63. Організація дискової та інших видів памяті комп’ютерів.

Диск является распростроненным средством для более или  менее долговременного хранения данных. Процессы обработки  данных на твердом диске (винчестре) аналогичны процессам для  гибких дисков (дискет), за исключением того, что возможно  потребуется обеспечить пути для доступа к многочисленным  подоглавлениям винчестера. Для обработки файлов полезно  ознакомиться с организацией дисковой памяти. Каждая cторона  стандартной 5 1/4 дюймовой дискеты содержит 40 концентричес  ких дорожек, пронумерованных от 00 до 39. На каждой дорожке  форматируется восемь или девять секторов по 512 байтов  каждый.  Дданные записываются на диск в виде файлов, аналогично  тому, как вы записываете ассемблерные программы. Хотя на  типы данных, которые можно хранить в файле, не существует  каких-либо ограничений, типичный пользовательский файл  содержит списки заказчиков, описи товаров и предложений или  списки имен и адресов. Каждая запись содержит информацию о  конкретном заказчике или описание товара. Внутри файла все  записи имеют одинаковую длину и формат. Запись может  содержать oдно или несколько полей. Файл заказчиков,  например, может состоять из записей, в которые входит номер  заказчика, имя заказчика и долговой баланс. Эти записи могут  быть расположены в порядке возрастания номеров заказчиков  следующим образом:  ---T---T-----¬---T---T-----¬---T---T-----¬ ---T---T-----¬  ¦№1¦имя¦суммদ№2¦имя¦суммদ№3¦имя¦сумма¦...¦№n¦имя¦сумма¦  L--+---+------L--+---+------L--+---+------ L--+---+------  Для программирования дисковых файлов следует в общих  чертах ознакомится только с концепцией и терминологией. Если  в данной главе размеры диска не указываются, то  предполагается диск 5 1/4" формата.

64. Типові схеми постійно запам’ятовуючих та оперативно запам’ятовуючих пристроїв комп’ютера.

Существует два типа ОЗУ:

статическое и динамическое. Статическое ОЗУ конструируется с использовани-

ем D-триггеров. Информация в ОЗУ сохраняется на протяжении всего времени,

пока к нему подается питание: секунды, минуты, часы и даже дни. Статическое

ОЗУ работает очень быстро. Обычно время доступа составляет несколько нано-

секунд. По этой причине статическое ОЗУ часто используется в качестве кэш-па-

мяти второго уровня.

В динамическом ОЗУ, напротив, триггеры не используются. Динамическое

ОЗУ представляет собой массив ячеек, каждая из которых содержит транзистор и

крошечный конденсатор. Конденсаторы могут быть заряженными и разряженны-

ми, что позволяет хранить нули и единицы. Поскольку электрический заряд имеет

тенденцию исчезать, каждый бит в динамическом ОЗУ должен обновляться (пе-

резаряжаться) каждые несколько миллисекунд, чтобы предотвратить утечку дан-

ных. Поскольку об обновлении должна заботиться внешняя логика, динамическое

ОЗУ требует более сложного сопряжения, чем статическое, хотя этот недостаток

компенсируется большим объемом.

Поскольку динамическому ОЗУ нужен только 1 транзистор и 1 конденсатор на

бит (статическому ОЗУ требуется в лучшем случае 6 транзисторов на бит), дина-

мическое ОЗУ имеет очень высокую плотность записи (много битов на одну микро-

схему). По этой причине основная память почти всегда строится на основе динами-

ческих ОЗУ. Однако динамические ОЗУ работают очень медленно (время доступа

занимает десятки наносекунд). Таким образом, сочетание кэш-памяти на основе

статического ОЗУ и основной памяти на основе динамического ОЗУ соединяет в

себе преимущества обоих устройств.

Существует несколько типов динамических ОЗУ. Самый древний тип, кото-

рый все еще используется, — FPM (Fast Page Mode — быстрый постраничный режим). Это ОЗУ представляет собой матрицу битов. Аппаратное обеспечение

представляет адрес строки, а затем — адреса столбцов (мы описывали этот процесс,

когда говорили об устройстве памяти, показанном на рис. 3.30, 6).

FPM постепенно замещается EDO1 (Extended Data Output — память с расши-

ренными возможностями вывода), которая позволяет обращаться к памяти еще

до того, как закончилось предыдущее обращение. Такой конвейерный режим не

ускоряет доступ к памяти, но зато увеличивает пропускную способность, выдавая

больше слов в секунду.

И FPM, и EDO являются асинхронными. В отличие от них так называемое син-

хронное динамическое ОЗУ управляется одним синхронизирующим сигналом.

Данное устройство представляет собой гибрид статического и динамического ОЗУ.

Синхронное динамическое ОЗУ часто используется при производстве кэш-памя-

ти большого объема. Возможно, данная технология в будущем станет наиболее

предпочтительной и в изготовлении основной памяти.

ПЗУ (постоянных запоминающих устройств), которые не позволяют изменять и

стирать хранящуюся в них информацию (ни умышленно, ни случайно). Данные

записываются в ПЗУ в процессе производства. Для этого изготавливается трафарет

с определенным набором битов, который накладывается на фоточувствительный

материал, а затем открытые (или закрытые) части поверхности вытравливаются.

Единственный способ изменить программу в ПЗУ — поменять целую микросхему.

ПЗУ стоят гораздо дешевле ОЗУ, если заказывать их большими партиями, что-

бы оплатить расходы на изготовление трафарета. Однако они не допускают измене-

ний после выпуска с производства, а между подачей заказа на ПЗУ и его выполне-

нием может пройти несколько недель. Чтобы компаниям было проще разрабатывать

новые устройства, основанные на ПЗУ, были выпущены программируемые ПЗУ.

В отличие от обычных ПЗУ, их можно программировать в условиях эксплуата-

ции, что позволяет сократить время выполнения заказа. Многие программируе-

мые ПЗУ содержат массив крошечных плавких перемычек. Можно пережечь

определенную перемычку, если выбрать нужную строку и нужный столбец, а затем

приложить высокое напряжение к определенному выводу микросхемы.

Следующая разработка этой линии — стираемое программируемое ПЗУ, ко-

торое можно не только программировать в условиях эксплуатации, но и стирать

с него информацию. Если кварцевое окно в данном ПЗУ подвергать воздействию

сильного ультрафиолетового света в течение 15 минут, все биты установятся на 1.

Если нужно сделать много изменений во время одного этапа проектирования, сти-

раемые ПЗУ гораздо экономичнее, чем обычные программируемые ПЗУ, поскольку

их можно использовать многократно. Стираемые программируемые ПЗУ обычно

устроены так же, как статические ОЗУ. Например, микросхема 27С040 имеет

структуру, которая показана на рис. 3.30, а, а такая структура типична для стати-

ческого ОЗУ.

Следующий этап — электронно-перепрограммируемое ПЗУ, с которого мож-

но стирать информацию, прилагая к нему импульсы, и которое не нужно для этого

помещать в специальную камеру, чтобы подвергнуть воздействию ультрафиоле-

товых лучей. Кроме того, чтобы перепрограммировать данное устройство, его не

нужно вставлять в специальный аппарат для программирования, в отличие от сти-

раемого программируемого ПЗУ, Но с другой стороны, самые большие электрон-

но-перепрограммируемые ПЗУ в 64 раза меньше обычных стираемых ПЗУ, и ра-

ботают они в два раза медленнее. Электронно-перепрограммируемые ПЗУ не могут

конкурировать с динамическими и статическими ОЗУ, поскольку они работают

в 10 раз медленнее, их емкость в 100 раз меньше и они стоят гораздо дороже. Они

используются только в тех ситуациях, когда необходимо сохранение информации

при выключении питания.

Более современный тип электронно-перепрограммируемого ПЗУ — флэш-па-

мять. В отличие от стираемого ПЗУ, которое стирается под воздействием ультра-

фиолетовых лучей, и от электронно-программируемого ПЗУ, которое стирается

по байтам, флэш-память стирается и записывается блоками. Как и любое элект-

ронно-перепрограммируемое ПЗУ, флэш-память можно стирать, не вынимая ее

из микросхемы. Многие изготовители производят небольшие печатные платы, со-

держащие десятки мегабайтов флэш-памяти. Они используются для хранения изоб-

ражений в цифровых камерах и для других целей. Возможно, когда-нибудь флэш-

память вытеснит диски, что будет грандиозным шагом вперед, учитывая время

доступа в 100 не. Основной технической проблемой в данный момент является то,

что флэш-память изнашивается после 10 000 стираний, а диски могут служить го-

дами независимо от того, сколько раз они перезаписывались.