9530

Технические средства обработки информации Основные характеристики модулей ПК

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Лекция № 2: Технические средства обработки информации Основные характеристики модулей ПК Персональные компьютеры обычно состоят из следующих основных модулей: системный блок Блок питания Материнская плата Процессор Памя...

Русский

2013-03-12

330.5 KB

33 чел.

Лекция № 2: Технические средства обработки информации

Основные характеристики модулей ПК

Персональные компьютеры обычно состоят из следующих основных модулей:

  1.  системный блок
    1.  Блок питания
    2.  Материнская плата
    3.  Процессор
    4.  Память
  2.  устройства вывода информации (монитор)
  3.  устройства ввода информации (клавиатура, мышка)
  4.  средства хранения информации

Рассмотрим эти модули более подробно

1. Системный блок (корпус).

Корпус ПК защищает внутренние элементы ПК от внешнего воздействия.

Корпус включает в себя: Блок питания, кабели для подключения материнской платы, дополнительные вентиляторы.

Число отсеков имеет значение для расширяемости системы.

Типы корпусов.

Название

Габариты, высота / ширина / длинна (см)

Мощность б.п., Вт

Количество отсеков

Дополнительные характеристики

5,25

3,5

Slimline

7*35*45

150

1-2

1-2

Ограничены возможности расширения и модернизации

Desktop

20*45*45

200-250

2-3

1-2

Занимает много места

Mini Tower

45*20*45

200-250

2

2

Midi Tower

50*20*45

200-250

3

2

Наиболее распространен

Big Tower

63*20*45

250-350

6

2

File Server

73*35*55

350-400

8

3

Самый дорогой

2. Блок питания.

Блок питания вырабатывает различные напряжения для внутренних устройств и материнской платы. Срок работы блока питания составляет 4-7 лет, а продлить его можно более редким включением и выключением ПК.

Существует три форм-фактора (типа) блоков питания и соответственно материнских плат.

  •  AT – подключается в два разъема на материнской плате. Использовались в ПК старых типов. Включение и выключение питания в них производиться обычным сетевым выключателем, находящимся под напряжением сети.
  •  ATX – 1 разъем. Включаются по команде с мат. платы. БП АТХ работают по следующей схеме: при t0 до 35 0С вентилятор вращается с минимальной скоростью и его практически не слышно. Когда t0 достигает 50 0С, обороты вентилятора увеличиваются до максимальной величины и не снижаются до уменьшения температуры.

Материнские платы стандарта ATX, как правило, не совместимы с блоками питания стандарта AT.необходимо чтобы корпус и м. плата были одного типа.

  •  BTX – имеет 2 обязательных компонента:
    •  Модуль теплового баланса, направляющий свежий воздух непосредственно на процессорный радиатор.
    •  Поддерживающий модуль, на который устанавливается материнская плата. Поддерживающий модуль создан для компенсации ударов и толчков системы, уменьшения перегибов материнской платы. Благодаря ему удалось повысить максимально-допустимую массу процессорного радиатора с 450 до 900 граммов. К тому же существенно изменена конфигурация материнской платы и системного блока. Теперь самые горячие компоненты ПК располагаются на пути следования потоков воздуха, повышая КПД корпусных кулеров.

«-» несовместимость с ATX, несмотря на механическую и электрическую совместимость блоков питания (400 Вт, 120 мм вентилятор).

Чем грозит ПК недостаточная мощность БП.

В случае чрезмерной перегрузки БП сработает схема защиты, и БП просто не запуститься. В худшем случае, последствия могут быть самыми разными, например, весьма печальными для жестких дисков. Понижение напряжения питания HDD расценивается как сигнал к отключению и HDD начинает парковать считывающие головки. Когда уровень напряжения восстанавливается, диск снова включается и начинает раскручиваться.

Также могут происходить малопонятные сбои в работе программ. Некачественный БП при аварийной ситуации может вывести из строя мат. плату и видеокарту.

3. Материнская плата

 Материнская (системная) плата является центральной частью любого компьютера, на которой размещаются в общем случае центральный процессор, сопроцессор, контроллеры, обеспечивающие связь центрального процессора с периферийными устройствами, оперативная память, кэш-память, элемент BIOS (базовой системы ввода/вывода), аккумуляторная батарея, кварцевый генератор тактовой частоты и слоты (разъемы) для подключения других устройств. Все эти модули соединены воедино с помощью системной шины, которая, как мы уже выяснили находится на материнской плате.

Общая производительность материнской платы определяется не только тактовой частотой, но и количеством (разрядностью) данных, обрабатываемых в единицу времени центральным процессором, а также разрядностью шины обмена данных между различными устройствами материнской платы.

Архитектура материнских плат постоянно совершенствуется: увеличивается их функциональная насыщенность, повышается производительность. Стало стандартом наличие на материнской плате таких встроенных устройств, как двухканальный E-IDE-контроллер HDD (жёстких дисков), контроллер FDD (гибких (floppy) дисков), усовершенствованного параллельного (LPT) и последовательного (COM) портов, а также последовательного инфракрасного порта.

 Порт – многоразрядный вход или выход в устройстве.

COM1, COM2-последовательные порты, которые передают электрические импульсы (информацию) последовательно один за другим (сканер, мышка). Аппаратно реализуются с помощью 25-контактного и 9-контактного разъемов, которые выведены на заднюю панель системного блока.

LPT- параллельный порт имеет более высокую скорость, так как передает одновременно 8 электрических импульсов (подключают принтер). Аппаратно реализуется в виде 25-контактного разъема на задней панели системного блока.

USB – (универсальная последовательная шина) обеспечивает высокоскоростное подключение к ПК сразу нескольких периферийных устройств (подключают флешки, веб-камеры, внешние модемы, HDD и др.). Данный порт является универсальным и способен заменить все остальные порты.

PS/2 – специальный порт для клавиатуры и мыши.

AGP – ускоренный графический порт для подключения монитора.

Быстродействие различных компонентов компьютера (процессора, оперативной памяти и контроллеров периферийных устройств) может существенно различаться.

Для согласования быстродействия на материнской плате устанавливаются специальные микросхемы (чипсеты), включающие в себя контроллер оперативной памяти (так называемый северный мост) и контроллер периферийных устройств (южный мост).

Северный мост обеспечивает обмен информацией между процессором и оперативной памятью по системной магистрали.

В процессоре используется внутреннее умножение частоты, поэтому частота процессора в несколько раз больше, чем частота системной шины. В современных компьютерах частота процессора может превышать частоту системной шины в 10 раз (например, частота процессора 1 ГГц, а частота шины — 100 МГц).

Рис. 1.5. Логическая схема материнской платы

К северному мосту подключается шина PCI (Peripherial Component Interconnect bus — шина взаимодействия периферийных устройств), которая обеспечивает обмен информацией с контроллерами периферийных устройств. (Частота контроллеров меньше частоты системной шины, например, если частота системной шины составляет 100 МГц, то частота шины PCI обычно в три раза меньше — 33 МГц.) Контроллеры Периферийных устройств (звуковая плата, сетевая плата, SCSI-контроллер, внутренний модем) устанавливаются в слоты расширения системной карты.

Для подключения видеоплаты используется специальная шина AGP (Accelerated Graphic Port — ускоренный графический порт), соединенная с северным мостом и имеющая частоту, в несколько раз большую, чем шина PCI.

Южный мост, через шину PCI, обеспечивает обмен информацией между северным мостом и портами для подключения периферийного оборудования.

1) Устройства хранения информации (жесткие диски, CD-ROM, DVD-ROM) подключаются к южному мосту по шине UDMA (Ultra Direct Memory Access — прямое подключение к памяти).

2) Мышь и внешний модем подключаются к южному мосту с помощью последовательных портов.

3) Принтер подключается к параллельному порту LPT.

4) Для подключения сканеров и цифровых камер обычно используется порт USB ((Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина), который обеспечивает высокоскоростное подключение к компьютеру сразу нескольких периферийных устройств.)

5) Клавиатура подключается обычно с помощью порта PS/2.

4. Процессор

В общем случае под процессором понимают устройство производящее набор операций над данными, представленными в цифровой форме (двоичным кодом).

 Применительно к вычислительной технике под процессором понимают центральное процессорное устройство (CPU), обладающее способностью выбирать, декодировать и выполнять команды, а также передавать и принимать информацию от других устройств.

Количество фирм, разрабатывающих и производящих процессоры для ПК, невелико. В настоящее время известны: Intel, Cyrix, AMD, NexGen, Texas Instrument.

Структура и функции процессора:

Структуру процессора можно представить следующей схемой:

1) УУ – управляет всем ходом вычислительного и логического процесса в компьютере. Это «мозг» компьютера, который контролирует все его действия. Функции УУ заключаются в том, чтобы прочитать очередную команду, распознать ее и далее подключить необходимые электронные цепи и устройства для ее выполнения.

2) АЛУ – производит непосредственную обработку данных в двоичном коде. АЛУ умеет выполнять только определенный набор простейших операций:

  •  Арифметические операции (+, -, *, /);
  •  Логические операции (сравнение, проверка условия);
  •  Операции пересылки (из одной области оперативной памяти в другую).

3) Тактовый генератор – задает ритм всем операциям в процессоре посылая один импульс через равные промежутки времени (такт). Он синхронизирует работу устройств ПК.

Такт – это промежуток времени между началами подачи двух последовательных импульсов генератора тактовой частоты. ГТЧ синхронизирует работу узлов ПК.

4) Сопроцессор – позволяет значительно ускорить работу компьютера с числами с плавающей точкой (речь идет о вещественных числах, например, 1,233*10-5). При работе с текстами сопроцессор не используется.

5) Современный процессор имеет такое высокое быстродействие, что информация из ОЗУ не успевает своевременно доходить до него и процессор простаивает. Чтобы этого не происходило, в процессор встраивается специальная микросхема кэш памяти.

 КЭШ-память – сверхбыстрая память предназначенная для хранения промежуточных результатов вычислений. Имеет объем 128-1024 Кб.

Кроме указанной элементной базы в процессоре содержатся специальные регистры, которые непосредственным образом принимают участие в обработке команд.

6) Регистры – процессорная память, или ряд специальных запоминающих ячеек.

Регистры выполняют две функции:

  •  кратковременное хранение числа или команды;
  •  выполнение над ними некоторых операций.

Важнейшими регистрами процессора являются:

  1.  счетчик команд - служит для автоматической выборки команд программы из последовательных ячеек памяти, в нем хранится адрес выполняемой команды;
  2.  регистр команд и состояний - служит для хранения кода команды.

Выполнение команды процессором разбивается на следующие этапы:

  1.  из ячейки памяти, адрес которой хранится в счетчике команд, в оперативную память выбирается команда, (при этом содержимое счётчика команд увеличивается);
    1.  из ОП команда передаётся в устройство управления (в регистр команд);
    2.  устройство управления расшифровывает адресное поле команды;
    3.  по сигналам устройства управления операнды выбираются из памяти в АЛУ (в регистры операндов);
    4.  УУ расшифровывает код операции и выдаёт сигнал АЛУ выполнить операцию, которая выполняется в сумматоре;
    5.  результат операции остаётся в процессоре, либо возвращается в ОЗУ.

Производительность процессора

Производительность CPU характеризуется следующими основными параметрами:

1. Степень интеграции микросхемы показывает, сколько транзисторов (самый простой элемент любой микросхемы) может поместиться на единице площади. Для процессора Pentium Intel эта величина составляет приблизительно 3 млн. на 3,5 кв.см, у Pentium Pro – 5 млн, Montecito (двуядерный процессор фирмы Intel) – 1,7 миллиарда.

2. Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет за одну секунду.

Обычно для выполнения каждой базовой операции процессору отводиться определенное количество тактов. Т.е. чем выше тактовая частота, тем больше операций в секунду выполняет процессор. У процессоров фирмы AMD по данным 2006 года тактовая частота составляла 3600 МГц.

Тактовая частота измеряется в герцах (Мгц, Ггц). 1Мгц = 1 миллион тактов в секунду.

Для процессора различают внутреннюю (собственную) тактовую частоту (испольуется для выполнения внутренних простейших операций) и внешнюю (определяет скорость передачи данных по внешней шине).

3. Внутренняя разрядность процессора определяет, какое количество бит он может обрабатывать одновременно при выполнении арифметических операций (в зависимости от поколения процессоров – от 8 до 32 битов).

4. Внешняя разрядность процессора определяет сколько битов одновременно он может принимать или передавать во внешние устройства (от 16 до 64 бит).

5. Память, к которой может адресоваться процессор - это количество адресов ОЗУ, доступное процессору одновременно и, которое определяется разрядностью адресной шины.

История развития процессоров.

Дата, год

модель

Разрядность, бит

Тактовая частота, МГц

Кол-во транзисторов, млн

КЭШ, Кб

Внутр/внеш

Intel

1971

4004

4

0,108

0,0023

-

1978

8086

16

5-10

0,029

-

1982

80286

16

6-16

0,134

-

1985

386DX

32

16-33

0,275

-

1989

486DX

32

25-50

1,2

8

1993

Pentium

32

60-166

3,1

8/8

1997

PII

32

233-450

7,5

16/16

1999

PIII

32

450-1000

9,5-28

32/32

2000

PIV

64

1000-3600

60-90

64/128

2005

Montecite

64

2х3600

1,7 млд

2 Мб/1,2 Мб

AMD

1995

NX586

32

93-133

3,5

16/16

1996

K5

32

90-120

4,3

16/8

1997

K6

32

166-450

9,3

32/32

1999

K7

32

500-1000

9,3-21,3

32/32

2003

Athlon 64 FX

64

2600

32/32

2005

Athlon 64 x2

64

2x2000

1,5 млд

512Кб/1 Мб

Память

Классификация элементов памяти.

Асинхронные микросхемы, т.е. работа которых не синхронизирована с частотой работы системной магистрали.

Внешняя память персонального компьютера

Физическая и логическая структура диска

Форматирование физической структуры диска состоит в создании на диске концентрических дорожек, которые, в свою очередь, делятся на секторы. Для этого в процессе форматирования магнитная головка дисковода расставляет в определенных местах диска метки дорожек и секторов. 

Количество байт в одном секторе 512.

Логическая структура диска представляет собой совокупность секторов, каждый из которых имеет свой порядковый номер.

Емкость дискеты можно вычислить по формуле:

Чис.стор. * чис.дор.на1стор * кол.сек.на 1дор. * байт в сект = емкость дискеты

Например, для 3,5 дискеты 2*80*18*512 = 1.474560 Мб

Однако, не весь объем дисковой памяти доступен пользователю. ОС для манипулирования данными резервирует определенные области дисков.

При логическом разбиении дисков ОС разделяет их на две части:

1) Системная область, которая включает в себя:

а) Загрузочную запись диска. (Используется в загрузочных дискетах и HDD) Загрузочная запись содержит короткую программу, которая инициирует загрузку ОС в память ПК;

б) Таблицу размещения файлов (2 копии). Эта таблица необходима для того, чтобы система могла узнать, какая информация располагается на диске и в каких областях она находится;

в) Корневой каталог файлов. Содержит имена файлов их расширение, размер, информацию о дате и времени создания, а также ссылки на адрес первого кластера в котором хранится файл. Для 3,5' емкостью 1,44 Мб для корневого каталога выделено 14 секторов, в которые может быть записана информация о 224 файлах

2) Область данных. Предназначена для хранения файлов. Чем больше файлов размещены на диске не в смежных секторах, тем ниже скорость доступа к данным.

В результате, от общей емкости дискеты 1,44 Мб пользователю доступно только 1,38 Мб.

Файловая система

Порядок хранения файлов на диске определяется используемой файловой системой, под которой непосредственным образом подразумевается таблица размещения файлов, которая в 2-х экзэмплярах хранится в системной области диска.

На уровне физического диска под файлом подразумевается некоторая последовательность байт. Однако, поскольку минимальной единицей на диске является сектор то можно было бы под файлом понимать некую последовательность секторов. Но на самом деле файл это связанная последовательность кластеров.

 Кластер – это совокупность нескольких смежных секторов диска (от 1 до нескольких десятков).

Традиционно принято считать, что кластер и сектор – это одно и тоже, но это разные вещи. Размер кластера может варьироваться в зависимости от емкости диска. Чем больше емкость диска, тем больше размер кластера. Размер кластера может варьироваться от 512 байт до 64 Кб.

Кластеры нужны для уменьшения объема таблицы размещения файлов.

Если каким либо образом разрушить таблицу размещения файлов, то, несмотря на то, что данные находятся на диске, они будут недоступны. В связи с этим на диске хранятся 2 такие таблицы.

Кластеры уменьшают размер таблицы. Но здесь появляется другая проблема. Потерянное дисковое пространство. 

При записи файла на диск будет занято всегда целое количество кластеров.

Например файл имеет размер 1792 байта, а размер кластера составляет 512 байт. Для того чтобы сохранить файл нам потребуется 2 полных сектора + 256 байт из третьего сектора. Таким образом в третьем секторе свободными останутся 256 байт. (1792 = 3 * 512 +256);( 512*4 = 2048)

Оставшиеся байты в четвертом кластере не могут быть использованы. Считается что в среднем на каждый файл приходиться 0,5 кластера потерянного пространства, что приводит к потере до 15 % места на диске. То есть из 2 Гб занятого места – 300 Мб потеряно. По мере удаления файлов оно возвращается в строй.

Таблица размещения файлов впервые была использована в операционной системе MS-DOS и называлась она таблицей FAT (File Allocation Table – Таблица размещения файлов).

Различают несколько типов таблиц размещения файлов (FAT).

Файловая система

Длина имени кластера

Количество кластеров помещающихся в таблице FAT. Не зависимо от объема диска

Комментарии

FAT12

12 бит

4096

Первоначальная FAT. Используется для дискет

FAT16

16 бит

65535

Появилась с DOS 3.0

Max файл 2 Гб

FAT32

32 бита

4 294 967 295

Появилась с Windows 95

Max файл 4 Гб

Общая структура FAT

34

35

36

53

54

55

К

В начальном 34-м кластере хранится адрес 35-го кластера, в 35-м адрес 36-го, в 36-м адрес 53-го и т.д. В 55-м кластере хранится знак конца файла.

Файловая система NTFS.

За основу файловой системы NTFS была взята файловая система семейства операционных систем UNIX.

Здесь элемент файла состоит из двух частей: имя файла и индексный дескриптор.

Файл записывается на диске следующим образом:

Имеется 13 блоков, в которые могут быть записаны адреса блоков данных расположенных на диске, из них:

1-10 ссылки на адреса блоков данных

11 –указывает на блок косвенной адресации из 256 блоков данных. Используется в тех случаях, если для записи адресов блоков данных не хватило первых 10-ти блоков, т.е. файл имеет большой размер.

12 – указывает не блок двойной косвенной адресации (256*256), используется тогда, когда для записи адресов блоков данных не хватило предоставленного места.

13 – адрес блока тройной адресации (256*256*256).

Блоки 11, 12, 13 содержат ссылки на блоки косвенной адресации, которые могут располагаться в любой части диска.

Таким образом, максимальный размер файла может быть до 16 Гб.

Такой механизм дает колоссальную защищенность данных. Если в FAT можно просто испортить таблицы, то в NTFS придется долго блуждать между блоками.

Структура файловой системы NTFS

Как и любая другая система, NTFS делит все полезное место на кластеры. NTFS поддерживает почти любые размеры кластеров - от 512 байт до 64 Кбайт, стандартом же считается кластер размером 4 Кбайт.

Диск NTFS условно делится на две части. Первые 12% диска отводятся под MFT зону - пространство, в которое растет метафайл MFT (общая таблица файлов), т.е сама файловая система. Запись каких-либо данных в эту область невозможна. Остальные 88% диска представляют собой обычное пространство для хранения файлов.

Самый главный файл на NTFS называется MFT, или Master File Table - общая таблица файлов. Именно он размещается в MFT зоне и представляет собой централизованный каталог всех остальных файлов диска. MFT поделен на записи фиксированного размера (обычно 1 Кбайт), и каждая запись соответствует какому либо файлу.

Первые 16 записей носят служебный характер и недоступны операционной системе - они называются метафайлами. Эти первые 16 элементов MFT - единственная часть диска, имеющая фиксированное положение. Вторая копия первых трех записей, для надежности - они очень важны - хранится ровно посередине диска. Остальной MFT-файл может располагаться, как и любой другой файл, в произвольных местах диска - восстановить его положение можно с помощью его самого, "зацепившись" за самую основу - за первый элемент MFT.

NTFS может сместить, даже фрагментировать по диску, все свои служебные области, обойдя любые неисправности поверхности - кроме первых 16 элементов MFT. Вторая копия первых трех записей храниться точно по середине диска.

NTFS - отказоустойчивая система, которая вполне может привести себя в корректное состояние при практически любых реальных сбоях. Любая современная файловая система основана на таком понятии, как транзакция - действие, совершаемое целиком и корректно или не совершаемое вообще.

Пример 1: осуществляется запись данных на диск. Вдруг выясняется, что в то место, куда мы только что решили записать очередную порцию данных, писать не удалось - физическое повреждение поверхности. Поведение NTFS в этом случае довольно логично: транзакция записи откатывается целиком - система осознает, что запись не произведена. Место помечается как сбойное, а данные записываются в другое место - начинается новая транзакция.

Пример 2: более сложный случай - идет запись данных на диск. Вдруг отключается питание и система перезагружается. На какой фазе остановилась запись, где есть данные? На помощь приходит другой механизм системы - журнал транзакций, в котором помечается начало и окончание любой транзакции. Дело в том, что система, осознав свое желание писать на диск, пометила в метафайле это свое состояние. При перезагрузке это файл изучается на предмет наличия незавершенных транзакций, которые были прерваны аварией и результат которых непредсказуем - все эти транзакции отменяются: место, в которое осуществлялась запись, помечается снова как свободное, индексы и элементы MFT приводятся в с состояние, в котором они были до сбоя, и система в целом остается стабильна.

Важно понимать, однако, что система восстановления NTFS гарантирует корректность файловой системы, а не ваших данных.

В NTFS каждый диск разбит на тома. В каждом томе содержится своя MFT (таблица файлов), которая может быть расположена в любой части диска в пределах тома.

Информация на дисках запоминается путем намагниченности. (0 – нет заряда/1 – есть заряд).

Винчестеры или накопители на жестких дисках

 Винчестер – это внешняя память большого объема, предназначенная для долговременного хранения информации, объединяющая в одном корпусе сам носитель информации и устройство записи/чтения.

По сравнению с гибкими магнитными дисками винчестеры обладают рядом очень ценных преимуществ: объем хранимых данных неизмеримо больше (достигает 400 Гбайт), время доступа у винчестера на порядок меньше (10-15 мс).

Конструкция и структура HDD.

Принцип работы винчестера напоминает принцип действия обычного магнитофона, с той лишь разницей, что вместо магнитной ленты используются поверхности дисков, а вместо звуковых сигналов он записывает и воспроизводит цифровые.

Любой винчестер состоит из двух основных частей:

  •  Гермоблок содержит механические части HDD, предохраняет от внешнего воздействия. Внутри корпуса находятся диск (набор дисков), электродвигатель, магнитные головки чтения/записи, очищенный от пыли воздух.

Для выравнивания давления внутри и снаружи корпус HDD снабжен фильтром или имеет отверстия, заклеенные пленкой, хотя иногда встречаются и полностью герметичные винчестеры. При вращении дисков создается сильный поток воздуха, который циркулирует внутри корпуса и постоянно очищается еще одним, внутренним фильтром от пыли, сумевшей каким-то образом попасть внутрь.

  •  Контроллер - плата электроники HDD обеспечивающая обмен информацией между устройствами через системную магистраль на материнской плате.

Контроллер размещается за пределами гермоблока, как правило, в ее нижней части. В некоторых винчестерах, например, в известной серии Seagate Barracuda, контроллер закрыт дополнительной металлической крышкой, защищающей электронику от повреждений, а заодно служащей радиатором для отвода тепла от микросхем.

Современные винчестеры устроены очень сложно. Рассмотрим более подробно каждую часть HDD.

Содержимое HDD

1. Магнитный диск представляет собой круглую пластину из алюминия (в редких случаях из специального стекла), поверхность которой обработана по высочайшему классу точности. Таких магнитных дисков может быть несколько от 1 до 4. Чтобы придать пластинам магнитные свойства, их поверхность покрывают сплавом на основе хрома, кобальта или ферромагнетика. Такое покрытие имеет высокую твердость. Каждая сторона диска имеет свой номер.

2. Для вращения дисков применяется специальный электродвигатель, в конструкцию которого входят специальные подшипники, которые могут быть как обычными шариковыми, так и жидкостными (вместо шариков в них используется специальное масло, поглощающее ударные нагрузки, что увеличивает долговечность двигателя). Жидкостные подшипники имеют более низкий уровень шума и почти не выделяют тепло во время работы.

Кроме того, некоторые современные винчестеры имеют двигатель, целиком погруженный в герметичный сосуд с маслом, что способствует эффективному отводу тепла от обмоток.

3. Каждому диску соответствует пара головок записи/чтения. Зазор между головками и поверхностью дисков составляет 0,1 мкм, что в 500 раз меньше толщины человеческого волоса. Магнитная головка представляет собой сложную конструкцию, состоящую из десятков деталей. (Эти детали настолько малы, что изготавливаются методом фотолитографии так же, как и современные микросхемы, т.е. выжигают лазером с высокой точностью) Рабочая поверхность керамического корпуса головки отполирована с такой же высокой точностью, как и диск.

4. Привод головок представляет собой плоскую катушку-соленоид из медной проволоки, помещенную между полюсами постоянного магнита и закрепленную на конце рычага, вращающегося на подшипнике. На другом его конце находится легкая стрелка с магнитными головками.

Катушка способна перемещаться в магнитном поле под действием проходящего через нее тока, перемещая одновременно все головки в радиальном направлении. Чтобы катушка с головками не болталась из стороны в сторону в нерабочем состоянии, имеется магнитный фиксатор, удерживающий головки выключенного винчестера на месте. В нерабочем состоянии накопителя головки находятся вблизи центра дисков, в "зоне парковки" и прижаты к сторонам пластин легкими пружинами. Это единственный момент, когда головки касаются поверхности диска. Но стоит дискам начать вращение - и поток воздуха приподнимает головки над их поверхностью, преодолевая усилие пружин. Головки "всплывают" и с этого момента находятся над диском, совершенно не касаясь его. Так как механический контакт головки с диском отсутствует, износа дисков и головок не происходит. 

5. Также внутри гермоблока находится усилитель сигнала, помещенный поближе к головкам, чтобы уменьшить наводки от внешних помех. Он соединен с головками гибким ленточным кабелем. Таким же кабелем подводиться питание к подвижной катушке привода головок, а иногда и к двигателю. Через небольшой разъем все эти компоненты соединены с платой контроллера.

Низкоуровневая структура жестких дисков

Поверхность диска никогда не используется для записи произвольным образом. Данные всегда записываются в виде концентрических окружностей, называемых дорожками, состоящих из нескольких меньших отрезков - секторов.

Каждой дорожке и каждому сектору на каждой из сторон диска присваивается свой порядковый номер. На каждой стороне диска нумерация секторов и дорожек начинается заново. Расположенные одна над другой несколько дорожек с одинаковыми номерами называются цилиндрами. (Например, винчестер Fujitsu MPG 3409 имеет 2 диска и все четыре стороны рабочие, следовательно, каждый его цилиндр состоит из четырех дорожек.) Такое деление дискового пространства на участки называется форматом нижнего уровня и выполняется на заводе - изготовителе винчестера.

Таким образом, информация на диск записывается по цилиндрам, что уменьшает время доступа к ней, так как в считывании информации принимает участие не одна а несколько считывающих ноловок.

Логическая структура жесткого диска

Каждая дорожка жесткого диска однозначно определяется номером головки и порядковым номером на диске относительно внешнего края. Сектора идентифицируются своим порядковым номером относительно начала дорожки. Нумерация секторов на дорожке начинается с 1, а головок и цилиндров - с 0.

Количество секторов может быть различным (от 17 до 150) в зависимости от типа накопителя. Каждый сектор содержит некоторую служебную информацию и данные. Обычно объем сектора составляет 571 байт, но из них только 512 байт используется для записи данных, остальные 59 байт используются для хранения служебной информации (заголовок сектора, его номер, знак окончания сектора).

Число дисков, головок и дорожек винчестера устанавливается изготовителем, исходя из свойств и качества дисков. Изменить эти характеристики нельзя. Количество секторов на диске зависит от метода записи, а плотность – от носителя: чем лучше материал диска, тем плотнее могут быть записаны на нем данные. Современные винчестеры содержат до 150 секторов на дорожке.

В процессе низкоуровневого форматирования дисков может выясниться, что на поверхности пластин имеется один или несколько маленьких участков, чтение или запись в которые сопровождается ошибками (так называемые сбойные секторы, или бэд-блоки).

Сектора, чтение или запись в которые сопровождается ошибками называются сбойными секторами.

Однако из-за этого диск не выбрасывают и не считают его испорченным, а всего лишь помечают эти секторы особым образом, и они в дальнейшем игнорируются. Чтобы пользователь не видел этого безобразия, винчестер содержит некоторое количество запасных дорожек, которыми электроника накопителя "на лету" подменяет дефектные участки поверхности, делая их абсолютно прозрачными для операционной системы.

Кроме того, не вся область диска отведена для записи данных. Часть информационной поверхности используется накопителем для собственных нужд. Это область служебной, как ее еще иногда называют, инженерной информации.

Основные характеристики HDD.

  1.  емкость – максимальный объем данных
  2.  быстродействие – состоит из трех составляющих:
  •  время доступа к данным (10-15 миллисекунд)
  •  время поиска – это время, в течении которого магнитные головки перемещаются от одного цилиндра к другому (приблизительно 3 миллисекунды).
  •  скорость передачи данных, зависит от количества байт в секторе, от количества секторов на дорожку и от скорости вращения дисков.
  1.  время безотказной работы (срок работы HDD 5-7 лет)

Основные производители HDD: Seagete, Maxtor, Quantum, Fujitsu, IBM, WesternDidgital (WD).

Проблемы возникающие при эксплуатации жестких дисков

1) Высокая температура нагрева. Никогда не следует устанавливать системный длок вблизи нагревательных приборов. Так как теплый воздух имеет меньшую плотность чем холодный, то воздушная подушка между головками чтения/записи и поверхностью диска уменьшается, что может привести к казанию головок поверхности. Диапазон температур, обеспечивающих птимальную работ HDD варьируется от 0 до + 50 градусов. Нормальной считается температура +200С. Кроме того, высокая температура может привести к неисправности контрорллера жесткого диска. (в 2000 – 2001 гг. на рынок вышли диски фирмы Fujitsu MPG, которые стали выходить из строя через 0,5 – 1 год работы. Выяснилось, что при пайке элементов микросхемы контроллера использовался раствор , который в последствии под воздействием высоких температур, при работе диска, вызывал химическую реакцию, что приводило к разрушению контроллера).

2) Удары, вибрация. Работающий HDD должен находиться строго в горизонтальном или вертикальном положении и ни в коем случае не под углом, так как на него действует гравитация. Кроме того, нельзя располагать рядом системный блок и принтер, так как вибрация от печатающего принтера может привести к подрагиванию головок чтения / записи и они могут коснуться поверхности диска.

3) Пыль и курение за ПК. Попадание частиц пыли в гермоблок может привести к повреждению поверхности дисков. При курении, никотиновые смолы проникают сквозь фильры гермоблока и осаживаются на поверхностях дисков, что может привести к их повреждению и коррозии.

Приводы компакт-дисков (CDD)

Начало создания приводов компакт дисков было положено с появлением в 1982 г. первых аудио компакт-дисков, разработанных компаниями Sony и Philips. Объем информации на CD составлял 72 минутам, именно столько длится одна из популярных симфоний Баха, что составило 650 мегабайт. Вскоре, в 1985 году, появились и первые CD ROM приводы для ПК, тогда основным средством переноса информации между компьютерами были дискеты и объем 650 мегабайт казался очень большим.

Приводы компакт-дисков (CDD) – необходимый атрибут современного компьютера.

Приводы компакт-дисков работают с оптическими дисками информация на которых записывается и считывается с помощью лазера.

 Компакт – диск - предназначен только для хранения предварительно записанной на него информации в цифровом виде и считывания ее с помощью соответствующего устройства - привода (накопителя).

Принцип действия привода компакт дисков

Основными функциональными элементами привода CD-ROM являются: миниатюрный электродвигатель, лазер, система оптических линз и датчиков, а также электронная схема, осуществляющая предварительную обработку (считывание и декодирование информации) и управление приводом.

Приводы компакт дисков работают не так, как все рассмотренные ранее электромагнитные носители информации. При записи компакт-диск обрабатывается лазерным лучом (без механического контакта), выжигающим тот учачток, который хранит логическую 1, и оставляет не тронутым тот участок который хранит логический 0. В результате чего на поверхности CD образуются маленькие углубления, - так называемые питы (Pits).

Считывание информации осуществляется следующим образом:

Электродвигатель вращает диск. Лазер генерирует световой луч, который системой оптических линз фокусируется на отражающей (металлической) поверхности диска. Свет по-разному отражается от переходов между основной поверхностью и углублениями. Отраженный свет через линзы попадает на датчик интенсивности света, который анализирует и преобразует его в электрический двоичный сигнал и направляет его для дальнейшей обработки в электронную схему привода.

Информация, хранимая на оптических дисках, в отличие от информации, хранимой на магнитных дисках, практически не подвержена разрушительному воздействию электрических и магнитных полей и в значительно меньшей степени подвергается разрушению в результате естественного старения материала носителя. Кроме того, стоимость записи и хранения единицы информации на CD-ROM существенно меньше, чем для магнитных дисков.

Структура оптического диска

В соответствии с принятыми стандартами поверхность диска разделена на три области:

1. Входная директория - область в форме кольца, ближайшего к центу диска (ширина 4 мм). Считывание информации с диска начинается именно с входной директории, где содержится оглавление, адреса записей, число заголовков, объем диска, название диска;

2. Область данных;

3. Выходная директория – имеет метку конца диска.

Типы оптических дисков:

  1.  CD-ROM. На диске CD-ROM промышленным способом записывается информация, и произвести ее повторную запись невозможно. Наибольшее распространение получили 5-дюймовые диски CD-ROM емкостью 670 Мбайт. По своим характеристикам они полностью идентичны обычным музыкальным компакт-дискам. Данные на диске записываются в виде спирали.
  2.  CD-R. Аббревиатурой CD-R (CD-Recordable) обозначена технология однократной оптической записи, которую можно использовать для архивирования данных, создания прототипов дисков для серийного производства и для мелкосерийного выпуска изданий на компакт-дисках, записи аудио и видео. Назначение устройства CD-R - запись данных на компакт-диски CD-R, которые потом можно читать на накопителях CD-ROM и CD-RW.
  3.  CD-RW. Старые данные могут быть стерты и вместо них могут быть записаны новые. Емкость носителя CD-RW составляют 650 Мбайт и равна емкости дисков CD-ROM и CD-R.
  4.  DVD-ROM, DVD-R, DVD-RW. Подобны рассмотренным ранее типам оптических дисков, но имеют большую емкость.
  5.  Разрабатывается HVD (Holografic Versatile Dosc) емкостью 1 Тб.

Технология DVD допускает 4 типа дисков:

  •  односторонний, однослойный – 4,7 Гбайт
  •  односторонний, двухслойный – 8,5 Гбайт
  •  двусторонний, однослойный – 9,4 Гбайт
  •  двусторонний, двухслойный – 17 Гбайт

В двухслойных дисках используется укрепляющий слой, на который стали записывать информацию. При считывании информации с первого слоя, расположенном в глубине диска, лазер проходит через прозрачную пленку второго слоя. При считывании информации со второго слоя контроллер привода подает сигнал фокусировки лазерного луча на втором слое и с него производится считывание. При всем при этом диаметр диска составляет 120 мм, а его толщина 1,2 мм.

Как уже упоминалось, например, двусторонний двухслойный диск DVD-диск может умещать до 17 Гбайт информации, это примерно 8 часов высококачественного видео, 26 часов музыки или что нагляднее всего – стопка бумаги исписанной с двух сторон высотой в 1.4 километра!

Форматы DVD

  1.  DVD-R. могут быть только однослойными, но возможно создание двухсторонних дисков. Принцип по которому производится запись DVD-R точно такой же, как и у CD-R. Отражающий слой меняет свои характеристики, под воздействием луча лазера повышенной мощности. DVD-R не несёт в себе ничего нового, технически это тот же CD-R, только рассчитанный на более тонкие дорожки. При создании DVD-R самое пристальное внимание уделено совместимости с существующими DVD-ROM приводами. Длина записывающего лазера 635 Нм + защита записываемых дисков от копирования.
  2.  DVD+R. Принципы, на которых построен DVD+R идентичны тому, что используется в DVD-R. Разница между ними в формате записи, который используется. Так, например, DVD+R диски поддерживают запись в несколько приёмов. Длина записывающего лазера 650 Нм + более высоко отражающая поверхность.

Существует два основных класса компакт-дисков: CD и DVD.

Классы оптических дисков

Характеристики

CD

DVD

Емкость

650-700 Мб

4 -17 Гб

Количество сторон

Односторонние

Двухсторонние

Тип записи

Однослойная

Двуслойная

Плотность записи

1,6 Нм

0,74 Нм

Размер пита

0,83 Нм

0,4 Нм

Длина лазера

780 Нм

Красный 650-635 Нм

В чем разница между DVD и CD?

В DVD для обеспечения записи информации с более высокой плотностью, для этого используется красный лазер с меньшей длинной волны. С помощью этого лазера создаются питы меньшего размера (pit – ямка, отверстие), дорожки более плотно расположены по отношению друг к другу.

   

Первоначально аббревиатура DVD расшифровывалась, как digital video disc (цифровой видео диск). В настоящее эти диски используются для хранения компьютерных программ и приложений, а так же полнометражных фильмов и высококачественного звука. Поэтому, позже появившаяся расшифровка аббревиатуры DVD, как digital versatile disc - универсальный цифровой диск оказалось более приемлемой.

Устройство дисков CD-ROM, CD-R и CD-RW

Устройство обычных CD-дисков, информация на которые записывается при их производстве, включает в себя три основных компонента:

  1.  Поликарбонатная основа;
  2.  Отражающий слой, на котором лазером выжигаются питы (выполнен из золотой или серебрянной пленки, реже из сплавов алюминия так как он быстрее окисляется);
  3.  Защитный лаковый слой.

Устройство дисков CD-R и CD-RW отличается от обычных дисков тем. Что у них между слоями с поликарбонатной основой и с отражающим полем содержится регистрирующий слой, представляющий собой органическое соединение цианин или фталоцианин.

В процессе записи на CD-R диск лазерный луч не прожигает на отражающем слое питы (углубления), а нагревает отдельные участки регистрирующего слоя, которые темнеют и начинают рассеивать свет, образуя участки подобные питам. Однако отражающая способность зеркального слоя и четкость питов у дисков CD-R\CD-RW ниже, чем у CD-ROM, изготовленных промышленным способом.

В перезаписываемых дисках регистрирующий слой выполнен из материала, изменяющего под воздействием луча свое фазовое состояниес аморфного на кристаллическое и обратно, в результате чего меняется прозрачность слоя. При нагреве лазерным лучем свыше критической температуры материал регистрирующего слоя переходит в аморфное состояние и остается в нем после остывания, а при нагреве до температуры значительно ниже кристалической восстанавливает свое первоначально (кристаллическое) состояние.

Примерно – 1000-кратная перезапись и хранениен информации 10 лет. 10000 циклов обращений.

Характеристики Оптических дисководов

  1.  Скорость передачи данных. Первые CD передавали данные со скоростью 150 Кбайт\с (200 об\мин для внешней части дорожки диска до 530 об/мин для внутренней). Скорость передачи следующих поколений кратна этому числу. (1х – 150; 2х – 300; 50х – 7500; 52х – 7800). Наиболее оптимальной скоростью, с минимальной вероятностью повреждения оптического диска является скорость 50х – 52х. Центробежная сила в более скоростных приводах ломает диски. Эту истину поняли не сразу. Возможность создания приводов со скоростью передачи данных выше чем 1х вызвало бум как у пользователей, так и у производителей. Были созданы 72х приводы, но на рынке они не прижились, так как диски взрывались практически сразу же, как только помещались в дисковод. В результате, производители пришли к выводу, что наращивать скорость передачи данных за счет увеличения скорости вращения диска не имеет смысла.
  2.  Качество считывания – отражает способность устройства корректировать ошибки чтения\записи.
  3.  Время доступа – это время (в миллисекундах), которое требуется приводу для того, чтобы найти на носителе нужные данные. (1х – 400 мс, 8х-20х – 100 мс, 36х-60х – 75 мс)
  4.  Объем буферной памяти – Используется для увеличения скорости доступа к данным. (4х – от 256 Кбайт, Современные кстройства имеют буферную память от 512 Кбайт).
  5.  Наработка на отказ. Среднее время безотказной работы (30 тыс. часов – 3,5 года круглосуточно).

ZIP накопители.

Накопитель Zip напоминает собой небольшой переносной диктофон.

Используют технологию магнитных носителей В качестве носителя используется гибкий диск (во многом схожий с дискетой) емкость которого составляет от 250 до 540 Мб (в зависимости от модели).

Данное устройство представляет собой гибрид между FDD (технология работы с дискетами) и HDD (в дискету установлен жесткий диск – точно такой же, который используется в винчестерах).

Впервые появившись на рынке около пяти лет назад, устройства ZIP предлагались в качестве смены устареваюших 3.5" гибким дискам, но в силу ряда причин им так и не удалось завоевать эту нишу.

Устройства делятся на внешние и внутренние. Современные внешние устройства ZIP подключаются к USB по средствам прилагаемого шнура.

Наилучшее применение накопителей ZIP - это перенос информации. Сменный носитель имеет малые габариты и вес, что позволяет его легко транспортировать. Накопитель можно быстро подключить к любому компьютеру. Особенно в этом плане очень удобен внешний ZIP.

Главный недостаток этого устройства это то, что, в этом накопителе применяется магнитный способ записи. Это означает, что накопитель чувствителен к внешним магнитным полям.

Магнито-оптические диски.

Изготавливаются из алюминевого сплава и заключаются в пластиковую оболочку. Емкость 25-50 Гб.

Чтение осуществляется оптическим методом, а запись магнитными средствами, как на дискеты.

Технология записи данных следующая: лазерный луч нагревает точку на диске, а электромагнит изменяет магнитную ориентацию этой точки в зависимости от того, что необходимо записать: 0 или 1.

Считывание производится лазерным лучом меньшей мощности, который отражаясь от этой точки, меняет свою полярность.

Внешне магнитооптический носитель похож на 3,5 дискету, только чуть более толстую.

Flash-накопители

Эта технология довольно нова и поэтому к дешевым решениям не принадлежит, однако есть все предпосылки к снижению себестоимости устройств этого класса,

Основой любого флэш-накопителя является энергонезависимая память. В устройстве нет каких-либо движущихся частей, и оно не восприимчиво к вибрациям и механическим встряскам. Flash не является по сути своей магнитным носителем и на него не влияют магнитные поля. А потребление энергии происходит только во время операций запись/чтение, причем вполне достаточно питания от USB.

Емкость флеш-накопителей варьируется приблизительно от 256 Мб до нескольких Гб (4-5 Гб).

Кроме того, что флеш-накопитель может использоваться для записи, надежного хранения и переноса информации его можно разбивать на логические диски и устанавливать его загрузочным диском.

Достоинства

  •  компактный размер;
  •  отсутствие необходимости во внешнем питании;
  •  вполне приемлемую скорость работы.

Недостатки

  •  небольшой объем переносимой информации;
  •  высокая цена.

Накопители на магнитной ленте (стримеры).

В качестве носителя информации используется магнитная лента, похожа на аудиокасету. Используется для архивирования и резервного копирования больших объемов данных. Емкость 20-40 Гб.

PAGE  1


EMBED Word.Picture.8  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

66023. Управление финансами 106.38 KB
  Управление финансами это деятельность по обеспечению развития финансовой системы государства или конкретного субъекта хозяйствования в соответствии с заданными количественными и качественными параметрами. Управление финансами является составной частью общей системы управления социально-экономическими процессами.
66024. Федеральное казначейство и его функции 18.77 KB
  В России переход к казначейскому исполнению бюджета начался в 1992 г. исполнение бюджета в нашей стране было банковским. Чем отличаются эти две формы исполнения бюджета При банковском исполнении бюджета средства налогоплательщиков поступали на счета налоговых органов в Банке России или в коммерческих банках.
66025. Пенсионная реформа РФ 24.71 KB
  О дополнительных страховых взносах на накопительную часть трудовой пенсии и государственной поддержке формирования пенсионных накоплений начало приема заявлений о вступлении в отношения по ДСВ. 2009 С 1 января 2009 года действует новая система добровольных...
66026. Бюджетная реформа РФ 31 KB
  Как следует из программы повышения эффективности бюджетных расходов опубликованной сегодня Минфином министерства и ведомства будут получать государственные деньги только под конкретные долгосрочные целевые программы.
66028. Проблемы медицинского и социального обеспечения РФ. Минимальная медицинская помощь 24.76 KB
  Основные проблемы обеспечения доступности и качества медицинской помощи гражданам Российской Федерации и способы их решения Одним из основных направлений дальнейшего развития здравоохранения является разработка мер направленных на повышение качества и обеспечение доступности медицинской помощи гражданам Российской Федерации.
66030. Антикризисная политика ЕС 254.54 KB
  Особенности кризиса для стран ЕС Охватив своим масштабам большинство стран мира экономический кризис немного по-разному повлиял на различные мировые капиталистические центры. Одна из очевидных особенностей стран ЕС связанная с экономическим кризисом ...