Накопители (внешняя память)

Накопителем называется устройство для долговременного хранения информации. В ПК используются дисковые накопители.

А) Жесткий диск (винчестер, hard disk drives).

Жесткий диск — основное устройство для долговременного хранения больших объе­мов данных и программ. На самом деле это не один диск, а группа соосных дисков, имеющих магнитное покрытие и вращающихся с высокой скоростью. Таким обра­зом, этот «диск» имеет не две поверхности, как должно быть у обычного плоского диска, а 2и поверхностей, где п — число отдельных дисков в группе.

Над каждой поверхностью располагается головка, предназначенная для чтения-записи данных. При высоких скоростях вращения дисков (90 об/с) в зазоре между головкой и поверхностью образуется аэродинамическая подушка, и головка парит над магнитной поверхностью на высоте, составляющей несколько тысячных долей миллиметра. При изменении силы тока, протекающего через головку, происходит изменение напряженности динамического магнитного поля в зазоре, что вызывает изменения в стационарном магнитном поле ферромагнитных частиц, образующих покрытие диска. Так осуществляется запись данных на магнитный диск.

Операция считывания происходит в обратном порядке. Намагниченные частицы покрытия, процосящиеся на высокой скорости вблизи головки, наводят в ней ЭДС самоиндукции. Электромагнитные сигналы, возникающие при этом, усиливаются и передаются на обработку.

Управление работой жесткого диска выполняет специальное аппаратно-логичес-кое устройство — контроллер жесткого диска. В прошлом оно представляло собой отдельную дочернюю плату, которую подключали к одному из свободных слотов материнской платы. В настоящее время функции контроллеров дисков выполняют микросхемы, входящие в микропроцессорный комплект (чипсет), хотя некоторые виды высокопроизводительных контроллеров жёстких дисков по-прежнему постав­ляются на отдельной плате.

Характеристики винчестера:

1. информационная емкость;

2. время доступа к тому или иному блоку информации в милисекундах; среднее время доступа при V_вр=5400 об/мин – 9-10 мкс, при V_вр=7200 об/мин – 7-8 мкс.

3. наружные габариты.

б) Дисковод гибких дисков. В системном блоке находится устройство, называемое дисковод - устройство для чтения/записи информации с гибких магнитных дисков (дискета). В системном блоке может быть 1 или 2 дисковода. Гибкие магнитные диски могут быть 5,25 дюйма (с 1994 г. не выпускаются) и 3,5 дюйма.

Гибкий диск, установленный в дисковод, приводится во вращение специальным электродвигателем со скоростью 300 оборотов в минуту. При обращении к диску накопитель вначале приводит его в движение, затем устанавливает головку чтения/записи в ту область, где записана информация о файлах диска, считывает физические координаты местоположения требуемого файла и, переместив головку сразу в нужное место, считывает данные. Дисководы ПК – двусторонние, т.е. для каждой поверхности дискеты в нем есть своя головка чтения/записи.

Информация на жестком диске может храниться годами, однако иногда требуется ее перенос с одного компьютера на другой. Несмотря на свое название, жесткий диск является весьма хрупким прибором, чувствительным к перегрузкам, ударам и толчкам. Теоретически, переносить информацию с одного рабочего места на другое путем переноса жесткого диска возможно, и в некоторых случаях так и поступают, но все-таки этот прием считается нетехнологичным, поскольку требует особой акку­ратности и определенной квалификации.

Для оперативного переноса небольших объемов информации используют так назы­ваемые гибкие магнитные диски (дискеты), которые вставляют в специальный нако­питель — дисковод. Приемное отверстие накопителя находится на лицевой панели системного блока. Правильное направление подачи гибкого диска отмечено стрелкой на его пластиковом кожухе.

Основными параметрами гибких дисков являются: технологический размер (изме­ряется в дюймах), плотность записи (измеряется в кратных единицах) и полная емкость.

Первый компьютер IBM PC (родоначальник платформы) был выпущен в 1981 году. К нему можно было подключить внешний накопитель, использующий односто­ронние гибкие диски диаметром 5,25 дюйма. Емкость диска составляла 160 Кбайт. В следующем году появились аналогичные двусторонние диски емкостью 320 Кбайт. Начиная с 1984 года выпускались гибкие диски 5,25 дюйма высокой плотности (1,2 Мбайт). В наши дни диски размером 5,25 дюйма не используются, и соответ­ствующие дисководы^ базовой конфигурации персональных компьютеров после 1994 года не поставляются.

Гибкие диски размером 3,5 дюйма выпускают с 1980 года. Односторонний диск обычной плотности имел емкость 180 Кбайт, двусторонний — 360 Кбайт, а двусто­ронний двойной плотности — 720 Кбайт. Ныне стандартными считают диски раз­мером 3,5 дюйма высокой плотности. Они имеют емкость 1440 Кбайт (1,4 Мбайт) и маркируются буквами HD (high density — высокая плотность).

С нижней стороны гибкий диск имеет центральную втулку, которая захватывается шпинделем дисковода и приводится во вращение. Магнитная поверхность при­крыта сдвигающейся шторкой для защиты от влаги, грязи и пыли. Если на гибком диске записаны ценные данные, его можно защитить от стирания и перезаписи, сдвинув защитную задвижку так, чтобы образовалось открытое отверстие. Для раз­решения записи задвижку перемещают в обратную сторону и перекрывают отверстие. В некоторых случаях для безусловной защиты информации на диске задвижку выла­мывают физически, но и в этом случае разрешить запись на диск можно, если, напри­мер, заклеить образовавшееся отверстие тонкой полоской липкой ленты. Гибкие диски считаются малонадежными носителями информации. Пыль, грязь, влага, температурные перепады и внешние электромагнитные поля очень часто становятся причиной частичной или полной утраты данных, хранившихся на гибком диске. Поэтому использовать гибкие диски в качестве основного средства хранения информации недопустимо. Их используют только для транспортировки информа­ции или в качестве дополнительного (резервного) средства хранения.

В) Магнитооптические диски являются другим направлением развития систем хранения информации. Запись на магнитооптические диски (МО-диски) выполняется при взаимодействии лазера и магнитной головки. Луч лазера разогревает до точки Кюри (температуры потери материалом магнитных свойств) микроскопическую область записывающего слоя, которая при выходе из зоны действия лазера остывает, фиксируя магнитное поле, наведенное магнитной головкой. В результате данные, записанные на диск, не боятся сильных магнитных полей и колебаний температуры.

МО-диски уступают обычным жестким магнитным дискам лишь по времени доступа к данным. Предельное достигнутое МО-дисками время доступа составляет 19 мс. Информационная емкость – размер 5,25" – 5,2 Гбайта и 3,5" 640 Мбайт, 1,3 Гбайта.

Г) Дисковод компакт-дисков CD-ROM.

В период 1994-1995 годах в базовую конфигурацию персональных компьютеров перестали включать дисководы гибких дисков диаметром 5,25 дюйма, но вместо них стандартной стала считаться установка дисковода CD-ROM, имеющего такие же внешние размеры.

Аббревиатура CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory) перево­дится на русский язык как посто­янное запоминающее устройство на основе компакт-диска. Прин­цип действия этого устройства состоит в считывании числовых данных с помощью лазерного луча, отражающегося от поверх­ности диска (рис. 3.3). Цифровая запись на компакт-диске отлича­ется от записи на магнитных дис­ках очень высокой плотностью, и стандартный компакт-диск может хранить примерно 650 Мбайт данных.

Большие объемы данных харак­терны для мультимедийной информации (графика, музыка, видео), поэтому дисководы CD-ROM относят: к аппаратным сред­ствам мультимедиа. Программные продукты, распространяемые на лазерных дисках, называют мультимедийными изданиями. Сегодня мультимедийные издания завоевывают все более прочное место среди других традиционных видов изданий. Так, например, существуют книги, аль­бомы, энциклопедии и даже периодические издания (электронные журналы), выпус­каемые на CD-ROM.

Основным недостатком стандартных дисководов CD-ДОМ является невозможность записи данных, но параллельно с ними существуют и устройства однократной записи CD-R (Compact Disk Recorder), и устройства многократной записи CD-RW.

Основным параметром дисководов CD-ROM является скорость чтения данных. Она измеряется в кратных долях. За единицу измерения принята скорость чтения в первых серийных образцах, составлявшая 150 Кбайт/с. Таким образом, дисковод с уд­военной скоростью чтения обеспечивает производительность 300 Кбайт/с, с учетве­ренной скоростью — 600 Кбайт/с и т. д. В настоящее время наибольшее распрост­ранение имеют устройства чтения CD-ROM с производительностью 32х-48х. Современные образцы устройств однократной записи имеют производительность 4х-8х, а устройств многократной записи — до 4х

Накопители на компакт–дисках (CD-ROM). Информация, записанная на них в двоичном виде, считывается лазерным лучом накопителя. Диаметр компакт-диска – 4,72 дюйма, емкость – 650 Мб. Скорость чтения 600 Кбайт/с. Производительность 32х, 48х, 52х.

Существуют компакт-диски с однократной записью (CD-R) и многократной (СВ-RW).

3. Контроллеры ввода/вывода

Для организации работы по обмену информацией с внешним миром, существуют специальные контроллеры ввода-вывода. Обмен информации между компьютером и периферийными устройствами осуществляется в 2 этапа:

1) когда информация передается от персонального компьютера к периферийным устройствам;

2) прием информации от периферийного устройства.

Вначале ПК запрашивает через соответствующий порт подключенное периферийное устройство о том, готово ли оно к приему данных. Затем делит информацию на фрагменты, форматирует ее и переносит в порт обмена, постоянно контролируя переполнение приемного буфера периферийного устройства. При возникновении ошибки, процесс обмена прекращается и выдается соответствующее сообщение.

Соответсвенно способам передачи, порты ввода-вывода делятся на последовательные и параллельные. Последовательные порты именуются COM, называются Serial Port и могут быть COM1 – COM3 (9 или 25 штырьков). Используются для подключения мыши, модема (периферийных устройств). Параллельные порты называются Centronix, имеют название LPT1-LPT4 (гнезда). Служат для подключения принтера.

Блок питания

Служит для преобразования электропитания в сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на электронные схемы. Блок питания снабжен вентилятором и переключателем входного напряжения. Из блока питания выходят кабели, которые подключаются ко всем устройствам ПК. Мощность источника питания должна (с запасом) обеспечиватьпотребности всех устройств ПК. Поскольку при работе ПК возможны перебои в подаче напряжения, резкие скачки напряжения, помехи, что может привести к потере информации и даже к повреждению электронных компонентов, возможно использование таких устройств, как UPS– источник бесперебойного питания, который представляет собой устройство, снабженное аккумуляторными батареями. При падении напряжения в сети, питание переключается на UPS, что позволяет поддерживать работоспособность ПК в течение некоторого времени, которое зависит от мощности аккумулятора.

II. Монитор

Совместно с монитором видеокарта образует видеоподсистему персонального компью­тера. Видеокарта не всегда была компонентом ПК. На заре развития персональной вычислительной техники в общей области оперативной памяти существовала неболь­шая выделенная экранная область памяти, в которую процессор заносил данные об изображении. Специальный контроллер экрана считывал данные об яркости отдельных точек экрана из ячеек памяти этой области и в соответствии с ними управлял разверткой горизонтального луча электронной пушки монитора.

С переходом от черно-белых мониторов к цветным и с увеличением разрешения жрана (количества точек по вертикали и горизонтали) области видеопамяти стало недостаточно для хранения графических данных, а процессор перестал справляться с построением и обновлением изображения. Тогда и произошло выделение всех операций, связанных с управлением экраном, в отдельный блок, получивший назва­ние видеоадаптер. Физически видеоадаптер выполнен в виде отдельной дочерней платы, которая вставляется в один из слотов материнской платы и называется видео­картой. Видеоадаптер взял на себя функции видеоконтроллера, видеопроцессора и видеопамяти.

Монитор (дисплей) - устройство вывода на экран текстовой или графической информации. Мониторы бывают монохромные (2^х цветные) и цветные. Мониторы могут работать в 2^х режимах: текстовом и графическом.

Характеристики монитора:

- ширина полосы пропускания видеосигнала – определяет скорость, с которой монитор принимает управляющий сигнал от платы видеоконтроллера. Чем больше широкополосность, тем лучшая четкость и резкость;

- частота развертки - определяет как часто в единицу времени электронный пучок обегает поверхность экрана (100 Гц);

- разрешающая способность - количество точек по горизонтали и вертикали;

- размер экрана по диагонали в дюймах (12 - 21);

- размер зерна или пикселя (размер точки).

В текстовом режиме экран монитора условно разбивается на знакоместа - это пересечение горизонталей и вертикалей (25 строк по 80 символов). Все символы, которые вводятся в текстовом режиме, соответствуют стандарту ASCII (американский стандартный код для обмена информацией), т.е. каждый символ имеет свой код. Все коды запрограммированы в ПЗУ. Любой из символов описывается с помощью двух байтов: информационный байт (указывает код ASCII данного символа, по которому видеоконтроллер отыскивает его в ПЗУ) и атрибутивный байт (определяет цвет текста, фон и т.д.).

В графическом режиме монитор делится на точки, имеющие определенный цвет. Количество точек по горизонтали и вертикали называется разрешающей способностью монитора, причем она не зависит от размеров экрана.

Управление монитором осуществляет специальный видеоконтроллер - адаптер монитора, который имеет свою видеопамять. Сначала процессор записывает изображение в видеопамять, а затем видеоадаптер выводит ее на экран. В графическом режиме в видеопамяти записывается цвет каждой точки.

Существуют стандартные видеоконтроллеры:

MDA - монохромный дисплейный адаптер (его разрешающая способность - 720*348 точек. Используется только для текстового режима);

СGA - цветной графический адаптер (640*200 - в текстовом режиме, 320*200 - в графическом), 4 цвета;

MGA - монохромный графический адаптер (720*348);

EGA - улучшенный графический адаптер (640*350, 640*480) 16 цветов;

VGA - видеографический адаптер (640*480, 800*600, 1024*768) 256 цветов.

SVGA – 16,7 млн. цветов

В настоящее время выпускаются специальные видеоконтроллеры для специальных работ:

1. Artist - 19 дюймов, цветной, 1024*1024. Используется для работ в системах автоматизированного проектирования;

2. Viking - 19 дюймов, монохромный, 1024*768. Используется для работ в редакционно-издательских отделах;

семейство мониторов Multi Scan - 14 - 21 дюймов, самые широко профильные (для работы с Futocad, Windows, Paintbrush).