Автор работы: Пользователь скрыл имя, 30 Января 2013 в 20:33, курс лекций
Микропроцессор (МП) — центральное устройство ПК, предназначенное для управления работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций над информацией.
Сегодня, согласно договору между членами DVD Forum, распространены следующие типы DVD:
□ DVD-5 (4,72", односторонний диск с одним слоем записи — подобие одностороннего CD-ROM, но с уплотненной записью) — 4,7 Гбайт;
□ DVD-9 (4,72", односторонний диск с двумя слоями записи; верхний слой полупрозрачный для лазерного луча, считывание с нижнего слоя выполняется вторым лазером с длиной волны отличной от длины волны первого) — 8,5 Гбайт;
□ DVD-10 (4,72", двухсторонний диск с одним слоем записи) — 9,4 Гбайт;
□ DVD-18 (4,72", двухсторонний диск с двумя слоями записи) — 17 Гбайт;
□ DVD-1 (3,5", односторонний однослойный) — 1,4 Гбайт;
□ DVD-2 (3,5", односторонний двухслойный) — 2,7 Гбайт;
□ DVD-3 (3,5", двухсторонний однослойный) — 2,9 Гбайт;
□ DVD-4 (3,5", двухсторонний двухслойный) — 5,3 Гбайт;
□ DVD-R (4,72", односторонний однослойный) — 3,95 Гбайт;
□ DVD-R (4,72", двухсторонний однослойный) — 7,9 Гбайт;
□ DVD-R (3,5", односторонний однослойный) — 1,23 Гбайт;
□ DVD-R (3,5", двухсторонний однослойный) — 2,46 Гбайт;
□ DVD-RAM (4,72", односторонний однослойный) — 2,58 Гбайт;
□ DVD-RAM (4,72", двусторонний однослойный) — 5,16 Гбайт.
Реально на рынке представлены DVD четырех типов: 5, 9, 10 и 18.
Фирма Sony, нарушив договор, заключенный между членами DVD Forum, выпустила двухсторонний двухслойный DVD с голубым лазером емкостью 24 Гбайт.
Самый простой тип записываемого DVD — это DVD-R, который предусматривает однократную запись информации на носитель с последующим многократным чтением. В DVD-R используется органическая полимерная технология, в основном подобная применяемой в CD-R, и этот формат совместим практически со всеми дисководами DVD. На сегодняшний день емкость подобных дисков еще не достигла значений, присущих DVD-ROM, однако принципиальных проблем нет, и в обозримом будущем емкости сравняются. Во всяком случае, формат 4,7 Гбайт DVD-R уже объявлен фирмами Matsushita, Mitsubishi и Hitachi (Maxell).
Среди перезаписываемых DVD сегодня конкурируют два равновесомых формата — DVD-RAM и DVD-RW. Первый формат, продвигаемый фирмами Hitachi, Matsushita и Toshiba, поддержан большинством членов DVD Forum (конвенции фирм, стоящих у истоков создания DVD) и, таким образом, официально одобрен. Второй продвигается компаниями Hewlett-Packard, Philips, Ricoh и Sony.
В основе обоих Стандартов лежит одна и та же технология изменения фазы. Диск покрыт слоем специального материала, который может находиться в аморфном или кристаллическом состоянии. При этом светоотражающая способность материала в разных фазах различается примерно на 20 %, что позволяет кодировать информацию. Основное различие стандартов в том, каким образом головка накопителя считывает данные с диска. В устройствах DVD-RAM считывающую головку необходимо переключать между режимами чтения канавки и площадки (пространства между канавками) при каждом обороте диска, в то время как в накопителях DVD-RW информация считывается только с канавки диска так же, как это делается в стандартных дисководах для чтения DVD-ROM.
Существуют и другие форматы перезаписываемых DVD-дисков. Это ASMO (ранее МO7), способный хранить до 6 Гбайт данных, и MMVF (MultiMedia Video Format) фирмы NEC емкостью 5,5 Гбайт. Оба типа дисководов способны читать DVD-ROM и DVD-R, однако не совместимы ни с DVD-RAM, ни с DVD-RW. Ассоциация OSTA (Optical Storage Technology Association, Ассоциация технологий оптических накопителей) разрабатывает спецификацию совместимости DVD — Read Compatibility Specification, которая, в идеале, будет поддерживать все типы компакт-дисков, в том числе аудиодиски, CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD-ROM, DVD-R, а также (!) DVD-RAM и DVD-RW.
Основные достоинства DVD:
□ значительно большая по сравнению с CD емкость. В частности, достаточная для хранения полнометражного фильма самого высокого качества;
□ совместимость с CD. Устройства DVD-ROM смогут считывать существующие библиотеки данных на CD-ROM;
□ высокая скорость обмена данными с дисководом DVD;
□ высокая надежность хранения данных.
Диски DVD, по прогнозам, должны в ближайшее время получить широкое распространение не только в компьютерах, но и в аудио- и видеомагнитофонах. В частности, для хранения одного часа усредненного видеофильма требуется приблизительно 2 Гбайт данных. Но реальное вытеснение на рынке дисками DVD дисков CD началось с 2002 года. Основными локальными интерфейсами для DVD являются интерфейсы IDE-ATAPI, SCSI, USB, Serial ATA.
Для маркировки скоростных характеристик накопителей на оптических дисках часто используется скоростная формула.
В частности, для CD-накопителей она выглядит так: KxMxNx, где К — кратность скорости записи на CD-R; Мх — кратность скорости записи на CD-RW; Nx — кратность скорости чтения.
В последние годы стали
популярными комбинированные
Однократная скорость для CD равна 150 Кбайт/с, а для DVD — 1350 Кбайт/с.
Например, формула скорости комбинированного привода 8х12х8х32х означает: скорость чтения DVD 10 800 Кбайт/с; скорость записи на CD-R 1800 Кбайт/с; скорость записи на CD-RW 1200 Кбайт/с; скорость чтения CD 4800 Кбайт/с.
Фирма Hitachi в 2003 году объявила о новой технологии изготовления многослойных CD, позволяющей на одном диске формата 7,2 дюйма разместить 1 Тбайт = 1024 Гбайт информации. На диске можно создать до 100 слоев толщиной 0,3 мкм (толщина слоя у DVD — 25 мкм). Ослабление сигнала при работе с внутренними слоями незначительное. «Прозрачность» слоев обеспечивается использованием специальных материалов с изменяемой прозрачностью под действием внешнего электрического сигнала (некоторая аналогия с жидкими кристаллами).
Принцип работы магнитооптического накопителя (Magneto Optical) основан на использовании двух технологий — лазерной и магнитной. Запись информации осуществляется на магнитном носителе, а оптический лазерный луч используется для местного разогрева точки магнитной поверхности. Сущность процессов записи-считывания обусловлена следующим. Активный слой на поверхности магнитооптического диска может быть перемагничен магнитной головкой только при высокой температуре. Такая температура (сотни градусов) создается лазерным импульсом длительностью порядка 0,1 мс. При считывании информации вектор поляризации отраженного от поверхности диска лазерного луча на несколько градусов изменяет свое направление в зависимости от направления намагниченности элемента активного слоя. Изменение направления поляризации и воспринимается соответствующим датчиком.
Существуют два типа магнитооптических накопителей:
□ с однократной записью, стандарта CC-WORM (Write Once Read Many);
□ перезаписываемые CC-E (Continuous Composite Erasable) стандарта LIMDOW (Light Intensity Modulation/Direct Overwrite).
К основным недостаткам стандартной магнитооптической технологии относится, прежде всего, низкая скорость перезаписи, поскольку данный процесс требует осуществления трех циклов — стирания старых данных, записи новых и проверки. Для уменьшения времени перезаписи цикл проверки, как правило, пропускается. Чтобы еще более увеличить скорость перезаписи, была разработана спецификация Overwrite, которая исключает цикл стирания. Диски стандарта LIMDOW совместимы с этой спецификацией и, таким образом, позволяют повысить суммарное быстродействие.
В магнитооптических накопителях CC-WORM для предотвращения стирания и повторной записи информации на диск на контрольные дорожки наносятся специальные метки.
Магнитооптические накопители
имеют два типоразмера: 3,5 и 5,25 дюйма.
Магнитооптические диски форм-
Время доступа у магнитооптических
накопителей находится в
Накопители на магнитной ленте
Накопители на магнитной ленте были первыми ВЗУ вычислительных машин.
В универсальных компьютерах широко использовались и используются накопители на бобинной магнитной ленте (НМЛ), а в персональных компьютерах — накопители на кассетной магнитной ленте (НКМЛ). Кассеты с магнитной лентой (картриджи) весьма разнообразны: они отличаются как шириной применяемой магнитной ленты, так и конструкцией.
Лентопротяжные механизмы для кассет носят название стримеров — это инерционные механизмы, требующие после каждой остановки ленты ее небольшой перемотки назад (перепозиционирования). Такое перепозиционирование увеличивает и без того большое время доступа к информации на ленте (десятки секунд), поэтому стримеры нашли применение в персональных компьютерах лишь для резервного копирования и архивирования информации с жестких дисков и в игровых компьютерах для хранения пакетов игровых программ.
Объемы хранимой на одной кассете информации постоянно растут. Так, емкость картриджей первого поколения, содержащих магнитную ленту длиной 120 м, шириной 3,81 мм с 2-4 дорожками, не превышала 25 Мбайт. В конце 1980-х годов появились картриджи с большей плотностью записи на ленте шириной четверть дюйма (Quarter Inch Cartridge) (стандарты QIC — 40/80); первые такие картриджи были выпущены фирмой ЗМ — кассеты DC300 емкостью 60-250 Мбайт (поэтому этот стандарт часто называют стандартом ЗМ). Последние модели картриджей (стандарт QIC 3010-3020) имеют емкость 340, 680 и даже 840-1700 Мбайт и более (стандарт QIC 3010-3020 Wide, увеличивший ширину магнитной ленты до 0,315 дюйма).
В стандарте Travan используются также 0,315-дюймовые ленты с емкостью картриджа 400-4000 Мбайт; в DAT-стримерах (Digital Audio Tape) работает технология спирального сканирования, обеспечивающая очень высокую плотность записи и емкость картриджа до 8 Гбайт. Наконец, наиболее высокие надежность, скорость чтения-записи и емкость картриджа (до 35 Гбайт) обеспечивают стримеры стандарта DLT (Digital Linear Tape). Стримеры, как правило, имеют собственные средства сжатия данных, поддерживающие столь высокие емкости картриджей. Анонсированы, например, картриджи емкостью 80 Гбайт и более.
Первый НМЛ Model 726 был выпущен фирмой IBM в 1952 году и имел емкость всего 1,4 Мбайт. В мае 2002 года фирма IBM анонсировала картриджи емкостью 1 Тбайт (это примерно в 10 000 раз больше, чем может за всю жизнь сохранить человеческий мозг).
Скорость считывания информации с магнитной ленты в стримерах также невысока и обычно составляет от 100 до 500 Кбайт/с. НКМЛ рассчитаны на периферийные интерфейсы IDE-ATAPI и SCSI. В качестве стримера может быть использован и бытовой видеомагнитофон. Для этого необходимо видеомагнитофон подключить к шине ISA ПК через интерфейсную плату «АрВид» (выпускаемую в России). Эта плата поддерживает на ленте многоуровневую иерархическую систему файлов с каталогами и имеет дружественный для пользователя интерфейс в стиле ОС с текстовыми меню (см. раздел «Операционные системы ПК» главы 19). Емкость стандартной видеокассеты составляет при этом от 1 до 2 Гбайт.
Устройства флеш-памяти
Флеш-диски (Flash Disks) — весьма популярный и очень перспективный класс энергонезависимых запоминающих устройств. Флеш-диски (твердотельные диски) являются модификацией HDD и представляют собой устройства для долговременного хранения информации с возможностью многократной перезаписи. Стирание и запись данных осуществляются так же, как у HDD, — блоками (иногда называемыми по аналогии с магнитными дисками секторами, но более правильно было бы их именовать кластерами).
У флеш-дисков отсутствуют какие либо подвижные части, да и форма у них совсем не круглая — чаще всего они представляют собой прямоугольные картриджи.
Для хранения информации в них используются специализированные микросхемы памяти с металлизацией (металл-нитридные), выполненные по технологии Flash, изобретенной в начале 80-х годов фирмой Intel. Дисками их называют условно, поскольку флеш-диски полностью эмулируют функциональные возможности HDD. При работе указатели в микросхеме перемещаются на начальный адрес блока, затем байты данных передаются в последовательном порядке с использованием стробирующего сигнала. Стирание содержимого всего блока выполняется одномоментно отдельным сигналом (отсюда, вероятно, и название памяти flash — вспышка); тотальное стирание было специально организовано разработчиками, поскольку первоначально флеш-память применялась в военных приборах, и при обнаружении попыток несанкционированного доступа к ним необходимо было сразу уничтожать все данные — система автоматически генерировала внутренний сигнал стирания).
По существу, флеш-диски — это «полупостоянные» запоминающие устройства, стирание, считывание и запись информации в которых выполняется электрическими сигналами (в отличие от прочих ПЗУ, в которых эти действия производятся лучом лазера или чисто механически — «перепрошивкой»). Количество циклов перезаписи информации в одну и ту же ячейку у флэш-памяти ограничено, но оно обычно превышает 1 млн — эта величина иногда указывается в паспорте микросхемы. В современных устройствах имеются программные или аппаратные средства формирования виртуальных блоков, обеспечивающие запись информации поочередно в разные области флэш-памяти так, чтобы число циклов стирания и записи было равномерно распределено по всем блокам диска. Это существенно увеличивает срок службы флэш-памяти: ее работоспособность сохраняется сотни лет.
Емкость современных флеш-дисков, изготовленных на основе многоуровневых ячеек (MultyLevel Cell, MLC) на базе логических схем NAND (НЕ-И, штрих Шеффе-ра), достигает нескольких гигабайтов при крайне миниатюрных их размерах.