Внешняя память компьютера

     Наряду  с ATA и ATA-2 широко используются и две  версии более сложных дисковых интерфейсов Small Computer System Interface (интерфейс малых  компьютерных систем): SCSI и SCSI-2. Их достоинства: высокая скорость передачи данных (интерфейс Fast Wide SCSI-2 и ожидаемый в ближайшее время интерфейс SCSI-3 поддерживают скорость до 40 Мбайт/с), большое количество (до 7 шт.) и максимальная емкость подключаемых накопителей. Их недостатки: высокая стоимость (примерно в 5 -10 раз дороже ATA), сложность установки и настройки. Интерфейсы SCSI-2 и SCSI-3 рассчитаны на использование в мощных машинах-серверах и рабочих станциях.

     Для повышения скорости обмена данными  процессора с дисками НЖМД следует  кэшировать. КЭШ-память для дисков имеет  то же функциональное назначение, что и КЭШ для основной памяти, т.е. служит быстродействующим буфером памяти для кратковременного хранения информации, считываемой или записываемой на диск. КЭШ-память может быть встроенной в дисковод, а может создаваться программным путем (например, драйвером Microsoft Smartdrive) в оперативной памяти. Скорость обмена данными процессора с КЭШ-памятью диска может достигать 100 Мбайт/с.

     В ПК имеется обычно один, реже несколько  накопителей на жестких магнитных  дисках. Однако в MS DOS (MicroSoft Disk Operation System - дисковая операционная система фирмы Microsoft) программными средствами один физический диск может быть разделен на несколько "логических" дисков; тем самым имитируется несколько НМД на одном накопителе.[5] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     3. Дисковые массивы RAID

     В машинах-серверах баз данных и в  суперЭВМ часто применяются дисковые массивы RAID (Redundant Array of Independent Disks - матрица  с резервируемыми независимыми дисками), в которых несколько накопителей  на жестких дисках объединены в один большой логический диск, при этом используются основанные на введении информационной избыточности методы обеспечения достоверности информации, существенно повышающие надежность работы системы (при обнаружении искаженной информации она автоматически корректируется, а неисправный накопитель в режиме Plug and Play (вставляй и работай) замещается исправным).[1]

     Существует  несколько уровней базовой компоновки массивов RAID:

     1-й  уровень включает два диска,  второй из которых является  точной копией первого;

     2-й  уровень использует несколько дисков специально для хранения контрольных сумм и обеспечивает самый сложный функционально и самый эффективный метод исправления ошибок;

     3-й  уровень включает четыре диска:  три информационных, а четвертый  хранит контрольные суммы, обеспечивающие исправление ошибок в первых трех;

     4-й  и 5-й уровни используют диски,  на каждом из которых хранятся  свои собственные контрольные  суммы.

     Дисковые  массивы второго поколения - RAID6 и RAID7. Последние могут объединять до 48 физических дисков любой емкости, формирующих до 120 логических дисков; имеют внутреннюю КЭШ-память до 256 Мбайт и разъемы для подключения внешних интерфейсов типа SCSI. Внутренняя шина X-bus имеет пропускную способность 80 Мбайт/с (для сравнения: трансфер SCSI-3 до 40 Мбайт/с, а скорость считывания с физического диска до 5 Мбайт/с).

     Среднее время наработки на отказ в  дисковых массивах RAID - сотни тысяч  часов, а при 2-м уровне компоновки - до миллиона часов. В обычных НМД  эта величина не превышает тысячи часов. Информационная емкость дисковых массивов RAID - от 3 до 700 Гбайт (максимальная достигнутая в 1995 г. емкость дисковых накопителей 5,5 Тбайта=5500 Гбайт).

     Применяются и НЖМД со сменными пакетам и дисков (накопители Бернулли), использующие пакеты из дисков диаметром 133 мм, они имеют емкость от 20 до 230 Мбайт и меньшее быстродействие, но более дорогие, чем винчестеры. Основное их достоинство: возможность накопления и хранения пакетов вне ПК.

     Основные  направления улучшения характеристик  НМД:

     использование высокоэффективных дисковых интерфейсов (E1DE, SCSI); использование более совершенных магнитных головок, позволяющих увеличить плотность записи и, следовательно, емкость диска и трансфер (без увеличения скорости вращения диска). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. Компакт-диски.

     Общии сведения о компакт-дисках

       В 1982 году фирмы Sony и Philips завершили работу над форматом CD-аудио (Compact Disk), открыв тем самым эру цифровых носителей на компакт-дисках. Принцип работы этих дисков – оптический. Чтение и запись осуществляется лазером. В компакт-диске данные кодируются и записываются в виде последовательности отражающих и не отражающих участков. Отражение интерпретируется как единица, «впадина» - как ноль.

       Приведу некоторые технические параметры  компакт-дисков. Рабочая длина волны  лазера - 780 нм. Диаметр компакт-диска 120 мм. Толщина диска 1,2 мм. Объем диска 700 Мб (74 мин аудио). Вес 14-33 г. Цепочка углублений (pits) расположена по спирали как в грампластинке, но в направлении от центра (фактически CD является устройством последовательного доступа с ускоренной перемоткой). Интервал между витками - 1.6 мкм, ширина пита - 0.5 мкм, глубина - 0.125 мкм (1/4 длины волны луча лазера в поликарбонате), минимальная длина - 0.83 мкм (рис. 1). 

     Рис. 1. Поверхность компакт-диска.

     Существуют  модификации в 80 минут (700 МБ), 90 минут (791 МБ) и 99 минут (870 MB). Номинальная (1x) скорость передачи данных - 150 КБ/сек (176400 байт/сек аудио или "сырых" данных, 4.3 Мбит/сек "физических" данных). В то время как все магнитные диски вращаются с постоянным числом оборотов в минуту, то есть с неизменной угловой скоростью (CAV, Constant Angular Velocity), компакт-диск вращается обычно с переменной угловой скоростью, чтобы обеспечить постоянную линейную скорость при чтении (CLV, Constant Linear Velocity). Таким образом, чтение внутренних сторон осуществляется с увеличенным, а наружных - с уменьшенным числом оборотов. Именно этим обуславливается достаточно низкая скорость доступа к данным для компакт-дисков по сравнению, например, с винчестерами.[2] 

     Классификация компакт-дисков

     Существует множество стандартов и форматов компакт-дисков – в зависимости от назначения и производителей. Приведу для примера далеко не все существующие: Audio CD (CD-DA), CD-ROM (ISO 9660, mode 1 & mode 2), Mixed-mode CD, CD-ROM XA (CD-ROM eXtended Architecture, mode 2, form 1 & form 2), Video CD, CD-I (CD-Interactive), СD-I-Ready, CD-Bridge, Photo CD (single & multi-session), Karaoke CD, CD-G, CD-Extra, I-Trax, Enhanced CD (CD Plus), Multi-session CD, CD-Text, CD-WO (Write-Once). Полное описание их займет слишком много места, и это не является целью написания данной работы.

       В зависимости же от количества возможных  операций записи компакт-диски разделяются  на: CD-ROM (read only memory), CD-R (recordable), они же CD-WORM (write once read many), CD-RW (rewritable). Соответственно, СD-ROM изготавливается на заводе, и дальнейшая запись на него невозможна; CD-R предназначен для однократной записи в домашних условиях; CD-RW допускает множество операций записи. Диски CD-ROM представляют собой поликарбонат, покрытый с одной стороны отражающим слоем (алюминий или - для ответственных применений - золото) и защитным лаком с другой. Смена отражающей способности осуществляется за счет штамповки углублений в металлическом слое. На заводе их просто штампуют с матрицы.

    Формат  компакт-дисков

       Поверхность диска разделена на области:

• PCA (Power Calibration Area). Используется для настройки мощности лазера записывающим устройством. 100 элементов.
• PMA (Program Memory Area). Сюда временно записываются координаты начала и конца каждого трека при извлечении диска из записывающего устройства без закрытия сессии. 100 элементов.
• Вводная область (Lead-in Area) - кольцо шириной 4 мм (диаметр 46-50 мм) ближе к центру диска (до 4500 секторов, 1 минута, 9 MB). Состоит из 1 дорожки (Lead-in Track). Содержит TOC (абсолютные временные адреса дорожек и начала выводной области, точность - 1 секунда).
• Область данных (program area, user data area).
• Выводная область (Lead-out) - кольцо 116-117 мм (6750 секторов, 1.5 минуты, 13.5 MB). Состоит из 1 дорожки (Lead-out Track).

       Каждый  байт данных (8 бит) кодируется 14-битным символом на носителе (кодировка EFM). Символы  отделяются 3-битными промежутками, выбираемыми так, чтобы на носителе не было более 10 нулей подряд.

       Из 24 байтов данных (192 бита) формируется кадр (F1-frame), 588 битов носителя, не считая промежутков:

• синхронизация (24 бита носителя)
• символ субкода (биты субканалов P, Q, R, S, T, U, V, W)
• 12 символов данных
• 4 символа контрольного кода
• 12 символов данных
• 4 символа контрольного кода

       При декодировании могут использоваться различные стратегии обнаружения  и исправления групповых ошибок (вероятность обнаружения против надежности коррекции).

       Последовательность  из 98 кадров образует сектор (2352 информационных байта). Кадры в секторе перемешаны, чтобы уменьшить влияние дефектов носителя. Адресация сектора произошла от аудиодисков и записывается в формате A-Time - mm:ss:ff (минуты:секунды:доли, доля в секунде от 0 до 74). Отсчет начинается с начала программной области, т.е. адреса секторов вводной области отрицательные. Биты субканалов собираются в 98-битные слова для каждого субканала (из них 2 бита - синхронизация). Используются субканалы:

• P - маркировка окончания дорожки (min 150 секторов) и начала следующей (min 150 секторов).
• Q - дополнительная информация о содержимом дорожки:
• число каналов
• данные или звук
• можно ли копировать
• признак частотных предыскажений (pre-emphasis): искусственный подъем высоких частот на 20 дБ
• режим использования подканала
• q-Mode 1: во вводной области здесь хранится TOC, в программной области - номера дорожки, адреса, индексы и паузы
• q-Mode 2: каталоговый номер диска (тот же, что на штрих-коде) - 13 цифр в формате BCD (MCN, ENA/UPC EAN)
• q-Mode 3: ISRC (International Standard Recording Code) - код страны, владельца, год и серийный номер записи
• CRC-16

       Последовательность  секторов одного формата объединяется в дорожку (трек) от 300 секторов (4 секунды, см. субканал P) до всего диска. На диске  может быть до 99 дорожек (номера от 1 до 99). Трек может содержать служебные области:

• пауза - только информация субканалов, нет пользовательских данных
• pre-gap - начало трека, не содержит пользовательских данных и состоит из двух интервалов: первый длиной не менее 1 секунды (75 секторов) позволяет "отстроиться" от предыдущего трека, второй длиной не менее 2 секунд задает формат секторов трека
• post-gap - конец трека, не содержит пользовательских данных, длиной не менее 2 секунд

       Вводная цифровая область должна завершаться  постзазором. Первый цифровой трек должен начинаться со второй части предзазора. Последний цифровой трек должен завершаться постзазором. Выводная цифровая область не содержит предзазора.[5]

       Практическая  часть

       Вариант 14

       Используя ППП на ПК, необходимо определить расходы на содержание одного учащегося в группе продленного дня в городской школе в год по имеющимся данным.

Вычислите:

• Сумму расходов на питание учащегося в текущем и проектируемом году;
• Сумму расходов на содержание учащегося в текущем и проектируемом году;
• Абсолютное и относительное изменение исчисленных показателей проектируемого года к показателям текущего в виде таблицы.