-
Системные шины
Системной шиной (СШ) называется среда передачи сигналов (группа линий электрических соединений), к которой могут параллельно подключаться несколько устройств ПЭВМ и через которую осуществляется передача данных, а также управляющих сигналов между ними. Синонимом термина «шина» является термин «магистраль».
Общая СШ является узким местом ПК, потенциально ограничивая его производительность. Это объясняется тем, что в каждый момент времени посредством СШ могут обмениваться только два устройства, остальные же вынуждены простаивать.
Обычно в современных компьютерах имеются две, а иногда и три шины разных типов. Это связано с тем, что разработанная для IBM PC AT в начале 80-х годов шина ISA оказалась слишком медленной и не смогла пропускать без существенных задержек объемы информации высокочастотных устройств, появившихся в середине 80-х годов - быстродействующих жестких дисков, видеоконтроллеров и т.д. Поэтому сейчас шина ISA обычно используется лишь для подключения низкочастотных устройств (котроллеров портов ввода-вывода, звуковых карт и т.д.).
А для подключения высокочастотных устройств были разработаны более производительные шины - сначала МCА и EISA, потом VESA, затем PCI.
Шина МСА разработана фирмой IBM в 1982 г., но не получила широкого распространения из-за коммерческой политики фирмы IBM, желавшей получать лицензионные отчисления за использование этой шины. Шина EISA была разработана в 1989 г. совместно несколькими фирмами - производителями компьютерного оборудования как общедоступная альтернатива шине МСА. Однако быстродействие шины EISA оказалось невелико, а рассчитанные на нее контроллеры дорогими. Поэтому ассоциация VESA (Video Electronics Standards Association) предложила в 1992 году использовать для компьютеров Intel-80486 шину, называемую теперь шиной VESA ( или VL-Bus), в которой микропроцессор компьютера получил непосредственный доступ к быстродействующим контроллерам (видеоконтроллерам, контроллерам жестких дисков, контроллерам локальной сети). Иначе говоря, шина VESA является продолжением той магистрали, по которой микропроцессор обменивается данными с оперативной памятью. Поэтому эта шина является очень дешевой в реализации, и в 1993-1994 г.г. она получила широчайшее распространение на компьютерах с процессором 80486. Однако скоро выяснилось, что шина VESA имеет множество ограничений (жесткая привязка к процессору 80486, работа с той же частотой с которой процессор обменивается с оперативной памятью, сложность конфигурации). И эта шина была вытеснена разработанной фирмой Intel шиной PCI, в которой воплощены многие возможности, необходимые в современных компьютерах (независимость от типа процессора, высокая производительность, автоматическая настройка подключаемых контроллеров, малая нагрузка на микропроцессор). Компьютеры на основе микропроцессоров Pentium и Pentium Pro оснащаются шиной PCI, да и на компьютерах на основе 80486, которые все еще выпускаются, эта шина теснит шину VESA.
Внешние запоминающие устройства
Внешние запоминающие устройства (ВЗУ) являются важной составной частью ПЭВМ, обеспечивая долговременное хранение программ и данных на различных носителях информации.
Внешняя память - электронный шкаф, куда складывается информация, в которой нет нужды сейчас, но которую Вы бы не хотели потерять совсем.
ВЗУ можно классифицировать по целому ряду признаков: по виду носителя, типу конструкции, по принципу записи и считывания информации, метода доступа и т.д..
Носитель -материальный объект, способный хранить информацию
Один из возможных вариантов ВЗУ приведен на рис.2.
Внешние запоминающие
устройства
Ленточные Дисковые
Бобинные Кассетные Магнитные Оптические Смешанные
Сменные Несменные
носители носители
Рис. 2. Классификация ВЗУ
В зависимости от типа носителя информации все ВЗУ можно подразделить на накопители на магнитной ленте и дисковые накопители.
Накопители на магнитной ленте, в свою очередь, бывают двух видов: накопители на бобинной магнитной ленте (НБМЛ) и накопители на кассетной магнитной ленте (ИКМЛ - стриммеры). В ПК используются только стриммеры.
Стриммеры - устройства для записи информации на кассеты (картриджи). Они используются для создания резервных копий информации размещенной на жестких дисках компьютера. Стримеры просты в использовании и обеспечивают самое дешевое хранение данных. Емкость на одной кассете от 20 Мбайт до 40 Гбайт.
Накопители на МД (НМД) являются наиболее распространенными внешними запоминающими устройствами в ПК. Диски бывают жесткими и гибкими, сменными и встроенными в ПК. Устройство для чтения и записи информации на магнитном диске называется дисководом.
Все диски характеризуются своим диаметром, или иначе, форм фактором. Наибольшее распространение получили диски с форм факторами 3.5’’ ( т.е. 3,5 дюйма или 89 мм, часто их называют трехдюймовыми) и 5,25’’ (89 мм или пятидюймовые).
Для большинства пользователей самым необходимым является накопитель на жестком диске. В отличие от гибких дисков их нельзя согнуть отсюда и появилось название «жесткий диск» (НЖМД). Иногда НЖМД называют «винчестером».
Термин винчестер возник из жаргонного названия первой модели жесткого диска емкостью 16 Кбайт (IBM, 1973 г.) имевшего 30 дорожек по 30 секторов, что случайно совпало с калибром «30/30» известного охотничьего ружья «Винчестер».
В этих накопителях один или несколько жестких дисков, изготовленных из сплавов алюминия или керамики и покрытых ферролаком, вместе с блоком магнитных головок считывания/записи помещены в герметически закрытый корпус. Емкость этих накопителей благодаря чрезвычайно плотной записи, получаемых в таких несъемных конструкциях, достигает несколько тысяч мегабайт.
Первые жесткие диски для IBM PC имели емкость 5 Мбайт, сейчас в выпускаемые компьютеры чаще всего устанавливаются жесткие диски емкостью от 8 Гбайт до 60 Гбайт.
Скорость работы диска характеризуется двумя показателями: временем доступа к данным на диске и скоростью чтения записи данных на диске. В настоящее время типичное время доступа у современных дисков - около 10 - 12 мс. Более быстрые диски имеют время доступа около 7 - 8 мс.
Скорость чтения - записи (пропускная способность ввода-вывода) зависит не только от диска, но и от его контроллера, типа шины, быстродействия процессора и т.д.
В ПК имеется обычно один, реже несколько накопителей на жестких магнитных дисках. Однако с помощью программных средств один физический диск может быть разбит на несколько «логических» дисков; тем самым имитируется несколько НМД на одном накопителе.
На гибком магнитном диске (ГМД, дискете) магнитный слой наносится на гибкую основу. Пятидюймовые дискеты помещаются в плотный гибкий конверт, а трехдюймовые - в пластмассовую кассету для защиты от пыли и механических повреждений.
Дискеты различаются друг от друга по своей емкости, т.е. количеству информации, которое на них можно записать трехдюймовые дискеты чаще всего имеют емкость 1,44 Мбайта, хотя встречаются старые дискеты емкостью 720 Кбайт. Пятидюймовые дискеты чаще всего имеют емкость 360 Кбайт (обозначение Double Side/Double Density, DS/DD) или 1,2 Мбайта (Double Side/High Density, DS/HD). Дискеты емкостью 360 Кбайт используются очень редко, они считаются устаревшими (точнее, еще более устаревшими, чем дискеты емкостью 1,2 Мбайта).
В последние годы появились дискеты с тефлоновым покрытием (например, Verbutim Data Life Plus), которое предохраняет магнитное покрытие и записанную на нем информацию от грязи, воды, жира, отпечатков пальцев и даже от растворителей типа ацетона. Возможная емкость 3,5 дюймовой дискеты - 2,88 Мбайта.
В последние годы все большее распространение получают накопители на оптических дисках (НОД). Благодаря маленьким размерам (используются компакт-диски диаметром 3,5’’ и 5,25’’ ), большой емкости и надежности эти накопители становятся все более популярными.
Неперезаписываемые лазерно-оптические диски обычно называют компакт-дисками ПЗУ - Compact Dick CD-ROM. Эти диски обычно поставляются фирмой изготовителем с уже записанной на них информацией (в частности, с программным обеспечением). Запись информации на них производится, лазерным лучом большой мощности, который оставляет на активном слое CD след - дорожку с микроскопическими впадинами. В фабричных условиях создается первичный «мастер-диск». Процесс массового тиражирования CD-ROM по «мастер-диску» выполняется путем литья под давлением.
В оптическом дисководе ПК эта дорожка читается лазерным лучом существенно меньшей мощности.
CD-ROM ввиду чрезвычайно плотной записи информации имеют емкость от 250 Мбайт до 1,5 Гбайта, время доступа в разных оптических дисках также колеблется от 30 до 300 мс, скорость считывания информации от 150 до 1500 Кбайт/с.
Перезаписываемые лазерно-оптические диски с однократной (CD-R-CD Recordable) и многократной (CD-E-CD Erasable). На этих дисках лазерный луч непосредственно в дисководе компьютера при записи прожигает микроскопические углубления на поверхности диска под защитным слоем; чтение записи выполняется лазерным лучом; также как и у CD-ROM.
Перезаписываемые магнитооптические диски (СС-Е - Continuous Composite Erasable) используют лазерный луч для местного разогрева поверхности диска при записи информации магнитной головкой. Считывание информации выполняется лазерным лучом меньшей мощности.
Сущность процессов записи считывания обусловлена следующим. Активный слой на поверхности магнитооптического диска может быть перемагничен магнитной головкой только при высокой температуре. Такая температура (сотни градусов) создается лазерным импульсом длительностью порядка 0,1 мкс. При считывании информации вектор поляризации отраженного от поверхности диска лазерного луча на несколько градусов изменяет свое направление в зависимости от направления намагниченного участка, активного слоя. Изменение направления поляризации и воспринимается соответствующим датчиком.
Магнитооптические диски с однократной записью (СС WORM - Continuous Composite Write Only Read Many) аналогичны обычным магнитооптическим накопителям с той разницей, что в них на контрольные дорожки дисков наносятся специальные метки, предотвращающие стирание и повторную запись на диск (однократная запись - многократное чтение).
В магнитооптических накопителях запись информации обычно осуществляется за два прохода, поэтому скорость записи обычно меньше скорости считывания.
Емкость современных магнитооптических дисков доходит до 2,6 Гбайта (ожидается СС-Е емкостью до 5,2 Гбайта), время доступа от 15 до 150 мс, скорость считывания до 2000 Кбайт/с.
Сравнительные характеристики внешних запоминающих устройств приведены в таблице.
Таблица