ВОПРОС 10 ИЕРАРХИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ПАМЯТИ

Иерархическая структура памяти является традиционным решением проблемы хранения больших объемов данных (рис. 2.15). На самом верху иерархии находятся регистры процессора. Доступ к регистрам осуществляется быстрее всего. Дальше идет кэш-память, объем которой сейчас составляет от 32 Кбайт до нескольких мегабайтов. Затем следует основная память, которая в настоящее время может вмещать от 16 Мбайт до десятков гигабайтов. Затем идут магнитные диски и, наконец, накопители на магнитной ленте и оптические диски, которые используются для хранения архивов.

Рис. 2.15. Пятиуровневая организация памяти

По мере продвижения сверху вниз по иерархии меняются три параметра. Во-первых, увеличивается время доступа. Доступ к регистрам занимает несколько наносекунд, доступ к кэш-памяти - немного больше, доступ к основной памяти - несколько десятков наносекунд. Дальше идет большой разрыв: доступ к дискам занимает по крайней мере 10 мкс, а время доступа к магнитным лентам и оптическим дискам вообще может измеряться в секундах (поскольку эти накопители информации еще нужно поместить в соответствующее устройство).

Во-вторых, растет объем памяти. Регистры могут содержать в лучшем случае 128 байт, кэш-память - несколько мегабайтов, основная память - десятки тысяч мегабайтов, магнитные диски - от нескольких единиц до нескольких десятков гигабайтов. Магнитные ленты и оптические диски хранятся автономно от компьютера, поэтому их совокупный объем ограничивается только финансовыми возможностями владельца.

В третьих, увеличивается количество битов, которое вы получаете за 1 доллар. Стоимость объема основной памяти составляет несколько долларов за мегабайт1,

Заметим, что удельная стоимость памяти постоянно снижается, в то время как ее объем - растет. Закон Мура применим и здесь. Сегодня один мегабайт оперативной памяти стоит около 10 центов. - Примеч. научн. ред.

магнитных дисков - несколько центов за мегабайт, а магнитной ленты - несколько долларов за гигабайт или еще дешевле.

Регистры, кэш-память и основную память мы уже рассмотрели. В следующих разделах мы расскажем о магнитных дисках, а затем приступим к изучению оптических дисков. Накопители на магнитных лентах мы рассматривать не будем, поскольку используются они редко; к тому же о них практически нечего сказать.

Магнитный диск состоит из одной или нескольких алюминиевых поверхностей , покрытых магнитным слоем. Изначально их диаметр составлял 50 см, сейчас - от 3 до 12 см, у портативных компьютеров - меньше 3 см, причем это значение продолжает уменьшаться. Головка диска, содержащая индукционную катушку, двигается над поверхностью диска, опираясь на воздушную подушку. Отметим, что у дискет головка касается поверхности. Когда через головку проходит положительный или отрицательный ток, он намагничивает поверхность под головкой. При этом магнитные частицы намагничиваются направо или налево в зависимости от полярности тока. Когда головка проходит над намагниченной областью, в ней (в головке) возникает положительный или отрицательный ток, что дает возможность считывать записанные ранее биты. Поскольку диск вращается под головкой, поток битов может записываться, а потом считываться.

Адресное запоминающее устройство (блок-схема)

Внешняя память компьютера или ВЗУ - важная составная часть электронно-вычислительной машины, обеспечивающая долговременное хранение программ и данных на различных носителях информации. Внешние запоминающие устройства (ВЗУ) - можно классифицировать по целому ряду признаков : по виду носителя, по типу конструкции, по принципу записи и считывания информации, по методу доступа и т.д. При этом под носителем понимается материальный объект, способный хранить информацию.

Свойства внешней памяти :

• ВЗУ энергонезависима, целостность её содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер .

• В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором.

В состав внешней памяти включаются :

• НЖМД – накопители на жёстких магнитных дисках.

• НГМД – накопители на гибких магнитных дисках.

• НОД – накопители на оптических дисках (компакт-дисках CD-R, CD-RW, DVD).

• НМЛ – накопители на магнитной ленте (стримеры).

• Карты памяти.

Накопители – это запоминающие устройства, предназначенные для длительного (то есть не зависящего от электропитания) хранения больших объемов информации.

Кроме основной своей характеристики – информационной емкости – дисковые накопителихарактеризуются и двумя другими показателями : временем доступа и скоростью считывания последовательно расположенных байтов.

Накопители на жестких дисках.

Н акопитель 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.

Примечание

Возможно, также, что название происходит от места первоначальной разработки – филиала фирмы IBM в г. Винчестере (Великобритания), где впервые была применена технология создания винчестеров...

Винчестер.

Поверхность диска рассматривается как последовательность точечных позиций, каждая из которых считается битом и может быть установлена в 0 или 1. Так как расположения точечных позиций определяется неточно, то для записи требуются заранее нанесенные метки, которые помогают записывающему устройству находить позиции записи. Процесс нанесения таких меток называется физическим форматированием и является обязательным перед первым использованием накопителя. Винчестеры имеют очень большую ёмкость : от сотен Мегабайт (самые старые) до десятков терабайт.

Структурные элементы винчестера.

На каждой стороне каждой пластины размечены тонкие концентрические окружности (по ним располагаются синхронизирующиеся метки). Каждая концентрическая окружность называется дорожкой. Группы дорожек (треков) одного радиуса, расположенных на поверхностях магнитных дисков, называются цилиндрами.  Номер цилиндра совпадает с номером образующей дорожки. HDD могут иметь по несколько десятков тысяч цилиндров.

Каждая дорожка разбивается на секторы. Сектор – наименьшая адресуемая единица обмена данными дискового устройства с оперативной памятью. Нумерация секторов начинается с 1. Для того чтобы контроллер диска мог найти на диске нужный сектор, необходимо задать ему все составляющие адреса сектора : номер цилиндра, номер поверхности, номер сектора ([c-h-s]).

Операционная система при работе с диском использует, как правило, собственную единицу дискового пространства, называемую кластером. Кластер (ячейка размещения данных) - объем дискового пространства, участвующий в единичной операции чтения/записи, осуществляемой операционной системой.

Магнитные накопители.

Н акопитель на гибких магнитных дисках - Гибкий диск, дискета (англ.floppy disk) – устройство для хранения небольших объёмов информации, представляющее собой гибкий пластиковый диск в защитной оболочке. Наиболее распространены – «трехдюймовые дискеты». Дискета 3,5 имеет 2 рабочие поверхности, 80 дорожек на каждой стороне, 18 секторов на каждой дорожке (512 байт – каждый сектор).

Устройство дискеты : Принцип записи на магнитных носителяхоснован на намагниченности отдельных участков магнитного слоя носителя. Информация записывается по концентрическим дорожкам (трекам), которые делятся на секторы. Количество дорожек и секторов зависит от типа и формата дискеты. Сектор хранит минимальную порцию информации, которая может быть записана на диск или считана. Емкость сектора постоянна и составляет 512 байтов.

Примечание

На сегодняшний день дискеты устарели, на смену им «пришли» более надежные, быстродействующие и более емкие носители – оптические диски и карты памяти...

Накопители на магнитной ленте (стримеры).

Стример (англ. tape streamer) – устройство для резервного копирования больших объёмов информации. В качестве носителя здесь применяются кассеты с магнитной лентой ёмкостью 1 - 2 Гбайта и больше. Недостатком стримеров является их сравнительно низкая скорость записи, поиска и считывания информации.

Вопрос 11

Информация во внешней памяти имеет файловую организацию. Файл – поименованная однотипная информация, хранящаяся на устройстве внешней памяти.

Логический диск или том (англ. volume) — часть долговременной памяти компьютера, рассматриваемая как единое целое для удобства работы. Термин «логический диск» используется в противоположность «физическому диску», под которым рассматривается память одного конкретного дискового носителя.

Понятие "Папки" на рабочем столе Windows.

Папка - это расширение понятия католог.

Каталог - это группа файлов, имеющая наименование.

Файл - это область данных на диске, имеющая наименование.

В чем же состоит расширение понятия каталог? Раньше в операционной системе MS DOS все драйверы устройств находились в одной папке DOS. В ней было более 100 программ и найти нужный драйвер клавиатуры, мышки или принтера было возможно, но довольно утомительно, потому что приходилось искать нужный файл в этом множестве из более чем 100 программ каталога DOS. Теперь же в операционной системе Windows для каждого устройства компьютера существует своя папка (FOLDER). В этом и состоит расширение понятия каталог. Теперь даже весь компьютер это одна папка "Мой компьютер".

Например, в Windows существуют следующие папки: клавиатура, мышь, джойстик, модемы, звук, цвет, экран, пароли, язык и стандарты, дата и время и так далее. Все они находятся в папке "Панель управления" папки "Мой компьютер".

Папки. Работа с папками и файлами.

Каждому пользователю ПК – вольно или не вольно – приходится постоянно иметь дело с папками и файлами. Типичный пользователь, работая на компьютере, просматривает папки и файлы, изменяет организацию данных на дисках, отыскивает нужные объекты, копирует и перемещает их с места на место, а также время от времени удаляет.

Для удобства работы с большим количеством файлов последние распределяются по папкам, организованным в древовидную структуру.

При работе в среде Windows 95 часто возникает задача открытия требуемой папки, чтобы:

Просмотреть ее содержимое с целью поиска некоторых файлов;

Выполнить над компонентами файловой структуры, содержащейся в этой папке, определенные действия – например, скопировать, переслать или удалить их;

Запустить в работу приложение, которое в ней содержится;

Открыть находящийся в папке документ;

Создать в папке новый документ.

Процесс перемещения по папкам с целью открытия требуемой часто называют навигацией. Папка считается открытой, если ее содержимое показывается в одном из окон папок. Окно папки ведет себя подобно окну приложения – может быть открыто, на экране, представляется кнопкой приложения на панели задач и фигурирует в списке запущенных приложений, который появляется на экране в результате нажатия комбинации клавиш Alt+Tab.

Windows 95 формирует единое дерево ресурсов, объединяя в нем разрозненные файловые структуры доступных для работы дисков. Основные ветви дерева ресурсов стандартизированы – они произрастают из системных папок, взаимосвязь которых жестко фиксируется. Поэтому дерево ресурсов на каждом компьютере выглядит в принципе одинаково.

В корне этого дерево всегда расположен каталог под названием – “Рабочий стол”. В этом каталоге расположено еще несколько каталогов: “Мой компьютер”, “Сетевое окружение”, “Корзина” и “Портфель”. Хотя дерево чаще всего похоже на разных компьютерах, но тем не менее существует различие, которое может объясняться разными причинами, например как: установленные компоненты ОС, программы установленные на компьютере и т.д.

В каталоге “Мой компьютер” расположены диски, “Панель управления”, “Принтеры”. У каждой папки в этом дереве есть свое специальное назначение. В основном на них возлагаются технические и служебные функции.

Если “войти” в каталог какого-нибудь диска, то можно увидеть его содержимое - вложенные в главный каталог папки и файлы. В каждую из этих папок можно “войти” с помощью двойного нажатия левой кнопки мыши или с помощью клавиатуры.

Папка или каталог содержит в себе файлы. С помощью дерева каталогов можно найти нужный документ или нужную программу. Таким образом, после загрузки Windows 95 можно войти в каталог “Мой компьютер”, который находится на рабочем столе и далее перемещаться в нужном направлении по иерархии папок и файлов. После того как нужный документ найден, нужно просто открыть средствами ОС.

Над папками и файлами можно воспроизводить некоторые действия. Например файлы можно копировать из одной папки в другую. Это можно делать разными способами. Наиболее распространен способ - “перетаскивание”. Что бы скопировать файл или папку в другое место, необходимо выделить объект левой кнопкой мыши и не отпуская кнопку перетащить объект в нужную папку. Так же можно перетаскивать группу объектов. Но перед перетаскиванием их нужно выделить с помощью левой кнопки мыши.

Некоторые пользователи часто используют другой способ. Они выделяют один или группу объектов, за тем “копируют” или “вырезают” их в буфер обмена. Эта делается с помощью меню, которое вызывается щелчком правой кнопкой мыши на выделенных объектах или с помощью панели инструментов окна Windows. За тем переходят во вторую папку “получатель” и с помощью того же меню или панели инструментов вставляют объекты в текущую папку командой “вставить”.