Виды памяти

      Основная  идея работы кэш-памяти заключается  в том, что извлеченные из ОЗУ  данные или команды программы  копируются в СЗУ; одновременно в  специальный каталог адресов, который  находится в той же самой памяти, запоминается, откуда информация была извлечена. Если данные потребуются повторно, то уже не надо будет терять время на обращение к ОЗУ их можно получить из кэш-памяти значительно быстрее.

      В настоящее время кэш-память обычно реализуется по двухуровневой системе. При этом первичный кэш (level 1- уровень 1) встроен непосредственно внутрь процессора, а вторичный (level 2) устанавливается на системной плате. Как и для ОЗУ, увеличение объёма КЭШа повышает эффективность работы компьютера⁶.  

      3. Внешняя память

      Внешняя память - это память, реализованная в виде внешних (относительно материнской платы) запоминающих устройств (ВЗУ) с разными принципами хранения информации.⁷ Это различные магнитные носители (ленты, диски), оптические диски. Сохранение информации на них не требует постоянного электропитания. Для работы с внешней памятью необходимо наличие накопителя (устройства, обеспечивающего запись и (или) считывание информации) и устройства хранения — носителя.

      На  сегодняшний день существует 3 основных технологии записи информации: электронная (чипы памяти различных видов), магнитная (жёсткие, гибкие диски), магнитооптическая и оптическая (диски CD-ROM, DVD и др.).

      Внешняя память предназначена для долговременного  хранения программ и данных. Устройства внешней памяти (накопители) являются энергонезависимыми, выключение питания не приводит к потере данных. Они могут быть встроены в системный блок или выполнены в виде самостоятельных блоков, связанных с системным через его порты. Важной характеристикой внешней памяти служит ее объем. Объем внешней памяти можно увеличивать, добавляя новые накопители. Не менее важными характеристиками внешней памяти являются время доступа к информации и скорость обмена информацией. Эти параметры зависят от устройства считывания информации и организации типа доступа к ней.

      По  типу доступа к  информации устройства внешней памяти делятся  на два класса: устройства прямого (произвольного) доступа и устройства последовательного доступа. При прямом (произвольном) доступе время доступа к информации не зависит от ее места расположения на носителе. При последовательном доступе время доступа зависит от местоположения информации.

      Скорость  обмена информацией зависит от скорости ее считывания или записи на носитель, что определяется, в свою очередь, скоростью вращения или перемещения этого носителя в устройстве.  

      3.1. Характеристики устройств внешней памяти

      В состав внешней памяти входят:  1) накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД);  2) накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);  3) накопители на магнитооптических компакт дисках;  4) накопители на оптических дисках (CD-ROM);  5) накопители на магнитной ленте и др.

      Устройства  внешней памяти — это, прежде всего, магнитные устройства для хранения информации. Кто не знает, что такое  магнитофон? На магнитофон мы привыкли записывать речь, музыку, а затем прослушивать записи. Звук записывается на дорожках магнитной ленты с помощью магнитной головки. С помощью этого же устройства магнитная запись снова превращается в звук.

      Аналогично  действует устройство внешней памяти компьютера — накопитель на магнитной ленте (НМЛ). На дорожки ленты записывается все тот же двоичный код: намагниченный участок — единица, не намагниченный — нуль. Устройство компьютера, которое работает с магнитной лентой, записывает и считывает с нее информацию, называется накопителем на магнитной ленте (НМЛ). Употребляется также английское название этого устройства — стриммер.⁸

      Самым распространенным устройством внешней  памяти на современных компьютерах  стали накопители на магнитных дисках (НМД), или дисководы.

      Устройство  чтения/записи на магнитный диск называется накопителем на магнитном диске (НМД) или дисководом. Информацию сохраняют на накопителях двух видов, в зависимости от действий, которые человеку нужно выполнить с данными. Для переноса небольших объемов информации используют гибкие магнитные диски (дискеты) а, для длительного хранения больших объемов информации используют накопители на жестких дисках (винчестеры)

      Сравнительно  новым видом внешних носителей  являются оптические диски (другое их название — лазерные диски). На них используется не магнитный, а оптико-механический способ записи и чтения информации.

      Сначала появились лазерные диски, на которых  информация записывается только один раз. Стереть или перезаписать ее невозможно. Такие диски называются CD-ROM — Compact Disk-Read Only Memory, что в переводе значит “компактный диск — только для чтения”.

      Позже были изобретены перезаписываемые лазерные диски — CD-RW. На них, как и на магнитных  носителях, хранимую информацию можно стирать и записывать заново.

      Наибольшей  информационной емкостью из сменных  носителей обладают лазерные диски  типа DVD-ROM. Объем информации, хранящейся на них, может достигать десятков гигабайт.

      Основные  характеристики долговременной памяти:

      Емкость (объем) - максимальное количество информации (объем данных), который можно записать на носитель.

      Быстродействие определяется временем доступа к нужной информации, временем ее считывания/записи и скоростью передачи данных.

      Надежность  хранения информации

      стоимость

      Емкость внешней памяти в сотни и тысячи раз превышает емкость оперативной памяти или вообще неограниченная, когда речь идет о накопителях со сменными носителями.  
Но обращение к внешней памяти требует гораздо большего времени, так как быстродействие внешней памяти существенно меньше, чем оперативной.

      Наличие внешней памяти обеспечивает возможность  неоднократного использования информации в течение длительного времени. Информация во внешней памяти хранится в двоичном представлении, что позволяет  отрабатывать её без каких бы то ни было дополнительных преобразований. Поскольку скорость записи и считывание информации в устройствах внешней памяти намного ниже быстродействия центральных устройств, поскольку для их подключения к магистрали необходим контроллер. Как правило, в составе компьютера имеются несколько устройств внешней памяти. Для персонального компьютера это главным образом гибкие и жесткие магнитные диски, а также оптические диски. 

      3.2. Накопители на гибких магнитных дисках (НГМД).

      - Предназначены для хранения небольших  объемов информации

      - Следует оберегать от сильных  магнитных полей и нагревания 

      - Это носители произвольного (прямого)  доступа к информации

      - Используются для переноса данных  с одного компьютера на другой

      - Для работы с информации носитель  должен быть отформатирован, т.е. должна быть произведена магнитная  разметка диска на дорожки и секторы

      - Скорость обмена информации зависит  от скорости вращения дисковода.  Для обращения к диску, вставленному  в дисковод, присваивается имя  А:

      - Объём ГМД сравнительно небольшой  (3,5 дюйма - 1,44 Мбайт)

      - Рекомендуется делать копии содержимого  ГМД

      Диски называются гибкими потому, что их рабочая поверхность изготовлена  из эластичного материала и помещена в твердый защитный конверт. Для  доступа к магнитной поверхности  диска в защитном конверте имеется закрытое шторкой окно. Поверхность диска покрыта специальным магнитным слоем (1- намагниченный участок, 0 – не намагниченный). Информация записывается с двух сторон диска на дорожки в виде концентрических окружностей. Дорожки разбиваются на секторы. Современные дискетки имеют программную разметку. На каждом секторе выделяется участок для его идентификации, а на остальное место записываются данные. Дисковод снабжен двумя двигателями. Один обеспечивает вращение внутри защитного конверта. Второй перемещает головку записи/чтения вдоль радиуса поверхности диска. В защитном конверте имеется специальное окно защиты записи. С помощью бегунка это окно открывают и дискета становится доступна только на чтение, а на запись доступа не будет. Это предохраняет информацию на диске от изменения и удаления.

      3.3. Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД).

      - Предназначены для хранения той информации, которая наиболее часто используется в работе - программ операционной системы, компиляторов, сервисных программ, прикладных программ пользователя, текстовых документов, файлов базы данных

      - Следует оберегать от ударов  при установке и резких перемещений в пространстве

      - Это носители с произвольным  доступом к информации

      - Для хранения информации разбивается  на дорожки и секторы

      - Скорость обмена информации значительно  выше ГД 

      - Объём ЖД измеряется от Мбайт  до сотен Гбайт⁹

      НЖМД  встроены в дисковод и являются несъемными. Они представляют собой несколько  алюминиевых дисков с магнитным  покрытием, заключенных в единый корпус с электродвигателем, магнитными головками и устройством позиционирования. К магнитной поверхности диска подводится записывающая головка, которая перемещается по радиусу диска с внешней стороны к центру. Во время работы дисковода диск вращается. В каждом фиксированном положении головка взаимодействует с круговой дорожкой. На эти концентрические дорожки и производится запись двоичной информации. Благодаря хорошей защищенности от пыли, влаги и других внешних воздействий достигают высокой плотности записи, в отличии от дискет.

      Для обращения к НЖМД используется имя, задаваемое прописной латинской  буквой, начиная с С:   , но с помощью специальной системной программы можно разбить свой физический ЖД на несколько логических дисков, каждому из которых дается соответствующее имя.

      Накопители  на жестких магнитных дисках часто  называют винчестер - по первой модели ЖД, имевшего 30 дорожек по 30 секторов, что совпало с калибром 30?/30? охотничьего ружья. 

      3.4. Оптические (лазерные) CD и DVD диски

      - Предназначены для хранения любого вида информации

      - Информацию на CD записывается с  помощью лазерного луча

      - Следует оберегать от царапин  и загрязнения поверхности

      - Это носители прямого (произвольного)  доступа к информации

      - Объем (ёмкость) CD составляет сотни  Мбайт; DVD -более 1Гбайта

      - Более долговечны и надежны,  чем магнитные диски

      CD – Compact Disk. Изготовляют из органических  материалов с напылением на  поверхность тонкого алюминиевого  слоя. Лазерный диск имеет одну  дорожку в виде спирали. Информация  записывается  отдельными секторами мощным лазерным лучом, выжигающим на поверхности диска углубления, и представляет собой чередование впадин и выпуклостей. При считывании информации выступы отражают свет слабого лазерного луча и воспринимаются как «1», впадины поглощают луч и, воспринимаются как «0». Это бесконтактный способ считывания информации.  Срок хранения 50-100лет

      DVD – Digital Video Disk. Имеет те же размеры,  что и CD. Объем - Гбайт. Может  быть односторонним или двухсторонним,  а на каждой стороне может  быть 1 или 2 рабочих слоя.¹⁰

3.5. Флеш - память

        Флеш - память (англ. Flash-Memory) — разновидность твердотельной полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти.

      Она может быть прочитана сколько  угодно раз, но писать в такую память можно лишь ограниченное число раз (максимально — около миллиона циклов. Распространена флэш-память, выдерживающая около 100 тысяч циклов перезаписи — намного больше, чем способна выдержать дискета или CD-RW.