Пам’ять ЕОМ

Існує декілька видів пам'яті, кожна з яких відіграє свою роль в обчислювальній системі. Зовнішня (повільна) пам'ять забезпечує збереження інформації на різних носіях, таких, як гнучкий магнітний диск, жорсткий магнітний диск, оптичний лазерний диск, магнітна стрічка. Робота з носіями відбувається в пристроях, які називаються дисководами або накопичувачами. Час запису та відтворення на них порівняно великий. Найголовніша властивість зовнішніх пристроїв пам'яті, − це їх енергонезалежність, тобто здатність зберігати інформацію, не споживаючи електроенергії.

Пам'ять, яка розташована всередині електронної схеми комп'ютера, дістала назву внутрішня або основна. Це пам'ять, що реалізується на електронних мікросхемах, як показано на рис. 2.5, її обсяг невеличкий порівняно з пристроями зовнішньої пам'яті, але швидкість запису та читання інформації надзвичайно велика, тому вона інколи називається швидкою. Серед основної пам'яті розрізняють оперативну та постійну пам'ять.

 

Рис. 2.5. Пам'ять

 

Оперативний запам'ятовуючий пристрій (ОЗП) − це матриця активних елементів, що дозволяє звертатися до будь-якої комірки пам'яті в довільний момент часу, швидко змінювати її вміст, через що вона має назву Random Acces Memory(RАМ). Цю пам'ять ще називають короткочасною, коли комп'ютер ввімкнений, в ній зберігаються частини операційної системи, запущені програми з якими працює користувач. Чим більший розмір ОЗП, тим швидше працює комп'ютер. Усі дані з ОЗП зникають після вимкнення ПК.

Оперативну пам'ять розділяють на динамічну та статичну, в залежності від способу зберігання бітів інформації. В комірках статичної пам'яті зберігання інформації визначається станом особливих напівпровідникових пристроїв − тригерів, в елементах динамічної пам'яті біти інформації зберігаються у вигляді заряду на конденсаторі.

Всередині електронної схеми комп'ютера існує ще один різновид пам'яті − постійний запам'ятовуючий пристрій (ПЗП), в мікросхеми якого інформація "вшивається" на заводі та зберігається протягом всього часу існування комп'ютера. Тут зберігаються різні тестуючі, системні програми та мови програмування.

В останніх моделях комп'ютерів для узгодження роботи дуже швидких процесорів з відносно повільними пристроями динамічної пам'яті застосовується спеціальний пристрій − кеш-пам'ять,яка за принципом зберігання інформації є статичною. В перекладі з англійської „cache” означає „схованка”. Це значення можна тлумачити по-різному: як проміжний запам'ятовуючий пристрій, що зберігає вміст часто використовуваних комірок пам'яті, так і те, що робота кеш-пам'яті непомітна для користувача. Для узгодження швидкої роботи процесора з пам'яттю було б логічним застосувати більш швидку статичну пам'ять, але в такому разі вона виявиться занадто дорогою. Тому оптимальним у плані вартості та швидкодії стало застосування технології кеш-пам'яті. Адже деякі ділянки оперативної пам'яті використовуються процесором неодноразово і, якщо дані з них розмістити в кеш-пам'яті, то швидкість прочитання буде значно підвищена. Лише коли при зверненні процесора до кеш-пам'яті, він не знаходить там потрібні дані, то шукає їх в оперативній пам'яті або ж рядки кеш-пам'яті поновлюються. Відповідний контролер кеш-пам'яті повинен дбати про те, щоб команди та дані, необхідні мікропроцесору в певний момент, з'явилися в кеш-пам'яті саме до цього часу. При цьому в кеш-пам'яті поновлюються ті рядки, які застосовувалися процесором не так часто. Частіше кеш-пам'ять реалізується всередині процесора, але всі системні плати передбачають встановлення зовнішньої по відношенню до процесора кеш-пам'яті.

У персональних комп'ютерах технологія використання кеш-пам'яті знаходить застосування перш за все при обміні даними між мікропроцесором та оперативною пам'яттю, а також між основною пам'яттю та зовнішньою (накопичувачами на магнітних носіях).

Відеокарта (відеоадаптер)

Разом з монітором відеокарта (рис. 2.6) утворює відеопідсистему персонального комп'ютера. Відеокарта не завжди була компонентом ПК. На початку розвитку персональної обчислювальної техніки в загальній області оперативної пам'яті існувала невелика виділена екранна область пам'яті, в яку процесор заносив дані, зображення. Спеціальний контролер екрана зчитував дані про яскравість окремих крапок екрана з комірок пам'яті цієї області і відповідно до них керував розгорненням горизонтального променя електронної гармати монітора.

Рис. 2.6. Відеокарта

З переходом від чорно-білих моніторів до кольорового і зі збільшенням роздільності екрана (кількості крапок по вертикалі і горизонталі) області відеопам'яті стало недостатньо для збереження графічних даних, а процесор перестав справлятися з побудовою і відновленням зображення. Тоді і відбулося виділення всіх операцій, зв'язаних з керуванням екраном, в окремий блок, що одержав назву відеоадаптер. Фізично відеоадаптер виконаний у вигляді окремої дочірньої плати, що вставляється в один зі слотів материнської плати і називається відеокартою. Відеоадаптер узяв на себе функції відеоконтролера, відеопроцесора і відеопам'яті.

 

Звукова карта

 

Звукова карта (рис. 2.7) стала одним з найбільш пізніх удосконалень ПК. Вона підключається до одного зі слотів материн-ської плати у вигляді дочірньої карти і виконує обчислювальні операції, пов'язані з обробкою звуку, мови, музики. Звук відтво-рюється через зовнішні звукові стовпчики, що підключаються до виходу звукової карти. Спеціаль-ний розйом дозволяє відправити звуковий сигнал на зовнішній підсилювач. Існує також розйом для підключення мікрофона, що дозволяє записувати мову або музику і зберігати їх на жорсткому диску для наступної обробки і використання.

 

 

Основним параметром звукової карти є розрядність, що визначає кількість бітів, які використовуються при перетворенні сигналів з аналогової в цифрову форму і навпаки. Чим вище розрядність, тим менше похибка, пов'язана з оцифровкою, тим вище якість звучання. Мінімальною вимогою сьогоднішнього дня є 16 розрядів, а найбільше поширення мають 32-розрядні і 64-розрядні пристрої.

 

2.2. Зовнішні носії даних

 

2.2.1. Накопичувачі на гнучких магнітних дисках

Гнучкі магнітні диски (дискети) використовують для оперативного переносу невеликих обсягів інформації, яка не використовується постійно на комп’ютері, створення архівних копій інформації, що міститься на жорсткому диску.

З фізичної точки зору, інформація записується на концентрично розташовані доріжки (треки), які для зручності та прискорення знаходження поділяються на сектори. Кожен сектор на доріжці та кожна доріжка мають свій номер, доріжки нумеровані від 0 до 79. Нульова доріжка розташована ближче до зовнішнього краю диска. Сектори нумеровані, починаючи від 1. У звичайному стандартному режимі трек може мати 8,9,15 та 18 секторів. Усе це розбиття здійснюється занесенням на диск службової інформації під час його розмітки (форматування), яке робиться перед початком використання кожної дискети. Сектором вважається мінімальна ділянка диска, на яку можна записати інформацію, або зчитати з неї.

Інформацію, що міститься на дискеті, можна захистити від випадкового стирання: для цього необхідно встановити у положення „відкрито” перемикач захисту запису. Основними параметрами гнучких дисків є: технологічний розмір (вимірюється в дюймах), щільність запису (вимірюється в кратних одиницях) і ємність. Дискета 3,5 має ємність 1,44 Мбайт. Для того, щоб розпочати роботу з дискетою, її необхідно вставити у спеціальний пристрій — дисковод. Прийомний отвір дисковода знаходиться на лицьовій панелі системного блоку. Правильний напрямок подачі гнучкого диска відзначено стрілкою на його пластиковому корпусі.

 

2.2.2. Накопичувачі на жорсткому диску

 

Накопичувачі на жорсткому диску призначені для постійного збереження інформації, яка використовується під час роботи з комп’ютером: програми операційної системи, пакети прикладних програм, документи і т.д.

Накопичувач на жорсткому диску має схожі фізичні принципи запису інформації з тими, що використовуються в гнучких дисках. Конструктивно він є захищеним від зовнішніх впливів корпусом, в якому розміщена група співвісних дисків, що мають магнітне покриття й обертаються з високою швидкістю. Зовнішній вигляд жорсткого диску показано на рис. 2.8.

Рис. 2.8. Жорсткий диск

 

Таким чином, цей «диск» має не дві поверхні, як повинно бути у звичайному плоскому диску, а 2*n поверхонь, де n – число окремих дисків. Диски обертаються навколо спільної вісі та обслуговуються власною магнітною голівкою. Магнітна голівка, що ковзає по поверхні диска, зовсім не доторкається до нього, а зчитує інформацію, знаходячись на відстані близько 1 мм. Це значно підвищує термін працездатності та надійність приладу. Керування роботою жорсткого диска виконує спеціальний апаратно-логічний пристрій — контролер жорсткого диска. В минулому він був окремою дочірньою платою, що підключалася до одного з вільних слотів материнської плати. В даний час функції контролерів дисків виконують мікросхеми, що входять у мікропроцесорний комплект (чипсет), хоча деякі види високопродуктивних контролерів жорстких дисків, як і раніше, встановлюються на окремій платі. Сучасні накопичувані на жорстких дисках, які ще називають вінчестерами, мають дуже велику інформаційну ємність. Ємність дисків залежить від технології їхнього виготовлення. В даний час більшість виробників жорстких дисків використовують винайдену компанією, IBМ технологію з використанням гігантського магніторезистивного ефекту (GMR-Giant Magnetic Resistance ). Теоретична межа ємності однієї пластини, виконаної за цією технологією, складає приблизно 80 Гбайт. Зі швидкістю передачі даних прямо пов'язаний параметр середнього часу доступу. Він визначає інтервал часу, необхідний для пошуку потрібних даних, і залежить від швидкості обертання диска.

За допомогою спеціальних програмних засобів диски великої ємності можуть розділятися на логічні диски, тобто ніби-то на декілька дисків. Це дозволяє працювати з даними дисками як з декількома пристроями.

 

2.2.3. Накопичувачі на лазерних дисках

У період 1994-1995 роках у базову конфігурацію персональних комп'ютерів стандартною стала вважатися установка дисководу CD-ROM.(рис. 2.9.)

Абревіатура CD-ROM(Compact Disk Read-Only Memory) переводиться на російську мову як постійний запам'ятовуючий пристрій на основі компакт-диску. Принцип дії цього пристрою полягає в зчитуванні числових даних за допомогою лазерного променя, що відбивається від поверхні диска. Зовнішній вигляд компакт-диску показано на рис. 2.9. Поверхня диска вкрита дзеркальною металевою плівкою (із золота або алюмінію), для захисту якої зверху накладають прозорий пластик. Дані на таких накопичувачах розташовані по спіралі у вигляді маленьких лунок.

Цифровий запис на компакт-диску відрізняється від запису на магнітних дисках дуже високою щільністю, і стандартний компакт-диск може зберігати приблизно 650 − 900 Мбайт інформації.

 

Рис. 2.9. CD-ROM

 

Великі обсяги даних характерні для мультимедійної інформації (графіка, музика, відео), тому дисководи CD-ROM відносять до апаратних засобів мультимедіа. Програмні продукти, що розповсюджені на лазерних дисках, називають мультимедійними виданнями. Сьогодні мультимедійні видання завойовують вагоміше місце серед інших традиційних видів видань. Так, наприклад, існують книги, альбоми, енциклопедії і навіть періодичні видання (електронні журнали), що випускаються на CD-ROM Основним недоліком стандартних дисководів CD-RОМ є неможливість запису даних, але паралельно з ними існують і диски одноразового запису CD-R (Compact Disk Recorder) і диски багаторазового запису CD-RW.

Основним параметром дисководів CD-RОМ є швидкість читання даних. Вона виміряється в кратних частках. За одиницю виміру прийнята швидкість читання в перших серійних зразках, що складав 150 Кбайт/с. Таким чином, дисковод з подвоєною швидкістю читання забезпечує продуктивність 300 Кбайт/с, и т. д. У даний час найбільше поширення мають пристрої читання CD-ROM із продуктивністю 32х-52х. Сучасні зразки пристроїв одноразового запису мають продуктивність 4х-40х, а пристроїв багаторазового запису— до 8х.

DVD − це універсальний носій інформації, як відео і аудіо, так і комп’ютерних даних. Вперше поняття DVD з’явилося в 1995 році, коли світові виробники аудіо-відеоапаратури і носіїв об’єдналися в DVD Consortium, вирішуючи, яким повинен бути DVD, і дійшли висновку, що він повинен містити один шар та одну сторону. За зовнішнім виглядом DVD не дуже відрізняється від CD-RОМ. Відмінність DVD в його великій ємності. Навіть у найпростішому варіанті його ємність складає від 2 до 4,7 Гбайт, що в 8 раз більше ємності CD-RОМ. На одному DVD диску можна записати 140-хвилинний відеофільм з 5 альтернативними звуковими доріжками на різних мовах і 4 каналами субтитрів. Якість, що забезпечує DVD, набагато краща за інші види носіїв, вона вдвічі краща, ніж на Video CD, та в 3 рази краща, ніж на відеокасетах. DVD-дисководи можуть читати як DVD диски, так і звичайні CD-RОМ диски. Коштують DVD-дисководи майже так само, як і CD-RОМ дисководи. Параметрами DVD дисководів є швидкість та кількість стандартів, які він може підтримувати.

 

2.3. Пристрої вводу даних

 

Пристрої вводу даних − це пристрої за допомогою яких інформація потрапляє в комп'ютер. До них відносяться такі пристрої:

· клавіатура;

· миша;

· джойстик;

· сканер;

· графічний планшет;

· цифрові камери;

· та ін.

2.3.1. Клавіатура

Найбільшу кількість інформації користувач вводить з клавіатури. З точки зору електрики сама клавіатура − це набір перемикачів, що зручно розташовані на одній панелі.

У наш час розповсюджені два типи клавіатур: з механічними та з мембранними перемикачами. В першому випадку датчик є традиційним механізмом з контактами, що виготовлені з цінного металу, в другому − тонкі посріблені смужки пластику, між якими з невеличким повітряним проміжком знаходиться, рідина, що проводить електричний струм.

Всередині корпусу клавіатури, крім датчиків клавіш, розташовані електронні схеми дешифрації, що обробляють сигнали натискання клавіш. Клавіатура комп'ютера за кількістю клавіш (101 або 102) може скласти конкуренцію навіть роялю, де їх нараховується, як правило, 88.

Існують спеціальні клавіатури. Вони призначені для підвищення ефективності процесу введення даних. Це досягається шляхом зміни форми клавіатури, розкладки її клавіш або методу підключення до системного блоку.

Клавіатури, які мають спеціальну форму, розраховану з урахуванням вимог ергономіки, називають эргономічними. Їх доцільно застосовувати на робочих місцях, призначених для введення великої кількості знакової інформації. Эргономічні клавіатури не тільки підвищують продуктивність праці користувача і знижують загальну втому протягом робочого дня, але і знижують ймовірність і ступінь розвитку ряду захворювань.

Розкладка клавіш стандартних клавіатур далека від оптимальної. Вона збереглася з часів ранніх зразків механічних пишучих машин. В даний час існує технічна можливість виготовлення клавіатур з оптимізованою розкладкою, існують зразки таких пристроїв (зокрема, до них відноситься клавіатура Дворака). Однак практичне впровадження клавіатур з нестандартною розкладкою перебуває під сумнівом у зв'язку з тим, що роботі з ними треба вчитися спеціально. На практиці подібними клавіатурами обладнують тільки спеціалізовані робочі місця.

За методом підключення до системного блоку розрізняють провідні і безпровідні клавіатури. Передача інформації в безпровідних системах здійснюється інфрачервоним променем. Звичайний радіус дії таких клавіатур складає кілька метрів. Джерелом сигналу є клавіатура.

 

Клавіатура складається з кількох частин:

· символьні клавіші – служать для введення літер, цифр, спеціальних символів;

· функціональні клавіші − розміщені зверху над символьними і позначаються латинською літерою F1…F12. Вони програмуються і для кожного програмного продукту мають своє призначення;

· клавіші керування курсором − знаходяться справа від символьних клавіш. Служать для переміщення курсору по екрану;

· цифрові клавіші − знаходяться у правій частині клавіатури над клавішами керування курсором. Можуть працювати в двох режимах: режимі введення чисел, режимі керування курсором;

· службові клавіші − знаходяться в різних місцях клавіатури і забезпечують виконання різних керуючих дій.