Читать книгу «Інформатика. Дитяча енциклопедія» онлайн.

У світі комп’ютерів цей принцип теж використовують. Для прискорення доступу до оперативної пам’яті на комп’ютерах є спеціальна швидкісна кеш-пам’ять. Оскільки час доступу до кеш-пам’яті у декілька разів менший, ніж до звичайної пам’яті, середній час доступу до пам’яті зменшується. Такий спосіб називається випередженим читанням.

Випереджене читання застосовується в усіх сучасних жорстких дисках. Кеш-пам’ять там виконана на базі динамічної RAM. Кешування даних застосовується також і в процесорах. Усередині кристала процесора знаходиться малий об’єм дуже швидкої статичної пам’яті, яка працює на частоті процесора.

Кеш-пам’ять може мати ієрархічну структуру (кеш першого рівня, другого).

Існують різні алгоритми роботи кеш-пам’яті, які дуже сильно впливають на ефективність кешування.

Кешування потрібне тому, що швидка пам’ять коштує дорожче, але застосування малого об’єму швидкої (але дорогої) кеш-пам’яті у комплексі з великим об’ємом повільної (але дешевої) пам’яті дозволяє створити оптимальне за ціною і швидкістю рішення.

Постійний запам’ятовуючий пристрій

Енергонезалежна пам ’ять – це постійний запам’ятовуючий пристрій (ПЗП) – пам’ять, призначена тільки для читання. Інформація заноситься в неї один раз (у заводських умовах) і зберігається постійно, як при увімкненому, так і вимкненому комп’ютері. Англійська назва ПЗП – read only memory (ROM), або пам’ять тільки для читання. Всі мікросхеми пам’яті за способом занесення в них інформації діляться на масочні, які програмуються виробником (ROM), одноразово програмуються користувачем (Programmable ROM) і багаторазово програмуються користувачем (Erasable PROM). Останні, в свою чергу, поділяються на ті, які стираються за допомогою ультрафіолетового опромінювання, і ті, які стираються за допомогою електричного струму (EEPROM – Electronically Erasable Programmable ROM). До елементів EEPROM, наприклад, належать мікросхеми флеш-пам’яті (flash).

У IBM PC-сумісних комп’ютерах в ОП зберігаються програми для перевірки обладнання комп’ютера, ініціювання завантаження операційної системи та виконання базових функцій по обслуговуванню пристроїв комп’ютера. Оскільки більша частина цих програм пов’язана з обслуговуванням вводу-виводу, тому зміст постійної пам’яті називають BIOS (Basic Input-Output System, або базова система вводу-виводу). ПЗП зазвичай набагато повільніші від оперативної пам’яті, тому для більшої швидкодії після кожного ввімкнення комп’ютера BIOS переписується в ОЗП, це називається shadow bios.

У BIOS міститься також програма настроювання конфігурації комп’ютера (Setup). Вона дозволяє установити деякі характеристики пристроїв комп’ютера (типи відеоконтролера, жорстких дисків і дисководів, режими роботи з оперативною пам’яттю, запит пароля при початковому запуску та ін.).

Крім звичайної оперативної пам’яті та постійної пам’яті, у комп’ютері є також невелика частка пам’яті для збереження параметрів конфігурації комп’ютера, інформація про час, дату. Її називають CMOS-пам’яттю, оскільки ця пам’ять звичайно виконується за технологією CMOS (complementary metal-oxide semiconductor, CMOS або КМОП), має низьке енергоспоживання. Зміст CMOS-пам’яті не змінюється при вимкненні електроживлення комп’ютера, оскільки для її живлення використовується спеціальний акумулятор.

Накопичувачі

Для збереження програм і даних у ПК використовують різні накопичувачі. До них належать гнучкі і жорсткі магнітні диски, оптичні, магнітооптичні диски та ін. По відношенню до комп’ютера накопичувачі можуть бути зовнішніми та вбудованими. Зовнішні накопичувачі мають свій корпус і джерело живлення. Вбудовані накопичувачі кріпляться в спеціальних монтажних відсіках (drive bays). Накопичувач складається з носія і відповідного привода. Розрізняють накопичувачі зі змінними та незмінними носіями. Існують накопичувачі на магнітній стрічці, дискові накопичувачі з різними типами носія.

Накопичувачі мають різні інтерфейси. Інтерфейси накопичувачів пов’язують сам накопичувач із контролером, який підключено до якоїсь системної шини або інтерфейсу передачі даних. Істотне значення мають такі показники, як інформаційна ємність, час доступу до інформації, надійність її збереження, час безвідмовної роботи.

В основу запису, зберігання і зчитування інформації на пристроях зовнішньої пам’яті покладені два принципи – магнітний і оптичний, які забезпечують збереження інформації і після вимкнення комп’ютера. Якщо інформація записана на зовнішній носій (диск, стрічку), то для того щоб зчитати її, носій потрібно вставити до спеціального пристрою, який має назву дисковод. Дисковод схожий на звичайний програвач. Щоб платівка зазвучала, її потрібно поставити на програвач та підвести до потрібного місця голку. Привод програвача крутить платівку, голка пливе по борознах, нащупує у них бугорки та впадини. Рух голки перетворюється у звукове коливання, і ми чуємо музику.

Дискета

Приблизно так виглядає справа і з дисками. В основі магнітного запису лежить цифрова інформація (у вигляді нулів і одиниць), перетворена в змінний електричний струм, який супроводжується змінним магнітним полем. Для зчитування інформації використовують не голку, а магнітну головку. Вона пливе вздовж диска, зчитує з нього нулі та одиниці, пересилає їх у комп’ютер. На відміну від голки магнітна головка не торкається диска, а летить над ним. Летить вона дуже низько – на відстані, меншій, ніж товщина волосини людини. Але і цього достатньо для того, щоб не подряпати диск. Тому диски служать довше, ніж платівки.

Гнучкі магнітні диски (ГМД)

ГМД призначені для перенесення документів і програм з одного комп’ютера на інший, зберігання архівних копій та інформації, що не використовується постійно на комп’ютері. ГМД діаметром 3,5дюйма (89 мм) мають ємність 1,44 Мбайт. На сьогодні поступово виходять з обігу через малу ємність, низьку надійність.

Жорсткі магнітні диски (ЖМД)

І у накопичувачів, і у магнітофонів є один спільний недолік. Поверхні дисків і стрічок відкриті. На них може потрапити волога чи пил. Для звичайної платівки це погано, вона починає шипіти. Але слова можна розібрати. Пилинка на магнітному носії може зіпсувати всю інформацію. Якщо комп’ютер не зможе розібрати хоча б одну одиницю або нуль, то «за змістом» він слова не складе.

Цього недоліку позбавлені диски типу вінчестер. «Платівка» та головка там знаходяться в наглухо закритому кожусі. Ані пил, ані волога туди не потраплять. За надійність тут треба платити відсутністю можливості заміни «платівки».

Вінчестер Maxtor

1973 рік. Компанія IBM випустила стаціонарний жорсткий диск IBM 3340. Він призначався для великих ЕОМ. Пристрій розроблявся під кодовою назвою Winchester, тому що цей диск мав 30 циліндрів (доріжок), кожна з яких була розбита на 30 секторів (автоматична гвинтівка мала стрілкові параметри 30/30). З того часу за жорстким диском закріпився неофіційний термін «вінчестер».

Вінчестер змонтовано на осі-шпинделі, яка обертається за допомогою спеціального двигуна. «Платівка» (platters) – це декілька (від одного до десяти) алюмінієвих, керамічних або скляних дисків (з металевою поверхневою плівкою, наприклад кобальтовою), не чутливих до температури. Головка читання-запису при обертанні знаходиться над диском на дуже маленькій відстані. Швидкість обертів може бути 3600, 4500, 5400, 7200, 10000, 12000 об/хвилину. Інформаційна ємність – до 250 Гбайт. ЖМД, або вінчестер, призначено для постійного зберігання інформації, що використовується при роботі з комп’ютером.

Стримери

Магнітний принцип запису використовується і в інших зовнішніх запам’ятовуючих пристроях – накопичувачах на магнітних стрічках касетного типу (так званих стримерах). За принципом роботи вони не відрізняються від звичайних магнітофонів. Їх призначення – створення резервних копій інформації, розташованої на жорстких дисках комп’ютерах.

Стримери – пристрої для запису інформації на касети (картриджі) з магнітної стрічки. Стримери прості у використанні і забезпечують найдешевше зберігання даних. Різні стримери відрізняються за ємністю, типом касет, які використовуються, виконанням (зовнішнім або внутрішнім), інтерфейсом, швидкістю читання/запису даних, надійністю запису на стрічку і т. д.

Ємність магнітних стрічок дуже велика. Але вони працюють значно повільніше, ніж диски. Інформація зчитується з них послідовно. Тому, якщо потрібно зчитати щось записане наприкінці стрічки, її потрібно перемотати. На початку – знов перемотування. З такою проблемою стикалися всі користувачі магнітофонів. Для того щоб знайти потрібну пісню, треба перемотувати стрічку касети. Відшукати потрібну пісеньку на CD-плеєрі значно швидше. Принцип пошуку дав назву і самим пристроям. Накопичувачі називаються пристроями прямого доступу, а магнітофони – послідовного доступу.

Оптичні диски (лазерні)

Лазерні диски мають ємність понад 650 Мбайт, високу надійність зберігання інформації, довговічність. Принцип запису і зчитування – оптичний. Закодована інформація наноситься на диск лазерним променем, який створює на його поверхні мікроскопічні западини, що розділяються плоскими ділянками. Цифрова інформація представляється чергуванням западин (невідбиваючих плям) і відбиваючих світло острівців.