Виртуальная память. Внешняя память

    Сравнивая реальную оперативную память с виртуальной, можно отметить, что объем РП ограничен, то есть в каждой микросхеме фиксированное число ячеек. Что касается ВП, то она может иметь достаточно большой объем, ограниченный только местом на  диске (возможностью  адресации). Объем ВП может достигать нескольких десятков  и сотен мегабайт. РП имеет линейную структуру (адресация в порядке возрастания). ВП использует сквозную адресацию.

    В целом, применение виртуальной памяти  является весомым вкладом в прогрессировании современных  компьютерных технологий и большим шагом в развитии программирования, открывающим профессиональному программисту путь к созданию мощных  мультизадачных  систем и комплексов. Применение виртуальной памяти широко оценивается специалистами в компьютерной медицине, научной кибернетике, профессиональном программировании.   

    5. Внешняя память 

    Внешняя память относится к внешним устройствам ПК и используется для долговременного хранения любой информации, которая может когда-либо потребоваться для решения задач. В частности, во внешней памяти хранится все программное обеспечение компьютера. Внешняя память представлена разнообразными видами запоминающих устройств, но наиболее распространенным из них, имеющимися практически на любом компьютере, являются показанные на структурной схеме накопители па жестких (НЖМД) и гибких (НГМД) магнитных дисках.

    Назначение  этих накопителей: хранение больших  объемов информации, записи выдача информации по запросу в оперативное  запоминающее устройств! Различаются НЖМД и НГМД конструктивно, объемами хранимой информации временем ее поиска, записи и считывания. В качестве устройств внешней памяти часто используются также накопители па оптических дисках (CD ROM - Compact Disk Read Only Memory) и реже — запоминающие устройства на кассетной магнитной ленте (НКМЛ, стримеры). Популярными становятся так» устройства флэш памяти. 

    6. Накопители на магнитной ленте 

    Магнитные ленты хранят и используют намотанными  на катушки. В ЕС ЭВМ унифицированы  катушки двух видов: подающие и принимающие. Ленты поставляются пользователям на подающих катушках и не требуют дополнительной перемотки при установке их в накопители. Лента на катушку наматывается рабочим слоем внутрь.

    Основные  размеры одинаковы как для  подающих, так и для  принимающих катушек. Запись информации на магнитную ленту осуществляется по девяти дорожкам.

    В накопителях ЕС ЭВМ информация записывается с продольной плотностью 8 бит/мм, 32 бит/мм, или 63 бит/мм. На девяти дорожках параллельно записывается 8 информационных битов и 1 контрольный бит, которые составляют 1 байт. Для записи контрольного разряда отводится четвертая дорожка. Группа байтов, записываемая по одному КСК или по связанной цепочкой данных последовательности КСК, образует зону.

    При плотности записи 32 бит/мм в конце  зоны записываются две контрольные  строки: строка циклического контроля (ЦКС) и строка продольного контроля (ПКС). ЦКС записывается на ленте за последним байтом данных с промежутком в 4 байта. Для формирования ПКС ведется подсчет единиц на каждой дорожке зоны.  Их общее число на любой дорожке должно быть четным. Это делается путем записи нуля или единицы в соответствующий разряд ПКС. Строка ПКС записывается после ЦКС с промежутком в 4 байта. При  плотности записи  8  и 63 бит/мм, размещение данных на ленте такое же, как и при плотности записи 32 бит/мм, но в конце зоны записывается только ПКС с промежутком в 4 байта от последнего байта данных. Строка  ПКС одновременно  является  признаком конца зоны. Начало зоны определяется по появлению первого байта данных.

    Для записи информации с плотностью 8 и 32 бит/ мм используется потенциальный  метод без возвращения к нулю с модификацией по единице называемый методом «без возвращения к нулю» (БВН-1). В зарубежной литературе этот метод сокращенно называют также NRZ-1.

    При плотности 63 бит/мм  используется другой  метод записи - метод  фазовой   модуляции   или фазового кодирования  (ФК). В каждом такте записи изменяется полярность тока  в записывающей  головке  и, следовательно, изменяется магнитное состояние носителя. Полярность тока изменяется с отрицательной на положительную при записи нуля и с положительной на отрицательную при записи единицы. Происходит как бы изменение фазы тока записи. Логическая схема тракта записи анализирует значение следующей записываемой двоичной цифры: если должна   быть записана та же цифра, что и в предыдущем такте, то   ток в головке записи предварительно реверсируется. Метод ФК позволяет значительно повысить достоверность выделения сигналов при считывании информации в условиях наложения соседних магнитных отпечатков на носителе. Объясняется это тем, что при изменении частоты в широких пределах фазе искажения   сигналов остаются малыми, что позволь проще идентифицировать считываемые сигналы и поэтому реализовать более высокую плотность записи 63 бит/мм.  При использовании метода фазового кодирования строка ЦКС не записывается. 
 
 
 

    7. Накопители прямого доступа

    7.1. Общие сведения

    К ЗУ прямого доступа в номенклатуре технических средств ЕС ЭВМ относятся  устройства хранения информации на магнитных дисках и барабанах. Основная особенность их заключается в том, что время поиска любой записи мало зависит от ее местоположения на носителе. Каждая физическая запись на носителе имеет адрес, по которому обеспечивается непосредственный доступ к ней минуя остальные записи.

    Это свойство ЗУ прямого доступа отличает их от ЗУ на магнитной ленте и  от всех других типов устройств ввода - вывода ЕС ЭВМ.

    Во  всех накопителях прямого доступа, как и в накопителях на магнитной  ленте, используется принцип электромагнитной записи информации на движущийся носитель. Носителями информации в накопителях прямого доступа служат магнитные диски или барабаны, которые в рабочем состоянии постоянно вращаются с большой скоростью. Магнитные диски собираются зачастую в виде пакета из нескольких дисков. Накопители на магнитных дисках подразделяются на две группы: накопители на сменных магнитных дисках, на которых можно осуществлять быструю смену пакетов магнитных дисков и Накопители на постоянных магнитных дисках, в которых пакет магнитных дисков или один диск стационарно устанавливается в заводских условиях и не может быть оперативно заменен.

    ЗУ  с накопителями на постоянных магнитных  дисках и на магнитных барабанах  используются в машине как устройства внешней памяти большой емкости. ЗУ на сменных магнитных дисках по системотехническим возможностям подобны ЗУ на магнитной ленте. Они служат только внешней памятью, но и устройствами ввода вывода информации. Пакеты сменных магнитных дисков удобны в хранении. Из них на вычислительных центрах создаются библиотеки, что позволяет как бы неограниченно наращивать емкость внешней памяти вычислительных систем.

    Сравнительный анализ основных технических и функциональных параметров ЗУ на магнитной ленте и ЗУ прямого доступа показывает, что они имеют примерно одинаковую емкость и скорость обмена информацией при записи и считывании. Несомненным преимуществом ЗУ прямого  
доступа является малое время поиска информации на носителе. Однако стоимость хранения единицы информации на магнитных дисках и барабанах примерно на порядок больше, чем на магнитных лентах.

    7.2. Принципы работы накопителя на сменных магнитных дисках

    Пакет магнитных дисков ЕС-5053 состоит из шести алюминиевых дисков, внешний  диаметр которых равен 336,4 мм. Поверхности дисков покрыты ферролаком толщиной 4-5 мкм или кобальто-вольфрамовым сплавом толщиной 0,25-0,30 мкм. В последнем случае магнитный слой наносится гальваническим методом на медную подложку. К дискам предъявляются высокие требования по однородности магнитных свойств и по таким геометрическим характеристикам, как плоскостность, толщина, шероховатость поверхности и т. д. Для записи информации используются десять внутренних поверхностей дисков, внешние поверхности верхнего и нижнего дисков не используются.

    Магнитные слои иногда наносится гальваническим методом на равном расстоянии по внешнему диаметру, причем в одном месте  сделана двойная прорезь, которая  служит началом отсчета для  каждого  рабочего диска  и называется индексом или маркером.

    Информация  записывается на рабочих поверхностях дисков по концентрическим окружностям - дорожкам. Если в процессе эксплуатации пакета появляется дефект в покрытии на какой-либо из рабочих дорожек, то вся эта дорожка не употребляется, а вместо нее используется одна из запасных дорожек.

    На  одной дорожке может быть записано последовательно бит за битом 3625 байтов. Поскольку на каждой дорожке  располагается одинаковое число  байтов, то плотность записи изменяется от дорожки к дорожке: на внешней  дорожке - 30 бит/мм, на внутренней - 44 бит/мм. Десять дорожек, расположенных друг под другом на всех десяти рабочих поверхностях дисков, образуют так называемый цилиндр. Емкость одного цилиндра составляет 36250 байт, а емкость всего пакета - 7,25 Мбайт.

    В рабочем состоянии пакет дисков постоянно вращается в накопителе с угловой скоростью 255 рад/с (2400 об/мин). Для записи и считывания информации накопитель имеет десять магнитных головок: по одной головке на каждую рабочую поверхность. Магнитная головка состоит из универсальной головки (для записи и воспроизведения информации)  и головки стирания, размещенных в одном корпусе. Магнитные головки располагаются друг под другом и укреплены на каретке, которая может перемещать их в радиальном направлении по отношению к дискам. Каретка может фиксироваться в одном из 203 положений, располагая, таким образом, головки на одном из цилиндров. Запись и считывание информации в пределах одного цилиндра осуществляется без механического перемещения каретки с магнитными головками. Одновременно работает только одна головка из десяти. Она поразрядно записывает или считывает информацию на одной дорожке. Выбор дорожки в цилиндре осуществляется электронной коммутацией головки. Выбранная головка подключается к единому тракту записи - воспроизведения.

    Головки нумеруются снизу вверх от 0 до 9. Таким образом, адрес каждой дорожки в пакете определяется адресом   цилиндра и   номером головки.

    В отличие от накопителя на магнитных  лентах в накопителях прямого  доступа используется бесконтактный  метод записи и считывания информации. Это обусловлено тем, что диски неэластичны и контакт их с головками может привести к механическому повреждению магнитного слоя дисков. С другой стороны, нежелательно жестко фиксировать головки в пространстве над поверхностями дисков, так как практически невозможно изготовить диски абсолютно плоскими, а, следовательно, из-за неровности их поверхностей при вращении дисков расстояние между головками и магнитным слоем постоянно изменялось бы. Это, во-первых, не позволяет обеспечить высокую плотность записи и, во-вторых, отражается на амплитуде считываемых сигналов. Компенсировать некоторые дефекты можно, используя в накопителях прямого доступа так называемых «плавающих» магнитных головок.

    С уменьшением частоты вращения дисков головки автоматически отводятся от поверхностей дисков на расстояние 0,4-1,5 мм и выводятся из пакета (в некоторых накопителях, не поднимаясь над поверхностью).

    В накопителях прямого доступа  применяется двухчастотный последовательный способ записи информации с самосинхронизацией при воспроизведении. Способ этот состоит в том, что байты записывают последовательно бит за битом на одну дорожку. Во время записи в накопитель постоянно поступают синхронизирующие импульсы. Для записи единицы в интервале между СИ подается дополнительный импульс, при записи нуля дополнительный импульс отсутствует.

    Таким образом, если записываются единицы, то частота импульсов, поступающих  в накопитель, удваивается по сравнению  с частотой синхроимпульсов или, что то же самое, с частотой импульсов при записи нулей. Поэтому данный способ записи получил название двухчастотного.

    Применение  в накопителях со сменными пакетами магнитных дисков двухчастотного способа  записи предусмотрено рекомендациями ИСО. Структура записи информации по дорожкам (адреса, наборы данных и др.).

    Итак, мы познакомились с историей ВЗУ  и переходим к современным  и разрабатывающимся вариантам.

    7.3. Накопитель на гибких магнитных дисках (НГМД - дисковод)

    Это устройство использует в качестве носителя информации гибкие магнитные диски - дискеты, которые могут быть 5-ти или 3-х дюймовыми. Дискета - это магнитный диск вроде пластинки, помещенный в картонный конверт. В зависимости от размера дискеты изменяется ее емкость в байтах. Если на стандартную дискету размером 5’25 дюйма помещается до 720 Кбайт информации, то на дискету 3’5 дюйма уже 1,44 Мбайта. Дискеты универсальны, подходят на любой компьютер того же класса оснащенный дисководом, могут служить для хранения, накопления, распространения и обработки информации. Дисковод - устройство параллельного доступа, поэтому все файлы одинаково легко доступны. Сейчас дискеты применяются в основном для резервирования небольших объемов данных и для распространения информации. Дискеты размером 5’25 дюйма морально устарели и используются редко. Наибольшим  распространением из накопителей на гибких магнитных дискахпользуется дискета 3’5 дюйма или флоппи-диски (floppy disk).