4. Внешние запоминающие устройства
4.1. Характеристики, организация, и принципы работы внешней памяти эвм и вс.
Устройствами внешней памяти называются устройства, которые не находятся на системной плате вычислительной машины.
Они имеют следующие общие характеристики:
место расположения – конструктивное исполнение (отдельные конструкции, встраиваемые в вычислительную машину блоки);
ёмкость – физический объём информации, размещаемой на устройстве памяти, измеряемый в мегабайтах, гигабайтах, терабайтах и петабайтах;
единица пересылки – название и объём данных, пересылаемых за одну операцию записи или считывания, обычно единица пересылки – блок, превышающий размер машинного слова;
метод доступа – способ нахождения места на носителе для записи или чтения данных (последовательный или прямой);
быстродействие – характеристика, определяющая время, за которое данные могут быть получены из устройства памяти, характеризуется временем доступа TД или средним временем считывания/записи ТN;
физический тип – сведения о принципе действия и технологии записи: полупроводниковая память, магнитная память, оптическая память;
физические особенности – как правило энергозависимость или энергонезависимость памяти;
стоимость – отношение стоимости устройства к объёму информации, которая может быть размещена на устройстве.
Характеристика "время доступа" применяется к запоминающим устройствам с перемещающимися органами чтения/записи и определяется как время, затрачиваемое на установку органа чтения/записи в нужную позицию относительно поверхности, хранящей информацию.
Характеристика "среднее время считывания или записи" применяется для данных, имеющих заранее указанный объём из N бит, находящихся на носителе или записываемых на него. Оно определяется выражением:
где ТА – среднее время доступа, с; N – количество пересылаемых бит; R – скорость пересылки данных, бит/с.
Последовательный способ доступа предусматривает хранение информации в виде последовательных блоков данных, называемых записями. Доступ к любой записи возможен только после обработки всех предшествующих записей, осуществляемой хотя бы формально (т.е. прочитать и не использовать или записать пустую или содержащую произвольные данные запись). Примером устройства с последовательным доступом является накопитель на магнитной ленте.
Прямой доступ предусматривает возможность доступа к записи по её адресу на носителе. К устройствам прямого доступа относятся, например, накопители на магнитных дисках.
Внешняя память организована на отдельных физических устройствах – накопителях информации. Как правило, накопители называются физическими дисками1. Магнитные физические диски могут быть разделены на разделы, которые для пользователя представляются независимыми устройствами. Разделы магнитных дисков и физические твердотельные и оптические диски обозначаются буквами латинского алфавита и, в этом случае, называются логическими дисками. Каждый физический диск имеет свою внутреннюю организацию, которая будет рассмотрена ниже.
В основе работы накопителей на магнитных носителях лежит способность ферромагнитных материалов (железа, феррита и т.д.) сохранять магнитное состояние, заданное внешним магнитным полем даже после прекращения его воздействия. Магнитное поле намагниченного элемента поверхности носителя можно обнаружить по его силовому воздействию на проводник с током. Величина силы воздействия характеризует интенсивность (силу) магнитного поля, а направление силы воздействия – направление магнитного поля. Обобщённой характеристикой магнитного поля является его индукция В, которая является векторной величиной и показывает как силу воздействие магнитного поля на проводник с током, так и направление указанной силы. Вектор магнитной индукции может быть как параллелен поверхности носителя, так и перпендикулярен ей.
Накопители на оптических дисках используют способность ряда материалов деформироваться или изменять своё оптическое состояние под действие лазерного луча. В обоих случаях поверхность носителя, подвергшаяся воздействию лазерного луча достаточной интенсивности, теряет отражающую способность и при считывании воспринимается как тёмная точка. Поверхность, не подвергшаяся воздействию сильного лазерного луча, воспринимается при чтении как светлая поверхность с "идеальным" отражением.
Твердотельные накопители основаны на известной FLASH-технологии. В её основе лежат полевые транзисторы с плавающим затвором. Схема запоминающего элемента и его структура показаны на рис. 4.1.
а) |
б) |
Рис. 4.1. Структура полевого транзистора (а) и схема запоминающего элемента (б)
Полевой транзистор имеет два электрода силовой цепи исток (И) и сток (С) и управляющий электрод – затвор (З). Он состоит (рис. 4.1,а) из бруска полупроводникового материала, концы которого являются истоком и стоком, на который напылён затвор. Между затвором и бруском полупроводникового материала помещён плавающий затвор, в котором число электронов может меняться. "Логической единице" соответствует малое количество электронов (менее 5000) в плавающем затворе, о "логическому нулю" – большое (более 30000).
Особенностью полевого транзистора является очень высокое входное сопротивление между управляющим электродом и истоком и стоком. Поэтому в управляющей цепи ток практически отсутствует, и заряды в плавающем затворе могут сохраняться бесконечно долго.
При появлении на затворе сигнала выбора слова сток присоединяется к линии бит, которая обеспечивает приток или отток электронов в плавающий затвор при записи данных и появление нулевого потенциала на линии бит при чтении данных.