Билет № 9 вопрос 2
Внешние ЗУ малых ЭВМ. Основные характеристики.
Для эффективной обработки данных необходимо обеспечить при минимальных затратах хранение больших объемов информации и быстрый доступ к ней. Эти требования противоречивы и при современном уровне технологии компромисс между емкостью, быстродействием памяти и затратами на нее достигается за счет создания иерархической структуры, включающий в себя сверхоперативный, основной, внешний, и архивный уровни. Информация для ЦП непосредственно доступна только из ЗУ сверхоперативного и основного уровней. Каждый последующий уровень в рамках одной ЭВМ характеризуется большей емкостью и меньшим быстродействием ЗУ. Внешний и архивный уровни образуют систему внешней памяти; в ее состав входят разнородные ВЗУ, контроллеры ВЗУ, а также носители информации и хранилища для них.
Классификация и основные характеристики ВЗУ.
ВЗУ, или накопители являются основными компонентами системы внешней памяти. Информация в них располагается в виде блоков, которые становятся доступными для обработки в ЦП в результате выполнения операций ввода, т.е. загрузки из внешней памяти в оперативную. Передача блоков из оперативной памяти во внешнюю осуществляется операцией вывода. В качестве ВЗУ используются устройства, различающиеся типом носителя, способом регистрации и характером использования информации, способом доступа и т.д.
По типу носителя различают ВЗУ с подвижным и неподвижным носителем. При современной технологии наиболее часто реализуют размещение информации на поверхности некоторого тела, называемого носителем. Если поиск, запись и считывание информации сопровождается механическим перемещением носителя, то такие ВЗУ называют накопителями с подвижным носителем, среди которых наиболее распространены накопители на магнитных дисках НМД, оптических дисках НОД, магнитных лентах НМЛ. Носитель может быть гибким и жестким. Если при поиске, записи или считывании механического перемещения носителя не происходит, то ВЗУ называют накопителем с неподвижным носителем; примером может служить накопитель на основе цилиндрических магнитных доменах ЦМД. Реже в ВЗУ используют объемную запись – полупроводниковые ЗУ, приборы с зарядовой записью.
По способу регистрации различают ВЗУ с магнитной и оптической (магнитооптической) записью; По характеру использования информации – постоянные ВЗУ (только чтение), ВЗУ с однократной записью, и с многократной записью (множество циклов чтения \ записи). По способу доступа к информации все ВЗУ делят на накопители с последовательным и прямым доступом. Расположение блоков на поверхности носителя можно представить в виде линейного и двумерного массива. В первом случае для нахождения требуемого блока последовательно просматриваются все блоки. ВЗУ, реализующие такой просмотр называют накопителями с последовательным доступом; примером может служить накопитель на магнитной ленте, максимальное время поиска соответствует полному времени перемещения ленты от начала до конца и достигает 1-2 минут. При расположении блоков информации в виде двумерного массива можно организовать независимый поиск по каждому направлению. Пусть задан номер строки (или дорожки) , где расположен искомый блок IJ; тогда время поиска опеределяется временем просмотра блоков только по этой дорожке. ВЗУ, реализующие такой просмотр, называют накопителями с прямым доступом: поиск в направлении Y в них производится за счет перключения или перемещения органов считывания (головок), а просмотр в направлении X – за счет перемещения носителя или продвижения информации по структуре (ЦМД). В ВЗУ с прямым доступом один и тот же блок доступен для записи или считывания через постоянные промежутки времени, определяемые в случае с НМД временем оборота; поэтому такой доступ называют циклическим.
ВЗУ принято характеризовать следующими параметрами:
- емкостью памяти; при этом если носитель информации является сменным, то под емкостью ВЗУ понимают обьем одного тома, который доступен ВС без замены носителя.
- пропускной способностью, или скоростью записи считывания; блок на носителе можно рассматривать в виде последовательности бит, расположенных вдоль направления движения носителя. Длительность считывания и записи блока, таким образом, определяется временем, затрачиваемым на прохождение блока под головкой, а пропускная способность определяется отношением объема блока ко времени его прохождения под головкой;
- временем доступа, т.е. интервалом времени от момента запроса до момента выдачи блока; этот интервал времени не постоянен и зависит от множества факторов – скорости перемещения носителя, скорости перемещения головки, прямого или последовательного доступа, расстояния от текущего положения головки до запрашиваемого блока на носителе и т.п. В случае подвижного носителя и прямого доступа этот интервал складывается из времени поиска дорожки и времени ожидания (пока блок не появится под головкой). Время поиска дорожки характеризуется минимальным (дорожка – след. дорожка), максимальным (прот. дорожки), и средним значениями. Время ожидания характеризуют средним значением, которое соответствует половине длительности оборота носителя. Данные одного пользователя обычно размещаются на соседних дорожках, что уменьшает время поиска, однако при коллективном использовании ВЗУ в мультипрограммном режиме эта “локальность” данных нарушается и время поиска увеличивается.
В системах внешней памяти преобладающее место занимают накопители с прямым доступом, так как они обеспечивают приемлемое время поиска (несколько миллисекунд) высокую пропускных способность (от 1Мб/с и выше), большую емкость. ВЗУ с последовательным доступом отличает низкая стоимость хранения информации, но по всем другим характеристикам они уступают накопителям с прямым доступом, поэтому НМЛ используют для сохранения информации на случай аварийного разрушения т.е они служат в качестве резервных.
Одной из важнейших характеристик ВЗУ, обычно скрытых от пользователя, является информационная плотность записи. Под плотностью записи dз понимают число бит информации, записанных на единице поверхности носителя, - это поверхностная плотность. Различают так же продольную плотность dl, бит/мм, т.е. число бит на единице длины носителя вдоль вектора скорости его перемещения, и поперечную плотность dq, бит/мм, т.е. число бит на единице длины носителя в направлении перпендикулярном вектору скорости: dз = dl dq , Плотность записи определяет геометрические размеры накопителя, параметры его быстродействия, а также обьем памяти. В свою очередь, информационная плотность записи определяется принципами регистрации информации на носителе, материалами , конструктивными особенностямии технологией изготовления как носителя так, и средств записи считывания.