Любые электронные вычислительные машины включают в себя накопители памяти. Без них оператор не смог бы сохранить результат своей работы или скопировать на другой носитель.

Перфокарты

На заре появления для применяли перфокарты - обычные картонные карточки с нанесенной цифровой разметкой.

На одной перфокарте помещалось 80 столбцов, в каждом столбце можно было сохранить 1 бит информации. Отверстия в этих столбцах соответствовали единице. Считывание данных происходило последовательно. Повторно что-либо записать на перфокарту было невозможно, поэтому их требовалось огромное количество. Для хранения массива данных объемом 1 ГБ потребовалось бы 22 тонны бумаги.

Похожий принцип использовался и в перфолентах. Они наматывались на бобину, занимали меньше места, но часто рвались и не позволяли добавлять и редактировать данные.

Дискеты

Появление дискет стало настоящим прорывом в информационных технологиях. Компактные, емкие, они позволяли хранить от 300 Кб на самых ранних образцах до 1,44 Мб на последних версиях. Чтение и запись осуществлялись на магнитный диск, заключеный в пластиковый футляр.

Главным недостатком дискет была недолговечность хранимой на них информации. Они были уязвимы от действия и могли размагнититься даже в общественном транспорте - троллейбусе или трамвае, поэтому для долговременного хранения данных их старались не использовать. Считывание дискет происходило в дисководах. Вначале были 5-дюймовые дискеты, потом их заменили более удобные 3-дюймовые.

Главным конкурентом дискет стали флеш-накопители. Их единственным недостатком была цена, но по мере развития микроэлектроники стоимость флэшек сильно упала и дискеты ушли в историю. Окончательно их выпуск прекратился в 2011 году.

Стримеры

Для хранения архивных данных раньше применялись стримеры. Они были похожи на видеокассеты внешне и по принципу действия. Магнитная лента и две бобины позволяли последовательно считывать и записывать информацию. Емкость этих устройств составляла до 100 Мб. Массового распространения такие накопители не получили. Рядовые пользователи предпочитали хранить свои данные на жестких дисках, а музыку, фильмы, программы было удобнее держать на CD-, а позднее DVD-дисках.

CD и DVD

Эти накопители информации используются до сих пор. На пластмассовую подложку наносится активный, отражающий и защитный слой. Информация с диска считывается лучом лазера. Стандартный диск имеет объем 700 МБ. Этого хватает например на запись 2-часового фильма в среднем качестве. Существуют также двусторонние диски, когда активный слой напыляется на обе стороны диска. Для сохранения небольшого объема информации используются мини-CD. Драйвера, инструкции к компьютерным изделиям теперь пишутся именно на них.

DVD-диски пришли на смену CD в 1996 году. Они позволяли хранить информацию уже объемом 4,7 Гб. Достоинство их также было в том, что DVD-привод мог считывать как CD-, так и DVD-диски. На данный момент это самый массовый накопитель памяти.

Флеш-накопители

Рассмотренные выше накопители CD и DVD обладают целым рядом преимуществ - дешевизна, надежность, возможность хранить большие массивы информации, но они предназначены для однократной записи. На записанный диск нельзя внести изменения, добавить или удалить лишнее. И тут на помощь нам приходит принципиально другой накопитель - флеш-память.

Некоторое время он конкурировал с дискетами, но быстро победил в этой гонке. Главным сдерживающим фактором оставалась цена, но теперь ее удалось снизить до приемлемого уровня. Современные компьютеры уже не комплектуются дисководами, поэтому флешка стала незаменимым спутником для всех имеющих дело с компьютерной техникой. Максимальный объем информации, умещающийся на флешку, достигает 1 Tb.

Карты памяти

Телефоны, фотоаппараты, электронные книги, фоторамки и много чего еще требуют для работы накопители памяти. Из-за своих относительно больших размеров для этой цели не годятся USB-накопители. Карты памяти специально созданы для таких случаев. По сути, это та же флешка, но адаптированная под малогабаритные изделия. Большую часть времени карта памяти находится в электронном устройстве и вынимается только для переноса накопившихся данных на постоянный носитель.

Существует множество стандартов карт памяти, самые миниатюрные из них имеют размер 14 на 12 мм. На современных компьютерах вместо дисковода обычно ставится картридер, который позволяет считывать большинство типов карт памяти.

Жесткие диски (HDD)

Накопители памяти для компьютера представляют собой Внутри него находятся металлические пластины, с двух сторон покрытые магнитным составом. Двигатель вращает их со скоростью 5400 для старых моделей или 7200 об/мин - для современных устройств. Магнитная головка движется от центра диска к его краю и позволяет считывать и записывать информацию. Объем винчестера зависит от количества дисков в нем. Современные модели позволяют хранить до 8 Tb информации.

Недостатков у этого вида накопителей памяти практически нет - это очень надежные и долговечные изделия. Стоимость единицы памяти в жестких дисках самая дешевая среди всех типов накопителей.

Твердотельные накопители (SSD)

Как бы ни были хороши жесткие диски, но они уже почти достигли своего потолка. Быстродействие их зависит от скорости вращения дисков, а дальнейшее ее увеличение приводит к физической деформации. Флеш-технология, которая применяется при изготовлении твердотельных накопителей памяти, лишена этих недостатков. Они не содержат движущиеся части, поэтому не подвержены физическому износу, не боятся ударных воздействий и не шумят.

Но пока есть и серьезные недостатки. В первую очередь - цена. Стоимость твердотельного диска в 5 раз выше жесткого диска аналогичного объема. Другой существенный недостаток - небольшой срок эксплуатации. Твердотельные накопители обычно выбирают для установки операционной системы, а для хранения данных используется жесткий диск. Стоимость твердотельных дисков неуклонно снижается, есть подвижки и в увеличении их ресурса. В недалеком будущем они должны вытеснить традиционные винчестеры, как в свое время флешки вытеснили дискеты.

Внешние накопители

Внутренний накопитель и внутренняя память всем хороши, но часто требуется перенести информацию с одного компьютера на другой. Еще в 1995 году был разработан интерфейс USB, позволяющий подключать к ПК самые разнообразные устройства, не стали исключением и накопители памяти. Вначале это были флеш-накопители, позднее появились DVD-проигрыватели c USB-разъемом и, наконец, диски HDD и SSD.

Привлекательность USB-интерфейса в его простоте - достаточно воткнуть флешку или другой накопитель и можно работать, не требуется ни установки драйвера, ни других дополнительных действий. Развитие интерфейса и появление вначале USB 2.0, а затем и USB 3.0 резко повысило скорость обмена данными по этому каналу. Быстродействие теперь мало отличается от внутреннего, а их размеры не могут не радовать. Внешний накопитель памяти легко помещается на ладони, при этом он позволяет хранить сотни гигабайт информации.

Внутренняя и внешняя память

Память ЭВМ содержит обрабатываемые данные и выполняемые программы, поступающие через устройства ввода-вывода. Память делится на 2 части – внутреннюю и внешнюю.

Внутренняя память – это запоминающее устройство, напрямую связанное с процессором и предназначенное для хранения выполняемых программ и данных, участвующих в вычислениях. Обращение к внутренней памяти ЭВМ осуществляется с высоким быстродействием, но она имеет ограниченный объем, определяемый адресацией машины. Внутренняя память делится на оперативную и постоянную.

Внешняя память – предназначена для размещения больших объемов информации и обмена ею с оперативной памятью. Для внешней памяти используют энергонезависимые носители. Емкость внешней памяти практически не имеет ограничений, а для обращения к ней требуется больше времени, чем к внутренней.

Основной характеристикой модулей оперативной (внутренней ) памяти является малое время доступа к информации (считывания/записи данных).

Основной функцией внешней памяти ПК является способность долговременно хранить большой объем информации (на накопителях или дисководах).

Физические свойства :

Внутренняя память

– электронная (полупроводниковая) память, устанавливаемая на системной материнской плате или на платах расширения. Это память, построенная на электронных элементах (микросхемах), которая хранит информацию только при наличии электропитания (т.е. энергозависима);

– быстрая память (чтение и запись происходят быстро);

– небольшая по объему (по сравнению с внешней памятью).

Внешняя память

– память, реализованная в виде устройств с различными типами хранения информации и обычно с подвижными носителями;

– энергонезависима;

– медленная (по сравнению с оперативной);

– объем гораздо больше.

Информационная структура внутренней памяти – биты-байты. Во внешней памяти все программы и данные хранятся в виде файлов.

Виды внутренней памяти:

По способам хранения информации внутренняя память делится на несколько видов:

1. ОЗУ (Оперативная память) – см. ниже.

2. ПЗУ (BIOS) – см. ниже.

3. ППЗУ (Flash) – перепрограммируемое запоминающее устройство, способное длительно хранить информацию. Конструкция как у ПЗУ, только можно перепрограммировать. Применяется в CMOS, сотовых телефонах, пейджерах и т.п. Эта память энергонезависима.

1. Оперативная память (ОЗУ, RAM)

Этот уровень памяти подобен кратковременной памяти человека. В оперативке на стадии выполнения могут одновременно находится несколько программ. Кроме того, в оперативке могут находиться как обрабатываемые, так и уже обработанные программой данные. По объему оперативная память составляет большую часть внутренней памяти. Объем установленной в компьютере оперативки определяет, с каким программным обеспечением можно на нем работать. При недостаточном объеме оперативки многие программы либо не будут работать совсем, либо будут работать очень медленно.

Оперативная память – это последовательность специальных электронных ячеек, каждая из которых может хранить конкретную комбинацию из нулей и единиц – один байт. Эти ячейки нумеруются порядковыми номерами, начиная с нуля. Номер ячейки называется адресом того байта, который записан в ней в данный момент. Адрес физической ячейки – всегда один и тот же, а содержимое может меняться от 0 до 255 (в десятичном представлении). Содержимое каждого байта памяти может обрабатываться независимым от остальных байтов образом. Указав адрес байта, можно прочитать код, который в нем записан или записать в этот байт другой код. Поэтому оперативку называют еще памятью с прямым или произвольным доступом и обозначают RAM (ОЗУ – оперативное запоминающее устройство). Максимально возможный объем оперативки, который называется адресным пространством, и объем памяти, фактически присутствующий в ЭВМ являются важнейшими характеристиками компьютера в целом. Стандартным для современных компьютеров общего назначения считается объем оперативки 32 – 64 Мб, а во многих случаях рекомендуется 128 – 256 Мб. Последние на сегодняшний день модели компьютеров имеют теоретический предел оперативки 64 Гб.

Особенностью ОЗУ является способность хранить информацию только во время работы машины. Когда вы включаете компьютер, в оперативную память заносятся цепочки байтов, в которых хранится ОС. Далее, туда заносятся различные прикладные программы и данные. Содержимое многих ячеек памяти постоянно изменяется в процессе работы программ. Оперативная память – это черновик, где временно записываются программы, данные и результаты обработки. После загрузки новой программы, прежнее содержимое ОЗУ замещается новым, а после выключения компьютера пропадает вовсе, т.е. оперативная память энергозависима . Особенностью оперативки также является высокая стоимость.

Физически оперативная память выполняется в виде плат, на которых размещаются микросхемы. Плата – прямоугольная пластина стандартных размеров из специального материала, на которой размещаются разъемы для крепления микросхем, а также выполняется монтаж электронных схем питания микросхем и их подсоединения к остальным компонентам компьютера. При наращивании, расширении оперативки приходится учитывать тип уже установленных модулей.

Разновидности ОЗУ:

Современные полупроводниковые микросхемы ОЗУ бывают двух видов: статические и динамические .

Базовым элементом статической памяти служит триггер . Одно из его устойчивых состояний принято за логический 0, другое – за 1. При отсутствии внешних воздействий эти состояния могут храниться сколь угодно долго.

Динамические элементы памяти этим свойством не обладают. Они представляют собой конденсатор, который в заряженном состоянии соответствует 1, в разряженном – 0. Существенным недостатком является наличие постепенного самопроизвольного разряда, что ведет к потере информации. Чтобы этого не происходило, конденсатор надо периодически подзаряжать. Этот процесс называется регенерацией ОЗУ .

Статическая память гораздо проще в эксплуатации, т.к. не требует регенерации и приближается по скорости к быстродействию процессора. Зато статическая память имеет меньший информационный объем, большую стоимость и сильнее нагревается при работе.

Никакой из этих видов ОЗУ не является идеальным.

Управление оперативной памятью. Память состоит из отдельных элементов, каждый из которых предназначен, для хранения минимальной единицы информации – одного байта. Каждому элементу соответствует уникальный числовой адрес. Первому элементу присвоен адрес 0, второму – 1 и т.д, включая последний элемент, адрес которого определяется общим количеством элементов памяти минус единица. Обычно адрес задается шестнадцатеричным.

Сегменты. Процессор компьютера делит память на блоки, называемые сегментами. Каждый сегмент занимает 64 Кбайт и каждому сегменту соответствует уникальный числовой адрес. Процессор имеет четыре регистра сегмента.

Регистр – это участок сверхоперативной памяти процессора, предназначенной для хранения информации. Процессор использует регистры при выполнении расчетов и сохранении промежуточных результатов. После завершения действий результат должен быть переписан из регистра в ячейки ОЗУ. Регистры сегмента предназначены для хранения адресов отдельных сегментов. Они называются CS (сегмент кода), DS (сегмент данных), SS (сегмент стека) и ES (запасной сегмент). Кроме указанных, процессор имеет еще 9 регистров, а именно – регистры IP (указатель команды) и SP (указатель стека).

Доступ к памяти. Доступ к ячейкам памяти осуществляется посредством соединения содержимого регистра сегмента с содержи­мым того или другого регистра. Таким образом определяется адрес требуемого участка памяти.

2. Постоянная память (ПЗУ, ROM)

Отличается тем, что запись информации в ПЗУ осуществляется только 1 раз на заводе-изготовителе. И в дальнейшем из этой памяти возможно только чтение. Эта память энергонезависима, т.е. при выключении компьютера содержимое памяти не исчезает. Используется для хранения наиболее важных и часто используемых служебных программ, присутствие которых постоянно нужно компьютеру. Обычно это компоненты ОС (программа первоначальной загрузки), программы контроля оборудования.

Базовая система ввода-вывода (Base Input Output System), находящаяся в постоянной памяти (ПЗУ) компьютера содержит программы для проверки оборудования ПК, программы для считывания и передачи управления операционной системе и программы для выполнения базовых (низкоуровневых) операций ввода-вывода с монитором, клавиатурой, дисками и принтером. BIOS играет роль своеобразного толкователя приказов программ для аппаратуры. Программы пользователя и ОС выдают такие приказы, а BIOS доводит их до сведения аппаратуры в виде, понятном ей.

Другие виды внутренней памяти:

4. Кэш-память

Для ускорения доступа к оперативной памяти на быстродействующих компьютерах используется специальная сверхоперативная кэш-память, которая располагается между процессором и оперативкой и хранит копии наиболее часто используемых участков оперативки. При обращении процессора к памяти сначала производится поиск нужных данных в кэш-памяти, поскольку время доступа к кэш-памяти в несколько раз меньше, чем к оперативке. Объем кэш-памяти 128-512 Кб. По структуре и принципу работы не отличается от оперативки, но скорость передачи данных значительно выше. Стоит дороже оперативки. В современных машинах предусматривается несколько уровней кэш-памяти. Кэш-память – это статическая память, которая служит для ускорения доступа к медленной динамической памяти.

5. CMOS-RAM – участок памяти для хранения параметров конфигурации компьютера. Называется так в связи с тем, что эта память выполняется по технологии CMOS, обладающей низким энергопотреблением. Содержимое CMOS-памяти не изменяется при выключении электропитания компьютера. Для изменения параметров конфигурации компьютера в BIOS содержится программа настройки конфигурации компьютера (SETUP). Она позволяет установить некоторые характеристики устройств компьютера, пароль и т.п. Программа настройки вызывается, если при начальной загрузке компьютера нажать Del.

6. Видеопамять – память, используемая для хранения изображения, выводимого на экран монитора. Эта память обычно входит в состав видеоконтроллера – электронной схемы, управляющей выводом изображения на экран монитора.

Карта памяти DOS:

Conventional – базовая (стандартная) память; от 0 до 640Кб, т.е. полностью находится в пределах адресуемой памяти. Для использования базовой памяти не нужны дополнительные драйверы. Эта память относится к области пользователя, в ней расположены сама MS-DOS и прикладные программы пользователя. UMB – блоки верхней памяти; часть оперативной памяти, находящаяся между 640Кб и 1Мб (системная область). Эта часть памяти используется видеоадаптером, графикой EGA и BIOS; для прикладных программ MS-DOS она недоступна. При указании общего объема ПК область верхней памяти не учитывается. Специальное программное обеспечение позволяет использовать свободные участки верхней памяти для загрузки резидентных программ и установочных драйверов устройств.

Расширенная память – вся память выше 1024 Кб (1Мб). Она делится на две области: HMA (область высокой памяти, объем равен 64Кб) и дополнительная память XMS. XMS память используют только некоторые утилиты MS-DOS, такие как smartdrive и ramdrive. Для работы с этой памятью нужен специальный драйвер himem.sys.

Отображаемая память (EMS) – память, адресуемая микропроцессорами по спецификации EMS. Для инициализации отображаемой памяти нужен специальный драйвер. До его загрузки ПК не "узнает" об установленной плате расширенной памяти. Драйвер EMS отводит определенную часть верхней памяти для того, чтобы поочередно отображать в нее требуемые участки расширенной памяти. Каждый участок расширенной памяти, отображаемый в данный момент, называется страницей, а "окно" в области UMB, через которое микропроцессор просматривает содержимое страниц расширенной памяти – страничным блоком.

Расширяемая память является результатом появления в среде MS-DOS устойчивых традиций использования страничной памяти. При этом подходе большой раздел памяти, который лежит вне адресного пространства процессора, "отображается" малыми областями на многие маленькие разделы памяти, лежащие внутри адресного пространства процессора. В то время как процессор не может адресовать большой раздел памяти непосредственно, он может выбрать или дойти до любой конкретной части, подобно выбору страницы в книге.

В спецификации расширяемой памяти MS-DOS или EMS большая физическая память отображается в 16-килобайтные разделы памяти MS-DOS, называемые страницами. Соответствующее 16-килобайтное адресное пространство в памяти MS-DOS называется страничным блоком. Количество поддерживаемых страничных блоков и размещение их внутри системы MS-DOS изменяется в зависимости от типа платы используемой расширяемой памяти, и существующей конфигурации системы.

Himem.sys

Обеспечивает стандарт XMS для доступа к верхней памяти. Для того, чтобы установить этот драйвер достаточно команды в config.sys: device = c:\путь\himem.sys. DOS = HIGH устанавливают вместе с himem.sys для загрузки ядра MS-DOS в область высокой памяти.

Emm386.exe

Драйвер – диспетчер отображаемой памяти. Он выполняет две основные функции: 1) использует память XMS поставляемую himem.sys для работы отображаемой памяти. 2) обеспечивает программам DOS доступ к страшим адресам памяти UMB.

Для того чтобы загрузить драйвер emm386 достаточно поместить в config.sys 2 команды:

device = c:\путь\himem.sys и device = c:\путь\emm386.exe ram.

Без первой команды вторая работать не будет. Параметр RAM указывает сегментные адреса блоков UMB. Если RAM без адресов, то emm самостоятельно определит адреса для UMB и страничный блок EMS.

Внешняя память

Внешняя память – место длительного хранения данных, не используемых в данный момент в оперативке. Этот уровень памяти похож на вспомогательные средства, используемые человеком для долговременного хранения важных сведений (записные книжки, справочники, фотоальбомы, звуко- и видеозаписи). Эти носители информации считаются внешними по отношению к внутренней памяти человека.

Внешней памятью называется группа устройств, которые предназначены для долговременного хранения больших массивов информации – программ и данных. Во внешней памяти данные могут храниться годами, пока не потребуются.

Программа, находящаяся во внешней памяти, не может в ней выполняться , а данные не могут быть обработаны. В этом и состоит главное отличие внешней памяти от оперативки. Во внешней памяти программы и данные хранятся в «нерабочем состоянии», в оперативной – программы и данные хранятся только во время выполнения. Для того, чтобы выполнить программу с внешней памяти, ее сначала нужно найти на внешнем устройстве и перенести в оперативную память, где она сможет выполниться.

Перенос программы из внешней памяти в оперативную называется загрузкой программы , а инициирование (начало) ее выполнения называют запуском программы .

Важной особенностью внешней памяти является ее энергонезависимость. Кроме того, внешняя память гораздо меньше стоит и имеет значительно больший объем по сравнению с оперативной. Зато скорость передачи данных с внешними запоминающими устройствами значительно меньше.

Необходимость во внешних устройствах хранения данных возникает в двух случаях:

Когда на вычислительной машине обрабатывается больше данных, чем можно разместить на базовом жестком диске;

Когда данные имеют повышенную ценность и нужно выполнять регулярное резервное копирование на внешнее устройство.

Для работы с внешней памятью необходимо наличие накопителя (устройства обеспечивающего считывание и запись информации) и носителя (устройства хранения информации).

Внешние запоминающие устройства по принципам функционирования разделяются на устройства прямого доступа (накопители на магнитных и оптических дисках) и устройства последовательного доступа (накопители на магнитных лентах).

В настоящее время в качестве внешней памяти в основном используются гибкие магнитные, жесткие магнитные, оптические и магнитооптические диски . Использование магнитных лент стремительно устаревает.

Основные накопители и носители:

Внешняя память

Внешняя память - это память, реализованная в виде внешних (относительно материнской платы) запоминающих устройств (ВЗУ) с разными принципами хранения информации.

ВЗУ предназначены для долговременного хранения информации любого вида и характеризуются большим объемом памяти и низким по сравнению с ОЗУ быстродействием.

Под внешней памятью компьютера подразумевают обычно как устройства для чтения / записи информации - накопители , так и устройства, где непосредственно хранится информация - носители информации.

Как правило, для каждого носителя информации существует свой накопитель. А такое устройство как винчестер, совмещает в себе и носитель, и накопитель.

Носителями информации во внешней памяти современных компьютеров являются магнитные и оптические диски, магнитные ленты и некоторые другие.

Основными типами устройств внешней (долговременной) памяти по способу записи являются:

В персональных компьютерах к устройствам внешней памяти относятся:

• Накопители на гибких магнитных дисках, предназначенные для чтения / записи информации на гибкие диски (дискеты);
• Накопители на жестких магнитных дисках, или винчестеры;
• дисководы для работы с лазерными (оптическими) дисками;
• стримеры, предназначенные для чтения / записи информации на магнитные ленты;
• Магнито-оптические дисководы для работы с магнито-оптическими дисками;
• Устройства энергонезависимой памяти (флэш-память).

По типу доступа к информации устройства внешней памяти делятся на два класса:

• Устройства прямого (произвольного) доступа .
  В устройствах прямого (произвольного) доступа время обращения к информации не зависит от места ее расположения на носителе. Например, чтобы прослушать песню, записанную на грампластинке, достаточно установить звукосниматель проигрывателя в место на пластинке, где записана песня.
• Устройства последовательного доступа .
  В устройствах последовательного доступа такая зависимость существует. Например, время доступа к песне на аудиокассете зависит от местоположения записи. Для ее прослушивания необходимо предварительно перемотать кассету до того места, где записана песня.

• Емкость (объем) - максимальное количество информации (объем данных), который можно записать на носитель.
• Быстродействие определяется временем доступа к нужной информации, временем ее считывания/записи и скоростью передачи данных.

Емкость внешней памяти в сотни и тысячи раз превышает емкость оперативной памяти или вообще неограниченная, когда речь идет о накопителях со сменными носителями.
Но обращение к внешней памяти требует гораздо большего времени, так как быстродействие внешней памяти существенно меньше, чем оперативной.

ПлохоОтлично

Персональный компьютер: внешняя память

Внешняя память - это память, реализованная в виде внешних, относительно материнской платы, устройств с разными принципами хранения информации и типами носителя, предназначенных для долговременного хранения информации. В частности, в внешней памяти хранится все программное обеспечение компьютера. Устройства внешней памяти могут размещаться как в системном блоке компьютера, так и в отдельных корпусах. Физически, внешняя память реализована в виде накопителей. Накопители - это запоминающие устройства, предназначенные для продолжительного (что не зависит от электропитания) хранения больших объемов информации. Емкость накопителей в сотни раз превышает емкость оперативной памяти или вообще неограниченная, когда речь идет о накопителях со сменными носителями.

Накопитель можно рассматривать как совокупность носителя и соответствующего привода. Различают накопители с сменными и постоянными носителями. Привод - это объединение механизма чтения-записи с соответствующими электронными схемами управления. Его конструкция определяется принципом действия и видом носителя. Носитель - это физическая среда хранения информации, по внешнему виду может быть дисковым или ленточным. По принципу запоминания различают магнитные, оптические и магнитооптичческие носители. Ленточные носители могут быть лишь магнитными, в дисковых носителях используют магнитные, магнитооптические и оптические методы записи-считывания информации.

Самыми распространенными являются накопители на магнитных дисках, которые делятся на накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД) и накопители на гибких магнитных дисках (НГМД), и накопители на оптических дисках, такие как накопители CD-ROM, CD-R, CD-RW и DVD-ROM.

Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД)

НЖМД - это основное устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ. Другие названия: жесткий диск, винчестер, HDD (Hard Disk Drive). Внешне, винчестер представляет собой плоскую, герметически закрытую коробку, внутри которой находятся на общей оси находятся несколько жестких алюминиевых или стеклянных пластинок круглой формы. Поверхность любого из дисков покрыта тонким ферромагнитным слоем (вещество, которое реагирует на внешнее магнитное поле), собственно на нем хранятся записанные данные. При этом запись проводится на обе поверхности каждой пластины (кроме крайних) с помощью блока специальных магнитных головок. Каждая головка находится над рабочей поверхностью диска на расстоянии 0,5-0,13 мкм. Пакет дисков вращается непрерывно и с большой частотой (4500-10000 об/мин), поэтому механический контакт головок и дисков недопустим.

Запись данных в жестком диске осуществляется следующим образом. При изменении силы тока, проходящего через головку, происходит изменение напряженности динамического магнитного поля в щели между поверхностью и головкой, что приводит к изменению стационарного магнитного поля ферромагнитных частей покрытия диска. Операция считывания происходит в обратном порядке. Намагниченные частички ферромагнитного покрытия являются причиной электродвижущей силы самоиндукции магнитной головки. Электромагнитные сигналы, которые возникают при этом, усиливаются и передаются на обработку.

Работой винчестера руководит специальное аппаратно-логическое устройство - контроллер жесткого диска. В прошлом это была отдельная дочерняя плата, которую подсоединяли через слоты к материнской плате. В современных компьютерах функции контроллера жесткого диска выполняют специальные микросхемы, расположенные в чипсете.

В накопителе может быть до десяти дисков. Их поверхность разбивается на круги, которые называются дорожками (track). Каждая дорожка имеет свой номер. Дорожки с одинаковыми номерами, расположенные одна над другой на разных дисках образуют цилиндр. Дорожки на диске разбиты на секторы (нумерация начинается с единицы). Сектор занимает 571 байт: 512 отведено для записи нужной информации, остальные под заголовок (префикс), определяющий начало и номер секции и окончание (суффикс), где записана контрольная сумма, нужная для проверки целостности хранимых данных. Секторы и дорожки образуются во время форматирования диска. Форматирование выполняет пользователь с помощью специальных программ. На неформатированный диск не может быть записана никакая информация. Жесткий диск можно разбить на логические диски. Это удобно, поскольку наличие нескольких логических дисков упрощает структуризацию данных, хранящихся на жестком диске.

Существует огромное количество разных моделей жестких дисков многих фирм, таких как Seagate, Maxtor, Quantum, Fujitsu и т.д. Для обеспечения совместимости винчестеров, разработаны стандарты на их характеристики, определяющие номенклатуру соединительных проводников, их размещение в переходных разъемах, электрические параметры сигналов. Распространенными являются стандарты интерфейсов IDE (Integrated Drive Electronics) или ATA и более продуктивные EIDE (Enhanced IDE) и SCSI (Small Computer System Interface). Характеристики интерфейсов, с помощью которых винчестеры связаны с материнской платой, в значительной степени определяют производительность современных жестких дисков.

Среди других параметров, которые влияют на быстродействие HDD следует отметить следующие:

• скорость обращения дисков - в наше время выпускаются накопители EIDE с частотой обращения 4500-7200 об/мин, и накопители SCSI - 7500-10000 об/мин;
• емкость кэш-памяти - во всех современных дисковых накопителях устанавливается кэш-буфер, ускоряющий обмен данными; чем больше его емкость, тем выше вероятность того, что в кэш-памяти будет необходимая информация, которую не надо считывать с диска (этот процесс в тысячи раз медленней); емкость кэш-буфера в разных устройствах может изменяться в границах от 64 Кбайт до 2Мбайт;
• среднее время доступа - время (в миллисекундах), на протяжении которого блок головок смещается с одного цилиндра на другой. Зависит от конструкции привода головок и составляет приблизительно 10-13 миллисекунд;
• время задержки - это время от момента позиционирования блока головок на нужный цилиндр до позицирования конкретной головки на конкретный сектор, другими словами, это время поиска нужного сектора;
• скорость обмена - определяет объемы данных, которые могут быть переданы из накопителя к микропроцессору и в обратном направлении за определенные промежутки времени; максимальное значение этого параметра равно пропускной способности дискового интерфейса и зависит от того, какой режим используется: PIO или DMA; в режиме PIO обмен данными между диском и контроллером происходит при непосредственном участии центрального процессора, чем больше номер режима PIO, тем выше скорость обмена; работа в режиме DMA (Direct Memory Access) разрешает передавать данные непосредственно в оперативную память без участия процессора; скорость передачи данных в современных жестких дисках колеблется в диапазоне 30-60 Мбайт/с.

Накопители на гибких магнитных дисках (НГМД)

НГМД или дисковод вмонтирован в системный блок. Гибкие носители для НГМД выпускают в виде дискет (другое название флоппи-диск). Собственно, носитель - это плоский диск со специальной, достаточно плотной пленкой, покрытой ферромагнитным слоем и помещенной в защитный конверт с подвижной задвижкой в верхней части. Дискеты используются, в основном, для оперативного переноса небольших объемов информации с одного компьютера на другой. Данные, записанные на дискете можно защитить от стирания или перезаписи. Для этого нужно передвинуть маленькую защитную задвижку в нижней части дискеты таким образом, чтобы образовалось открытое окошко. Для того, чтобы разрешить запись, эту задвижку следует переместить назад и закрыть окошко.

Лицевая панель дисковода выведена на переднюю панель системного блока, на ней расположены карман, закрытый шторкой, куда вставляют дискету, кнопка для вынимания дискеты и лампочка-индикатор. Дискета вставляется в дисковод верхней задвижкой вперед, ее нужно вставить в карман накопителя и плавно продвинуть вперед до щелчка. Правильное направление вставления дискеты помечено стрелкой на пластиковом корпусе. Чтобы вынуть дискету из накопителя, нужно нажать на его кнопку. Световой индикатор на дисководе показывает, что устройство занято (если лампочка горит, вынимать дискету не рекомендуется). В отличие от жесткого диска, диск в НГМД приводится во вращение только при команде чтения или записи, в другое время он находится в покое. Головка чтения-записи во время работы механически контактирует с поверхностью дискеты, что приводит к быстрому изнашиванию дискет.

Как и в случае жесткого диска, поверхность гибкого диска разбивается на дорожки, которые в свою очередь разбиваются на секторы. Секторы и дорожки получаются во время форматирования дискеты. Сейчас дискеты поставляются отформатироваными.

Основными параметрами дискеты является технологический размер (в дюймах), плотность записи и полная емкость. По размерам различают 3,5-дюймовые дискеты и 5,25-дюймовые дискеты (сейчас уже не используются). Плотность записи может быть простой SD (Single Density), двойной DD (Double Density) и высокой HD (High Density). Стандартная емкость 3,5-дюймовой дискеты - 1,44 Мбайт, возможно использование дискет емкостью 720 Кбайт. В настоящее время стандартом являются дискеты размером 3,5 дюйма, высокой плотности HD, имеющие емкость 1,44 Мбайта.

Во время пользования дискетой следует придерживаться таких правил:

• не касаться рабочей поверхности дискеты;
• не выгибать дискету;
• не снимать металлическую задвижку, загрязненная дискета может повредить головки;
• сохранять дискеты подальше от источника магнитных полей;
• перед использованием проверить дискету на наличие вирусов с помощью антивирусной программы.

Накопители на оптических дисках

Накопитель CD-ROM

Начиная с 1995 года в базовую конфи-гурацию персонального компьютера вместо дисководов на 5,25 дюймов начали включать дисковод CD-ROM. Аббревиатура CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) переводится как постоянное запоминающее устройство на основе компакт-дисков. Принцип действия этого устройства состоит в считывании цифровых данных с помощью лазерного луча, который отражается от поверхности диска. В качестве носителя информации используется обычный компакт-диск CD. Цифровая запись на компакт-диск отличается от записи на магнитные диски высокой плотностью, поэтому стандартный CD имеет емкость порядка 650-700 Мбайт. Такие большие объемы характерны для мультимедийной информации (графика, музыка, видео), поэтому дисководы CD-ROM относятся к аппаратным средствам мультимедиа. Кроме мультимедийних изданий (электронные книги, энциклопедии, музыкальные альбомы, видеофильмы, компьютерные игры) на компакт-дисках распространяется разнообразное системное и прикладное программное обеспечения больших объемов (операционные системи, офисные пакеты, системы программирования и т.д.)

Компакт-диски изготовляют из прозрачного пластика диаметром 120 мм. и толщиной 1,2 мм. На пластиковую поверхность напыляется слой алюминия или золота. В условиях массового производства запись информации на диск происходит путем выдавливания на поверхности дорожки, в виде ряда углублений. Такой подход обеспечивает двоичную запись информации. Углубление (pit - пит), поверхность (land - лэнд). Логический нуль может быть представлен как питом, так и лэндом. Логическая единица кодируется переходом между питом и лэндом. От центра к краю компакт-диска нанесена единственная дорожка в виде спирали шириной 4 микрона с шагом 1,4 микрона. Поверхность диска разбита на три области. Начальная (Lead-In) расположена в центре диска и считывается первой. В ней записано содержимое диска, таблица адресов всех записей, метка диска и другая служебная информация. Средняя область содержит основную информацию и занимает большую часть диска. Конечная область (Lead-Out) содержит метку конца диска.

Для штамповки существует специальная матрица-прототип (мастер-диск) будущего диска, которая выдавливает дорожки на поверхности. После штамповки, на поверхность диска наносят защитную пленку из прозрачного лака.

Накопитель CD-ROM содержит:

• электродвигатель, который вращает диск;
• оптическую систему, состоящую из лазерного излучателя, оптических линз и датчиков и предназначенную для считывания информации с поверхности диска;
• микропроцессор, который руководит механикой привода, оптической системой и декодирует прочитанную информацию в двоичный код.
• Компакт-диск раскручивается электродвигателем. На поверхность диска с помощью привода оптической системы фокусируется луч из лазерного излучателя. Луч отражается от поверхности диска и сквозь призму подается на датчик. Световой поток превращается в электрический сигнал, который поступает в микропроцессор, где он анализируется и превращается в двоичный код.

Основные характеристики CD-ROM:

• скорость передачи данных - измеряется в кратных долях скорости проигрывателя аудио компакт-дисков (150 Кбайт/сек) и характеризует максимальную скорость с которой накопитель пересылает данные в оперативную память компьютера, например, 2-скоростной CD-ROM (2x CD-ROM) будет считывать данные с скоростью 300 Кбайт/сек., 50-скоростной (50x) - 7500 Кбайт/сек.;
• время доступа - время, нужное для поиска информации на диске, измеряется в миллисекундах.
• Основной недостаток стандартных CD-ROM - невозможность записывания данных, но существуют устройства однократной записи CD-R и многоразовой записи CD-RW.

Накопитель CD-R (CD-Recordable)

Внешне похожи на накопители CD-ROM и совместимые с ними по размерам дисков и форматам записи. Позволяют выполнить одноразовую запись и неограниченное количество считываний. Запись данных осуществляется с помощью специального программного обеспечения. Скорость записи современных накопителей CD-R составляет 4х-8х.

Накопитель CD-RW (CD-ReWritable)

Используются для многоразовой записи данных, причем можно как просто дописать новую информацию на свободное пространство, так и полностью перезаписать диск новой информацией (предудущие данные уничтожаются). Как и в случае с накопителями CD-R, для записи данных необходимо установить в системе специальные программы, причем формат записи совместимый с обычным CD-ROM. Скорость записи современных накопителей CD-RW составляет 2х-4х.

Накопитель DVD (Digital Video Disk)

Устройство для чтения цифровых видеозаписей. Внешне DVD-диск похож на обычный CD-ROM (диаметр - 120 мм, толщина 1,2 мм), однако отличается от него тем, что на одной стороне DVD-диска может быть записано до 4,7 Гбайт, а на двух - до 9,4 Гбайт. В случае использования двухслойной схемы записи на одной стороне можно разместить уже до 8,5 Гбайт информации, соответственно на двух сторонах - около 17 Гбайт. DVD-диски допускают перезапись информации.

Важнейшим фактором, сдерживающим широкое применение накопителей CD-R, CD-RW и DVD, является высокая стоимость как их самих, так и сменных носителей.

Контрольные вопросы

Что такое внешняя память? Какие разновидности внешней памяти вы знаете?

Что такое жесткий диск? Для чего он предназначен? Какую емкость имеют современные винчестеры?

Каким образом осуществляются операции чтения и записи в НЖМД?

В чем состоит операция форматирования магнитных дисков?

Какие есть типы стандартных дисковых интерфейсов?

Какие параметры влияют на быстродействие винчестера? Каким образом?

Что такое флоппи-диск? Что общее и различное между ним и жестким диском?

Каких правил следует придерживаться во время пользования дискетой?

Какие вы знаете разновидности накопителей на оптических дисках? Чем они различаются между собою?

Каким образом происходит считывание информации с компакт-дисков?

В чем измеряется скорость передачи данных в накопителях на оптических носителях?

Каждый день, работая с какими-либо программами или приложениями, делясь данными на флешках с коллегами, мы имеем дело с носителями информации, но мало кто знает, что у них есть еще и официальное, "научное" название, которое им присвоила информатика.

Определение

Внешняя память компьютера - это совокупность внешних, если говорить о материнской

плате, записывающих устройств (ВЗУ), имеющих различное строение и функционал. Эту категорию памяти можно разделить на два подтипа.

Накопители - это устройства внешней памяти компьютера, предназначенные для записи и чтения информации. Это различные дисководы, устройства чтения дискет и карт памяти, также сюда условно можно отнести интерфейс USB.

Носители - устройства внешней памяти компьютера, на которые записывается информация. Диски, флешки, внешние жесткие диски, карты памяти, дискеты. За всё время существования персональных компьютеров их было придумано очень много.

Классификация

Существует несколько классификаций внешней памяти компьютера. Например, виды внешней памяти компьютера по типу доступа:

• Устройства прямого доступа. На этих носителях информации получить доступ к данным можно в любой момент времени и в любом порядке. Вы можете выбрать и открыть любой файл на жестком диске.
• Накопители последовательного доступа. Уже морально устаревшие, эти носители информации постепенно отходят в прошлое. Ярким примером могут послужить магнитофонные кассеты. Вы могли прослушать любимую песню только после того, как перематывали ленту на нужное место.

В компьютерах же можно выделить следующие виды носителей информации.

1. Накопители на гибких магнитных дисках, они же, ушедшие в прошлое, дискеты.
2. Винчестеры - жесткие диски.
3. Энергонезависимая флеш-память.
4. Оптические диски и дисководы для их чтения.

Характеристики

Как и любой элемент персонального компьютера, внешняя память компьютера имеет свои технические характеристики. Давайте разберёмся в них.

1. Информационная ёмкость. Это не что иное, как количество данных, которое вы можете записать на носители информации. Старые дискеты могли вмещать в себя всего 1,34 мегабайта. Следующим шагом развития стали CD-диски, вмещающие в себя до 700 мегабайт. Ёмкость DVD-дисков составляет 4,2 гигабайта, а Blue-Ray, в зависимости от количества слоёв, до 500 Гб. Другой шаг в развитии внешних накопителей - это USB-концентраторы. Подключаемые к ним флешки и жесткие диски имеют объёмы памяти до 3-4 терабайт.
2. Время доступа. Оно определяет скорость получения информации и копирования. Как и в предыдущем подпункте, время доступа зависит от объёма носителя. Чем больше объём, тем выше реализованная скорость доступа.
3. Надёжность. Эта характеристика отвечает не только за качество внешнего устройства, но и за возможность получения с него информации посторонними. Например, вы можете запрограммировать флешку так, чтобы она открывалась исключительно на вашем персональном компьютере, однако сделать подобное с CD-диском у вас не получится.
4. Стоимость. Это совокупный параметр, определяющийся из 3-х предыдущих. Однако в большинстве случаев на его значение влияет имя бренда-производителя.

Аддоны

Если вы спросите плохо разбирающегося в компьютерах человека, существует ли внешняя оперативная память компьютера, то получите однозначный отрицательный ответ, да еще и кучу вопросов: "Зачем тебе это надо?" Однако если вам всё-таки позарез нужно увеличить объем оперативной памяти компьютера, то выход есть.

Компания Microsoft создала программную технологию Readyboost, позволяющую организовать из внешнего накопителя внешнюю память. Хотя это будет не совсем оперативная память, а файл подкачки, который обычно располагается на вашем жестком диске.

Эта программа способна использовать 256 Гб памяти для 64-разрядной Windows 7, 32 Гб для х86 и всего 4 Гб на остальных поддерживаемых операционных системах. Ко всему прочему, компания-производитель рекомендует использовать определённое соотношение такой памяти к оперативной - как 2,5 к 1.

При работе с малыми объёмами данных и небольшими фрагментами памяти утилита обеспечивает ускорение доступа до 10 раз, но, к сожалению, при обращении к большим объёмам информации увеличение быстродействия не наблюдается. При этом стоит заметить, что основная нагрузка на файл подкачки приходится на момент запуска программы, как раз когда процессор запускает множество небольших библиотек.

Выбираем память

Разберёмся, каким носителем информации лучше обзавестись и для каких целей подходят различные устройства. Поскольку внешняя память компьютера приспособлена в первую очередь для пользовательских данных, то и исходить в оценке будем из того, насколько удобны они в обращении для конечного потребителя.

Первым рассмотри компакт-диски. Если в настоящее время в большинстве компьютеров установлены дисководы, читающие DVD-формат, то для чтения Blue-Ray вам потребуется приобрести отдельное устройство. Да и необходимость наличия специальной программы для записи делает использование дисков некомфортным. С точки зрения рядового пользователя, компакт-диски удобны исключительно для того, чтобы, записав на них какое-либо видео, посмотреть его в хорошем разрешении на проигрывателе по телевизору. Но даже это преимущество стало уходить в прошлое из-за растущего количества видеокарт с HDMI-выходом для подключения всё того же телевизора. Пара вариантов, когда вам стоит использовать диски для записи информации: чтобы передать данные кому-нибудь ещё и забыть о них, либо если компьютер, в который необходимо внести данные, не имеет других устройств чтения информации.

Лучшим вариантом для хранения данных станет жесткий диск для больших объёмов или флешка для маленьких. Жесткий диск намного проще вывести из строя, даже малейшим физическим усилием, в то время как качественная флешка может прослужить вам, даже если вы уроните её в воду, но вовремя высушите.

Решение

Узнав, что такое внешняя память компьютера, носители информации больше не представляются вам дремучим лесом. Во всяком случае, решать, что именно использовать для хранения данных, вам. Вся необходимая информация была приведена в статье и должна помочь вам определиться с выбором. Как понимаете, внешняя память настолько разнообразна, что описать все её виды в одной статье не представляется возможным.