74496

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Иерархия памяти ПК Память ПК – это совокупность отдельных устройств которые запоминают хранят и выдают информацию. Отдельные устройства памяти называются запоминающими устройствами ЗУ. Общее название указанных процедур носит название обращение к памяти. Основные характеристики памяти – это емкость и быстродействие время обращение к памяти.

Русский

2014-12-31

80 KB

0 чел.

Компьютерные информационные технологии (КИТ)

Лекция 4

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ Ч2.

4.1 Внешние устройства ПК

Внешние устройства ПК обеспечивают взаимодействие машины с окружающей средой пользователями, объектами управления и другими ЭВМ. Внешние устройства весьма разнообразны и могут быть классифицированы по ряду признаков. В частности по назначению можно выделить следующие виды внешних устройств:

  •  внешние запоминающие устройства (ВЗУ) или внешняя память ПК;
  •  диалоговые средства пользователя;
  •  устройства ввода информации;
  •  устройства вывода информации;
  •  средства связи и телекоммуникации.

Некоторые внешние устройства (монитор, принтер, клавиатура, мышь) были кратко описаны в предыдущей лекции и являются типовыми внешними устройствами. Следует также отметить, что номенклатура внешних устройств все время меняется, и это связано с постоянными попытками упростить процесс общения человека с машиной.

Среди наиболее распространенных в настоящее время внешних устройств ПК отметим сканер, модем, плоттер и стример.

Сканеры предназначены для считывания с бумажных носителей и ввода в ПК машинописных текстов, графиков, рисунков, чертежей. Сканеры можно классифицировать по ряду признаков: по способу использования (ручные, планшетные, пакетной обработки); по скорости обработки (количество листов в минуту); методу сканирования (однопроходный, двухпроходный), по разрешающей способности (величина dpi- количество точек на дюйм) т.д. Сканеры, как правило, позволяют представлять информацию как в текстовом режиме с распознаванием символов, так и в графическом виде. Наиболее распространенными на рынке являются сканеры фирм XEROX, RICOH.

Модем служит для подключения ПК к глобальной компьютерной сети Интернет по телефонным линиям связи. Модемы преобразуют цифровой сигнал в аналоговый с помощью методов аналоговой модуляции. В зависимости от режимов работы различные модемы обеспечивают различные скорости передачи данных: от 1200 бит/с   до 33,6 Кбит/с. Наиболее популярными модемами для ПК в настоящее время являются модемы фирм 3Com и ZyXEL.

Плоттеры (графопостроители) предназначены для вывода графической информации (графиков, чертежей, рисунков) на бумажный носитель. Плоттеры бывают векторные с вычерчиванием изображения с помощью пера, фломастера или карандаша и растровые: термографические, электростатические, струйные и лазерные. Конструктивно  плоттеры подразделяются на планшетные и барабанные. Основные характеристиками плоттеров являются: скорость вычерчивания (100-1000 мм/с); возможность цветного изображения и передача полутонов; разрешающая способность и четкость изображения. Лидерами на рынке плоттеров являются фирмы Hewlett Packard и Canon.

Стример (накопитель на магнитной ленте) – это устройство, которое применяется для операций резервного копирования и архивирования данных винчестера на магнитную ленту. Такое копирование происходит, как правило, в экстремальных ситуациях, когда необходимо очень быстро сохранить важную информацию с НЖМД. Все файлы, размещенные на сменной кассете, будут сохраняться без каких-либо потерь независимо от того, включен компьютер или нет. В качестве носителей информации применяются сменные кассеты различного размера с магнитной лентой. Ёмкость таких кассет составляет от 40 Мбайт до 13 Гбайт, скорость передачи данных — от 2 до 9 Мбайт в минуту, длина ленты – от 63,5 до 230 м, количество дорожек – от 20 до 144. Основными производителями стримеров являются фирмы IBM, HP, Dell и Tandberg.

4.2 Иерархия памяти  ПК

Память ПК – это совокупность отдельных устройств, которые запоминают, хранят и выдают информацию. Отдельные устройства памяти называются запоминающими устройствами (ЗУ). Производительность ПК во многом зависит от состава и характеристик запоминающих устройств, которые в свою очередь различаются принципом действия и назначением. Основными операциями с памятью являются процедуры записи и считывания (выборки). Общее название указанных процедур носит название обращение к памяти. Основные характеристики памяти – это емкость и быстродействие (время обращение к памяти).

Емкость ЗУ измеряется в Байтах (1Байт = 8 Бит), Килобайтах (1 Кбайт= 210 Байт), Мегабайтах (1Мбайт= 210 Кбайт), Гигабайта (1Гбайт= 210 Мбайт),  Терабайтах (1Тбайт= 210 Гбайт).

Быстродействие измеряется в секундах и в настоящее время находится в пределах от  10 –2 до 10 –9 секунд в зависимости от способа доступа к информации.

По способу доступа к хранящейся в них информации ЗУ делятся на: ЗУ с произвольным доступом; ЗУ с прямым доступом; ЗУ с последовательным доступом.

В ЗУ с произвольным доступом время обращения не зависит от места нахождения данных. Такое доступ реализован в регистрах общего назначения, КЭШ-памяти и внутренней памяти ПК.

Носитель информации в ЗУ с прямым доступом непрерывно вращается, в результате данные доступны через некоторый фиксированный промежуток времени. К ЗУ с прямым доступом относятся НЖМД, НМГД, НОД.

ЗУ с последовательным доступом, прежде чем найти необходимые данные, «просматривает» все предыдущие участки памяти. Последовательный доступ реализована в ЗУ, использующих магнитную ленту, например, в стримерах.

Следует отметить, что требования, предъявляемые к емкости и быстродействию ЗУ, являются взаимно противоречивыми с точки зрения технической реализации. Поэтому для эффективного функционирования в ПК память строится по иерархическому принципу, где на разных уровнях иерархии находятся ЗУ, обладающие различными характеристиками. Иерархическая структура памяти ПК представлена на рисунке 1.

При движении от 1-го до 3-го уровня иерархии быстродействие ЗУ уменьшается, а емкость увеличивается.

Иерархическая организация памяти позволяет повысить производительность ПК и предоставить пользователю практически неограниченную емкость памяти.

 

 

 

 

Назначение и основные характеристики ЗУ 1-го уровня были описаны в лекции 3 Рассмотрим 2-й и 3-й уровень иерархии памяти ПК.

Внешняя память относится к внешним устройствам ПК и используется для долговременного хранения любой информации, которая может когда-либо потребоваться для решения задач. Внешняя память содержит разнообразные виды ЗУ, но наиболее распространенными, имеющимися практически на любом компьютере, являются НЖМД, НГМД и НОД. Указанные накопители предназначены для хранения больших объемов информации, запись и выдача хранимой информации по запросу в оперативное запоминающее устройство.

НЖМД (HDD - hard disk drive) в обиходе называют "винчестером". В отличие от оперативной памяти, НЖМД гарантируют долговременное хранение информации, для чего не требуется постоянное питание компьютера от внешнего источника электроэнергии. Для записи данных в жестких дисках используется магнитный слой. Он покрывает диски, вращающиеся внутри винчестера с огромными скоростями. Вдоль дисков перемещаются головки чтения/записи. Основными характеристика современных НЖГД  являются: емкость (до 100 Гбайт ); количество пластин (до 10); количество головок (4 головки); среднее время поиска информации (меньше 20 мс); скорость вращения дисков (до 10 тыс. об/мин); вес (меньше 100 г). Основными производителями НЖМД являются фирмы IBM, Seegate, Toshiba, Fujitsu, Samsung.  

НГМД (FDD - floppy disk drive) представляет собой устройство чтения/записи сменных гибких дисков (флоппи-дисков, дискет). Ранее применялись магнитные диски 2-х размеров: 5,25'' (133 мм) и 3,5" (89 мм). Первые давно исчезли, а 3,5'' используются только для переноса относительно небольших (1,44 Mбайт) объемов информации между компьютерами. Данные на гибких дисках хранятся подобно данным на винчестере за тем лишь исключением, что диск во флоппи-дисководе вращается с много меньшей скоростью и он всего один. Из-за недостаточной герметизации дискеты чаще всего выходят из строя. Таким образом, как носитель информации флоппи-диск крайне ненадежен и в настоящее время  применяется все реже.

НОД являются в настоящее время самыми надежными и широко распространенными  ЗУ внешней памяти. Считывание информации с оптического диска происходит за счёт регистрации изменений интенсивности отраженного от алюминиевого слоя излучения маломощного лазера..

НОД подразделяются на: CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory) – компакт- диск только для чтения; CD-R (Compact Disc Recordable) – однократно записываемый компакт- диск; CD-RW (Compact Disc Rewritable) – перезаписываемый компакт-диск; DVD (Digital Versatile Disk) – универсальный цифровой диск.

Стандартный оптический диск имеет емкость порядка 650–800 Мбайт, емкость DVD диск достигает 17 Гбайт.

DVD диск имея те же габариты, что и обычный оптический компакт-диск, вмещает чрезвычайно много информации — от 4,7 до 17 Гбайт. В настоящее время DVD-диск применяется лишь в двух областях: для хранения видеофильмов (DVD-Video или просто DVD) и сверхбольших баз данных (DVD-ROM, DVD-R). В отличие от CD-ROM, диски DVD записываются с обеих сторон. Более того, с каждой стороны могут быть нанесены один или два слоя информации. Таким образом, односторонние однослойные диски имеют объем 4,7 Гбайт (их часто называют DVD-5, т.е. диски емкостью около 5 Гбайт), двусторонние однослойные — 9,4 Гбайт (DVD-10), односторонние двухслойные — 8,5 Гбайт (DVD-9), а двусторонние двухслойные — 17 Гбайт (DVD-18). В зависимости от объема требующих хранения данных и выбирается тип DVD-диска. Если речь идет о фильмах, то на двусторонних дисках часто хранят две версии одного и того же фильма— одна широкоэкранная, вторая в классическом телевизионном формате.

Архивная память ПК предназначена для длительного и надежного хранения программ и данных. Как видно из рисунка 2.3 хранить информацию можно на дискетах, оптических дисках, съемных НЖМД, магнитной ленте и флэш-памяти. Поскольку трое первых носителей информации описаны выше, а съемный НЖМД принципиально не отличается от обычного НЖМД, отметим основные свойства флэш-памяти.

Флэш-память представляет собой особый вид энергонезависимой перезаписываемой полупроводниковой памяти. Это означает, что она не требует дополнительной энергии для хранения данных (энергия требуется только для записи), допускает изменение (перезапись) хранимых в ней данных и не содержит механически движущихся частей (как обычные НЖМД или НОД) и построена на основе интегральных микросхем.

Информация, записанная на флэш-память, может храниться очень длительное время (несколько лет), и способна выдерживать значительные механические нагрузки (в 5-10 раз превышающие предельно допустимые для обычных НЖМД).

Основное преимущество флэш-памяти перед обычными накопителями состоит в том, что флэш-память потребляет значительно (примерно в 10-20 и более раз) меньше энергии во время работы. В НЖМД, НГМД,НОД, кассетах и других механических носителях информации, большая часть энергии тратится на приведение в движение механики этих устройств. Кроме того, флэш-память компактнее большинства других механических носителей.

Размер носителя флэш-памяти составляет от 20 до 40 мм в длину, в ширину и толщина до 3 мм, емкость достигает 1Гбайт, в зависимости от типа флэш-памяти возможна перезапись информации от 10 тысяч до 1млн раз.

Благодаря низкому энергопотреблению, компактности, долговечности и относительно высокому быстродействию, флэш-память идеально подходит для использования в качестве накопителя не только в ПК, но и в таких портативных устройствах, как цифровые фото- и видео-камеры, мобильные телефоны, портативные компьютеры, MP3-плейеры, цифровые диктофоны, и т.п. В ближайшие годы флэш-память будет самым применяемым компактным накопителем информации, постепенно вытесняя привычные дискеты.

4.3 Конфигурация   ПК

Конфигурацией ПК называются состав и характеристики устройств, входящих в данный компьютер. Конфигурация подбирается в зависимости от задач, которые необходимо решать ПК.

Конфигурация ПК может быть задана следующим образом:

Intel Celeron 2000, Intel Audio & Video (16-32 Mb), RAM DIMM DDR SDRAM 256 Mb, FDD 3.5 1,44 Mb, HDD Seagate 80 GB 7200, Net 10/100 (не интегрированная), СD-ROM,  ATX 300W,  PS/2, mouse PS/2 + scroll, Samsung 17|| (1024x768x85 Гц), HP LaserJet 1150, Epson Perfection 3200 Photo (A4, 3200x6400 dpi, USB), USB flash 512 Mb.

В приведенной выше конфигурации можно выделить:

  •  микропроцессор Intel Celeron с тактовой частотой 2Ггц;
  •  универсальную аудио/видео карту Intel Audio & Video с  памятью 16-32 Mбайта);
  •  ОЗУ RAM DIMM DDR SDRAM  емкостью 256 Мбайт;
  •  НМГД  для дискет 1,44 Мбайта;
  •  НЖМД фирмы Seagate с  емкостью 80 Гбайт и скоростью вращения  7200 об/мин;
  •  сетевую плату для Ethernet (10 Мбит/сек) и Fast Ethernet (100 Мбит/сек);
  •  НОД типа СD-ROM;
  •  корпус системного блока типа ATX 300W;
  •  клавиатуру с разъемом  PS/2;
  •  мышь с прокруткой и разъемом  PS/2;
  •  монитор Samsung с размером экрана 17 дюймов, разрешающей способностью 1024 на 768 точек и частотой восстановления 85 Гц;
  •  лазерный принтер HP LaserJet 1150;
  •  сканер Epson Perfection 3200 Photo, для формата А4, с разрешающей способностью  3200x6400 dpi, и подключаемый к последовательному USB- порту ;
  •  флэш-память емкостью 512 Мбайт, подключаемая к последовательному USB-порту.

Модульность, масштабируемость и стандартизуемость отдельных блоков современных ПК позволяет быстро и гибко менять его конфигурацию

4.3 Перспективы развития ПК

1. С точки зрения технического обеспечения в ближайшие годы развитие ПК (соответствующей структуре ЭВМ Джона фон Неймана)  будет идти в направлении дальнейшего повышения его быстродействия и наращивания объемов как внутренней, так и внешней памяти,  

Среди  множества параметров,  влияющих на производительность ПК,  наиболее важными  являются:

  •  быстродействие  микропроцессора, определяемое тактовой частотой ГТИ;
  •  пропускная способность системной шины, определяющая скорость обмена с внешними устройствами ПК;
  •   время обращения, как к внутренним, так и внешним ЗУ;
  •   емкость памяти, как к внутренних, так и внешних ЗУ;
  •  быстродействие  внешних устройств, подключаемых к ПК.

Кроме этого ПК будут становиться все более удобными для использования их человеком.

Во-первых, будет шире использоваться графический ввод данных, в том числе в режиме автоматического распознавания рукописного ввода.

Во-вторых, будет использовать голосовой ввод — сначала для управления командами, а потом будет осваиваться и автоматическая оцифровка речи. 

Развитие компьютеров будет идти также  по пути создания оптоэлектронных ЭВМ с массовым параллелизмом и нейронной структурой, представляющих собой  распределенную сеть большого числа (десятки тысяч) несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.

Дальнейшее развитие получат  переносные персональные компьютеры с беспроводным подключением к  глобальной сети Интернет.

2. Ведутся разработки по созданию ПК на так называемой ДНК – логике. ДНК – логика базируется на возможности соединения ДНК- молекул в различных конфигурациях. В этом случае можно получить гигантскую информационную мощность: если обычный ПК манипулирует значениями нуля и единицы, то в ДНК имеются четыре базовых состояния (А,Г,Т,Ц), вследствие чего возрастает число сочетаний.

ДНК- логика обещает высокую вычислительную производительность при малых объемах технического обеспечения с крайне низким потреблением энергии. В настоящее время технология находится в стадии лабораторных разработок, коммерческого внедрения нет.

3. Разрабатываются квантовые компьютеры, которые должны функционировать по законам квантовой механики. В этом случае пространство состояний бита информации также принимает множество значений определяемых комплексными амплитудами состояния электрона.  В настоящее время теоретически разработаны и доказаны квантовые алгоритмы для задач разложения целого числа на простые множители. Обычному ПК, например, выполняющему 1010 операций в секунду, потребуется около года, чтобы разложить на простые множители число и 34 цифр, а для разложения числа из 60 цифр время превысит возраст вселенной. Использование же квантовых алгоритмов позволяет решать задачу в несколько месяцев. Поэтому в настоящее время многие фирмы и государственные учреждения направляют большие средства на исследование  и разработку  квантовых компьютеров.   В настоящее время технология находится в стадии лабораторных разработок, коммерческого внедрения нет.

 

PAGE  5


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

84648. Энергия, работа. Закон всемирного тяготения 964 KB
  а предыдущей лекции было показано, что количество движения принимается в качестве меры механического движения. Применение такой меры допустимо, если передача механического движения от одного тела к другому, происходит без превращения в другие формы движения материи.
84649. Механика вращательного движения твёрдого тела. Виды движения твёрдого тела 953.5 KB
  Виды движения твёрдого тела. Движения твёрдого тела Поступательное движение тела при котором тело перемещается параллельно самому себе. Вращательное движение тела при котором все точки его движутся по окружностям и их центры расположены на одной прямой оси вращения.
84650. Сплошные тела. Абсолютно упругое тело. Виды деформаций 1010 KB
  Известно что все тела состоят из молекул и атомов между которыми существуют силы взаимодействия поэтому и формируемое тело можно рассматривать как систему материальных точек расстояния между которыми изменяются при их деформации.
84651. Элементы механики сплошных сред. Свойства и строение жидкостей 1.34 MB
  Жидкости –- тела которые имеют определенный объем но не имеют упругости формы. Жидкости – это вещества которые обладают свойствами как газов так и твердых тел. Текучесть жидкости. Объясняется на основе представления о характере теплового движения молекул как и в газах только перемещение молекул...
84652. Границы применимости классической механики. Общие вопросы теории относительности 306.5 KB
  Обнаружение движения тел относительно эфира привело бы к появлению абсолютной системы отсчета по отношению к которой можно было бы рассматривать движение других систем. А раз так то обнаружение эфира сделало бы возможным выделение этой абсолютной системы.
84653. Три кита в музыке: «Песенность – танцевальность – маршевость» 378 KB
  Развивать музыкальные способности и знания учащихся Ход урока Звучит Вальс цветов П. Ветер чуть слышно поет Липа вздыхает у сада Чуткая музыка всюду живет В шелесте трав В шуме дубрав Только прислушаться надо: Звонко струится ручей Падает гром с небосвода Это мелодией вечно своей Мир наполняет...
84654. Places of interest in London 1.37 MB
  Good morning, pupils! Glad to see you. How are you today? I hope that you are fine and you’ll be active at the lesson. A lot of people like to travel. So, today we are going to travel to Great Britain and around London. I invite you and our guests to London. But let’s remind the ways of travelling.
84655. Вихід зі строю та підхід до начальника 34 KB
  Начально-виховна мета: навчити учнів виходити зі строю повертатися у стрій; навчити підходити до начальника та відходити від нього. Навчальні питання: Підхід до начальника. Відхід від начальника. Вивчення виходу зі строю підходу до начальника та повернення у стрій проводиться в такий послідовності...
84656. Воздух и жизнь. Значение и свойства воздуха 18.95 KB
  Цель: осознание второклассниками значения воздуха для всего живого на Земле усвоение опыта элементарной исследовательской деятельности. Задачи: Сформировать у младших школьников элементарные представления о воздухе как компоненте неживой природы о свойствах воздуха и их значении в жизни природы и человека...