Основные устройства системного блока ЭВМ 1

Рис. 2.21. Типы запоминающих устройств

Она имеет высокое быстродействие, сопоставимое с быстродействием процессора, и малую емкость (сотни байтов); данные загружаются в регистры из ОП, обрабатываются в них процессором, а потом переписываются в ОП.

О е тивн м ть (Random Access Memory или RAM) позволяет не только считывать хранящиеся в ней данные, но и записывать новые.

Кэш- м ть – быстродействующая память, предназначенная для ускорения доступа к данным, размещенным в памяти, обладающей меньшим быстродействием. Различные внешние устройства часто имеют свою кэш-память (накопители на дисках), которая является специализированной памятью конкретного устройства.

Принцип работы кэш-памяти: по мере работы устройства кэш-память заполняется данными из памяти, обладающей меньшим быстродействием, и при последующих обращениях к медленной памяти сначала проверяется наличие этих данных в кэш-памяти. Если нужные данные уже размещены в ней, то их загрузка осуществляется быстрее. Если нужных данных в кэш-памяти нет, то происходит обращение к медленно действующей памяти, и считанные из нее данные загружаются в кэш-память вместо не используемого в текущий момент фрагмента данных кэш-памяти. Разработаны различные механизмы, позволяющие так спланировать загрузку-выгрузку данных из кэш-памяти, чтобы обеспечить оптимизацию времени доступа к данным медленно действующей памяти.

В осто нной м ти (Read Only Memory или ROM) хранятся стандартные программы, записанные в микросхему памяти на заводе-изготовителе и не требующие изменений. ROM позволяет

только считывать хранящиеся в ней данные. Информация в ROM сохраняется при выключении компьютера.

типе аппаратуры компьютера и его настройке. Настройка ПК может меняться по желанию пользователя, поэтому энергонезависимая память позволяет не только считывать из нее данные, но и записывать. По существу, здесь используется обычная микросхема RAM, но изготовленная по особой CMOS-технологии, обеспечивающей малое потребление энергии при работе этого устройства. Именно поэтому энергонезависимую память часто называют CMOS-памятью. По CMOS-технологии изготовляют все микросхемы для портативных ПК, чтобы обеспечить длительную работу их батарей питания. Микросхема энергонезависимой памяти подключается к батарейке, что сохраняет записанные в микросхеме данные при выключении ПК из сети. В случае если батарейка истощится, данные о настройке ПК будут уничтожаться при выключении компьютера и при каждом новом включении придется настраивать конфигурацию ПК заново [9].

О е тивн м ть. В микросхемах оперативной памяти хранится информация, которая меняется в процессе работы ПК. RAM отличается высокой скоростью записи и чтения. При выключении ПК данные, хранящиеся в RAM, теряются.

Основные характеристики оперативной памяти [10] (рис. 2.22):

–объем памяти;

–способ хранения информации;

–интерфейс памяти;

–скорость срабатывания;

–ширина полосы пропускания.

Рис. 2.22. Основные характеристики оперативной памяти

Объем оперативной памяти зависит от количества и типа используемых микросхем [9].

Каждая ячейка памяти имеет свой порядковый номер, являющийся адресом. Адресное пространство

– номер максимальной ячейки памяти, доступной процессору.

Оперативная память конструктивно может выполняться в виде:

–SIMM-корпусов (Single In Line Memory Module) – с одноразрядным расположением контактов;

–DIMM-корпусов (Dual In Line Memory Module) – характеризуется меньшим временем обращения

(рис. 2.23, 2.24);

– RIMM-корпусов (R – от названия разработавшей их фирмы Rambus) – устанавливаются в другие разъемы и используют шину памяти с более высокой пропускной способностью.

а

б

Рис. 2.23. Модули оперативной памяти с двух сторон (а) и (б): 2xDIMM 2048Mб PC2-5300(667MГц) Crucial (CT2KIT25664AA667)

В современных вычислительных устройствах оперативная память выполнена по технологии динамической памяти с произвольным доступом (англ. dynamic random access memory, DRAM). Понятие памяти с произвольным доступом предполагает, что текущее обращение к памяти не учитывает порядок предыдущих операций и расположения данных в ней. ОЗУ может изготовляться как отдельный блок, или входить в конструкцию однокристальной ЭВМ или микроконтроллера.

Рис. 2.24. Вентилятор Patriot Vortex для модулей памяти DIMM

Типы микросхем памяти:

–SDRAM (Synchronous Dynamic RAM);

–DDR SDRAM (Double Data Rate) – синхронная память с двойной скоростью передачи данных – считается перспективной для ПК любого уровня;

–DDR2 – усовершенствованная DDR-память;

–DRDRAM (Direct Rambus DRAM) – для функционирования на более высоких частотах, чем SDRAM, наиболее дорогая память;

–QBM (Quad Band Memory).

Для разных системных плат предусмотрена возможность использования модулей памяти того или иного типа. Выбор основных устройств компьютера требует знания многих нюансов, связанных с обеспечением их совместимости. Процессор, память и материнскую плату всегда необходимо выбирать одновременно. Здесь есть много деталей совместимости, которые должен пояснить специалист [1].

Внешн м ть. Устройства массовой (внешней) памяти, являющиеся энергонезависимой памятью большой емкости, называются накопителями (Mass Storage Device) (рис. 2.25).

Одним из основных компонентов ПК, относящимся к внешней памяти (накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД)), является жесткий диск, предоставляющий большую емкость при компактных размерах (рис. 2.26).

Рис. 2.25. Накопители

Рис. 2.26. Жесткий диск («винчестер»)

Информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома. В некоторых НЖМД используется одна пластина, в других – несколько на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образуемого у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках 5–10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков, головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.

Название «винчестер» накопитель получил благодаря фирме IBM, которая в 1973 г. выпустила жёсткий диск модели 3340, впервые объединивший в одном неразъёмном корпусе пластины диска и считывающие головки. При его разработке инженеры использовали краткое внутреннее название «3030», что означало два модуля (в максимальной компоновке) по 30 Мб каждый. Кеннет Хотон, руководитель проекта, по созвучию с обозначением популярного охотничьего ружья «Winchester 3030»[1] предложил назвать этот диск «винчестером» [2].

В Европе и США название «винчестер» вышло из употребления в 1990-х гг., в российском же компьютерном сленге название «винчестер» сохранилось, сократившись до слов «винт», «винч» и «веник».

Жесткие диски могут использовать различные интерфейсы.

Инте фейс (от англ. interface) – набор, состоящий из линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих эти линии, и правил обмена. Современные накопители могут использовать интерфейсы ATA (AT Attachment, он же IDE – Integrated Drive Electronic, он же

Parallel ATA), (EIDE), Serial ATA, SCSI (Small Computer System Interface), SAS, FireWire, USB, SDIO и Fibre Channel.

Характеристики жестких дисков:

–габариты (физический размер, Form Factor);

–емкость;

–скорость вращения пластин;

–система адресации;

–быстродействие;

–объем буферной памяти (кэша);

–шум;

–надежность.

Ёмкость (от англ. capacity) – количество данных, которые могут храниться накопителем. Ёмкость современных устройств достигает 1500 Гб. В отличие от принятой в информатике (случайно) системе приставок, обозначающих кратную 1024 величину (кило = 1024, мега = 1 048 576 и т. д., позже для этого были не очень успешно введены двоичные приставки), производителями при обозначении ёмкости жёстких дисков используются кратные 1000 величины. Так, например, «настоящая» ёмкость жёсткого диска, маркированного как «200 Гб», составляет 186,2 Гб. Кроме того, часть производителей указывают неформатированную ёмкость (вместе со служебной информацией), что делает ещё большим «зазор» между заявленными «200 Гб» и реальными 160 Гб.

Физический зме (форм-фактор) (от англ. dimension) – почти все современные (2002–2008 гг.) накопители для персональных компьютеров и серверов имеют размер либо 3,5, либо 2,5 дюйма. Последние чаще применяются в ноутбуках. Получили распространение форматы 1,8; 1,3 и 0,85 дюйма. Прекращено производство накопителей в форм-факторе 5,25 дюймов.

В ем оизвольного досту (от англ. random access time) – от 3 до 15 мс, как правило,

минимальным временем обладают серверные диски (например, у Hitachi Ultrastar 15K147 – 3,7 мс [3]), самым большим из актуальных – диски для портативных устройств (Seagate Momentus 5400.3 – 12,5 [4]).

Ско ость в щени ш индел (от англ. spindle speed) – количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и скорость передачи данных. В настоящее время выпускаются «винчестеры» со следующими стандартными скоростями вращения: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки), 7200 и 10 000 (персональные компьютеры), 10 000 и 15 000 об./мин (серверы и высокопроизводительные рабочие станции).

Н дёжность (от англ. reliability) – определяется как среднее время наработки на отказ (Mean Time

Between Failures, MTBF).

Количество о е ций ввод -вывод в секунду – у современных дисков около 50 оп./с при произвольном доступе к накопителю и около 100 оп./с – при последовательном доступе.

Пот ебление эне гии – важный фактор для мобильных устройств.

Рис. 2.28. Портативный внешний жесткий диск Seagate Portable External Hard Drive 100 GB ST9100801U2

Логическая структура жесткого диска предполагает деление общего дискового пространства на области, каждая из которых хранит специфическую информацию:

–MBR (Master Boot Record) – главный загрузочный сектор, первый сектор на диске, работа компьютера при включении или перезагрузке начинается с чтения его содержимого;

–BR (Boot Record) – первый сектор раздела, в котором записана одноименная программа Boot Record, являющаяся частью операционной системы и предназначенная для запуска на выполнение остальных программ ОС, хранящихся на диске;

–таблица FAT (File Allocation Table) – таблица размещения файлов, хранит записи длиной 16, 32 или 64 бита, содержащие информацию о месторасположении кластеров, на которых записан каждый файл;

–Root Directory – корневой каталог диска, содержит записи с информацией о каждом файле – имя, тип, объем, дату и время создания, атрибут файла (системный, скрытый, только для чтения, архивный) и хранит указатель на первый кластер файла; является самым «главным» каталогом в разделе диска, все остальные каталоги и файлы располагаются по иерархии ниже его;

–Data Area – область для данных, основная область раздела диска, хранит сами файлы.

Если FAT повреждается, то компьютер теряет доступ к файлу и на диске появляются «потерянные кластеры», т. е. секторы с бесполезной информацией, которую невозможно прочесть [10].

Ниже рассмотрены другие виды накопителей – от устаревших до современных.

НГМД – накопители на гибких магнитных дисках, позволяющие записывать одну дискету объемом 1,44 Мбайт данных и в настоящее время все реже использующиеся в качестве записи на носители информации.