Билет 14. Внешние запоминающие устройства, виды, назначения, принцип действия и основные характеристики.

Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного хранения программ и данных, и целостность её содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер. В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором.

В состав внешней памяти компьютера входят:

• накопители на гибких магнитных дисках;

• накопители на жёстких магнитных дисках;

• накопители на компакт-дисках;

• накопители на магнито-оптических компакт-дисках;

• накопители на магнитной ленте (стримеры) и др.

• флэш – накопители

• голографические накопители

Накопители на гибких дисках.

Одни из старейших периферийных устройств ПК - накопители на гибких дисках (Floppy Disk Drive), так называемые флоппи-диски. Носителем информации служат дискеты диаметрами 3,5”, 5,25”и 8”. В наши дни дискеты 5,25” и 8” не используются совсем. 3.,5” встречается крайне редко. Для всех форматов конструкция дискет одинакова. На пластмассовый диск, расположенный в пластиковом футляре наносится магнитный слой для записи информации.

Существует понятие “плотность записи”. От нее зависит объем записываемой информации. Существуют различные стандарты чтения-записи на дискеты, от них зависит объем записываемой информации, например для 3,5” дискет (стандарты DD, HD и ED), объем записываемой информации от 720 Кб до 2,88 Мб.

Как носители информации дискеты почти изжили себя. Малый объем, небольшая скорость чтения/записи, ненадежность делают их применение невыгодным. Однако, они обладают большой мобильностью.

Накопители на жестких дисках.

Накопитель на жёстких магнитных дисках (HDD – Hard Disk Drive, винчестер) - это запоминающее устройство большой ёмкости, в котором носителями информации являются круглые алюминиевые пластины, обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. Используется для постоянного хранения информации - программ и данных. По сравнению с дискетами они имеют следующие преимущества: объем записываемой информации многократно превосходит возможности гибких дисков, скорость чтения/записи также намного больше, надежность гораздо более высока. “Винчестеры” выполняются как в виде внутренних и внешних (переносных) устройств. В настоящее время винчестеры бывают нескольких типов: IDE, SCSI, SATA, SAS.

Сегодня еще используются винчестеры типа IDE (Integrated Drive Electronics). Их главное отличие от предыдущих типов заключается в том, что управляющая электроника расположена не в контроллере, а на винчестере. Данное преимущество проявляется при приеме и передаче информации, так как в таких устройствах оптимально согласованы прием и передача сигналов. IDE HDD обрабатывают данные совместно с шиной ввода/вывода, поэтому частота тактового сигнала шины должна соответствовать быстродействию HDD. Основное использование – на рабочих станциях.

Винчестеры типа SCSI имеют самую высокую скорость обмена данными. Для этого типа дисков необходимы специальные контроллеры. Хотя их основные характеристики сопоставимы с IDE-винчестерами, они различаются тем, что SCSI-винчестеры могут хранить большие объемы информации за счет высокой скорости обмена данными, в то время как объем IDE-винчестеров ограничен их производительностью. Чаще всего SCSI винчестеры используются на сервера.

На смену IDE пришли диски SATA, конструктив диска не изменился. Изменился емкость, а главное скорость обмена данными (до 6 Гбит/сек).

Последнее время все чаще стали использоваться SAS диски. SAS интерфейс – развитие SATA и SCSI. Этот интерфейс дает возможность подключить несколько устройств к одному порту.

Основной характеристикой винчестера является его емкость. Сегодня емкость HDD дисков колеблется от 40Гбайт до 3 Террабайт.

Следующая важная характеристика - время доступа необходимое HDD для поиска информации на диске. Сегодня среднее время доступа для лучших IDE и SCSI дисков - это значение меньше 10 мс. Для SATA и SAS лучшее время доступа около 2 мс.

Среднее время поиска – время в течение, которого магнитные головки перемещаются от одного цилиндра к другому. Эта характеристика зависит, в основном, от механизма привода головок, а не от интерфейса диска.

Скорость передачи данных, зависит от числа байт в секторе, количестве секторов на дорожке и от скорости вращения дисков (3000-3600-7200 об./мин). У самых современных HDD скорость достигает 15000 об/мин.

Гарантированное производителями время безотказной работы обычно составляет 20000-500000 часов. Однако, наработка винчестера за год составит 8760 часов, что делает этот параметр не столь важным, так как винчестер устареет раньше чем испортится.

На скорость работы винчестера существенно влияет кэш-память – ячейки памяти, размещенные на контроллере винчестера. Типичная величина может варьироваться до 32Мб и выше. 

Компакт диски (оптические и магнитооптические)

Здесь носителем информации является CD-ROM (Сompact Disk Read-Only Memory - компакт диск, из которого можно только читать). CD-ROM представляет собой прозрачный полимерный диск диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм, на одну сторону которого напылен светоотражающий слой алюминия, защищенный от повреждений слоем прозрачного лака. Толщина напыления составляет несколько десятитысячных долей миллиметра.

Информация на диске представляется в виде последовательности впадин (углублений в диске) и выступов (их уровень соответствует поверхности диска), расположенных на спиральной дорожке, выходящей из области вблизи оси диска. На каждом дюйме (2,54 см) по радиусу диска размещается 16 тысяч витков одной спиральной дорожки. Емкость CD достигает 780 Мбайт. Информация наносится на диск при его изготовлении и не может быть изменена. CD-ROM обладают высокой удельной информационной емкостью, что позволяет создавать на их основе справочные системы и учебные комплексы с большой иллюстративной базой. Cчитывание информации с CD-ROM происходит с помощью считывающей головки с микролазером и фотодиодом с достаточно высокой скоростью, хотя и заметно меньшей, чем скорость работы накопителей на жестком диске. CD-ROM просты и удобны в работе, имеют низкую удельную стоимость хранения данных, практически не изнашиваются, не могут быть поражены вирусами, c них невозможно случайно стереть информацию.

На смену технологии СD-ROM пришла технология цифровых видеодисков DVD. Эти диски имеют тот же размер, что и обычные CD, но вмещают до 17 Гбайт данных, т.е. по объему заменяют 20 стандартных дисков CD-ROM.

Для возможности записи были создана CD-R, CD-RW и DVD-RW – это диски, на которые можно самому производить запись данных, для этого должен быть использоваться специальный накопитель. CD-R и DVD-R -одноразовая запись, CD-RW и DVD-RW - многоразовая запись. В дисках CD-R отражающий слой выполнен из золотой пленки. Между этим слоем и поликарбонатной основой расположен регистрирующий слой из органического материала, темнеющего при нагревании. В процессе записи лазерный луч нагревает выбранные точки слоя, которые темнеют и перестают пропускать свет к отражающему слою, образуя участки, аналогичные впадинам.

Накопитель на магнито-оптических компакт-дисках СD-MO (Compact Disk — Magneto Optical). Диски СD-MO можно многократно использовать для записи. Ёмкость от 128 Мбайт до 2,6 Гбайт. В этих  системах  запись  и  воспроизведение осуществляются оптическим способом при помощи полупроводникового лазера. В основу положено свойство поляризованного  света менять направление поляризации при прохождении через  магнитное  поле.  Магнитооптический (magneto-optical, MO) диск имеет  ферромагнитную пленку, на которой создается последовательность пятен, намагниченных с различной полярностью. Поляризованный лазерный луч, проходя  через каждое из них, меняет направление поляризации, что регистрируется фотоприемником  как  изменение информационного состояния.

Продолжением развития технологии DVD стала технология BLU-Ray, которая позволила записать на диск стандартного размера до 27Гбайт данных.

Накопители на магнитной ленте (стримеры).

Стример – устройство для резервного копирования больших объемов информации. В качестве носителя здесь применяются кассеты с магнитной лентой ёмкостью 1-2 Гбайт и больше. Стримеры позволяют записать на небольшую кассету с магнитной лентой огромное количество информации. Встроенные в стример средства аппаратного сжатия позволяют автоматически уплотнять информацию перед её записью и восстанавливать после считывания, что увеличивает объём сохраняемой информации.

Недостатком стримеров является их сравнительно низкая скорость записи, поиска и считывания информации.

Flash-память – переносной энергонезависимый накопитель.

Обычно используются следующие стандарты флэш-памяти: CompactFlash, SmartMedia, Memory Stick, Floppy Disks, MultiMedia Cards и др. Они могут использоваться вместо дискет, лазерных и магнитооптических компактных, небольших жёстких дисков.

Современные сменные устройства флэш-памяти обеспечивают высокую скорость обмена данными (Ultra High Speed) – более 16,5 Мбит/с.

Для подключения к USB-порту компьютера используются специальные USB Flash Drive, представляющие собой мобильные малогабаритные устройства хранения данных, не имеющие подвижных и вращающихся механических частей.

Используется два основных типа Flash-памяти: NAND и NOR.

Микросхемы NOR хорошо работают совместно оперативной памятью RAM, поэтому чаще используются для BIOS.

С середины 1990-х гг. появились микросхемы NAND в виде твердотельных дисков (SSD). Емкость таких дисков в настоящее время достигла почти 300Гб.

Основные преимущества: маленький размер, отсутствие подвижных механических частей, высокая скорость доступа, для сравнения времени доступа у SDRAM оно составляет 10–50 мкс, у флэш-памяти – 50–100 мкс, а у жестких дисков – 5000–10000 мкс.

Голография

Это фотографический метод записи, воспроизведения и преобразования волновых полей. Впервые был предложен в 1947 году венгерским физиком Деннисом Габором. В 1960-е годы, с появлением лазера представилась возможность точно записывать и воспроизводить объёмные изображения в кристалле ниобата лития. С 1980-х годов, с появлением компакт-дисков, голографические устройства хранения информации на основе лазерной оптики стали одной из технологий внешней памяти.

Голографическая память представляет весь объём запоминающей среды носителя, при этом элементы данных накапливаются и считываются параллельно.

Современные голографические устройства хранения получили название HDSS (holographic data storage system).

Они содержат: лазер, расщепитель луча для разделения лазерного пучка, зеркала для направления лазерных лучей, жидкокристаллическую панель, используемую как пространственный модулятор света, линзы для фокусировки лазерных лучей, кристалл ниобата лития или фотополимер как запоминающее устройство, фотодетектор для считывания информации.

15-устройства ввода информации, назначение, виды, принцип действия, и основные характеристики

3. Что такое компьютерные устройства ввода данных? Это компоненты аппаратных средств, которые помогают вам поместить информацию в память компьютера. Компьютер, не имеющий устройств для ввода информации или команд, может использоваться лишь в качестве обычного телевизора. Такие устройства помогают вам не только размещать данные в памяти компьютера, но и в дальнейшем распечатывать их на принтере, отправлять на электронную почту, копировать на переносные устройства. Следовательно, устройством ввода можно считать любое периферийное устройство, помогающее вводить данные и контролирующее выполняемые компьютером команды.

6. Виды компьютерных устройств ввода Теперь давайте рассмотрим различные устройства, способные помочь в обработке информации на компьютере.  Клавиатура - это самое старое и наиболее широко используемое устройство ввода. Она применяется со стационарными компьютерами, ноутбуками и другими разновидностями вычислительных устройств. Компьютерная клавиатура содержит все наиболее необходимые буквенные и числовые символы для ввода данных и команд. Чаще всего клавиатура соединяется с компьютером при помощи провода, но в настоящее время широко распространены и беспроводные клавиатуры.  Мышь - небольшое ручное компьютерное устройство, которое помогает перемещаться по экрану и выполнять необходимое действие. Компьютерная мышь отображается на мониторе в виде курсора, который служит для открытия файлов, папок и позволяет делать выбор нужных пунктов меню. Мышь, как и клавиатура, либо связана с компьютером через провода, либо имеет беспроводное соединение. Графические планшеты. Графический планшет использует устройства ввода информации, подобные перу, которые называются стилусами. Этим прибором можно писать на планшете или сенсорном экране, будто обычной ручкой. Некоторые стилусы имеют специальные кнопки, которые позволяют использовать данное устройство в качестве мыши. Многие из последних моделей графических планшетов рассчитаны на то, чтобы пользоваться пальцами вместо стилуса. Джойстики. Если вы заядлый геймер и любите проводить время в компьютерных играх, то наилучшим помощником для вас станет джойстик (или геймпад). Это подвижная ручка с кнопкой или двумя, которая помогает контролировать движения персонажей в игре. Джойстики последнего поколения поставляются с различными модификациями кнопок, чтобы вы лишь одним нажатием пальца могли выполнять множество сложных движений в игре. Сканеры - компьютерные устройства ввода, которые помогут вам создать электронную копию документа или даже фотографии. Вы можете затем скопировать цифровое изображение документа, который вы хотите отобразить, и сохранить его на компьютере или распечатать. Эта копия также может быть изменена посредством графических или текстовых программ. Гарнитуры. Сюда можно отнести такие приборы, как наушники и микрофон. Они помогут вам записать свой голос, надиктовать данные или даже команды для компьютера. Современные гарнитуры оставляют ваши руки свободными для выполнения различных задач. Вы даже можете установить программное обеспечение для распознавания голоса, чтобы компьютер воспринимал только команды, произнесенные вашим голосом. Устройства ввода мультимедийной информации. Существует множество различных устройств, которые помогут вам обмениваться с компьютером информацией различных форматов. Ниже приводятся устройства, созданные для выполнения функций оцифровки изображения, обработки видео или аудио:  - веб-камера - графический сканер - цифровые фотоаппараты - считыватель штрих-кода - сканер отпечатков пальцев - 3D-сканер - лазерный измеритель - аппаратная видеосъемка - MIDI-клавиатура