Основные понятия автоматизированной обработки информации, общий состав и структуру персональных электронно-вычислительных машин. лекция 1-2. Внутренней структуре эвм, содержащей интеллектуальные контроллеры. Из рисунка видно, что для связи между отдельными функциональными узлами эвм используется общая шина (часто ее называют магистралью)
 Скачать 1.2 Mb.
|
3.7. Память.1. Регистровая КЭШ-память. 2. Оперативная память (ОЗУ) 3.ПЗУ 4. Внешняя память Память является одним из основных элементов любой вычислительной системы. Элементы памяти в том или ином виде присутствуют в каждом конструктивном модуле ПК (рис.3.8.).  Рис. 3.8. Элементы памяти ПК Асинхронные элементы имеют только информационные входы и срабатывают непосредственно после изменения сигнала на входах. Сигнал на выходе появляется через некоторое время. Оно не регламентируется и может изменяться в зависимости от температуры и от старения полупроводниковых элементов. Основным недостатком асинхронных элементов является их низкая помехоустойчивость, проявляющаяся в сбоях при работе компьютера. Для срабатывания синхронных элементов смены сигналов на входах недостаточно. Необходим дополнительный тактирующий сигнал, который подается на соответствующий вход. В качестве такого сигнала выбран тактовый сигнал системной шины. Этот сигнал задается частоту смены информации в определенные моменты времени. В эти же моменты обновляется информация на выходах элементов. Таким образом, процессы записи и считывания информации в память строго привязаны к тактам процессора или шины. 3.7.1. Основные характеристиками микросхем памятиОсновными характеристиками микросхем памяти являются: - Емкость - Разрядность - Быстродействие - Временная диаграмма Емкость и разрядность. На рис. 38 представлена структура микросхемы памяти, имеющая одну линию ввода/вывода. Из такой микросхемы процессор может одновременно считать (записать) только один бит данных. Количество линий ввода/вывода определяет разрядность шины ввода/вывода микросхемы.  Рис. 3.9. Структурная схема микросхемы памяти 1х4 Количество, бит информации, 'которое хранится в ячейках каждой матрицы, называется глубиной адресного пространства (address depth) микросхемы памяти. Таким образом, общая емкость микросхемы памяти определяется произведением глубины адресного пространства на количество линий ввода/вывода (разрядов). Быстродействие. Производительность микросхемы динамической памяти характеризуется временем выполнения элементарных действий между двумя операциями чтения либо записи данных. Последовательность этих операций называют рабочим циклом (или циклом обращения). Он включает указание адреса данных (RAS, выбор строки, САS, выбор столбца), чтение (запись). Время, необходимое для чтения (записи) данных, хранящихся по случайному адресу, называется временем доступа (Access time). Для современных микросхем оно составляет 40 - 60 нс, что соответствует частоте появления данных 16,7 - 25 МГц на выходе микросхемы. В реальных условиях обращение к памяти чаще происходит не по случайному адресу, поэтому рабочий цикл короче. Временная диаграмма. Между процессором и элементами памяти не должно быть временного рассогласования, обусловленного различным быстродействием этих компонентов. Временная диаграмма показывает зависимость тактовой частоты системной шины от типа памяти. Она характеризует количество тактов, которые необходимы процессору для выполнения четырех последовательных операций считывания данных. Например, если имеется 8-разрядная микросхема памяти типа ЕDО, то диаграмма 5-2-2-2 означает, что для считывания первого байта необходимо пять тактов процессора, а для считывания трех последующих байтов два такта. 3.7.2. Динамическая память (DRAM)Запоминающим элементом динамической памяти является конденсатор, который может находиться в заряженном или разряженном состоянии. Если конденсатор заряжен, то в ячейку записывается логическая 1, если разряжен - логический 0. В идеальном конденсаторе заряд может сохраняться неограниченное время. В реальном конденсаторе существует ток утечки, поэтому информация, записанная в динамическую память, со временем будет утрачена, так как конденсаторы запоминающих элементов полностью разрядятся. Единственным способом регенерации хранимой в памяти информации является выполнение операции чтения/записи данных. Если информация заносится в динамическую память, а затем в течение нескольких миллисекунд остается невостребованной, она будет утрачена, так как конденсаторы упоминающих элементов полностью разрядятся. Процессор имеет доступ к данным, находящимся в RAM, только в течение циклов, свободных от регенерации. Регенерация памяти происходит при выполнении каждой операции чтения или записи. Однако нет гарантии, что при выполнении любой программы произойдет обращение ко всем ячейкам памяти, поэтому имеется специальная схема, которая через определенные промежутки времени (например, каждые 2 мс) будет осуществлять доступ (для считывания) ко всем строкам памяти. За один цикл схема регенерирует все строки динамической памяти. Принцип работы. Ячейки памяти организованы в матрицу, состоящую из строк и столбцов. Полный адрес ячейки данных включает два компонента - адрес строки и адрес столбца. На рис. 37 представлена матрица, состоящая из 32 строк и 32 столбцов, то есть из 1024 ячеек. Когда процессор обращается к памяти для чтения информации, на входы микросхемы поступает строб вывода данных ОЕ (Output Enabled), затем подается адрес строки и одновременно с ним (или с задержкой) сигнал RAS (Row Address Strobe). Это означает, что каждая шина столбца соединяется с ячейкой памяти выбранной строки. Адрес ячейки поступает по адресным линиям (в нашем случае их десять) и дешифратор, который преобразует поступивший набор нулей и единиц номер строки. Емкость конденсатора очень мала (доли пикофарады) и его заряд тоже мал, поэтому используется усилитель, подключенный к каждой шине столбца динамической памяти. Информация считывается со всей строки запоминающих элементов одновременно и помещается в буфер ввода/вывода. С незначительной задержкой после сигнала RAS на входы динамической памяти подается адрес столбца и сигнал CAS (Column Address Strobe). При чтении данные выбираются из буфера ввода/вывода и поступают на выход динамической памяти в соответствии с адресом столбца.  Рис. 3.10. Структурная схема динамической памяти При считывании информации из ячеек памяти происходит ее разрушение, поэтому производится перезапись считанной информации: выходы регистра строки снова соединяются с общими шинами столбцов памяти, чтобы перезаписать считанную информацию из строки. Если ячейка имела заряд, то она снова будет заряжена еще до завершения цикла чтения. На ячейки, которые не имели заряда, напряжение не подается. Если выполняется запись в память, то подается строб записи WE(Write Enabled) и информация поступает на соответствующую шину столбца не из буфера, а с входа памяти в соответствии с адресом столбца. Таким образом, прохождение данных при записи задается комбинацией сигналов, определяющих адрес столбца и строки, а также сигналом разрешения записи данных в память. 3.7.3. Статическая память (SRAM)Организация элементов SRAM идентична организации элементов памяти DRAM, за исключением того, что SRAM не нуждается в регенерации памяти. Буква S в названии означает Static (статический). Если бы SRAM устанавливалась в качестве оперативной памяти, это обеспечило бы значительное повышение быстродействия компьютера. Однако при этом существенно изменилась бы и стоимость компьютера, поскольку стоимость микросхем SRAM намного выше стоимости DRAM. Время доступа к SRAM составляет от 60 до 100 нс, а время доступа к SRAM - от 10 до 15 нс. Поэтому элементы SRAM устанавливают только для выполнения специальных задач, важнейшей из которых можно назвать кэширование, и микросхемы используются в качестве кэш-памяти второго уровня (L2) и памяти для сохранения параметров ВIOS. Как и DRAM, элементы SRAM являются "временной" памятью. Для того чтобы данные оставались неизменными, должно быть обеспечено гарантированное питание от аккумулятора. При этом ток, потребляемый элементами RAM, настолько мал, что содержимое памяти (при наличии аккумулятора) остается неизменным около двух лет, даже если компьютер в течение этого времени ни разу не включался. 3.7.4. Режимы работы памятиДля повышения скорости обмёна данными между процессором и микросхемами памяти разработаны специальные режимы работы памяти и технологии: - Пакетный режим - Чередование памяти - Разбиение памяти на страницы - Кэширование памяти Пакетный режим. Как уже отмечалось, СРU запрашивает данные из памяти не побайтно, а в виде пакетов, состоящих из 32 или 64 бит. В этом режиме, кроме одного слова процессор считывает еще три, расположенные рядом. Чередование памяти. Метод управления памятью с чередованием адресов (Interleaving mode), основан на том, что логически связанные байты чаще всего располагаются в памяти друг за другом. Как уже отмечалось, в микросхеме памяти осуществляется периодическая регенерация данных, в процессе которой микросхема не доступна для записи и чтения. Чтобы не было пауз в работе памяти, осуществляется ее чередование, т. е. помещение следующих друг за другом ячеек памяти в различные банки, из которых процессор должен считывать данные попеременно. Пока в одном из, чипов памяти происходит регенерация данных, СРU может считывать следующий байт из другого банка. Организацию и управление чередованием памяти осуществляет контроллер памяти, который логически объединяет два банка в один и распределяет адресное пространство так, чтобы соседние адреса находились в разных банках. Разбиение памяти на страницы. Метод разбиения памяти на страницы (Pacing mode) основан на том факте, что каждый поступающий в процессор байт расположен рядом с байтом, уже считанным из памяти и логически связанным с ним. Следовательно, не нужно повторять сигнал RAS, если адреса строк выбираемых ячеек памяти находятся в предел одной страницы, т. е. адрес строки неизменен. Обычно память делится на страницы размером 512 байт и более. Кэширование памяти. Кэширование памяти используется для ускорения доступа к данным, находящимся в RАМ. Это достигается за счет применения промежуточной быстродействующей памяти небольшой емкости (256 Кб - 2 Мб). Эта кэш-память работает на частоте процессора, поэтому при обращении к ней не требуются циклы ожидания. 3.7.5. Организация микросхем памяти.Каким образом 4-разрядная микросхема памяти может работать с 32-разрядной системной шиной или 64-разрядной шиной процессора. Дело в том, что процессор взаимодействует через контроллер памяти не с одной, а в данном случае сразу с восемью микросхемами памяти, организованными в банки памяти. Банки памяти всегда должны быть заполнены, иначе ПК не загрузится. Количество микросхем памяти в одном банке определяется соотношением разрядности системной шины и разрядности микросхемы памяти. На рис. 3.11 в качестве примера показана 16-разрядная шина памяти и подключенные к ней четыре 4-разрядные микросхемы памяти. Контроллер памяти является промежуточным устройством между системной шиной и модулями памяти. Он определяет тип установленных элементов памяти, организует обмен данными между процессором и RАМ и задает различные режимы работы памяти. В современных Chipset контроллер интегрирован в одной из двух микросхем. В настоящее время отдельные микросхемы памяти не устанавливаются на материнскую плату. Они объединяются на специальных печатных платах, образуя вместе с некоторыми дополнительными элементами модули памяти.  Рис.3.11. Пример организации банков памяти 16-разрядной системной шины Разрядность модулей памяти определяется разрядностью микросхем памяти, установленных на плате. Для модулей памяти, как ранее и для микросхем памяти, действует правило о необходимости полного заполнения банков памяти. 3.7.6. КЭШ памятьКэш — промежуточный буфер с быстрым доступом, содержащий копию той информации, которая хранится в памяти с менее быстрым доступом, но с наибольшей вероятностью может быть оттуда запрошена. Доступ к данным в кэше идёт быстрее, чем выборка исходных данных из медленной памяти или их перевычисление, что делает среднее время доступа короче. Функционирование. Кэш — это память с большей скоростью доступа (статическая SRAM), предназначенная для ускорения обращения к данным, содержащимся постоянно в памяти с меньшей скоростью доступа. Кэширование применяется процессором, жёсткими дисками, браузерами и веб-серверами. 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. Когда клиент кэша обращается к данным, прежде всего исследуется кэш. Если в кэше найдена запись с идентификатором, совпадающим с идентификатором затребованного элемента данных, то используются элементы данных в кэше. Такой случай называется попаданием кэша. Если в кэше не найдено записей, содержащих затребованный элемент данных, то он читается из основной памяти в кэш, и становятся доступным для последующих обращений. Такой случай называется промахом кэша. Процент обращений к кэшу, когда в нём найден результат, называется уровнем попаданий или коэффициентом попаданий в кэш. Если кэш ограничен в объёме, то при промахе может быть принято решение отбросить некоторую запись для освобождения пространства. Для выбора отбрасываемой записи используется так называемый алгоритм вытеснения. При модификации элементов данных в кэше выполняется их обновление в основной памяти. Задержка во времени между модификацией данных в кэше и обновлением основной памяти управляется так называемой политикой записи. В кэше с немедленной записью каждое изменение вызывает синхронное обновление данных в основной памяти. В кэше с отложенной записью (или обратной записью) обновление происходит в случае вытеснения элемента данных, периодически или по запросу клиента. Для отслеживания модифицированных элементов данных записи кэша хранят признак модификации. Промах в кэше с отложенной записью может потребовать два обращения к основной памяти: первое для записи заменяемых данных из кэша, второе для чтения необходимого элемента данных. В случае, если данные в основной памяти могут быть изменены независимо от кэша, то запись кэша может стать неактуальной. Протоколы взаимодействия между кэшами, которые сохраняют согласованность данных, называют протоколами когерентности кэша. Кэш процессора. Ряд моделей центральных процессоров обладают собственным кэшем, для того чтобы минимизировать доступ к оперативной памяти (ОЗУ), которая медленее, чем регистры. Кэш-память может давать значительный выигрыш в производительности, в случае, когда тактовая частота ОЗУ значительно меньше тактовой частоты процессора. Тактовая частота для кэш-памяти обычно ненамного меньше частоты процессора. Уровни кэша. Кэш центрального процессора разделён на несколько уровней. Для универсальных процессоров — до 3. Кэш-память уровня N+1 как правило больше по размеру и медленнее по скорости обращения и передаче данных, чем кэш-память уровня N. Самой быстрой памятью является кэш первого уровня — L1-cache. По сути, она является неотъемлемой частью процессора, поскольку расположена на одном с ним кристалле и входит в состав функциональных блоков. Состоит из кэша команд и кэша данных. Некоторые процессоры без L1 кэша не могут функционировать. На других его можно отключить, но тогда значительно падает производительность процессора. L1 кэш работает на частоте процессора, и, в общем случае, обращение к нему может производиться каждый такт (зачастую является возможным выполнять даже несколько чтений/записей одновременно). Латентность (задержка между стимулом и реакцией) доступа обычно равна 2−4 тактам ядра. Объём обычно невелик — не более 128 КБ. Вторым по быстродействию является L2-cache — кэш второго уровня. Обычно он расположен либо на кристалле, как и L1, либо в непосредственной близости от ядра, например, в процессорном картридже (только в слотовых процессорах). В старых процессорах — набор микросхем на системной плате. Объём L2 кэша от 128 КБ до 1−8 МБ. В современных многоядерных процессорах кэш второго уровня, находясь на том же кристалле, является памятью раздельного пользования — при общем объёме кэша в 8 МБ на каждое ядро приходится по 2 Мб. Обычно латентность L2 кэша, расположенного на кристалле ядра, составляет от 8 до 20 тактов ядра. В отличие от L1 кэша, его отключение может не повлиять на производительность системы. Однако, в задачах, связанных с многочисленными обращениями к ограниченной области памяти, например, СУБД, производительность может упасть в десятки раз. Кэш третьего уровня наименее быстродействующий и обычно расположен отдельно от ядра процессора, но он может быть очень внушительного размера — более 32 МБ. L3 кэш медленнее предыдущих кэшей, но всё равно значительно быстрее, чем оперативная память. В многопроцессорных системах находится в общем пользовании. Ассоциативность кэша.Одна из фундаментальных характеристик кэш-памяти — уровень ассоциативности — отображает ее логическую сегментацию. Дело в том, что последовательный перебор всех строк кэша в поисках необходимых данных потребовал бы десятков тактов, и свел бы на нет весь выигрыш от использования встроенной в процессор памяти. Поэтому ячейки ОЗУ жестко привязываются к строкам кэш-памяти (в каждой строке могут быть данные из фиксированного набора адресов), что значительно сокращает время поиска. С каждой ячейкой ОЗУ может быть связано более одной строки кэш-памяти: например, n-канальная ассоциативность обозначает, что информация по некоторому адресу оперативной памяти может храниться в n местах кэш-памяти. При одинаковом объеме кэша схема с большей ассоциативностью будет наименее быстрой, но наиболее эффективной. Кэширование внешних накопителей.Многие периферийные устройства хранения данных используют кэш для ускорения работы, в частности, жёсткие диски используют кэш-память от 1 до 32 Мб, устройства чтения CD/DVD-дисков так же кэшируют прочитанную информацию для ускорения повторного обращения. Операционная система так же использует часть оперативной памяти в качестве кэша дисковых операций (в том числе для внешних устройств, не обладающих собственной кэш-памятью, в том числе жестких дисков, flash-памяти и гибких дисков). 3.7.7. Оперативная памятьОперативная память представляет, собой самую быструю запоминающую среду, компьютера. Чтобы процессор мог выполнять программы, они должны быть загружены в оперативную рабочую память, т. е. в память, доступную для программ пользователя. К данным, находящимся в оперативной памяти, процессор имеет непосредственный доступ, а к периферийной, или внешней памяти (гибким и жестким дискам) - через буфер, являющийся также разновидностью оперативной памяти, недоступной пользователю. Только после того, как программа будет загружена в RАМ с внешнего носителя данных, возможна дальнейшая ее работа. Недостаток оперативной памяти состоит в том, что она временная, т. е. При отключении питания оперативная память полностью очищается, и данные, не записанные на внешний носитель, будут потеряны. Основная задача RАМ - предоставлять по требованию процессора необходимую информацию. Это означает, что данные в любой момент должны быть доступны для обработки. Временный характер запоминания данных в оперативной памяти определяется не только наличием питания. Дело в том, что оперативная память относится к категории динамической памяти: ее содержимое остается неизменным в течение очень короткого промежутка времени, поэтому память должна периодически обновляться. 3.7.8. Логическое распределение оперативной памяти.Логическое определение оперативной памяти определяется не только применяемой операционной системой, но и особенностями аппаратной реализации компьютера. Можно выделить 5 логических областей оперативной памяти: - стандартная оперативная память - UMA (upper memory area) - EMS (Expanded memory specification) - HMA(high memory area) - XMS(extended memory specification) Стандартная память. Начинается от адреса 0000:0000h и продолжается до адреса A000:0000h. Верхний предел был установлен процессорами 8086 и 8086. Эти процессоры имели 20-разрядную адресную шину и поэтому могли адресовать только 1Мб памяти (220=1048576). В пределах этой памяти выше уровня 640Кб фирмой IBM зарезервированы 384Кб для выполнения внутренних функций. Внутри стандартной памяти располагается таблица векторов прерываний, область данных BIOS, область для операционной системы. Таблица векторов прерываний состоит из 256 элементов по 4 байта. Вектора прерываний это адреса сервисных программ, входящих в состав операционной системы BIOS. Речь идет о таких базовых функциях, как отображение символа на экране монитора, организация доступа к дисководу или жесткому диску и т.д. Таблица начинается с адреса 0000:0000h и занимает 1024 байта (1Кб). Область данных BIOS объемом 768 байт. Здесь размещены счетчик таймера, буфер клавиатуры и другая внутренняя информация. В области для операционной системы (ОС) загружается часть ядра ОС, а именно, процессор команд. Ядро операционной системы не имеет постоянного адреса памяти, и его местоположение зависит от версии ОС. Оставшаяся часть стандартной памяти до адреса A000h:0000h (640Кб) принадлежит программам и данным. UMA. Память выше основной и является аппаратной. Здесь находится информация, которая служит для сопряжения прикладных программ с различными картами расширений, установленными в компьютере. Эту память называют верхней и располагается она в пределах от A000h до FFFFh (от 640Кб до 1 МБ). Ее размер 384Кб. Эта область памяти неоднородна. В UMA размещается область памяти графической карты (A000h:000h до C000h:000h-128Кб) и VGA BIOS (C000h:000h до C8000h:000h – 32Кб), а также могут находиться модули постоянной и оперативной памяти конструктивно расположенные на картах расширения, подключенных к ПК. Кроме того, резервируется 64Кб для страниц дополнительной памяти EMS, и последние 64Кб выше F000h:0000h выделяется для ROM BIOS. EMS. Программы, использующие большой объем памяти, не могут разместиться в 640Кб, чтобы преодолеть этот барьер был создан стандарт, основывающийся на переключении банков или блоков страниц памяти. Как было сказано выше, в UMS резервируется 64Кб, под EMS. Их разделяют на 4 логические страницы по 16КБ каждая. С помощью специального драйвера, строятся отображения до 4-х произвольных физических страниц в дополнительной памяти(EMS). Поэтому эту память часто называют отображаемой памятью. HMA.Выше 1 Мб, а точнее блок равный 64Кб обозначают HMA. Появилась благодаря «ущербной» эмуляции процессора 8088 процессором 80286. Вся стандартная память может быть представлена как в виде 16 непересекающихся блоков размером 64Кб, так и виде перекрываемых областей по 64Кб, называемых сегментами, которые могут начинаться через каждые 16байт. Максимальный полный адрес в виде сегмент:смещение, по которому может обратиться процессор 8088 – это FFFFh:000Fh (20 адресных линий). Если увеличить это значение хотябы на 1, то произойдет циклический перенос и значение адреса станет 0000h:0000h. Для 80286 этого не произойдет т.к. адресная шина этих процессоров больше 20 разрядов, адрес памяти при этом превышает 1Мб. Чтобы исправить эту ошибку, предусматриваютсяспециальные аппаратные средства заставляющие процессор 80286 выполнять переход на низшие адреса как при работе 8088. В результате появился целый сегмент от FFFF:0010h до FFFFh FFFFh, доступный в реальном режиме для процессоров выше80286. XMS.Это вся память выше 1 Мб, включая HMA(называют расширенной). Правда одновременный доступ к HMA может иметь только DOS. Для доступа к этой памяти нужен специальный драйвер, с помощью которого пересылаются данные из стандартной памяти в расширенную и обратно. Драйвер реализующий расширенную память переводит ПК в защищенный режим, где можно адресовать всю память. 3.7.9. ПЗУ (ROM)ROM используется для долговременного хранения данных, которые ни при каких обстоятельствах не должны быть утеряны. Элементы ROM не нуждаются в электропитании и сохраняют данные в течение длительного времени. Энергонезависимая память используется для хранения кода BIOS компьютера, BIOS карт расширения, конфигурации периферийных устройств, скэн-кодов клавиатуры и др. Существует несколько типов энергонезависимой памяти. Они различаются по способу перезаписи информации и применяются в разных областях. 3.7.9. Внешняя память Рис.3.12. Схема устройства накопителя на жёстких магнитных дисках. Жесткий диск — энергонезависимое, перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство. Является основным накопителем данных практически во всех современных компьютерах. В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома. В некоторых НЖМД используется одна пластина, в других — несколько на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образуемого у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках 5-10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков, головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков. Характеристики.Интерфейс — набор, состоящий из линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих эти линии, и правил обмена. Ёмкость — количество данных, которые могут храниться накопителем. В отличие от принятой в информатике системе приставок, обозначающих кратную 1024 величину (кило=1024, мега=1 048 576 и т. д.), производителями при обозначении ёмкости жёстких дисков используются кратные 1000 величины. Так, напр., «настоящая» ёмкость жёсткого диска, маркированного как «200 Гб», составляет 186,2 Гб. Физический размер (форм-фактор) — почти все современные накопители для персональных компьютеров и серверов имеют размер либо 3,5, либо 2,5 дюйма. Последние, чаще применяются в ноутбуках. Время произвольного доступа — от 3 до 15 мс, как правило, минимальным временем обладают серверные диски. Скорость вращения шпинделя — количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и скорость передачи данных. В настоящее время выпускаются винчестеры со следующими стандартными скоростями вращения: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки), 7200 и 10 000 (персональные компьютеры), 10 000 и 15 000 об./мин. (серверы и высокопроизводительные рабочие станции). Надёжность — определяется как среднее время наработки на отказ. Количество операций ввода-вывода в секунду — у современных дисков это около 50 оп./сек при произвольном доступе к накопителю и около 100 оп./сек при последовательном доступе. Потребление энергии — важный фактор для мобильных устройств. Уровень шума — шум, который производит механика накопителя при его работе. Указывается в децибелах. Тихими накопителями считаются устройства с уровнем шума около 26 дБ и ниже. Шум состоит из шума вращения шпинделя (в том числе аэродинамического) и шума позиционирования. Сопротивляемость ударам — сопротивляемость накопителя резким скачкам давления или ударам, измеряется в единицах допустимой перегрузки во включённом и выключенном состоянии. Скорость передачи данных: - внутренняя зона диска: от 44,2 до 74,5 Мб/с; - внешняя зона диска: от 60,0 до 111,4 Мб/с; Объём буфера. Буфером называется промежуточная память, предназначенная для сглаживания различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу. В современных (2008 год) HDD он обычно варьируется от 8 до 32 Мб. Устройство. Жёсткий диск состоит из следующих основных узлов: корпус из прочного сплава, собственно жесткие диски (пластины) с магнитным покрытием, блок головок с устройством позиционирования, электропривод шпинделя и блок электроники. Устройство позиционирования головок состоит из неподвижной пары сильных, как правило, неодимовых, постоянных магнитов и катушки на подвижном блоке головок. Жесткие диски не герметичны. Внутренняя полость жесткого диска сообщается с атмосферой через фильтр, способный задерживать очень мелкие (несколько мкм) частицы. Это необходимо для поддержания постоянного давления внутри диска при колебаниях температуры корпуса. Пылинки, оказавшиеся при сборке в жёстком диске и попавшие на поверхность диска, при вращении сносятся на ещё один фильтр — пылеуловитель. |