Микросхема ПЗУ и система BIOS Оперативная память. Типы. Основные характеристики.

В момент включения компьютера в его оперативной памяти нет ничего - ни данных, ни программ, поскольку оперативная память не может ничего хранить без подзарядки ячеек более сотых долей секунды, но процессору нужны команды, в том числе и в первый момент после включения.

Поэтому сразу после включения на адресной шине процессора выставляется стартовый адрес.

Это происходит аппаратно, без участия программ (всегда одинаково).

Процессор обращается по выставленному адресу за своей первой командой и далее начинает работать по программам.

Этот исходный адрес не может указывать на оперативную память, в которой пока ничего нет.

Он указывает на другой тип памяти - постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).

Микросхема ПЗУ способна длительное время хранить информацию, даже когда компьютер выключен.

Программы, находящиеся в ПЗУ, называют «зашитыми» - их записывают туда на этапе изготовления микросхемы.

Комплект программ, находящихся в ПЗУ, образует базовую систему ввода-вывода (BIOS - Basic Input Output System).

Основное назначение программ этого пакета состоит в том, чтобы проверить состав и работоспособность компьютерной системы и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жестким диском и дисководом гибких дисков.

Программы, входящие в BIOS, позволяют нам наблюдать на экране диагностические сообщения, сопровождающие запуск компьютера, а также вмешиваться в ход запуска с помощью клавиатуры.

Оперативная память (RAM - Random Access Memory) - это массив кристаллических ячеек, способных хранить данные.

Существует много различных типов оперативной памяти, но с точки зрения физического принципа действия различают динамическую память (DRAM) и статическую память (SRAM).

Ячейки динамической памяти (DRAM) можно представить в виде микроконденсаторов, способных накапливать заряд на своих обкладках.

Это наиболее распространенный и экономически доступный тип памяти.

Недостатки этого типа связаны, во-первых, с тем, что как при заряде, так и при разряде конденсаторов неизбежны переходные процессы, то есть запись данных происходит сравнительно медленно.

Второй важный недостаток связан с тем, что заряды ячеек имеют свойство рассеиваться в пространстве, причем весьма быстро.

Если оперативную память постоянно не «подзаряжать», утрата данных происходит через несколько сотых долей секунды.

Для борьбы с этим явлением в компьютере происходит постоянная регенерация (освежение, подзарядка) ячеек оперативной памяти.

Регенерация осуществляется несколько десятков раз в секунду и вызывает непроизводительный расход ресурсов вычислительной системы.

Ячейки статической памяти (SRAM) можно представить как электронные микроэлементы - триггеры, состоящие из нескольких транзисторов.

В триггере хранится не заряд, а состояние (включен/выключен), поэтому этот тип памяти обеспечивает более высокое быстродействие, хотя технологически он сложнее и, соответственно, дороже.

Микросхемы динамической памяти используют в качестве основной оперативной памяти компьютера.

Микросхемы статической памяти используют в качестве вспомогательной памяти (так называемой кэш-памяти), предназначенной для оптимизации работы процессора.

Каждая ячейка памяти имеет свой адрес, который выражается числом.

Одна адресуемая ячейка содержит восемь двоичных ячеек, в которых можно сохранить 8 бит, то есть один байт данных.

Таким образом, адрес любой ячейки памяти можно выразить четырьмя байтами.

Оперативная память в компьютере размещается на стандартных панельках, называемых модулями.

Модули оперативной памяти вставляют в соответствующие разъемы на материнской плате.

Конструктивно модули памяти имеют два исполнения - однорядные (SIMM-модули) и двухрядные (DIMM-модули).

Основными характеристиками модулей оперативной памяти являются объем памяти и время доступа.

Время доступа показывает, сколько времени необходимо для обращения к ячейкам памяти - чем оно меньше, тем лучше. Время доступа измеряется в миллиардных долях секунды (наносекундах, нс).

Виды оперативной памяти, их назначение и основные характеристики.

Существует много различных видов оперативной памяти, но их все можно подразделить на две основные подгруппы - статическая память (Static RAM) и динамическая память (Dynamic RAM).

Эти два типа памяти отличаются, прежде всего, различной в корне технологической реализацией - SRAM будет хранить записанные данные до тех пор, пока не запишут новые или не отключат питание, а DRAM может хранить данные лишь небольшое время, после которого данные нужно восстановить (регенерировать), иначе они будут потеряны.

Рассмотрим достоинства и недостатки SRAM и DRAM:

Память типа DRAM, в силу своей технологии, имеет большую плотность размещения данных, чем SRAM.

DRAM гораздо дешевле SRAM, но последняя, производительнее и надежнее, поскольку всегда готова к считыванию.

Статическая память

Статическая память, или SRAM (Statistic RAM) является наиболее производительным типом памяти. Микросхемы SRAM применяются для кэширования оперативной памяти, в которой используются микросхемы динамической памяти, а также для кэширования данных в механических устройствах хранения информации, в блоках памяти видеоадаптеров и т. д. Фактически, микросхемы SRAM используются там, где необходимый объем памяти не очень велик, но высоки требования к быстродействию, а раз так, то оправдано использование дорогостоящих микросхем. В персональных компьютерах с процессорами, у которых не было интегрированной на кристалле кэш-памяти второго уровня, всегда использовались микросхемы SRAM внешнего кэша. Для удешевления системных плат и возможности их модернизации производители системных плат с процессорами 486 и первых поколений Pentium устанавливали специальные кроватки (разъемы для микросхем с DIP-корпусом), в которые можно было устанавливать различные микросхемы SRAM, отличающиеся как по быстродействию и объему памяти, так и различной разрядностью. Для конфигурирования памяти на системной плате предусматривался набор джамперов. Для справки прямо на системной плате краской наносилась информация об установке джамперов, например, как показано в табл.(в колонках JS1 и JS2 указаны номера контактов, которые надо замкнуть перемычками).

Пример таблицы конфигурирования кэш-памяти на системной плате:

Отметим, что изменением конфигурации кэш-памяти занимались только тогда, когда выходила из строя какая-либо микросхема кэш-памяти. В остальных случаях изменять положение джамперов не рекомендовалось. В дальнейшем, по мере разработки более совершенных микросхем SRAM, они непосредственно припаивались на системную плату в количестве 1, 2 или 4 штук. На системных платах, которые выпускаются в настоящее время, микросхемы SRAM используются, в основном, только для кэширования ввода/вывода и других системных функций.

Динамическая память.

Все переменные, объявленные в программе, размещаются в одной непрерывной области оперативной памяти, которая называется сегментом данных. Длина сегмента данных определяется архитектурой микропроцессоров 8086 и составляет 65 536 байт, что может вызвать известные затруднения при обработке больших массивов данных.

С другой стороны, объем памяти ПК (обычно не менее 640 Кбайт) достаточен для успешного решения задач с большой размерностью данных. Выходом из положения может служить использование так называемой динамической памяти.

Динамическая память — это оперативная память ПК, предоставляемая программе при ее работе, за вычетом сегмента данных F4 Кбайт), стека (обычно 16 Кбайт) и собственно тела программы.

Размер динамической памяти можно варьировать в широких пределах. По умолчанию этот размер определяется всей доступной памятью ПК и, как правило, составляет не менее 200—300 Кбайт. Динамическая память — это фактически единственная возможность обработки массивов данных большой размерности. Без динамической памяти трудно или невозможно решить многие практические задачи.

10.Жесткий диск и его характеристики. Принципы чтения и записи информации на жесткий диск. Таблицы размещения файлов (FAT). Кластер. Проверка и дефрагментация диска.

Жесткий диск - основное устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ.

На самом деле это не один диск, а группа соосных дисков, имеющих магнитное покрытие и вращающихся с высокой скоростью.

Таким образом, этот «диск» имеет не две поверхности, как должно быть у обычного плоского диска, а 2n поверхностей, где n - число отдельных дисков в группе.

Над каждой поверхностью располагается головка, предназначенная для чтения-записи данных.

При высоких скоростях вращения дисков (90 об/с) в зазоре между головкой и поверхностью образуется аэродинамическая подушка, и головка парит над магнитной поверхностью на высоте, составляющей несколько тысячных долей миллиметра.

При изменении силы тока, протекающего через головку, происходит изменение напряженности динамического магнитного поля в зазоре, что вызывает изменения в стационарном магнитном поле ферромагнитных частиц, образующих покрытие диска.Так осуществляется запись данных на магнитный диск.

Операция считывания происходит в обратном порядке.

Намагниченные частицы покрытия, проносящиеся на высокой скорости вблизи головки, наводят в ней ЭДС самоиндукции.

Электромагнитные сигналы, возникающие при этом, усиливаются и передаются на обработку.

Управление работой жесткого диска выполняет специальное аппаратно-логическое устройство - контроллер жесткого диска.

В настоящее время функции контроллеров дисков выполняют микросхемы, входящие в микропроцессорный комплект (чипсет), хотя некоторые виды высокопроизводительных контроллеров жестких дисков по-прежнему поставляются на отдельной плате.

К основным параметрам жестких дисков относятся емкость и производительность.

Файловая система FAT.
Операционными системами Windows используется, разработанная еще для DOS файловая система FAT, в которой для каждого раздела и тома DOS имеется загрузочный сектор, а каждый раздел DOS содержит две копии таблицы размещения файлов (file allocation table - FAT).
FAT представляет собой матрицу, которая устанавливает соотношение между файлами и папками раздела и их физическим местоположением на жестком диске.
Перед каждым разделом жесткого диска последовательно расположены две копии FAT. Подобно загрузочным секторам, FAT располагается за пределами области диска, видимой для файловой системы.
При записи на диск файлы не обязательно занимают пространство, эквивалентное их размеру. Обычно файлы разбиваются на кластеры определенного размера, которые могут быть разбросаны по всему разделу.
В результате таблица FAT представляет собой не список файлов и их местоположения, а список кластеров раздела и их содержимого, а в конце каждого описания содержится ссылка на следующий занимаемый файлом кластер.
Элементы таблицы FAT представляют собой 12-, 16- и 32-битовые шестнадцатьричные числа, размер которых определяется программой FDISK, а значение непосредственно создается программой FORMAT.
Все гибкие диски, а также жесткие диски размером до 16 Мбайт используют в FAT 12-битовые элементы. Жесткие и съемные диски, имеющие размер от 16 Мбайт и более, обычно используют 16-битовые элементы.
Файловая система FAT использовалась во всех версиях MS-DOS и в первых двух выпусках OS/2 (версии 1.0 и 1.1). Каждый логический том имел собственный FAT, который выполнял две функции: содержал информацию распределения для каждого файла в томе в форме списка связей модулей распределения (кластеров) и указывал, какие модули распределения свободны.
Когда таблица FAT была изобретена, это было превосходное решение для управления дисковым пространством, главным образом потому что гибкие диски, на которых она использовалась, редко были размером более, чем несколько Mb.
FAT была достаточно мала, чтобы находиться в памяти постоянно, позволяла обеспечивать очень быстрый произвольный доступ к любой части любого файла.
Когда FAT была применена на жестких дисках, она стала слишком большой для резидентного нахождения в памяти и ухудшала производительность системы.
Кроме того, так как информация относительно свободного дискового пространства рассредотачивалась "поперек" большого количества секторов FAT, она была непрактична при распределении файлового пространства, и фрагментация файлов оказалась препятствием высокой эффективности.
Кроме того, использование относительно больших кластеров на жестких дисках привело к большому количеству неиспользуемых участков, так как в среднем для каждого файла половина кластера была потрачена впустую.
В течение нескольких лет Microsoft и IBM делали попытку продлить жизнь файловой системы FAT благодаря снятию ограничений на размеры тома, улучшению cтратегий распределения, кэширования имен пути, и перемещению таблиц и буферов в расширенную память. Но они могут расцениваться только как временные меры, потому что файловая система просто не подходила к большим устройствам произвольного доступа.

· Кластер как подмножество результатов поиска, связанных единством темы;

· Кластер — единица хранения данных на гибких и жёстких дисках компьютеров;

· Кластер — группа компьютеров, объединённых высокоскоростными каналами связи и представляющая с точки зрения пользователя единый аппаратный ресурс;

· также — группа серверов, объединённых логически, способных обрабатывать идентичные запросы и использующихся как единый ресурс;

· Кластер — объект, обеспечивающий физически объединённое хранение данных из различных таблиц для ускорения выполнения сложных запросов, используемый в Oracle Database.

Жесткий диск, а также хард-диск и винчестер – основные запоминающие устройства компьютера, главное хранилище информации. И хранилище это хрупкое. Для сохранения этого хранилища Windows предоставляет 2 важнейшие дисковые программы. Это Проверка дискаиДефрагментация диска.

В процессе работы на компьютере случаются ситуации, когда нарушается структура информации на диске. Она может быть нарушена по разным причинам. В основном это происходит из-за сбоев и зависания программ во время записи на диск. Но наиболее часто возникают ошибки файловой структуры. Так, часто на диске остаются участки файлов, которые система считает занятыми информацией, но в то же время не относит ни к одному файлу (так называемые потерянные кластеры). Бывают ситуации, когда один и тот же участок диска записан, как принадлежащий двум файлам одновременно (перекрещенные файлы-cross-linked Files), или когда размер файла не совпадает со значением, записанным в таблице размещения файлов (allocation error). Такой слегка поврежденный диск, в общем, не теряет работоспособности, но если неисправности на нём накапливаются, может и потерять…

Кроме того, на поверхности диска могут возникать дефекты, какой-то участок перестает читаться, и все на нем записанное теряется. Особенно часто такая беда случается с дискетами.

Утилита Проверка дискакак раз и предназначена для таких проблем. Она проверяет общую структуру данных, папок, таблиц размещения файлов, ищет потерянные цепочки данных (кластеры) и проч. И по возможности устраняет обнаруженные ошибки. Кроме того, она может проверить всю поверхность диска на наличие сбойных участков и попытаться все не испорченные данные с этих участков перенести на исправные. Сами же сбойные участки помечает специальным указателем (bad block – плохой блок), чтобы этот участки в дальнейшем не использовались для записи информации.