VII. Проверка усвоения учащимися нового материала.

Вопросы. “Верно ли утверждение, что …”

1. Наименьшей частицей внутренней памяти компьютера является бит. (Да)
2. Любая информация в памяти компьютера имеет десятичную форму, то есть состоит из нулей и единиц. (Нет)
3. Восемь подряд расположенных бит образуют байт памяти. Байты пронумерованы, начиная с нуля. (Да)
4. Внутренняя память: магнитные диски и ленты, оптические (лазерные) диски – CD-ROM, CD-RW, DVD-ROM (Нет)
5. Информация на внешних носителях имеет файловую организацию. (Да)

VIII. Подведение итогов. Д/з

Архитектура ЭВМ

Что такое долговременная память компьютера

Компьютер служит для увеличения эффективности работы человека. Но какую бы он имел ценность, если бы не мог хранить данные? В этом ему помогает основная и внешняя (долговременная) память компьютера. И хотя главной темой статьи является вторая, для полноты картины один раздел в рамках статьи будет уделён и первой.

Она включает в себя:

1. Оперативное запоминающее устройство. Является энергозависимым, и при выключении компьютера вся информация, которая на нем хранилась, пропадает.
2. Постоянное запоминающее устройство. Является энергонезависимым. В нём находится информация, которая не должна меняться. Прежде всего, к ней относится конфигурация ПК и программное обеспечение, что проводит тестирование компонентных устройств, прежде чем загрузить операционную систему. Также здесь хранится одна из самых важных составляющих – базовая система ввода/вывода, известная как BIOS. Следует отметить, что ПЗУ и долговременная память компьютера имеют много общего. Но из-за разницы в важности хранимой информации их разделяют.

Внешняя память

Так называют место, где на длительном хранении находятся разнообразные данные, которые на данный момент не используются оперативной составляющей компьютера. К ним относят различные программы, результаты расчетов, тексты и прочее.

Внешняя память является энергонезависимой. Также её удобно транспортировать в случаях, когда компьютеры не являются объединёнными в локальную или глобальную сеть. Чтобы работать с внешней памятью, необходимо обзавестись накопителем. Это специальное устройство(а), что обеспечивает запись и считывание информации. Также необходимыми являются механизмы хранения – носители.

Значительным отличием долговременной памяти от оперативной является то, что у неё нет прямой связи с процессором. Это доставляет определённые неудобства в виде необходимости усложнять строение ПК. Поэтому оперативная и долговременная память компьютера работают вместе: из второй данные передаются в первую, а потом через кэш или напрямую в процессор.

Что входит во внешнюю память?

Чтобы понимать, с чем мы имеем дело, необходимо представить себе данные устройства внешней памяти. Итак, к ней относятся:

1. Накопители на жестких магнитных дисках. Размер данных хранилищ используется как показатель объема информации, что может храниться на компьютере.
2. Накопители на гибких магнитных дисках. Устарели. Использовались, чтобы переносить программы и документы между компьютерами.
3. Накопители на компакт-дисках. Используются, чтобы хранить значительные объемы данных.
4. Флеш-накопители. Применяются для хранения значительных объемов данных в малых объектах.
5. К внешней памяти относятся все другие накопители, которые могут быть без проблем перемещены к другим компьютерам. Как правило, устарели и вышли из обращения.

Классифицируем

Запоминающие устройства делят на виды и категории. В качестве краеугольного камня принимают принципы их функционирования, эксплуатационно-технические, программные, физические и другие характеристики. Каждое устройство имеет свою технологию записи/хранения/воспроизведения цифровой информации. Основные характеристики, которые имеют важность для пользователей (по ним же можно провести классификацию):

1. Скорость обмена данными.
2. Информационная емкость.
3. Надежность хранения данных.
4. Стоимость.

Вот по таким параметрам и отличаются запоминающие устройства. Конечно, есть ещё много различных характеристик, но они будут интересны исключительно профессионалам.

Магнитные устройства

Принцип работы данных приборов базируется на хранении информации, при котором используются магнитные свойства материалов. В самих устройствах, как правило, имеются составляющие, отвечающие за чтение/запись и магнитный носитель, на котором всё хранится. Последний делят на виды в зависимости от их физико-технических характеристик и особенностей исполнения. Чаще всего выделяют ленточные и дисковые устройства. Они имеют общую технологию: так, с помощью намагничивания переменным магнитным полем наносится и считывается информация. Данные процессы обычно выполняют вдоль концентрических полей. Это специальные дорожки, что находятся по всей плоскости вращающегося носителя. Записывание осуществляется в цифровом коде.

Намагничивание совершается благодаря использованию головок чтения/записи. Они представляют собой как минимум два управляемых магнитных контура с сердечниками. На их обмотки подаётся переменное напряжение. Если его величина меняется, то это же относится и к направлению линий магнитного поля. Когда происходит этот процесс, значение бита информации меняется с 0 на 1 или с 1 на 0. Вот так устроено это устройство долговременной памяти компьютера.

Несмотря на кажущуюся сложность и медленность работы такой схемы, смеем вас заверить, что данные предположения являются неоправданными. Так, компьютер из современных жестких магнитных дисков может за отдельные моменты времени извлекать огромнейшие массивы информации. Если выводить коэффициент эффективности, то устройства внешней памяти, выпущенные в последние несколько лет, будут иметь его в сотни и тысячи раз больший, чем те, что были созданы два десятилетия назад.

Организация

Данные для операционной системы систематизируются и объединяются в секторы и дорожки. Последние в количестве сорока или восьмидесяти штук являются узкими концентрическими кольцами на диске. Каждая дорожка делится на отдельные части, которые называют секторами. Когда осуществляется чтения или запись, то всегда считывается их целое число. И это не зависит от объема информации, что запрашивается. Размер одного сектора равен 512 байтам.

Также следует ознакомиться с таким термином, как цилиндр. Так называют общее количество дорожек, с которого можно считать информацию без перемещения головок. Ячейкой размещения данных (или кластером) называют самую малую область диска, что используется операционной системой для записи файлов. Обычно под ними понимают один или несколько секторов.

О накопителях. Жесткие диски

Наибольшую важность для работы с современными компьютерами в качестве хранилищ информации для нас имеют жесткие диски. В них в одном корпусе часто объединяют непосредственно носитель, устройство чтения/записи и интерфейсную часть (часто называемую также контроллером). Вот такие приборы объединяются в специальные камеры, где они находятся на одной оси и работают с блоком головок и общим приводящим механизмом. Жесткие диски на данный момент являются наиболее вместимыми широко используемыми устройствами – сейчас мало кого сможет удивить хранилище информации на 1 или даже 10 Терабайт. Но это всё же сказывается на скорости выполнения операции. Так, когда только начинается работа, процесс считывания данных может занять не один десяток секунд. Хотя, если сравнивать с более старыми моделями, прогресс быстродействия налицо.

О накопителях: переносные устройства

Жесткие диски, как уже неоднократно подчеркивалось, могут хранить в себе значительные объемы данных, однако их перестановка с одного компьютера на другой не является легким делом. И тут на помощь приходят переносные устройства.

Это специальные механизмы, посредством которых можно без значительных проблем перебрасывать данные между разными компьютерами. Объем внешней памяти у них не такой большой, как у жестких дисков, но благодаря лёгкости транспортировки и подсоединению (а затем считыванию информации) они нашли свою нишу. Сейчас наиболее популярными являются два типа подобных устройств: флеш-накопители и оптические диски. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, но в мире уже давно наметилась тенденция на его постепенный захват первым типом приборов.

Заключение

Как видите, к долговременной памяти компьютера относится довольно много различных устройств. Все они обеспечивают хранение данных на протяжении значительного периода времени, а также возможность их извлечения.

Подытожив, можно сказать, что долговременная память компьютера полностью выполняет возложенный на неё функционал.

Компью́терная па́мять (устройство хранения информации, запоминающее устройство) — часть вычислительной машины, физическое устройство или среда для хранения данных, используемая в вычислениях в течение определённого времени. Память, как и центральный процессор, является неизменной частью компьютера с 1940-х годов. Память в вычислительных устройствах имеет иерархическую структуру и обычно предполагает использование нескольких запоминающих устройств, имеющих различные характеристики.

В персональных компьютерах «памятью» часто называют один из её видов — динамическая память с произвольным доступом (DRAM), — которая используется в качестве ОЗУ персонального компьютера.

Задачей компьютерной памяти является хранение в своих ячейках состояния внешнего воздействия, запись информации. Эти ячейки могут фиксировать самые разнообразные физические воздействия. Они функционально аналогичны обычному электромеханическому переключателю и информация в них записывается в виде двух чётко различимых состояний — 0 и 1 («выключено»/«включено»). Специальные механизмы обеспечивают доступ (считывание, произвольное или последовательное) к состоянию этих ячеек.

Процесс доступа к памяти разбит на разделённые во времени процессы — операцию записи (сленг. прошивка, в случае записи ПЗУ) и операцию чтения, во многих случаях эти операции происходят под управлением отдельного специализированного устройства — контроллера памяти.

Также различают операцию стирания памяти — занесение (запись) в ячейки памяти одинаковых значений, обычно 00₁₆ или FF₁₆.

Наиболее известные запоминающие устройства, используемые в персональных компьютерах: модули оперативной памяти (ОЗУ), жёсткие диски (винчестеры), дискеты (гибкие магнитные диски), CD- или DVD-диски, а также устройства флеш-памяти.

Содержание

Функции памяти [ править | править код ]

Компьютерная память обеспечивает поддержку одной из функций современного компьютера, — способность длительного хранения информации. Вместе с центральным процессором запоминающее устройство являются ключевыми звеньями так называемой архитектуры фон Неймана, — принципа, заложенного в основу большинства современных компьютеров общего назначения.

Первые компьютеры 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, перекоммутации, перестройки блоков и устройств и т. д. Использование архитектуры фон Неймана, предусматривающей хранение компьютерных программ и данных в общей памяти, коренным образом переменило ситуацию.

Любая информация может быть измерена в битах и потому, независимо от того, на каких физических принципах и в какой системе счисления функционирует цифровой компьютер (двоичной, троичной, десятичной и т. п.), числа, текстовая информация, изображения, звук, видео и другие виды данных можно представить последовательностями битовых строк или двоичными числами. Это позволяет компьютеру манипулировать данными при условии достаточной ёмкости системы хранения (например, для хранения текста романа среднего размера необходимо около одного мегабайта).

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

Физические основы функционирования [ править | править код ]

В основе работы запоминающего устройства может лежать любой физический эффект, обеспечивающий приведение системы к двум или более устойчивым состояниям. В современной компьютерной технике часто используются физические свойства полупроводников, когда прохождение тока через полупроводник или его отсутствие трактуются как наличие логических сигналов 0 или 1. Устойчивые состояния, определяемые направлением намагниченности, позволяют использовать для хранения данных разнообразные магнитные материалы. Наличие или отсутствие заряда в конденсаторе также может быть положено в основу системы хранения. Отражение или рассеяние света от поверхности CD, DVD или Blu-ray-диска также позволяет хранить информацию.

Классификация типов памяти [ править | править код ]

Следует различать классификацию памяти и классификацию запоминающих устройств (ЗУ). Первая классифицирует память по функциональности, вторая же — по технической реализации. Здесь рассматривается первая — таким образом, в неё попадают как аппаратные виды памяти (реализуемые на ЗУ), так и структуры данных, реализуемые в большинстве случаев программно.

Доступные операции с данными [ править | править код ]

• Память только для чтения (read-only memory, ROM)
• Память для чтения/записи

Память на программируемых и перепрограммируемых ПЗУ (ППЗУ и ПППЗУ) не имеет общепринятого места в этой классификации. Её относят либо к подвиду памяти «только для чтения» [1] , либо выделяют в отдельный вид.

Также предлагается относить память к тому или иному виду по характерной частоте её перезаписи на практике: к RAM относить виды, в которых информация часто меняется в процессе работы, а к ROM — предназначенные для хранения относительно неизменных данных [1] .

Метод доступа [ править | править код ]

• Последовательный доступ (англ. sequential access memory, SAM ) — ячейки памяти выбираются (считываются) последовательно, одна за другой, в очерёдности их расположения. Вариант такой памяти — стековая память.
• Произвольный доступ (англ. random access memory, RAM ) — вычислительное устройство может обратиться к произвольной ячейке памяти по любому адресу.

Организация хранения данных и алгоритмы доступа к ним [ править | править код ]

• Адресуемая память — адресация осуществляется по местоположению данных.
• Ассоциативная память (англ. associative memory, content-addressable memory, CAM ) — адресация осуществляется по содержанию данных, а не по их местоположению (память проверяет наличие ячейки с заданным содержимым, и если таковая(ые) присутствует(ют) возвращает её(их) адрес(а) или другие данные с ней(ними) ассоциированные).
• Магазинная (стековая) память (англ. pushdown storage ) — реализация стека.
• Матричная память (англ. matrix storage ) — ячейки памяти расположены так, что доступ к ним осуществляется по двум или более координатам.
• Объектная память (англ. object storage ) — память, система управления которой ориентирована на хранение объектов. При этом каждый объект характеризуется типом и размером записи.
• Семантическая память (англ. semantic storage ) — данные размещаются и списываются в соответствии с некоторой структурой понятийных признаков.

Назначение [ править | править код ]

• Буферная память (англ. buffer storage ) — память, предназначенная для временного хранения данных при обмене ими между различными устройствами или программами.
• Временная (промежуточная) память (англ. temporary (intermediate) storage ) — память для хранения промежуточных результатов обработки.
• Кеш-память (англ. cache memory ) — часть архитектуры устройства или программного обеспечения, осуществляющая хранение часто используемых данных для предоставления их в более быстрый доступ, нежели кэшируемая память.
• Корректирующая память (англ. patch memory ) — часть памяти ЭВМ, предназначенная для хранения адресов неисправных ячеек основной памяти. Также используются термины relocation table и remap table.
• Управляющая память (англ. control storage ) — память, содержащая управляющие программы или микропрограммы. Обычно реализуется в виде ПЗУ.
• Разделяемая память или память коллективного доступа (англ. shared memory, shared access memory ) — память, доступная одновременно нескольким пользователям, процессам или процессорам.

Организация адресного пространства [ править | править код ]

• Реальная или физическая память (англ. real (physical) memory ) — память, способ адресации которой соответствует физическому расположению её данных;
• Виртуальная память (англ. virtual memory ) — память, способ адресации которой не отражает физического расположения её данных;
• Оверлейная память (англ. overlayable storage ) — память, в которой присутствует несколько областей с одинаковыми адресами, из которых в каждый момент доступна только одна.

Удалённость и доступность для процессора [ править | править код ]

• Первичная память (сверхоперативная, СОЗУ) — доступна процессору без какого-либо обращения к внешним устройствам.

• регистры процессора (процессорная или регистровая память) — регистры, расположенные непосредственно в АЛУ;
• кэш процессора — кэш, используемый процессором для уменьшения среднего времени доступа к компьютерной памяти. Разделяется на несколько уровней, различающихся скоростью и объёмом (например, L1, L2, L3).

Положение структур данных, расположенных в основной памяти, в этой классификации неоднозначно. Как правило, их вообще в неё не включают, выполняя классификацию с привязкой к традиционно используемым видам ЗУ [2] .

Персональный компьютер в основном используется для того, чтобы увеличить эффективность работы человека. Но какова была бы ценность этого устройства, если бы оно не могло хранить данные? В этом ему помогает долговременная память. Темой данного обзора будет внешняя долговременная память, но для полноты картины не лишним также будет уделить внимание основной долговременной памяти.

Что относится к основной памяти?

Основная память прежде всего включает в себя оперативное запоминающее устройство. Это энергозависимая память. При выключении компьютера вся информация, которая на ней хранилась, исчезнет. К основной памяти также относится постоянное запоминающее устройство. Оно является энергонезависимым. В нем хранится та информация, которая меняться не должна. К таковой прежде всего относится конфигурация персонального компьютера, программное обеспечение, предназначенное для проведения тестирования компонентных устройств перед загрузкой операционной системы. Здесь также хранится одна из важнейших составляющих – BIOS или базовая система ввода/вывода. Стоит отметить, что у долговременной памяти компьютера и ПЗУ имеется много общего. Но все-таки их разделяют из-за важности хранимой информации.

Внешняя память

Внешней памятью называют место, в котором на длительном хранении размещены разнообразные данные, не использующиеся в данный момент в оперативной составляющей ПК. К таким данным можно отнести тексты, различные программы, результаты расчетов и так далее. Внешняя память компьютера является энергозависимой. Ее удобно транспортировать в тех случаях, когда компьютеры не являются объединенными в глобальную или локальную сеть. Для работы с внешней памятью, пользователю придется обзавестись накопителем.

Так называют специальное устройство, которое обеспечивает запись и считывание информации. Необходимыми также являются механизмы хранения. Значительное отличие долговременной памяти компьютера от оперативной заключается в том, что у нее нет прямой связи с процессором. Это может доставить некоторые неудобства при необходимости усложнить строение персонального компьютера. По этой причине долговременная и оперативная память ПК работают вместе. Данные из первой передаются во вторую, а потом напрямую или через кэш в процессор. Что относится к внешней памяти? Чтобы понимать, с чем вам придется иметь дело, нужно представлять, что является устройствами внешней памяти. К ней относятся:

— накопители на жестких магнитных дисках. Размер данных хранилищ используется в качестве показателя объема информации, которая может храниться на персональном компьютере.
— накопители на гибких магнитных дисках: считаются устаревшими устройствами, ранее использовались для переноса информации и программ между компьютерами.
— накопители на дисках: использовались для хранения значительных объемов информации.
— флэш-накопители: используются для хранения значительных объемов данных в небольших объектах. Также к внешней памяти относятся все остальные накопители, которые могут без проблем перемещаться от компьютера к компьютеру.

Классификация

Все запоминающие устройства делятся на категории и виды. В качестве краеугольного камня принимают принципы их функционирования, программные, эксплуатационно-технические, физические и прочие характеристики. Каждое устройство обладает своей технологией записи/хранения/воспроизведения цифровой информации. Основными характеристиками, которые имеют значение для пользователей, являются:

— информационная емкость;
— скорость обмена данными;
— надежность хранения информации;
— стоимость.

Именно по таким параметрам запоминающие устройства отличаются друг от друга. Конечно, существует еще множество различных характеристики, но интересны они будут скорее всего только профессионалам.

Магнитные устройства

Принцип работы устройств данного типа основан на хранении информации, при котором используются магнитные свойства материалов. Как правило, в самих устройствах имеются составляющие, отвечающие за чтение и запись информации на магнитный носитель, на котором все и хранится. Данные носители могут отличаться в зависимости от особенностей исполнения и физико-технических характеристик. Как правило используются дисковые и ленточные устройства. Они имеют общую технологию. Так, например, за счет намагничивания переменным магнитным полем информация наносится и считывается. Обычно данные процессы выполняются вдоль концентрических полей. Так называют специальные дорожки, которые находятся во всей плоскости вращающегося носителя. Запись информации осуществляется в цифровом коде. Для совершения намагничивания используются головки чтения и записи, которые представляют собой два управляемых магнитных контура с сердечниками. На обмотки данных контуров подается переменное напряжение.

Если величина данного напряжения будет изменяться, то это же относится и к направлению линий магнитного поля. Когда данный процесс происходит, значение бита информации меняется с единицы на ноль, или наоборот. Вот каким образом устроена долговременная память компьютера. Несмотря на низкую скорость работы и кажущуюся сложность такой схемы, можно смело сказать, что все предположения являются неоправданными. Таким образом, за отдельные моменты времени компьютер из современных жестких магнитных дисков может извлекать огромные массивы информации. Если вывести коэффициент эффективности такой системы, то устройства внешней памяти, выпущенные в последние годы, будут демонстрировать значение в сотни и тысячи раз превосходящее аналогичный показатель у устройств, выпущенных пару десятилетий назад.

Организация

Данные для операционной системы систематизируются и объединяются в дорожки и секторы. Дорожки в количестве восьмидесяти или сорока штук являются узкими концентрическими кольцами на диске. Каждая дорожка может быть разделена на отдельные части, которые также называют секторами. При осуществлении чтения или записи, всегда считывается целое количество секторов. Причем вне зависимости от объема запрашиваемой информации. Размер одного сектора составляет 512 байт. Следует также ознакомится с таким понятием, как цилиндр. Этим термином называют общее количество дорожек, с которого без перемещения головок можно считать информацию. Под ячейкой для размещения данных понимают самую малую область диска, которая используется операционной системой для записи файлов. Под ними обычно понимают один или несколько секторов.

Накопители. Жесткие диски

При работе с современными компьютерными системами наибольшую важность имеют такие устройства, как жесткие диски. В них в одном корпусе, как правило, объединены непосредственно сам носитель информации, интерфейсная часть или контролер и устройство чтения/записи. Данные приборы объединяются в специальные камеры. Здесь они находятся на одной оси и работают с блоком головок и общим приводящим механизмом. На данный момент жесткие диски являются наиболее вместимыми и широко используемыми устройствами. Сегодня никого уже не удивляет хранилище объемом 1 или 10 Тб. Однако данный параметр все-таки сказывается на скорости выполнения операций. Процесс считывания данных с такого носителя может занимать не один десяток секунд. Если сравнивать с более старыми моделями накопителей, прогресс быстродействиям все-таки виден налицо.

Переносные устройства

Как уже неоднократно подчеркивалось ранее, жесткие диски могут хранить в себе значительные объемы информации. Однако процесс их перестановки с одного персонального компьютера на другой – дело довольно непростое. В этом случае на помощь придут переносные устройства. Они представляют собой специальные механизмы, с помощью которых можно без особых проблем переносить данные между различными персональными компьютерами. Конечно, данные устройства имеют не такой большой объем внешней памяти, как жесткие диски. Но они все же смогли найти свою нишу благодаря легкости транспортировки и подключения. Сегодня наибольшей популярностью пользуются два типа подобных устройств: это оптические диски и флэш-накопители. У каждого из этих накопителей имеются свои недостатки и преимущества.

Основные части ЭВМ процессор, внешняя память, монитор, клавиатура

Автоматизированные информационные технологии — учебное пособие

Урок 6. основополагающие принципы устройства компьютеров — Информатика — 10 класс

Информатика, 10 класс. Урок № 6.

Тема — Основополагающие принципы устройства компьютеров

Во второй половине XX века два крупнейших ученых независимо друг от друга сформулировали основные принципы построения компьютера.

К основополагающим принципам Неймана-Лебедева можно отнести следующие:

1. Состав основных компонентов вычислительной машины.

2. Принцип двоичного кодирования.

3. Принцип однородности памяти.

4. Принцип адресности памяти.

5. Принцип иерархической организации памяти.

6. Принцип программного управления.

Рассмотрим подробно каждый из принципов Неймана-Лебедева. Любое устройство, предназначенное для автоматических вычислений, должно содержать определённый состав основных компонентов: блок обработки данных, блок управления, блок памяти и блоки ввода/вывода информации.

Перечисленные в функциональной схеме блоки есть и у современных компьютеров. К ним относятся:

1. Арифметико-логическое устройство — АЛУ, в котором происходит обработка данных.
2. Устройство управления (УУ) отвечает за выполнение программы и согласование взаимодействий всех узлов компьютера. В современных компьютерах АЛУ и УУ изготавливаются в виде единой интегральной схемы — микропроцессора.
3. Память — устройство, где хранятся программы и данные. Различают внутреннюю и внешнюю память. Основная часть внутренней памяти предназначена для оперативного хранения программ и данных, её принято называть оперативным запоминающим устройством — ОЗУ. К внутренней памяти относится и ПЗУ (постоянное запоминающее устройство, англ. ROM — Read Only Memory для диктора рид онли мемори), в нём содержится программа начальной загрузки компьютера. Основное отличие ПЗУ от ОЗУ заключается в том, что при решении задач пользователя содержимое ПЗУ не может быть изменено. Внешняя память, называемая ещё долговременной, используется для длительного хранения программ и данных.
4. Устройства ввода используются для преобразования данных в удобную для обработки компьютером форму.
5. Устройства вывода преобразуют работу ЭВМ в удобную для восприятия человеком форму.

Отличительной особенностью функциональной схемы компьютеров первых поколений от являлось то, что программное управление всеми процессами ввода-вывода происходило от процессора.

Рассмотрим принцип двоичного кодирования информации. Он заключается в том, что в ЭВМ используется двоичная система счисления. Это означает, что любая информация, предназначенная для обработки на компьютере, а также и программы, представляются в виде двоичного кода, т. е. последовательности нулей и единиц.

Благодаря использованию двоичного кодирования для представления не только данных, но и программ, форма их представления становится одинаковой, а это означает, что их можно хранить в единой памяти, поскольку нет принципиальной разницы между двоичным представлением машинной команды, числа, символа и др. В этом заключается принцип однородности памяти.

Оперативная память компьютера представляет собой набор битов — однородных элементов с двумя устойчивыми состояниями, одно из которых соответствует нулю, другое — единице. Группы соседних битов объединяются в ячейки памяти, которые пронумерованы, т. е. имеют свой адрес. Это соответствует принципу адресности памяти.

На современных компьютерах может одновременно извлекаться из памяти и обрабатываться до 64 разрядов, т. е. восьми байтовых ячеек. Это стало возможным при реализации принципа параллельной обработки данных.

С позиции пользователя существуют два противоречивых требования, предъявляемых к памяти компьютера: память должна быть как можно больше, а скорость работы — как можно быстрее.

Противоречие заключается в том, что при увеличении объёма памяти неизбежно уменьшается скорость работы, поскольку увеличивается время на поиск данных. С другой стороны, более быстрая память является и более дорогой, что увеличивает общую стоимость компьютера.

Преодолением противоречия между объёмом памяти и её быстродействием стало использование нескольких различных видов памяти, связанных друг с другом. В этом состоит принцип иерархической организации памяти.

Основным отличием компьютеров от любых других технических устройств является программное управление их работой.

Важным элементом устройства управления является счётчик адреса команд, где в любой момент времени хранится адрес следующей по порядку выполнения команды. Используя значение из счётчика, процессор поочередно считывает из памяти команду программы, расшифровывает её и выполняет. Действия выполняются до завершения работы программы.

Современные персональные компьютеры разнообразны — это и настольные, и переносные, и планшетные устройства. Они различаются по размерам, назначению, но фунциональное устройство у них одинаковое.

Оно определяется архитектурой персонального компьютера.

Архитектура — это наиболее общие принципы построения компьютера, отражающие программное управление работой и взаимодействием его основных функциональных узлов.

Для рассмотрения взаимодействие основных функциональных узлов обратимся к функциональной схеме компьютера.

На ней представлены основные узлы современного компьютера, к которым, как вам уже известно, относятся процессор, внутренняя память, устройства ввода, устройства вывода и внешняя память.

В компьютерах с классической фон-неймановской архитектурой все процессы ввода-вывода находились под управлением процессора. Поскольку процессор является самым быстрым устройством, то любое обращение к устройствам ввода-вывода и ожидание отклика от них замедляло общее время работы.

В современных компьютерах эту проблему решают специальные электронные схемы, которые обеспечивают обмен данных между процессором и внешними устройствами. Они называются контрОллерами, а на функциональной схеме они обозначены буквой К.

При наличии контроллеров данные могут передаваться по магистрали между внешними устройствами и внутренней памятью без использования процессора.

Это существенно снижает нагрузку на работу центрального процессора, а значит приводит к повышению эффективности работы всей вычислительной системы.

Обмен данными между устройствами осуществляется с помощью магистрали.

Магистраль (шина) — устройство для обмена данными между устройствами компьютера.

Магистраль включает в себя шину адреса, шину данных и шину управления.

Шина адреса используется для указания физического адреса устройства;

Шина данных используется для передачи данных между узлами компьютера;

Шина управления организует сам процесс обмена (сигналы чтение/запись, данные готовы/не готовы, обращение к внутренней/внешней памяти и др.)

В современных компьютерах применяется магистрально-модульная архитектура, главное достоинство которой лежит в гибкости конфигурации, т. е. возможности изменить конфигурацию компьютера путём подключения к шине новых внешних устройств, а также замене старых внешних устройств.

Если спецификация на шину опубликована производителем, т. е. является открытой, то говорят о принципе открытой архитектуры. В этом случае пользователь самостоятельно может выбрать дополнительные устройства для формирования компьютерной системы, учитывающей именно его предпочтения.

Мир современных компьютеров широк и многообразен. Персональные компьютеры давно стали многоядерными. Это относится в том числе к смартфонам и планшетным компьютерам.

Однако, существуют не только персональные компьютеры, но и значительно более нагруженные вычислительные системы. Мы начали урок с путешествия в один из дата-центров Яндекса и вы видели огромное количество серверов, которые позволяет обеспечивать пользователей качественными сервисами в режиме 24х7 с высокой скоростью доступа.

Существуют сегодня и суперкомпьютеры, способные решать научные задачи, производить вычисления, связанные с космическими телами, исследованиями микромира и др.

Технические характеристики электронной техники находятся вблизи предельных значений, а это означает необходимость новых технологических решений. Сегодня ведутся исследования в области нанотехнологий, квантовых и биологических компьютеров. Одна из задач вашего поколения — найти новые технологические решения для увеличения мощности компьютеров будущего.

Внешняя память — обзор

8.10 Резюме

Благодаря быстрому увеличению размера и времени последовательного доступа, а также быстрому снижению цен в этой главе мы изучили алгоритмы внешнего поиска (в памяти), которые исследуют граф проблем с использованием жестких дисков. .

Алгоритмы поиска на графике, такие как BFS, поиск в глубину и A *, используют обнаружение дубликатов, чтобы распознать, когда один и тот же узел достигается по альтернативным путям в графе. Это традиционно включает в себя хранение уже исследованных узлов в оперативной памяти (RAM) и проверку вновь сгенерированных узлов на соответствие сохраненным узлам.Однако ограниченный размер ОЗУ создает узкое место в памяти, которое серьезно ограничивает круг проблем, которые можно решить с помощью этого подхода. Все умные методы, которые были разработаны для поиска с ограниченной оперативной памятью, в конечном итоге ограничены с точки зрения масштабируемости, и многие практические задачи поиска по графу слишком велики, чтобы их можно было решить с помощью любого из этих методов. Использование виртуальной памяти замедляет исследование из-за чрезмерного количества ошибок страниц. Мы показали, что масштабируемость алгоритмов поиска по графам можно значительно улучшить, используя внешнюю память, например диск, для хранения сгенерированных узлов для использования при обнаружении дубликатов.Однако для этого требуются очень разные стратегии поиска, чтобы преодолеть разницу в шесть порядков в скорости произвольного доступа между ОЗУ и диском.

Доступ к диску контролируется алгоритмами исследования, а не базовой операционной системой. Таким образом, дизайн алгоритма в основном касается локальности доступа. Эффективные конструкции обеспечивают альтернативные реализации внутренней хеш-таблицы и позволяют обнаруживать дубликаты с задержкой . Если на диске становится мало места, по запросу вызывается раннего слияния отложенных обнаружений дубликатов.При обнаружении дубликатов на основе хэша грубые хеш-коды эффективны для ускорения внешней сортировки. Если в соответствии с хеш-значением соседние наборы помещаются в основную память, так называемое обнаружение структурированных дубликатов гарантирует, что все дубликаты будут обнаружены в RAM.

Разделение пространства состояний на сегменты имеет много общего с алгоритмом символьного (слепого и эвристического) поиска в главе 7. Поскольку исследование является явным, дубликаты в одном сегменте должны быть найдены внешней сортировкой, за которой следует операция внешнего сканирования.

Внешняя BFS была обнаружена для явного поиска по графу, но гораздо более эффективна при неявном поиске по графу, поскольку не требуется доступа к списку смежности. Некоторые алгоритмические методы, такие как предварительная обработка явного графа, становятся устаревшими, в то время как другие, такие как конвейерная обработка, становятся более привлекательными. При использовании одного файла в качестве очереди внешняя BFS является оптимальной для операций ввода-вывода в неориентированных графах (разреженных или нет). Если посмотреть на ориентированные графы, еще раз, расположение проблемных графов становится важным критерием для определения области обнаружения дубликатов.Помимо сортировки, это больше всего влияет на сложность ввода-вывода.

Учитывая оптимальную границу решения, внешний A * и внешний эвристический поиск в ширину работают с растущим значением g и, таким образом, исследуют одни и те же наборы состояний. Хотя внешний A * имеет некоторые трудности в достижении оптимальной эффективности в очень разреженных графах (например, цепочки состояний), вызывая чрезвычайно длинные решения (файловые буферы необходимы для каждого активного сегмента), внешний эвристический поиск в ширину будет иметь трудности при поиске с помощью неизвестная глубина решения (при повышении порога новые состояния практически не втискиваются в существующие файлы).

Мы расширили поиск во внешней памяти от детерминированной до общей модели поиска, которая включает недетерминированные и вероятностные пространства поиска, такие как MDP. В отличие от детерминированной настройки, алгоритм итерации внешнего значения генерирует весь набор достижимых состояний, требует много проходов по проблемному графу и работает с ребрами проблемного графа, а не с узлами проблемного графа.

Таблица 8.6 дает обзор внешних алгоритмов, представленных в этой главе.Чтобы упростить обозначение сложностей, мы предполагаем, что постоянная локальность подразумевает структуры неориентированного графа, и используем | G | для сокращения | V | + | E |. Тем не менее, большинство алгоритмов распространяется на целочисленные веса ребер и ориентированные графы. В ориентированных графах необходимо пройти по большему набору сегментов, чтобы вычесть дубликаты из более ранних уровней поиска. В взвешенных графах необходимо адресовать несмежные сегменты. Явный поиск по графу эффективен только для подклассов обычных графов. Для внешнего BFS и внешнего A * с отложенным обнаружением дубликатов у нас есть соответствующая нижняя граница.

Таблица 8.6. Обзор алгоритмов внешнего поиска. Сложности предполагают постоянную местность; MR — алгоритм Мунагалы и Ранаде; MM — алгоритм Мельхорна и Мейера.

Структурированное обнаружение дубликатов присвоено I / O сложность O (| G |), которая очевидна, если функция проекции тождественна. Теоретически такая наихудшая производительность может иметь место в любой абстракции, которая заставляет одноэлементные узлы извлекаться с диска. Что касается алгоритмов , не обращающих внимания на кеш-память, стоит упомянуть, что локализованное исследование, использующее ОЗУ и жесткие диски, также оптимизирует производительность кеш-памяти ЦП.

С появлением технологии твердотельных дисков немедленное обнаружение дубликатов стало управляемым, что дает большую гибкость при выборе стратегии исследования. Мониторинг производительности ЦП предполагает наличие ожидания ввода-вывода, но не перегрузки. При уменьшении времени произвольного доступа SSD-накопители, вероятно, станут достаточно быстрыми, чтобы увеличить загрузку ЦП до полной скорости, что сделает SSD полностью прозрачным для пользователя. Сжатие, вероятно, наиболее эффективная стратегия, требует значительного объема оперативной памяти, которая, согласно текущему соотношению пространства между ОЗУ и твердотельными накопителями, все еще не является узким местом.

SD-карта и передача файлов с устройства

Используйте эту страницу для передачи файлов между устройством, SD-картой или компьютером. Многие устройства не имеют опции SD-карты, например устройства Apple. Проверьте общие процедуры, чтобы узнать, есть ли в устройстве SD-карта. Вы также можете передавать файлы с помощью Samsung Smart Switch или Samsung Kies.

SD-карта

Объем памяти SD-карты и номинальная скорость зависят от производителя оборудования. Использование SD-карты без соответствующего класса скорости может работать для базового хранилища. Расширенные функции, такие как запись HD-видео, передача файлов или приложения, использующие SD-карту, могут вызвать зависание, сбои, медленную работу или ошибки.Если вы видите эти проблемы с SD-картой, вставленной в смартфон, перейдите на более быструю SD-карту. Обратитесь к следующим классификациям, чтобы определить, какая SD-карта лучше всего подходит для вашего смартфона.

• Объем памяти: Ограничения зависят от смартфона; проверьте технические характеристики, чтобы определить поддерживаемый размер.
  • Хранение или размер SD-карты означает, сколько памяти карта имеет для хранения музыки, изображений, видео, приложений или других файлов.
  • Карта большей емкости увеличивает объем данных, которые могут быть сохранены.Большинство смартфонов могут принимать SD-карты только до определенного предела размера.
• Размер: Это относится к физическому размеру карты. Большинство смартфонов поддерживают карты памяти micro SD.
• Класс скорости: T-Mobile рекомендует SD-карты с Class 6 или UHS Class 1 или выше. Классы скорости SD-карты отличаются от рейтингов скорости.
  • Номинальная скорость — это максимальная скорость карты, а также то, что вы примерно ожидаете увидеть при типичном использовании записи или чтения файлов на карте.
  • Класс скорости — это минимальная скорость на основе теста наихудшего сценария. Класс печатается на SD-картах как номер и даже внутри C . Класс UHS — это нечетный номер внутри U . Обычно это одна цифра, которую можно прочитать как МБ / с. Например, если SD-карта имеет рейтинг U, равный 1, класс скорости будет 10 МБ / с. Чем выше класс, тем быстрее данные могут быть последовательно записаны, прочитаны или переданы на телефон.T-Mobile не рекомендует на основе номинальной скорости.

Передача файлов — SD-карта

Это универсальные шаги, и покупатели должны вернуться к руководству OEM или пользователю, чтобы узнать о конкретных шагах для своего устройства. Apple, BlackBerry Android и Windows Phone не поддерживают перемещение файлов из памяти устройства на SD-карту.

Android — HTC

1. Подключите шнур USB к телефону, а затем к компьютеру.
2. Для достижения наилучших результатов используйте кабель USB, который идет в комплекте с телефоном.
3. Щелкните Открыть папку для просмотра файлов и щелкните ОК .
4. Найдите файлы, которые вы хотите переместить.
5. Вырежьте или скопируйте и вставьте требуемый файл (ы) из внутренней памяти на SD-карту.
6. Tap Отключить накопитель от ПК

Android — LG

1. Нажмите Диспетчер файлов> Все файлы .
2. Tap Внутренняя память .
3. Перейдите к нужному файлу или папкам, которые вы хотите переместить на SD-карту.
4. Коснитесь значка управления файлами (стрелка вниз).
5. Установите флажок слева от каждого нужного файла или папки.
6. Tap SD-карта .
7. Перейдите на SD-карту туда, куда вы хотите переместить файлы или папки.
8. Нажмите Переместите .

Android — Samsung

1. На любом главном экране нажмите «Приложения».
2. Нажмите Мои файлы .
3. Нажмите Память устройства .
4. Перейдите в памяти устройства к файлам, которые хотите переместить на внешнюю SD-карту.
5. Нажмите ЕЩЕ , затем нажмите Изменить .
6. Поставьте отметку рядом с файлами, которые хотите переместить.
7. Нажмите ЕЩЕ , затем нажмите Переместить .
8. Tap Карта памяти SD .
9. Переместитесь на внешней карте памяти туда, куда вы хотите переместить файлы или папки.
10. Нажмите Перейти к .
11. Чтобы скопировать файл, нажмите Вставить сюда .

BlackBerry OS

1. На главном экране прокрутите и выберите Все .
2. Прокрутите и выберите Media .
3. Нажмите кнопку Menu .
4. Прокрутите и выберите Изучить .
5. На экране папок с файлами выберите Media Card или Device . .
6. Перейдите к файлу, который хотите скопировать.
7. Нажмите кнопку Menu .
8. Прокрутите и выберите Копировать .
9. Вернитесь к экрану папок с файлами.
10. Прокрутите и выберите Device или Media Card .
11. Перейдите в папку, в которую вы хотите скопировать файл.
12. Нажмите кнопку Menu .
13. Прокрутите и выберите Вставить .

Передача файлов — ПК

Это универсальные шаги для устройств Android, Apple и Windows Phone, использующих автозапуск Windows. BlackBerry требует, чтобы вы сначала загрузили и установили ссылку BlackBerry. Имейте в виду, что в зависимости от компьютера и устройства названия некоторых меню или функций могут отличаться.

1. С помощью USB-кабеля из комплекта телефона подключите телефон к компьютеру.
2. При необходимости коснитесь на телефоне строки состояния , перетащите вниз, чтобы открыть экран Уведомление , коснитесь USB подключен , затем коснитесь USB для … уведомления.
3. На вашем компьютере Windows Autoplay подключится к устройству. Нажмите Открыть папку для просмотра файлов > ОК , когда появится запрос. Другие варианты передачи могут появиться в зависимости от того, какое программное обеспечение у вас на компьютере, например Samsung Kies, приложения Microsoft и т. Д.
4. Когда откроется окно «Съемный диск», нажмите Открыть папку для просмотра файлов > ОК . Появится несколько папок с файлами (которые есть на вашем телефоне):
   • В одной папке есть файлы, сохраненные в памяти вашего телефона.
   • В одной папке хранятся файлы на SD-карте.
5. Найдите папку, содержащую файлы, сохраненные на SD-карте, и щелкните, чтобы открыть ее.
6. Выполните одно из следующих действий:
   • Переместите файлы с компьютера на SD-карту
     1. Найдите файлы, которые вы хотите переместить с вашего компьютера.
     2. Вырежьте / скопируйте и вставьте требуемый файл (ы) со своего компьютера на SD-карту. Вы также можете перетаскивать элементы.
   • Переместите файлы с SD-карты на компьютер:
     1. Прежде чем начать, обратите внимание, что может быть полезно создать на компьютере папку, в которой будут храниться файлы, перемещаемые с SD-карты.
     2. Найдите файлы, которые вы хотите переместить, в папке SD-карты.
     3. Вырежьте / скопируйте и вставьте требуемый файл (ы) с SD-карты на компьютер. Вы также можете перетаскивать элементы.
7. Когда закончите, безопасно отключите телефон от компьютера (например, коснувшись параметра «Отключиться от ПК» на телефоне).

Передача файлов — Mac

Android

Для передачи файлов на вашем компьютере должна быть установлена ​​программа Android File Transfer. Android File Transfer совместим с Mac OS X 10.5 или новее и Android 3.0 или новее. После установки выполните остальные шаги, описанные в разделе Передача файлов — шаги