Архитектура компьютеров. Устройства хранения информации

ОЗУ - оперативная память
Это единственное устройство, которое процессор считает не внешним. В оперативной памяти хранятся данные, необходимые при работе той или иной программы.
Самыми важными критериями оценки оперативной памяти являются её объём (исчисляется в битах, байтах, килобайтах (Кб), мегабайтах (Мб), гигабайтах (Гб) и т.д.) и пропускная способность (измеряется в Мб/с), а также время доступа (измеряется в наносекундах).

Типы ОЗУ

Первоначально оперативная память представляла собой большое количество микросхем, покрывавших материнскую плату, и её объём не превышал 1 Мб.
Затем появились специальные модули памяти: SIMM.
Это печатные платы, которые вставляются в специальный разъём на материнской плате. Они бывают двух видов: 32 и 72-контактные. Размер первых не превышает 4 Мб, вторых - 32 Мб.
SIMM модули необходимо устанавливать парами.

DIMM модули памяти. Их объём - до 256 Мб, пропускная способность намного выше, и устанавливать парами их необязательно. Разъёмы для этих модулей памяти разные, и совмещать их нельзя.

оперативная память RIMM. Её пропускная способность 1800 Мб/с. Двухканальная RIMM память имеет пропускную способность до 3600 Мб/с.
Но, самое узкое место этого типа памяти в её цене. Она была ОЧЕНЬ дорогая. Поэтому широкого распространения среди рядовых пользователей она не получила, и использовалась только в серверных системах.

Следующим стандартом стал DDR (double-data-rate five synchronous dynamic random access memory) . Высокое быстродействие, малое время доступа при низкой цене сделали эту память распространённой.
1. DDR: выпущена в 2000 году, не использовалась почти до 2002 года. Она работала при 2,5 В и 2,6 В, максимальная плотность 128 МБ (поэтому не было модулей с объемом более 1 ГБ), 100-200 МГц.
2. DDR2: запущена в 2003 году, работала при напряжении 1,8 В, что на 28% меньше, чем у DDR. Его плотность удвоилась до 256 МБ (2 ГБ на модуль). Частота 533 МГц.
3. DDR3: этот выпуск в 2007 году, и это была революция, потому что здесь были реализованы профили XMP. Модули памяти работали с напряжением 1,5 В и 1,65 В с базовой частотой 1066 МГц, плотность достигла 8 ГБ на модуль.
4. DDR4: напряжение снижается до 1,05 и 1,2 В, хотя многие модули работают при 1,35 В. Скорость была заметно увеличена, и каждый раз они выпускали более быструю заводскую память, но их база начиналась с частоты 2133 МГц. В настоящее время есть модули на 32 ГБ, но это не предел.

DDR5
С внедрением DDR5 можно будет рассчитывать на модули DIMM объемом 256 ГБ. Учитывая наличие в некоторых процессорах восьми каналов, каждый из которых работает с двумя слотами на плате, можно будет получить конфигурацию с 4 ТБ оперативной памяти. Одним из применений таких систем Гринберг назвал быструю работу с большими базами данных.
Память DDR5 DRAM будут поддерживать процессоры AMD EPYC Genoa и Intel Xeon Scalable Sapphire Rapids. Образцы модулей DDR5 на кристаллах плотностью 16 Гбит уже есть у Micron, SK Hynix и Samsung.

При выборе оперативной памяти необходимо обратить внимание на частоту материнской платы, для которой они предназначены. Если частота материнской платы 100 МГц, то и память надо с частотой 100 МГц.
Кроме того, чипсет материнской платы должен поддерживать память с данной пропускной способностью.
На материнскую плату нельзя установить памяти больше определённого предела. Вернее, вся "лишняя" память работать не будет - процессор не будет с ней "общаться".

Жесткие диски
«Master» или «Slave»

УСТРОЙСТВО ЖЕСТКОГО ДИСКА КОМПЬЮТЕРА
Жесткий диск компьютера (HDD или винчестер) нужен для хранения информации после выключения компьютера, в отличие от ОЗУ - которая хранит информацию до момента прекращения подачи питания.
Жесткий диск состоит из пяти основных частей.
И первая из них - интегральная схема, которая синхронизирует работу диска с компьютером и управляет всеми процессами.
Вторая часть - электромотор (шпиндель), заставляет вращаться диск со скоростью примерно 7200 об/мин, а интегральная схема поддерживает скорость вращения постоянной.

Третья часть - коромысло, которое может как записывать, так и считывать информацию. Конец коромысла обычно разделен, для того чтобы можно было работать сразу с несколькими дисками. Однако головка коромысла никогда не соприкасается с дисками. Существует зазор между поверхностью диска и головкой, размер этого зазора примерно в пять тысяч раз меньше толщины человеческого волоса.
Четвертая часть - сам жесткий диск, куда записывается и откуда считывается информация, кстати их может быть несколько.
Пятая часть конструкции - это корпус, в который устанавливаются все остальные компоненты.

FDD (Floppy Disk Drive)
Внутренние флоппи-дисководы: носитель 8, 5,25 и 3,5 дюймов
Приводами для флоппи-дисков часто называют накопители на гибких магнитных дисках (НГМД).
В 1967 году Алан Шугарт (Alan Shugart), работая в IBM, создал накопитель на гибких дисках. Дэвид Нобль (David Noble), работавший под его руководством, предложил гиб­кий диск (прообраз дискеты диаметром 8 дюймов) и защитный кожух с тканевой прокладкой.
В 1969 году Шугарт покинул IBM, и в 1976 году его компания Shugart Associates представила дисковод для миниатюрных (mini-floppy) гибких дисков на 5,25 дюйма, который стал стандартом, используемым в персональных компьюте­рах, быстро вытеснив дисководы для дисков диаметром 8 дюймов. Компания Shugart Associ­ates также представила интерфейс Shugart Associates System Interface (SASI), который после формального одобрения комитетом ANSI в 1986 году был переименован в Small Computer System Interface (SCSI).
В 1983 году компания Sony накопитель и дискету диаметром 3,5 дюйма. В 1984 году Hewlett-Packard впервые использовала в своем компьютере НР-150 этот накопитель. В этом же году компания Apple стала использовать на­копители 3,5 дюйма в компьютерах Macintosh, а в 1986 году этот накопитель появился в ком­пьютерных системах IBM.

Размеры Floppy-дисков удобны, цена невысока и они были долгое время достаточно надежны в эксплуатации.
Флоппи дисковод использовался для четырех функций:
для загрузки ОС с помощью "системной" дискеты (при невозможности загрузки с жесткого диска);
для загрузки и инсталляции на ПК программного обеспечения;
для обмена данными с другими ПК (переноса информации на другой компьютер);
для резервного копирования ценной информации (мало ли что случится с компьютером).
Дискета 8" (Floppy Disc)
Разработчик: IBM
Год выпуска: 1971
Размеры: 200х200х1 мм
Объем: от 80 Кб в начале выпуска до 1,2 Мб
Скорость обмена данными: до 63 Кб/с
Дискета 5,25" (Mini Floppy Disk)
Разработчик: Shugart Associates
Год выпуска: 1976
Размеры: 133х133х1 мм
Объем: от 110 Кб в начале выпуска до 1,2 Мб
Скорость обмена данными: до 63 Кб/с
Дискета 3,5" (Micro Floppy Disk)
Разработчик: Sony
Год выпуска: 1981
Размеры: 93х89х3 мм
Объем: от 720 Кб в начале выпуска до 1,44 Мб (стандарт), до 2,88 Мб (Extended Density)
Скорость обмена данными: до 63 Кб/с

CD, DVD, BLU-RAY

В основе принципа работы любого диска лежит чтение и запись при помощи лазера. Специальный слой, нанесенный на диск, служит местом для хранения информации (за счет разной глубины впадин по дорожкам). Считывающий лазер, отражаясь от поверхности устройства, определяет, есть ли в данном месте «пит» (впадина) и на основе этого читает информацию в двоичном коде.

Форматы компакт дисков
1-е поколение.
1. CD-DA (Audio CD - формат звуковых дисков).
2. CD-Extra (Enhanced CD - Расширенный компакт-диск) - формат для хранения на CD-диске вместе звуковых дорожек и дорожки с данными. CD-EXTRA можно воспроизводить как CD-DA на CD-плеере, а также данные на компьютере.
3. Photo CD - разработана Kodak для хранения фотографий.
4. CD-RW, с возможностью многократного перезаписывания данных. Этот формат был представлен в 1997 году и в процессе разработки назывался CD-Erasable (CD-E, Стираемый Компакт-Диск).
5. Universal Disk Format (UDF, Packet Writing), позволяет «отформатировать» диск и работать с ним как с обычной большой дискетой, позволяющей чтение/запись/удаление/изменение данных.
Объём UDF-дисков равен примерно 530 Мбайт, в отличие от обычных 700 Мбайт при записи одной сессией на весь диск.
2-е поколение.
1. DVD-Audio - DVD для воспроизведения звуковой информации. Диск формата DVD-Audio позволяет записывать фонограммы с различным числом звуковых каналов (от моно до 5.1). Существуют 2 версии: просто DVD-Audio - только для звукового содержания и DVD-AudioV - для звука с дополнительной информацией..
2. DVD-R - разработан в 1997 году японской компанией Pioneer (имели неприятность, связанную с несовместимостью старых приводов с этими новыми дисками). Альтернативный формат DVD+R имел другой материал отражающего слоя и специальную разметку, облегчающую позиционирование головки.
3. DVD-RW и DVD+RW - перезаписываемые DVD, допускают около 1000 перезаписей.
4. DVD-RAM - перезаписываемый DVD диск, предложенный организацией DVD Forum. Для перезаписи используется технология изменения фазы (phase change technology), благодаря которой DVD-RAM могут быть сравнимы со съёмными жёсткими дисками, поскольку данные на DVD-RAM могут быть перезаписаны около 100 000 раз.
Первыми появились DVD-RAM диски ёмкостью 2,6 Гб (односторонние) и 5,6 Гб (двусторонние) . Вслед за ними появились диски второй версии: DVD-RAM диски ёмкостью 4,7 Гб и двусторонние диски ёмкостью 9,4 Гб.
5. Минидиск (MD) - магнито-оптический носитель информации. Разработан компанией Sony. Позиционировался как замена компакт-кассетам и используются в основном для хранения аудио информации.