Запам’ятовуючі пристрої персонального комп’ютера для зберігання інформації.

Запам'ятовуючі пристрої, або пам'ять персонального комп'ютера, поділяються на три групи:

– оперативна пам'ять, або оперативний запам'ятовуючий пристрій (ОПЗ);

– постійна пам'ять, або постійний запам'ятовуючий пристрій (ПЗП);

– зовнішня пам'ять, або зовнішні запам'ятовуючі пристрої (ЗЗП).

Біти і байти. Одиницею інформації в комп'ютері є один біт, тобто двійковий розряд, який може приймати значення 0 або 1. Як правило, команди комп'ютерів працюють не з окремими бітами, а з вісьмома бітами зразу. Вісім послідовних бітів складають байт. В одному байті можна закодувати значення одного символу із 256 можливих (256 = 2⁸). Більш крупними одиницями інформації є: кілобайт (скорочено позначається Кбайт), рівний 1024 байтам (1024 = 2¹⁰), мегабайт (скорочено позначається Мбайт), рівний 1024 Кбайтам, гігабайт (Гбайт) рівний 1024 Мбайт і терабайт (Тбайт) рівний 1024 Гбайт. Для орієнтації скажемо, що якщо на сторінці тексту розміщується в середньому 2500 знаків, то 1 Мбайт – це приблизно 400 сторінок, а 1 Гбайт – 400 тисяч сторінок.

Оперативна пам'ять або RAM (Random Access Memory – пам'ять з довільним доступом) призначена для зберігання інформації, з якою в даний момент працює процесор. Оперативний запам'ятовуючий пристрій – це мікросхеми, встановлені на невеликій платі, яка вставляється в спеціальне гніздо на материнській платі персонального комп'ютера. Дані в ОЗП зберігаються до тих пір, поки до комп'ютера під'єднане живлення, і стираються зразу ж після його вимкнення.

Кеш-пам'ять. Швидкість доступу до оперативної пам'яті поки що поступається швидкості роботи процесора. Тому, для покращення продуктивності персонального комп'ютера було створено кеш-пам'ять (cache memory), яка відіграє роль буфера між процесором і оперативною пам'яттю. Існує два рівні кеша центрального процесора.

Кеш-пам'ять першого рівня (внутрішня) вбудована в процесор, а кеш-пам'ять другого рівня (зовнішня) розміщена на материнській платі і виготовляється у вигляді окремих мікросхем. Процесор спочатку звертається до внутрішнього кеша, а після – до зовнішнього, і тільки після того – до оперативної пам'яті.

Інший підхід до організації дворівневої кеш-пам'яті був застосований в архітектурі Р6 процесорів компанії Intel: Pentium, Celeron, Xeon і Pentium ІІІ; і в архітектурі К7 процесорів AMD; Athlon, Duron. У процесорах цих серій кеш-пам'ять другого рівня вбудована в процесор. За рахунок цього швидкість звернення мікропроцесора до кеш-пам'яті другого рівня значно більша, ніж до оперативної пам'яті. Даний підхід оснований на архітектурі подвійної незалежної шини, яка використовує дві шини: шину кеш другого рівня і системну шину, які зв'язують процесор і оперативну пам'ять. За рахунок такої архітектури можливе одночасне використання обох шин, що дозволяє суттєво збільшити продуктивність цих процесорів. Для порівняння швидкість роботи процесора Pentium її у два рази перевищує процесор Pentium (архітектури Р5) з однаковою тактовою частотою.

Віртуальна пам'ять. Інколи об'єму ОЗП виявляється недостатньо для програми, що запускаються на виконання. В MS DOS такі програми просто не працюють. У деяких операційних системах, зокрема, в Windows 95, цю проблему вдалося вирішити шляхом створення так званої віртуальної пам'яті. Віртуальною пам'яттю, або файлом підкачки, називається область на жорсткому диску, яка використовується як додатковий ОЗП. Час звернення до нього більший, ніж до "справжнього" ОЗП, однак цей спосіб дозволяє запускати великі програми, які не працювали б взагалі.

Постійна пам'ять. Дані, записані в постійний запам'ятовуючий пристрій (ПЗП) або ROM (Read Only Memory – пам'ять тільки для читання), не можна стерти або переписати в звичайних умовах. При вимкненні електроживлення вони зберігаються тривалий час. ПЗП реалізовані у вигляді мікросхем, установлених на материнській платі персонального комп'ютера. Запис інформації в ПЗП здійснюється один раз – на підприємстві-виробнику.

За способом запису даних мікросхеми ПЗП поділяються на дві категорії: масочні ПЗП, які записуються один раз на етапі виробництва мікросхеми; програмовані ПЗП, які, в свою чергу, поділяються на одноразово програмовані (ППЗП – програмовані ПЗП, Programmable ROM) і такі, які можна перепрограмувати (EPROM – Erasable PROM). Окремим випадком EPROM є програмовані ПЗП, які можна електрично стирати (EEPROM – Electrically Erasable PROM). Вміст останніх можна змінювати, подаючи на виводи мікросхеми спеціальний електричний сигнал.

В IBM PC-сумісному комп'ютері в постійній пам'яті зберігаються програми для перевірки обладнання комп'ютера, ініціалізації завантаження операційної системи (ОС) і виконання базових функцій з обслуговування пристроїв комп'ютера. Оскільки більша частина цих програм пов'язана із обслуговуванням вводу-виводу, часто зміст постійної пам'яті називається BIOS (Basic Input-Output System, або базова система вводу-виводу). В BIOS міститься також програма налагодження конфігурації комп'ютера (SETUP). Вона дозволяє встановлювати деякі характеристики пристроїв комп'ютера (тип відеоконтролера, жорстких дисків і дисководів для дискет, режими роботи з оперативною пам'яттю, запит паролю при початковому завантаженні і т.д.).

CMOS (напівпостійна пам'ять). Окрім звичайної оперативної пам'яті і постійної пам'яті, в комп'ютері наявна невеличка ділянка пам'яті для зберігання конфігурації комп'ютера. Її часто називають CMOS-пам'яттю, оскільки ця пам'ять звичайно використовується за технологією CMOS (complementary metal-oxide semiconductor), яка володіє низьким енергоспоживанням. Зміст CMOS-пам'яті не змінюється при відключенні електроживлення ПК, оскільки для її живлення використовується спеціальний акумулятор. Для зміни параметрів конфігурації комп'ютера в BIOS міститься програма налагодження конфігурації комп'ютера SETUP.

Flash-пам'ять. Подальший розвиток EEPROM призвів до появи flash-пам'яті (flash memory), яка об'єднала позитивні якості ПЗП і ОЗП. Так само як і оперативна пам'ять, флеш-пам'ять допускає перезаписування даних, що знаходяться в ній, однак, на відміну від ОЗП, зберігає їх при вимкненні електроживлення. Модулі флеш-пам'яті виготовляються на основі технології EEPROM, час читання і запису відповідає аналогічним параметрам динамічної оперативної пам'яті. Ще однією перевагою флеш-пам'яті є те, що вона споживає електроенергію лише в момент читання/запису.

Відеопам'ять. Ще один вид нам'яті в IBM PC – подібних ПК – це відеопам'ять, тобто пам'ять, яка використовується для зберігання зображень, які виводяться на екран монітора. Ця пам'ять входить до складу відеоконтролера – електронної схеми, яка керує виводом зображення на екран.

До зовнішніх запам'ятовуючих пристроїв (ЗЗП) відносяться жорсткі, гнучкі і компакт-диски, нагромаджувачі на магнітній стрічці, магнітооптичні диски тощо.

Жорсткі диски. Накопичувачі на жорстких дисках (вони ж жорсткі диски, вони ж вінчестери) призначені для постійного зберігання інформації, яка використовується при роботі з ПК: програм операційної системи, пакетів програм, які часто використовуються, редакторів документів, трансляторів з мов програмування і т.д. Із усіх пристроїв зберігання даних (якщо не рахувати оперативну пам'ять) жорсткі диски забезпечують найбільш швидкий доступ до даних (звичайно 7-20 мілісекунд), великі швидкості читання і запису даних (до 5 Мбайт/с).

Жорсткий диск є практично у всіх сучасних комп'ютерах. Можлива установка і декількох жорстких дисків (деколи це збільшує швидкодію комп'ютера або обходиться дешевше). Накопичувач (жорсткий диск) складається з таких елементів: дисків з приводом, що обертається, які змонтовані на спільній вертикальній осі; головки (або головок) запису/відтворення з власним приводом, яку називають рухомою системою.

В накопичувачі може міститися приблизно до десяти дисків. їх поверхні умовно розбиваються на концентричні окружності, які називають доріжками (track). Кожній доріжці присвоюється окремий номер. Доріжки з однаковими номерами розміщуються одна над одною з обох боків дисків і об'єднуються в циліндр. Головки відтворення/запису змонтовані на загальній стійці. Тому вони рухаються одночасно, внаслідок чого операціям читання і запису даних підлягає зразу весь циліндр. Доріжки на диску розбиваються на сегмента, які називаються секторами. Кількість секторів на доріжці стала для конкретного накопичувала, але варіюється для різних моделей. Нумерація секторів на доріжці починається з одиниці (на відміну від головок і циліндрів, відлік яких ведеться з нуля).

Кластери (cluster) – це найменша ділянка диску, яка виділяється для файлу або його частини. Кожний файл займає на диску простір, що дорівнює цілій кількості кластерів. Як правило, кластер складається із кількох секторів. Для жорстких дисків розмір кластера визначається при форматуванні і залежить від версії операційної системи і розміру диску. Для користувача жорсткі диски відрізняються один від одного, насамперед, наступними характеристиками: ємністю, тобто, скільки інформації розміщується на диску; швидкодією, тобто часом доступу до інформації і швидкістю читання і запису інформації; інтерфейсом, тобто типом комп'ютера, до якого повинен поєднуватися жорсткий диск (частіше всього – IDE і різні варіанти SCSI).

Ємність диску. Основна характеристика жорсткого диску – це його ємність, тобто кількість інформації, яка розміщується на диску. Перші жорсткі диски для IBM PC мали ємність 5 Мбайт. Сучасні жорсткі диски можуть зберігати такі обсяги інформації: ЮД; 17,2; 25; 60; 80 Гбайт.

Дисководи для дискет. Гнучкі диски (дискети) дозволяють переносити документи і програми з одного комп'ютера на інший, а також зберігати інформацію, яка не використовується постійно в комп'ютері. Практично всі ПК мають хоча б один дисковод для дискет. Проте, як носій інформації, дискети використовуються все менше, оскільки вони не досить надійні і дозволяють зберігати значно менше даних, ніж інші носії інформації.

Типи дискет. Найбільш поширені дискети розміром 3,5 і 5,25 дюйма (89 і 133 мм). Часто дискети розміром 5,25 дюйма називаються «п'ятидюймовими», а розміром 3,5 дюйма – "тридюймовими". Тридюймові дискети кращі, оскільки вони забезпечують більш надійне зберігання інформації (жорсткий пластмасовий корпус і металева засувка, яка захищає поверхню дискети від пошкоджень).

Ємність дискет. Дискети розрізняють одну від одної за своєю ємністю, тобто кількістю інформації, яку на них можна записати. Тридюймові дискети найчастіше мають ємність 1,44 Мбайта, хоча зустрічаються старі дискети ємністю 720 Кбайт. П'ятидюймові дискети найчастіше мають ємність 360 Кбайт (позначення DS/DD) або 1,2 Мбайта (DS/HD). Ємність тридюймових дискет визначають досить просто: дискети ємністю 1,44 Мбайта мають спеціальний проріз, а на дискетах ємністю 720 Кбайт його немає.

Захист дискет від запису. На дискетах розміром 5,25 дюйма є проріз для захисту від запису. Якщо цей проріз заклеїти, то на дискету не можна буде здійснити запис. А на дискетах розміром 3,5 дюйма є спеціальний перемикач – засувка, яка дозволяє запис на дискету (чорний квадратик в нижньому лівому куту дискети). Запис на дискету дозволено, якщо отвір, який закривається засувкою, закрито, і заборонено, якщо цей отвір відкрито.

Типи дисководів. Дисководи для п'ятидюймових і тридюймових дискет відрізняються один від одного за зовнішнім виглядом. Дисководи для дискет одного розміру відрізняються за максимальною ємністю дискет, яку вони підтримують. Найбільш поширені тридюймові дисководи, які підтримують дискети ємністю 1,44 Мбайта, і п'ятидюймові дисководи, які підтримують дискети ємністю 1,2 Мбайта. На багатьох сучасних комп'ютерах встановлюються тільки тридюймові дисководи, оскільки п'ятидюймові дискети вже вважаються застарілими.

Форматування дискет. Перед першим використанням дискети необхідно спеціальним чином ініціалізувати (звичайно говорять форматувати). Це робиться за допомогою спеціальних програм, наприклад, програми DOS FORMAT. При форматуванні, як правило, здійснюється перевірка поверхні дискети. Ділянки, на яких спостерігаються збої, помічаються як дефектні і в подальшому запис даних на ці ділянки не здійснюється.

Дисководи для компакт-дисків. За допомогою дисководів для компакт-дисків комп'ютери можуть читати спеціальні комп'ютерні компакт-диски, а також (при наявності звукової карти) програвати аудіокомпакт-диски. Компакт-диски (CD-ROM) можна використовувати для читання інформації, яка міститься на них. Запис даних на компакт-диски здійснюється при їх виготовленні. Комп'ютерні компакт-диски дуже дешеві у виробництві і містять до 640 Мбайт інформації, тому зараз більшість програм, особливо великі програмні комплекси, ігри, енциклопедії і т.д. поширюються на компакт-дисках. Дисководи для компакт-дисків дуже подешевшали і стали обов'язковим атрибутом сучасного комп'ютера.

Дисководи для компакт-дисків бувають внутрішні і зовнішні (зовнішні дисководи доцільно використовувати тільки із портативними комп'ютерами). Для позначення швидкості дисководу вказують, у скільки разів дисковод обертає диск швидше, ніж дисководи для аудіокомпакт-дисків. Так, дисководи одинарної швидкості забезпечують швидкість читання 150 Кбайт/с, подвійної – близько 300 Кбайт/с; чотирикратної швидкості – близько 600 Кбайт/с і т.д. Дисководи подвійної, а тим більше одинарної швидкості вважаються застарілими. Час доступу до інформації на компакт-диску складає від 0,6 до ОД с, звичайно 0,2-0,3 с.

Стримери. Для створення резервних копій інформації, яка розміщена на жорстких дисках ПК, широко використовуються стримери – пристрої для запису інформації на касети (картриджі) з магнітною стрічкою. Стримери прості у виконанні і забезпечують найдешевше зберігання даних. Різні стримери відрізняються за ємністю (від 20 Мбайт до 40 Гбайт на одній касеті), типу касет, які використовуються, виконанню (внутрішньому або зовнішньому) інтерфейсу, швидкості читання-запису даних (від 100 Кбайт/с до 5 Мбайт/с і більше), надійності запису на стрічку і т.д.

Магнітооптичні диски застосовуються для резервування даних і для збереження інформації, яка рідко використовується. Вони значно зручніші касет стримера, оскільки ПК може працювати з такими дисками, як зі звичайними жорсткими дисками, тільки з такими, які можна легко знімати і встановлювати, але трохи повільнішими. Дисководи для магнітооптичних дисків випускаються ємністю від 230 Мбайт до 4,6 Гбайт. Найбільш популярні і відносно дешеві моделі для дисків розміром 3,5 дюйма і ємністю диска 230 або 640 Мбайт. А більш дорогі дисководи більшої ємності (2,6 і 4,6 Гбайт) лише ненабагато поступаються у швидкодії жорстким дискам.

USB флеш-накопичувач (UFD, флешка) – носій інформації, що використовує флеш-пам'ять для збереження даних та підключається до комп’ютера чи іншого пристрою через USB-порт. UFD зазвичай є перезаписуваним пристроєм. Розмір – близько 5 см, вага – менше, ніж 60 г. Отримали надзвичайну популярність у 2000 рр. у зв'язку з компактністю, легкістю перезаписування файлів і великого обсягу пам'яті (від 32 Мбайт до 256 Гбайт). Основне призначення – зберігання, перенесення і обмін файлами, резервне копіювання, завантаження операційних систем тощо.

Переваги: мала маса, безшумність роботи, портативність; усі сучасні материнські плати мають USB-гнізда; експлуатація у широкому діапазоні температур; висока щільність запису; відсутність рухливих частин, що знижує енергоспоживання у 3-4 рази; не чутливі до подряпин та пилу, які були проблемою для дискет, CD та DVD.

Недоліки: обмежене число циклів запису-очищення перед виходом з ладу; здатні зберігати дані автономно лише протягом 5 років, найперспективніші зразки – до 10 років; швидкість запису/зчитування залежить від пропускної здатності USB.