2.7.2 Технические средства программной обработки данных
Средства программной обработки данных представлены процессорами , оперативными запоминающими устройствами (ОЗУ) и каналами ввода-вывода , т.е. устройствами ЭВМ, в которых реализуются преобразование данных , программное управление вычислениями , ввод исходных данных и вывод результатов на внешние устройства (рисунок 2.16).
Они характеризуются следующими основными параметрами:
1) средним быстродействием процессора и ОЗУ;
2) разрядностью арифметико-логического устройства;
3) объемом ОЗУ;
4) пропускной способностью каналов ввода-вывода.
Процессор ЭВМ служит для выполнения арифметических и логических операций. ОЗУ осуществляет запись, хранение и выбор данных, а каналы ввода-вывода служат для подключения внешних устройств ЭВМ. Селекторный канал используется для подключения к процессору высокоскоростных периферийных устройств типа накопителей на магнитных и оптических носителях или дисплеев, а мультиплексный канал обеспечивает одновременный обмен данными с несколькими периферийными устройствами с низкой и средней скоростями обработки данных типа устройств ввода-вывода или телеобработки.
В устройствах вычислительной техники, применяемых в СКП, используются как универсальные, так и специализированные процессоры. К последним относятся обрабатывающие процессоры разного типа (матричные, векторные, символьные, графические) и процессоры языков программирования, обеспечивающие эффективную трансляцию. Особую группу составляют функциональные процессоры (контроллеры) - процессоры ввода-вывода, телекоммуникационные процессоры и процессоры баз данных, оптимизирующие обработку данных, хранящихся во внешних запоминающих устройствах. Все процессоры объединяются общей шиной, обладающей большой пропускной способностью, и имеют собственную оперативную память называемую кэш-памятью. Кэш-память - это сверхоперативное запоминающее устройство (СОЗУ), предназначенное для согласования работы быстрого ядра процессора и более медленной оперативной памяти. Кэш-память является своеобразным буфером между процессором и оперативной памятью - туда попадают наиболее часто используемые данные.
Внешние запоминающие устройства (ВЗУ) по скорости обмена данными, скорости подвода головок, емкости и принципу действия делятся на несколько видов: накопители на гибких магнитных дисках (НГМД), накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД), накопители на магнитной ленте (НМЛ), накопители CD-ROM, CD-RW, DVD и магнитооптические накопители.
НГМД являются старейшими устройствами для хранения информации на сменных носителях. В качестве носителя информации в них применяются дискеты диаметрами 3,5” и 5,25” (на сегодняшний день дискеты 5,25” практически не используются), объем записываемой информации от 180 Кбайт до 2,88 Мбайт. Как носители информации дискеты почти изжили себя: малый объем, небольшая скорость чтения - записи, ненадежность делают их применение невыгодным.
НЖМД имеют большую емкость при высокой производительности и используются как технические средства баз данных. Емкости современных НЖМД одной ЭВМ достигают десятков и сотен гигабайт. НЖМД существуют в виде внутренних и внешних (переносных) устройств и позволяют создавать неограниченные по объемам банки и архивы данных.
НМЛ (стримеры) могут быть в виде внешнего и внутреннего устройства. Они имеют малую скорость передачи данных, но отличаются надежностью хранения информации и используются как архивные средства СКП или для транспортировки программного и информационного обеспечения. Стримеры позволяют записать на небольшую кассету с магнитной лентой , большое количество информации (от 40 Мбайт до 40 Гбайт), а встроенные в стример средства аппаратного сжатия позволяют автоматически уплотнять информацию перед её записью и восстанавливать после считывания, что увеличивает объём сохраняемой информации.
Носителями информации в накопителях CD-ROM, CD-RW, DVD являются оптические диски. CD-ROM - это односторонний оптический носитель информации, предназначенный только для чтения. Объем данных на диске достигает 500 - 800 Мбайт. Доступ к данным на CD-ROM осуществляется быстрее, чем к данным на дискете, но медленнее, чем на жестком диске. Первые устройства считывания оптических дисков обеспечивали скорость считывания 150 Кбайт/с (аудиодиски считывались именно с этой скоростью). В дальнейшем появились устройства с 2-х, 4-х,... 52-х кратной скоростью передачи данных (по отношению к 150 Кбайт/с). Эти диски нельзя считать полноценными сменными носителями информации, так как они не могут быть использованы ни для сохранения данных, ни для переноса данных с одного компьютера на другой. Единственное их назначение - тиражирование и распространение информации. В связи с этим появились и другие оптические диски. Диск CD-R - диск с однократной записью и многократным чтением. Он отличается от CD-ROM тем, что информацию на него может записать пользователь. После однократной записи диск становится аналогичным CD-ROM - его можно только читать. Диск CD-RW или CD-E - диск с многократной перезаписью. Он допускает около 1000 циклов перезаписи информации и гарантирует срок ее хранения не менее 10 лет. Для него требуется специальный накопитель CD-RW, который является универсальным и может обслуживать диски CD-ROM и CD-R. Многие современные интерактивные программы слишком велики, чтобы поместиться на одном CD. На смену им идут цифровые видеодиски DVD . Они, имея те же габариты, что и CD-ROM, вмещают больше информации (до 17 Гбайт) за счет повышения плотности записи и двусторонней записи, и по объему заменяют 20 стандартных дисков CD-ROM. Сегодня DVD диски используется в основном для хранения видеофильмов и сверхбольших баз данных.
Магнитооптические накопители представляют собой накопитель информации, в основу которого положен магнитный носитель с оптическим управлением. Поверхность магнитооптического диска покрыта сплавом, свойства которого меняются как под воздействием тепла, так и под воздействием магнитного поля. Если нагреть диск сверх некоторой температуры, то становится возможным изменение магнитной поляризации посредством небольшого магнитного поля. На этом свойстве основаны технологии чтения-записи магнитооптических дисков. Магнитооптические диски могут быть односторонними 3,5” емкости 128, 230, и 640 Мбайт и двухсторонними 5,25” емкостью 600 Мбайт - 2,6 Гбайт.