Накопители на магнитных и оптических носителях.

Назовем причины необходимости наличия внешней памяти у компьютера.

1. Сохранение информации для последующего использования или для передачи другим людям имело огромное значение для развития цивилизации. До появления ЭВМ человек использовал для этой цели книги, фотографии, магнитофонные записи, кинопленку и т. д. К концу XX века потоки информации значительно возросли и появление ЭВМ способствовало разработке и применению носителей информации обеспечивающих возможность ее долговременного хранения в компактной форме.

2. Оперативная память ЭВМ обладает рядом недостатков, связанных с технологией ее изготовления. Даже сегодня, в XXI веке она не обладает достаточно большим объемом и не вмещает громадных объемов информации. Кроме того, содержимое ОЗУ все еще теряется при выключении компьютера. Поэтому наличие в компьютерной системе еще одного вида памяти - внешней, позволило устранить эти недостатки. Основной функцией внешней памяти является способность долговременно хранить информацию. Кроме этого внешняя память имеет большой объем и дешевле оперативной. И еще, носители внешней памяти обеспечивают перенос информации с одного компьютера на другой, что важно в ситуации, когда отсутствуют компьютерные сети.

Таким образом внешняя (долговременная) память - это место длительного хранения данных (программ, результатов расчетов, текстов и т. д.), не используемых в данный момент в оперативной памяти компьютера. Внешняя память, в отличие от оперативной, является энергонезависимой, но не имеет прямой связи с процессором.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Носители внешней памяти, кроме того, обеспечивают транспортировку данных в тех случаях, когда компьютеры не объединены в сети (локальные или глобальные).

Для работы с внешней памятью необходимо наличие накопителя (устройства, обеспечивающего запись и (или) считывание информации) и устройства хранения - носителя.

Основные виды накопителей:

• накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);

• накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД);

• накопители CD-ROM, CD-RW, DVD. Им соответствуют основные виды носителей:

• гибкие магнитные диски (Floppy Disk);

• жесткие магнитные диски (Hard Disk):

• диски CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD. Основные характеристики накопителей и носителей:

•  информационная емкость;

•скорость обмена информацией;

•  надежность хранения информации;

•  стоимость.

Принцип работы магнитных запоминающих устройств

В основе магнитной записи лежит преобразование цифровой информации (в виде 0 и 1) в переменный электрический ток, который сопровождается переменным магнитным полем. В результате поверхность магнитных носителей разделяется на не намагниченные участки (0) и намагниченные (1).

У компьютеров ранних поколений функции внешней памяти выполняли перфоленты и перфокарты, а также магнитные ленты, которые сейчас используются очень редко. Магнитные ленты являются устройством с последовательным доступом. Данные можно читать или записывать только последовательно, при нарушении порядка приходится долго ждать, пока лента будет перемотана в нужное место. Магнитные ленты — достаточно медленные устройства, хотя и с большой емкостью. Современные устройства для работы с магнитными лентами - стримеры имеют увеличенную скорость записи, и емкость одной кассеты стримера измеряется сотнями и тысячами мегабайтов, а скорость передачи данных — от 2 до 9 Мбайт в минуту.

Гибкий диск

Накопитель на гибких магнитных дисках (англ. floppy disk) или диске­та — носитель небольшого объема информации, представляющий собой гибкий диск в защитной оболочке. Используется для переноса данных с одного компьютера на другой и для распространения программного обеспечения.

Устройство дискеты.

Шторка окна чтения/записи

Пластиковый конверт

Втулка привода диска

Диск

Блокировка записи: выключена/включена В

Диск находится внутри пластикового конверта, который защищает его от механических повреждений. Для того, чтобы прочитать или записать данные, необходимо вставить дискету в дисковод для гибких магнитных дисков, щель которого находится на передней панели системного блока. Внутри дисковода шторка чтения/записи автоматически открывается и именно над этим местом устанавливается головка чтения/записи дисковода. Диск внутри дисковода вращается с постоянной угловой скоростью, которая является достаточно низкой (несколько килобайт в секунду, среднее время доступа — 250 мс). Запись информации происходит на обе стороны диска. В настоящее время наиболее распространенными являются дискеты размером 3,5 дюйма (1 дюйм = 2,54 см) и емкостью 1,44 Мбайта (это примерно 600 страниц текста или несколько десятков графических изображений). Диск можно защитить от записи. Для этого используется предохранительная защелка.

Дискеты требуют аккуратного обращения. Они могут быть повреждены, если:

• дотрагиваться до записывающей поверхности;

• писать на этикетке дискеты карандашом или шариковой ручкой;

• сгибать дискету;

• перегревать дискету (оставлять на солнце или около батареи отопления);

• подвергать дискету воздействию магнитных полей.

Жесткий магнитный диск

Так как гибкий диск обладает небольшим объемом, его, в основном, используют для переноса информации с одного компьютера на другой. Жесткий диск является информационным складом ЭВМ и способен хранить огромные объемы информации.

Накопитель на жестких магнитных дисках (англ. HDD — Hard Disk Driver) или винчестер — это наиболее массовое запоминающее устройство большой емкости, в котором носителями информации являются алюминиевые пластины, обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. Используется для постоянного хранения программ и данных.

Диски винчестера помещены на одну ось и вместе с головками чтения/ записи и несущими их головками помещены в герметически закрытый металлический корпус. Такая конструкция позволила существенно увеличить скорость вращения дисков и плотность записи. Запись информации происходит на обе поверхности дисков.

В отличие от дискеты, жесткий диск вращается непрерывно. Поэтому скорость его вращения может быть от 3600 до 10000 об/мин, среднее время поиска данных — 9 мс, средняя скорость передачи данных — до 60 Мбайт/ сек.

Емкость винчестеров в компьютерах 2000 года измерялась десятками гигабайтов. Наиболее распространены накопители с диаметром 2.2, 2.3, 3.14, 5.25 дюймов.

В целях сохранения информации и работоспособности винчестер необходимо уберегать от ударов и резких изменений пространственной ориентации в процессе работы.

Лазерный диск

CD-ROM (англ. Compact Disk Real Only Memory — постоянное запоминающее устройство на основе компакт диска)

Компакт-диск диаметром 120 мм (около 4,75 дюймов) изготовлен из полимера и покрыт металлической пленкой. Информация считывается именно с этой металлической пленки, которая покрывается полимером, защищающим данные от повреждения. CD-ROM является односторонним носителем информации.

Принцип цифровой записи информации на лазерный диск отличается от принципа магнитной записи. Закодированная информация наносится на диск лазерным лучом, который создает на поверхности микроскопические впадины, разделяемые плоскими участками. Цифровая информация представляется чередованием впадин (кодирование нуля) и отражающих свет островков (кодирование единицы). Информация, нанесенная на диск, не может быть изменена.

Считывание информации с диска происходит за счет регистрации изменений интенсивности отраженного от алюминиевого слоя излучения маломощного лазера. Приемник или фотодатчик определяет, отразился ли луч от гладкой поверхности (таким образом фиксируется единица), был рассеян или поглощен (фиксирование нуля). Рассеивание или поглощение луча происходит в местах, где в процессе записи были нанесены углубления. Фотодатчик воспринимает рассеянный луч, и эта информация в виде электрических сигналов поступает на микропроцессор, который преобразует эти сигналы в двоичные данные или звук.

CD-ROM вращается с переменной угловой скоростью, чтобы обеспечить постоянную линейную скорость при чтении. Таким образом, чтение информации с внутренних участков диска осуществляется при большем числе оборотов, чем с наружных. Поэтому доступ к данным на CD-ROM осуществляется быстрее, чем к данным на дискетах, но медленнее, чем на жестких дисках (от 150 до 400 мс при скорости вращения до 4500 об/мин). Скорость передачи данных составляет не менее 150 Кбайт и доходит до 1,2 Мбайта/с.

Емкость CD-ROM достигает 780 Мбайт, благодаря чему на них обычно выпускаются мультимедийные программы.

CD-ROM просты и удобны в работе, имеют низкую удельную стоимость хранения данных, практически не изнашиваются, не могут быть поражены вирусами, с них невозможно случайно стереть информацию.

CD-R (Compact Disk Recorder)

CD-R является записываемым диском емкостью 650 Мбайт. На дисках CD-R отражающий слой выполнен из золотой пленки. Между этим слоем и основой расположен регистрирующий слой из органического материала, темнеющего при нагревании. В процессе записи лазерный луч нагревает выбранные точки слоя, которые темнеют и перестают пропускать свет к отражающему слою, образуя участки, аналогичные впадинам. Накопители CD-R, благодаря сильному удешевлению, приобретают все большее рас­пространение.

CD-RW (Compact Disk Rewritable)

Более популярными являются накопители CD-RW, которые позволяют записывать и перезаписывать информацию. Дисковод CD-RW позволяет записывать и читать диски CD-R и CD-RW, читать диски CD-ROM, т. е. является в определенном смысле универсальными.

DVD

Аббревиатура DVD расшифровывается как Digital Versatile Disk, т. е. универсальный цифровой диск. Имея те же габариты, что обычный компакт-диск, и весьма похожий принцип работы, он вмещает чрезвычайно много информации — от 4,7 до 17 Гбайт. Возможно, именно из-за большой емкости он и называется универсальным. Правда, на сегодня реально применяется DVD-диск лишь в двух областях: для хранения видеофильмов (DVD-Video или просто DVD) и сверхбольших баз данных (DVD-ROM, DVD-R).

Разброс емкостей возникает так: в отличие от CD-ROM, диски DVD записываются с обеих сторон. Более того, с каждой стороны могут быть нанесены один или два слоя информации. Таким образом, односторонние однослойные диски имеют объем 4,7 Гбайт (их часто называют DVD-5, т. е. диски емкостью около 5 Гбайт), двусторонние однослойные — 9,4 Гбайт (DVD-10), односторонние двухслойные — 8,5 Гбайт (DVD-9), а двусторонние двухслойные — 17 Гбайт (DVD-18). В зависимости от объема требующих хранения данных и выбирается тип DVD-диска. Если речь идет о фильмах, то на двусторонних дисках часто хранят две версии одной картины - одна широкоэкранная, вторая в классическом телевизионном формате.

Основным параметром дисководов CD-ROM является скорость чтения данных. Она измеряется в кратных долях. За единицу измерения принята скорость чтения в первых серийных образцах, составляющая 150 Кбайт/с, поэтому дисковод с удвоенной скоростью чтения обеспечивает производительность 300 Кбайт/с, с учетверенной — 600 Кбайт/с и т. д.

В целях сохранности информации лазерные диски необходимо предохра­нять от механических повреждений (царапин), а также от загрязнения.

Структура поверхности дисков

Постановка проблемы.

Представьте себе книгу, выполненную в виде длинной ленты.

—Удобно ли искать нужную информацию в такой «книге»? Почему?

—В чем заключается удобство поиска нужной информации в обычной книге, в которой есть страницы? Почему?

Вывод: в книге можно найти нужную информацию без проблем, т. к. она имеет удобную структуру, а именно — разделена на страницы. В книге, выполненной в виде длинной ленты, неудобно искать информацию, т. к. непонятно, в какой части ленты она находится. Страницы имеют свои номера, поэтому для поиска нужной информации достаточно знать номер страницы на которой она находится, т. е. книга обладает структурой. Без этой структуры поиск информации затрудняется.

Так как книга является аналогом внешней памяти, то и поверхность любого диска должна иметь определенную структуру. Так же как при изготовлении книги большой лист бумаги разрезают на страницы и затем собирают их вместе, так и поверхность диска «разрезают» на части — «страницы».

Магнитные диски.

Любой магнитный диск первоначально к работе не готов. Для приведения его в рабочее состояние он должен быть отформатирован, т. е. должна быть создана структура диска. Для гибкого магнитного диска - это магнитные концентрические дорожки,- разделенные на сектора. А у жесткого магнитного диска еще присутствуют цилиндры, т. к. жесткий диск состоит из нескольких пластин.

Сектор — это слишком маленький «кусочек» поверхности диска (как строка на странице). Поэтому секторы объединяются в более крупные «кусочки» — кластеры.

Объем диска можно вычислить следующим образом.

Объем = количество сторон * количество дорожек * сектора * объем сектора.

Чем дальше от центра диска, тем дорожки длиннее. Поэтому при одинаковом количестве секторов на каждом из них плотность записи на внутренних дорожках должна быть выше, чем на внешних. Количество секторов, емкость сектора, а следовательно, и информационный объем диска зависят от типа дисковода и режима форматирования, а также от качества самих дисков.

Лазерные диски

В отличие от магнитных дисков CD-ROM имеет всего одну физическую дорожку в форме спирали, идущей от наружного диаметра диска к внутреннему.

Пример 1. Дано дерево файловой структуры диска. Заглавными буквами обозначены имена каталогов, строчными — имена файлов.

Перечислить имена каталогов 1-го, 2-го, 3-го уровней. Ука­зать путь к файлу letter. txt от корневого каталога. Указать путь к файлу letter1.doc от корневого каталога, а к файлу letter2.doc — от каталога WORK. Указать полные имена файлов

letter. txt и letterl. doc, если файловая структура хранится на диске С.

Решение. Каталоги 1-го уровня COMPUTER, WORK, UROK. Каталоги 2-го уровня — IBM, APPLE, DOCUMENT, PRINT. Ка­талоги 3-го уровня — D0C1, D0C2.

Путь к файлу letter. txt от корневого каталога: \WORK\PRINT. Путь к файлу letterl. doc от корневого катало­га: \W0RK\D0CUMENT\D0C2. Путь к файлу letter2.doc от ка­талога W0RK:\D0CUMENT\D0C2.

Полные имена файлов letter. txt и letterl. doc:

C:\WORK\PRINT\letter. txt и

C:\W0RK\D0CUMENT\D0C2\letterl. doc.

№ 25

Дано дерево иерархической файловой структуры на магнит­ном диске. Заглавными буквами обозначены имена катало­гов, строчными — имена файлов:

Найти ошибки в файловой структуре.

№ 26

Дано дерево иерархической файловой структуры на магнит­ном диске. Заглавными буквами обозначены имена катало­гов, строчными — имена файлов:

Найти ошибки в файловой структуре.

№ 27

Дано дерево иерархической файловой структуры на магнит­ном диске. Заглавными буквами обозначены имена катало­гов, строчными — имена файлов:

Перечислить каталоги 1-го, 2-го, 3-го уровней, если они есть. Указать пути от корневого каталога к каждому из файлов.

№ 28

Указаны пути от корневого каталога к некоторым файлам, хранящимся на магнитном диске. Заглавными буквами обо­значены имена каталогов, строчными — имена файлов: \COUNTRY\USA\INFO\culture. txt; \COUNTRY\USA\washington. txt; \COUNTRY\RUSSIA\moscow. txt; \COUNTRY\RUSSIA\INFO\industry. txt; \COUNTRY\RUSSIA\INFO\culture. txt. Отобразить файловую структуру в виде дерева.

№ 29

Указаны пути от корневого каталога к некоторым файлам, хранящимся на магнитном диске. Заглавными буквами обо­значены имена каталогов, строчными — имена файлов: \BOX\LETTER\peter. txt; \BOX\LETTER\kate. txt; \LETTER\WORK\april. txt; \LETTER\WORK\may. txt; \LETTER\FREND\SCHOOL\mary. txt; \LETTER\FREND\sport. txt. Отобразить файловую структуру в виде дерева.

Решите задачи: ■ №1

Двусторонняя дискета имеет объем 800 Кбайт. Сколько дорожек на одной стороне дискеты, если каждая дорожка содержит 20 секторов по 0,5 Кбайт. Решение'.

1) 800:2=400 Кбайт - объем дискеты;

2)  20*0,5=10 Кбайт — объем всех секторов;

3)  400:10=40 - дорожек. Ответ: 40 дорожек.

№2

Какой объем имеет каждый сектор двусторонней дискеты емкостью 360 Кбайт, если каждая сторона дискеты разбита на 40 дорожек по 18 секторов на дорожке?

Решение:

1) 40*18=720 секторов на диске;

2) 360:720=0,5 Кбайт - объем сектора. Ответ: 0,5 Кбайт.

№ 30

Указаны пути от корневого каталога к некоторым файлам, хранящимся на магнитном диске. Заглавными буквами обо­значены имена каталогов, строчными — имена файлов: \SPORT\SKI\russia. txt; \SPORT\SKI\germany. txt; \SPORT\SKATE\finland. txt; \COMPUTER\IBM\INFO\pentium. txt; \COMPUTER\INFO\ibm. txt. Отобразить файловую структуру в виде дерева.

Попросите детей приготовить следующую таблицу и заполнять ее по мере изложения материала.