Внешние запоминающие устройства

I

Рис. 6.4. Логическая структура основной памяти

Прежде всего, основная память компьютера делится на две логические облас­ти: непосредственно адресуемую память, занимающую первые 1024 Кбайт ячеек с адресами от 0 до 1024 Кбайт - 1, и расширенную память, доступ к ячейкам ко­торой возможен при использовании специальных программ-драйверов или в за­щищенном режиме работы микропроцессора.

Драйвер — специальная программа, управляющая работой памяти или внешни­ми устройствами компьютера и организующая обмен информацией между МП, ОП и внешними устройствами компьютера.

Стандартной памятью (СМА — Conventional Memory Area) называется непо­средственно адресуемая память в диапазоне от 0 ,цо 640 Кбайт.

Непосредственно адресуемая память в диапазоне адресов от 640 Кбайт до 1024 Кбайт называется верхней памятью (UMA — Upper Memory Area или UMB — Upper Memory Blocks). Верхняя память зарезервирована для служебной памяти (ранее называлась видеопамятью дисплея) и постоянного запоминающего устройства. В служебной памяти формируются участки-«окна», используемые при помощи драйверов в качестве оперативной памяти общего назначения.

Расширенная память — память с адресами 1024 Кбайт и выше. В реальном режи­ме имеются два основных способа доступа к этой памяти:

□ по спецификации XMS (память ХМА — extended Memory Area);

□ по спецификации EMS (память ЕМА — Expanded Memory Area).



Глава 6. Запоминающие устройства ПК


Доступ к расширенной памяти согласно спецификации XMS(extended Me­mory Specification) организуется при помощи специального драйвера (например, ХММ — eXtended Memory Manager) путем пересылки по мере необходимости отдельных полей ХМА в свободные области верхней памяти (UMA). Эту память иногда называют дополнительной.

Спецификация EMS(Expanded Memory Specification) является более ранней. Согласно этой спецификации доступ реализуется не путем пересылки, а лишь путем отображения по мере необходимости отдельных полей Expanded Memory в свободные области верхней памяти. Отображение организуется путем динами­ческого замещения адресов полей ЕМА в «окнах» UMA размером 64 Кбайт, раз­битых на 16-килобайтовые страницы. В окне UMA хранится не обрабатывае­мая информация, а лишь адреса, обеспечивающие доступ к этой информации. Память, организуемая по спецификации EMS, носит название отображаемой. Поэтому сочетание слов Expanded Memory (EM) иногда переводят как отобра­жаемая память (хотя термин Expanded почти идентичен термину Extended и бо­лее точно переводится как расширенный, увеличенный). Для организации отобра­жаемой памяти при работе в реальном режиме процессора необходим драйвер ЕММ.ЕХЕ (Expanded Memory Manager). Отображаемая память медленная и по­этому она постепенно уступает место Extended Memory.

В реальном режиме расширенная память может быть использована главным образом для хранения данных и некоторых программ ОС. Часто расширенную память используют для организации виртуальных (электронных) дисков. Ис­ключение составляет НМА,которая может адресоваться и непосредственно при использовании драйвера HIMEM.SYS (High Memory Manager). Область НМА может использоваться для хранения любой информации, в том числе и про­грамм пользователя. Возможность непосредственной адресации высокой памяти обусловлена особенностью сегментной адресации ячеек ОП, поскольку в этой концепции максимально возможный адрес ячейки памяти с непосредственной адресацией формируется из максимально возможного адреса сегмента FFFFF, то есть 10242 - 1 — верхняя граница непосредственно адресуемой верхней памяти, плюс максимально возможный адрес смещения в этом сегменте FFFF — получа­ем верхнюю границу непосредственно адресуемой высокой памяти.

Устройства внешней памяти, или, иначе, внешние запоминающие устройства (ВЗУ), весьма разнообразны. Их 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.

Один из возможных вариантов классификации ВЗУ приведен на рис. 6.5.

В зависимости от типа носителя 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 ленте и накопители на кассетной ленте (стримеры). В ПК исполь­зуются только стримеры. Накопители на дисках более разнообразны (табл. 6.3):


Внешние запоминающие устройства



□ накопители на гибких магнитных дисках (НГМД)— накопители на флоппи-дисках или дискетах;

□ накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД)— винчестеры;

□ накопители на сменных жестких магнитных дисках, использующие эффект Бернулли;

□ накопители на флоптических дисках — floptical-накопители;

□ накопители сверхвысокой плотности записи (Very High Density) — VHD-на-копители;

□ накопители на оптических компакт-дисках (Compact Disk ROM) — CD-ROM;

□ накопители на оптических дисках с однократной записью и многократным чтением (Continuous Composite Write Once, Read Many;) — CC WORM;

□ накопители на магнитооптических дисках — НМОД;

□ накопители на цифровых видеодисках (Digital Versatile Disk) — DVDи др.

Рис.6.5. Классификация ВЗУ Таблица 6.3.Сравнительные характеристики дисковых накопителей1

 

Тип накопителя Емкость, Мбайт Время доступа, мс Трансфер, Кбайт/с Вид доступа
НГМД 1,2; 1,44 65-100 55-150 Чтение-запись
Жёсткий диск 1 000-250 000 5-30 500-6000 Чтение-запись
Бернулли 20-230 500-2000 Чтение-запись
Floptical 20-120 100-1000 Чтение-запись
VHD 120-240 200-1000 Чтение-запись
DVD 4700-17 000 150-200 Чтение-запись
CD-ROM 250-1500 50-300 150-3000 Чтение
CD-RW 120-1000 50-150 150-3000 Чтение-запись
НМОД 128-2600 50-150 300-6000 Чтение-запись
         

1 Время доступа — средний временной интервал, в течение которого накопитель находит тре­буемые данные. Трансфер — скорость передачи данных при последовательном чтении.



Глава 6. Запоминающие устройства ПК


Магнитные диски (МД) относятся к магнитным машинным носителям информа­ции. В качестве запоминающей среды у них используются магнитные материалы со специальным свойством (прямоугольная петля гистерезиса), позволяющим фиксировать два направления намагниченности, которым ставятся в соответст­вие двоичные цифры: 0 и 1. На рис. 6.6 показана логическая структура МД.

Накопители на МД (НМД) являются наиболее распространенными внешними запоминающими устройствами в ПК. Они бывают жесткими и гибкими, сменными и встроенными в ПК. Все диски, и магнитные, и оптические, характеризуются своим диаметром, или, иначе, форм-фактором. Наибольшее распространение полу­чили диски с форм-факторами 3,5 дюйма (89 мм). Но существуют диски и с форм-факторами 5,25 дюйма (133 мм), 2,5 дюйма (64 мм), 1,8 дюйма (45 мм) и другие.

Рис. 6.6. Логическая структура магнитного диска

Информация на магнитные диски (МД) записывается и считывается магнитными головками вдоль концентрических окружностей — дорожек (треков). Количество дорожек на МД и их информационная емкость зависят от типа МД, конструкции накопителя на МД, качества магнитных головок и магнитного покрытия. Совокуп­ность дорожек МД, находящихся на разных пластинах-дисках и на одинаковом расстоянии от его центра, называется цилиндром. При записи и чтении информации МД вращается вокруг своей оси, а механизм управления магнитной головкой под­водит ее к дорожке, выбранной для записи или чтения информации. Устройство для чтения и записи информации на магнитном диске называется дисководом.

Кроме основной своей характеристики — информационной емкости — дисковые накопители характеризуются и двумя другими показателями:

□ временем доступа;

□ скоростью считывания последовательно расположенных байтов.

Время доступа (access time) к информации на диске, то есть время, которое дис­ковод тратит до начала чтения-записи данных, складывается из нескольких со­ставляющих:

□ времени перемещения магнитной головки на нужную дорожку (seek time);

□ времени установки головки и затухания ее колебаний (setting time);


Внешние запоминающие устройства



□ времени ожидания вращения (rotation latency) — ожидания момента, когда
из-за вращения диска нужный сектор окажется под головкой.

Диски относятся к машинным носителям информации с прямым доступом. По­нятие прямой доступ применительно к диску означает, что ПК может «обратить­ся» к дорожке, на которой начинается участок с искомой информацией или куда нужно записать новую информацию, непосредственно, где бы ни находилась головка чтения-записи накопителя. После доступа к информации происходит ее последовательное считывание — хорошие дисководы обеспечивают скорость считывания (transfer rate) 2 Мбайт/с и выше.

Рассматривая организацию данных на внешних носителях, следует различать физическую и логическую организацию. Физическая организация определяет пра­вила размещения данных на внешних носителях, логическая — описывает взаим­ные связи между данными и способы доступа к ним. Поскольку при работе на компьютере пользователь практически взаимодействует только с файлами, необ­ходимо подробнее познакомиться с организацией файловой системы.