Устройство памяти эвм с магнитной записью сообщение

Обновлено: 01.07.2024

В современном мире мобильных компьютерных технологий большинство людей уже просто не могут обойтись без коммуникаторов, планшетов и другой портативной компьютерной техники. В свою очередь растет спрос на скорость работы представленных мобильных решений, поскольку никто уже не готов мириться с низкой производительностью того или иного устройства . Скорость выполнения программ напрямую зависит от скорости передачи данных между процессором и памятью, а для выполнения больших программ, обрабатывающих огромные массивы данных, необходима память очень большого объема.

В идеале память должна быть быстрой, большой и недорогой. . Поэтому проектировщики компьютерных систем трудятся над разработкой и усовершенствованием технологий, позволяющих создавать для компьютера видимость большой и быстрой памяти.

В этом вопросе рассмотрим, что такое память ЭВМ и какие виды памяти существуют.

2. Определение

Память ЭВМ – совокупность технических устройств и процессов, обеспечивающих запись, хранение и воспроизведение информации в ЭВМ. Компьютерная память обеспечивает поддержку одной из функций ЭВМ — способность длительного хранения информации.

Память — основная часть любой вычислительной системы или отдельной вычислительной машины, она реализуется аппаратно — в виде комплекса взаимосвязанных запоминающих устройств (ЗУ) — и программными средствами. Максимальное количество информации, которое может храниться в памяти ЭВМ (ёмкость), определяется суммарной ёмкостью всех ЗУ, а быстродействие памяти ЭВМ зависит как от быстродействия отдельных ЗУ, так и от принципов их организации в единую систему памяти и способов обмена информацией внутри этой системы.

Задачей памяти является хранение программ и данных. Существует два класса запоминающих устройств, а именно первичные и вторичные. Первичное запоминающее устройство – это память, быстродействие которой определяется скоростью работы электронных микросхем. Пока программа выполняется, она должна храниться в первичной памяти. Эта память состоит из большого количества полупроводниковых ячеек, каждая из которых может хранить один бит информации. Ячейки редко считываются по отдельности – обычно они обрабатываются группами фиксированного размера, называемыми словами… Для облегчения доступа к словам в памяти с каждым словом связывается отдельный адрес. Адрес – это числа, идентифицирующие конкретные местоположения слов в памяти. Для того чтобы прочитать слово из памяти или записать его в таковую, необходимо указать его адрес и задать управляющую команду, которая начнет соответствующую операцию. 1 Для каждого компьютера характерна определенная длина слова — два, четыре или восемь байтов. Это не исключает использования ячеек памяти другой длины (например, полуслово, двойное слово).

Как правило, в одном машинном слове может быть представлено либо одно целое число, либо одна команда, но допускаются переменные форматы представления информации.

3. Виды памяти ЭВМ

Память современной ЭВМ строится в виде многоступенчатой иерархической системы, что обеспечивает экономически оправданное удовлетворение противоречивых требований — большой ёмкости и высокого быстродействия, и обычно предполагает использование нескольких запоминающих устройств, имеющих различные характеристики. В иерархию памяти ЭВМ обычно входят: внешняя память и внутренняя, или оперативная, память.

3.1 Внутренняя память

Оперативная память.

Назначение оперативной памяти – хранение данных, работа с которыми осуществляется в данный момент времени. Если для этого использовать жесткий диск, то время доступа к данным заметно увеличится, так как производительность оперативной памяти намного выше, чем дисковой. Это скажется на быстродействии всей системы. Оперативная память обеспечивает возможность обращения процессора к любой ее ячейке, поэтому называется памятью с произвольным доступом (RAM – Random Access Memory) 2 .

Из определения следует, что в оперативной памяти на стадии выполнения могут одновременно находится несколько программ. Кроме того, в оперативной памяти могут находиться как обрабатываемые, так и уже обработанные программой данные. Можно считать, что оперативная память представляет собой последовательность пронумерованных байтов. Каждый байт имеет свой собственный номер, который называют адресом. Содержимое любого байта памяти может обрабатываться независимым от остальных байтов образом. Указав адрес байта, можно прочитать код, который в нем записан или записать в этот байт какой – либо другой код.

Максимально возможный объем оперативной памяти, который иногда называют адресным пространством, и объем памяти, фактически присутствующий в составе машины, являются важнейшими характеристиками данной модели в целом и конкретного экземпляра компьютера. Адресное пространство является величиной постоянной для данной модели, в то время как фактический объем оперативной памяти может у разных экземпляров быть разным, но он не может быть больше, чем адресное пространство для данной модели. Современные модули памяти RAM бывают: DDR, DDR2, DDR3 и DDR4. Характеристики оперативной памяти каждого вида значительно лучше, чем характеристики предшествующего поколения. Рассмотрим их:

DDR. Самая древняя оперативная память. Время ее господства на IT рынке уже давно ушло. Но кое-где еще иногда встречаются системы, в которых используется эта оперативная память. Как правило, это довольно старые системы. Эта память потребляет напряжение 2.5 В. Обычно, напряжение увеличивается при разгоне процессора. DDR является самым прожорливым представителем оперативной памяти, так как требует для своей работы самое высокое напряжение. Эта память работала на частотах 266/333/400 Mhz и использовалась на компьютерах класса Intel Pentium 4.

DDR2. Основное отличие DDR2 от DDR — вдвое большая частота работы шины (533/800/1066 Mhz), по которой данные передаются в буфер микросхемы памяти. При этом чтобы обеспечить необходимый поток данных, передача на шину осуществляется из четырёх мест одновременно.

DDR3. Этот тип памяти основан на технологиях DDR2 со вдвое увеличенной частотой передачи данных по шине памяти. Отличается пониженным энергопотреблением по сравнению с предшественниками (1,5 В, по сравнению с 1,8 В для DDR2 и 2,5 В для DDR). Частота полосы пропускания лежит в пределах от 800 до 2400 Mhz (рекорд частоты — более 3000 Mhz), что обеспечивает большую пропускную способность по сравнению со всеми предшественниками. В целом скорость работы DDR3 выше, чем у DDR2, на 15-20 процентов.

DDR4 — новый тип оперативной памяти, являющийся эволюционным развитием предыдущих поколений DDR. Отличается повышенными частотными характеристиками и пониженным напряжением питания. В массовое производство вышла во 2 квартале 2014 года 3

Кроме оперативной памяти в состав внутренней памяти входят кэш-память и постоянная память.

Постоянная память .

Постоянная — энергонезависимая память, используется для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения. Содержание памяти специальным образом “зашивается” в устройстве при его изготовлении для постоянного хранения. Из ПЗУ можно только читать. Прежде всего, в постоянную память записывают программу управления работой самого процессора. В ПЗУ находятся программы управления дисплеем, клавиатурой, принтером, внешней памятью, программы запуска и остановки компьютера, тестирования устройств.

Важнейшая микросхема постоянной или Flash-памяти — модуль BIOS, предназначенная для автоматического тестирования устройств после включения питания компьютера и загрузки операционной системы в оперативную память.

Разновидность постоянного ЗУ — CMOS RAM. Это память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением от батарейки. Используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера, а также о режимах его работы. Содержимое CMOS изменяется специальной программой Setup, находящейся в BIOS.

По сравнению с быстродействием современных процессоров скорость функционирования основной памяти мала. Однако процессор не может тратить много времени в ожидании команд и данных из основной памяти. Поэтому нужны механизмы, сокращающие время доступа к необходимой информации. Поскольку быстродействие основной памяти физически ограничено, здесь потребуется архитектурное решение. Таким решением является использование быстрой кэш-памяти, благодаря которой основная память представляется процессору более быстрой, чем она есть на самом деле. 4

Кэш — это память с большей скоростью доступа, предназначенная для ускорения обращения к данным, содержащимся постоянно в памяти с меньшей скоростью доступа. Кэширование применяется ЦПУ, жёсткими дисками, браузерами, веб-серверами, службами DNS и WINS.

Кэш состоит из набора записей. Каждая запись ассоциирована с элементом данных или блоком данных (небольшой части данных), которая является копией элемента данных в основной памяти. Каждая запись имеет идентификатор, определяющий соответствие между элементами данных в кэше и их копиями в основной памяти.

3.2 Внешняя память

Внешняя память предназначена для длительного хранения программ и данных, и целостность её содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер. В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором. Устройства внешней памяти или, иначе, внешние запоминающие устройства весьма разнообразны. Их можно классифицировать по целому ряду признаков: по виду носителя, типу конструкции, по принципу записи и считывания информации, методу доступа и т.д. 5 Рассмотрим классификацию по виду носителей.

Гибкий диск, дискета — устройство для хранения небольших объёмов информации (максимально до 2,88 МБ), представляющее собой гибкий пластиковый диск в защитной оболочке. Используется для переноса данных с одного компьютера на другой и для распространения программного обеспечения. Способ записи двоичной информации на магнитной среде называется магнитным кодированием.

Накопитель на жёстких магнитных дисках или винчестерский накопитель — это наиболее массовое запоминающее устройство большой ёмкости, в котором носителями информации являются круглые алюминиевые или стеклянные пластины — плоттеры, обе поверхности которых покрыты слоем ферромагнитного материала. С момента создания первых жёстких дисков, в результате непрерывного совершенствования технологии записи данных, их максимально возможная ёмкость непрерывно увеличивается. Ёмкость современных жёстких дисков достигает нескольких Тб. НЖМД используется для постоянного хранения информации — программ и данных, и является основным накопителем данных в большинстве ЭВМ.

Существуют внешние или портативные жесткие диски, которые подключаются к компьютеру с помощью USB-кабеля.

CD-ROM состоит из прозрачной полимерной основы диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм. Одна сторона покрыта тонким алюминиевым слоем, защищенным от повреждений слоем лака. Двоичная информация представляется последовательным чередованием углублений и основного слоя.

Со временем на смену CD-ROM пришли цифровые видеодиски DVD . Эти диски имеют тот же размер, что и обычные CD, но вмещают 4,7 Гбайт данных, т.е. по объёму заменяют семь стандартных дисков CD-ROM. На таких дисках могут выпускаться полноэкранные видеофильмы отличного качества, программы-тренажёры, мультимедийные игры и многое другое. 6

Blu-ray Disc , BD — формат оптического носителя, используемый для записи с повышенной плотностью и хранения цифровых данных, включая видео высокой чёткости. Первый прототип нового носителя был представлен в октябре 2000 года. Более короткая длина волны сине-фиолетового лазера позволяет хранить больше информации на 12-сантиметровых дисках того же размера, что и у CD/DVD. Уменьшение длины волны, использование числовой апертуры (0,85, в сравнении с 0,6 для DVD), высококачественной двухлинзовой системы, а также уменьшение толщины защитного слоя в шесть раз (0,1 мм вместо 0,6 мм) предоставило возможность проведения более качественного и корректного течения операций чтения/записи. Это позволило записывать информацию в меньшие точки на диске, а значит, хранить больше информации в физической области диска, а также увеличить скорость считывания до 432 Мбит/с.

Флеш-накопитель — запоминающее устройство, использующее в качестве носителя флеш-память (разновидность полупроводниковой технологии электрически перепрограммируемой памяти). Благодаря компактности, дешевизне, механической прочности, большому объёму, скорости работы и низкому энергопотреблению, флеш-память широко используется в цифровых портативных устройствах и носителях информации. Очень распространены USB флеш-накопители (флеш-брелоки) – устройства, подключаемое к компьютеру или иному считывающему устройству по интерфейсу USB.

Серьёзным недостатком данной технологии является ограниченный срок эксплуатации носителей, а также чувствительность к электростатическому разряду.

4 Заключение

Первые ЭВМ использовали запоминающие устройства исключительно для хранения обрабатываемых данных. Их программы реализовывались на аппаратном уровне в виде жёстко заданных выполняемых последовательностей. Любое перепрограммирование требовало огромного объёма ручной работы по подготовке новой документации, перестройки блоков и устройств и т. д. Использование архитектуры фон Неймана, предусматривающей хранение компьютерных программ и данных в общей памяти, коренным образом переменило ситуацию.

К настоящему времени создано множество устройств, предназначенных для хранения данных. Универсального решения не существует, у каждого имеются свои достоинства и свои недостатки, поэтому компьютерные системы оснащаются несколькими видами систем хранения, основные свойства которых обуславливают их использование и назначение.

5 Литература

Организация ЭВМ. 5-е изд. /К.Хамахер, З. Вранешич, С. Заки. – СПб.: Питер; Киев: Издательская группа BHV , 2003. – 848с.

Информатика: Учебник / Под ред. проф. Н.В. Макаровой - М.: Финансы и статистика -2006. - 768 с.

Презентация на тему: " Магнитная память. МАГНИТНАЯ ПАМЯТЬ Дискета 3.5Дисковод 3.5 Основной функцией внешней памяти компьютера является долговременное хранение большого объема." — Транскрипт:

2 МАГНИТНАЯ ПАМЯТЬ Дискета 3.5Дисковод 3.5 Основной функцией внешней памяти компьютера является долговременное хранение большого объема информации. Устройство, которое обеспечивает запись/считывание информации, называется накопителем или дисководом, а хранится информация на носителях.

3 МАГНИТНЫЙ ПРИНЦИП ЗАПИСИ И СЧИТЫВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ Дисковод 3.5 (НГМД) В накопителях на гибких магнитных дисках (НГМД) и накопителях на жестких магнитных дисках (НЖМД), или «винчестерах», в основу записи информации положено намагничивание ферромагнетиков в магнитном поле, хранение информации основывается на сохранении намагниченности, а считывание информации базируется на явлении электромагнитной индукции. Жёсткий диск Samsung (НЖМД)

4 МАГНИТНЫЙ ПРИНЦИП ЗАПИСИ И СЧИТЫВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ В процессе записи информации на гибкие и жесткие магнитные диски головка дисковода с сердечником из магнитомягкого материала (малая остаточная намагниченность) перемещается вдоль магнитного слоя магнитожёсткого носителя (большая остаточная намагниченность). На магнитную головку поступают последовательности электрических импульсов, которые создают в головке магнитное поле. В результате последовательно намагничиваются (логическая единица) или не намагничиваются (логический нуль) элементы поверхности носителя. При считывании информации при движении магнитной головки над поверхностью носителя намагниченные участки носителя вызывают в ней импульсы тока (явление электромагнитной индукции)

5 ГИБКИЕ МАГНИТНЫЕ ДИСКИ Дискета 3,5 Устройство дискеты 3,5: 1 - заглушка "защита от записи"; 2 - основа диска с отверстиями для приводящего механизма; 3 - защитная шторка открытой области корпуса; 4 - пластиковый корпус дискеты; 5 - противопылевая салфетка; 6 - магнитный диск; 7 - область записи. Дискета 5, фирмой IBM представлена первая дискета диаметром 8 (200 мм) разработана дискета диаметром 5,25 Дискета – фирма Sony разработала дискету диаметром 3,5 (90 мм). В первой версии объём составляет 720 килобайт. Поздняя версия имеет объём 1440 килобайт. Из-за медленного вращения диска (360 об/мин) скорость записи и считывания составляет всего 50 Кбайт/с.

6 ЖЕСТКИЕ МАГНИТНЫЕ ДИСКИ Первый HDD емкостью 5 Мбайт Первый накопитель на жестких дисках IBM 350 Disk File разработан в 1955 году. Накопитель емкостью 5 Мбайт состоял из 50 дисков диаметром 24 дюйма, вращавшихся со скоростью 1200 об/мин. Размер накопителя был сравним с двумя современными двухкамерными холодильниками.

7 ЖЕСТКИЕ МАГНИТНЫЕ ДИСКИ За счет использования нескольких дисковых пластин и гораздо большего количества дорожек на каждой стороне магнитных пластин информационная емкость жестких дисков может достигать 750 Гбайт. Скорость записи и считывания информации на жестких дисках может достигать 300 Мбайт/с (по шине SATA) за счет быстрого позиционирования магнитной головки и высокой скорости вращения дисков (до 7200 об/мин). В жестких дисках используются достаточно хрупкие и миниатюрные элементы (магнитные пластины носителей, магнитные головки и т.д.), поэтому в целях сохранения информации и работоспособности жесткие диски необходимо оберегать от ударов и резких изменений пространственной ориентации в процессе работы.

Идея написать статью появилась довольно неожиданно, по мотивам небольшой дискуссии в комментариях к статье "Ферритовая память. Как это работало? Просто о сложном".

Сегодня пойдет разговор об использовании магнитных лент в качестве внешней памяти вычислительных машин.Накопители на магнитной ленте, или сокращенно НМЛ, использовались практически во всех машинах. До недавнего времени. Но и сегодня они не ушли окончательно в прошлое. В современных машинных залах, дата-центрах, они все еще используются для ведения архивных копий.

Но теперь это не отдельные накопители, а роботизированные ленточные библиотеки самых разных размеров. Например, довольно малогабаритная библиотека Qualstar RLS-8500, монтируемая в стойку.

Давайте посмотрим, как устроены и как работают НМЛ. И чем они отличаются от других устройств магнитной записи на лентах. Это довольно интересно, хоть и несколько потеряло сегодня актуальность.

Я отношу эту статью не к серии "история ЭВМ", а к серии "Как устроены и работают ЭВМ". И речь пойдет на конкретных ЭВМ или моделях накопителей, а о принципах их работы. Хотя многие моменты, пожалуй, имеют уже больше исторический интерес.

В статье будут рассматриваться общие принципы работы накопителей на магнитной ленте, более подробно 9-дорожечная лента (основной тип ленты в ЕС и СМ ЭВМ), и немного однодорожечные ленты.

И да, статья написана по памяти, на основе личного опыта работы с НМЛ. Таблицу группового кодирования уточнил в стандарте, поскольку "по памяти" вспомнить уже не получилось. Склероз.

Не смотря на то, что бытовые магнитофоны видели практически все, за исключением, возможно, самых молодых читателей, в машинных залах и дата-центрах бывали немногие. А накопители на магнитной ленте, которые используются в ЭВМ, и выглядят, и работают, совсем не так. Да и сам процесс обмена информацией между процессором и лентой отнюдь не прост.

Я постараюсь, максимально простым языком, рассказать как устроены и работают накопители на магнитной ленте (НМЛ), какие этапы обработки проходит информация между процессором и лентой, какие хитрости и тонкости, не видные невооруженным глазом, здесь есть.

Ссылка на статью, комментарии к которой и стали причиной данного рассказа

Аналоговый магнитофон, цифровой магнитофон, НМЛ

Давайте сначала посмотрим, какие основные требования предъявляются к разным типами устройств магнитной записи на ленте. Это поможет нам понять, почему они настолько разные даже внешне.

Аналоговый магнитофон

Аналоговые магнитофоны больше всего известны как устройства звукозаписи. Они были и катушечными, и кассетными, и бытовыми, и профессиональными. Да и в качестве носителя не всегда использовалась лента, применялась и стальная проволока.

Общие требования к таким магнитофонам, вне зависимости от деталей реализации, таковы:

Линейность передачи аналогового сигнала в процессе "запись-воспроизведение", отсутствие искажений. Это самое очевидное требование. Мы хотим, что воспроизводимый сигнал был максимально близок к записанному.
Записываемый сигнал представляет из себя переменное напряжение/ток, причем его спектр находится в ограниченном частотном диапазоне . Это менее очевидно требование, зачастую воспринимаемое как ограничение. на магнитную ленту нельзя записать сигнал постоянного тока, и даже слишком низкой частоты.
Записываемая на ленту информация не имеет структуры . Действительно, можно записать всю ленту один спектакль, а можно несколько альбомов любимого исполнителя. В последнем случае, с точки зрения человека, некоторая структурированность есть, но с точки зрения магнитофона структура отсутствует.
В режимах записи и воспроизведения лента движется с постоянной скоростью длительное время . Другими словами, режим движения ленты "непрерывный длительный". Другими словами, включили и слушаем, или записываем.
Режимов работы всего 4 . Запись, воспроизведение, ускоренная перемотка вперед, ускоренная перемотка назад.

Скорость движения ленты относительно магнитных головок могла быть разной. И сами головки могли быть подвижными, например, в видеомагнитофонах.

Цифровой магнитофон

Цифровые магнитофоны от аналоговых отличаются, в первую очередь, типом записываемого сигнала. Теперь важны только пороговые значения сигнала, а не промежуточные уровни. И записываемый сигнал является импульсами.

В остальном все примерно так же, как в аналоговом магнитофоне. То, что теперь записываемая информация может иметь некоторую структуру, не оказывает существенного влияния. Да, запись идет, например, побайтно, или блоками из определенного количества байт. Но лента все равно движется непрерывно с постоянной скоростью.

Здесь возможно следует сделать небольшое уточнение. Я говорю о цифровых магнитофонах, которые должны были вытеснить аналоговые из звукозаписи и видеозаписи. В таких магнитофонах информация рассматривалась как поток бит/байт

Это цифровой магнитофон, но требования к его функциональности существенно иные.

Записываемый сигнал является цифровым . Это совершенно естественное в данном случае требование
Запись информации выполняется блоками, которые могут иметь фиксированную или переменную длину . Переменная длина означает, что разные блоки могут иметь разную длину. По сути, запись отдельными блоками означает наличие структуры информации.
Лента движется в режиме старт/стоп . Это очень важный момент. ЭВМ может выполнить запись/считывание одного блока. И после окончания операции лента должна остановиться. Время старта и стопа должно быть малым, а во время выполнения записи/чтения блока лента должна двигаться с постоянной скоростью.
Основные режимы работы : запись блока, чтение блока, пропуск блока вперед, пропуск блока назад, перезапись блока, перемотка вперед до конца ленты, перемотка назад до конца ленты. Дополнительно могут быть реализованы другие операции, например, поиск блока вперед, поиск блока назад.

То есть, для НМЛ уже важна структура записи - отдельные блоки . А режимы работы, выполняемые операции или команды, стали нетривиальными. Операций записи теперь две, как минимум. Перезапись отличается от записи тем, что перезаписываемый блок должен расположиться в точно отведенном ему месте не затронув ни предшествующий, ни последующий блоки.

Использование аналогового магнитофона в качестве цифрового или НМЛ

Да, было и такое. Большей частью в бытовых условиях. Но функциональность такой замены была очень ограниченной. По сути, информация рассматривалась как непрерывный поток бит. Можно было записать на ленту содержимое области памяти. Можно было загрузить запись с ленты в память. И собственно говоря, это все.

Для сохранения/загрузки программ в первых бытовых ЭВМ этой функциональности хватало. Можно было сохранять/загружать и данные, но только в ручном режиме. Полноценной, да даже упрощенной, заменой НМЛ это назвать было нельзя. Зато это было дешево и доступно обычным людям. И использование видеомагнитофона, которое позволяло увеличить скорость передачи информации и ее объем, ситуацию не меняло.

Лентопротяжный механизм

Фотографию обычного бытового магнитофона я не буду приводить. Уверен, все представляют, как такие магнитофоны выглядят. А вот как устроен лентопротяжный механизм, в общем виде, аналоговых и цифровых магнитофонов, нам вспомнить будет полезно.

Устройство лентопротяжного механизма аналоговых и цифровых магнитофонов. Общий вид. Иллюстрация моя Устройство лентопротяжного механизма аналоговых и цифровых магнитофонов. Общий вид. Иллюстрация моя

Вместо катушек можно нарисовать кассету, это ничего принципиально не изменит. Магнитных головок могло быть и больше, например, вместо универсальной использовались отдельные головки воспроизведения и записи. Это тоже не является принципиальным.

В режимах записи и воспроизведения лента двигалась с постоянной скоростью мимо магнитных головок. Направляющие ролики обеспечивали стабильность положения ленты по вертикали относительно рабочих зазоров магнитных головок. Движение ленты обеспечивал ведущий вал, на котором был закреплен маховик для стабилизации мгновенной скорости вращения. Лента к ведущему валу прижималась прижимным роликом.

В режимах перемотки магнитные головки и прижимной ролик отводились от ленты, а движение ленты обеспечивалось приводом катушек.

Направляющие ролики могли быть подпружиненными, для обеспечения необходимого натяжения ленты и его стабилизации. В более дорогих моделях имелся датчик обрыва ленты, зачастую механический, который останавливал работу лентопротяжного механизма.

Наличие головки стирания является принципиальным, хотя в дешевых и самодельных магнитофонах на заре магнитной записи вместо головки стирания иногда использовался постоянный магнит. Стирание обеспечивает размагничивание ленты. Это позволяет задавать точную остаточную намагниченность ленты от внешнего магнитного поля создаваемого головкой записи.

Почему же этот, всем привычный, механизм не подходит для НМЛ? Прежде всего, из-за старт-стопного режима движения ленты. Теперь мы не можем использовать ведущий вал с маховиком, так как это не позволит быстро приводить ленту в движение и останавливать ее. А значит, вместо простого и дешевого асинхронного двигателя, или коллекторного двигателя постоянного тока, нам нужен специальный двигатель.

Кроме того, инерция катушек не позволит ленте быстро разгоняться и останавливаться. А значит, нам нужен какой то механизм обхода этого ограничения. К счастью, такой механизм уже был известен, еще с механической эпохи.

В результате, лентопротяжный механизм НМЛ получается примерно таким

Лентопротяжный механизм НМЛ. Общий вид. Иллюстрация моя Лентопротяжный механизм НМЛ. Общий вид. Иллюстрация моя

Прежде всего, теперь у нас нет ведущего вала с маховиком. Вместо него ведущий ролик, который закреплен на валу двигателя с быстрым стартом и стопом. Причем скорость его вращения между стартом и стопом постоянная. Конструкция такого двигателя нам не важна.

Во вторых, в конструкции появились два демпфера. На иллюстрации демпферы показаны в виде подвижных (вверх/вниз) подпружиненных роликов. При резких изменениях мгновенной скорости движения ленты, во время старта и стопа, они обеспечат необходимый запас свободной ленты и сгладят колебания скорости ленты у катушек. Этот же способ используется в различных станках.

Демпферы не являются пассивными подпружиненными подвижными роликами. Их положение контролируется датчиками и используется для управления двигателями привода катушек. Лентопротяжный механизм НМЛ имеет раздельные двигатели привода каждой катушки и ведущего ролика. В некоторых накопителях, например, для машин серии ЕС, болгарского предприятия ИЗОТ (еще той Болгарии, когда существовал СССР) имели демпферы в виде вакуумных колонок. А более компактные модели для машин СМ имели демпферы в виде качающихся рычагов.

В некоторых НМЛ с низким быстродействием и низкой скоростью движения ленты, например, использующих кассеты бытового формата (да, были и такие), лентопротяжный механизм мог не иметь демпферов. Зато имел два ведущих вала и два прижимных ролика. Но и момент инерции бобышки с лентой в кассете гораздо меньше момента инерции большой и тяжелой катушки с 9-дорожечной лентой. Я не буду приводить схему такого лентопротяжного механизма.

Принцип записи цифровой информации на магнитную ленту

Нет, я не полезу сегодня глубоко в физику электромагнитных явлений. Речь пойдет о более высокоуровневых, и более прикладных, понятиях. Хотя совсем без физики не обойдется.

Как, нисколько не сомневаюсь, всем известно, магнитная запись основана на остаточной намагниченности нанесенного на ленту ферромагнитного слоя. Протекающий через обмотку записывающей головки ток создает в магнитопроводе головки магнитное поле. Головка имеет два зазора, рабочий (передний) и задний. Причем рабочий зазор выполняется строго заданной ширины, а задний стараются свести к минимуму.

В области рабочего зазора магнитное поле неравномерно. И оно частично проходит через ферромагнитный слой ленты. Вот это поле и обеспечивает намагничивание частиц ферромагнитного слоя. Чем выше ток через обмотку, тем больше напряженность магнитного поля, соответственно, выше и остаточная намагниченность ленты, при прочих равных условиях. А направление тока в обмотке определяет и знак намагниченности.

Во время считывания, переменное магнитное поле, создаваемое движущейся лентой, наводит в обмотке головки чтения ЭДС, которая после усиления и будет считанным сигналом.

Этот принцип един и для аналоговой, и для цифровой записи на магнитную ленту.

Однако, при записи цифровой информации возникает одна сложность. Если записываемая информация не изменяется, например,записывается цепочки нулей или единиц, остаточная намагниченность ленты тоже будет неизменной. А значит, на обмотке головки чтения не будет наводиться ЭДС, ведь магнитное поле не изменяется.

На этом с физикой мы заканчиваем и начинаем решать, как можно записывать любую информацию и обходить все проблемы. Уже на более высоком прикладном уровне. И начнем мы с записи одного байта информации на единственную дорожку магнитной ленты.

Итак, поскольку у нас сигнал цифровой, нас не интересует его точный уровень, нас интересуют только два пороговых уровня - "0" и "1". Как мы можем записывать их на ленту? Есть несколько вариантов, например, такие

Памятью компьютера называется совокупность устройств для хранения программ, вводимой информации, промежуточных результатов и выходных данных. Классификация памяти представлен на рисунке:

Внутренняя память предназначена для хранения относительно небольших объемов информации при ее обработке микропроцессором.

Внешняя память предназначена для длительного хранения больших объемов информации независимо от того включен или выключен компьютер.

Энергозависимой называется память, которая стирается при выключении компьютера.

Энергонезависимой называется память, которая не стирается при выключении компьютера.

К энергонезависимой внутренней памяти относится постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Содержимое ПЗУ устанавливается на заводе-изготовителе и в дальнейшем не меняется. Эта память составлена из микросхем, небольшого объема. Обычно в ПЗУ записываются программы, обеспечивающие минимальный базовый набор функций управления устройствами компьютера. При включении компьютера первоначально управление передается программе из ПЗУ, которая тестирует компоненты компьютера и запускает программу-загрузчик операционной системы.

К энергозависимой внутренней памяти относятся оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), видеопамять и кэш-память. В оперативном запоминающем устройстве в двоичном виде запоминается обрабатываемая информация, программа ее обработки, промежуточные данные и результаты работы. ОЗУ обеспечивает режимы записи, считывания и хранения информации, причём в любой момент времени возможен доступ к любой произвольно выбранной ячейке памяти. Это отражено в англоязычном названии ОЗУ – RAM (Random Access Memory – память с произвольным доступом). Доступ к этой информации в ОЗУ осуществляется очень быстро. Эта память составлена из сложных электронных микросхем и расположена внутри корпуса компьютера. Часть оперативной памяти отводится для хранения изображений, получаемых на экране монитора, и называется видеопамять. Чем больше видеопамять, тем более сложные и качественные картинки может выводить компьютер. Высокоскоростная кэш-память служит для увеличения скорости выполнения операций компьютером и используется при обмене данными между микропроцессором и RAM. Кэш-память является промежуточным запоминающим устройством (буфером). Существует два вида кэш-памяти: внутренняя, размещаемая внутри процессора и внешняя, размещаемая на материнской плате.

Внешняя память может быть с произвольным доступом и последовательным доступом. Устройства памяти с произвольным доступом позволяют получить доступ к произвольному блоку данных примерно за одно и то же время доступа.

Выделяют следующие основные типы устройств памяти с произвольным доступом:

1. Накопители на жёстких магнитных дисках (винчестеры, НЖМД) - несъемные жесткие магнитные диски. Ёмкость современных винчестеров от нескольких гигабайт до нескольких сотен гигабайт. На современных компьютерах это основной вид внешней памяти. Первые жесткие диски состояли из 2 дисков по 30 Мбайт и обозначались 30/30, что совпадало с маркировкой модели охотничьего ружья “Винчестер” - отсюда пошло такое название этих накопителей.

2. Накопители на гибких магнитных дисках (флоппи-дисководы, НГМД) – устройства для записи и считывания информации с небольших съемных магнитных дисков (дискет), упакованные в пластиковый конверт (3,5 дюймовых). Максимальная ёмкость 3,5 дюймовой дискеты - 1,44Мбайт.

3. Оптические диски (СD-ROM- Compact Disk Read Only Memory) - компьютерные устройства для чтения с компакт-дисков. CD-ROM диски получили распространение вслед за аудио-компакт дисками. Это пластиковые диски с напылением тонкого слоя светоотражающего материала, на поверхности которых информация записана с помощью лазерного луча. Лазерные диски являются наиболее популярными съемными носителями информации. При размерах 12 см в диаметре их ёмкость достигает 700 Мб. В настоящее время все более популярным становится формат компакт-дисков DVD-ROM, позволяющий при тех же размерах носителя разместить информацию объемом 4,3 Гб.

Устройства памяти с последовательным доступом позволяют осуществлять доступ к данным последовательно, т.е. для того, чтобы считать нужный блок памяти, необходимо считать все предшествующие блоки. Среди устройств памяти с последовательным доступом выделяют:

1. Накопители на магнитных лентах (НМЛ)– устройства считывания данных с магнитной ленты. Такие накопители достаточно медленные, хотя и большой ёмкости. Современные устройства для работы с магнитными лентами – стримеры –имеют увеличенную скорость записи 4 - 5Мбайт в сек. Магнитные ленты обычно используются для создания архивов данных для долговременного хранения информации.

2. Перфокарты – карточки из плотной бумаги и перфоленты – катушки с бумажной лентой, на которых информация кодируется путем пробивания (перфорирования) отверстий. Для считывания данных применяются устройства последовательного доступа. В настоящее время данные устройства морально устарели и не применяются.

Читайте также: