Что такое запоминающее устройство

16

Лекция 5. Запоминающие устройства

Памятью ЭВМ называется совокупность устройств, служащих для запоминания, хранения и выдачи информации.

Отдельные устройства, входящие в эту совокупность, называются з апоминающими устройствами (ЗУ) того или иного типа [7].

Термин «запоминающее устройство» обычно используется, когда речь идет о принципе построения некоторого устройства памяти (например, полупроводниковое ЗУ, ЗУ на жестком магнитном диске и т.п.), а термин «память» — когда хотят подчеркнуть выполняемую устройством памяти логическую функцию или место расположения в составе оборудования ЭВМ (например, оперативная память — ОП, внешняя память и т.п.). В тех вопросах, где эти отличия не имеют принципиального значения, термины «память» и «запоминающее устройство» мы будем использовать как синонимы.

Запоминающие устройства играют важную роль в общей структуре ЭВМ. По некоторым оценкам производительность компьютера на разных классах задач на 40÷50% определяется характеристиками ЗУ различных типов, входящих в его состав.

К основным параметрам, характеризующим запоминающие устройства, относятся емкость и быстродействие.

Емкость памяти — это максимальное количество данных, которое в ней может храниться.

Емкость запоминающего устройства измеряется количеством адресуемых элементов (ячеек) ЗУ и длиной ячейки в битах. В настоящее время практически все запоминающие устройства в качестве минимально адресуемого элемента используют 1 байт (1 байт = 8 двоичных разрядов (бит)). Поэтому емкость памяти обычно определяется в байтах, килобайтах (1 Кбайт = 2 10 байт), мегабайтах (1 Мбайт = 2 20 байт), гигабайтах (1 Гбайт = 2 30 байт) и т.д.

За одно обращение к запоминающему устройству производится считывание или запись некоторой единицы данных, называемой словом , различной для устройств разного типа. Это определяет разную организацию памяти . Например, память объемом 1 мегабайт может быть организована как 1 М слов по 1 байту, или 512 К слов по 2 байта каждое, или 256 К слов по 4 байта

В то же время, в каждой ЭВМ используется свое понятие машинного слова , которое применяется при определении архитектуры компьютера, в частности при его программировании, и не зависит от размерности слова памяти, используемой для построения данной ЭВМ. Например, компьютеры с архитектурой IBM PC имеют машинное слово длиной 2 байта.

Быстродействие памяти определяется продолжительностью операции обращения, то есть временем, затрачиваемым на поиск нужной информации в памяти и на ее считывание, или временем на поиск места в памяти, предназначаемого для хранения данной информации, и на ее запись:

t обр = max(t обр сч , t обр зп )

где t обр сч — быстродействие ЗУ при считывании информации; t обр зп — быстродействие ЗУ при записи.

5.1. Классификация запоминающих устройств

Запоминающие устройства можно классифицировать по целому ряду параметров и признаков. На рис.5.1 представлена классификация по типу обращения и организации доступа к ячейкам ЗУ.

Рисунок 5.1: Классификация запоминающих устройств.

По типу обращения ЗУ делятся на устройства, допускающие как чтение, так и запись информации, и постоянные запоминающие устройства (ПЗУ), предназначенные только для чтения записанных в них данных ( ROM — read only memory ). ЗУ первого типа используются в процессе работы процессора для хранения выполняемых программ, исходных данных, промежуточных и окончательных результатов. В ПЗУ, как правило, хранятся системные программы, необходимые для запуска компьютера в работу, а также константы. В некоторых ЭВМ, предназначенных, например, для работы в системах управления по одним и тем же неизменяемым алгоритмам, все программное обеспечение может храниться в ПЗУ.

В ЗУ с произвольным доступом ( RAM — random access memory ) время доступа не зависит от места расположения участка памяти (например, ОЗУ).

В ЗУ с прямым (циклическим) доступом благодаря непрерывному вращению носителя информации (например, магнитный диск — МД) возможность обращения к некоторому участку носителя циклически повторяется. Время доступа здесь зависит от взаимного расположения этого участка и головок чтения/записи и во многом определяется скоростью вращения носителя.

В ЗУ с последовательным доступом производится последовательный просмотр участков носителя информации, пока нужный участок не займет некоторое нужное положение напротив головок чтения/записи (например, магнитные ленты — МЛ).

Как отмечалось выше, основные характеристики запоминающих устройств — это емкость и быстродействие. Идеальное запоминающее устройство должно обладать бесконечно большой емкостью и иметь бесконечно малое время обращения. На практике эти параметры находятся в противоречии друг другу: в рамках одного типа ЗУ улучшение одного из них ведет к ухудшению значения другого. К тому же следует иметь в виду и экономическую целесообразность построения запоминающего устройства с теми или иными характеристиками при данном уровне развития технологии. Поэтому в настоящее время запоминающие устройства компьютера, как это и предполагал Нейман, строятся по иерархическому принципу (рис.5.2).

Иерархическая организация памяти в современных ЭВМ

Рисунок 5.2: Иерархическая организация памяти в современных ЭВМ.

Иерархическая структура памяти позволяет экономически эффективно сочетать хранение больших объемов информации с быстрым доступом к информации в процессе ее обработки.

На нижнем уровне иерархии находится регистровая память — набор регистров, входящих непосредственно в состав микропроцессора (центрального процессора — CPU ). Регистры CPU программно доступны и хранят информацию, наиболее часто используемую при выполнении программы: промежуточные результаты, составные части адресов, счетчики циклов и т.д. Регистровая память имеет относительно небольшой объем (до нескольких десятков машинных слов). РП работает на частоте процессора, поэтому время доступа к ней минимально. Например, при частоте работы процессора 2 ГГц время обращения к его регистрам составит всего 0,5 нс.

Оперативная память — устройство, которое служит для хранения информации (программ, исходных данных, промежуточных и конечных результатов обработки), непосредственно используемой в ходе выполнения программы в процессоре. В настоящее время объем ОП персональных компьютеров составляет несколько сотен мегабайт. Оперативная память работает на частоте системной шины и требует 6÷8 циклов синхронизации шины для обращения к ней. Так, при частоте работы системной шины 100 МГц (при этом период равен 10 нс) время обращения к оперативной памяти составит несколько десятков наносекунд.

Для заполнения пробела между РП и ОП по объему и времени обращения в настоящее время используется кэш-память , которая организована как более быстродействующая (и, следовательно, более дорогая) статическая оперативная память со специальным механизмом записи и считывания информации и предназначена для хранения информации, наиболее часто используемой при работе программы. Как правило, часть кэш-памяти располагается непосредственно на кристалле микропроцессора (внутренний кэш), а часть — вне его (внешняя кэш-память). Кэш-память программно недоступна. Для обращения к ней используются аппаратные средства процессора и компьютера.

Внешняя память организуется, как правило, на магнитных и оптических дисках, магнитных лентах. Емкость дисковой памяти достигает десятков гигабайт при времени обращения менее 1 мкс. Магнитные ленты вследствие своего малого быстродействия и большой емкости используются в настоящее время в основном только как устройства резервного копирования данных, обращение к которым происходит редко, а может быть и никогда. Время обращения для них может достигать нескольких десятков секунд.

Следует отметить, что электронная вычислительная техника развивается чрезвычайно

Запоминающее устройство

Запоминающее устройство — носитель информации, предназначенный для записи и хранения данных. В основе работы запоминающего устройства может лежать любой физический эффект, обеспечивающий приведение системы к двум или более устойчивым состояниям.

Содержание

Классификация

По форме записанной информации запоминающие устройства (ЗУ) делятся на:

По устойчивости записи и возможности перезаписи ЗУ делятся на:

• Постоянные (ПЗУ), содержание которых не может быть изменено конечным пользователем (например, BIOS). ПЗУ в рабочем режиме допускает только считывание информации.
• Записываемые (ППЗУ), в которые конечный пользователь может записать информацию только один раз (например, CD-R).
• Многократно перезаписываемые (ПППЗУ) (например, CD-RW).
• Оперативные (ОЗУ) — обеспечивают режим записи, хранения и считывания информации в процессе её обработки. Быстрые, но дорогие ОЗУ (SRAM) строят на триггерах, более медленные, но более дешёвые разновидности ОЗУ — динамические ЗУ (DRAM) строят на элементах состоящих из ёмкости (конденсатора) и полевого транзистора, используемого в качестве ключа разрешения записи-чтения. В обоих видах ЗУ информация исчезает после отключения от источника питания (например, тока).

По типу доступа:

• С последовательным доступом (например, магнитные ленты).
• С произвольным доступом (RAM; например, оперативная память).
• С прямым доступом (например, жёсткие диски).
• С ассоциативным доступом (специальные устройства, для повышения производительности баз данных).

По геометрическому исполнению:

• дисковые (магнитные диски, оптические, магнитооптические);
• ленточные (магнитные ленты, перфоленты);
• барабанные (магнитные барабаны);
• карточные (магнитные карты, перфокарты, флэш-карты, и др.) (картыDRAM, картриджи).

По физическому принципу:

• перфорационные (с отверстиями или вырезами)

(пластины, стержни, кольца, биаксы)
• магнитные диски

По количеству устойчивых (распознаваемых) состояний одного элемента памяти:

• двоичные
• троичные
• десятичные

Цифровые запоминающие устройства

Цифровые запоминающие устройства — устройства, предназначенные для записи, хранения и считывания информации, представленной в цифровом коде.

К основным параметрам цифровых ЗУ относятся информационная ёмкость (битов, тритов и т. д.), потребляемая мощность, время хранения информации, быстродействие.

Самое большое распространение цифровые запоминающие устройства приобрели в компьютерах (компьютерная память). Кроме того, они применяются в устройствах автоматики и телемеханики, в приборах для проведения экспериментов, в бытовых устройствах (телефонах, фотоаппаратах, холодильниках, стиральных машинах и т. д.), в пластиковых карточках, замках.

Информационная ёмкость цифрового запоминающего устройства

Ёмкость запоминающего устройства равна количеству устойчивых (распознаваемых) состояний запоминающего устройства.

Количество состояний запоминающего устройства, состоящего из элементарных ячеек, определяется в комбинаторике и равно количеству размещений с повторениями:

•  — количество состояний одной элементарной ячейки запоминающего устройства, в SRAM — количество состояний триггера, в DRAM — количество распознаваемых уровней напряжения на конденсаторе, в устройствах с магнитной записью — количество распознаваемых уровней намагничивания на одном элементарном участке записи (один элементарный участок записи в устройствах записи на магнитную ленту, на магнитные барабаны, на магнитные диски — одна распознаваемая элементарная часть дорожки, в устройствах записи на ферритовые кольца — одно ферритовое кольцо),
•  — количество элементарных ячеек запоминающего устройства, в SRAM — количество триггеров, в DRAM — количество конденсаторов, в устройствах с магнитной записью — количество элементарных участков записи (в устройствах записи на магнитную ленту, на магнитные барабаны, на магнитные диски — количество распознаваемых элементарных участков дорожки, в устройствах записи на ферритовые кольца — количество ферритовых колец).

Внешние хранилища данных Windows

Несмотря на устойчивую тенденцию к снижении стоимости пространства на жёстких дисках, одного из наиболее распространённых типов накопителей данных персональных компьютеров и серверов начального уровня, практикуется реализация идеи о том, что редко используемые данные должны архивироваться и храниться на менее дорогие, но вполне надёжные носители (запоминающие устройства, далее — ЗУ).

В семействе операционных систем Windows 2000 этой цели посвящена соответствующая оснастка Управление сменными носителями (англ.  Removable Storage Manager ). Основной задачей, которая решается при помощи данного инструмента — централизованное управление магнитными лентами (которые могут использоваться как носители для резервного копирования), дисками Иерархической системы управления (англ.  Hierarchical Storage Management, HSM ) и архивами баз данных.

Расширенные возможности управления файлами на съёмных ЗУ, например операции по расширению дисков (англ.  disk-extender operation ), выполняются средствами управления данными — программой архивации (англ.  Backup ) и службой внешних хранилищ (англ.  Remote Storage ), которые не входит в поставку Professional, а имеется только в версиях Server.

Съёмные носители

В системе съёмных носителей используются:

• магнитные ленты (основные технологии записи на ленту: англ.  Digital Audio Tape, DAT; Digital Linear Tape, DLT; QIC и 9-дорожечные ленты);
• постоянные ЗУ на компакт-дисках (CD-ROM, DVD-ROM);
• перезаписываемые оптические и магнитно-оптические диски (WORM, CD-R/CD-RW, DVD-R/DVD-RW), при этом Windows 2000 не обеспечивает непосредственной поддержки, для записи требуется ПО третьих фирм.

Для идентификации носителей могут использоваться:

• Идентификаторы носителей (англ.  On-media Identifiers ) записываемые на носитель при его подключении к системе съёмных ЗУ и потом регистрируемый в базе данных системы съёмных ЗУ. Поле типа указывает на формат носителя, а поле непосредственно самого идентификатора содержит уникальный код. Если система съёмных ЗУ не распознаёт метку типа, то носитель будет помещён в пул нераспознанных носителей; если системы распознает метку типа но не распознает идентификатор, носитель будет помещён в пул импортированных носителей; если обе метки распознаны, обновится быза данных а сам носитель будет помечен как находящийся в оперативном режиме.
• Штрих-коды — используются в случае наличия аппаратуры поддержки, чтения и записи штрих-кода.

• Физические — отдельно взятый носитель в целом: например, оптический диск или магнитная лента.
• Логические — представление физического носителя: например, сторона двухстороннего оптического диска.

Логический набор однотипных носителей, применительно к которому действуют одинаковые атрибуты и свойства, назначаемые при управлении носителями. Использование пулов носителей позволяет определить набор свойств, применимых ко всем носителям в пределах логической группировки, что позволяет системе съёмных ЗУ выделять в совместное пользование множеству приложений одни и те же типы носителей в пределах одной библиотеки. Каждый носитель в системе съёмных ЗУ принадлежит к определенному пулу носителей, и каждый пул содержит носители только одного типа. Приложения получают доступ к конкретным носителям в пределах конкретной библиотеки используя определенный пул носителей.

• Неопознанные — пустые (новые) и носители, не распознанные системой съёмных ЗУ. Носители данного пула могут быть смонтированы, размонтированы и перемещены в пул свободных носителей. При извлечении из оперативной или независимой библиотек, удаляются из базы данных съёмных ЗУ.
• Свободные — носители, в настоящий момент не содержащие полезных или активных данных. Действуют как буферы для прикладных пулов носителей, аналогично записью на черновике которая может быть перенесена в итоговый документ, при этом остаётся на черновике и может быть повторно использована.
• Импортированные — распознанные носители, не зарегистрированные в текущей базе денных съёмных ЗУ. Могут быть перемещены в пул свободных носителей, для повторного использования
• Для приложений — создаются и используются конкретными приложениями, в задачи которых входит управление данными. Определяют к каким носителям может получить доступ конкретное приложение. Задают свойства для носителей. Приложение может использовать несколько пулов носителей, а несколько приложений могут совместно использовать один и тот же пул. Например, программа архивации и резервного копирования (англ.  Backap ) может использовать один пул носителей для выполнения полного резервного копирования, а второй пул — инкрементного резервного копирования.

• Системные (англ.  system media pools ) — создаваемые системой съёмных ЗУ, для каждого типа носителей, по одному пулу свободных, нераспознанных и импортированных носителей.
• Прикладные — создаются для конкретных приложений (или сами этими приложениями) по управлению данными. Выделенный носитель (англ.  allocated media ) — носитель, зарезервированный за конкретным приложением, не может быть перемещён из пула в пул.

Библиотеки

В системе съёмных ЗУ существует три типа библиотек:

• Оперативные (англ.  online libraries ) — автоматы (многоприводные) содержащие наборы лент или дисков. Может состоять их других аппаратных компонентов, управляемых системой.
• Независимые (англ.  stand-alone libraries ) — смонтированные оператором одноприводные устройства, которые могут содержать единственный носитель.
• Автономные (англ.  offline libraries ) — отдельный автономный носитель, управляемый службой съёмных ЗУ. Единственный тип библиотеки, который может содержать более одного типа носителей, при этом сами носители (ленты/диски) из автономной библиотеки могут размещаться вне библиотеки, а также вручную вставляться в оперативную или независимую библиотеку.

По способу установки носителя библиотеки разделяются на:

• Независимые (англ.  stand-alone drive libraries ) — одноприводные неавтоматизированные устройства в которые носители вставляются вручную. Представляют собой простейшую форму библиотеки.
• Автоматические (англ.  robotic libraries ), также называемые устройствами с автоподачей (или англ.  jukebox ) — автоматизированные системы управляющие множеством носителей; включают функции поиска запрошенного носителя, установку его в доступное устройство чтения, а после возвращающее носитель в отведенный ему слот.

Одна библиотека может содержать носители из разных пулов, каждый из которых имеет свои свойства. Любой пул носителей может охватывать несколько библиотек, кроме того система съёмных ЗУ позволяет на базе пулов носителей создавать иерархические структуры.

Система съёмных ЗУ

Состоит из трёх программных компонентов:

1. административного интерфейса (оснастка Управление съёмными носителями),
2. интерфейса прикладного программирования,
3. базы данных.

Администрирование системы съёмных ЗУ, осуществляемое при помощи оснастки MMC выполняет следующие задачи:

• отслеживание оперативных и автономных носителей (англ.  offline media ),
• установка/извлечение носителей и библиотек,
• просмотр состояния носителей и библиотек.
• создание пулов носителей и задание их свойств,
• установка параметров безопасности для носителей и пулов носителей,
• инвентаризация библиотек.

Служба съёмных ЗУ

Упрощает оперативное управление библиотеками и устройствами с автоматической подачей дисков (англ.  jukebox ), отслеживает использование съёмных носителей типа магнитных лент и съёмных дисков, упрощает взаимодействие между библиотеками съёмных носителей и программными приложениями обеспечивающими управление данными (например, встроенной программой архивации и службой внешних хранилищ англ.  Remote Storage ).

Наиболее распространённые в настоящее время ЗУ

• Магнитные ЗУ в пластиковых картах : USB-накопители, карты памяти в телефонах и фотоаппаратах, SSD : CD, DVD, Blu-Ray и др. (НЖМД)
• Микросхемы SDRAM (DDR SDRAM и XDR)

Переносные накопители данных

Некоторые типы запоминающих устройств оформлены как компактные, носимые человеком устройства, приспособленные для переноса информации. В частности:

• Съёмный жёсткий диск:
• Контейнеры для жёстких дисков
• ZIV

См. также

Литература

• Большая советская энциклопедия. 3-е изд. 1969—1978 гг.

• Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.
• Проставив сноски, внести более точные указания на источники.

• Запоминающие устройства
• Носители информации

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое «Запоминающее устройство» в других словарях:

ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО — (ЗУ) функциональная часть цифровой вычислительной машины или самостоятельное устройство, предназначенное для (см.), хранения и выдачи информации, представленной цифровыми кодами. Часто ЗУ называют (см.) (или модулем памяти), т. е. слова… … Большая политехническая энциклопедия

ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО — ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, устройство для автоматической записи, хранения и выдачи (по запросу) информации. Используется в ЭВМ, базах данных, автоматических и автоматизированных системах управления и др. Информация записывается и хранится на… … Современная энциклопедия

ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО — устройство для записи, хранения и выдачи информации, представленной в кодовой форме. Используется в вычислительных машинах, системах автоматического управления, телемеханики, технологических агрегатах с программным управлением. Носители… … Большой Энциклопедический словарь

запоминающее устройство — запоминающее устройство; память; отрасл. устройство хранения; накопитель Часть вычислительной машины, предназначенная для записи, хранения и выдачи информации, представленной в кодовой форме … Политехнический терминологический толковый словарь

запоминающее устройство — ЗУ Устройство, реализующее функцию памяти данных. [ГОСТ 15971 90] Тематики системы обработки информации Синонимы ЗУ EN storage unit … Справочник технического переводчика

запоминающее устройство — (машинная) память, накопитель (информации) Словарь русских синонимов … Словарь синонимов

ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО — Носитель информации, предназначенный для записи и хранения данных. В основе работы запоминающего устройства может лежать любой физический эффект, обеспечивающий приведение системы к двум или более устойчивым состояниям Словарь бизнес терминов.… … Словарь бизнес-терминов

Запоминающее устройство — ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ 1. Запоминающее устройство ЗУ Storage unit По ГОСТ 15971 Источник: ГОСТ 25492 82: Устройства цифровых вычислительных машин запоминающие. Термины и определения … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

запоминающее устройство — устройство для записи, хранения и выдачи информации, представленной в кодовой форме. Используется в вычислительных машинах, системах автоматического управления, телемеханики, технологических агрегатах с программным управлением. Носители… … Энциклопедический словарь

Запоминающее устройство — (ЗУ) блок вычислительной машины или самостоятельное устройство, предназначенное для записи, хранения и воспроизведения информации. Наибольшее распространение ЗУ получили в цифровых вычислительных машинах (См. Цифровая вычислительная… … Большая советская энциклопедия

запоминающее устройство — (ЗУ), устройство для записи, хранения и выдачи (по запросу) информации, представленной обычно в цифровом коде. При записи информация преобразуется в электрические, оптические или акустические сигналы либо механические перемещения с целью… … Энциклопедия техники

Виды запоминающих устройств

Узнайте, как увеличить объем цифрового хранилища и выбрать наиболее подходящее для вас решение.

Найти надежный способ хранения памятных фотографий и важных материалов — нелегкая задача. Однако следует отметить, что сегодня объем места для этих целей больше не зависит от характеристик вашего компьютера. Существует множество вариантов размещения файлов, которые позволяют экономить пространство на компьютере, телефоне или планшете. В этой статье мы расскажем о доступных способах, начиная облачными вариантами и заканчивая жесткими дисками.

Облачное хранилище

Облачные хранилища, которые не являются устройствами в полном смысле этого слова, представляют собой самый новый и гибкий тип хранилищ данных для компьютеров. Облако — это не место и не объект, а огромное количество серверов, расположенных в центрах хранения и обработки данных по всему миру. Когда вы размещаете документ в облаке, вы размещаете его на этих серверах.

Поскольку все данные хранятся онлайн, облако не предусматривает использования вторичных запоминающих устройств вашего компьютера, позволяя вам сэкономить место.

Облачное хранилище обеспечивает значительно больший объем места, чем USB-накопители и другие физические устройства. Это избавит вас от необходимости искать нужный файл по всем устройствам.

Жесткие диски и твердотельные накопители, популярные благодаря своей портативности, также уступают облачным хранилищам. Существует не так уж много карманных внешних жестких дисков. Хотя они меньше по размеру и легче по весу, чем внутренние накопители, это все-таки материальные устройства. А облако может «сопровождать» вас где угодно: оно не занимает места и не имеет физических уязвимостей, как внешний диск.

Внешние запоминающие устройства также были популярны как быстрый вариант передачи файлов, но они полезны только в том случае, если вы имеете доступ к каждому физическому устройству. Сейчас облачные вычисления стремительно развиваются, так как многие компании переходят на удаленную работу. Вряд ли вы будете отправлять USB-накопитель по почте за границу, чтобы передать большой файл коллеге. Облако обеспечивает связь между удаленными сотрудниками, упрощая совместную работу на расстоянии.

Если вы забудете принести на встречу жесткий диск с важными документами, у вас не будет другого выхода, кроме как вернуться за ним. Если вы сломаете или потеряете жесткий диск, вряд ли вы сможете восстановить эти данные. В облачном хранилище нет таких рисков: для ваших данных создаются резервные копии, и вы имеете к ним доступ в любое время и из любой точки, где есть подключение к Интернету.

С помощью синхронизации файлов с компьютера можно получить доступ к любому из них в Dropbox. Это так же, как если бы они хранились локально, только при этом не занимали места на вашем диске. Все ваши документы в Dropbox находятся на расстоянии одного клика. Они доступны на любом устройстве с подключением к Интернету, и вы можете мгновенно поделиться ими.

Внешние запоминающие устройства

Помимо носителей информации, размещенных в компьютере, существуют также внешние цифровые запоминающие устройства. Обычно они используются с целью увеличения объема места для хранения данных, когда на компьютере оно заканчивается, а также для большей мобильности или облегчения передачи файлов с одного устройства на другое.

Если вы хотите перенести файлы с внешних дисков в облако, вы можете воспользоваться резервным копированием внешнего диска и получить доступ к файлам откуда угодно.

Внешние жесткие диски и твердотельные накопители

В качестве внешних накопителей можно использовать как жесткие диски, так и твердотельные накопители. Как правило, среди внешних запоминающих устройств они обеспечивают самый большой объем места: внешние жесткие диски — до 20 ТБ памяти, а внешние твердотельные накопители (по разумной цене) — до 8 ТБ.

Внешние жесткие диски и твердотельные накопители работают точно так же, как и их внутренние аналоги. Большинство внешних накопителей можно подключить к любому компьютеру; они не привязаны к одному устройству, поэтому их легко использовать для передачи файлов между устройствами.

Устройства флеш-памяти

Мы уже упоминали флеш-память, когда обсуждали твердотельные накопители. Устройства флеш-памяти состоят из триллионов взаимосвязанных ячеек флеш-памяти, в которых хранятся данные. Эти ячейки содержат миллионы транзисторов, которые при включении и выключении представляют единицы и нули в двоичном коде, а компьютер считывает и записывает информацию.

Один из самых известных типов устройства флеш-памяти — это USB-накопитель. Эти небольшие портативные запоминающие устройства, также известные как флеш-накопители, или «флешки», долгое время широко использовались в качестве дополнительных компьютерных запоминающих устройств. До того как Интернет предоставил нам возможность легко и быстро делиться файлами, USB-накопители были незаменимы для перемещения файлов с одного устройства на другое. Однако их можно использовать только на устройствах с USB-портом. В большинстве старых компьютеров присутствует USB-порт, но для более новых может потребоваться переходник.

В наши дни USB-накопитель может вместить до 2 ТБ данных. USB-накопители обойдутся дороже, чем внешний жесткий диск, но они идеально подходят для хранения и переноса небольших файлов благодаря своей простоте и удобству.

Помимо USB-накопителей, к устройствам флеш-памяти также относятся SD-карты и карты памяти других типов, которые часто используются в качестве носителей информации в цифровых камерах.

Оптические запоминающие устройства

Компакт-диски, DVD-диски и диски Blu-Ray используются не только для воспроизведения музыки и видео, но и как запоминающие устройства. Они относятся к категории оптических запоминающих устройств, или оптических носителей.

Двоичный код хранится на этих дисках в виде микроскопических углублений на дорожке, идущей по спирали от центра диска. Работающий диск вращается с постоянной скоростью, а лазер на дисковом накопителе сканирует дорожку на диске. То, как луч лазера отражается или рассеивается на участке дорожки, определяет, записаны ли на нем нули или единицы в двоичном коде.

DVD имеет более узкую спиральную дорожку, чем компакт-диск, что позволяет хранить больше данных при том же размере диска, а в дисководах DVD используется более тонкий красный лазер, чем в дисководах компакт-дисков. DVD также могут быть двухслойными, что увеличивает их емкость. Blu-Ray — это технология более высокого уровня, обеспечивающая хранение данных на нескольких слоях с еще более узкими дорожками, для считывания которых требуется еще более точный синий лазер.

• Диски типа CD-ROM, DVD-ROM и BD-ROM относятся к оптическим дискам, предназначенным только для чтения. Записанные на них данные являются постоянными, их невозможно удалить или перезаписать. Поэтому эти типы дисков нельзя использовать в качестве личного хранилища. Они обычно используются для установки программного обеспечения.
• На диски формата CD-R, DVD-R и BD-R можно записывать информацию, но они не предусматривают перезаписи. Какие бы данные вы ни сохранили на чистом диске одноразовой записи, они останутся на нем навсегда. На этих дисках можно хранить данные, но они не обеспечивают такой гибкости, как другие запоминающие устройства.
• Диски типа CD-RW, DVD-RW и BD-RE предусматривают перезапись. Поэтому вы можете сколько угодно записывать на них новые данные и удалять ненужные. Диски CD-RW долгое время оставались самым популярным вариантом внешнего хранилища, но их место постепенно стали занимать новые технологии, такие как флеш-память. Большинство настольных компьютеров и многие ноутбуки имеют дисковод для CD- или DVD-дисков.

На компакт-диске можно хранить до 700 МБ данных, на DVD-DL — до 8,5 ГБ, а на Blu-Ray — от 25 до 128 ГБ.

Дискеты

Сейчас эти устройства считаются устаревшими, но мы не можем обсуждать запоминающие устройства, не упомянув гибкие диски, или дискеты. Дискеты были первыми широко доступными портативными съемными запоминающими устройствами. Вот почему большинство значков «Сохранить» выглядят именно так, представляя собой изображение дискеты. Они работают по тому же принципу, что и жесткие диски, но в гораздо меньшем масштабе.

Емкость дискет никогда не превышала 200 МБ, пока CD-RW и флеш-накопители не стали самыми популярными носителями информации. iMac стал первым персональным компьютером, выпущенным без дисковода гибких дисков в 1998 году. Начиная с этого момента более чем 30-летнее господство гибких дисков быстро сошло на нет.

Хранение данных в компьютерных системах

Запоминающее устройство — это элемент аппаратного обеспечения, которое в основном используется для хранения данных. В каждом настольном компьютере, ноутбуке, планшете и смартфоне есть тот или иной вид запоминающего устройства. Также существуют автономные внешние накопители, которые используются с разными устройствами.

Запоминающие устройства

Памятью ЭВМ называется совокупность устройств, служащих для запоминания, хранения и выдачи информации.

Отдельные устройства, входящие в эту совокупность, называются запоминающими устройствами ( ЗУ ) того или иного типа [7].

Термин » запоминающее устройство » обычно используется, когда речь идет о принципе построения некоторого устройства памяти (например, полупроводниковое ЗУ , ЗУ на жестком магнитном диске и т.п.), а термин » память » — когда хотят подчеркнуть выполняемую устройством памяти логическую функцию или место расположения в составе оборудования ЭВМ (например, оперативная память — ОП, внешняя память и т.п.). В тех вопросах, где эти отличия не имеют принципиального значения, термины » память » и » запоминающее устройство » мы будем использовать как синонимы.

Запоминающие устройства играют важную роль в общей структуре ЭВМ. По некоторым оценкам производительность компьютера на разных классах задач на 40-50% определяется характеристиками ЗУ различных типов, входящих в его состав.

К основным параметрам, характеризующим запоминающие устройства , относятся емкость и быстродействие .

Емкость памяти — это максимальное количество данных, которое в ней может храниться.

Емкость запоминающего устройства измеряется количеством адресуемых элементов (ячеек) ЗУ и длиной ячейки в битах. В настоящее время практически все запоминающие устройства в качестве минимально адресуемого элемента используют 1 байт (1 байт = 8 двоичных разрядов ( бит )). Поэтому емкость памяти обычно определяется в байтах, килобайтах (1Кбайт=2 10 байт ), мегабайтах (1Мбайт = 2 20 байт ), гигабайтах (1Гбайт = 2 30 байт ) и т.д.

За одно обращение к запоминающему устройству производится считывание или запись некоторой единицы данных, называемой словом, различной для устройств разного типа. Это определяет разную организацию памяти. Например, память объемом 1 мегабайт может быть организована как 1М слов по 1 байту, или 512К слов по 2 байта каждое, или 256К слов по 4 байта и т.д.

В то же время, в каждой ЭВМ используется свое понятие машинного слова, которое применяется при определении архитектуры компьютера, в частности при его программировании, и не зависит от размерности слова памяти, используемой для построения данной ЭВМ. Например, компьютеры с архитектурой IBM PC имеют машинное слово длиной 2 байта.

Быстродействие памяти определяется продолжительностью операции обращения, то есть временем, затрачиваемым на поиск нужной информации в памяти и на ее считывание, или временем на поиск места в памяти, предназначаемого для хранения данной информации, и на ее запись :

где t_{обр сч} — быстродействие ЗУ при считывании информации; t_{обр зп} — быстродействие ЗУ при записи.

Классификация запоминающих устройств

Запоминающие устройства можно классифицировать по целому ряду параметров и признаков. На рис.5.1 представлена классификация по типу обращения и организации доступа к ячейкам ЗУ .

По типу обращения ЗУ делятся на устройства, допускающие как чтение, так и запись информации, и постоянные запоминающие устройства (ПЗУ), предназначенные только для чтения записанных в них данных ( ROM — read only memory ). ЗУ первого типа используются в процессе работы процессора для хранения выполняемых программ, исходных данных, промежуточных и окончательных результатов. В ПЗУ , как правило, хранятся системные программы , необходимые для запуска компьютера в работу, а также константы . В некоторых ЭВМ, предназначенных, например, для работы в системах управления по одним и тем же неизменяемым алгоритмам, все программное обеспечение может храниться в ПЗУ .

В ЗУ с произвольным доступом ( RAM — random access memory ) время доступа не зависит от места расположения участка памяти (например, ОЗУ ).

В ЗУ с прямым (циклическим) доступом благодаря непрерывному вращению носителя информации (например, магнитный диск — МД) возможность обращения к некоторому участку носителя циклически повторяется. Время доступа здесь зависит от взаимного расположения этого участка и головок чтения/записи и во многом определяется скоростью вращения носителя.

В ЗУ с последовательным доступом производится последовательный просмотр участков носителя информации, пока нужный участок не займет некоторое нужное положение напротив головок чтения/записи (например, магнитные ленты — МЛ).

Как отмечалось выше, основные характеристики запоминающих устройств — это емкость и быстродействие . Идеальное запоминающее устройство должно обладать бесконечно большой емкостью и иметь бесконечно малое время обращения. На практике эти параметры находятся в противоречии друг другу: в рамках одного типа ЗУ улучшение одного из них ведет к ухудшению значения другого. К тому же следует иметь в виду и экономическую целесообразность построения запоминающего устройства с теми или иными характеристиками при данном уровне развития технологии. Поэтому в настоящее время запоминающие устройства компьютера, как это и предполагал Нейман, строятся по иерархическому принципу (рис. 5.2).

Иерархическая структура памяти позволяет экономически эффективно сочетать хранение больших объемов информации с быстрым доступом к информации в процессе ее обработки.

На нижнем уровне иерархии находится регистровая память — набор регистров, входящих непосредственно в состав микропроцессора (центрального процессора — CPU ). Регистры CPU программно доступны и хранят информацию, наиболее часто используемую при выполнении программы: промежуточные результаты, составные части адресов, счетчики циклов и т.д. Регистровая память имеет относительно небольшой объем (до нескольких десятков машинных слов). РП работает на частоте процессора, поэтому время доступа к ней минимально. Например, при частоте работы процессора 2 ГГц время обращения к его регистрам составит всего 0,5 нс.

Оперативная память — устройство, которое служит для хранения информации (программ, исходных данных, промежуточных и конечных результатов обработки), непосредственно используемой в ходе выполнения программы в процессоре. В настоящее время объем ОП персональных компьютеров составляет несколько сотен мегабайт . Оперативная память работает на частоте системной шины и требует 6-8 циклов синхронизации шины для обращения к ней. Так, при частоте работы системной шины 100 МГц (при этом период равен 10 нс) время обращения к оперативной памяти составит несколько десятков наносекунд.

Для заполнения пробела между РП и ОП по объему и времени обращения в настоящее время используется кэш-память , которая организована как более быстродействующая (и, следовательно, более дорогая) статическая оперативная память со специальным механизмом записи и считывания информации и предназначена для хранения информации, наиболее часто используемой при работе программы. Как правило, часть кэш-памяти располагается непосредственно на кристалле микропроцессора (внутренний кэш ), а часть — вне его (внешняя кэш-память ). Кэш-память программно недоступна. Для обращения к ней используются аппаратные средства процессора и компьютера.

Внешняя память организуется, как правило, на магнитных и оптических дисках, магнитных лентах. Емкость дисковой памяти достигает десятков гигабайт при времени обращения менее 1 мкс. Магнитные ленты вследствие своего малого быстродействия и большой емкости используются в настоящее время в основном только как устройства резервного копирования данных, обращение к которым происходит редко, а может быть и никогда. Время обращения для них может достигать нескольких десятков секунд.

Следует отметить, что электронная вычислительная техника развивается чрезвычайно быстрыми темпами. Так, согласно эмпирическому «закону Мура», производительность компьютера удваивается приблизительно каждые 18 месяцев. Поэтому все приводимые в данном пособии количественные характеристики служат по большей части только для отражения основных соотношений и тенденций в развитии тех или иных компонентов и устройств компьютеров.