Устройства хранения информации. Память компьютера

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

образоваТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Уфимская государственная академия экономики и

сервиса»(УГАЭС)

Кафедра «информатике и ИКТ»

Контрольная работа

по информатике

Вариант № 8

Уфа - 2011г.



Содержание

Задание № 1. Разность двоичных чисел 1010101 и 1101. Написать процесс вычисления

Задание № 2. Современные технологии записи и хранения информации

Задание № 3. Память ПК. Назначение. разновидность, основные характеристики

Список использованной литературы

система счисление информация компьютер память



Задание № 1. Разность двоичных чисел 1010101 и 1101. Написать процесс вычисления

Система счисления - правило для записи чисел.

Основание системы определяет количество цифр и их набор.

Позиционная с.c. - это такая система, в которой значение числа зависит от местоположения цифр в числе, (арабская).

Непозиционная с.с. - это такая система, в которой значение числа не зависит от местоположения цифр в числе (римская, древнеславянская).

Чтобы перевести число из 2 с.с. в 8 с.с. необходимо разбить число на триады и заменить их на соответствующие цифры 8-ой с.с. Разбиение числа начинается от запятой.

Пример:

001 011, 110 100=13,64

001 110, 111 010 100=16,724

Чтобы перевести из 2 с.с. в 16 с.с., нужно разбить число, на триады, а затем заменить каждую соответствующей ей цифре.

Пример:

2 система	8 система
000	0
001	1
010	2
011	3
100	4
101	5
110	6
111	7

Наш пример

1010101 = 524, а 1101 = 64, то есть 524- 64 = 460

Задание № 2. Современные технологии записи и хранения информации

Информатизация общества, бурное развитие компьютерной техники и проникновение её во все сферы человеческой деятельности определили появление документов на современных, нетрадиционных, т.е. не бумажных носителях информации.

Понятие «современный» и «нетрадиционный» документ во многом условны и служат для названия группы документов, которые в отличие от традиционных, т.е. бумажных, как правило, требуют для воспроизведения информации современных технических средств. Все это связано с появлением электронно-вычислительных машин - компьютеров, представляющих собой комплексы технических средств, предназначенных для автоматического преобразования информации, используются для записи и воспроизведения как текстовой, так и графической, и аудио-, и видеоинформации.

Появление современных носителей связано и с тем, что за полвека своего существования сменилось уже пять поколений компьютеров, причём от поколения к поколению на порядок и более возрастали их производительность и ёмкость запоминающих устройств. А также появлялись новые, более совершенные периферийные устройства - принтеры, сканеры, копиры, а в настоящее время всё чаще используются многофункциональные устройства (МФУ), которые облегчают работу офисных служащих, позволяющие получать твёрдую копию документа не только из памяти компьютера, но с современного носителя.

С моей точки зрения к современным носителя документированной информации относятся: магнитные карты, магнитные жёсткие диски, оптические диски, голограммы, носители на базе флэш-памяти. Может быть это не правильное суждение, но данные носители активно используются в настоящее время. Они пришли на смену хорошо всем известным аудио-, видеокассетам, микроформам, гибким дискам или дискетам. Их можно назвать устаревшими. Тоже самое произойдёт и с современными носителями информации, потому что современными они являются в данный момент. Лет через десять на смену современным носителям придут ещё более современные носители, так как человечество не стоит на одном месте, а прогрессирует и развивается бурными темпами. И через лет десять рассматриваемые в данной работе современные материальные носители документированной информации назовут устаревшими.

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.

Устройства хранения информации делятся на 2 вида:

§ внешние (периферийные) устройства

§ внутренние устройства

К внешним устройствам относятся магнитные диски, CD,DVD,BD,cтримеры,жесткий диск(винчестер),а также флэш-карта. Внешняя память дешевле внутренней, создаваемой обычно на основе полупроводников. Кроме того, большинство устройств внешней памяти может переноситься с одного компьютера на другой. Главный их недостаток в том, что они работают медленнее устройств внутренней памяти.

К внутренним устройствам относятся оперативная память, кэш-память, CMOS-память, BIOS. Главным достоинством является скорость обработки информации. Но в то же время устройства внутренней памяти довольно дорогостоящи.

Внешние.НГМД(накопитель на гибких магнитных дисках). Использование гибких дисков уходит в прошлое. Бывают двух типов и обеспечивают хранение информации на дискетах одного из двух форматов: 5,25' или 3,5'. Дискеты формата 5,25' в настоящее время практически не встречаются (максимальная емкость 1,2 Мб). Для дискет формата 3,5' максимальная емкость составляет 2,88 Мб, самый распространенный формат емкости для них - 1,44 Мб. Гибкие магнитные диски помещаются в пластмассовый корпус. В центре дискеты имеется приспособление для захвата и обеспечения вращения диска внутри пластмассового корпуса. Дискета вставляется в дисковод, который вращается с постоянной угловой скоростью. Все дискеты перед употреблением форматируются - на них наносится служебная информация, обе поверхности дискеты разбиваются на концентрические окружности - дорожки, которые в свою очередь делятся на сектора. Одноименные сектора обеих поверхностей образуют кластеры. Магнитные головки примыкают к обеим поверхностям и при вращении диска проходят мимо всех кластеров дорожки. Перемещение головок по радиусу с помощью шагового двигателя обеспечивает доступ к каждой дорожке. Запись/чтение осуществляется целым числом кластеров, обычно под управлением операционной системы. Однако в особых случаях можно организовать запись/чтение и в обход операционной системы, используя напрямую функции BIOS. В целях сохранения информации гибкие магнитные диски необходимо предохранять от воздействия сильных магнитных полей и нагревания, так как такие воздействия могут привести к размагничиванию носителя и потере информации.

НЖМД(накопитель на жестких магнитных дисках). Накопитель на жестком диске относится к наиболее совершенным и сложным устройствам современного ПК. Его диски способны вместить многие мегабайты информации, передаваемой с огромной скоростью.Основные принципы работы жесткого диска мало изменились со дня его создания.Взглянув на накопитель на жестком диске, вы увидите только прочный металлический корпус. Он полностью герметичен и защищает дисковод от частичек пыли. Кроме того, корпус экранирует накопитель от электромагнитных помех.

Диск представляет собой круглую пластину с очень ровной поверхностью чаще из алюминия, реже - из керамики или стекла, покрытую тонким ферромагнитным слоем. Магнитные головки считывают и записывают информацию на диски. Цифровая информация преобразуется в переменный электрический ток, поступающий на магнитную головку, а затем передается на магнитный диск, но уже в виде магнитного поля, которое диск может воспринять и "запомнить". Под воздействием внешнего магнитного поля собственные магнитные поля доменов ориентируются в соответствии с его направлением. После прекращения действия внешнего поля на поверхности диска образуются зоны остаточной намагниченности. Таким образом сохраняется записанная на диск информация. Участки остаточной намагниченности, оказавшись при вращении диска напротив зазора магнитной головки, наводят в ней электродвижущую силу, изменяющуюся в зависимости от величины намагниченности. Пакет дисков, смонтированный на оси-шпинделе, приводится в движение специальным двигателем, компактно расположенным под ним. Скорость вращения дисков, как правило, составляет 7200 об./мин. Для того, чтобы сократить время выхода накопителя в рабочее состояние, двигатель при включении некоторое время работает в форсированном режиме. Поэтому источник питания компьютера должен иметь запас по пиковой мощности. Появление в 1999 г. изобретенных фирмой IBM головок с магниторезистивным эффектом (GMR - Giant Magnetic Resistance) привело к повышению плотности записи до 6,4 Гбайт на одну пластину в уже представленных на рынке изделиях.

Основные параметры жесткого диска:

§ Емкость - винчестер имеет объем от 40 Гб до 200 Гб.

§ Скорость чтения данных. Средний сегодняшний показатель - около 8 Мбайт/с.

§ Среднее время доступа. Измеряется в миллисекундах и обозначает то время, которое необходимо диску для доступа к любому выбранному вами участку. Средний показатель - 9 мс.

§ Скорость вращения диска. Показатель, напрямую связанный со скоростью доступа и скоростью чтения данных. Скорость вращения жесткого диска в основном влияет на сокращение среднего времени доступа (поиска). Повышение общей производительности особенно заметно при выборке большого числа файлов.

§ Размер кэш-памяти - быстрой буферной памяти небольшого объема, в которую компьютер помещает наиболее часто используемые данные. У винчестера есть своя кэш-память размером до 8 Мбайт.

§ Фирма-производитель. Освоить современные технологии могут только крупнейшие производители, потому что организация изготовления сложнейших головок, пластин, контроллеров требует крупных финансовых и интеллектуальных затрат. В настоящее время жесткие диски производят семь компаний: Fujitsu, IBM-Hitachi, Maxtor, Samsung, Seagate, Toshiba и Western Digital. При этом каждая модель одного производителя имеет свои, только ей присущие особенности.

Стримеры. Классическим способом резервного копирования является применение стримеров - устройств записи на магнитную ленту. Однако возможности этой технологии, как по емкости, так и по скорости, сильно ограничены физическими свойствами носителя. Стример по принципу действия очень похож на кассетный магнитофон. Данные записываются на магнитную ленту, протягиваемую мимо головок. Недостатком стримера является слишком большое время последовательного доступа к данным при чтении. Емкость стримера достигает нескольких Гбайт, что меньше емкости современных винчестеров, а время доступа во много раз больше.

Flash-карта. Устройства, выполненные на одной микросхеме (кристалле) и не имеющие подвижных частей, основаны на кристаллах электрически перепрограммируемой флэш-памяти. Физический принцип организации ячеек флэш-памяти можно считать одинаковым для всех выпускаемых устройств, как бы они ни назывались. Различаются такие устройства по интерфейсу и применяемому контроллеру, что обусловливает разницу в емкости, скорости передачи данных и энергопотреблении.

Multimedia Card (MMC) и Secure Digital (SD) - сходит со сцены из-за ограниченной емкости (64 Мб и 256 Мб соответственно) и низкой скорости работы.

SmartMedia - основной формат для карт широкого применения (от банковских и проездных в метро до удостоверений личности). Тонкие пластинки весом 2 грамма имеют открыто расположенные контакты, но значительная для таких габаритов емкость (до 128 Мбайт) и скорость передачи данных (до 600 Кбайт/с) обусловили их проникновение в сферу цифровой фотографии и носимых МРЗ-устройств.

Memory Stick - “эксклюзивный” формат фирмы Sony, практически не используется другими компаниями. Максимальная емкость - 256 Мбайт, скорость передачи данных доходит до 410 Кбайт/с, цены сравнительно высокие.

CompactFlash (CF) - самый распространенный, универсальный и перспективный формат. Легко подключается к любому ноутбуку. Основная область применения - цифровая фотография. По емкости (до 3 Гбайт) сегодняшние CF-карты не уступают IBM Microdrive, однако отстают по скорости обмена данными (около 2 Мбайт/с).

USB Flash Drive - последовательный интерфейс USB с пропускной способностью 12 Мбит/с или его современный вариант USB 2.0 с пропускной способностью до 480 Мбит/с. Сам носитель заключен в обтекаемый компактный корпус, напоминающий автомобильный брелок. Основные параметры (емкость и скорость работы) полностью совпадают с CompactFlash, поскольку чипы самой памяти остались прежними. Может служить не только “переносчиком” файлов, но и работать как обычный накопитель - с него можно запускать приложения, воспроизводить музыку и сжатое видео, редактировать и создавать файлы. Низкое среднее время доступа к данным на Flash-диске - менее 2,5 мс. Вероятно, накопители класса USB Flash Drive, особенно с интерфейсом USB 2.0, в перспективе смогут полностью заменить собой обычные дискеты и частично - перезаписываемые компакт-диски, носители Iomega ZIP и им подобные.

PC Card (PCMCIA ATA) - основной тип флэш-памяти для компактных компьютеров. В настоящее время существует четыре формата карточек PC Card: Type I, Type II, Type III и CardBus, различающиеся размерами, разъемами и рабочим напряжением. Для PC Card возможна обратная совместимость по разъемам “сверху вниз”. Емкость PC Card достигает 4 Гб, скорость - 20 Мб/с при обмене данными с жестким диском.

Miniature Card (MC) - карточка флэш-памяти, предназначена в основном для карманных компьютеров, мобильных телефонов и цифровых фотокамер. Стандартная емкость составляет 64 Мбайт и больше.

xD Picture Card (extreme Digital) является новым типом флэш-памяти, разработанным компанией Toshiba специально для цифровых фотоаппаратов. На сегодняшний день это самое миниатюрное устройство флэш-памяти. Благодаря использованию технологии NAND не имеет ограничений на максимальный объем. Сейчас известны карточки xD Picture Card емкостью до 1 Гбайт, ожидается появление изделий емкостью до 8 Гбайт.

MirrorBit Flash, разработанная компанией AMD, основана на технологии хранения в ячейке двух бит. Каждая ячейка разделена на симметричные (зеркальные) половинки изолирующим слоем из нитрида кремния и, таким образом, имеет удвоенную емкость. За счет “зеркальности” более быстро формируется стандартная 16-битная страница данных, что увеличивает скорость обмена. Чипы семейства MirrorBit имеют емкость 64 Мбит и могут быть установлены на большинство современных типов твердотельных устройств памяти.

Оптические CD,DVD,BD. CD(Compact Disc)-оптический носитель информации в виде пластикового диска с отверстием в центре, процесс записи/считывания информации на/c который осуществляется при помощи лазера.CD становятся все более быстродействующими и дешёвыми. На диске CD промышленным способом записывается информация. Наибольшее распространение получили 5-дюймовые диски CD емкостью 670 Мбайт. По своим характеристикам они полностью идентичны обычным музыкальным компакт-дискам. Данные на диске записываются в виде спирали (в отличие от винчестера, данные на котором располагаются в виде концентрических окружностей). С точки зрения физики лазерный луч определяет цифровую последовательность единиц и нулей, записанных на CD, no форме микроскопических ямок (пит, pit) на его спирали.Сегодня, имея компьютер с записывающим дисководом CD, можно сделать диск менее чем за час.

DVD(Digital Versatile Disk, ранее Digital Video Disk), т. е. многоцелевой цифровой диск - тип компакт-дисков, хранящий от 4,7 до 17 Гбайт информации, что вполне достаточно для полнометражного фильма. Такой объем способен удовлетворить любого производителя компьютерных игр и энциклопедий, для выпуска которых обычно требовалось несколько CD-ROM, вызывая неудобства у пользователя.Спецификаций DVD-ROM рассматривает диски и технологию DVD в качестве средства хранения компьютерных данных, обладающего громадной емкостью. Спецификация DVD-Video, вокруг которой ломалось столько копий, предусматривает лишь запись полнометражных кинопрограмм с высоким качеством изображения, многоканальным звуком и интернациональными настройками. Спецификация DVD-Audio рассматривает стандарт записи лишь звука, предполагая, правда, значительно более высокое качество, многоканальность и возможность поместить на том же диске не только 74 мин. музыки, но и разнообразную сопутствующую информацию.Становится ясным, что стремительное понижение цен на DVD-устройства может привести к вытеснению CD-приводов уже в ближайшее время даже при условии использования старых носителей. DVD по структуре данных бывают четырёх типов:

§ DVD-видео -- содержат фильмы (видео и звук);

§ DVD-Audio -- содержат аудиоданные высокого качества (гораздо выше, чем на аудио-компакт-дисках);

§ DVD-Data -- содержат любые данные;

§ смешанное содержимое.

BD(Blu-ray - англ. blue ray -- синий луч и disc -- диск) -- формат оптического носителя, используемый для записи и хранения цифровых данных, включая видео высокой чёткости с повышенной плотностью. Стандарт Blu-ray был совместно разработан консорциумом BDA.В новой технологии появились кардинальные изменения в логической структуре диска, стоимости и других параметрах. Длина волны синего лазера укоротилась до 405 нм, что позволило позиционировать луч намного точнее, а следовательно, и размещать данные на диске с большей плотностью. Более короткая длина волны сине-фиолетового лазера позволяет хранить больше информации на 12 см дисках того же размера, что и у CD/DVD.BD является продуктом нового поколения, наиболее прогрессивным,отвечающим "требованиям нашего времени", чем CD и DVD.

Магнитно-оптический диск -- носитель информации, сочетающий свойства оптических и магнитных накопителей.В последнее время все более широкое признание получает магнитооптическая технология, которая использует магнитные и оптические механизмы записи и чтения; все чаще магнитооптические накопители используются для хранения больших объемов информации.На сегодняшний день благодаря применению новых технических решений и последних технологий в магнитооптических системах ситуация с магнитооптическими накопителями полностью изменилась. Постоянное снижение цен на магнитооптические дисководы и улучшение технических характеристик позволит им в недалеком будущем полностью вытеснить с рынка стримеры, а постоянное увеличение емкости носителей и надежности хранения информации делает их работу в сетевых системах более эффективной по сравнению с накопителями типа CD-ROM.Запись на диск выполняется посредством последовательного нагревания ячейки диска лазером большой интенсивности до t=200 Со, в результате чего ячейка теряет заряд и последующего нанесения нового заряда при этой же температуре магнитной головкой. Считывание производится лазерным лучом меньшей интенсивности. Он направляется на ячейку и поляризуется имеющимся там зарядом (если таковой имеется), а считывающее устройство определяет является ли отраженный луч поляризованным.

Не все магнитооптические диски могут быть перезаписываемыми; существуют также диски с однократной записью CC WORM (Continuons Composite Write Once Read Many) и частичной записью P-ROM (Partial read-only memory).Несмотря на большую емкость магнитооптических дисков , они не могут заменить жесткие диски. Прежде всего это связано с низким быстродействием магнитооптических дисководов, а ведь этот параметр является одним из основных показателей для жестких дисков. Быстродействие магнитооптических дисководов существенно снижается при записи диска; не спасает положение и технология кэширования записи. Как известно, запись на магнитооптический диск осуществляется за два прохода: при первом проходе данные стираются с диска, при втором - записываются. А если к тому же установить проверку данных при записи, то быстродействие снизится еще на 20-30%.

Если вам требуется средство для долговременного хранения данных, использование магнитных носителей, чувствительных к сотрясениям, магнитным и электрическим полям, - не слишком надежное решение. В этом случае стоит присмотреться к оптическим накопителям. Дисководы CD-R, к примеру, предполагают использование наиболее универсальных носителей, а также самую низкую цену хранения одного мегабайта информации. Однако использование технологии однократной записи не позволяет стирать ненужные данные и записывать новые. Кроме того, для записи на диски CD-ROM требуются значительные системные ресурсы, что делает такой подход не всегда приемлемым. Кроме дисководов CD-R есть еще один тип надежных устройств хранения информации - это магнитооптические устройства. Хотя случайный магнитный импульс может мгновенно уничтожить данные, записанные на гибких или жестких дисках, это не составит проблемы при использовании оптических накопителей, в которых вместо намагничивания при записи и считывании применяются лазерные лучи. Как следствие, они более эффективны для долговременного хранения данных или безопасной пересылки больших файлов по почте. Большая часть перезаписываемых оптических дисков может храниться 30 лет или даже больше, в то время как магнитные носители рассчитаны не более чем на 5 лет службы. Дополнительным преимуществом при архивации служит более низкая по сравнению с накопителями Zip или съемными жесткими дисками стоимость одного мегабайта записи, которая составляет всего около 11 центов для дисков на 230 Мбайт

Такие диски лучше переносят удары. Падение с метровой высоты на бетонный пол в большинстве случаев безопасно для 3,5-дюймовых оптических дисков. Кроме того, если для съемных жестких дисков или дисков, подобных Zip, существует несколько промышленных стандартов, то для оптических накопителей определена спецификация ISO. Вам, к примеру, не удастся прочитать содержимое картриджа SyJet с помощью дисковода Jaz, зато не составит труда считывать практически любой 3,5-дюймовый оптический диск на своем 3,5-дюймовом оптическом дисководе, независимо от производителя.

Несколько компаний недавно представили 3,5-дюймовые оптические дисководы, рассчитанные на 640 Мбайт записи, которые воспринимают старые диски объемом 230 Мбайт. Более ранние магнитооптические накопители тратили вдвое больше времени на запись данных, чем на чтение, так как во время первого прохода происходило уничтожение прежней информации, а собственно запись осуществлялась уже на втором проходе. В 640-мегабайтных дисководах, таких как Fujitsu DynaMO 640, максимальная скорость передачи данных составляет почти 4 Мбайт/с, что более чем вдвое превосходит аналогичный показатель для дисководов, рассчитанных на 230 Мбайт. Этого вполне достаточно для запуска приложений прямо с магнитооптического диска. До этого момента людям, занимающимся издательской деятельностью, приходилось выбирать между скоростью съемных жестких дисков и надежностью магнитооптики. Если вам требуется надежное средство для долговременного хранения данных и одновременно вы хотите иметь возможность запускать приложения со съемного носителя, магнитооптика будет для вас оптимальным решением.

5 ноября 1998 года Fujitsu Limited и Sony Corporation объявили о создании и развитии первого устройства магнитооптических дисков емкостью 1,3Гб, установив новый гигабайтный стандарт "GIGAMO". В новом магнитооптическом устройстве также впервые реализована новая технология Magnetical Induced Resolution (MSR), позволяющая читать исключительно малые области с магнитной запичью, находящимися за пределами оптического разрешения. Фирма Fujitsu направила свои усилия на создание магнитооптических устройств, а Sony Corporation сконцентрировалась на создании дисков к этим устройствам. О поддержке нового стандарта заявили производители устройств Olympus и Konica, а также производители дисков Kyocera, Teijin, Toso, Hitachi-Maxell, Mitsubishi Chemical и Philips/PDO.

Накопитель на магнито-оптических компакт-дисках СD-MO (Compact Disk -- Magneto Optical).Диски СD-MO можно многкратно использовать для записи.Ёмкость от 128 Мбайт до 2,6 Гбайт.

МО-библиотеки. Plasmon серии G МО-библиотеки Plasmon серии G представляют собой новое поколение в ряду магнитно-оптических накопителей, наиболее надежных в работе с архивированием и хранением данных. По сравнению с аналогичными МО-устройствами, доступными сегодня на рынке архивирования информации на МО/WORM-носителях, библиотеки Plasmon серии G предоставляют заказчику расширенные возможности, как по емкости, так и по срокам хранения информации.

UDO2 - разработка компании Plasmon, основанная на технологии ультраплотной записи голубым лазером. Быстрорастущие объемы архивных данных требуют решений с высокой стартовой ёмкостью и возможностью её увеличения по мере развития технологии с минимальными затратами. UDO2-технология позволяет записывать диски размером 60 Гб, что в шесть раз превышает возможности предыдущего поколения записи оптических дисков, таких как МО и DVD. Мобильность UDO2-картриджей в сочетании с возможностью управления извлеченными из библиотеки носителями (offline хранение) позволяют практически неограниченно увеличивать ёмкость хранилища.

Существующий метод однократной записи в рамках UDO2-технологии качественно новый подход к созданию электронного архива, то есть массива информации, который нужно хранить десятилетиями в неизменном виде и время от времени пополнять новыми данными. Возможность случайного или умышленного удаления информации в этом случае исключена на физическом уровне.

Помимо дисков однократной записи (WORM), поддерживаются также перезаписываемые носители (RW).

Важная информация должна храниться самым надежным способом. Однако ценность информации многократно увеличивается, если к ней может быть получен оперативный доступ. Библиотеки G-серии обеспечивают и то, и другое одновременно. Высоконадежный способ записи позволяет хранить информацию на UDO-носителе не менее 50 лет. Доступ к данным осуществляется непрерывно, причем показатель времени доступа, которое обеспечивает UDO-привод, в 4 раза лучше, чем у предшественников.

Развитие рынка информационных технологий в последние годы идет нарастающими темпами. Оптические диски UDO2 ёмкостью 60 ГБ - это только второе поколение носителей на основе технологии записи голубым лазером, в течение ближайших 3-х лет появится третье поколениеэтих дисков в течение с заявленной ёмкостью до 240 ГБ. При этом все последующие поколения UDO-дисков будут обратно совместимы.

UDO-библиотеки от Plasmon - накопители высшего класса, ориентированные на профессиональные архивные решения. В настоящее время они являются авангардом на рынке архивного хранения данных.



Задание № 3. Память ПК. Назначение, разновидность, основные характеристики

В последние два десятилетия массовое производство персональных компьютеров и стремительный рост Интернета существенно ускорили становление информационного общества в развитых странах мира.

В информационном обществе главным ресурсом является информация, именно на основе владения информацией о самых различных процессах и явлениях можно эффективно и оптимально строить любую деятельность. Большая часть населения в информационном обществе занята в сфере обработки информации или использует информационные и коммуникационные технологии в своей повседневной производственной деятельности.

Для жизни и деятельности в информационном обществе необходимо обладать информационной культурой, т.е. знаниями и умениями в области информационных технологий, а также быть знакомым с юридическими и этическими нормами в этой сфере.

Информационный подход к исследованию мира реализуется в рамках информатики, комплексной науки об информации и информационных процессах, аппаратных и программных средствах информатизации, информационных и коммуникационных технологиях, а также социальных аспектах процесса информатизации.

Назначение памяти. Компактная микроэлектронная “память” широко применяется в современной аппаратуре самого различного назначения. Но тем не менее разговор о классификации памяти, её видах следует начать с определения места и роли, отведённой памяти в ЭВМ. Память является одной из самых главных функциональных частей машины, предназначенной для записи, хранения и выдачи команд и обрабатываемых данных. Следует сказать, что команды и данные поступают в ЭВМ через устройство ввода, на выходе которого они получают форму кодовых комбинаций 1 и 0. Основная память как правило состоит из запоминающих устройств двух видов оперативного (ОЗУ) и постоянного (ПЗУ).

Память - среда или функциональная часть ЭВМ, предназначенная для приема, хранения и избирательной выдачи данных. Различают оперативную (главную, основную, внутреннюю), регистровую, кэш- и внешнюю память.

Запоминающее устройство, ЗУ - технической средство, реализующее функции памяти ЭВМ.

Ячейка памяти - минимальная адресуемая область памяти (в том числе запоминающего устройства и регистра).

ОЗУ предназначено для хранения переменной информации; оно допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения вычислительного процесса. Таким образом, процессор берёт из ОЗУ код команды и, после обработки каких-либо данных, результат обратно помещается в ОЗУ. Причем возможно размещение в ОЗУ новых данных на месте прежних, которые при этом перестают существовать. В ячейках происходит стирание старой информации и запись туда новой. Из этого видно, что ОЗУ является очень гибкой структурой и обладает возможностью перезаписывать информацию в свои ячейки неограниченное количество раз по ходу выполнения программы. Поэтому ОЗУ играет значительную роль в ходе формирования виртуальных адресов.

ПЗУ содержит такой вид информации, которая не должна изменяться в ходе выполнения процессором программы. Такую информацию составляют стандартные подпрограммы, табличные данные, коды физических констант и постоянных коэффициентов. Эта информация заносится в ПЗУ предварительно, и блокируется путем пережигания легкоплавких металлических перемычек в структуре ПЗУ. В ходе работы процессора эта информация может только считываться. Таким образом ПЗУ работает только в режимах хранения и считывания.

Из приведённых выше характеристик видно, что функциональные возможности ОЗУ шире чем ПЗУ: оперативное запоминающее устройство может работать в качестве постоянного, то есть в режиме многократного считывания однократно записанной информации, а ПЗУ не может быть использовано в качестве ОЗУ. Это заключение, в свою очередь, приводит к выводу, что ПЗУ не участвует в процессе формирования виртуальной памяти. Но бесспорно, ПЗУ имеет свои достоинства, например сохранять информацию при сбоях, отключении питания (свойство энергонезависимости). Для обеспечения надежной работы ЭВМ при отказах питания нередко ПЗУ используется в качестве памяти программ. В таком случае программа заранее “зашивается” в ПЗУ.

Классификация видов памяти. В зависимости от возможности записи и перезаписи данных, устройства памяти подразделяются на следующие типы:

- память (ЗУ) с записью-считыванием (read/write memory) - тип памяти, дающей возможность пользователю помимо считывания данных производить их исходную запись, стирание и/или обновление. К этому виду могут быть отнесены оперативная память, а также ППЗУ;

- постоянная память, постоянное ЗУ, ПЗУ (Read Only Memory, ROM) - типа памяти (ЗУ), предназначенный для хранения и считывания данных, которые никогда не изменяются. Запись данных на ПЗУ производится в процессе его изготовления, поэтому пользователем изменяться не может. Наиболее распространены ПЗУ, выполненные на интегральных микросхемах (БИС, СБИС) и оптических (компакт-) дисках;

- программируемая постоянная память, программируемое ПЗУ, ППЗУ (PROM, Programmable Read-Only Memory) - постоянная память или ПЗУ, в которых возможна запись или смена данных путем воздействия на носитель информации электрическими, магнитными и/или электромагнитными (в том числе ультрафиолетовыми или другими) полями под управлением специальной программы. Различают ППЗУ с однократной записью и стираемые ППЗУ (EPROM, Erasable PROM), в том числе:

- электрически программируемое ПЗУ, ЭППЗУ (EAROM, Alterable Read Only Memory);

- электрически стираемое программируемое ПЗУ, ЭСПЗУ (EEPROMб, Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory). К стираемым ППЗУ относятся микросхемы флэш-памяти, отличающиеся высокой скоростью доступа и возможностью быстрого стирания данных.

2. Виды памяти, различаемые по признаку зависимости сохранения записи при снятии электропитания:

- энергозависимая (не разрушаемая) память (ЗУ) (non-volatile storage) - память или ЗУ, записи в которых не стираются (не разрушаются) при снятии электропитания;

- динамическая память (dynamic storage) - разновидность энергозависимой полупроводниковой памяти, в которой хранимая информация с течением времени разрушается, поэтому для сохранения записей, необходимо производить их периодическое восстановление (регенерацию), которое выполняется под управлением специальных внешних схемных элементов.

3. Различия видов памяти по виду физического носителя и способа записи данных:

- акустическая память (acoustic storage) - вид памяти (ЗУ), использующий в качестве среды для записи и хранения данных замкнутые акустические линии задержки;

- голографическая память (holographic storage) - вид памяти (ЗУ), использующий в качестве среды для записи и хранения графической объемной (пространственной) информации голограмм;

- емкостная память (capacitor storage) - вид памяти (ЗУ), использующий в качестве среды для записи и хранения данных конденсаторы;

- криогенная память (cryogenic storage) - вид памяти (ЗУ), использующий в качестве среды для записи и хранения данных материалы, обладающие сверхпроводимостью;

- лазерная память (laser storage) - вид памяти (ЗУ), в котором запись и считывание данных производятся лучом лазера;

- магнитная память (magnetic storage) - вид памяти (ЗУ), использующий в качестве среды для записи и хранения данных магнитный материал. Наиболее широко использующимися устройствами реализации магнитной памяти в современных ЭВМ являются накопители на магнитных лентах (НМЛ), магнитных (жестких и гибких) дисках (НЖМД и НГМД);

- магнитооптическая память (magneto-optic storage) - вид памяти, использующий магнитный материал, запись данных на которые возможна только при нагреве до температуры Кюри, осуществляемом в точке записи лучом лазера;

- молекулярная память (molecular storage) - вид памяти, использующей технологию «атомной туннельной микроскопии», в соответствии с которой запись и считывание данных производится на молекулярном уровне. Носителями информации являются специальные виды пленок. Головки, считывающие данные, сканируют поверхность пленок. Их чувствительность позволяет определять наличие или отсутствие в молекулах отдельных атомов, на чем и основан принцип записи/считывания данных;

- полупроводниковая память (semiconductor storage) - вид памяти (ЗУ), использующий в качестве средств записи и хранения данных микроэлектронные интегральные схемы. Преимущественное применение этот вид памяти получил в постоянных запоминающих устройствах и, в частности, в качестве оперативной памяти ЭВМ, поскольку он характеризуется высоким быстродействием;

- электростатическая память (electrostatic storage) - вид памяти (ЗУ), в котором носителями данных являются накопленные заряды статического электричества на поверхности диэлектрика.

4. По назначению, организации памяти и/или доступа к ней различают следующие виды памяти:

- автономная память, автономное ЗУ (off-line storage) - вид памяти (ЗУ), не допускающий прямого доступа к ней а также управление центрального процессора: обращение к ней, а также управление ею производится вводом в систему специальных команд и через посредство оперативной памяти;

- адресуемая память (addressed memory) - вид памяти (ЗУ), к которой может непосредственно обращаться центральный процессор;

- ассоциативная память, ассоциативное ЗУ (АЗУ) (associative memory, content-addressable memory (CAM)) - вид памяти (ЗУ), в котором адресация осуществляется на основе содержания данных, а не их местоположения, чем обеспечивается ускорение поиска необходимых записей. С указанной целью поиск в ассоциативной памяти производится на основе определения содержания в той или иной ее области (ячейке памяти) слова, словосочетания, символа и т.п., являющихся поисковым признаком.

- буферная память, буферное ЗУ (buffer storage) - вид памяти (ЗУ), предназначенный для временного хранения данных при обмене ими между различными устройствами ЭВМ;

- виртуальная память (virtual memory): 1)способ организации памяти, в соответствии с которым часть внешней памяти ЭВМ используется для расширения ее внутренней (основной) памяти; 2) область памяти, предоставляемая отдельному пользователю или группе пользователей и состоящая из основной и внешней памяти ЭВМ, между которыми организован так называемый постраничный обмен данными;

- временная память (temporary storage) - специальное запоминающее устройство или часть оперативной памяти, резервируемые для хранения промежуточных результатов обработки;

- вспомогательная память (auxiliary storage) - часть памяти ЭВМ, охватывающая внешнюю и нарощенную оперативную память;

- вторичная память (secondary storage) - вид памяти, который в отличие от основной памяти имеет большее время доступа, основывается на большем обмене, характеризуется большим объемом и служит для разгрузки основной памяти;

- гибкая память (elastic storage) - вид памяти, позволяющей хранить переменное число данных, пересылать (выдавать) их в той же последовательности, в которой принимает и варьировать скорость вывода и т.п.

Таким образом, была дана классификация основных видов компьютерной памяти.

Организация и основные характеристики памяти компьютера. Большое количество программ и данных, необходимых пользователю, долговременно хранятся во внешней памяти компьютера (на гибких и жестких магнитных дисках, CD-ROM и др.). В оперативную память компьютера загружаются те программы и данные, которые необходимы в данный момент.
По мере усложнения программ и увеличения их функций, а также появления мультимедиа-приложений растет информационный объем программ и данных. Если в середине 80-х годов обычный объем программ и данных составлял десятки и лишь иногда сотни килобайт, то в середине 90-х годов он стал составлять мегабайты и десятки мегабайт. Соответственно растет объем оперативной памяти. В школьном компьютере БК-0010 (1986 г.) объем оперативной памяти составлял 64 Кб, в современных персональных компьютерах он обычно составляет 16 Мбайт и более.

Логически оперативная память разделена на ячейки объемом 1. байт. Соответственно оперативная память 64 Кб содержит 65 536 ячеек, а память 16 Мб содержит 16 777 216 ячеек.

Каждая ячейка имеет свой уникальный двоичный адрес. При необходимости проведения операции считывания/записи данных из данной ячейки адрес ячейки передается от процессора к оперативной памяти по адресной шине.

Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти процессора и, соответственно, максимальный объем оперативной памяти, которую можно непосредственно использовать. Разрядность шины адреса у большинства современных персональных компьютеров составляет 32 разряда, т. е. максимальный объем оперативной памяти может составлять 2в32 = 4 Гб.

Величина аппаратно установленной оперативной памяти в современных рабочих станциях обычно составляет 16 или 32 Мб, а в серверах 64 или 128 Мб. Таким образом, имеется возможность наращивания объема оперативной памяти компьютеров без увеличения разрядности шины адреса процессора.

Физически оперативная память изготавливается в виде БИС (больших интегральных схем) различных типов (SIMM, DIMM), имеющих различную информационную емкость (1,4, 8, 16, 32 Мб). Различные системные платы имеют различные наборы разъемов для модулей оперативной памяти.

Модули оперативной памяти характеризуются временем доступа к информации (считывания/записи данных).

В современных модулях типа SIMM время доступа обычно составляет 60 не, в модулях типа DIMM -- 10 не.

Различные операционные системы используют различные способы организации оперативной памяти. В школьных компьютерах с 16-разрядной шиной адреса и, соответственно, максимально с 64 Кб адресуемой памяти («Агат», «YAMAHA») реализовывался принцип поочередного (так называемого постраничного) подключения дополнительных блоков физической памяти к адресному пространству процессора. Таким образом, удавалось увеличить объем оперативной памяти таких компьютеров до 128 Кб и более.

Операционная система MS-DOS создает сложную логическую структуру оперативной памяти:

* основная (conventional) память занимает адресное пространство от 0 до 640 Кб, в нее загружаются операционная система, программы и данные;

* верхняя память (UMB -- Upper Memory Blocks) занимает адресное пространство от 640 Кб до 1 Мб, в нее могут быть загружены драйверы устройств;

* высокая (high) память начинается после 1 Мб и имеет объем 64 Кб, в нее может быть частично загружена операционная система.

Память, которая располагается в адресном пространстве «выше» высокой памяти, может использоваться в качестве расширенной памяти или дополнительной памяти; однако память остается недоступной для программ и данных.

Таким образом, под управлением операционной системы MS-DOS аппаратно установленная оперативная память используется очень нерационально.

Этот недостаток преодолен в операционной системе Windows, в которой используется простая неструктурированная модель памяти и вся память доступна для загрузки программ и данных.



Список использованной литературы

1. Романова Ю.Д. редактор. Информатика и информационные технологии. 2008 год. 592 стр.

2. Долинский М. С. Решение сложных и олимпиадных задач. Уч. пособие. 2006 год. 366 стр.

3. Соболь Б.В. и др. Информатика. Учебник. 3-е доп. изд. 2007 год. 440 стр.

4. Степанов А.Н. Информатика. 2006 год. 684 стр.

5. Келим Ю.М. Вычислительная техника: уч. пос. для студ. 2011 год. 580 стр.

6. Макарова Н.В. Информатика: учебник для вузов. 2011 год. 821 стр.

7. Избачков Ю.С. Информационные системы: Учебник для вузов. 2011г. 652 стр.

Размещено на Allbest.ru