Есть возможность физически исключить доступ к информации посторонним или ее порчу от пожара, спрятав диск в сейф.

Следует отметить, что имеются сменные жесткие диски, но там меняется полностью все, в том числе и контроллер. В качестве сменных носителей информации в настоящее время широко применяются оптические диски (компакт диски CD – Compact Disk и DVD – Digital Video Disk), а также флэш-память. Сначала рассмотрим оптические диски, они имеют самую низкую стоимость хранения одного байта информации (или бита) из всех ЗУ. В оптических дисках информация представлена в виде наличия или отсутствия отраженного света от элементарной площади поверхности диска. Благодаря использованию лазера, размеры этой элементарной площади очень малы, то есть плотность записи информации очень велика. Стандартные размеры оптического диска: диаметр 120 мм, толщина 2 мм. Наименьшую стоимость имеют оптические диски типа ROM (только для чтения на ЭВМ). Информация записывается в них один раз, перезаписывать нельзя, число чтений информации с него неограничено. Во время чтения очень тонкий луч лазера падает на поверхность вращающегося диска, как показано на рис. 14.

Элементарная площадь либо отражает луч на фотоприемник, либо не отражает, таким образом в нее записан один бит информации. Последовательные биты записываются в виде непрерывной дорожки, которая имеет вид спирали, наподобие спирали грамм-пластинки, идущей от периферии к центру диска, правда, в оптическом диске направление от центра к периферии. Можно вспомнить, что компакт-диски пришли в ЭВМ из звукозаписи. Для получения постоянной скорости считывания (бит/сек) нужно по мере увеличения радиуса дорожки уменьшать угловую частоту вращения диска. Имеется в виду, что линейная плотность записи постоянна и соответственно линейная скорость светового пятна лазера тоже постоянна (CLV – Constant Linear Velosity). В рассмотренных ранее магнитных дисках постоянна угловая частота вращения (CAV - Constant Angular Velosity), а линейная скорость больше к периферии диска. Использование спиральной дорожки увеличивает время поиска информации на оптическом диске. Оптические диски широко применяются как дистрибутивные носители программ. Их значительный объем (CD - около 700 МБ, DVD – 4,7 МБ и более), позволяет хранить на одном диске очень большие программы, например операционные системы и библиотеки. Раньше приходилось использовать много дискет, что было неудобно. К тому же очень привлекательна низкая стоимость оптического диска и большой срок хранения информации. Она не подвержена постепенному разрушению, как на магнитных носителях, точнее разрушается гораздо медленнее. Возможность перезаписи информации пользователем на одном и том же оптическом диске CD-RW(Read Write) или DVD-RW еще более расширила область их применения. Используется многослойный диск, в котором на отражающую поверхность нанесен слой с изменяемой фазой состояния – кристаллической или аморфной. Фаза состояния изменяет коэффициент отражения при чтении, а при записи изменяется под воздействием луча лазера. В этом случае нужен специальный привод для чтения-записи и специальные чистые заготовки (болванки) дисков, также имеющие небольшую стоимость. Дисководы оптических дисков характеризуются скоростью чтения, записи и перезаписи. За единицу принимается скорость 150 КБ/с (скорость чтения первых CD). После величины скорости ставится значок “x”. Быстро распространяющаяся в настоящее время флэш-память как сменный носитель информации по функциям во многом аналогична оптическим дискам с той разницей, что она:

Имеет значительно большую стоимость одного бита информации,

Меньший объем,

Более компактна,

4. не требует специального устройства (как дисковод).

Эти качества сделали ее удобной для переноса оперативной информации (тексты, задания, отчеты и т.д.), поэтому она в массовом применении вытеснила дискеты, при этом флэш-память имеет значительно большую надежность. В ЗУ важную роль играет вопрос достоверности хранимой информации, так как отдельные биты информации могут со временем изменять свое значение, то есть возникают ошибки. Причиной тому может быть, например, попадание микроскопической пылинки под головку дисковода, попадание альфа-частицы на запоминающий элемент ОЗУ и т.д. В данном случае предполагается временная ошибка в бите, а не постоянный дефект, который квалифицируется как устойчивый отказ. В последнем случае заменяют дефектный элемент, или целый сектор, или все устройство. Рассмотрим простой способ обнаружения ошибок – контроль четности (parity check), представленный ниже на рис. 15. Предположим, что в ЗУ записан

байт основной информации, его биты пронумерованы сверху справа налево от 0 до 7. Для конкретности взяты произвольные значения всех восьми бит. В любом одном бите может произойти ошибка (одиночная), на рис. 15 во 2-м бите вместо 1 оказался 0. Чтобы обнаружить факт одиночной ошибки к основной информации добавляется и записывается один контрольный бит, обозначенный КБ. Его значение выбирается таким, чтобы число единиц во всей группе бит (уже 9 бит) было нечетным. Тогда посчитав число единиц в каждом конкретном случае чтения группы бит, можно определить наличие ошибки. На рис. 15 число единиц в группе стало четным. Можно конечно заранее условиться наоборот, что число единиц в группе должно быть четным и исходя из этого определять значение контрольного бита. В случае ошибки чтение повторяется до тех пор, пока ошибка не исчезнет. Если она не исчезает, то имеет место устойчивый отказ.

7 6 5 4 3 2 1 0 КБ

1 0 0 1 0 1 1 0 1 нет ошибки

основная информация

7 6 5 4 3 2 1 0 КБ

1 0 0 1 0 0 1 0 1 ошибка во 2-м бите

(четвертом справа)

Рисунок 15. Контроль четности в байте

Есть более быстрый способ избавиться от ошибки – применить корректирующий код. В этом случае нужно определить, в каком бите произошла ошибка. Для этого выделяются отдельные группы бит основной информации и для каждой из них записывается свой контрольный бит. Ошибочный бит определяется по комбинации ошибочных и безошибочных групп. При коррекции ошибок приходится вводить больше служебной информации, однако это вполне приемлемо. Например, достаточно широко используется ОЗУ с коррекцией одиночных ошибок (ECC – Error Check and Correction). В накопителях применяется несколько иное правило определения контрольной информации – CRC (Cyclic Redunducy Check). По-прежнему берется блок информации определенного размера, но больше одного байта. В конце его записывается значение специального полинома, рассчитанного по значениям основной информации блока. В простейшем случае можно представить, что в конце блока записывается контрольная сумма. Рассмотренные запоминающие устройства ЭВМ можно расположить в некоторой последовательности по мере приближения к центральному процессору, в основном это однозначно связано с увеличением быстродействия, но и уменьшением объема. Как говорилось выше, существует иерархия ЗУ в ЭВМ, ее схема представлена на рис. 16, ниже, конкретные приведенные значения ориентировочные. Время доступа ОЗУ приведено для статической памяти, которая добавляется к динамической в качестве буфера (кэша). Сменные накопители, указанные в последних 3 строчках отклоняются от общей тенденции роста объема и снижения быстродействия из-за влияния функции сменности. В последней строке указаны накопители на магнитной ленте – стриммеры. Они были сравнительно мало распространены на наших ЭВМ, хотя магнитная лента в них очень широко когда-то использовалась. Для ЭВМ применяются специальные кассеты с магнитной лентой – картриджи большого объема информации с более широкой, чем в обычных кассетах, магнитной лентой. Стриммеры используются для архивирования информации, например на случай отказа жесткого диска. В настоящее время их функция выполняется чаще посредством CD-RW.

Накопители

Задержка-CAS (англ. column address strobe latency) — это время (в циклах) ожидания между запросом процессора на получение ячейки с информацией из памяти и временем, когдаоперативная память сделает первую ячейку доступной для чтения.

Латентность

Латентность является не менее важной характеристикой с точки зрения быстродействия подсистемы памяти, чем скорость «прокачки данных», но совершенно другой, по сути. Большая скорость обмена данными хороша тогда, когда их размер относительно велик, но если нам требуется «понемногу с разных адресов» — то на первый план выходит именно латентность. Что это такое? В общем случае — время, которое требуется для того, чтобы начать считывать информацию с определённого адреса. И действительно: с момента, когда процессор посылает контроллеру памяти команду на считывание (запись), и до момента, когда эта операция осуществляется, проходит определённое количество времени. Причём оно вовсе не равно времени, которое требуется на пересылку данных. Приняв команду на чтение или запись от процессора, контроллер памяти «указывает» ей, с каким адресом он желает работать. Доступ к любому произвольно взятому адресу не может быть осуществлён мгновенно, для этого требуется определённое время. Возникает задержка: адрес указан, но память ещё не готова предоставить к нему доступ. В общем случае, эту задержку и принято называть латентностью. У разных типов памяти она разная. Так, например, память типа DDR2 имеет в среднем гораздо большие задержки, чем DDR (при одинаковой частоте передачи данных). В результате, если данные в программе расположены «хаотично» и «небольшими кусками», скорость их считывания становится намного менее важной, чем скорость доступа к «началу куска», так как задержки при переходе на очередной адрес влияют на быстродействие системы намного сильнее, чем скорость считывания или записи. «Соревнование» между скоростью чтения (записи) и латентностью — одна из основных головных болей разработчиков современных систем: к сожалению, рост скорости чтения (записи), почти всегда приводит к увеличению латентности. Так, например, память типа SDR (PC66, PC100, PC133) обладает в среднем лучшей (меньшей) латентностью, чем DDR. В свою очередь, у DDR2 латентность ещё выше (то есть хуже), чем у DDR. Следует понимать, что «общая» латентность подсистемы памяти зависит не только от неё самой, но и от контроллера памяти и места его расположения — все эти факторы тоже влияют на задержку. Именно поэтому компания AMD в процессе разработки архитектуры AMD64 решила «одним махом» решить проблему высокой латентности, интегрировав контроллер прямо в процессор — чтобы максимально «сократить дистанцию» между процессорным ядром и модулями ОЗУ. Затея удалась, но дорогой ценой: теперь система на базе определённого CPU архитектуры AMD64 может работать только с той памятью, на которую рассчитан его контроллер. Наверное, именно поэтому компания Intel до сих пор не решилась на такой кардинальный шаг, предпочитая действовать традиционными методами: усовершенствуя контроллер памяти в чипсете и механизм Prefetch в процессоре (про него см. ниже).

В завершение, заметим, что понятия «скорость чтения / записи» и «латентность», в общем случае, применимы к любому типу памяти — в том числе не только к классической DRAM (SDR, Rambus, DDR, DDR2), но и к кэшу (см. ниже).

2. Механические характеристики электродвигателей (графики зависимости ω от М)