Внешняя память

Урок №

Класс _____.        Дата «____» __________ 200__ г.

Класс _____.        Дата «____» __________ 200__ г.

Класс _____.        Дата «____» __________ 200__ г.

Тема: Внешняя память (теория)

Цель урока:

Рассмотреть типы устройств внешней памяти и их характеристики.

Опорные понятия:

Информационный носитель; Классификация памяти (внешняя, внутренняя).

Новые понятия:

Устройства внешней памяти; Тип доступа к информации (последовательный, прямой); Плотность записи; Скорость обмена информацией; Гибкий магнитный диск; Жесткий магнитный диск; Форматирование диска; CD, CD-R, CD-RW.

Задачи учителя:

Определить назначение внешней памяти; Повторить понятие носителя информации; Определить характеристики внешней памяти; Ввести классификацию устройств внешней памяти; Показать особенности внешней памяти на магнитных носителях; Показать особенности внешней памяти на оптических носителях; Показать особенности внешней памяти на магнитооптических носителях.

План урока

1. Организационный момент;

2. Повторение изученного материала:

понятия «память компьютера»; основные операции при работе с памятью; основные характеристики памяти; внутренняя и внешняя память; принцип организации внутренней памяти; виды внутренней памяти (постоянная память, оперативная память, кэш-память).

Внешняя память

Назначение внешней памяти; Понятие носителя информации (повторение); Характеристики внешней памяти; Классификация устройств внешней памяти; Особенности внешней памяти на магнитных носителях; Гибкие магнитные диски; Сравнение гибких и жестких магнитных дисков; Особенности внешней памяти на оптических носителях; Особенности внешней памяти на магнитооптических носителях

Подведение итогов за урок; Домашнее задание – конспект.

Читать тема 18.3, стр. 252-261

Устно, стр. 261, вопросы 1-5, 16-22.

Вопросы:

1. Емкость гибкого диска размером 3,5 дюйма равна 1,44 Мбайт. Лазерный диск может содержать 650 Мбайт информации. Определите, сколько дискет потребуется, чтобы разместить информацию с одного лазерного диска.

2. Диаметр гибких дисков задается в дюймах. Вычислите размеры гибких дисков в сантиметрах (1 дюйм = 2,54 см).

3. Установлено, что для записи одного символа необходим 1 байт памяти. В тетради в клеточку, состоящей из 18 листов, мы пишем по одному символу в каждой клетке. Сколько тетрадей можно записать на один гибкий диск с объемом памяти 1,44 Мбайт?

4. Определите объем памяти, необходимой для хранения 2 млн. символов. Сколько дисков объемом 1,44 Мбайт понадобится для записи этой информации?

5. Ваш жесткий диск имеет объем 2,1 Гбайт. Устройство распознавания речи воспринимает информацию с максимальной скоростью 200 букв в минуту. Сколько времени надо говорить, чтобы заполнить 90% объема памяти жесткого диска?

6. Какие специфические характеристики внешней памяти вы знаете?

7. Перечислите известные вам носители информации с древних времени до наших дней. Расположите их в хронологическом порядке.

8. Дайте краткую характеристику наиболее распространенным накопителям данных, которые используются в компьютере.

9. В чем отличие прямого и последовательного доступа к информации на носителях?

10. Укажите общие свойства и отличительные особенности гибких и жестких дисков.

11. Что такое CD, CD-ROM, CD-R?

12. Когда целесообразно использовать стример?

13*. Какие виды устройств внешней памяти используются на компьютерах в школьном компьютерном классе, на вашем домашнем компьютере?

14*. Исходя из примерной оценки по 1 Мбайт памяти за 1 секунду звучания оцените количество «среднестатистических» эстрадных песен, которые могут вместить:

а). CD-ROM;

б). винчестер на 20 Гбайт.

15*. Составьте таблицу «Сравнительные характеристики устройств памяти»(стр. 260, табл.18.1):

а). применительно к школьному компьютеру;

б). применительно к вашему домашнему компьютеру.

16*. В вашем распоряжении: а). $400; б). $600 – для замены системного блока домашнего компьютера. Подберите микропроцессор и память.

Методика проведения урока

►Назначение внешней памяти

Назначение внешней памяти компьютера заключается в долговременном хранении информации любого вида. Выключение питания компьютера не приводит к очистке внешней памяти. Объем этой памяти в тысячи раз больше объема внутренней памяти. Но обращение к внешней памяти требует гораздо большего времени. Как человек затрачивает на поиск информации в справочной литературе гораздо больше времени, чем на ее поиск в собственной памяти, так и скорость обращения (доступа) к внешней памяти существенно больше, чем к оперативной.

►Понятие о носителе информации

Внешняя память реализуется на носителях информации.

Носитель -— материальный объект, способный хранить информацию.

Устройство внешней памяти (накопитель) — физическое приспособление, позволяющее производить считывание и запись информации на соответствующий носитель.

Носителями информации во внешней памяти современных компьютеров являются магнитные или оптические диски, магнитные ленты и некоторые другие, однако все они требуют специальных устройств, которые осуществят запись или считывание информации – устройств внешней памяти.

►Характеристики внешней памяти

Характеристиками внешней памяти, так же как и внутренней, являются объем и время доступа.

Время доступа, или быстродействие, памяти — время, необходимое для чтения из памяти либо записи в нее минимальной порции информации.

Объем (емкость) памяти — максимальное количество хранимой в ней информации.

При записи информации на внешние носители используют различные физические принципы, которые определяют физический размер одного бита информации. В результате на единице длины носителя разместится различное количество бит информации, что определяет необходимость использования дополнительных характеристик: плотности записи и скорости обмена информацией.

Плотность записи определяется объемом информации, записанным на единице длины дорожки. Единицей измерения плотности записи служат биты на миллиметр (бит/мм). Плотность записи зависит от плотности нанесения дорожек на поверхность, то есть числа дорожек на поверхности диска.

Плотность записи — объем информации, записанной на единице длины дорожки.

Вид носителя определяет физический принцип действия устройства внешней памяти и организацию доступа к информации. т. о. дополнительной характеристикой внешней памяти является скорость обмена информацией.

Скорость обмена информации зависит от скорости ее считывания или записи на носитель, что, в свою очередь, определяется скоростью вращения или перемещения этого носителя в устройстве.

►Классификация устройств внешней памяти

Устройства внешней памяти классифицируются по разным признакам:

По типу доступа к информации; По способу записи и чтения устройства.

По типу доступа к информации устройства внешней памяти делятся на два класса: устройства прямого (произвольного) доступа и устройства последовательного доступа.

В устройствах с последовательным доступом к информации при поиске или записи необходимо последовательно просматривать поверхность носителя, то есть существует зависимость скорости обмена информацией от места расположения информации.

В устройствах с прямым доступом к информации организовано вращение носителя и перемещение считывающее-записывающего устройства. Скорость обмена информацией не зависит от расположения информации на носителе.

По способу записи-считывания информации устройства внешней памяти (накопители) классифицируются на магнитные, оптические и магнитооптические.

Классификация устройств внешней памяти:

Магнитные носители:

Гибкие магнитные диски; Жесткие магнитные диски; Магнитные ленты.

Оптические носители.

CD-ROM; CD-R; CD-RW.

Магнитооптические носители.

►Особенности внешней памяти на магнитных носителях

Магнитные носители информации являются самыми распространенными.

Поверхность диска покрывается специальным магнитным слоем, намагниченный участок кодируется как 1, не намагниченный – как 0.

Информация записывается на дорожки, каждая дорожка подразделяется на сектора. Сектор является неделимой единицей информации, то есть может быть прочитан только целиком.

Дорожки и сектора представляют собой намагниченные участки поверхности, которые создаются путем форматирования диска.

Форматирование диска — процесс магнитной разметки поверхности диска на дорожки и секторы.

►Гибкие магнитные диски

Для оперативного переноса небольших объемов информации используют гибкие магнитные диски. Устройством для записи-считывания информации с гибких магнитных дисков является дисковод (английская аббревиатура – FDD, Floppy Disk Drive). Информация записывается на двух поверхностях

В настоящее время широко используются гибкие диски с внешним диаметром 3,5" (дюйма), или 89 мм, называемые обычно 3-дюймовыми.

Диски называются гибкими потому, что их рабочая поверхность изготовлена из эластичного материала и помещена в твердый защитный конверт. Для доступа к магнитной поверхности диска в защитном конверте имеется закрытое шторкой окно.

Поверхность диска покрывается специальным магнитным слоем. Именно этот слой обеспечивает хранение данных, представленных двоичным кодом.

Разметка поверхности  диска

Наличие намагниченного участка поверхности кодируется как 1, отсутствие — как 0. Информация записывается с двух сторон диска на дорожках, которые представляют собой концентрические окружности. Каждая дорожка разделяется на секторы. Заметим, что дорожки и секторы не прочерчены на диске, а представляют собой намагниченные участки его поверхности.

Плотность записи на гибкий диск зависит от плотности нанесения дорожек на поверхность, то есть числа дорожек на поверхности диска. Зная число дорожек, число секторов и размер одного сектора, можно найти объем гибкого диска при двусторонней записи:

V= 2 x N x M x S,

где V — объем диска, N — число дорожек на диске, М — число секторов на дорожке, S — емкость одного сектора.

Рассмотрим пример:

Обычно N = 80, М = 18, S = 512 байт, тогда

V= 2 х 80 х 18 х 512 = 2 х 1440 х 512 = 1474560 байт = 1,44 Мбайт

Работа с дискетой (запись и чтение) возможна только при наличии на ней магнитной разметки на дорожки и секторы.

Для работы с любыми дисками, в том числе и с гибкими, предназначено устройство, называемое дисководом. Дисковод для гибких дисков относится к группе накопителей прямого доступа и устанавливается внутри системного блока.

Гибкий диск вставляется в щель дисковода, после чего автоматически открывается шторка и происходит вращение диска вокруг своей оси. При обращении к нему соответствующей программы магнитная головка записи/чтения устанавливается над тем сектором диска, куда надо записать или откуда требуется считать информацию. Для этого дисковод снабжен двумя шаговыми электродвигателями. Один двигатель обеспечивает вращение диска внутри защитного конверта. Чем выше скорость вращения, тем быстрее считывается информация, а значит, увеличивается скорость обмена информацией. Второй двигатель перемещает головку записи/чтения вдоль радиуса поверхности диска, что и определяет другую характеристику внешней памяти — время доступа к информации.

В защитном конверте имеется специальное окно защиты записи. Это окно может быть открыто или закрыто с помощью бегунка. Для предохранения информации на диске от изменения или удаления это окно открывают. При этом запись на гибкий диск становится невозможна и доступным остается только чтение с диска.

Для обращения к диску, установленному в дисководе, используются специальные имена в виде латинской буквы с двоеточием. Наличие после буквы двоеточия позволяет компьютеру отличить имя дисковода от буквы, поскольку это общее правило. Дисководу для считывания информации с 3-дюймового диска присваивается имя А: или иногда В:.

Правила работы с гибкими дисками.

1. Не дотрагивайтесь до рабочей поверхности диска руками.

2. Не держите диски вблизи источника сильного магнитного поля, например около магнита.

3. Не подвергайте диски нагреванию.

4. Рекомендуется делать копии содержимого гибких дисков на случай их повреждения и выхода из строя.

►Жесткие магнитные диски

Одним из обязательных компонентов персонального компьютера являются жесткие магнитные диски. Жесткий магнитный диск (винчестер, английская аббревиатура – HDD, Hard Disk Drive) представляют собой набор металлических либо керамических дисков (пакет дисков), покрытых магнитным слоем и вращающихся с высокой скоростью. Эти диски вместе с блоком магнитных головок установлены внутри герметичного корпуса дисковода.

Термин «винчестер» возник из жаргонного названия первой модели жесткого диска емкостью 16 Кб (IBM, 1973 г.), имевшего 30 дорожек по 30 секторов, что случайно совпало с калибром 30"/30" известного охотничьего ружья «Винчестер».

Для обращения к жесткому диску используется имя, задаваемое любой латинской буквой, начиная с С:. В случае если установлен второй жесткий диск, ему присваивается следующая буква латинского алфавита D:, и т. д. Для удобства работы в операционной системе предусмотрена возможность с помощью специальной системной программы условно разбивать один физический диск на несколько независимых частей, называемых логическими дисками. В этом случае каждой части одного физического диска присваивается свое логическое имя, что позволяет независимо обращаться к ним: С:, D: и т. д.

►Сравнение гибких и жестких магнитных дисков

Аналогично гибким дискам:

жесткий диск относится к классу носителей с произвольным доступом к информации; для хранения информации жесткий диск размечается на дорожки и секторы; для доступа к информации один двигатель дисковода вращает пакет дисков, другой устанавливает головки в место считывания/записи информации; наиболее распространенные размеры жесткого диска — 5,25 и 3,5 дюйма в наружном диаметре.

Жесткие диски имеют преимущества перед гибкими по двум основным параметрам:

объем жестких дисков существенно выше, чем гибких, и колеблется от нескольких сотен мегабайт до нескольких десятков гигабайт; скорость обмена информацией в десятки раз больше, чем у гибких дисков.

►Магнитные ленты

Магнитные ленты представляют собой носитель, аналогичный используемому в аудиокассетах бытовых магнитофонов. Устройство, которое обеспечивает запись и считывание информации с магнитных лент, называется стримером (от англ. stream — поток, течение; струиться). Стример относится к устройствам с последовательным доступом к информации и характеризуется гораздо меньшей скоростью записи и считывания информации по сравнению с дисководами. Операции записи-чтения осуществляются подобно тому, как осуществляется запись и воспроизведение звука.

Основное назначение стримеров — создание архивов данных, резервное копирование, надежное хранение информации. Многие большие банки, коммерческие фирмы, торговые предприятия в конце плановых периодов переносят важные сведения на магнитные ленты и убирают кассеты в архивы. Кроме того, на кассеты стримеров периодически записывается информация с винчестера, чтобы воспользоваться ею в случае непредвиденного сбоя жесткого диска, когда необходимо срочно восстановить хранившуюся на нем информацию.

►Особенности внешней памяти на оптических носителях

Оптические, или лазерные носители — это диски, на поверхности которых информация записана с помощью лазерного луча. Информация записывается и считывается лазерным лучом. За счет применения точно сфокусированного лазерного луча удается значительно уменьшить площадь, занимаемую на поверхности диска каждым битом информации, по сравнению с размером бита информации записанной магнитным способом. Эти диски изготовлены из органических материалов с напылением на поверхность тонкого алюминиевого слоя. Такие диски часто называют компакт-дисками, или CD (англ. Compact Disk, CD — компакт-диск). Лазерные диски в настоящее время являются наиболее популярным носителями информации. При габаритах (диаметр — 120 мм), сопо ставимых с флоппи-дисками (диаметр — 89 мм), емкость современного компакт-диска примерно в 500 раз больше, чем у дискеты. Емкость лазерного диска составляет примерно 650 Мбайт, что эквивалентно хранению текстовой информации объемом около 450 книг или звукового файла длительностью 74 минуты.

В отличие от магнитных дисков, лазерный диск имеет одну дорожку в виде спирали. Информация на дорожке-спирали записывается мощным лазерным лучом, выжигающим на поверхности диска углубления, и представляет собой чередование впадин и выпуклостей. При считывании информации выступы отражают свет слабого лазерного луча и воспринимаются как единица (1), впадины поглощают луч и, соответственно, воспринимаются как ноль (0).

Бесконтактный способ считывания информации с помощью лазерного луча определяет долговечность и надежность компакт-дисков. Как и магнитные, оптические диски относятся к устройствам с произвольным доступом к информации. Оптическому диску присваивается имя — первая свободная буква латинского алфавита, не использованная для имен жестких дисков.

Различают три типа накопителей (оптических дисководов) для работы с лазерными дисками:

устройство для чтения с компакт-дисков, которое позволяет только читать информацию, ранее записанную на диск. Этим обусловлено название оптического дисковода, CD-ROM (от англ. Compact Disk Read Only Memory — компакт-диск только для чтения). Невозможность записи информации в этом устройстве объясняется тем, что в нем установлен источник слабого лазер ного излучения, мощности которого хватает только для считывания информации; оптический дисковод, который позволяет не только считывать, но и выполнять разовую запись информации на компакт-диск. Он называется CD-R (Recordable). Оптическая система такого дисковода имеет источник мощного лазерного излучения, позволяющий прожигать микроскопические углубления на поверхности диска под защитным слоем, производя тем самым запись непосредственно в дисководе компьютера; дисковод CD-RW (Rewritable), который, в отличие от CD-R, позволяет производить многократную запись на компакт-диск.

В массовом распространении компьютеры снабжаются оптическим дисководом только для чтения (CD-ROM), который устанавливается в соответствующем отсеке системного блока.

►Особенности внешней памяти на магнитооптических носителях

В основе магнитооптических дисков лежит изменение оптических свойств поверхности носителя (направления поляризации отражаемого света) под воздействием магнитного поля при нагреве до высокой температуры мощным лазером. Иными словами, при записи лазер только создает условия для записи, а сама информация формируется изменением магнитного поля. При считывании информации лазерный луч по-разному отражается от участков полученного слоя с разной для нулей и единиц поляризацией, что и позволяет их различить. Несмотря на то что описанные устройства были созданы довольно давно, они не получили массового распространения из-за малой скорости записи и высокой стоимости.

Подведение итогов урока

Для хранения информации в компьютере предусмотрены устройства памяти. Внутренняя память должна быть быстродействующей, однако будет ограничена по объему. Внешняя память предназначена для длительного хранения большого объема информации. Сравнивая способ организации и способ доступа к информации в устройствах внутренней и внешней памяти, можно увидеть, что они различны. Внутренняя память представляет собой совокупность ячеек, обращение к которым осуществляется по адресам. Обращение к накопителям внешней памяти значительно сложнее. Поэтому для того, чтобы эффективно с точки зрения затрат времени использовать программы и данные с внешних накопителей, необходимо предварительно считать их во внутреннюю память.