Владимир Челухин - Основы современных информационных технологий. Для студентов высших учебных заведений

Главные характеристики процессора

Тактовая частота или быстродействие – количество информации, обрабатываемой за секунду, которая указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет за одну секунду.

Такт – это промежуток времени между началом подачи текущего импульса и началом подачи следующего. На выполнение процессором каждой операции отводится определенное количество тактов. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц). Герц – единица измерения частоты колебаний, равняется одному колебанию в секунду. МГц – это миллионы герц, миллион колебаний в секунду, миллион операций в секунду.

Разрядность – максимальное количество информации, которое может обрабатываться или передаваться процессором одновременно – количество обрабатываемых бит информации как единое целое (4, 8, 16, 32, 64). Бывают процессоры, имеющие 8 разрядов, 16, 32 и даже более (исходя из целей, которые преследуются при работе на данных ЭВМ).

Память

Информация, обрабатываемая в ЭВМ, сохраняется в памяти. Различают оперативную память и долговременную память. Оперативная память – это рабочая область процессора, которая создаётся и используется при работе ПК и освобождается при его выключении. Долговременная память не стирается при работе и хранится на специальных внутренних или внешних накопителях – жёстких и гибких дисках (дискетах).

Оперативная память

Оперативную память можно подразделить на непосредственно оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), и кэш-память (Cache memory) – сверхоперативную память, которая устанавливается между процессором и ОЗУ. Предназначена для хранения наиболее часто используемых участков ОЗУ, т.е. это часть оперативной памяти. Так как время доступа к кэш-памяти в несколько раз меньше, чем к обычной, то вначале процессор ищет необходимые данные в кэш-памяти, а потом уже в остальной.

Физически оперативная память выполняется в виде специальных микросхем, которые вставляются в гнёзда расположенные на плате материнской платы.

Долговременная память

К устройствам долговременной памяти относятся жёсткий диск (винчестер), гибкие диски, компакт-диски, флэшь и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).

Чаще всего в качестве долговременных накопителей информации используют твёрдые диски HDD (Hard Disk) или гибкие FFD (Floppy). При чтении и записи диск вращается в дисководе относительно своей оси, для чего имеется электродвигатель. Гибкие диски вращаются только при чтении – записи и по завершении этих процессов двигатель отключается. Скорость вращения – 6 об/с. Жесткие диски вращаются постоянно, со скоростью от 60 до 120 об/с. Чем больше обороты диска, тем быстрее считывается информация. В целом скорость работы диска зависит от его контроллера, типа шины, быстродействия процессора.

У гибких дисков магнитный слой нанесен на лавсановую основу. Применяются для перенесения информации с одного ПК на другой. Для хранения информации применяются все реже – мала ёмкость. 3,5 дюймовые дискеты различаются по ёмкости информации, чаще всего сейчас используется 1,44 Мбайта. Каждая дискета имеет защиту от записи – небольшую прорезь в виде квадратика в углу с защёлкой. Если отверстие закрыто, то запись разрешена, открыто – запрещена.

Накопители на жестком диске (винчестеры) – предназначены для хранения большого объема информации длительное время, в том числе и программ операционной системы.

Выполняются из алюминиевого диска или нескольких дисков, покрытых ферромагнитным материалом. Диски приводятся во вращение электродвигателями с большой скоростью.

Основные характеристики жесткого диска – ёмкость в Гбайтах и скорость работы диска. Ёмкость современных HDD – до 100 и выше Гигабайт. Скорость работы диска – это скорость доступа к информации.

Принцип действия этих дисков следующий. На гибкую или жесткую основу наносится ферромагнитный слой – ферромагнетик, материал, имеющий доменную структуру. Магнитная ориентация доменных областей хаотична. При специальном намагничивании эти домены (области однонаправленной магнитной ориентации) приобретают одно направление, и это направление остается очень долго, до тех пор, пока их не перемагнитят. Поэтому эти носители информации боятся воздействия магнитных полей.

Намагничивание части носителя производится с помощью специальных головок чтения-записи.

Рисунок 4 – Намагничивание информационного носителя

В магнитооптических устройствах запись и намагничивание намагничивающей зоны выполняется с помощью лазерного луча, который позволяет намного уменьшить размер перемагничивающей зоны и тем самым увеличить ёмкость хранения информации. Эти магнитооптические устройства устойчивы к сильным внешним магнитным полям.

В последнее время всё больше для хранения и переноса информации используют оптические диски (CD-ROM), так как их ёмкость значительно больше, чем у стандартных дискет. Кроме того, они не боятся магнитных полей, так как выполнены полностью из не магнитных материалов.

Принцип работы дисковода CD-ROM

Поверхность оптического диска (CD-ROM) перемещается относительно лазерной головки с постоянной линейной скоростью, а угловая скорость меняется в зависимости от радиального положения головки. Луч лазера направляется на дорожку, фокусируясь при этом с помощью катушки. Луч проникает сквозь защитный слой пластика и попадает на отражающий слой алюминия на поверхности диска. При попадании его на выступ, он отражается на детектор и проходит через призму, отклоняющую его на светочувствительный диод. Если луч попадает в ямку, то он рассеивается и лишь малая часть излучения отражается обратно и доходит до светочувствительного диода. На диоде световые импульсы преобразуются в электрические, яркое излучение преобразуется в нули, слабое – в единицы. Таким образом, ямки воспринимаются дисководом как логические нули, а гладкая поверхность как логические единицы.

Производительность CD-ROM обычно определяется его скоростными характеристиками при непрерывной передаче данных в течение некоторого промежутка времени и средним временем доступа к данным. Существуют одно-, двух-, трех-, четырех-, пяти, шести и восьмискоростные дисководы, обеспечивающие считывание данных со скоростью 150, 300, 450, 600, 750, 900, 1200 Кбайт/с соответственно. Для повышения производительности дисководов их снабжают буферной памятью (стандартные объемы КЭШа: 64, 128, 256, 512, 1024 Кбайт). Буфер дисковода представляет собой память для кратковременного хранения данных, после считывания их с CD-ROM, но до пересылки в плату контролера, а затем в ЦП. Такая буферизация дает возможность дисковому устройству передавать данные в процессор небольшими порциями, а не занимать его время медленной пересылкой постоянного потока данных.