию):
- Скорость обмена данными.
- Информационная емкость.
- Надежность хранения данных.
- Стоимость.
Вот по таким параметрам и отличаются запоминающие устройства. Конечно, есть ещё много различных характеристик, но они будут интересны исключительно профессионалам.
Магнитные устройства
Принцип работы данных приборов базируется на хранении информации, при котором используются магнитные свойства материалов. В самих устройствах, как правило, имеются составляющие, отвечающие за чтение/запись и магнитный носитель, на котором всё хранится. Последний делят на виды в зависимости от их физико-технических характеристик и особенностей исполнения. Чаще всего выделяют ленточные и дисковые устройства. Они имеют общую технологию: так, с помощью намагничивания переменным магнитным полем наносится и считывается информация. Данные процессы обычно выполняют вдоль концентрических полей. Это специальные дорожки, что находятся по всей плоскости вращающегося носителя. Записывание осуществляется в цифровом коде.
Намагничивание совершается благодаря использованию головок чтения/записи. Они представляют собой как минимум два управляемых магнитных контура с сердечниками. На их обмотки подаётся переменное напряжение. Если его величина меняется, то это же относится и к направлению линий магнитного поля. Когда происходит этот процесс, значение бита информации меняется с 0 на 1 или с 1 на 0. Вот так устроено это устройство долговременной памяти компьютера.
Несмотря на кажущуюся сложность и медленность работы такой схемы, смеем вас заверить, что данные предположения являются неоправданными. Так, компьютер из современных жестких магнитных дисков может за отдельные моменты времени извлекать огромнейшие массивы информации. Если выводить коэффициент эффективности, то выпущенные в последние несколько лет, будут иметь его в сотни и тысячи раз больший, чем те, что были созданы два десятилетия назад.
Организация
Данные для операционной системы систематизируются и объединяются в секторы и дорожки. Последние в количестве сорока или восьмидесяти штук являются узкими концентрическими кольцами на диске. Каждая дорожка делится на отдельные части, которые называют секторами. Когда осуществляется чтения или запись, то всегда считывается их целое число. И это не зависит от объема информации, что запрашивается. Размер одного сектора равен 512 байтам.
Также следует ознакомиться с таким термином, как цилиндр. Так называют общее количество дорожек, с которого можно считать информацию без перемещения головок. Ячейкой размещения данных (или кластером) называют самую малую область диска, что используется операционной системой для записи файлов. Обычно под ними понимают один или несколько секторов.
О накопителях. Жесткие диски
Наибольшую важность для работы с современными компьютерами в качестве хранилищ информации для нас имеют жесткие диски. В них в одном корпусе часто объединяют непосредственно носитель, устройство чтения/записи и интерфейсную часть (часто называемую также контроллером). Вот такие приборы объединяются в специальные камеры, где они находятся на одной оси и работают с блоком головок и общим приводящим механизмом. Жесткие диски на данный момент являются наиболее вместимыми широко используемыми устройствами - сейчас мало кого сможет удивить хранилище информации на 1 или даже 10 Терабайт. Но это всё же сказывается на скорости выполнения операции. Так, когда только начинается работа, процесс считывания данных может занять не один десяток секунд. Хотя, если сравнивать с более старыми моделями, прогресс быстродействия налицо.
О накопителях: переносные устройства
Жесткие диски, как уже неоднократно подчеркивалось, могут хранить в себе значительные объемы данных, однако их перестановка с одного компьютера на другой не является легким делом. И тут на помощь приходят переносные устройства.
Это специальные механизмы, посредством которых можно без значительных проблем перебрасывать данные между разными компьютерами. Объем внешней памяти у них не такой большой, как у жестких дисков, но благодаря лёгкости транспортировки и подсоединению (а затем считыванию информации) они нашли свою нишу. Сейчас наиболее популярными являются два типа подобных устройств: флеш-накопители и Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, но в мире уже давно наметилась тенденция на его постепенный захват первым типом приборов.
Заключение
Как видите, к долговременной памяти компьютера относится довольно много различных устройств. Все они обеспечивают хранение данных на протяжении значительного периода времени, а также возможность их извлечения.
Подытожив, можно сказать, что долговременная память компьютера полностью выполняет возложенный на неё функционал.
Носители информации (гибкие диски, жесткие диски, диски CD-ROM, магнитооптические диски и пр.) и их основные характеристики.
Внешняя (долговременная) память - это место длительного хранения данных (программ, результатов расчётов, текстов и т.д.), не используемых в данный момент в оперативной памяти компьютера. Внешняя память, в отличие от оперативной, является энергонезависимой. Носители внешней памяти, кроме того, обеспечивают транспортировку данных в тех случаях, когда компьютеры не объединены в сети (локальные или глобальные).
Для работы с внешней памятью необходимо наличие накопителя (устройства, обеспечивающего запись и (или) считывание информации) и устройства хранения - носителя.
Основные виды накопителей:
накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);
накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД);
накопители на магнитной ленте (НМЛ);
накопители CD-ROM, CD-RW, DVD.
Им соответствуют основные виды носителей:
гибкие магнитные диски (Floppy Disk) (диаметром 3,5’’ и ёмкостью 1,44 Мб; диаметром 5,25’’ и ёмкостью 1,2 Мб (в настоящее время устарели и практически не используются, выпуск накопителей, предназначенных для дисков диаметром 5,25’’, тоже прекращён)), диски для сменных носителей;
жёсткие магнитные диски (Hard Disk);
кассеты для стримеров и других НМЛ;
диски CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD.
Запоминающие устройства принято делить на виды и категории в связи с их принципами функционирования, эксплуатационно-техническими, физическими, программными и др. характеристиками. Так, например, по принципам функционирования различают следующие виды устройств: электронные, магнитные, оптические и смешанные – магнитооптические. Каждый тип устройств организован на основе соответствующей технологии хранения/воспроизведения/записи цифровой информации. Поэтому, в связи с видом и техническим исполнением носителя информации, различают: электронные, дисковые и ленточные устройства.
Основные характеристики накопителей и носителей:
информационная ёмкость;
скорость обмена информацией;
надёжность хранения информации;
стоимость.
Остановимся подробнее на рассмотрении вышеперечисленных накопителей и носителей.
Принцип работы магнитных запоминающих устройств основан на способах хранения информации с использованием магнитных свойств материалов. Как правило, магнитные запоминающие устройства состоят из собственно устройств чтения/записи информации и магнитного носителя, на который, непосредственно осуществляется запись и с которого считывается информация. Магнитные запоминающие устройства принято делить на виды в связи с исполнением, физико-техническими характеристиками носителя информации и т.д. Наиболее часто различают: дисковые и ленточные устройства. Общая технология магнитных запоминающих устройств состоит в намагничивании переменным магнитным полем участков носителя и считывания информации, закодированной как области переменной намагниченности. Дисковые носители, как правило, намагничиваются вдоль концентрических полей – дорожек, расположенных по всей плоскости дискоидального вращающегося носителя. Запись производится в цифровом коде. Намагничивание достигается за счет создания переменного магнитного поля при помощи головок чтения/записи. Головки представляют собой два или более магнитных управляемых контура с сердечниками, на обмотки которых подается переменное напряжение. Изменение величины напряжения вызывает изменение направления линий магнитной индукции магнитного поля и, при намагничивании носителя, означает смену значения бита информации с 1 на 0 или с 0 на 1.
Дисковые устройства делят на гибкие (Floppy Disk) и жесткие (Hard Disk) накопители и носители. Основным свойством дисковых магнитных устройств является запись информации на носитель на концентрические замкнутые дорожки с использованием физического и логического цифрового кодирования информации. Плоский дисковый носитель вращается в процессе чтения/записи, чем и обеспечивается обслуживание всей концентрической дорожки, чтение и запись осуществляется при помощи магнитных головок чтения/записи, которые позиционируют по радиусу носителя с одной дорожки на другую.
Для операционной системы данные на дисках организованы в дорожки и секторы. Дорожки (40 или 80) представляют собой узкие концентрические кольца на диске. Каждая дорожка разделена на части, называемые секторами. При чтении или записи устройство всегда считывает или записывает целое число секторов независимо от объёма запрашиваемой информации. Размер сектора на дискете равен 512 байт. Цилиндр - это общее количество дорожек, с которых можно считать информацию, не перемещая головок. Поскольку гибкий диск имеет только две стороны, а дисковод для гибких дисков - только две головки, в гибком диске на один цилиндр приходится две дорожки. В жестком диске может быть много дисковых пластин, каждая из которых имеет две (или больше) головки, поэтому одному цилиндру соответствует множество дорожек. Кластер (или ячейка размещения данных) - наименьшая область диска, которую операционная система использует при записи файла. Обычно кластер - один или несколько секторов.
Перед использованием дискета должна быть форматирована, т.е. должна быть создана её логическая и физическая структура.
Дискеты требуют аккуратного обращения. Они могут быть повреждены, если
дотрагиваться до записывающей поверхности;
писать на этикетке дискеты карандашом или шариковой ручкой;
сгибать дискету;
перегревать дискету (оставлять на солнце или около батареи отопления);
подвергать дискету воздействию магнитных полей.
Накопители на жестких дисках объединяют в одном корпусе носитель (носители) и устройство чтения/записи, а также, нередко, и интерфейсную часть, называемую контроллером жесткого диска. Типичной конструкцией жесткого диска является исполнение в виде одного устройства - камеры, внутри которой находится один или более дисковых носителей, помещённых на один ось, и блок головок чтения/записи с их общим приводящим механизмом. Обычно, рядом с камерой носителей и головок располагаются схемы управления головками, дисками и, часто, интерфейсная часть и (или) контроллер. На интерфейсной карте устройства располагается собственно интерфейс дискового устройства, а контроллер с его интерфейсом располагается на самом устройстве. С интерфейсным адаптером схемы накопителя соединяются при помощи комплекта шлейфов.
Принцип функционирования жёстких дисков аналогичен этому принципу для ГМД.
Основные физические и логические параметры ЖД.
Диаметр дисков. Наиболее распространены накопители с диаметром дисков 2.2, 2.3, 3.14 и 5.25 дюймов.
Число поверхностей - определяет количество физических дисков, нанизанных на ось.
Число цилиндров - определяет, сколько дорожек будет располагаться на одной поверхности.
Число секторов - общее число секторов на всех дорожках всех поверхностей накопителя.
Число секторов на дорожке - общее число секторов на одной дорожке. Для современных накопителей показатель условный, т.к. они имеют неравное число секторов на внешних и внутренних дорожках, скрытое от системы и пользователя интерфейсом устройства.
Время перехода от одной дорожки к другой обычно составляет от 3.5 до 5 миллисекунд, а у самых быстрых моделей может быть от 0.6 до 1 миллисекунды. Этот показатель является одним из определяющих быстродействие накопителя, т.к. именно переход с дорожки на дорожку является самым длительным процессом в серии процессов произвольного чтения/записи на дисковом устройстве.
Время установки или время поиска - время, затрачиваемое устройством на перемещение головок чтения/записи к нужному цилиндру из произвольного положения.
Скорость передачи данных, называемая также пропускной способностью, определяет скорость, с которой данные считываются или записываются на диск после того, как головки займут необходимое положение. Измеряется в мегабайтах в секунду (MBps) или мегабитах в секунду (Mbps) и является характеристикой контроллера и интерфейса.
В настоящее время используются в основном жёсткие диски ёмкостью от 10 Гб до 80 Гб. Наиболее популярными являются диски ёмкостью 20, 30, 40 Гб.
Кроме НГМД и НГМД довольно часто используют сменные носители. Довольно популярным накопителем является Zip. Он выпускается в виде встроенных или автономных блоков, подключаемых к параллельному порту. Эти накопители могут хранить 100 и 250 Мб данных на картриджах, напоминающих дискету формата 3,5’’, обеспечивают время доступа, равное 29 мс, и скорость передачи данных до 1 Мб/с. Если устройство подключается к системе через параллельный порт, то скорость передачи данных ограничена скорость параллельного порта.
К типу накопителей на сменных жёстких дисках относится накопитель Jaz. Ёмкость используемого картриджа - 1 или 2 Гб. Недостаток - высокая стоимость картриджа. Основное применение - резервное копирование данных.
В накопителях на магнитных лентах (чаще всего в качестве таких устройств выступают стримеры) запись производится на мини-кассеты. Ёмкость таких кассет - от 40 Мб до 13 Гб, скорость передачи данных - от 2 до 9 Мб в минуту, длина ленты - от 63,5 до 230 м, количество дорожек - от 20 до 144.
CD-ROM - это оптический носитель информации, предназначенный только для чтения, на котором может храниться до 650 Мб данных. Доступ к данным на CD-ROM осуществляется быстрее, чем к данным на дискетах, но медленнее, чем на жёстких дисках.
Компакт-диск диаметром 120 мм (около 4,75’’) изготовлен из полимера и покрыт металлической плёнкой. Информация считывается именно с этой металлической плёнки, которая покрывается полимером, защищающим данные от повреждения. CD-ROM является односторонним носителем информации.
Считывание информации с диска происходит за счёт регистрации изменений интенсивности отражённого от алюминиевого слоя излучения маломощного лазера. Приёмник или фотодатчик определяет, отразился ли луч от гладкой поверхности, был рассеян или поглощён. Рассеивание или поглощение луча происходит в местах, где в процессе записи были нанесены углубления. Фотодатчик воспринимает рассеянный луч, и эта информация в виде электрических сигналов поступает на микропроцессор, который преобразует эти сигналы в двоичные данные или звук.
