31. Постоянные запоминающие устройства

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) — память только для чтения - ROM (Read Only Memory) строится на основе установленных на материнской плате модулей и используется для хранения неизменяемой информации: загрузочных программ операционной системы, программ тестирования устройств компьютера, некоторых драйверов базовой системы ввода-вывода (BIOS) и других. К ПЗУ принято относить энергонезависимые постоянные и «полупостоянные» запоминающие устройства, из которых оперативно можно только считывать информацию, запись информации в ПЗУ выполняется вне ПК в лабораторных условиях или при наличии специального программатора в компьютере.

Принцип построения

Микросхема памяти состоит из определенного числа элементов памяти, в которых данные хранятся в виде двоичной разрядов (битов). Элементы памяти группируются, образуя ячейки памяти. Хранящиеся данные можно извлечь или прочитать. Для доступа к каждой ячейке ей присваивается уникальный двоичный код, называемый адресом. На рис. 6.1. показан пример простейшего устройства памяти, которое состоит из восьми 4-битовых ячеек. Таким образом, это запоминающее устройство состоит из 32 элементов и может хранить восемь 4-битовых слов. Каждая ячейка имеет свой трехразрядный адресный код: 000, 001 ... 111. Если память состоит из большего . количества ячеек, то для адресации ко всем ячейкам памяти требуется более длинный адрес. Например, чтобы адресовать 16 ячеек памяти, требуется четыре адресных входа (четыре двоичных разряда), для адресации 32 ячеек нужно 5 двоичных разрядов и тд.

Рис. 6.1. Пример устройства памяти

В современных микросхемах памяти запоминающий блок, где хранятся данные, выполнен в виде матрицы (матричный накопитель), состоящей из ячеек, в каждой из которых хранится один байт данных. Для упрощения доступа к любой из ячеек выборка любого элемента памяти осуществляется не по одной, а сразу по двум шинам, расположенным взаимно перпендикулярно относительно каждой ячейки памяти (по строкам и столбцам). При таком построении сокращается число входов, необходимых для адресации к ячейкам памяти.

32.

BIOS(Basic Input/Output System) – это базовая система ввода-вывода. В состав этой системы входят различные программы ввода-вывода, которые обеспечивают взаимодействие между операционной системой, прикладными программами с одной стороны и устройствами, входящими в состав компьютера (внутренними и внешними) с другой.

Первоначально она предназначалась для осуществления тестирования компьютера при включении – так называемых POST(Power On Self Test) или BIST(Built In Self Test)-процедур, и обеспечивания последующей загрузки ОС. Это справедливо для ПК семейств i8086, i8088 и для значительной части семейства 80286.

В настоящее время BIOS представляет собой сложную систему, состоящую из большого количества утилит, предназначенных для автоматического распознавания установленного на компьютер оборудования, его настройки и проверки функционирования. Вызов программ BIOS, как правило, осуществляется через программные или аппаратные прерывания. При включении питания компьютера BIOS тестирует (POST -- Power-On-Self-Test) компоненты системы -- процессор, память, приводы дисков (как жестких, так и флоппи-дисководов), клавиатуру т.д.

BIOS реализован в виде микросхемы, установленной на материнской плате компьютера Наиболее перспективной для хранения системы BIOS является флэш-память. Она позволяет модифицировать функции для поддержки новых устройств, подключаемых к компьютеру.

POST – это самостоятельный тест, который поможет при идентификации ошибок, если в РС установили новую материнскую плату.

При прохождении POST на экране монитора появляются два типа сообщений: информационное и сообщение об ошибках.

Первое сообщение указывает версию производителя BIOS и производителя материнской платы, Chipset, информацию об объёме установленной памяти, подключенных устройствах. Второе даёт сообщение об ошибке в устройстве в виде векторов прерываний.

Система BIOS неразрывно связана с СMOS RAM (CMOS -- Complementary Metal Oxide Semiconductor). Это память, в которой хранится информация о текущих установках BIOS (время, количество памяти, типы жестких дисков и т.д.). В этой информации нуждаются программные модули системы BIOS. CMOS-память относительно энергонезависима так как имеет независимое питание - либо от аккумулятора, который расположен на системной плате, либо от батареи на корпусе системного блока.

Для изменения параметров конфигурации компьютера в BIOS содержится программа настройки конфигурации компьютера - SETUP. Основным ПЗУ современных ЭВМ является SETUP. В ранних модифика-

циях ЭВМ ПЗУ выполнялось на заводе-изготовителе, и не могла изменять сво-

их данных в процессе функционирования. Затем, по мере развития ЭВМ появи-

лись перепрограммируемые ПЗУ-ППЗУ. SETUP относится к классу ППЗУ.

ППЗУ позволяет изменять свои данные, но не в процессе работы ЭВМ, а вне

рабочее время, на специальном оборудовании. Для независимости от работы

остальных устройств ЭВМ ППЗУ-SETUP снабжены самостоятельным источни-

ком питания. В некоторых ЭВМ – Sun может быть поставлена защита от изме-

нения в процессе работы, что повышает надежность защиты от вирусов.

Для уменьшения объема не перепрограммируемых ПЗУ используется ор-

ганизация их на программных логических матрицах – ПЛМ. ПЛМ строится на

основе минимизированных выходных функций.

33. 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. HDD обычно называют «винчестером» – так в свое время стали называть одну из первых моделей Накопителя на жёстких магнитных дисках, которая имела обозначение «30/30» и этим напоминала маркировку известного оружия.

Классический способ адресации секторов - CHS - по номеру цилиндра, головки и сектора (Cylinder/Head/Sector). Разработчики первого ПК определили количество разрядов, с помощью которых адресовались данные. Под номер цилиндра было отведено 16 разрядов, под номер головки - 4 и сектора - 8, что давало максимальную емкость винчестера в 128 Гб.

Normal. Но Dos и Bios с самого начала ограничивали количество секторов до 63, а цилиндров - до 1024, что в итоге дало максимум - 528Мб. Когда же появились жесткие диски емкостью более 528Мб, ПК перестали "видеть" диск полностью.

Производители Bios срочно выпустили поддержку режима LBA (Logical Block Addressing). Он использовал сквозную нумерацию секторов и адрес CHS преобразуется в одно линейное 28-битовое число абсолютного номеpа сектоpа (для DOS по-пpежнему остается огpаничение в 8,4Гб), используемое для нумерации секторов (LBA-адрес) и пpеобpазуемого винчестеpом. Для pаботы в pежиме LBA необходима поддеpжка винчестеpа, Bios-а, дpайвеpа OS. Схема адресации с использованием LBA была впервые применена фирмой Western Digital в конце 1993 года.

Режим Large (Large Block Adressing) предназначен для винчестеров емкостью до 1Гб, не поддерживающих режима LBA. В Large количество логических головок увеличивается до 32, а количество логических цилиндров уменьшается вдвое. При этом обращения к логическим головкам 0..F транслируются в четные физические цилиндры, а обращения к головкам 10..1F - в нечетные. Винчестер, размеченный в режиме LBA, несовместим с режимом Large, и наоборот.

Но сегодня это все в прошлом (с нынешними Гб-ными HDD). Те параметры диска, которые Вы видите в разделе SETUP Standart CMOS Setup, как правило, ничего общего не имеют с реальными параметрами диска. HDD ныне работают напрямую через драйвера.

34. • таблицы размещения файлов (FAT — File Allocation Table), содержащей код формата и полную карту принадлежности секторов файлам. FAT организована в виде списка кластеров (они нумеруются от 2 до N + 1, где N — полное число кластеров на диске), для каждого кластера в таблице указывается шестнадцатеричный код: FFF1–FFF7 — дефектный кластер, 0002-FFF0 — кластеры, используемые файлом (код соответствует номеру кластера, где продолжается текущий файл), FFF8–FFFF — кластер содержит последнюю часть файла, 0000 — кластер свободен (все коды указаны для FAT16);

Для каждого файла в корневом каталоге (3-я зона системной области) указывается номер его начального кластера, а в этом начальном и следующих кластерах в FAT указываются, соответственно, следующие кластеры файла, и так до последнего, где указан код FFFF. Таблица размещения файлов крайне важна, так как без нее последовательно читать файл на диске (особенно, если кластеры файла записаны не подряд, а через промежутки, занятые другими файлами) становится невозможно. Поэтому для надежности FAT на диске дублируется. Когда файл на диске удаляется, все его кластеры маркируются как свободные, но сами данные файла не удаляются (затираются только после записи на их место других данных).

• корневой каталог диска — список файлов и/или подкаталогов с их параметрами. Параметры файла, содержащиеся в корневом каталоге: имя, расширение, атрибут, размер в байтах, дата и время создания или последнего обновления, номер начального кластера.

Структура записи параметров файла в корневом каталоге показана в табл. 12.3 (для FAT16). В области данных расположены подкаталоги и сами данные. На жестких дисках системная область создается на каждом логическом диске.

Таблица 12.3. Структура записи параметров файла

Байты Параметр Размер, байтов

0–7 Имя файла 8

8–10 Расширение 3

11 Атрибуты 1

12–20 Свободно 10

22–23 Время 2

24–25 Дата 2

26–27 Начальный кластер 2

28–31 Размер 4

Фа́йловая систе́ма (англ. file system) — порядок, определяющий способ организации, хранения и именования данных на носителях информации в компьютерах, а также в другом электронном оборудовании: цифровых фотоаппаратах, мобильных телефонах и т. п. Файловая система определяет формат содержимого и способ физического хранения информации, которую принято группировать в виде файлов. Конкретная файловая система определяет размер имени файла (папки), максимальный возможный размер файла и раздела, набор атрибутов файла. Некоторые файловые системы предоставляют сервисные возможности, например, разграничение доступа или шифрование файлов.

Файловая система связывает носитель информации с одной стороны и API для доступа к файлам — с другой. Когда прикладная программа обращается к файлу, она не имеет никакого представления о том, каким образом расположена информация в конкретном файле, так же, как и на каком физическом типе носителя (CD, жёстком диске, магнитной ленте, блоке флеш-памяти или другом) он записан. Всё, что знает программа — это имя файла, его размер и атрибуты. Эти данные она получает от драйвера файловой системы. Именно файловая система устанавливает, где и как будет записан файл на физическом носителе (например, жёстком диске).

С точки зрения операционной системы (ОС), весь диск представляет собой набор кластеров (как правило, размером 512 байт и больше)[1]. Драйверы файловой системы организуют кластеры в файлы и каталоги (реально являющиеся файлами, содержащими список файлов в этом каталоге). Эти же драйверы отслеживают, какие из кластеров в настоящее время используются, какие свободны, какие помечены как неисправные.

Однако файловая система не обязательно напрямую связана с физическим носителем информации. Существуют виртуальные файловые системы, а также сетевые файловые системы, которые являются лишь способом доступа к файлам, находящимся на удалённом компьютере.

Кластер - минимальный размер места на HDD, выделяемый файловой системой для хранения одного файла. Проще: кластер - ячейка размещения данных. Все доступное пространство винчестера разделено на разделы - от одного до множества. Разделы делятся на кластеры, причем каждый кластер может или быть незанятым (доступным для использования файлом) или дефектным (непригодным для использования). На одном жестком диске может быть много разделов (диск С, диск D, диск E, диск F, диск G, диск H, диск I, диск J, диск K, etc.). За основание системы исчисления размеров кластеров принят 512-байтный сектор диска. Кластер должен иметь размер, равный основанию (512 байт), умноженному на 2 в степени n. Размер кластера определяется автоматически, в зависимости от объема созданного раздела и/или фатовой системы. Исключение - только системный раздел: если он меньше 2048Мб, размер кластера всегда 512 байт. 16-разрядная FAT может поддерживать только 65.526 кластеров.

Влияние размера кластера на потери - эффективность использования дискового пространства - можно оценить по формуле:

Eff = [ Size / (Size + Overhang) ] x 100%

где:

- Eff - эффективность использования дискового пространства, выраженная в процентах от 0 до 100;

- Size - суммарный размер всех файлов в накопителе;

- Overhang - суммарная остаточная избыточность кластеров.

Сумма величин Size и Overhang дает общий объем кластеров, занятых всеми файлами в накопителе. Чем выше отношение, тем более эффективно используется дисковое пространство. Обычное Eff составляет от 51% до 98%. Например, для раздела FAT-a в 1Гб с 10.000 файлов потери составят 160 Мб!

Грубо можно считать, что каждый файл занимает свой последний кластеp пpимеpно наполовину - пpи этом Ваши потеpи (места на HDD) будут pавны количеству файлов, умноженному на половину pазмеpа кластеpа. Способы боpьбы с потеpями пpостpанства:

хpанение больших набоpов pедко используемых файлов в виде аpхивов;

pазбиение винчестеpа на логические диски.

Размер кластера может выбрать и пользователь (вручную при форматировании). Делается это так: "format d: /A:size", где size это размер кластера в байтах. Но существуют правила, которых следует придерживаться: размер кластера должен быть кратен размеру физического сектора, то есть 512 байтам в подавляющем большинстве случаев (во-первых); есть ограничения по количеству кластеров на разделе (во-вторых).

FAT (англ. File Allocation Table — «таблица размещения файлов») — классическая архитектура файловой системы, которая из-за своей простоты всё ещё широко используется для флеш-накопителей. В недавнем прошлом использовалась в дискетах, на жёстких дисках и других носителях информации.

Разработана Биллом Гейтсом и Марком МакДональдом (англ.) в 1976—1977 годах.[1][2] Использовалась в качестве основной файловой системы в операционных системах семейств DOS и Windows (до версии Windows 2000).

Структура FAT следует стандарту ECMA-107 и подробно определяется официальной спецификацией от Microsoft, известной под названием FATGEN.[3]