Файл: Устройство персонального компьютера (ГЛАВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ)).pdf

В памяти типа ROM (Read Only Memory), или ПЗУ (постоянное запоминающее устрой# ство), данные можно только хранить; изменять их нельзя. Именно поэтому данная память ис# пользуется только для чтения данных. ROM также часто называют энергонезависимой памя тью, потому что любые записанные в нее данные сохраняются при выключении питания. По# этому в ROM помещаются команды запуска ПК, т.е. программное обеспечение, которое загружает систему. Заметьте, что ROM и оперативная память — не противоположные понятия, как думают многие. На самом деле ROM представляет собой часть оперативной памяти системы. Други# ми словами, часть адресного пространства оперативной памяти отводится для отображения ROM. Это необходимо для ускорения загрузки системы после включения питания.

4) Память типа DRAM

Динамическая оперативная память (Dynamic RAM — DRAM) используется в большинст# ве систем оперативной памяти современных ПК. Основное преимущество памяти этого типа состоит в том, что ее ячейки очень плотно упакованы, т.е. в небольшую микросхему можно упаковать много битов, а значит, на их основе можно организовать память большой емкости. Ячейки памяти в микросхеме DRAM — это крошечные конденсаторы, которые удержива# ют заряды. Именно так (наличием или отсутствием зарядов) и кодируются биты. Проблемы, связанные с памятью этого типа, вызваны тем, что она динамическая, т.е. должна постоянно регенерироваться, так как в противном случае электрические заряды в конденсаторах памяти будут “стекать” и данные будут потеряны.

5) Кэш память - SRAM

Существует тип памяти, совершенно отличный от других, — статическая оперативная па# мять (Static RAM — SRAM). Она названа так потому, что, в отличие от динамической опера# тивной памяти (DRAM), для сохранения ее содержимого не требуется периодической регене# рации. Но это не единственное ее преимущество. SRAM имеет более высокое быстродействие, чем DRAM, и может работать на той же частоте, что и современные процессоры. Стр. 496 Основные понятия 497 Время доступа в памяти SRAM — не более 2 нс; это означает, что такая память может ра# ботать синхронно с процессорами на частоте 500 МГц и выше. Однако для хранения каждого бита в конструкции SRAM используется кластер из шести транзисторов. Использование транзисторов без каких#либо конденсаторов означает, что нет необходимости в регенерации. (Ведь если нет конденсаторов, то и заряды не теряются.) Пока подается питание, SRAM будет помнить то, что сохранено.

4.3 Производительность запоминающих устройств

В вопросах производительности памяти наблюдается некоторая путаница, поскольку обычно она измеряется в наносекундах, в то время как быстродействие процессоров — в мега# герцах и гигагерцах. В новых быстродействующих модулях памяти быстродействие измеря# ется в мегагерцах, что дополнительно усложняет ситуацию. К счастью, перевести одни еди# ницы измерения в другие не составляет труда. Наносекунда — это одна миллиардная доля секунды, т.е. очень короткий промежуток вре# мени. В частности, скорость света в вакууме равна 299 792 км/с, т.е. за одну миллиардную до# лю секунды световой луч проходит расстояние, равное всего 29,98 см, т.е. меньше длины обычной линейки. Быстродействие микросхем памяти и систем в целом выражается в мегагерцах (МГц), т.е. в миллионах тактов в секунду, или же в гигагерцах (ГГц), т.е. в миллиардах тактов в секунду. Современные процессоры имеют тактовую частоту от 2 до 4 ГГц, хотя гораздо большее влия# ние на их производительность оказывает их внутренняя архитектура (например, многоядер# ность).

V ПРОЧИЕ УСТРОЙСТВА

5.1 Устройства магнитного хранения данных

Практически во всех персональных компьютерах информация хранится на носителях, использующих принципы магнетизма или оптики. При использовании магнитных устройств хранения поток двоичных данных (нули и единицы) превращается в небольшие металлические намагниченные частички, расположенные на плоском диске или на ленте в виде узора. Этот магнитный “узор” впоследствии может быть восстановлен в изначальный поток двоичных данных. Понять принцип действия магнитных запоминающих устройств довольно сложно, так как магнитные поля не видимы для человеческого глаза. В этой главе рассматриваются принципы, концепции и технологии, используемые в современных компьютерных запоминающих устройствах на магнитных носителях, что поможет понять события, происходящие “за кадром”. Этот материал предназначен для любознательных читателей, которые интересуются теоретическими аспектами работы магнитных устройств; тем не менее для работы с компьютерами, их ремонта, поддержки и модернизации знать все это совершенно необязательно. Данные, которые хранятся на жестких дисках, дискетах, накопителях на магнитной ленте или других запоминающих устройствах на магнитных носителях, имеют большую ценность, чем сами устройства, поэтому понимание принципов обработки данных дает определенные преимущества. Ясное представление об используемых технологиях позволит справиться с любыми возникающими проблемами

5.2 Накопители на жестких дисках

Накопитель на жестком диске многим кажется самым необходимым и в то же время загадочным компонентом компьютерной системы. Как известно, он предназначен для долгосрочного хранения данных, и последствия его выхода из строя зачастую оказываются катастрофическими.

Предполагается, что данные на жестком диске будут храниться до тех пор, пока сам пользователь их не сотрет или не перепишет. Для правильной эксплуатации или модернизации компьютера необходимо хорошо себе представлять, что же это такое — накопитель на жестком диске. Основными элементами накопителя являются несколько круглых алюминиевых или некристаллических стекловидных пластин. В отличие от гибких дисков (дискет) их нельзя согнуть; отсюда и появилось название жесткий диск (рис. 9.1). В большинстве устройств они несъемные, поэтому иногда такие накопители называются фиксированными (fixed disk). Существуют также накопители со сменными дисками.

5.3.1 Принципы работы накопителей

В накопителях на жестких дисках данные записываются и считываются универсальными головками чтения/записи с концентрических окружностей вращающихся магнитных дисков (дорожек), разбитых на секторы емкостью 512 байт (рис. 9.2).

В накопителях обычно устанавливается несколько дисковых пластин и данные записываются на обеих сторонах каждой из них. В большинстве накопителей есть по меньшей мере два или три диска (что позволяет выполнять запись на четырех или шести сторонах), но существуют также устройства, содержащие до 11 и более дисков.

5.3.2 Форматирование жестких дисков

Различают два вида форматирования диска: физическое, или форматирование низкого уровня; логическое, или форматирование высокого уровня. При форматировании новых гибких дисков с помощью программы Проводник Windows или команды DOS FORMAT выполняются обе операции; если на диске уже выполнялось форматирование, по умолчанию предлагается только высокоуровневое форматирование. Для жесткого диска существует и третий этап, выполняемый между двумя указанными операциями форматирования, — организация разделов. Создавать разделы абсолютно необходимо в том случае, если на одном компьютере предполагается использовать несколько операционных или файловых систем. При этом на диске создается несколько томов, или логических устройств, причем каждому из них операционная система присваивает отдельную букву или имя.

Таким образом, форматирование жесткого диска выполняется в три этапа.

1. Форматирование низкого уровня.

2. Организация разделов на диске.

3. Форматирование высокого уровня.

5.4 Устройства оптического хранения данных

В настоящее время существует два основных типа устройств хранения данных в компьютере: магнитные и оптические. Устройства магнитного хранения в современном компьютере представлены жестким диском и дисководом. В них информация записывается на вращающийся магнитный диск. В устройствах оптического хранения запись и считывание осуществляются на вращающийся диск с помощью лазерного луча, а не магнитного поля. Следует отметить, что большинство оптических устройств могут лишь считывать информацию с носителя. Для удобства изложения магнитные и оптические носители данных будут в дальнейшем называться просто дисками. В некоторых устройствах применяются комбинированный, магнитный и оптический способы записи и считывания информации. Такие устройства называются магнитооптическими. Эти технологии подробно описываются в главе 10. Когда-то казалось, что в недалеком будущем оптические диски полностью заменят собой магнитные носители в сфере хранения информации. Однако выяснилось, что быстродействие и плотность записи оптических дисков намного отстают от аналогичных показателей магнитных собратьев, так что они попрежнему являются только средством архивирования и распространения данных. Магнитные жесткие диски так и остались основным операционным средством долгосрочного хранения информации и, вероятнее всего, не уступят свои позиции оптическим дискам.

5.5.1 Технологии отображения информации

Монитор является жизненно важным посредником в обмене информацией между человеком и компьютером, таким же, как клавиатура и мышь. Однако на свет он появился позже других устройств.

До появления первых мониторов с электроннолучевыми трубками стандартным интерфейсом служил телетайп — громоздкая и очень шумная машина, печатающая на рулоне бумаги вводимую и выводимую информацию. В первых персональных компьютерах для отображения выводимой информации часто использовались светодиодные экраны.

По сравнению с современными стандартами первые компьютерные мониторы были крайне примитивны; текст отображался только в одном цвете (как правило, в зеленом), однако в те годы это было важнейшим технологическим прорывом, поскольку пользователи получили возможность вводить и выводить данные в режиме реального времени. Затем появились цветные мониторы, увеличился размер экрана и жидкокристаллические панели перекочевали из портативных компьютеров на рабочие столы пользователей.

Последние тенденции — крупноформатные плазменные дисплеи и LCD/DLP проекторы — полностью отражают все возрастающую конвергенцию компьютерных технологий и сферы развлечения. В наши дни компьютерные мониторы достигли высшей ступени развития, что не избавляет пользователя от необходимости разбираться в аппаратном обеспечении. Медленный видеоадаптер может затормозить работу даже самого быстрого компьютера. А неправильное сочетание монитора и видеоадаптера не только не позволит полноценно выполнять поставленные задачи, но и может привести к ухудшению зрения.

5.5.2 Жидкокристаллические мониторы

Жидкокристаллические (ЖК, LCD) мониторы благодаря своему малому весу, размерам и цветопередаче в настоящее время практически вытеснили с рынка мониторы на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ, CRT).

Настольные LCD мониторы во многом похожи на экраны ноутбуков. По сравнению с классическими ЭЛТ мониторами у них есть целый ряд преимуществ: плоский экран без бликов и очень низкий уровень энергопотребления (5 Вт по сравнению со Стр. Технологии отображения информации 865 100 Вт, характерными для обычного ЭЛТ монитора).

По цветопередаче жидкокристаллические мониторы уже приблизились (если не превзошли) к ЭЛТмониторам (правда, при этом нельзя забывать об ограничениях, связанных с углом обзора). Как работает жидкокристаллический монитор В жидкокристаллическом экране поляризационный светофильтр создает две раздельные световые волны и пропускает только ту, плоскость поляризации которой параллельна его оси. Располагая в жидкокристаллическом мониторе второй светофильтр так, чтобы его ось была перпендикулярна оси первого, можно полностью предотвратить прохождение света (экран будет темным).

Вращая ось поляризации второго фильтра, т.е. изменяя угол между осями светофильтров, можно изменить количество пропускаемой световой энергии, а значит, и яркость экрана. В цветном жидкокристаллическом экране есть еще один дополнительный светофильтр, который имеет три ячейки на каждый пиксель изображения — по одной для отображения красной, зеленой и синей точек. Красная, зеленая и синяя ячейки, формирующие пиксель, иногда называются субпикселями.

5.5.3 Плазменные дисплеи

Плазменные технологии, используемые при производстве широкоэкранных дисплеев, имеют довольно долгую историю. В конце 1980х годов IBM разработала монохромный плазменный экран, способный отображать оранжевый текст или графику на черном фоне. Компания Toshiba использовала данный экран в портативных компьютерах моделей T3100 и T3200, оснащенных 6300совместимым адаптером CGA/AT&T с двойным сканированием, поддер живающим разрешение 640×400 пикселей. В отличие от первых разработок IBM современные плазменные дисплеи — это устройства RGB, поддерживающие глубину цвета 24 или 32 бит, а также телевизионные сигналы TV или DVD. При формировании изображения на экране плазменных дисплеев используется электрически заряженный газ (плазма) для освещения триад, состоящих из красных, зеленых и синих частиц люминофора (рис. 13.8).