Структурные элементы компьютера

Калининградский Государственный Технический Университет

Контрольная работа

по дисциплине: «Информатика»

тема: «Структурные элементы компьютера»

студента очно-заочного отделения

экономического факультета

по специальности: 060809

«Экономика и управление

на предприятиях АПК»

Выполнил: Кошарный П.М.

Преподаватель: Юринова Г.А.

г.Гусев

2008 г.

1. Память

1.1. Внутренняя память

Внутренняя память компьютера предназначена для оперативной обработки данных. Она является более быстрой, чем внешняя память, что соответствует принципу иерархии памяти, выдвинутому в проекте Принстонской машины. Следуя этому принципу, можно выделить уровни иерархии и во внутренней памяти.

Самой быстрой и меньшей по объему является кэш-память (от англ. cashe – тайник). Она является буфером между основной памятью и процессором и позволяет увеличить скорость выполнения операций. В нее помещаются данные, которые процессор получил и будет использовать в ближайшие такты своей работы.

Вторым элементом внутренней памяти является основная память (она подробно рассмотрена ниже).

Память дискретна. Элементарной (минимальной) единицей хранения информации является бит. Он может содержать 02 или 12. Однако компьютер при работе с памятью для размещения или выборки данных из нее оперирует не битами, а байтами и более крупными единицами.

Для обращения к элементам памяти они снабжаются адресами, начиная с нуля. Максимальный адрес основной памяти определяется функциональными возможностями того или иного компьютера.

Таблица 1.

0                      64К                  640К                 896К                   1024К         1088К

МАХ

Структура основной памяти для компьютеров класса IBC PC с указанием начальных адресов отдельных областей представлена в табл. 1.

В силу особенностей ОС MS DOS непосредственно адресуются только первые 1024 К памяти, доступ к остальным адресам осуществляется средствами специальных программ, которые называются драйверами. Их подключение выполняется в файле конфигурации config.sys в предложении device.

При обращении к элементам памяти ОС использует не абсолютный адрес, например, 2245653, а сегментированный.

В простейшем случае для образования сегментированного адреса все адресное пространство делится на блоки – сегменты – размером 16Б, которые нумеруются четырехзначными шестнадцатеричными числами от 000016 до FFFF16. Тогда внутри сегмента каждый байт как элемент памяти характеризуется смещением – отстоянием в байтах от начала сегмента. В результате каждый абсолютный адрес представляется парой сегмент:смещение. На рис. 9.1 представлена схема формирования сегментированных адресов.

                                  сегменты и их номера

                                          …                            ….

      000016                    000116                 000216              000316           000416

0                        16Б                     32Б             48Б           64Б                   128Б      ….              MAX

                                                        8Б

                                          абсолютный адрес = 40Б

Рис. 1. Схема формирования сегментированных адресов

Зададимся абсолютным адресом, равным 40Б, и представим его в сегментированном виде: 0002:0008. Здесь 0002 – номер сегмента, 0008 – смещение в сегменте.

1.2. Внешняя память

Внешняя память представлена в основном магнитными и оптическими носителями. Магнитные носители делятся на магнитные ленты (стриммеры), которые используются для хранения архивов и нашли неширокое применение, и магнитные диски.

Рассмотрим организацию внешней памяти на примере магнитных дисков.

1.2.1. Физическая и логическая структура магнитных дисков

Магнитные диски являются элементами устройств чтения-записи информации – дисководов. Сам магнитный диск – это пластиковый (для гибких дисков) или алюминиевый либо керамический (для жестких дисков) круг с магниточувствительным покрытием. В случае жесткого диска таких кругов может быть несколько, и все они в центре посажены на один стержень. Для гибкого диска такой круг один, при помещении в дисковод он фиксируется в центре. Во время работы диск раскручивается. Схема дисковода показана на рис. 9.1.

                                                                                                  опоры стержня             

                            стержень

                            диск                                                                                                  головки чтения-записи

Рис. 1. Схема дисковода магнитного диска

Головки чтения-записи могут синхронно перемещаться в горизонтальном и вертикальном направлении (это показано стрелками), что позволяет им приблизиться к любой точке поверхности диска. Каждая точка поверхности рассматривается как отдельный бит внешней памяти.

Так же как и основная память, поверхность диска (или дисков) имеет структуру. Элементы физической структуры следующие:

1)     дорожка – концентрическая окружность, по которой движутся головки чтения-записи при размещении или поиске данных. Дорожки нумеруются, начиная с нуля. Нулевой номер имеет самая внешняя дорожка на диске;

2)     секторы – блоки, в которых размещаются данные на дорожке при записи. Нумеруются, начиная с единицы. Помимо пользовательской информации (самих данных), сектора содержат служебную информацию, например, собственный номер. Сектора являются минимальными адресуемыми элементами данных для диска;

3)     стороны диска. Нумеруются, начиная с нуля. Для винчестера, расположенного вертикально, нулевой номер имеет самая верхняя сторона, для гибкого диска нулевой номер у «лицевой» стороны дискеты;

4)     цилиндр – совокупность дорожек с одинаковыми номерами на разных сторонах диска. Номера цилиндров совпадают с номерами дорожек;

5)     кластер – совокупность секторов, имеющих смежные номера. Может состоять из одного сектора (для дискет) или нескольких (для винчестера). Является минимальным адресуемым элементом данных для операционной системы. Кластеры используются операционной системой для добавления данных к файлу: добавление очередной «порции» данных к файлу выполняется в объеме кластера независимо от того, что реальный объем добавляемых меньше объема кластера. Это приводит к нерациональному расходованию внешней памяти. Поэтому не рекомендуется хранить на диске большое количество маленьких файлов: они имеют много пустых «хвостов».

Разбивка непрерывного пространства поверхности диска на указанные элементы (можно эту процедуру назвать дискретизацией) выполняется при его форматировании. При этом также формируется маркер начала и конца дорожки, места расположения секторов, в сектора записывается служебная информация.

Дискретное пространство диска имеет, в свою очередь, следующую структуру (она описана в порядке возрастания номеров сторон, дорожек и секторов):

1)     таблица разделов PT (Partition Table). Состоит из четырех элементов, описывающих разделы диска, причем операционные системы используют только первые два элемента. Описание раздела диска содержит данные о первых и последних головках чтения-записи, дорожках, секторах раздела, общем количестве секторов в разделе, типе файловой системы и признак того, что раздел является загрузочным;

2)     главная загрузочная запись MBR (Master Boot Record). Содержит код процессора, необходимый для дальнейшей загрузки операционной системы;

3)     загрузочная запись операционной системы BR (Boot Record). Содержит следующую информацию: программу загрузки операционной системы, размер кластера, количество копий FAT, количество файлов в корневом каталоге Root, размер FAT и некоторую другую информацию;

4)     таблица размещения файлов FAT (File Allocation Table) и ее копии. Содержит полную карту принадлежности кластеров файлам и используется операционными системами для хранения сведений о размещении файлов на диске и о «плохих» (bad) кластерах. В силу важности FAT она дублируется несколько раз;

5)     корневой каталог Root. Это таблица, в которой каждая запись соответствует файлу или подкаталогу, подчиненному корневому каталогу диска, и имеет структуру:

      имя файла или подкаталога;

      тип файла,

      атрибуты, в которых определяются следующие параметры файла или подкаталога: предназначенность только для чтения, скрытость, системность, маркер принадлежности данной записи метке тома, признак принадлежности данной записи подкаталогу, а не файлу,  архивность;

      время создания;

      дата создания;

      номер начального кластера файла или подкаталога;

      размер файла.

Следует подчеркнуть, что записи для файлов и подкаталогов идентичны за исключением двух характеристик: в поле атрибутов выставлен признак подкаталога и в поле размеров выставлен ноль.

6)     область размещения файлов FA (File Area). Содержит файлы и подкаталоги, которые описаны в Root.

Взаимосвязь областей Root, FAT, FA при поиске файла или каталога по его имени, указанному, например, в команде MS DOS, показана ниже.

Пусть файл с именем ABC.TXT расположен в области FA в тех кластерах, которые выделены серым цветом (их номера показаны ниже):

                                           10      11     12      13     14      15     16      17

Остальные кластеры свободны. Тогда в FAT в записях с номерами 10 – 17 появятся  данные, показанные в табл. 9.2.

Таблица 9.2