Накопители на магнитной ленте (НМЛ)

План

Запоминающие устройства

Лекция №17

Запоминающие устройства

Лекция №17

презинтацию подготовил

студент группы 4ФБЕ

Соломон Тетяна

1. Запоминающие устройства.

2. Накопители на гибких магнитных дисках(НГМД).

3. Накопители на магнитных дисках (НМД).

4. Накопители на магнитной ленте (НМЛ).

5. Накопители на цилиндрических магнитных доменах (НЦМД).

6. Виртуальные диски(ВД).

7. Накопители на оптических дисках(НОД).

Запоминающие устройства - устройства, которые служат для ввода/вывода и хранения информации в компьютере и переноса ее между ними. Внешние запоминающие устройства обеспечивают как оперативную работу с оперативной памятью ЭВМ, так и длительное хранение информации. Оперативный обмен с внешней памятью предполагает использование, прежде всего, быстрых внешних запоминающих устройств с прямым доступом (например, накопители на гибких магнитных дисках и накопители на магнитных дисках); тогда как функции хранения больших объемов информации возлагаются, как правило, на более медленные внешние запоминающие устройства с последовательным доступом - накопители на магнитных лентах различных типов и организации. По способу записи и чтения информации запоминающие устройства можно подразделить на:

накопители на гибких магнитных дисках (НМГД);

накопители на магнитных дисках (НМД);

накопители на цилиндрических магнитных доменах (НЦМД);

накопители на оптических дисках (НОД);

накопители на магнитной ленте (НМЛ);

виртуальные диски (ВД).

Накопители на гибких магнитных дисках(НГМД)

Гибкий диск, дискета -- устройство для хранения небольших объёмов информации, представляющее собой гибкий пластиковый диск в защитной оболочке. Круглый диск с магнитным покрытием помещен в квадратный предохранительный конверт. Внутренняя поверхность этого конверта покрыта слоем белого фетроподобного материала, помогающим в защите дискеты. Он служит как для смягчения ударов, так и для улавливания пыли.

Дискета устанавливается в накопитель на гибких магнитных дисках, автоматически в нем фиксируется. В накопителе вращается сама дискета, магнитные головки остаются неподвижными. Дискета вращается только при обращении к ней. Накопитель связан с процессором через контроллер гибких дисков.

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. Ёмкость сектора постоянна и составляет 512 байтов.

На дискете можно хранить от 360 Килобайт до 2,88 Мегабайт информации. В настоящее время используются дискеты со следующими характеристиками: формат - 3.5/5.25, емкость - 2.88/1.44Мб, число дорожек 80, количество секторов на дорожках 18.

Накопители на магнитных дисках (НМД)

Накопитель на жёстких магнитных дисках (винчестер) -- это наиболее массовое запоминающее устройство большой ёмкости, в котором носителями информации являются круглые алюминиевые пластины -- платтеры, обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. Используется для постоянного хранения информации -- программ и данных.

Так как НМД имеют большие емкость и скорость обмена, они составляют основу внешней памяти (ВП) компьютеров, которая содержит базовое системное и прикладное ПО, а также данные для оперативной обработки. Современный базовый комплект ПК включает, как правило, НМД типа винчестер емкостью не менее 100Мб.

На жестком диске данные хранятся на магнитной поверхности диска. Информация записывается и снимается с помощью магнитных головок. Винчестеры имеют следующие основные характеристики:

объем (емкость);

скорость вращения;

количество секторов на дорожке;

время поиска/время переключения головок/время переключения между цилиндрами;

задержка позиционирования;

время доступа к данным;

кэш-память на жестком диске;

размещение данных на диске;

интерфейс.

Наряду с НМД, но значительно реже, используются и накопители на магнитных барабанах (НМБ).

Типы НМЛ зависят от конкретных характеристик носителя, лентопротяжного механизма, организации хранения и доступа к информации. Спектр современных НМЛ достаточно широк и характеризуется объемами и скоростью обмена информации в пределах соответственно (1-500)Мб и (0.01-3)Мб/сек. Магнитный носитель (том) размещается в сменных элементах различных конструкций. Обычно, НМЛ используются в мини-, супер- и общего назначения ЭВМ для архивного хранения данных и программ, ибо последовательный метод доступа к ним делает нецелесообразным использование их в качестве ВП оперативного обмена. Наряду с традиционным оформлением магнитных лент в виде бобин, используются картриджи, стримеры (особенно для ПК) и др. Стримеры позволяют записать на небольшую кассету с магнитной лентой некоторое количество информации. Встроенные в стример средства аппаратного сжатия позволяют автоматически уплотнять информацию перед её записью и восстанавливать после считывания, что увеличивает объём сохраняемой информации. Недостатком стримеров является их сравнительно низкая скорость записи, поиска и считывания информации.

Накопители на цилиндрических магнитных доменах (НЦМД)

В настоящее время все шире начинают использоваться накопители на цилиндрических магнитных доменах (НЦМД), характеризующиеся отсутствием механических узлов, высокими надежностью и стойкостью к внешней среде, а также возможностью предварительных сортировки и логической обработки информации в самом накопителе. Использование НЦМД наиболее целесообразно в мини- и микро-ЭВМ повышенной надежности, а также для работы в тех условиях, где невозможно использование традиционных внешних запоминающих устройств.

Виртуальные диски(ВД)

При больших объемах оперативной памяти ЭВМ могут иметь виртуальные диски. Такие ВД имеют логическую организацию НГМД и занимают область оперативной памяти, объем которой определяется при загрузке драйвера ВД. Основным назначением ВД является имитация работы с файловой организацией обычного НГМД, но в значительно более быстром режиме. Однако, в отличие от рассмотренных выше внешних запоминающих устройств, такой диск существует только на период одной загрузки ЭВМ (как правило, ПК). В качестве ВД могут использоваться и специальные дополнительные модули оперативной памяти.

Накопители на оптических дисках(НОД)

Накопители на оптических дисках (НОД), в последние годы все интенсивнее используемы для класса ПК. НОД напоминает звуковой компакт-диск, но отличается избыточностью информации. По режиму использования НОД делятся на:

CD-ROM - компакт-диск, на который невозможно что-либо дописать или что-либо с него стереть, его предназначение - ``вечное'' хранение единожды записанной на него информации;

CD-RW - компакт-диск многократной перезаписи, ресурс перезаписи одного диска для CD-RW составляет примерно несколько тысяч циклов. Диски однократной и многократной записи в обиходе называют "болванками" и внешне они ничем не отличаются от обычных компакт-дисков, но устройство у них разное. 3.DVD-ROM и DVD-RW. Снаружи, диски DVD выглядят также как и CD-диски. Однако возможностей у DVD гораздо больше. Диски DVD могут хранить в 26 раз больше данных, по сравнению с обычным CD-ROM. Имея физические размеры и внешний вид, как у обычного компакт-диска или CD-ROM, диски DVD стали огромным скачком в области емкости для хранения информации. По сравнению со своим предком, вмещающим 700 MB данных, стандартный однослойный, односторонний диск DVD может хранить 4.7GB данных. Но это не предел - DVD могут изготавливаться по двухслойному стандарту, который позволяет увеличить емкость хранимых на одной стороне данных до 8.5GB. Кроме этого, диски DVD могут быть двухсторонними, что увеличивает емкость одного диска до 17GB. Преимущества нового стандарта максимально проявляются как раз при просмотре видеофильмов: по качеству изображения DVD-диск на голову превосходит все предыдущие видеоформаты, поскольку обеспечивает воспроизведение примерно в два раза большего количества элементов -- как по горизонтали, так и по вертикали, а значительное повышение качества звука обеспечивается применением новых цифровых систем многоканального звука. Наряду с повышением качества добавляется ряд абсолютно новых, не свойственных другим форматам, интерактивных возможностей: выбор языка озвучивания, включение и выбор языка субтитров, выбор ракурса просмотра сцены, выбор варианта развития событий, быстрое переключение между сценами.

По причине большой емкости и способа использования НОД представляют интерес для архивирования информации и в качестве удобного средства ее транспортировки; в настоящее время широко распространена продажа нелицензионного ПО именно на томах CD-ROM. В настоящее время массовая память используется на ЭВМ всех классов.

ОЗУ

Микросхемы ОЗУ построена на биполярных и МДП транзисторах. Элементом памяти в первых из них служит простейший триггер, во вторых – триггер или конденсатор, заряжаемый до напряжения, соответствующего единичному состоянию элемента. Биполярные триггерные микросхемы обладают значительным быстродействием, а МДП микросхемы – большей емкостью ЗУ. Кроме того, МДП-микросхемы потребляют значительно меше энергии.

Типичный пример триггерного ОЗУ – параллельный регистр;. При четырех битах хранимой информации все его компоненты умещаются в одном корпусе с 14-ю выводами, обеспечивающими доступ ко всем входам и выходам четырех элементов памяти. Организация памяти в виде отдельных регистров применяется при создании ОЗУ малой ёмкости.

При увеличении емкости ОЗУ возникает проблема доступа к каждому элементу памяти при ограниченном числе выводов в корпусе. Эта задача решается с помощью адресной организации ЗУ с использование дешифратора кода адреса. Как уже говорилось ранее, дешифратор с n адресными входами дешифрирует 2ⁿ состояний. Таким образом, при четырёх входах можно организовать обращение к 16 элементам памяти при 10 к 1024 элементам.

Запоминающее устройство адресного типа состоит из трех основных блоков: массива элементов памяти (накопитель), блока адресной выборки (дешифратор адреса) и блока управления.

Рассмотрим назначение и взаимодействие этих блоков на примере ОЗУ на 64 бита с адресной организацией выборки 16 четырехразрядных слов (16 слов х 4 разряда = 64 бита).

Условное изображение и функциональная схема такой микросхемы приведены на рисунке 1,а. Массив памяти образован 16 четырехразрядными цепочками триггеров. При сигнале V=0 одна из цепочек, соответствующая выставленному адресу А1—А4, переходит в рабочее состояние, и ее сигналы поступают на входы элемента И (7—10). При сигнале V-1 на всех выходах DС низкие уровни, и следовательно, все триггеры отключены от выходных шин накопителя. При V=0 и W=0 на выбранную цепочку поступают информационные сигналы входы (D0—D4) и элементом 1 вырабатывается сигнал записи. В этом режиме при смене информации на входе ОЗУ происходит перезапись информации в данном слове массива. При сигналах V=1 и W=0 входная информация проходит непосредственно на выход микросхемы, минуя массив триггере (дешифратор не выбирает ни одной из цепей). И, наконец, при V=1 и W=1 запрещена работа дешифратора, узла, вырабатывающего сигнал «Запись» и входных элементов И.

Рисунок 1

Таким образом, блок управления (десять элементов И) обеспечивает работу ОЗУ в режимах: запись, считывание, сквозной перенос, хранение информации.

Выходные логические элементы И выполнены по схеме с открытым коллектором, что позволяет соединять вместе выходы Q нескольких микросхем ОЗУ. При этом происходит наращивание емкости ОЗУ две микросхемы—32 слова, три—48 и т. д..

Адресное управление А1—А4, информационные входы D1—D4 и выход Q1—Q4 всех микросхем объединяют в общие шины, а выбор рабочего массива осуществляют дополнительным дешифратором по входам V и W. Так построена микросхема К155РУ2 рисунок 1,б.

Рисунок 2

При конструировании ОЗУ ёмкостью в сотни тысяч бит в одном корпусе возникают трудности с созданием дешифраторов с таким числом выходов. Их удалось преодолеть при построении матричных накопителей, в которых выборка каждого элемента памяти осуществляется не по одной шине, а по двум (по строкам и столбцам). Функциональная схема такого ОЗУ емкостью 256 бит приведена на рисунке 2. Для выбора 256 ячеек необходимы восемь адресных входов. Они разделены на две четверки, каждая из которые управляет дешифратором на 16 положений. При любой комбинации сигналов A1-A8 единичные значения сигналов на шине строки и шине столбца окажутся только у одного элемента памяти. Только этот элемент будет воспринимать управляющие сигналы, идущие по общим шинам: выбор микросхемы CS (Chip Select), разрядная шина 1, разрядная шина 0. Анализ логической структуры блока местного управления (три элемента И) позволяет составить таблицу режимов работы этого ОЗУ.

CS	R/W	Функция
		Запись в выбраную ячейку
		Считыва6ние из выбранной ячейки
		Хранение информации
		Хранение информации

Выходной усилитель ОЗУ в режиме записи и хранения информации находится в третьем состоянии (состояние с высоким сопротивлением), что позволяет наращивать объем памяти так же, как и для микросхемы К155РУ2.

Цоколевка микросхем К176РУ2 и 1К561РУ2 (ОЗУ с такой структурой выполнены по КМДП технологии показана на рисунке 2,б. Используя их, необходимо помнить, что информация на адресных (А1—А8) и информационном входах должна меняться при высоком уровне сигнала CS как в режиме записи, так и в режиме считывания. В противном случае будет разрушаться ранее записанная информация. Смена информации должна производиться за время не менее 0,1 мкс до начала сигнала СS=0 либо не ранее чем через 0,5 мкс после его окончания.

Контрольные вопросы:

1. Запоминающие устройства?

2. Накопители на гибких магнитных дисках(НГМД)?

3. Накопители на магнитных дисках (НМД)?

4. Накопители на магнитной ленте (НМЛ)?

5. Накопители на цилиндрических магнитных доменах (НЦМД)?

6. Виртуальные диски(ВД)?

7. Накопители на оптических дисках(НОД)?

Список использованной литературы

1. Радіотехніка: Енциклопедичний навч. Посібник/за ред.. Ю.Л. Мазора, Є.А. Мачуського, В.І. Правди. – К.: В. шк., 1999.- 838 с.

2. 33 схемы с логическими элементами И-НЕ: пер. с болг. – Л.: энергоатомиздат., 1988. – 112 с.

3. Шило В.Л. Функциональные аналоговые интегральные микросхемы. – М.: радио и связь, 1982. – 128 с.

4. Угрюмов Е.П. Цифрова схемотехника. – Спб.: Петербург: БХВ, 2004.- 528 с.

Дата добавления: 2014-01-06