Внешняя память, которую иногда называют резервное хранилище или вторичная память, позволяет хранить информацию больших объемов. В настоящее время ёмкость внешней памяти высока, обычно измеряется в сотни мегабайт или даже в гигабайтах (миллиард байт). Внешняя память обладает важным свойством, информация хранится и не теряется при отключении питания компьютера.

Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного хранения программ, результатов расчетов, текстов, вне зависимости включен или выключен компьютер. В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором. Это энергонезависимая память.

В состав которой входят:

НЖМД: накопители на жёстких магнитных дисках;

НГМД: накопители на гибких магнитных дисках;

CD-ROM, CD-RW, DVD: накопители на компакт-дисках;

Накопители на магнито-оптических компакт-дисках;

НМЛ: накопители на магнитной ленте (стримеры).

Главная задача внешней памяти персонального компьютера является способность долговременно хранить достаточно большой объем информации (программы, тексты, фотографии, аудио- и видеоклипы). Устройство, которое обеспечивает запись/считывание информации, называется накопителем, или дисководом, а хранится информация на носителях (например, дискетах).

Рисунок 3 - Классификация ВЗУ

Дискета - является самым ранним типом устройств, хранения информации, которые содержат небольшое количество данных. Они были изобретены в 1967 году группой специалистов IBM, предназначенные для распространения программного обеспечения, чтения/записи/переноса данных с одного ПК на другой.

Представляет собой гибкий пластиковый диск в защитной оболочке персонального компьютера. Основными компонентами дискеты являются магнитный диск, хранящий информацию и конверт, выполняющий защитную функцию для диска.

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.

Магнитная лента была предназначена для хранения данных в течение 50 лет. При хранении достаточно больших объемов информации, было существенно дешевле использовать ленту, чем диск или другие варианты хранения данных. Современное использование ленточных носителей в первую очередь связана с высокой средней мощностью для создания резервного копирования и архивов.

Рисунок 4 - Магнитная лента.

Написание и получение данных идет довольно медленно. Так как магнитная лента использует последовательный доступ для чтения и записи. Она используются для приложений, которые требуют большую емкость памяти, где скорость доступа не является проблемой. Также широко используется для резервного копирования файловых серверов компьютерных сетей в различных приложениях пакетной обработки, например чтение банковских чеков, расчет заработной платы и общий контроль пакета акций.

Наиболее распространенной формой внешней памяти - жесткий диск, который постоянно установлен в компьютере и, как правило, имеет мощность от сотен мегабайт. Информация записывается на диск путем намагничивания оксидного покрытия на концентрических круговых дорожек. Это означает, что перед обращением или изменения данных головок чтения / записи следует установить правильный путь.

Жесткий диск содержит все программное обеспечение, необходимое для работы компьютера. Все пользовательские данные и программы также могут быть сохранены на жестком диске. Кроме того, большинство компьютеров имеют некоторые формы съемные устройства хранения данных, которые могут быть использованы для сохранения копии важных файлов.

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.

В накопителях на оптических дисках в качестве носителя используется диск, покрытый отражающим веществом со специальными оптическими свойствами.

Наиболее распространенные типы оптических носителей являются Blu-Ray , компакт-диски и DVD-диски . Компьютеры могут читать и записывать на компакт-диски и DVD-диски использовать записи компакт-дисков или DVD Writer диск и Blu-ray для чтения с Blu-Ray дисков.

Существуют три основных типа оптических носителей: CD, DVD, и Blu-Ray дисков. Компакт-диски могут хранить до 700 мегабайт (МБ) данных и DVD-диски могут хранить до 8,4 Гб данных. Blu-Ray диски, которые являются новейшими типами оптического носителя, могут хранить до 50 Гб данных. Этот объем памяти явное преимущество перед (магнитными носителями), которая имеет емкость 1,44 Мб. Еще одно преимущество, это то, что оптические носители имеют более гибкий диск, он может длиться до 7 раз дольше, благодаря своей долговечностью.

Стандартный компакт-диск состоит из основы, отражающего и защитного слоев. Основа выполнена из прозрачного поликарбоната, на котором методом прессования сформирован информационный рельеф. Поверх рельефа напыляется металлический отражающий слой. Отражающий слой покрывается сверху защитным слоем лака -- так, чтобы вся металлическая поверхность была защищена от контакта с внешней средой.

Информация записана на диске в виде спиральной дорожки, идущей от центра к краю диска, на которой расположены углубления (так называемые питы). Лазерный луч головки привода проходит по дорожке и по характеру отраженного луча считывает информацию.

USB (Universal Serial Bus) флэш-диск, представляет собой небольшое, портативное устройство, которое подключается к USB порту компьютера. Как и жесткий диск, он хранит информацию, но как правило намного меньше, чем большинство жестких дисков. USB флэш-накопители различаются по размеру, форме которые содержат гигабайты информации. Иногда их называют флэш-накопителями, поскольку они по размеру и форме напоминают пальца человека. Главное преимущество заключается в том, что флэш-накопители можно легко носить с собой, что является максимально удобным для передачи информации с одного компьютера на другой.

память жесткий диск носитель

Рисунок 5 - USB флэш-накопитель.

Устройства внешней памяти

Внешняя (вспомогательная) память - это долговременная энергонезависимая память для хранения данных (программ, текстов, расчетов и т.д.).


В отличие от , внешняя память не имеет прямой связи с . Информация от ВЗУ к процессору и наоборот циркулирует примерно по следующей цепочке:

Реализуется этот вид памяти внешними запоминающими устройствами (материальными носителями информации), расположенными, как правило, в системном блоке или вне его.
Для работы с внешней памятью необходимо наличие накопителя и носителя .


Накопители - устройства для записи и (или) считывания информации.
Носители - устройства для хранения информации.

Основные виды накопителей:

  • накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);
  • накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД);
  • накопители CD-ROM, CD-RW, DWD.
Им соответствуют основные виды носителей:
  • гибкие магнитные диски(Floppy Disk);
  • жесткие магнитные диски (Hard Disk);
  • диски CD-ROM, CD-R, CD-RW, DWD.
Основные характеристики накопителей и носителей:
  • информационная емкость;
  • скорость обмена информацией;
  • надежность хранения информации;
  • стоимость.
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.

Принцип работы магнитных запоминающих устройств

В основе магнитной записи лежит преобразование цифровой информации (в виде 0 и 1) в переменный электрический ток, который сопровождается переменным магнитным полем. В результате поверхность магнитных носителей разделяется на ненамагниченные участки (0) и намагниченные (1).

У компьютеров ранних поколений функции внешней памяти выполняли перфоленты и перфокарты , а также магнитные ленты . Магнитные ленты являются устройствами с последовательным доступом (данные можно читать или записывать только последовательно, при нарушении порядка приходится долго ждать, пока лента будет перемотана в нужное место.

Сейчас в качестве носителей используют магнитные и оптические диски. Эти устройства являются устройствами с произвольным доступом , т.к. любую часть данных позволяют получить за одно и то же время. Магнитные диски бывают гибкие и жесткие .

Гибкий магнитный диск

Floppy Disk Drive (приводы или дисководы флоппи-дисков (гибких дисков)) в качестве носителя информации используют дискеты - носители небольшого объема информации, которые предназначены для переноса информации с одного компьютера на другой.

Устройство дискеты.


Диск находится внутри пластикового конверта, который защищает его от механических повреждений. Для того, чтобы прочитать или записать информацию, неоюходимо вставить дискету в дисковод для гибких магнитных дисков. Дискета автоматически в нем фиксируется, после чего механизм накопителя раскручивается до частоты вращения 360 об/мин. В накопителе вращается сама дискета, магнитные головки остаются неподвижными. Дискета вращается только при обращении к ней. Накопитель связан с процессором через контроллер гибких дисков.

Любой магнитный диск первоначально не готов к работе. Для приведения его в рабочее состояние он должен быть отформатирован , т.е. должна быть создана структура диска. При форматировании поверхность диска делится на магнитные концентрические дорожки , разделенные на секторы . Количество дорожек и секторов зависит от типа и формата дискеты. Сектор хранит минимальное количество 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.

Жесткий магнитный диск

Винчестеры или накопители на жестких дисках – это внешняя память большого объема, предназначенная для долговременного хранения информации, объединяющая в одном корпусе сам носитель информации и устройство записи/чтения.

По сравнению с дисководами винчестеры обладают рядом очень ценных преимуществ: объем хранимых данных неизмеримо больше (достигает сотни Гбайт), время доступа у винчестера на порядок меньше.
Единственный недостаток: они не предназначены для обмена информацией (это касается стационарных, т.е. встраиваемых в корпус компьютера винчестеров, в настоящее время существуют сменные винчестеры).
Физические размеры винчестеров стандартизированы параметром, который называют форм-фактором (form factor).

Винчестер состоит из нескольких жестких (чаще алюминиевых) дисков, с нанесенным на поверхность магнитным слоем и расположенных друг под другом. Каждому диску соответствует пара головок записи/чтения. Зазор между головками и. поверхностью дисков составляет 0,00005–0,00001 мм. Скорость вращения дисков в зависимости от модели находится в пределах 3600–7800 об./мин.
При включенном компьютере диски винчестера постоянно крутятся, даже когда нет обращения к винчестеру, таким образом экономится время на его разгон.

Логическая структура жестких дисков отличается от логической структуры гибких дисков. Минимальным адресуемым элементом является кластер , который содержит несколько секторов.

Лазерный диск


CD-ROM (англ. Compact Disk Real Only Memory - постоянное запоминающее устройство на основе компакт диска.

Компакт-диск диаметром 120 мм изготовлен из полимера и покрыт металической пленкой. Информация считывается именно с этой металлической пленки, которая покрывается полимером, защищающим данные от повреждения.

Принцип цифровой записи 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 черелдованием впадин (кодирование нуля) и отражающих свет островков (кодирование единицы). Информация, нанесенная на диск, не может быть изменена.

Считывание информации с диска происходит за счет регистрации изменений интенсивности отраженного от алюминиевого слоя излучения маломощного лазера. Приемник или фотодатчик определяет, отразился ли луч от гладкой поверхности(фиксируется 1), был рассеян или поглощен (фиксируется 0). 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.

В отличие от магнитных дисков лазерный диск имеет всего одну физическую дорожку в форме спирали, идущей от наружного диаметра диска к внутреннему.

Емкость CD-ROM достигает 780 Мбайт.

CD-R (Сompact Disk Recorder) - записываемый диск емкостью до 700 Мбайт.

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.

CD-RW (Сompact Disk ReWritable) - диск, позволяющий записывать и перезаписывать информацию.

Дисковод CD-RW позволяет записывать и читать диски CD-R и CD-RW, читать диски CD-ROM.

DVD (Digital Versatile Disk) -универсальный цифровой диск.

Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного хранения программ и данных, и целостность её содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер. Этот вид памяти обладает большим объемом и маленьким быстpодействием. 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 магнитной ленте (стримеры) ;

накопители на магнитно-оптических дисках;

Жесткий диск

Жесткий диск (накопители на жестких магнитных дисках, НЖМД) - тип постоянной памяти. В отличие от оперативной памяти, данные, хранящиеся на жестком диске, не теряются при выключении компьютера, что делает жесткий диск идеальным для длительного хранения программ и файлов данных, а также самых важных программ операционной системы. Эта его способность (сохранение информации в целостности и сохранности после выключения) позволяет доставать жесткий диск из одного компьютера и вставлять в другой.

При включении компьютера BIOS проводит POST (самотестирование при включении компьютера) и проверяет, есть ли дискета в дисководе. Если ее нет, она обращается к жесткому диску и копирует короткую программу, называемую "загрузочная память", с жесткого диска в оперативную память. Затем она передает управление компьютером загрузочной программе, которая наблюдает за загрузкой операционной системы. Как только система загружена, загрузочная программа стирается их памяти, передавая управление компьютером полностью загруженной операционной системе.

Жесткие диски очень надежны для хранения большого объема информации и данных. Внутри запечатанного жесткого диска находятся один или больше несгибающихся дисков, покрытых металлическими частицами. Каждый диск имеет головку (маленький электромагнит), встроенную в шарнирный рычаг, который движется над диском при его вращении. Головка намагничивает металлические частички, заставляя их выстраиваться для представления нулей и единиц двоичных чисел. Моторы, двигающие диск и рычаг, обычно подвергаются износу. Избежать износа удается только головке, поскольку она никогда не соприкасается с поверхностью диска.

Еще одна функция жесткого диска - симуляция оперативной памяти. Используя секции жесткого диска в качестве виртуальной памяти, Windows может запускать больше программ. Недостаток виртуальной памяти в ее медленности по сравнению с обычной памятью. Если поставить больше, работа компьютера замедляется.

Винчестер, или жесткий диск, - самая важная составляющая компьютера. На нем хранится операционная система, программы и данные. Без операционной системы Windows нельзя запустить компьютер, а без программ - ничего сделать, когда он уже загрузился. Без банка данных придется информацию каждый раз вводить вручную.

Жесткий диск - механическое устройство компьютера, и от него может быть больше проблем, чем от электронных устройств. На самом деле оно очень надежно. Диски собирают в чистых комнатах, в которых воздух постоянно фильтруется, и удаляются частички пыли. Собирают винчестеры из магниточувствительного материала. Перед тем как вынести диски из комнаты, их упаковывают и запечатывают. Если вы откроете свой жесткий диск из любопытства, то можете с ним попрощаться. Чтобы этого не случилось, никогда не делайте этого - их вскрывать нельзя.

Перед использованием новые жесткие диски нужно отформатировать. Этот процесс состоит в прокладывании магнитных концентрических дорожек и в их разбивке на маленькие сектора, как куски в торте. Будьте осторожны: если на жестком диске были записаны данные, то его форматирование ведет к полному их уничтожению.

За счет гораздо большего количества дорожек на каждой стороне дисков и большого количества дисков информационная емкость жесткого диска может в сотни тысяч раз превышать информационную емкость дискеты и достигать 150-200 Гбайт. Скорость записи и считывания информации с жестких дисков достаточно велика (может достигать 133 Мбайт/с) за счет быстрого вращения дисков (до 7200 об. /мин).

В жестких дисках используются достаточно хрупкие и миниатюрные элементы (пластины носителей, магнитные головки и пр.), поэтому в целях сохранения информации и работоспособности жесткие диски необходимо оберегать от ударов и резких изменений пространственной ориентации в процессе работы.

Накопители на гибких магнитных дисках

Дисководы (накопители на гибких магнитных дисках (НГМД), англ. FDD) бывают двух основных типов - для больших дискет (размером 5,25 дюйма, иногда пишут - 5,25"), и для маленьких (3,5 дюйма, 3,5"). Пятидюймовая дискета может вмещать в зависимости от ее типа от 360 информации (360 тысяч символов) до 1,2 Мбайт. Трехдюймовки хоть и меньше, но вмещают информации больше (720 КБ - 1,44 МБ). К тому же трехдюймовки заключены в пластмассовый корпус, и потому их труднее сломать или помять. Стандартным дисководом для современных компьютеров является дисковод для маленьких (3,5 дюйма) дискет. Отсюда и его название в компьютерной системе - диск 3,5 А.

5-дюймовый дисковод расположен на системном блоке компьютера спереди и выглядит как прорезь с рычажком-защелкой, в которую дискету вставляют и защелкивают.3-дюймовый дисковод имеет прорезь поменьше (на 2 дюйма), а вместо защелки у него кнопочка.

Дисковод для гибких дисков больше похож на накопитель магнитной ленты, чем на жесткий диск. Его головка физически контактирует с гибким диском и таким образом намагничивает поверхность, защищенную от пыли двигающейся заслонкой, которая автоматически убирается, когда диск вставляется в дисковод.

Дисководы для гибких дисков поставляют данные в систему через кабель, подключенный к разъему на материнской плате. Он отличается от IDE контролера, используемого для жестких дисков, и скорость передачи данных намного меньше.

Дисководы для гибких магнитных дисков становятся малоиспользуемыми, но все же необходимыми. Они используются только для переноса небольшого количества данных с одного компьютера на другой, а также для аварийного запуска компьютера. Дисководы для компакт-дисков - это основной способ распространения нового программного обеспечения, но при этом они не нужны компьютеру для выполнения функций обработки данных.

Гибкие магнитные диски. Два основных вида

Гибкий диск (англ. floppy disk) или дискета, - носитель небольшого объема информации, представляющий собой гибкий пластиковый диск в защитной (пластмассовой) оболочке. Используется для переноса данных с одного компьютера на другой и для распространения программного обеспечения.

В центре дискеты имеется приспособление для захвата и обеспечения вращения диска внутри пластмассового корпуса. Дискета вставляется в дисковод, который вращает диск с постоянной угловой скоростью.

При этом магнитная головка дисковода устанавливается на определенную концентрическую дорожку диска, на которую и производится запись или с которой производится считывание информации. Информационная емкость современной дискеты невелика и составляет всего 1,44 Мбайт. Скорость записи и считывания информации также мала (составляет всего около 50 Кбайт/с) из-за медленного вращения диска (360 об. /мин).

В целях сохранения информации гибкие магнитные диски необходимо предохранять от воздействия сильных магнитных полей (например, не ложить рядом с дискетой мобильный телефон) и нагревания, так как такие физические воздействия могут привести к размагничиванию носителя и потере информации.

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 (Дискеты же с диаметром 5,25" сейчас используются очень редко, так их емкость не превышает 1,2 Мбайт, да и к тому же, выполнены они из менее прочного материала). 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 в минуту. 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 изготавливаются по новой технологии Nano2 и требуют специального оборудования для чтения и записи, которое пока не входит в стандартный пакет при покупке ПК.

Устройство дискеты

Дискеты различаются размерами и емкостью. По размерам разделение производится на дискеты диаметром 5,25” (, “ - знак дюйма) и дискеты диаметром 3,5”. По емкости - на дискеты двойной плотности записи (по-английски double density, сокращение - DD) и высокой плотности (high density, сокращение - HD).

Дискета 5,25” состоит из защитного пластмассового конверта, внутри которого находится пластиковый диск с магнитным покрытием. Этот диск тонкий и легко сгибается - поэтому дискеты и называются гибкими дисками. Сгибать дискету, конечно, нельзя, и этому препятствует защитный конверт. В дискете имеется два отверстия - большое в центре и маленькое рядом с ним. Большое отверстие предназначено для вращения диска с магнитным покрытием внутри конверта.

Это делается двигателем внутри дисковода. Защитный конверт изнутри покрыт ворсом, собирающим пыль с магнитного диска при его вращении. Маленькое отверстие служит для подсчета оборотов диска внутри дисковода. В конверте с двух сторон имеется продольная прорезь, через которую виден диск с магнитным покрытием. Через эту прорезь магнитная головка внутри дисковода касается диска и записывает или считывает данные с него. Данные записываются на обе стороны диска. Ни в коем случае не касайтесь пальцами поверхности магнитного диска! Этим вы можете испортить его, поцарапав или засалив. Если вы повернете дискету прорезью к себе, этикеткой вверх, то сверху на правой стороне конверта увидите маленький прямоугольный вырез. Если заклеить его кусочков липкой бумаги (обычно она продается вместе с дискетами), то диск будет защищен от записи. Обычно этот вырез должен быть свободен, заклеивать его стоит только на дискетах с важными данными.

Устройство дискеты 3,5" немного иное. Защитный конверт у нее из жесткого пластика, поэтому такую дискету сложнее согнуть или сломать. Магнитный диск не виден, поскольку открытых отверстий нет. Прорезь для доступа магнитной головки к поверхности диска есть, но она прикрыта защелкой. Защелка пружиной удерживается в закрытом состоянии. Открывать ее руками не надо во избежание повреждений магнитного диска. Внутри дисковода защелка открывается автоматически. Для защиты от записи на дискете есть маленькая защелка. Вы увидите ее слева наверху конверта дискеты, если будете держать дискету большой защелкой к себе, этикеткой вниз. Положение вниз для защелки от записи - обычное, в таком состоянии дискета от записи не защищена. Чтобы запретить запись данных на дискету, сдвиньте эту защелку вверх, при этом в дискете откроется маленькое квадратное отверстие.

Способ записи на гибкий диск

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.

Пишущий CD-ROM может записывать информацию любого типа - музыку, изображение или текст. Есть записываемые диски, на которые можно записать информацию только один раз (CD-R). Но есть и перезаписываемые диски (CD-RW), они стоят дороже, но позволяют стирать информацию и добавлять новую. Однако, если вы записываете музыку на перезаписываемый компакт-диск, вы можете его слушать только на ПК, а записываемый диск - на любом CD-плейере.

Оптический принцип записи и считывания информации.

В лазерных дисководах CD-ROM и DVD-ROM используется оптический принцип записи и считывания информации.

В процессе записи информации на лазерные диски для создания участков поверхности с различными коэффициентами отражения применяются различные технологии: от простой штамповки до изменения отражающей способности участков поверхности диска с помощью мощного лазера. Информация на лазерном диске записывается на одну спиралевидную дорожку (как на грампластинке), содержащую чередующиеся участки с различной отражающей способностью.

В процессе считывания информации с лазерных дисков луч лазера, установленного в дисководе, падает на поверхность вращающегося диска и отражается. Так как поверхность лазерного диска имеет участки с различными коэффициентами отражения, то отраженный луч также меняет свою интенсивность (логические 0 или 1). Затем отраженные световые импульсы преобразуются с помощью фотоэлементов в электрические импульсы и по магистрали передаются в оперативную память.

При соблюдении правил хранения (в футлярах в вертикальном положении) и эксплуатации (без нанесения царапин и загрязнений) оптические носители могут сохранять информацию в течение десятков лет.

Лазерные дисководы и диски

Лазерные дисководы (CD-ROM и DVD-ROM) используют оптический принцип чтения информации.

На лазерных CD-ROM (CD - Compact Disk, компакт диск) и DVD-ROM (DVD - Digital Video Disk, цифровой видеодиск) дисках хранится информация, которая была записана на них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна, что отражено во второй части их названий: ROM (Real Only Memory - только чтение). Производятся такие диски путем штамповки и имеют серебристый цвет.

Информационная емкость CD-ROM диска может достигать 650-700 Мбайт, а скорость считывания информации в CD-ROM-накопителе зависит от скорости вращения диска. Первые CD-ROM-накопители были односкоростными и обеспечивали скорость считывания информации 150 Кбайт/с. В настоящее время широкое распространение получили 52-скоростные CD-ROM-накопители, которые обеспечивают в 52 раза большую скорость считывания информации (до 7,8 Мбайт/с).

DVD-диски имеют гораздо большую информационную емкость (до 17 Гбайт) по сравнению с CD-дисками. Во-первых, используются лазеры с меньшей длиной волны, что позволяет размещать оптические дорожки более плотно. Во-вторых, информация на DVD-дисках может быть записана на двух сторонах, причем в два слоя на одной стороне.

Первое поколение DVD-ROM-накопителей обеспечивало скорость считывания информации примерно 1,3 Мбайт/с. В настоящее время 16-скоростные DVD-ROM-дисководы достигают скорости считывания до 21 Мбайт/с.

Существуют CD-R и DVD-R-диски (R - recordable, записываемый), которые имеют золотистый цвет. Информация на такие диски может быть записана, но только один раз. На дисках CD-RW и DVD-RW (RW - ReWritable, перезаписываемый), которые имеют "платиновый" оттенок, информация может быть записана многократно.

Для записи и перезаписи на диски используются специальные CD-RW и DVD-RW-дисководы, которые обладают достаточно мощным лазером, позволяющим менять отражающую способность участков поверхности в процессе записи диска. Такие дисководы позволяют записывать и считывать информацию с дисков с различной скоростью. Например, маркировка CD-RW-дисковода "40х12х48" означает, что запись CD-R-дисков производится на 40-кратной скорости, запись CD-RW-дисков - на 12-кратной, а чтение - на 48-кратной скорости.

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. На данный момент стримеры являются устаревшими и поэтому используются они на практике очень редко.

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.

Внешняя (долговременная) память

Основной функцией внешней памяти компьютера является способность долговременно хранить большой объем информации (программы, документы, аудио- и видеоклипы и пр.). Устройство, которое обеспечивает запись/считывание информации, называется накопителем , или дисководом , а хранится информация на носителях (например, дискетах).

Магнитный принцип записи и считывания информации. В накопителях на гибких магнитных дисках (НГМД) и накопителях на жестких магнитных дисках (НЖМД), или винчестерах, в основу записи информации положено намагничивание ферромагнетиков в магнитном поле, хранение информации основывается на сохранении намагниченности, а считывание информации базируется на явлении электромагнитной индукции.

В процессе записи информации на гибкие и жесткие магнитные диски головка дисковода с сердечником из магнито-мягкого материала (малая остаточная намагниченность) перемещается вдоль магнитного слоя магнитожесткого носителя (большая остаточная намагниченность). На магнитную головку поступают последовательности электрических импульсов (последовательности логических единиц и нулей), которые создают в головке магнитное поле. В результате последовательно намагничиваются (логическая единица) или не намагничиваются (логический нуль) элементы поверхности носителя.

В отсутствие сильных магнитных полей и высоких температур элементы носителя могут сохранять свою намагниченность в течение долгого времени (лет и десятилетий).

При считывании информации при движении магнитной головки над поверхностью носителя намагниченные участки носителя вызывают в ней импульсы тока (явление электромагнитной индукции). Последовательности таких импульсов передаются по магистрали в оперативную память компьютера.

Гибкие магнитные диски. Гибкие магнитные диски помещаются в пластмассовый корпус. Такой носитель информации называется дискетой. В центре дискеты имеется приспособление для захвата и обеспечения вращения диска внутри пластмассового корпуса. Дискета вставляется в дисковод, который вращает диск с постоянной угловой скоростью.

При этом магнитная головка дисковода устанавливается на определенную концентрическую дорожку диска, на которую и производится запись или с которой производится считывание информации. Информационная емкость дискеты невелика и составляет всего 1,44 Мбайт. Скорость записи и считывания информации также мала (составляет всего около 50 Кбайт/с) из-за медленного вращения диска (360 об. /мин).

В целях сохранения информации гибкие магнитные диски необходимо предохранять от воздействия сильных магнитных полей и нагревания, так как такие физические воздействия могут привести к размагничиванию носителя и потере информации.

Жесткие магнитные диски. Жесткий магнитный диск представляет собой несколько десятков дисков, размещенных на одной оси, заключенных в металлический корпус и вращающихся с большой угловой скоростью (рис. 4.6).

За счет гораздо большего количества дорожек на каждой стороне дисков и большого количества дисков информационная емкость жесткого диска может в сотни тысяч раз превышать информационную емкость дискеты и достигать 150 Гбайт. Скорость записи и считывания информации с жестких дисков достаточно велика (может достигать 133 Мбайт/с) за счет быстрого вращения дисков (до 7200 об./мин).

Рис. 4.6. Жесткий магнитный диск

В жестких дисках используются достаточно хрупкие и миниатюрные элементы (пластины носителей, магнитные головки и пр.), поэтому в целях сохранения информации и работоспособности жесткие диски необходимо оберегать от ударов и резких изменений пространственной ориентации в процессе работы.

Оптический принцип записи и считывания информации. В лазерных дисководах CD-ROM и DVD-ROM используется оптический принцип записи и считывания информации.

В процессе записи информации на лазерные диски для создания участков поверхности с различными коэффициентами отражения применяются различные технологии: от простой штамповки до изменения отражающей способности участков поверхности диска с помощью мощного лазера. Информация на лазерном диске записывается на одну спиралевидную дорожку (как на грампластинке), содержащую чередующиеся участки с различной отражающей способностью.

При соблюдении правил хранения (в футлярах в вертикальном положении) и эксплуатации (без нанесения царапин и загрязнений) оптические носители могут сохранять информацию в течение десятков лет.

В процессе считывания информации с лазерных дисков луч лазера, установленного в дисководе, падает на поверхность вращающегося диска и отражается. Так как поверхность лазерного диска имеет участки с различными коэффициентами отражения, то отраженный луч также меняет свою интенсивность (логические 0 или 1). Затем отраженные световые импульсы преобразуются с помощью фотоэлементов в электрические импульсы и по магистрали передаются в оперативную память.

Лазерные дисководы и диски. Лазерные дисководы (CD-ROM и DVD-ROM - рис. 4.7) используют оптический принцип чтения информации.

На лазерных CD-ROM (CD - Compact Disk, компакт-диск) и DVD-ROM (DVD - Digital Video Disk, цифровой видеодиск) дисках хранится информация, которая была записана на них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна, что отражено во второй части их названий: ROM (Read Only Memory - только чтение). Производятся такие диски путем штамповки и имеют серебристый цвет.

Информационная емкость CD-ROM диска может достигать 650 Мбайт, а скорость считывания информации в CD-ROM-накопителе зависит от скорости вращения диска. Первые CD-ROM-накопители были односкоростными и обеспечивали скорость считывания информации 150 Кбайт/с. В настоящее время широкое распространение получили 52-скоростные CD-ROM-накопители, которые обеспечивают в 52 раза большую скорость считывания информации (до 7,8 Мбайт/с).

DVD-диски имеют гораздо большую информационную емкость (до 17 Гбайт) по сравнению CD-дисками. Во-первых, используются лазеры с меньшей длиной волны, что позволяет размещать оптические дорожки более плотно. Во-вторых, информация на DVD-дисках может быть записана на двух сторонах, причем в два слоя на одной стороне.

Рис. 4.7. CD-ROM и DVD-ROM

Первое поколение DVD-ROM-накопителей обеспечивало скорость считывания информации примерно 1,3 Мбайт/с. В настоящее время 16-скоростные DVD-ROM-дисководы достигают скорости считывания до 21 Мбайт/с.

Существуют CD-R и DVD-R-диски (R - recordable, записываемый), которые имеют золотистый цвет. Информация на такие диски может быть записана, но только один раз. На дисках CD-RW и DVD-RW (RW - ReWntable, перезаписываемый), которые имеют "платиновый" оттенок, информация может быть записана многократно.

Для записи и перезаписи на диски используются специальные CD-RW и DVD-RW-дисководы, которые обладают достаточно мощным лазером, позволяющим менять отражающую способность участков поверхности в процессе записи диска. Такие дисководы позволяют записывать и считывать информацию с дисков с различной скоростью. Например, маркировка CD-RW-дисковода "40x12x48" означает, что запись CD-R-дисков производится на 40-кратной скорости, запись CD-RW-дисков - на 12-кратной, а чтение - на 48-кратной скорости.

Flash-память. Flash-память - это энергонезависимый тип памяти, позволяющий записывать и хранить данные в микросхемах. Карты flash-памяти (рис. 1.8) не имеют в своем составе движущихся частей, что обеспечивает высокую сохранность данных при их использовании в мобильных устройствах (портативных компьютерах, цифровых камерах и др.).
Рис. 4.8. Карты flash-памяти

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 может достигать 512 Мбайт.

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.

Вопросы для размышления

1. Каковы основные правила хранения и эксплуатации различных типов носителей информации?

Практические задания

4.4. Составить сравнительную таблицу основных параметров устройств хранения информации (емкость, скорость обмена, надежность хранения информации, цена хранения одного мегабайта).

Структура внутренней памяти компьютера

В современных компьютерах имеется еще один вид внутренней памяти,который называется постоянным запоминающим устройством - ПЗУ . Это энергонезависимая память, информация из которой может только читаться.

Наименьший элемент памяти компьютера называется битом памят и .

В каждом бите памяти может храниться в данный момент одно из двух значений: нуль или единица. Использование двух знаков для представления информации называется двоичной кодировкой

Данные и программы в памяти компьютера хранятся в виде двоичного кода.
Один символ двухсимвольного алфавита несет1 бит информации.
В одном бите памяти содержится один бит информации

Битовая структура определяет первое свойство внутренней памяти компьютера - дискретность . Дискретные объекты составлены из отдельных частиц. Например, песок дискретен, так как состоит из песчинок. «Песчинками» компьютерной памяти являются биты.

Второе свойство внутренней памяти компьютера - адресуемость . Восемь расположенных подряд битов памяти образуют байт . Вы знаете, что это слово также обозначает единицу количества информации, равную восьми битам. Следовательно, в одном байте памяти хранится один байт информации.

Во внутренней памяти компьютера все байты пронумерованы. Нумерация начинается с нуля.Порядковый номер байта называется егоадресом.Принцип адресуемости означает, что: запись информации в память, а также чтение ее из памяти производится по адресам.

Память можно представить как многоквартирный дом, в котором каждая квартира - это байт, а номер квартиры - адрес. Для того чтобы почта дошла по назначению, необходимо указать правильный адрес. Именно так, по адресам, обращается процессор к внутренней памяти компьютера.

Носители и устройства внешней памяти

Устройства внешней памяти - это устройства чтения и записи информации на внешние носители. Информация на внешних носителях хранится в виде файлов .

Важнейшими устройствами внешней памяти на современных компьютерах являются накопители на магнитных дисках (НМД), или дисководы .

НМД действует аналогично магнитофону. На дорожки диска записывается все тот же двоичный код: намагниченный участок - единица, ненамагниченный - нуль. При чтении с диска эта запись превращается в нули и единицы в битах внутренней памяти.

К магнитной поверхности диска подводится записывающая головка, которая может перемещаться по радиусу. Во время работы НМД диск вращается. В каждом фиксированном положении головка взаимодействует с круговой дорожкой. На эти концентрические дорожки и производится запись двоичной информации.

Другим видом внешних носителей являются оптические диски (другое их название - лазерные диски) , На них используется не магнитный, а оптико-механический способ записи и чтения информации.



Сначала появились лазерные диски, на которые информация записывается только один раз. Стереть или перезаписать ее невозможно. Такие диски называются CD,что в переводе значит «компактный диск - только для чтения». Позже были изобретены перезаписываемые лазерные диски - CD-RW. На них, как и на магнитных носителях, хранимую информацию можно стирать и записывать заново.

Носители, которые пользователь может извлекать из дисковода, называют сменными .

Наибольшей информационной емкостью из сменных носителей обладают лазерные диски типа DVD-ROM - видео-диски. Объем информации, хранящейся на них, может достигать десятков гигабайтов. На видеодисках записываются полноформатные видеофильмы, которые можно просматривать с помощью компьютера, как по телевизору

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ ) - энергонезависимая память, используется для хранения массива неизменяемых данных.Микросхема пзу и система bios

В момент включения компьютера в его оперативной памяти нет ничего - ни данных, ни программ, поскольку оперативная память не может ничего хранить без подзарядки ячеек более сотых долей секунды, но процессору нужны команды, в том числе и в первый момент после включения.

Поэтому фазу после включения на адресной шине процессора выставляется стартовый адрес. Это происходит аппаратно, без участия программ (всегда одинаково). Процессор обращается по выставленному адресу за своей первой командой и далее начинает работать по программам.

Этот исходный адрес не может указывать на оперативную память, в которой пока ничего нет. Он указывает на другой тип памяти - постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Микросхема ПЗУ способна длительное время хранить информацию, даже когда компьютер выключен. Программы, находящиеся в ПЗУ, называют «зашитыми» - их записывают туда на этапе изготовления микросхемы.

Комплект программ, находящихся в ПЗУ, образует базовую систему ввода-вывода (BIOS - BasicInputOutputSystem). Основное назначение программ этого пакета состоит в том, чтобы проверить состав и работоспособность компьютерной системы и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жестким диском и дисководом гибких дисков. Программы, входящие в BIOS, позволяют нам наблюдать на экране диагностические сообщения, сопровождающие запуск компьютера, а также вмешиваться в ход запуска с помощью клавиатуры.

Оперативная память

Оперативная память - это, в отечественной научной терминологии, "оперативное запоминающее устройство" или ОЗУ, а в западной - RAM, то есть "RandomAccessMemory" ("память с произвольным доступом"). ОЗУ представляет собой область временного хранения данных , при помощи которой обеспечивается функционирование программного обеспечения. Память состоит из ячеек, каждая из которых предназначена для хранения определенного объема данных, как правило, одного или четырех бит. Чипы памяти работают синхронно с системной шиной. Компьютерная оперативная память является динамической (отсюда - DRAM или Dynamic RAM) - для хранения данных в такой памяти требуется постоянная подача электрического тока , при отсутствии которого ячейки опустошаются. Пример энергонезависимой или постоянной памяти (ПЗУ или ROM - ReadOnlyMemory) памяти - флэш-память, в которой электричество используется лишь для записи и чтения, в то время как для самого хранения данных источник питания не нужен. Ячейки памяти в микросхемах представляют собой конденсатор ы, которые заряжаются в случае необходимости записи логической единицы, и разряжаются при записи нуля. Опустошение памяти в случае отсутствия электроэнергии осуществляется именно за счет утечки токов из конденсаторов.

Важнейшая характеристика памяти, от которой зависит производительность - это пропускная способность , которая выражается как произведение частоты системной шины на объем данных, передаваемых за каждый такт.

Внешняя память. Жесткий диск, флэш-карты, оптические диски CD, DVD, характеристики. Имена накопителей памяти. Логические диски. Программы обслуживания жестких дисков(дефрагментация, оптимизация).

Внешняя память - это память, предназначенная для длительного хранения программ и данных. Целостность содержимого ВЗУ не зависит от того, включен или выключен компьютер

Дисковод (накопитель) - устройство записи/считывания информации. Накопители имеют собственное имя – буква латинского алфавита, за которой следует двоеточие. Для подключения к компьютеру одного или несколько дисководов и управления их работой нужен Дисковый контроллер

Носитель информации (носитель записи) – материальный объект, способный хранить информацию. Информация записывается на носитель посредством изменения физических, химических и механических свойств запоминающей среды

В состав внешней памяти входят: 1) накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД); 2) накопители на гибких магнитных дисках (НГМД); 3) накопители на магнитооптических компакт дисках; 4) накопители на оптических дисках (CD-ROM); 5) накопители на магнитной ленте и др.