- •Введение
- •Раздел «Создание и эволюция эвм» Глава 1. Научные предпосылки создания эвм
- •Управление и информация
- •Информация и ее свойства
- •Экономическая информация
- •Три формы адекватности информации
- •Меры информации
- •Синтаксические меры информации
- •Семантическая мера информации
- •Прагматическая мера информации
- •Показатели качества информации
- •Репрезентативность
- •Содержательность
- •Достаточность
- •Доступность
- •Актуальность
- •Своевременность
- •Точность
- •Достоверность
- •Устойчивость
- •Защищенность
- •Полезность
- •Информатика
- •Наука информатика
- •Информационные технологии
- •Индустрия информатики
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 2. История создания вычислительной техники
- •Механические счетные машины
- •Электромеханические счетные машины
- •Электронные вычислительные машины
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 3. Эволюция эвм
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 4. Основные классы вычислительных машин
- •Большие компьютеры
- •Серверы и рабочие станции
- •Рабочие станции
- •Серверы
- •Малые компьютеры
- •Микрокомпьютеры
- •Персональные компьютеры
- •Наколенные компьютеры
- •Компьютеры-блокноты (ноутбуки)
- •Нетбуки
- •Планшетные компьютеры
- •Райтеры
- •Электронные книги Ридеры
- •Карманные компьютеры
- •Периферийные устройства кпк
- •Коммуникаторы (смартфоны)
- •Электронные секретари
- •Электронные записные книжки
- •Вычислительные системы
- •Многомашинные и многопроцессорные вс
- •Высокопараллельные многопроцессорные вычислительные системы
- •Ассоциативные и потоковые вс
- •Ассоциативные вычислительные системы
- •Потоковые вычислительные системы
- •Суперкомпьютеры
- •Кластерные суперкомпьютеры
- •Вопросы для самопроверки
- •Раздел 2. «Информационно-логические основы построения эвм» Глава 5. Представление информации в эвм
- •Представление чисел с фиксированной и плавающей запятой
- •Алгебраическое представление двоичных чисел
- •Прочие системы счисления
- •Двоично-десятичная система счисления
- •Шестнадцатеричная система счисления
- •Выполнение арифметических операций в компьютере
- •Особенности выполнения операций над числами с плавающей запятой
- •Выполнение арифметических операций над числами, представленными в дополнительных кодах
- •Особенности выполнения операций в обратных кодах
- •Выполнение арифметических операций в шестнадцатеричной системе счисления
- •Особенности представления информации в пк
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 6. Логические основы построения эвм
- •Основы алгебры логики
- •Логический синтез вычислительных схем
- •Электронные технологии и элементы
- •Полевые транзисторы
- •Планарные микросхемы
- •Электронные и логические схемы
- •Триггер
- •Регистр
- •Дешифратор
- •Логические операции, выполняемые в компьютере
- •Or (или) — логическое сложение
- •Xor (исключающее или)
- •Not (не) — операция отрицания
- •Вопросы для самопроверки
- •Раздел 3 Архитектура персонального компьютера Глава 7. Основные блоки эвм и их назначение
- •Структурная схема эвм
- •Микропроцессор
- •Системная шина
- •Основная память
- •Внешняя память
- •Источник питания
- •Внешние устройства
- •Дополнительные интегральные микросхемы
- •Элементы конструкции пк
- •Функциональные характеристики эвм
- •Производительность, быстродействие, тактовая частота
- •Разрядность микропроцессора и кодовых шин интерфейса
- •Типы системного и локальных и внешних интерфейсов
- •Емкость оперативной памяти
- •Виды накопителей на жестких магнитных дисках
- •Тип и емкость накопителей на гибких магнитных дисках
- •Наличие, виды и емкость кэш-памяти
- •Аппаратная и программная совместимость с другими типами компьютеров
- •Возможность работы в многозадачном режиме
- •Надежность
- •Глава 8. Микропроцессоры
- •Микропроцессоры типа cisc
- •Микропроцессоры Over Drive
- •Микропроцессоры Pentium
- •Микропроцессоры Pentium Pro
- •Микропроцессоры Pentium mmx и Pentium II
- •Микропроцессоры Pentium III
- •Микропроцессоры Pentium 4
- •Эффективные технологии в мп Intel
- •Архитектура Intel Net Burst
- •Многоядерные микропроцессоры
- •Микропроцессоры линейки core
- •Процессоры Core Penryn
- •Микропроцессоры типа risc
- •Микропроцессоры типа vliw
- •Физическая и функциональная структура микропроцессора
- •Устройство управления
- •Арифметико-логическое устройство
- •Микропроцессорная память
- •Универсальные регистры
- •Сегментные регистры
- •Регистры смещений
- •Регистр флагов
- •Статусные флаги
- •Управляющие флаги
- •Интерфейсная часть мп
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 9. Системные платы и чипсеты
- •Разновидности системных плат
- •Чипсеты системных плат
- •Чипсет i965 (Broadwater)
- •Глава 10. Интерфейсная система пк
- •Шины расширений
- •Локальные шины
- •Интерфейсы pci
- •Интерфейс agp
- •Периферийные шины
- •Интерфейсы ide/ata
- •Интерфейс scsi
- •Интерфейс rs 232
- •Интерфейс ieee 1284
- •Универсальные последовательные интерфейсы
- •Последовательная шина usb
- •Стандарт ieee 1394
- •Последовательный интерфейс sata
- •Последовательный интерфейс sas
- •Семейство последовательных интерфейсов pci Express
- •Прикладные программные интерфейсы
- •Беспроводные интерфейсы
- •Интерфейсы IrDa
- •Интерфейс Bluetooth
- •Интерфейс wusb
- •Семейство интерфейсов WiFi
- •Семейство интерфейсов WiMax
- •Интерфейс WiBro
- •Прочие интерфейсы
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 11. Основная память пк
- •Статическая и динамическая оперативная память
- •Основная память
- •Физическая структура основной памяти
- •Оперативные запоминающие устройства
- •Виды модулей оперативной памяти
- •Типы оперативной памяти
- •Постоянные запоминающие устройства
- •Логическая структура основной памяти
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава12. Внешние запоминающие устройства
- •Размещение информации на дисках
- •Адресация информации на диске
- •Накопители на жестких магнитных дисках
- •0,85" Винчестеры Toshiba
- •Дисковые массивы raid
- •Накопители на гибких магнитных дисках
- •Накопители на оптических дисках
- •Неперезаписываемые оптические диски cd-rom
- •Оптические диски с однократной записью
- •Оптические диски с многократной записью
- •Оптические универсальные диски dvd
- •Маркировка скоростных характеристик cd и dvd
- •Эффективные технологии хранения информации на cd и dvd
- •Многослойный cd
- •Millipede-диск
- •Флуоресцентные оптические диски
- •Особенности организации флуоресцентных дисков
- •Прочие технологии
- •Накопители на магнитооптических дисках
- •Накопители на магнитной ленте
- •Устройства флэш-памяти
- •Твердотельные накопители на базе флэш-памяти
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 13. Видеотерминальные устройства
- •Видеомониторы на элт
- •Монохромные мониторы
- •Цветные мониторы
- •Виды развертки изображения на мониторе
- •Цифровые и аналоговые мониторы
- •Размер экрана монитора
- •Вертикальная (кадровая) развертка
- •Строчная развертка
- •Разрешающая способность мониторов
- •Частотная полоса пропускания
- •Эргономичность электронно-лучевых мониторов
- •Видеомониторы на плоских панелях
- •Мониторы на жидкокристаллических индикаторах
- •Tmos – мониторы
- •Плазменные мониторы
- •Электролюминесцентные мониторы
- •Светоизлучающие мониторы
- •Мониторы на основе «электронной бумаги»
- •Стереомониторы
- •Видеоконтроллеры
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 14. Внешние устройства пк
- •Клавиатура
- •Графический манипулятор мышь
- •Принтеры
- •Матричные принтеры
- •Струйные принтеры
- •Лазерные принтеры
- •Термопринтеры
- •Твердочернильные принтеры
- •Сервисные устройства
- •Сетевые принтеры
- •С канеры
- •Типы сканеров
- •Форматы представления графической информации в пк
- •Форматы растровой графики
- •Д игитайзеры
- •Основные характеристики дигитайзеров
- •Плоттеры
- •Типы плоттеров
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 15. Средства мультимедиа
- •Системы речевого ввода и вывода информации
- •Системы распознавания речи
- •Системы, ориентированные на распознавание отдельных слов, команд и вопросов
- •Системы распознавания предложений и связной речи
- •Системы идентификации по образцу речи
- •Механизм распознавания речи
- •Системы синтеза речи
- •Компьютерные средства обеспечения звуковых технологий
- •Звуковые платы (карты)
- •Компьютерные средства обеспечения видеотехнологий
- •Вопросы для самопроверки
- •Раздел 4. Компьютерные сети Глава 16. Основы построения компьютерных сетей
- •Классификация и архитектура компьютерных сетей
- •Виды компьютерных сетей
- •Модель взаимодействия открытых систем
- •Локальные вычислительные сети
- •Виды локальных вычислительных сетей
- •Одноранговые локальные сети
- •Серверные локальные сети
- •Корпоративные компьютерные сети
- •Глобальная информационная сеть Интернет
- •Протоколы, используемые в сети
- •Программное обеспечение компьютерных сетей
- •Информационное обеспечение сетей
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 17.Техническое обеспечение компьютерных сетей
- •Серверы и рабочие станции
- •Рабочие станции
- •Серверы
- •Маршрутизаторы и коммутирующие устройства
- •Методы коммутации
- •Коммутация сообщений
- •Коммутация пакетов
- •Методы маршрутизации
- •Варианты адресации компьютеров в сети
- •Методы маршрутизации, используемые в сетях
- •Модемы и сетевые карты
- •Модемы для аналоговых каналов связи
- •Протоколы передачи данных
- •Модемы для цифровых каналов связи
- •Сетевые карты
- •Линии и каналы связи
- •Цифровые каналы связи
- •Раздел 5. Программное управление Глава 18. Программное управление — основа автоматизации вычислительного процесса После изучения главы вы должны знать:
- •Алгоритмы и языки программирования
- •Состав машинных команд
- •Пример программы на яск
- •Программное обеспечение компьютера
- •Системное программное обеспечение
- •Операционные системы компьютеров
- •Прикладное программное обеспечение
- •Прикладные программы для офиса
- •Корпоративные прикладные программы
- •Режимы работы компьютеров
- •Однопрограммный режим
- •Многопрограммный режим
- •Система прерываний программ в пк
- •Адресация регистров и ячеек памяти в пк
- •Относительная адресация
- •Стековая адресация
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 19.Элементы программирования на языке Ассемблер
- •Основные компоненты языка ассемблер Алфавит языка
- •Константы (числа и строки) Только целые числа
- •Строки (литералы)
- •Команды (операторы)
- •Директивы (псевдооператоры)
- •Модификаторы
- •Адресация регистров и ячеек памяти в Ассемблере
- •Непосредственная адресация
- •Прямая адресация регистров мпп
- •Адресация ячеек оп
- •Основные команды языка ассемблер
- •Команды пересылки данных
- •Арифметические команды
- •Команды сложения, вычитания и сравнения
- •Команды приращения
- •Команды умножения
- •Команды деления
- •Логические команды
- •Команды безусловной передачи управления
- •Команды перехода к подпрограмме и выхода из подпрограммы
- •Команда перехода к подпрограмме: call opr
- •Команда выхода из подпрограммы
- •Команды условной передачи управления
- •Команды условной передачи управления для беззнаковых данных
- •Команды условной передачи управления для знаковых данных
- •Команды условной передачи управления для прочих проверок
- •Команды управления циклами
- •Команды прерывания
- •Основные директивы ассемблера
- •Директивы определения идентификаторов
- •Директивы определения данных
- •Директивы определения сегментов и процедур
- •Директивы управления трансляцией
- •Программирование процедур работы с устройствами ввода-вывода
- •Программирование работы с дисплеем
- •Видеооперации с прерыванием 21h dos
- •Программирование работы с клавиатурой
- •Некоторые аспекты создания исполняемых программ
- •Процедуры формирования программы
- •Структура программы на языке ассемблера для создания файла exe
- •Программа вычисления квадратного корня
- •Основные сведения о листинге программы
- •Последовательность работы пк при выполнении программы
- •Краткие сведения об отладчике программ debug
- •Основные команды отладчика debug
- •Вопросы для самопроверки
- •Заключение. Перспективы развития информационных систем
- •Литература
Накопители на жестких магнитных дисках
Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД, жесткие диски, Hard Disk Drive — HDD) представляют собой устройства, предназначенные для длительного хранения информации. В качестве накопителей на жестких магнитных дисках широкое распространение в ПК получили накопители типа винчестер. Термин «винчестер» является жаргонным названием первой модели жесткого диска емкостью 16 кбайт (IBM, 1973 год), имевшего 30 дорожек по 30 секторов, что случайно совпало с калибром 30/30 известного охотничьего ружья винчестер. В этих накопителях один или несколько жестких дисков, изготовленных из сплавов алюминия или из керамики и покрытых ферролаком, вместе с блоком магнитных головок считывания-записи помещены в герметически закрытый корпус. Под дисками расположен двигатель, обеспечивающий вращение дисков, а слева и справа поворотный позиционер с коромыслом, управляющим движением магнитных головок по спиральной дуге для их установки на нужный цилиндр.
Емкость винчестеров благодаря чрезвычайно плотной записи, выполняемой магниторезистивными головками в таких герметических конструкциях, достигает нескольких десятков Гбайт; быстродействие их также весьма высокое: время доступа от 5 мс, трансфер до 6 Гбайт/с. Магниторезистивные технологии обеспечивают чрезвычайно высокую плотность записи, позволяющую размещать 2–3 Гбайт данных на одну пластину (диск). Появление же головок с гигантским магниторезистивным эффектом (GMR — Giant Magnetic Resistance) еще более увеличило плотность записи — возможная емкость одной пластины возросла до 6,4 Гбайт.
НЖМД весьма разнообразны. Диаметр дисков чаще всего 3,5 дюйма (89 мм). Наиболее распространенная высота корпуса дисковода: 25 мм — у настольных ПК, 41 мм — у машин-серверов, 12 мм — у портативных ПК, существуют и другие. Внешние дорожки диска длиннее внутренних. Поэтому в современных жестких дисках используется метод зонной записи. В этом случае все пространство диска делится на несколько зон, причем во внешних зонах секторов размещается больше данных, чем во внутренних. Это, в частности, позволило увеличить емкость жестких дисков примерно на 30%. Внешний вид НМЖД со снятой крышкой показан на рис. 12.2.
Рис. 12.2. Жесткий диск со снятой крышкой
Есть два основных режима обмена данными между HDD и ОП:
Programmed Input/Output (PIO — программируемый ввод/вывод);
Direct Memory Access (DMA — прямой доступ к памяти).
PIO — это режим, при котором перемещение данных между периферийным устройством (жестким диском) и оперативной памятью происходит с участием центрального процессора. Существуют следующие режимы передачи: PIO0, PIO1, PIO2, PIO3, PIO4. Причем PIO0 самый «медленный», а PIO4 — самый «быстрый» (16,6 Мбайт/с). Режимы PIO в современных ПК используются редко, поскольку сильно загружают процессор.
DMA — это режим, в котором винчестер напрямую общается с оперативной памятью без участия центрального процессора, перехватывая управление шиной. Режимы DMA при интерфейсах IDE поддерживают протоколы SW (SingleWord — однословный) и MW (MultiWord — «многословный»), обеспечивающие трансфер до 66 Мбайт/с (при протоколе MW3 DMA). При интерфейсах SCSI может быть достигнута более высокая скорость передачи. Так, наиболее популярный сейчас интерфейс Ultra2Wide SCSI (Ultra2 означает работу на тактовой частоте 40 МГц; Wide — ширину шины 16 битов) обеспечивает пропускную способность 80 Мбайт/с, при этом можно подключать до 15 накопителей к одному контроллеру интерфейса. А технология FC-AL (Fibre Channel-Arbitrated Loop), использующая оптоволоконные каналы связи для жестких дисков SCSI, обеспечивает трансфер 200 Мбайт/с и возможность подключения до 256 устройств (используется, естественно, не в ПК, а в больших системах и в дисковых массивах — RAID).
Время доступа к информации на диске напрямую связано со скоростью вращения дисков. Стандартные скорости вращения для интерфейса IDE — 3600, 4500, 5400 и 7200 оборотов/мин; при интерфейсе SCSI используются скорости до 10 000 и даже до 12 000 оборотов/мин. При скорости 10 000 оборотов/мин среднее время доступа составляет 5,5 мс. Для повышения скорости обмена данными процессора с дисками НЖМД следует кэшировать. Кэш-память для дисков имеет то же функциональное назначение, что и кэш для основной памяти, то есть служит быстродействующим буфером для кратковременного хранения информации, считываемой или записываемой на диск. Кэш-память может быть встроенной в дисковод, а может создаваться программным путем (например, драйвером Microsoft Smartdrive) в оперативной памяти. Емкость кэш-памяти диска обычно составляет 2 -4 Мбайт, реже – 8 Мбайт, а скорость обмена данными процессора с кэш-памятью достигает 100 Мбайт/с.
Для того чтобы получить на магнитном носителе структуру диска, включающую в себя дорожки и секторы, над ним должна быть выполнена процедура, называемая физическим, или низкоуровневым, форматированием (physical или low-level formatting). В ходе выполнения этой процедуры контроллер записывает на носитель служебную информацию, которая определяет разметку цилиндров диска на секторы и нумерует их. Форматирование низкого уровня предусматривает и маркировку дефектных секторов для исключения обращения к ним в процессе эксплуатации диска.
Технология SMART (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology) самотестирования и анализа осуществляет автоматическую проверку целостности данных, состояния поверхности дисков, перенос информации с критических участков на нормальные и другие операции без участия пользователя. При появлении и нарастании серьезных ошибок SMART своевременно выдает сообщение о необходимости принятия мер по спасению данных.
В ПК имеется обычно один, реже несколько, накопителей на жестких магнитных дисках. Однако в MS DOS программными средствами один физический диск может быть разделен на несколько «логических» дисков; тем самым имитируется несколько НМД на одном накопителе.
Большинство современных накопителей имеют собственную кэш-память емкостью от 2 до 8 Мбайт.
Эффективные технологии записи информации на HDD
Среди наиболее перспективных технологий записи информации можно назвать:
Туннельная магниторезистивная запись
В 2005 году компания Samsung анонсировала две новые линейки жестких дисков SpinPoint, использующие технологию записи, основанную на туннельном магниторезистивном эффекте (Tunneling Magneto Resistance — TMR). Применение TMR-головок позволяет существенно увеличить плотность записи информации до 100 Гбайт на квадратный дюйм и больше.
Технология перпендикулярной записи
Maxtor Corporation представила технологию изготовления пластин жестких дисков с перпендикулярной записью информации (perpendicular medium recording — PMR). В отличие от LRM (продольной) она позволяет записывать на одну пластину до 330 Гбайт.
Переносные винчестеры
В последнее время переносные накопители (их также называют внешними, мобильными, съемными, а портативные их варианты карманными — Pocket HDD) получили широкое распространение. Питание переносных жестких дисков выполняется либо от клавиатуры, либо по шине USB или IEEE 1395 (возможный вариант — через порт PS/2).
Переносные дисковые накопители весьма разнообразны: от обычных HDD в отдельных корпусах до стремительно набирающих популярность твердотельных дисков. Некоторые популярные типы переносных пакетов дисков: Microdrive, ZIV, Toshiba и др.
IBM Microdrive
Винчестеры Microdrive — миниатюрные накопители на жестком диске форм-фактора 2,5 дюйма, предложенные фирмой IBM. Емкости моделей находятся в диапазоне от 1 до 40 Гбайт. Питание осуществляется от клавиатуры или по шине USB. Скорость вращения дисков — 4500 оборотов/мин, скорость передачи данных — 800 кбайт/с. Отличаются сравнительно высоким потреблением энергии. Подключаются через разъем Compact Flash.
ZIV1, ZIV2
Винчестеры ZIV — весьма изящный миниатюрный дисковый накопитель форм-фактора 2,5 дюйма со специальным контроллером, подключаемым к интерфейсам USB 1.1 (ZIV1) или USB 2.0 (ZIV2). Типовой размер корпуса 118 × 72 × 11 мм, вес 130 г. Это действительно карманный жесткий диск, легко умещающийся в верхнем кармане рубашки. Питание накопителя осуществляется через интерфейс USB, но есть дополнительный шнур для подключения к порту PS/2. USB обеспечивает подключение устройств по технологии Plug and Play (или, как указывается в рекламных объявлениях, — подключение «на лету»).