Архитектура компьютера

    Для ориентации диска на лицевой поверхности  чехла, на стороне противоположной срезу, имеется стрелка, направленная к верхнему торцу (см. рис. 2.3). Диск должен располагаться верхним торцом к щели дисковода, при этом срез чехла должен находиться справа. Для того чтобы вставить дискету в дисковод, надо аккуратно продвинуть ее в щель дисковода до упора (защелкивания). Чтобы вынуть ее из дисковода, следует нажать кнопку, расположенную ниже щели дисковода.

    Рассмотрим немного более подробно хранение информации на дисках. На рабочие поверхности дисков наносятся концентрические дорожки. Количество дорожек на рабочей поверхности диска зависит от разных факторов: от диаметра, материала, из которого изготовлен магнитный слой, и т.д. Все дорожки каждой из поверхностей пронумерованы. Каждая дорожка диска разбивается на участки, которые принято называть секторами. Сектор на диске в процессе чтения/записи информации играет примерно такую же роль, как и байт в оперативной памяти.

    Чтение и запись информации на диски осуществляются не отдельными байтами, как в оперативной памяти, а сразу целым сектором или группой секторов.

    В стандартном случае сектор имеет  объем 512 байт. Фактически, в настоящее  время принят только один стандарт для гибких дисков, в котором предусмотрено использование двух рабочих поверхностей на пластине: на каждой пластине 80 дорожек и на каждой дорожке 18 секторов. Объём диска в этом случае равен 512 • 2 • 80 • 18 байт, что составляет 1 474 560 байт или 1 440 Кбайт, что немного больше, чем 1,4 Мбайт. На практике не совсем точно указывают, что объем трехдюймовой дискеты равен 1,44 Мбайт (неявно подразумевая, что 1 Мбайт равен в точности 1000 Кбайт).

    На  самом деле дорожки на диске – это не углубления в его поверхности, а круговые полосы особым образом намагниченного вещества рабочего слоя, которые отделяются друг от друга областями с другими свойствами намагниченности.

    В конце 2000 г. фирма Panasonic разработала дисководы стандарта FD32MB, которые позволяют записывать на стандартную трехдюймовую дискету 32 Мбайт данных или программ.

    Секторы на дорожке, так же как и дорожки, нумеруются. Таким образом, чтобы  однозначно указать какой-либо сектор на диске, нужно задать три числа: номер рабочей поверхности, номер дорожки на ней и номер сектора на дорожке. Этот набор из трех номеров называется физическим адресом сектора.

    Первый  сектор, расположенный на нулевой  дорожке нулевой поверхности  диска, принято называть начальным, стартовым, загрузочным или boot-сектором.

    Он  играет особую роль в работе персональных компьютеров. В частности, он содержит исчерпывающую характеристику самого диска: количество рабочих поверхностей на диске, количество дорожек на одной поверхности и количество секторов на одной дорожке. Кроме того, в этом секторе находится специальная программа-загрузчик, которая осуществляет загрузку операционной системы — основной программы, управляющей всей работой компьютера.

    Первоначальная  подготовка дискет к работе, во время  которой на ее рабочие поверхности наносится система дорожек и секторов, выполняется специальными программами и называется форматированием, инициализацией или разметкой.

    Гибкие  диски являются сменными носителями информации. Это значит, что за счет смены дисков в дисководах на такие носители можно записать неограниченно много информации, хотя объем каждого отдельного взятого диска относительно мал. С помощью гибких дисков удобно переносить небольшие порции информации с одного компьютера на другой.

    Сменные носители информации, в частности  гибкие диски, можно представлять себе как своеобразный «портфель», в котором переносят самые разные документы, фотографии, чертежи, звуко- и видеозаписи.

    Кроме дисководов для работы с гибкими  дисками в состав персональных компьютеров обычно включаются устройства для работы с оптическими (лазерными) дисками, которые имеют диаметр 5,25 дюйма (133 мм). Оптические диски, как и гибкие, относятся к сменным носителям информации.

    Простейшей  разновидностью компакт-дисков являются CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory – память только для чтения на компакт-дисках) со следующим принципом записи информации. Двоичные коды записываются на поликарбонатную основу в виде углублений (ямок) и ровных участков, расположенных внутри концентрических или спиралевидных дорожек диска. Этот рельеф наносится на диск при его изготовлении на заводе механическим путем. Отсюда следует основной недостаток CD-ROM – невозможность записывать на них новую информацию. Считывание информации происходит с помощью лазерного луча, который с огромной скоростью пробегает вдоль дорожек единственной рабочей поверхности диска. Собственно, по способу считывания информации диски и называются оптическими или лазерными. К достоинствам CD-ROM можно отнести: низкую стоимость самих дисков, относительно большую емкость - 600 – 800 Мбайт, а также их надежность и долговечность (теоретически до 100 лет), которые значительно превосходят соответствующие характеристики гибких дисков.

    Дисковод  для оптических дисков называют лазерным проигрывателем или так же, как и используемый диск, - CD-ROM. При включении в состав персонального компьютера дисковод CD-ROM приобретает права одного из сменных дисковых устройств.

    Существенный  недостаток CD-ROM – невозможность выполнения записи при их использовании – был устранен в дисках WORM (Write Once/Read Many – однократная запись, множественное считывание), которые имеют и более распространенное название CD-R (Compact Disk Recordable – записываемый компакт-диск). На диски этого типа можно записать информацию как и на обычную гибкую дискету – прямо на компьютере, но только один раз, а чтение может производиться произвольное количество раз. Для использования этой технологии требуются специальные диски и дисководы, которые стоят дороже чем CD-ROM. Запись на диски CD-R, которые принято называть заготовками (или болванками), производится с помощью воздействия высокотемпературного лазерного луча на особый светочувствительный слой диска (цианин зеленого цвета или пталоцианин желто-оранжевого цвета), который как бы «выгорает» под этим воздействием. Понятно, что такую «запись» можно выполнить только один раз.

    Существуют  дисководы, позволяющие выполнять  многократную перезапись на компакт-диски. Для этого требуются диски типа CD-RW (Compact Disk ReWriteable – перезаписываемые компакт-диски). По своим размерам, объему и внешнему виду диски CD-RW ничем не отличаются от дисков CD-R и CD-ROM. Но принцип записи информации на диски CD-RW совершенно другой. На металлической (или иной) основе находится рабочий слой из специального материала (сплав серебра, индия, сурьмы и теллура), который под влиянием лазерного луча изменяет свое состояние, переходит из кристаллического состояния в аморфное или наоборот. Причем такой переход из одного состояния в другое может быть выполнен многократно. Этот процесс и обеспечивает возможность многократной перезаписи информации на диски CD-RW. Участки с кристаллическим и аморфным состоянием по-разному отражают свет. Это обеспечивает возможность чтения информации, записанной на диск описанным выше способом.

    Рассмотренные выше оптические диски имеют объём 600 – 800 Мбайт, что, в принципе, не очень много, если иметь в виду уровень современных требований к внешним запоминающим устройствам. Поэтому были разработаны способы записи-информации, которые позволяют при том же самом диаметре диска 5,25 дюйм; разместить на нём гораздо больше данных и программ. В частности, можно упомянуть разработанный в 2000 г. стандарт DDCD (Double Density CD – компакт-диск двойной плотности), который обеспечивает возможность записи на стандартный компакт-диск 1,3 Гбайт данных.

    Гораздо большие возможности по записи информации предоставляет использование видео DVD-дисков (Digital Versatile Disk – цифровой многосторонний, универсальный диск). Запись информации на диски DVD производится на нескольких слоях, которые размещаются на одной и той же рабочей поверхности. В настоящее время используются DVD-ROM, DVD-R и многократно записывающие DVD-RW диски.

    Можно также упомянуть и совсем недавнюю разработку фирмы Constallation 3D – FMD-ROM (Fluorescent Multilayer Disk – флуоресцентный многослойный диск), в которой предложено на рабочей поверхности пятидюймового диска размещать до ста рабочих слоев общей емкостью 150 Гбайт.

    По  меркам сегодняшнего дня емкость  стандартных дискет 1,44 Мбайт считается  недостаточной для выполнения основных функций – временного хранения информации и её переноса между компьютерами. Поэтому эти виды носителей используются в настоящее время всё реже.

    Жесткие диски

    Кроме сменных дисковых устройств в  состав персональных компьютеров включается постоянный, несъёмный диск. Обычно его называют жестким магнитным диском – ЖМД, HDD (Hard Disk Drive – привод жесткого диска), или винчестером.

    В связи с тем, что жесткий диск является несменным его можно  представлять себе как стационарный «шкаф» для хранения документации.

    Винчестер на самом деле является пакетом дисков, который состоит из нескольких (от 2 до 10) металлических пластин – дисков, закрепленных на общей оси и жестко соединенных с механизмом вращения дисковода. Вся группа дисков размещена в герметичном корпусе, из которого откачивается воздух. Такая конструкция позволяет значительно увеличить плотность записи информации и, следовательно, увеличить объем диска. Современные винчестеры имеют объем от нескольких десятков до нескольких сотен гигабайт. В ближайшее время этот показатель уже возрос до величины равной нескольким терабайтам.

    Все диски пакета вращаются одновременно, причем особенности конструкции  винчестерских дисков позволяют существенно увеличить не только объём, но и скорость вращения всего пакета дисков (в настоящее время – 7200 – 10000 об./мин), а, следовательно, и скорость передачи информации.

    Обмен данными для жестких дисков организуется так же, как и для гибких дисков, с помощью одной головки чтения/записи на одну рабочую поверхность. Рабочие поверхности винчестера, как и рабочие поверхности гибкого диска состоят из дорожек и секторов. Для повышения скорости выполнения операций чтения и записи на жёстких дисках несколько подряд расположенных секторов одной и той же дорожки объединяют в группы, которые называют кластерами. Обмен информацией, то есть либо чтение, либо запись, для любого диска всегда осуществляется отдельными кластерами, а не отдельными секторами. Кластер состоит из целого числа секторов – одного, двух, четырех, восьми и т. д. Конкретное количество секторов, входящих в кластер, зависит от используемых аппаратуры и программ. В частности, кластер на гибких дисках объемом 1,44 Мбайт стоит из одного сектора, а кластеры на современных жестких дисках состоят из 32, 64 и более секторов.

    В состав компьютера можно включить несколько жестких дисков. Для удобства организации работы с данными предусмотрена возможность имитировать наличие в составе компьютера нескольких жестких дисков, разделив реально включенный в состав компьютера диск на ряд участков, каждый из которых ведет себя как самостоятельный диск. Такие участки реального диска принято называть логическими дисками.

    Каждое  из дисковых устройств, включенных в  комплект персонального компьютера, имеет собственное обозначение, которое состоит из одной буквы английского алфавита и двоеточия. Обычно в состав компьютера включают один дисковод для гибких дисков, который всегда обозначают А:. Жесткий диск, независимо от наличия или отсутствия дисковода для гибких дисков, всегда принято называть С:. Если в составе компьютера имеются дополнительные реальные или логические жесткие диски, дисководы для CD-ROM, CD-R, CD-RW или DVD, то для и их обозначения используются следующие по алфавиту буквы английского алфавита – D:, E:, F: и т. д.

    2.3. Периферические устройства компьютера

    К группе периферических устройств относятся: дисплей, клавиатура, манипулятор мышь, принтер, сканер и целый ряд других. Устройства этой группы служат для ввода – передачи информации от человека к основным устройствам компьютера (оперативной памяти, процессору) или вывода – передачи информации от основных устройств компьютера к человеку. Другие устройства этой группы обеспечивают обмен информацией между двумя и более различными компьютерами или между компьютерами и какими-либо другими измерительными устройствами или исполнительными механизмами.

    a. Монитор

    Одним из важнейших устройств, применяющихся  для вывода информации, является дисплей или монитор. Дисплеи бывают монохромные и цветные. Кроме того, различают алфавитно-цифровые и графические дисплеи.

    У алфавитно-цифровых дисплеев группа пикселов, занимающая небольшую прямоугольную область экрана и используемая для размещения изображения одного символа, образует знакоместо. У алфавитно-цифровых дисплеев отсутствует возможность работать с отдельным пикселом. Информация выводится на экран целым знакоместом, символом. Поэтому такие дисплеи могут использоваться только для вывода различного рода текстов.

    Графические дисплеи отличаются тем, что из программы можно управлять состоянием отдельного пиксела, и, следовательно, для них доступны все возможности формирования изображения.