Мультимедийный урок по информатике на тему "Устройство хранения информации ПК"

Тема 3 Память компьютера и устройства хранения информации

Основное назначение памяти – хранение информации

Память компьютера построена из двоичных запоминающих элементов — битов, объединенных в группы по 8 битов, которые называются байтами. Все байты пронумерованы. Номер байта называется его адресом. Байты могут объединяться в ячейки, которые называются также словами. Для каждого компьютера характерна определенная длина слова — два, четыре или восемь байтов.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПАМЯТИ:

• Емкость – максимальный объем информации, «вмещающийся» в различные устройства памяти;
• Скорость обращения к информации;
• Способ доступа к информации – прямой или последовательный;
• Принцип записи-чтения - магнитный или оптический

ВИДЫ ПАМЯТИ

Внешняя

Внутренняя

ВЗУ (внешние запоминающие устройства) предназначена для долговременного хранения информации пользователя. Ее можно обновлять, удалять ненужную.

Этот вид памяти не предназначен для хранения информации пользователя. Она используется самой системой и обеспечивает ее функционирование

Гибкие диски

Оперативная память (ОЗУ)

Жесткие диски

Кэш-память

Компакт-диски

Постоянная память

Устройства на основе flash-памяти

ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬ

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

Информация на внешних носителях имеет файловую организацию.  

ГИБКИЕ МАГНИТНЫЕ ДИСКИ

Гибкий диск ( floppy disk ) – его называют еще флоппи диском или дискетой – это круглая гибкая пластина с намагниченным слоем, вставленная в пластмассовый корпус . Гибкий диск вращается в пластиковом футляре, защищённый двумя прокладками для уменьшения трения.

Принцип записи на дискетах – магнитный. Доступ к информации – прямой.

В дискетах (3,5 дюйма) существует режим защиты информации от стирания и записи, которые осуществляется путём переключения соответствующего переключателя на пластиковом конверте. На стандартной дискете находится 1,44 Мб информации.

ЖЕСТКИЕ МАГНИТНЫЕ ДИСКИ

Жесткий диск (HDD — Hard Disk Drive) относится к несменным дисковым магнитным накопителям.

Жесткие магнитные диски представляют собой несколько десятков дисков, размещенных на одной оси, заключенных в металлический корпус и вращающихся с высокой угловой скоростью. Скорость записи и считывания информации с жестких дисков достаточно велика (около 133 Мбайт/с) за счет быстрого вращения дисков (7200 об./мин).

В жестких дисках используются достаточно хрупкие и миниатюрные элементы. Чтобы сохранить информацию и работоспособность жестких дисков, необходимо оберегать их от ударов и резких изменений пространственной ориентации в процессе работы.

Винчестер содержит набор пластин, представляющих чаще всего металлические диски, покрытые магнитным материалом – платтером (гамма-феррит-оксид, феррит бария, окись хрома…) и соединенные между собой при помощи шпинделя

Логическое устройство винчестера

Магнитный диск первоначально к работе не готов. Для приведения его в рабочее состояние он должен быть  отформатирован , т.е. должна быть создана структура диска.

Структура (разметка) диска создается в процессе форматирования.

Форматирование  магнитных дисков включает 2 этапа:

1.физическое форматирование (низкого уровня)

2.логическое (высокого уровня).

Стандарт интерфейса подключения винчестера

    — т.е. тип контроллера, к которому должен подключаться жесткий диск. Он находится на материнской плате. Различают три основных интерфейса подключения

• IDE и его различные варианты
• SATA
• SСSI

SATA - последовательный интерфейс для подключения накопителей данных.

IDE - "Integrated Drive Electronics", означает - "встроенный контроллер".

Стандарт интерфейса подключения винчестера

SAS  (Serial Attached SCSI) пришедший на смену SCSI

SCSI  (Small Computer System Interface) - параллельный интерфейс для подключения различных внешних устройств (не только жестких дисков).

SSD (Solid-State Drive)

это компьютерное энергонезависимое немеханическое запоминающее устройство на основе микросхем памяти, альтернатива HDD. ... В настоящее время твердотельные накопители используются как в носимых (ноутбуках, нетбуках, планшетах), так и в стационарных  компьютерах  для повышения производительности.

Преимущества SSD:

• Так как SSD твердотельный накопитель, он работает практически бесшумно,  HDD, напротив, потрескивает во время работы.
• При пиковой нагрузке накопитель потребляет до 2 Вт, жесткий диск «съедает» до 7 Вт. Таким образом, SSD на 80% снижает потребление электроэнергии.
• SSD нет механических частей, что делает их более прочными. Такие устройства, в большинстве случаев, могут без проблем пережить даже падения. В то время как с HDD это может привести к деформации конструкции и потере данных.
• SSD работают значительно быстрее, чем классические жесткие диски, что сокращает время запуска ПК или ноутбука до 5-10 секунд. На HDD время запуска системы - 40-45 секунд.

Преимущества HDD:

• Классические жесткие диски предлагают гораздо больший объем памяти -  до 10 Тбайт, в то время как SSD пока ограничиваются 2 Тбайтами.
• При потере данных на HDD, зачастую, информацию можно восстановить с помощью специальных утилит. В то время как на SSD-накопителе, данные спасти будет крайне сложно.

Главный недостаток SSD стандарт NAND

 — ограниченное количество циклов перезаписи. Обычная (MLC,  Multi-level cell , многоуровневые ячейки памяти) флеш-память позволяет записывать данные примерно 3000-10 000 раз (гарантированный ресурс); в самых дешёвых накопителях (USB, SD, uSD) может использоваться ещё более плотная память типа TLC (MLC-3) с ресурсом порядка 1000 циклов или менее. Самые дорогостоящие виды памяти (SLC,  Single-level cell , одноуровневые ячейки памяти) — имеют порядка сотен тысяч циклов перезаписи. Для борьбы с неравномерным износом в высокопроизводительных (SATA и PCIe) SSD применяются схемы балансирования нагрузки: контроллер хранит информацию о том, сколько раз какие блоки перезаписывались, и при необходимости производит запись в менее изношенные блоки

Сравнение: компоненты разобранного  HDD  (слева) и разобранный SSD (справа). Оба с интерфейсом  IDE

Что такое SSHD (Solid State Hybrid Drive)?

SSHD, по сути, представляют из себя обычные HDD, но только с компактным твердотельным накопителем небольшой емкости, добавленным к контроллеру дисков и выступающего в качестве, своего рода, КЭШ-а для часто используемых файлов. Поэтому, не стоит удивляться тому, что объемы памяти у SSHD не уступают классическим жестким дискам.

Первичный рынок твердотельных гибридных дисков — ноутбуки. Дело в том, что ограниченное пространство корпуса не позволяет устанавливать в эти системы более одного диска. Установка же только одного SSD может обеспечить большую производительность, но ограничить объем данных, которые могут быть сохранены на нем. С другой стороны, установка единственного HDD предоставит много места, но работать жесткий диск будет не так производительно как твердотельный накопитель.

ЛАЗЕРНЫЕ ДИСКОВОДЫ И ДИСКИ

Лазерные дисководы используют оптический принцип чтения информации. На лазерных дисках CD (CD — Compact Disk, компакт диск) и DVD (DVD — Digital Video Disk, цифровой видеодиск) информация записана на одну спира-левидную дорожку (как на грампластинке), содержащую чередующиеся участки с различной отражающей способностью. Лазерный луч падает на поверхность вращающегося диска, а интенсивность отраженного луча зависит от отражающей способности участка дорожки и приобретает значения 0 или 1.

УСТРОЙСТВО ЛАЗЕРНОГО ДИСКОВОДА И ДИСКА

Строение CD-R диска. Для записи информации служит активный слой

Схема устройства лазерного дисковода

Носители CD

• CD-R одноразовый без возможности дописать
• CD+R одноразовый с возможности дописать
• CD-RW — перезаписываемый CD

Носители DVD

DVD-ROM — среда хранения данных большой емкости, только для чтения;

• DVD-видео — цифровой носитель данных для кинофильмов; • DVD-аудио — только для хранения звука; формат, подобный аудиоСО;

• DVD-R — однократная запись, многократное чтение; формат, родственный CD-R;

• DVD-RAM — перезаписываемый (стираемый) вариант DVD

• DVD-5 — односторонний однослойный диск вместимостью 4,7 Гбайт;

• DVD-9 — односторонний двухслойный диск на 8,5 Гбайт; • DVD-10 — двусторонний однослойный диск 9,4 Гбайт; • DVD-18 — вместимость до 17 Гбайт на двустороннем двухслойном диске.

Различия DVD от CD:

1. Дорожки размещены более плотно, шаг дорожки DVD (расстояние между ними) уменьшен до 0,74 мкм, более чем в 2 раза по сравнению с 1,6 мкм для CD.

2. Спецификация DVD позволяет считывать информацию более чем с одного слоя, изменяя фокусировку луча лазера чтения.

3. DVD позволяет использовать двусторонние диски.

Существуют пять версий записываемых DVD:

• DVD-R обычный;
• DVD-R авторизованный;
• DVD-RAM (перезаписываемый);
• DVD-RW;
• DVD+RW.

Оптические носители высокой плотности записи

• Blu-ray Disc (от англ. blue ray — «голубой луч», сокращенно BD) — новое поколение оптических накопителей высокой плотности, разработанное консорциумом компаний во главе с Sony. Этот стандарт не имеет общих корней с DVD. Плотность записи на один слой составляет 25 Гбайт.
• HD DVD (High-Definition DVD) — формат нового поколения, разработанный Toshiba и NEC в противовес Blu-ray. HD DVD признан эволюционным развитием стандарта DVD. Плотность записи дисков этого формата составляет 15 Гбайт на один слой.

Голографический многоцелевой диск

перспективная технология производства оптических дисков, которая предполагает значительно увеличить объём хранимых на диске данных по сравнению с Blu-Ray и HD DVD.

УСТРОЙСТВА НА ОСНОВЕ FLASH -ПАМЯТИ

Flash-память - это энергонезависимый тип памяти, позволяющий записывать и хранить данные в микросхемах. Устройства на основе flash-памяти не имеют в своём составе движущихся частей, что обеспечивает высокую сохранность данных при их использовании в мобильных устройствах. Самая первая флэшка появилась в 2000 году. Её объем был всего 8 Мб.

Flash-память представляет собой микросхему, помещенную в миниатюрный корпус. Для записи или считывания информации накопители подключаются к компьютеру через USB-порт.

Карты памяти

ВНУТРЕННЯЯ ПАМЯТЬ

Устройства, составляющие внутреннюю память расположены на «материнской» плате в системном блоке. Этот вид памяти не предназначен для хранения информации пользователя. Она используется компьютерной системой.

Свойства внутренней памяти:

• Дискретность;

Дискретные объекты состоят из отдельных частиц. Память состоит из отдельных ячеек – битов.

• Адресуемость.

Занесение информации в память, а также извлечение ее из памяти, проводится по адресам.

ОПЕРАТИВНАЯ ПАМЯТЬ

Оперативная память (ОЗУ, англ. RAM, Random Access Memory — память с произвольным доступом) — это быстрое запоминающее устройство не очень большого объёма, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами.

КЭШ-ПАМЯТЬ

Кэш-память (от англ. caсhe – тайник) или сверхоперативная память — очень быстрое ЗУ небольшого объёма, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью.

1

Система кэш-памяти

кэш первого уровня (L1)

кэш второго уровня (L2)

память на кристалле

память на материнской плате

Различают  кэш память 1 -,  2 - и  3 -го  уровней  (маркируются L1, L2 и L3).  Кэш память  первого  уровня  (L1) — самый быстрый, но по объему меньший, чем у остальных. ...  Кэш память  второго  уровня  (L2) – объем этой  памяти  значительно больше, чем L1.  Кэш память  третьего  уровня  (L3) – с большим объемом, но более медленная, чем L2. Современные процессоры, оснащены кэшем, который состоит, зачастую из 2–ух или 3-ёх уровней.

AMD на процессоре K6-III (L1 = 64 Kb, L2 = 256 Kb).

ПОСТОЯННАЯ ПАМЯТЬ

Постоянная память - BIOS (Basic Input-Output System). В нее данные занесены при изготовлении компьютера. Обозначается ROM - Read Only Memory. Хранит:

• программы для проверки оборудования при загрузке операционной системы;
• программы начала загрузки операционной системы;
• программы по выполнению базовых функций по обслуживанию устройств компьютера;
• программу настройки конфигурации компьютера - Setup. Позволяет установить характеристики: типы видеоконтроллера, жестких дисков и дисководов для дискет, режимы работы с RAM, запрос пароля при загрузке и т.д;

ВIOS (постоянная память).

1

CMOS (полупостоянная память)

небольшой участок памяти для хранения параметров конфигурации компьютера. Его часто называют CMOS -памятью, поскольку эта память обычно выполняется по технологии, обладающей низким энергопотреблением.

1

ВОПРОСЫ

• В чем заключается дискретность внутренней памяти?
• Какие два смысла имеет слово «бит»?
• Как они связаны?
• В чем заключается свойство адресуемости внутренней памяти?
• В чем разница между магнитным, оптическим и магнитооптическим диском?
• Что такое файл?

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

• Каково назначение устройств хранение информации в компьютере?
• В чем суть считывания и записи информации в компьютере?
• Сколько страниц текста (37 строк, 50 символов в строке) можно сохранить на обычную дискету?
• Что такое CD, CD-ROM, CD-R, DVD-RW?
• Во сколько раз информационная емкость DVD больше CD?