Внешняя память компьютера, носители информации (гибкие и жесткие диски, CD-ROM диски).

Сохранение информации для его последующего ее использования или передачи другим людям всегда имело определяющие значение для развития человеческой цивилизации. До появления ЭВМ с этой целью человек научился использовать великое множество средств: книги, фотографии, магнитофонной записи и др. возросшие к концу 20 в. потоки информации, необходимость сохранения ее в больших объемах и появление ЭВМ способствовали разработки и применению носителей информации, обеспечивающих возможность долговременного ее хранения в более компактной форме. К таким носителям относятся гибкие и жесткие магнитные диски и так называемые диски CD-ROM. Существенное значение имеют их показатели, как информационная емкость, время доступа к информации, надежность ее хранения, время базовной работы.

Устройства которые обеспечивают запись информации на носители, а также ее поиск и считывание в оперативную память, называют накопителями (дисководами).

В основу записи, хранения и считывания информации положены два принципа- магнитный и оптический, которые обеспечивают сохранение информации и после выключение компьютера.

В основе магнитной записи лежит цифровая информация (в виде нулей и единиц), преобразованная в переменный электрический ток, который сопровождается переменным магнитным полем. Магнитное покрытие диска представляет собой множество мельчайших областей спонтанной намагниченности (доменов). Злектрические имульсы, поступая на головку дисковода, создают внешнее магнитное поле, под воздействием которого собственные магнитные поля доменов ореинтируются в соответствии с его направлением. После снятия внешнего поля на поверхности дисков в результате записи информации остаются зоны остаточной намагниченности, где намагниченный участок соответствует 1, а ненамагниченный-0. При считывании информации намагниченные участки носителя вызывают в головке дисковода импульс тока (явление электромагнитной индукции).

Среди магнитов дисков (МД) используется гибкие и жесткие.

Гибкие МД (ГМД) предназначены для переноса документов и программ с одного компьютера на другой, хранение архивных копий (билет №6) и информации, не используемой постоянно на компьютере. Гибкий МД диаметром 5,25 дюйма (133мм) в настоящее время может хранить до 1,2 Мб информации. Такие диски двусторонние, повышенной плотности записи. Скорость вращения диска, находящегося в конверте из тонкой пластмассы, - 300-360 об/мин. ГМД диаметром 3,5 дюйма (89мм) имеют емкость 1,4Мб. Защита магнитного слоя является особенно актуальной, поэтому сам диск спрятан в прочный пластмассовый корпус, а зона контакта головок с его поверхностью закрыта от случайных прикосновений специальным шторкам, которая автоматически отодвигается только внутри дисковода.

Контролер дисковода включает двигатель вращения, проверяет, закрыт или открыт вырез, запрещающий операции записи, устанавливает на нужное место головку чтения/записи.

Жесткий магнитный диск (ЖМД), или винчестер, предназначен для постоянного хранения информации, используемой при работе с компьютером: программ операционной системы, часто используемых пакетов программ, текстовых редакторов и т. д. Современный ЖМД имеют скорость вращения от 3600 до 7200 об/мин. Это может быть стеклянный диск (металлической поверхностной пленкой, например, кобальтовой), не чувствительной к температуре, с плотностью записи на 50% выше, чем у диска из алюминия. Последние разработки позволяют обеспечить плотность записи 10 Гбит на квадратный дюйм, что в 30 раз больше обычной. Головка при вращении находится над диском на расстоянии 0,13 микрона (в 1980 г. - 1,4 микрона). Жесткие магнитные диски –это часто несколько дисков на одной оси, головки считывания/записи передвигаются сразу по всем поверхностям. Информационная емкость - до800 Мб- 9Гб.

Любой магнитный диск первоначально к работе не готов. Для приведения его в рабочее состояние он должен быть отформатирован т. е. Должна быть создана структура диска. Структура ГМД- это магнитное концентрические дорожки, разделенные на сектора, помеченные магнитными метками, а у ЖМД есть еще и цилиндры- совокупность дорожек, расположенных друг над другом на всех рабочих поверхностях дисков. Все дорожки магнитных дисков на внешних цилиндрах больше, чем на внутренних. Следовательно, при одинаковом количестве секторов на каждой из них плотность записи на внутренних дорожках должно быть больше,чем на внешних. Количество секторов, емкость сектора, а следовательно, и информационная емкость диска зависит от типа дисковода и режима форматирования, а также от качества самих дисков.

Диски CD-ROM (Compact disk read memory) обладает емкостью до 3Гб, высокой надежностью хранения информации, долговечностью (прогнозируемый срок его службы при качественном исполнении – 30-50 лет). Диаметр диска может быть как 5,25дюйма, так и 3,5. Процесс изготовления состоит из нескольких этапов. Начало подготавливают информацию для мастер- диска (первого образца), изготавливает его и матрицу тиражирования. Принцип записи и считывания – оптический. Закодированная информация наносится на мастер- диск лазерным лучом, который создает на его поверхности микроскопические впадины, разделяемые плоскими участками. Цифровая информация представляет чередование впадин (не отражающих пятен) и отражающих свет островков. Копии негатива мастер- диска (матрицы) используются для прессования самих компакт-дисков. Тиражированный компакт- диск состоит из поликарбонатной основы, отражающего и защитного слоев. В качестве отражающей поверхности обычно используется тонко напыленный алюминий. В отличие от магнитных дисков, дорожки которых представляют собой концентрические окружности,CD-ROM имеет всего одну физическую дорожку в форме спирали, идущей от наружного края диска к внутреннему.

Считывание информации с компакт- диска происходит при помощи лазерного луча, который попадая на отражающий свет островок, отклоняется на фотодетектор, интерпретирующий его как двоичную единицу. Луч лазера, попадающий во впадину, рассеивается и поглощается – фотодетектор фиксирует двоичный ноль.

В то время как все магнитные диски вращаются с постоянным числом оборотов в минуту т.е. с неизменной угловой скоростью, CD-ROM вращается с переменной угловой скоростью чтобы обеспечить постоянную линейную скорость при чтении. Таким образом, чтение внутренних секторов осуществляется при большем числе оборотов, чем чтение наружных. Именно этим объясняется довольно низкая скорость доступа к данным для чтения CD-ROM (от 150 до 400мс при скорости вращения до 4500 об/мин) по сравнению с винчестером.

Скорость передачи данных, определяется скоростью вращения диска и плотностью записанных на нем данных, составляет не менее 150 кб/с и доходит до 1,2 Мб/с.

Для загрузки компакт- диска в дисковод используется либо одна из разновидностей выдвижной панели, либо специальная прозрачная кассета. Выпускают устройства во внешнем исполнении, которые позволяют самостоятельно записывать специальные компакт- диски. В отличие от обычных, данные диски имеют отражающий слой из золота. Это так называемые перезаписываемые CD-R. Подобные диски обычно служат как мастер- диски для дальнейшего тиражирования или создания архивов.

Резерв повышения емкости- повышение плотности записи путем уменьшения длины волны лазера. Так появились компакт диски способные хранить почти 4,7 Гб информации на одной стороне и 10 Гб информации на двух сторонах. Планируется также создание двухслойной системы записи, т.е. когда на одной стороне носителя будут две разнесенные по глубине поверхности с записанными данными. В этом случае информационная емкость компакт- диска возрастет до 8,5 Гб на одной стороне. Одним из самых жизнеспособных устройств, предназначенного для хранения данных, могут оказаться магнитооптические диски. Дело в том, что CD-ROM,а в работе с ней они оказываются медленнее, чем жесткие магнитные диски. По этому обычно с компакт- дисков информацию переписывают на МД, с которыми и работают. Такая система не годится, если работа связанна с базами данных, которые ввиду большой информационной емкости как раз выгоднее размещать на CD-ROM. Кроме того, компакт- диски, используемые в настоящий момент на практике, не являются перезаписываемыми.

Магнитооптические диски лишены таких недостатков. Здесь объедины достижения магнитной и оптической технологий. На них можно записывать информацию и быстро считывать ее. Они сохраняют все преимущества ГМД (переносимость, возможность отдельного хранения, увеличение памяти компьютера) при огромной информационной емкости.

 

Билет8

Вопрос1

программное управление работой компьютера. Программное обеспечение компьютера.

Вы уже знаете, как широко используется ЭВМ. С их помощью можно печатать книги, делать чертежи и рисунки, можно создавать компьютерные справочники на любую тему, производить расчеты и даже беседовать с компьютером на определенную тему, если занести в его память базу знаний в соответствующей предметной области.

Сейчас речь пойдет еще об одном важном приложении компьютерной техники- об использовании ЭВМ для управления.

Н Винер предвидел, что использование ЭВМ для управления станет одним из важнейших их приложений, а для этого потребуется глубокий теоретический анализ самого процесса управления. Не случайно время появления кибернетики совпало с созданием первых ЭВМ.

С точки зрения кибернетики взаимодействие между управляющих и управляемым объектами рассматривается как информационный процесс. С этой позиции оказалось, что самые разнообразные процессы управления происходят сходным образом, подчиняются одним и тем же принципам. Обсудим, что же такое управление с кибернетической точки зрения.

Управление есть целенаправленное взаимодействие объектов, одним из которых являются управляющими, другие- управляемыми. Простейшая ситуация – два объекта, один- управляющий, второй управляемый. Например, человек и телевизор, хозяин и собака, светофор и автомобиль. В первом приближении, взаимодействие между такими объектами можно описать следующей схемой,

 

 

	Управляющий объект		Управляемый объект

Управляющее

воздействие

 

В приведенных примерах управляющее воздействие производится в разной форме, человек нажимает клавишу или поворачивает ручку управления телевизором, хозяин голосом дает команду собаке.

С кибернетической точки зрения все варианты управляющих воздействий следует рассматривать как управляющую информацию, передаваемую в форме команд.

В примере с телевизором, через технические средства управления передаются кодами следующего типа, «включить- выключить» «увеличить или уменьшить громкость». В данном выше определении сказано, что управление есть целенаправленный процесс, то есть команды отдаются не случайным образом, а с вполне определенной целью. В простейшем случае цель может быть достигнута после выполнения одной команды. Для достижения более сложной цели бывает необходимо выполнить последовательность (серию) команд. Последовательность команд по управлению объектом, приводящая к заранее поставленной цели, называется алгоритмом управления.

В таком случае, объект управления можно назвать исполнителем управляющего алгоритма. Значит, в приведенных выше примерах телевизор, собака, автомобиль являются исполнителями управляющих алгоритмов, направленных на вполне конкретные цели (найти интересующую передачу, выполнить определенное задание хозяина, благополучно проехать перекресток).

Если внимательно обдумывать рассматриваемые примеры, то приходишь к выводу, что строго в соответствии со схемой работает только система светофор- автомобили. Светофор не глядя управляет движением машин, не обращая внимания на обстановку на перекрестке. Совсем иначе протекает процесс управления телевизором или собакой. Прежде, чем отдать очередную команду, человек смотрит на состояние объекта управления, на результат выполнения предыдущей команды. Если он не нашел нужную передачу на данном канале, то переключит телевизор на следующий канал, если собака не выполнила команду «лежать», хозяин повторит эту команду. Из этих примеров можно сделать вывод, что управляющий не только отдает команды, но и принимает информацию от объекта управления о его состоянии. Этот процесс называется обратной связью.

Обратная связь- это процесс передачи информации о состоянии объекта управления к управляющему.

Управляемый объект

Управляющий объект

Управлению с обратной связью соответствует следующая схема.

 

 

управляющее

 

воздействие

 

обратная связь

 

В варианте управления без обратной связи алгоритм может представлять собой только однозначную (линейную) последовательность команд.

Вот пример работы светофора,

КРАСНЫЙ-ЖЕЛТЫЙ-ЗЕЛЕНЫЙ-ЖЕЛТЫЙ-КРАСНЫЙ-ЖЕЛТЫЙ-ЗЕЛЕНЫЙ и т.д.

Такой алгоритм называется линейный или последовательным.

При наличии обратной связи алгоритм может быть более гибким, допускающим ветвления и повторения.

При этом сам управляющий должен быть достаточно интеллектуальным для того, чтобы, получив информацию по обратной связи, проанализировать ее и принять решение о следующей команде. Во всех случаях, где управляющим является человек, это условие выполнено.

Если вместо светофора работает мент, то управление движением станет более рациональным. Регулировщик следит за скоплением машин на перекрестке, и дает «зеленую улицу» в том направлении, в котором это нужнее. Нередко из-за «безмозглого» управления светофора на дорогах возникают «пробки». И ту непременно приходит на помощь регулировщик.

Таким образом, при наличии обратной связи и «интеллектуального» управляющего, алгоритмы управления могут иметь сложную структуру, содержащую альтернативные команды (ветвления) и повторяющиеся команды (циклы).

Системы, в которых роль управляющего поручается компьютеру, называется автоматическими системами с программным управлением.

\для функционирования такой системы, во-первых, между ЭВМ и объектом управления должна быть обеспечена прямая и обратная связь, во-вторых, в память компьютера должна быть заложена программа управления (алгоритм, записанный на языке программирования). Поэтому такой способ управления называют программным управлением.

 

 

Билет 8

Вопрос 2

Основные логические операции. Логическое умножение, сложение отрицание