7.Оперативная память (оп)

Принятые обозначения и названия:

• ОП  оперативная память;

• ОЗУ  оперативное запоминающее устройство;

• RAM  Random Access Memory.

Оперативная память состоит из пронумерованных ячеек. Обычно элементарная нумеруемая ячейка памяти   байт.

Адрес ячейки памяти   это ее номер.

Доступ к ячейке памяти  возможность чтения данных из ячейки и записи данных в ячейку.

Оперативная память относится к памяти с произвольным доступом, т.е. позволяет непосредственно обращаться к любой отдельно взятой ячейке. Кстати, Random Access Memory буквально переводится с английского, как память со случайным (произвольным) доступом. Альтернативой произвольному доступу является последовательный доступ  такой способ организации памяти, при котором для того, чтобы "добраться", например, к ячейке с номером 1000, необходимо "пройти" через предшествующие ей 999 ячеек.

Основные характеристики ОП:

• объем хранимых данных. Измеряется в байтах;

• время доступа  время одного цикла чтения/записи данных.

На сегодняшний день типовой размер ОП в ПК    512 Мб, хотя эти цифры уже доживают последние дни. Очередной "прожиточный минимум"    1 Гб. Время доступа    единицы наносекунд.

Оперативная память является энергозависимой. Это значит, что при выключении питания вся информация в ней теряется.

8. Внешние запоминающие устройства.Два устройства  ЦП и ОП  образуют ядро компьютера.

Устройства, подключаемые к ядру, называются внешними (ВнУ).

Устройства памяти, подключаемые к ядру, называются внешними запоминающими устройствами (ВнЗУ).

Отличительные особенности ВнЗУ:

• они энергонезависимы, т.е. при отключении питания данные в них сохраняются;

• они имеют относительно большой (по сравнению с ОЗУ) объем памяти;

• у них относительно большое  (по сравнению с ОЗУ) время доступа к данным. (Ориентировочно разница составляет 2 порядка (около 100 раз), т.е. примерно во столько раз медленнее происходит чтение/запись данных).

Основные типы ВнЗУ:

• накопители на магнитных дисках;

• накопители на оптических дисках;

• флэш-память (или флеш-память, как предпочитают писать некоторые авторы).

Жесткий диск

Для жесткого диска применяются следующие названия и обозначения:

• Накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД);

• Винчестер;

• Hard Disk Drive (HDD);

• Винт, хард (но это уже жаргон).

Диск (жаргонное название "блин") изготавливается из немагнитного материала (обычно это алюминиевый сплав), на который наносится магнитное покрытие. Над поверхностью диска перемещается коромысло, на конце которого находится магнитная головка. Вращение диска и поворот коромысла обеспечивают магнитной головке  доступ к любой точке рабочей поверхности диска.

Информация на диске записывается на концентрически расположенных дорожках. Дорожки  разбиты на сектора. Емкость одного сектора обычно равна 512 байт. 

Для увеличения емкости накопителя на одной оси размещают несколько дисков, и чтение/запись осуществляются с помощью блока головок.

 

Применяемые ныне технологии теоретически позволяют достичь плотности записи примерно 12 Гб/см², т.е. на одном квадратном сантиметре поверхности диска может быть записано до 12-и гигабайт информации. В ближайшее время в продажу должны поступить НЖМД, изготовляемые по технологиям, допускающим, как утверждают их разработчики, плотность записи до 1 Тб/см² (!!!).

На сегодняшний день (2008 г.) типичная емкость НЖМД для ПК  примерно 200 Гб.

Скорость вращения шпинделя в НЖМД современных ПК  7200 или 10000 об/мин, что обеспечивает скорость чтения/записи (с учетом и других характеристик) примерно 44-110 Мб/с.

Время позиционирования магнитных головок на нужной дорожке  примерно 10 мс (0,01 секунды).

Оптические диски

В оптических дисках чтение информации осуществляется с помощью луча лазера (отсюда и название этого типа накопителей).

Компакт-диски

По-русски их называют "Си-Ди" (CD  Compact Disk).

Информация на компакт-дисках, в отличие от винчестеров, записывается на одной-единственной дорожке, образующей спираль. Данные  кодируются путем изменения отражающей способности поверхности диска вдоль дорожки, т.е. физически представляют собой последовательность отражающих и не отражающих участков. Отражение интерпретируется как единица, не отражение  как ноль (так, во всяком случае, принято). Рабочая длина волны лазера   780 нм (1 нм = 10^-9 м). Объем записываемых данных  около 700 Мб.

Существует несколько разновидностей CD, отличающихся способом записи данных.

• CD-ROM (Compact Disk - Read Only Memory). Буквальный перевод: компакт-диск  память только для чтения). Изготавливается обычно в заводских условиях методом штамповки углублений, называемых питами (pit  углубление), с матрицы. Перезапись такого диска невозможна.

• CD-R (Compact Disk - Recordable). Предназначен только для записи в домашних условиях. Данные записываются с помощью луча лазера, вызывающего изменение оптических свойств материала регистрирующего слоя диска (он перестает пропускать свет). Перезапись данных на такой диск невозможна. Впрочем, этот недостаток обусловливает и его достоинство  сравнительно высокую надежность и долговечность хранения данных.

• CD-RW (Compact Disk - ReWritеabe). Допускает многократную перезапись в домашних условиях. Материал, из которого изготавливается регистрирующий слой, под воздействием луча лазера способен многократно менять (терять и снова восстанавливать) свою прозрачность. CD-RW диски выдерживают до 1000 циклов перезаписи. Но за это приходится расплачиваться  надежность хранения данных значительно ниже по сравнению с дисками CD-R. Особенно опасен для них нагрев. Эти диски просто не предназначены для длительного хранения данных.

DVD-устройства

Название возникло как аббревиатура Digital Video Disc  цифровой видео диск. Разработка формата DVD была продиктована необходимостью высококачественной записи видеоинформации (попросту говоря  фильмов) длительностью до 2-х часов. Со временем область использования DVD стала значительно шире, и теперь его название-аббревиатуру трактуют как Digital Versatile Disc  цифровой многофункциональный диск.

Физические явления, лежащие в основе функционирования DVD, мало отличаются от используемых в CD. Различия носят в основном технологический характер. Так, например, в DVD используется лазер с длиной волны 650 или 635 нм (против 780 нм в CD). Это значит, что луч лазера "тоньше", а значит, и расстояние между витками спирали информационной дорожки можно сделать меньше, и расстояние между информационными элементами вдоль информационной дорожки тоже можно сделать меньше. С учетом этого и еще целого ряда усовершенствований удалось значительно повысить плотность записи данных и довести стандартную емкость DVD до 4,7 Гб.

Разработаны двухслойные DVD, т.е. содержащие 2 информационных слоя, один из которых (внешний) полупрозрачный, благодаря чему луч лазера может "добраться" до следующего слоя и прочитать с него данные. Емкость двухслойных дисков  8,5 Гб.

Следующий ход  создание двусторонних дисков, т.е. таких дисков, в которых обе стороны являются информационными. Емкость таких дисков  до 17 Гб.

Так же, как и CD, в заводских условиях DVD изготавливаются методом штамповки. В домашних условиях запись данных производится воздействием луча лазера на материал регистрирующего слоя. Как и для CD, существует 2 вида DVD-дисков: DVD-R и DVD-RW с теми же достоинствами и недостатками.

Устройство Blu-ray

Это сравнительно новое устройство (привод) для работы с оптическими дисками. В нем используется лазер с синим лучом (отсюда и название: Blue ray  синий луч). Поскольку у синего цвета длина волны меньше, чем у инфракрасного излучения (как в CD) и красного (как в DVD), то и луч лазера "тоньше", и  вместе с другими технологическими решениями удается значительно повысить плотность записи. Так однослойный Blu-ray диск имеет емкость 25 Гб, а двухслойный  50 Гб.

В силу новизны и относительной дороговизны доля этих устройств и носителей в общем объеме продаж пока сравнительно невелика.