Практична робота №4 Робота з пристроями зовнішньої пам’яті

Мета:

1) Вивчити,  з яких частин складаються  пристрої зовнішньої пам’яті;

2) Ознайомитися з принципом дії;

3) Закріпити практичні навічки роботи з усіма типами накопичувачів.

 

Хід роботи:

  1. Вивчити теоретичний матеріал, користуючись методичними вказівками, конспектом лекцій та рекомендованою літературою.
  2. Відповісти на контрольні питання.
  3. Підготуватися до захисту практичної роботи.

 

Теоретичні основи:

Зовнішня пам’ять (ЗП) призначена для тривалого зберігання програм і даних. Інформація на пристроях зовнішньої пам’яті зберігається при виключенні комп’ютера . Обсяг ЗП значно більше обсягу внутрішньої пам’яті. Однак вона істотно поступається внутрішній пам’яті по швидкості запису та зчитування інформації.

Для роботи із зовнішньою пам’яттю необхідна наявність накопичувача (пристою, що забезпечує запис і (або) читання інформації) та пристроїв зберігання – носія.

Інформація на дискових накопичувачах, як і в пам’яті ПК , представляється в двійковому вигляді і вимірюється в байтах. Спосіб розташування інформації на жорстких і гнучких дисках однаковий. На поверхні диска нанесений шар матеріалу, що намагнічується. Запис інформації в цьому шарі проводиться  на області, розташовані у вигляді концентричних кіл — доріжки. Радіуси, проведені з центру диска, ділять кожну доріжку на сектори. Максимальна кількість інформації , яке може бути записана на кожен сектор , — розмір сектора — одне і те ж — 512 байт. Кожна доріжка має свій номер. Всі сектори, розташовані на різних доріжках між двома сусідніми радіусами, мають однаковий номер. При запису і зчитуванні інформація передається посекторно .

Дискові дані зберігаються в дисковому адресному просторі. Обсяг дискового простору становлять ємності дискових пластин. Система звертається до них, а отже, і до дискового простору за допомогою команд, в яких вказуються номери циліндрів , головок і секторів .

 Накопичувач на жорстких магнітних дисках (вінчестер)

Назва «Вінчестер» має відношення до накопичувача ємністю 30 доріжок на 30 секторів. Ця назва напівавтоматичної гвинтівки калібру 30/30.

 

Фізичний пристрій НЖМД

Вінчестери характеризуються такими форм-факторами: горизонтальними — понад 1,8; 2,5; 3,5; 5,25 дюйма і вертикальними: Full Height 3,25; Half Height 1,63; Low Profile 1 дюйм.

Крім механіки накопичувач містить корпус, роз’єми і плату електроніки.

 

Основним компонентом жорсткого диска є одна чи декілька пластин (платерів) , виконаних з алюмінію або скла, покриті магнітним шаром. Саме на цих пластинах і зберігається вся інформація, розташована на жорсткому диску. Диски закріплені на загальній осі і обертаються з досить великою швидкістю. Крім того, в корпусі жорсткого диска є блок магнітних головок, які здійснюють читання і запис з поверхонь дисків. Всі головки з’єднані разом і не можуть рухатися роздільно, тому запис і читання виробляються відразу з усіх поверхонь всіх дисків одночасно .

Диски і головки знаходяться на металевому шасі, що забезпечує жорсткість всі конструкції , і закриті кришкою, що оберігає поверхні дисків і головки від попадання пилу.

При роботі диска, при обертанні пластин, створюється потужний потік повітря і магнітні головки при читанні-запису «парять» над поверхнями дисків не торкаючись їх, а зазор між дисками і головками становить кілька мікрометрів.

Блок головок-дисків ретельно закривається при виготовленні і не підлягає розтину користувачем. Він не містить ніякої електроніки, вона підключається до спеціальної платі, на якій знаходиться необхідна диску керуюча електроніка. Така сукупність блоку дисків-головок і називається «жорсткий диск» .

Роз’єми:

У НЖМД вмонтовані наступні роз’єми:

— інтерфейсний роз’єм;

— роз’єм живлення;

— роз’єм заземлення (необов’язково);

— поле перемичок (необов’язково).

Для підключення жорсткого диска до комп’ютера сьогодні може використовуватися один з трьох інтерфейсів:

— IDE (Integrated Device Electronics) — розроблений в 1986 році і зараз застарів;

— SCSI (Small Computer Systems Interface) — теж розроблений в 1986 році і використовується до цих пір;

— Serial ATA (Advanced Technology Attachment) — розроблений в 2003 році, і використовується зараз.

Параметри продуктивності жорсткого диска:

1 Час, протягом якого можна отримати доступ до необхідної ділянки диска. Це час включає в себе час, необхідний на поворот дисків таким чином, щоб потрібна ділянка диска опинилася під магнітними головками, і час, необхідний на підведення головок. Зрозуміло, чим менше час доступу, тим продуктивніше жорсткий диск .

2 Швидкість послідовного читання-запису. Після того, як доступ отримано, продуктивність визначається тим, як швидко можна робити читання або запис інформації на диск.

Вінчестери в більшості випадків незнімні. Фізичного доступу немає. Швидкість запису та зчитування інформації з вінчестерів на порядок більше, ніж у накопичувачів на змінних дисках.

 

Твердотільні накопичувачі (SSD – solid-state drive)

SSD-диск — це запам’ятовуючий комп’ютерний пристрій, в якому немає механічних елементів. Для зберігання інформації в ньому використовуються мікросхеми пам’яті.

Існують два види SSD накопичувачів — це SSD накопичувачі, які використовують флеш пам’ять і RAM пам’ять. Якщо коротко, то SSD накопичувачі на базі RAM пам’яті найшвидші і звичайно ж самі дорогі, крім того їм необхідна постійна подача напруги живлення. У відносно недорогих комп’ютерних системах використовуються SSD накопичувачі на основі флеш пам’яті, вони дешевші, трішки повільніші і є незалежними.

ПЛЮСИ ДАНОГО ПРИСТРОЮ ОЧЕВИДНІ:

  • велика швидкість читання і запису інформації, (У деяких тестах SSD при читанні інформації перевершують HDD в 80-100 разів по швидкості. )
  • безшумність, а також низьке електроспоживання.

Цей твердотільний накопичувач функціонально схожий на HDD, однак замість магнітних пластинок, двигуна і каретки використовується flash-мікросхеми пам’яті.

      

 

НЕДОЛІКИ SSD-НАКОПИЧУВАЧІВ:

  • Ціноутворення. Так уже склалося, що SSD диски дорожче HDD того ж обсягу пам’яті в 4-6 разів, а то й більше.
  • Обмежена кількість циклів перезапису — це найбільший недолік SSD, звичайну кількість циклів перезапису для SSD дисків становить не більше 10000 тисяч разів. Це означає, що при активному використанні такого накопичувача він може вийти з ладу вже через рік-півтора.Правда цей недолік можна нівелювати тим, що варто використовувати зв’язку SSD + HDD накопичувач. В цьому випадку для часто перезаписуваних даних (своп-файл, різні тимчасові файли і журнали операційної системи) і зберігання важливої інформації перезапису використовується HDD, а SSD диск використовується для прискорення завантаження і роботи операційної системи Windows і всіх встановлених на накопичувачі програм.
  • Погана сумісність з ОС. Якщо використовувати Windows 7, 8 або 10, то можна сильно не переживати за ССД, так як в системі передбачено відключення небезпечних для таких накопичувачів служб (наприклад, індексації). Якщо ж використовувати більш старі версії Windows, то SSD-диск буде працювати на знос, що в свою чергу значно зменшить час роботи даного пристрою.

 

 

Змінні носії інформації

Знімні носії даних можуть застосовуватися в самих різних цілях:

-для поширення комерційного програмного забезпечення;

-для резервного копіювання важливих даних;

-для перенесення даних з одного комп’ютера на інший;

-для зберігання програм і даних, які потрібні не постійно;

-для копіювання даних іншим користувачам;

-для безпечного зберігання даних, які необхідно захистити від сторонніх очей.

 

Флеш-карти

 

Флеш пам’ять — це один з типів пам’яті, яка може на довготривалий час зберігати певну інформацію, зовсім не використовуючи живлення. Крім цього, флеш-пам’ять має високу швидкість доступу до даних (хоча вона не настільки висока як у DRAM), кращий опір до зовнішніх впливів (кінетичний шок, вібрація, температура) та менше енергоспоживання, ніж у жорстких дисків. Ці характеристики пояснюють популярність флеш пам’яті для приладів, що залежать від батарейного живлення. Носії пам’яті, виконані з використанням флеш пам’яті (наприклад, карти пам’яті), набагато краще переносять зовнішні впливи та мають менший фізичний розмір, ніж інші носії даних (жорсткі диски, CD-ROM, DVD-ROM, магнітні стрічки).

     

Принцип дії

Флеш пам’ять зберігає інформацію в масиві «комірок», кожна з яких традиційно зберігає по одному біту інформації. Кожна комірка — це транзистор із плавним затвором. Новіші пристрої (інколи їх ще називають багатозарядними пристроями) можуть містити більше, ніж 1 біт в комірці, використовуючи два чи більше рівні електричних зарядів, розташованих при плаваючому затворі комірки.

Обмеження.

 Одним обмеженням флеш-пам’яті є те, що хоча вона і може читати чи запрограмувати одиницю інформації типу байт чи word за один відрізок часу у вибірковому методі доступу, вона також повинна очистити «блок» за той самий час. Стандартно всі біти при такій операції в блоці замінюються на 1. Діючи вже із чистим блоком будь-яке місце в межах блоку може бути запрограмоване. Проте як тільки біт стане рівним 0, лише видалення всього блоку змусить його повернутись назад в положення 1. Іншими словами, флеш-пам’ять (особливо флеш NOR) пропонує вибірковий метод читання і програмування операцій, Але не може дозволити вибірковий метод перезапису чи видалення. Хоча місце в пам’яті може бути переписаним до того часу, поки нові значення нульових бітів є надмножиною перезаписаних значень. Наприклад, число, яке складається з чотирьох бітів може бути очищене до 1111 , тоді записане як 1110. Успішний запис до цього числа може змінити його на 1010, тоді на 0010, і нарешті на 0000. Хоча структура інформації у флеш-пам’яті не може бути оновлена в кардинально простими шляхами, вона дозволяє «видаляти» її члени, позначаючи їх невірними. Ця техніка повинна бути дещо вдосконалена для багаторівневих приладів, де одна комірка пам’яті тримає більш, ніж 1 біт.

Якщо порівнювати з вінчестером, іншим обмеженням є той факт, що флеш-пам’ять має скінченну кількість циклів запису-видалення (більшість комерційно доступних флеш продуктів гарантують витримати 1 мільйон програмних циклів), тому це потрібно мати на увазі при переміщенні програм, розрахованих для вінчестера (наприклад операційні системи) на такі носії флеш-пам’яті, як CompactFlash. Цей ефект — часткове зміщення деякими драйверами до файлової системи, які обраховують записи і динамічні переміщення блоків, щоб розтягнути операції запису між секторами, або які обраховують підтвердження запису і переміщення, щоб розтягнути сектори у випадку невдалого запису.


Контрольні питання:

  1. Яке призначення ЗЗП ?
  2. Які переваги і недоліки має зовнішня пам’ять порівняно із внутрішньою ?
  3. Які пристрої використовуються в якості зовнішньої пам’яті ?
  4. Що собою являє накопичувач ?
  5. Що собою являє логічна структура диска?
  6. Розкажіть про принцип роботи НЖМД.
  7. Що собою представляє SSD-диск ?
  8. Які переваги має  SSD-диск у порівнянні з HDD ?
  9. Які недоліки має SSD-диск ?
  10. Назвіть області застосування змінних носіїв інформації.
  11. Що собою представляє flash-пам’ять ?
  12. Які переваги та недоліки має flash-пам’ять у порівнянні з вінчестером ?
  13. Які накопичувачі на змінних носіях ви знаєте? Який з них найпоширеніший ?

 



Рекомендована література:

  1. Мельник А.О. Архітектура комп’ютера. Наукове видання. – Луцьк: Волинська обласна друкарня, 2008. – 470 с.
  2.  Мюллер Скотт. Модернизация и ремонт ПК, 19-е изд.: Пер. с англ. – М. : ООО «И.Д. Вильямс», 2011. – 1072 с.