Paměti a paměťová média

1. Paměti a paměťová média Vytvořil :Petrásek Jan

2. úvod • Slouží k ukládání programů a dat, se kterými počítač pracuje • Používají se různé typy pamětí • Dělím je do 3 skupin: vnitřní, vnější a registry • Základní parametry: kapacita, přístupová doba v nanosekundách, přenosová rychlost (prostupnost) • Blíže charakterizující parametry: statičnost/dynamičnost, energetická závislost, přístup k paměti

3. dělení vnitřní vnější • Jsou to vyměnitelná paměťová média pro dlouhodobé uchování a zálohování dat a programy • Záznam je na magnetickém, nebo optickém principu • Např.: Harddisky, diskety, CD, DVD • Jsou realizovány z polovodičových součástí • Jsou to obvody (čipy) na základové desce • Např.: operační paměť, cache • Je to matice paměťových buněk, z niž každá má 1 bit

4. Registry • Malá paměť umístěná v procesoru • Slouží k uložení hodnoty, adresy a instrukce • Používají se ke krátkodobému uložení právě zpracovávaných instrukcí

5. Základní parametrykapacita • = množství informací, které lze do paměti uložit • Jednotky: bit (signál (je nebo není, 1 nebo 0) ) b, Bajt (8b) B • kB = 210B = 1024B • MB = 220B = 1024kB • GB = 230B = 1024 MB • TB = 240B = 1024 GB • Přenosová rychlost (prostupnost) • Přístupová doba = doba, která uplyne od zadání požadavku do jeho zpřístupnění • Množství dat, které lze do pamětí zapsat za jednotku času (1,6 GB/s až 4,0 GB/s u DDR)

6. Parametry charakterizující paměť statičnost / dynamičnost • Dynamické paměti: postupně ztrácejí uložené informace, i když jsou připojeny ke zdroji energie a informace je nutno cyklicky obnovovat • Statické paměti: uchovávají informaci po celou dobu připojení ke zdroji

7. Parametry charakterizující paměť Energetická závislost Přístup k paměti • 1. Sekvenční – před přístupem k informaci je nutné přečíst všechny předcházející záznamy • 2. Přímý přístup (RandomAccesMemory) – RAM - je možné zpřístupnit požadovanou informaci přímo • Schopnost paměti uchovat informace i po odpojení energetického zdroje

8. Vnitřní paměti • Jsou paměti s přímím přístupem (RAM) • 1. Energeticky nezávislé (určeny jen pro čtení) = ROM (jsou statické) • 2. Energeticky závislé (jsou učeny pro čtení i zápis = RAM (RWM) • Jednou z prvních energeticky závislých pamětí byla operační paměť, proto se pro ní vžilo označení RAM • Mohou být statické, nebo dynamické

9. Vnitřní paměti energeticky nezávislé • Označujeme je jako paměti typu ROM • Jedná se o čipy (paměťové obvody) jež uchovávají informaci i po přerušení napájení • Jsou to statické paměti • Základní druhy pamětí • 1. ROM (ReadOnlyMemory) – paměť pouze pro čtení (obsah paměti je zadán již při výrobě) • 2. PROM (Programable ROM) – pomocí zařízení (programátoru) lze jednou paměť natavit (naprogramovat) – po výrobě neosahuje žádné informace • 3. EPROM (Eraseable PROM) – informaci lze zapsat obdobně jako do PROM a lze ji rovněž smazat pomocí ultrafialového záření

10. Vnitřní paměti energeticky nezávislé • EPROM = Tyto paměti jsou realizovány pomocí speciálních unipolárních tranzistoru, které jsou schopny na svém přechodu udržet elektrický náboj po dobu až několika let. Tento náboj lze vymazat právě působením UV záření. Paměti EPROM jsou charakteristické malým okénkem v pouzdře integrovaného obvodu obsahujícího tuto paměť. • 4. EEPROM (Elecrically EPROM) – má obdobné vlastnosti jako EPROM, ale lze jí mazat elektrickými impulsy přímo v zařízení, kde je instalována • 5. FLASH – paměť lez nastavovat i mazat pomocí softwaru přímo v zařízení, kde je instalována

11. Vnitřní paměti energeticky nezávislé ROM EPROM EEPROM PROM FLASCH

12. Vnitřní Paměti energeticky závislé • Paměti typu RWM nebo RAM • Energeticky závislé vnitřní paměti jsou určeny jak pro zápis, tak pro čtení RWM Paměť

13. Dynamické (DRAM) • Paměťová buňka je tvořena mikroskopickým kondenzátorem • Informace je uložena jako elektrický náboj na kondenzátoru • Díky vybíjení kondenzátorů se provádí periodicky refresh = dobíjení (tuto funkci provádí některý z obvodů Chip setu

14. Statické (SRAM) • Paměťová buňka je tvořena bistabilním klopným obvodem • Po dobu napájení je v buňce uložena informace bez ztráty úrovně signálu

15. Srovnání dynamické a statické paměti Statická paměť Dynamická • Informace zapsaná do buňky zůstává uložena po určitou dobu (řádově milisekundy) po tom musí dojít k obnovení • Pomalejší • Levnější • Užití = místa s potřebou velké kapacity a spokojí se s nižší rychlostí (OP) • Existuje několik typů lišících se rychlostí a činností (EDO, SDRAM, DDR atd.) • Paměť se nemusí dobíjet • Kratší přístupová doba • Vyšší cena • Vyšší energetická spotřeba • Užití – tam, kde je potřeba menší kapacita s rychlým přístupem (cache)

16. Dynamické paměti DRAMSIMM (SIMM 72) • Single inlinememory module • 30 pinů • Kapacita 256 kB, 1MB a 4MB • Přístupová doba: 70 – 80 ns • Dnes se již neužívají • (72 pinů • Kapacita: 4, 8, 16, 32, 64 MB • Přístupová doba 60 – 70 ns)

17. Dynamické paměti DRAMDIMM • Dualin-line memory module • 168 vývodů • Kapacita 512 MB • Přístupová doba 7 – 10 ns

18. Příklady konkrétních vnitřních pamětíOperační paměť • Složí pro dočasné uložení instrukcí a právě zpracovávaných dat • Paměť energeticky závislá (typ RAM) dynamická • Paměť určená pro čtení i zápis (RWM) • Paměť s přímým přístupem

19. Příklady konkrétních vnitřních pamětíCache • Slouží k vyrovnání rychlosti mezi procesorem a pomalejší OP • Paměť energeticky závislá (typ RAM) – statická • Paměť určená pro čtení i zápis (RWM) • Paměť s přímým přístupem • Může být interní, nebo externí

20. Příklady konkrétních vnitřních pamětíCMOS • Je to výrobní technologie • Touto technologií se vyrábí RAM a Cache i samostatný typ paměti • Po vypnutí PC je napájena vlastním akumulátorem • V této paměti je uložena konfigurace a hodiny (reálný čas)

21. CMOS • V CMOS paměti bývají většinou uloženy: • o informace o typech a kapacitách jednotek pružných disku • o informace o typech, kapacitách a parametrech pevných disku • o typ používané video karty • o kapacita operační paměti • o nastavení parametru Cache paměti • o poradí jednotek pro zavádění operačního systému • o povolení / zakázání různých funkcí základní desky: • o využívání interní a externí Cache paměti • o antivirová ochrana systémových oblastí disku

22. CMOS • V CMOS paměti bývají většinou uloženy: • o prohození poradí jednotek pružných disku • o stínování určitých částí paměti (zavádění programového vybavení z pomalejší ROM paměti do rychlejší paměti RAM) • o činnosti rozhraní pružných disku, pevných disku • o činnosti vstup / výstupních portu • o nastavení rychlosti repetice klávesnice • o nastavení parametru přenosu informací z pevných disku • o nastavení parametru pro režim s úsporou elektrické energie • o nastavení přirazení IRQ úrovní • o nastavení hesla k programu SETUP, popř. k celému počítací

23. Příklady konkrétních vnitřních pamětíBIOS • paměť typu ROM (konkrétně flash) • její název je odvozen od obsahu (programu BIOS)

24. BIOSProgram BIOS • basic input output systém • základní program pro přímou komunikaci s hardwarem • přebírá signály od hardwaru a v určeném formátu je podává OS • zajišťuje nezávislost OS na konkrétní sestavě • typ BIOS je dán výrobcem základové desky (ABM, Compaq, MSI)

25. BIOSProgram setup • slouží k zobrazení a nastavení konfigurace počítače • prohlíží a upravuje obsah CMOS Základní instrukce pro spouštění zavaděče • Zavaděč je program ležící na začátku systémové oblasti systémového média (např.: HDD) v boot sektoru • • Tento program zkopíruje jádro OS do OP

26. schrnutí Podle přístupu 1. Sekvenční – z vnitřních žádná, z vnějších např. disketa 2. Přímý – RAM – všechny vnitřní, z vnějších vše kromě páskových Možnost zápisu 1. Pouze pro čtení – ROM – z vnitřních BIOS a z vnějších CD-ROM 2. Čtení i zápis – RWM – vnitřní např.: OP, Cache, z vnějších např.: HDD, CDRW • Základní dělení 1. Vnitřní (cache, OP) – jsou to čipy na základové desce 2. Vnější (CD, DVD, HDD) – jsou to paměťová média • Podle trvanlivosti záznamu 1. Energeticky nezávislé (ROM, BIOS) a externí paměti 2. Energeticky závislé (CMOS, RAM, Cache)

27. Vnější paměti • Jsou paměťová média včetně HDD • Jsou energeticky nezávislé s přímým přístupem, kromě páskových médií • Určena jsou pro čtení i zápis, kromě lisovaných CD a DVD

28. Vnější pamětiDiskety • V roce 1972 firma DEC přišla s 8“ disketou, která se užívala v prvních osobních počítačích • Byla jednostranná (zápis z jedné stany) (též také označení SS) • 5 ¼“ • • Nejprve jednostranná, později i oboustranná (DS) • • Oboustranné ve dvou variantách, lišily se hustotou záznamu (DD a HD (1,2 MB)) • 3 ½ ´´ • • Verze DD a HD (1,44 MB)

29. Vnější pamětiZIP disk • Vyrobeno firmou Iomega • Rozměry je podobná disketě • Kapacita je 100 a 200 MB • Princip zápisu • • Plastový kotouč potažený feromagnetickým materiálem, který je magnetizován hlavou, která je elektromagnetem (magnetizují se plošky, čímž se zapisuje binární kód)

30. Vnější pamětiBernoulliho disk • Firma Iomega • Princip: kotouč přitlačován podle Bernouliho jevu působícího ve vzduchu, ve kterém se disk otáčí. Dochází k prohnutí disku.

31. Vnější pamětiMagneto-optický disk • Kombinace magnetického a laserového zápisu • Čte se laserem, který při zápisu připravuje médium pro magnetický zápis • Kapacita od 128 MB do 9,16 GB • Rozměry DVD a je mu dost podobný • Běžně se neužívá

32. Vnější pamětiPáskové paměti (streamer) • Sekvenční médium • Určeno pro zálohování dat a jejich obnovu • Kapacita kazety je až 1 TB • Mechanika má integrované HDD pro urychlení práce a vyrovnání rozdílů rychlosti

33. Vnější pamětiHarddisk • Vnější paměť s magnetickým typem zápisu • Paměť určená pro zápis i čtení s přímým přístupem • Poprvé bylo užito u osobního počítače IBM XT v roce 1980 (průměr 5 ¼“ s kapacitou 10 MB a odezvou 87 ns) • O deset let později 200 MB a měli rozměr 3 ½“ • Běžná kapacita 160 – 2000 GB

34. Harddisk • Parametry • • Kapacita • • Přístupová doba • • Typ řadiče • • Počet otáček za sekundu • • Velikost diskové cache • Jak pracuje HDD • • Diskové médium je z ploten (pevných kotoučů) s feromagnetickým povrchem • • Je v hermeticky uzavřeném pouzdře • • Plotny jsou umístěny nad sebou • • Zapisuje se pomocí elektromagnetických hlav, nebo se jimi čte • • Rychlost otáčení je 7200 otáček/min • • Čtecí hlava se nedotýká povrchu, vznáší se 0,3 až 0,5 mikrometru nad plotnou • • Pro nečekaný výpadek proudu je určen parkovací sektor, pakování hlaviček

35. Harddisk • Části • • Médium (plotny) • • Elektromagnetické hlavy • • Mechanika pro pohyb hlav (možnost elektronického řešení pohybu) • • Krokový motor, otáčí plotnami • • Řadič – elektronika, která řídí práci disku – odpovídající řadič je na základové desce • Řadič • • Odpovídá za správné vystavení hlav (nasměrování hlav) • • Organizuje vlastní čtení a zápis dat, stará se o kódování a dekódování dat • • Přenos dat mezi diskem a operační pamětí pomocí DMA kanálu (sběrnice určena jen pro tento přenos)

36. Harddisk Technologie RAID • Současné počítače umožňují instalaci více disků • Je možné disky zapojit více způsoby pomocí technologie RAID • Předpokladem je připojení minimálně 2 HDD • Tehdy můžeme mluvit o jednoduchém diskovém poli • Základních typů polí je 6 • RAID 0 rozděluje data rovnoměrně na všechny disky, v systému se tváří jako jeden disk, zvyšuje se rychlost čtení a zápisu (proužkování) • RAID 1 – miroring, data jsou automaticky ukládána zrcadlově na dva disky a data jsou v případě kolapsu automaticky obnovena z druhého • RAID 5 – data jsou zapisována běžným způsobem, ale na jednom disku je paritní pole, kde jsou specielně zapisována data a mohou být vždy obnovena • RAID 7 – naprosto nezávislé disky, zaručuje pomocí OS nezávislost jednotlivých cest a disků (některé externí boxy) • RAID 2 – uplně samostatná uložiště bez řízení

37. Harddisk - řadič IDE • K dispozici má 2 DMA kanály • Přenos je paraelní • Celkem je možno připojit celkem 4 zařízení • Nastavení pomocí jumperů na disku a pomocí setup • Bylo nutno zvolit master a slave (primár a sekundár)

38. Harddisk - řadič SATA • Seriál ATA • Přenos sériový • Každé zařízení má svůj DMA kanál • Lze připojit 8 zařízení

39. Harddisk - řadič SCSI • Je pro vysoko rychlostní disky • Vysokorychlostní přenos velkých objemů dat • Umožňuje připojit až 16 zařízení • Umožňuje i periferii (tiskárny, páskové mechaniky, skenery)

40. Harddisk - řadič FC • Připojení diskových polí • Je stavěn na otiku • Vysokorychlostní přenosy • Do vzdálenosti 10 km

41. Harddisk - řadič IEEE 1394 • Vyvinuto Apple • Pro připojení pevných disků • Především pro připojení DVD přehrávačů, fotoaparátů, kamer, televizí

42. Harddisk - Formátování (struktura) • • Každé médium je nutné pro zápis připravit formátováním • • Má dvě úrovně – • • 1, fyzický formát (low formát) – je jím udána kapacita disku • o Dělí se jím prostor na stopy (soustředné kružnice) • o Zapisuje se po cylindrech (stopy v zákrytu pod sebou) • o Každá stopa je dělaná na úseky (sektory) o jednotné velikosti 512 B • o Stopy se stejným poloměrem tvoří cilindr • o = geometrie disku • o Sektor = nejmenší jednotka, ke které umí hlavy přistoupit

43. Harddisk - Formátování (struktura) • • 2, logický formát • o Dělá se pomocí nástrojů OS • o Provádí běžný uživatel • o Vytvoření: Master boot sektor, alokační tabulka, tabulka oblastí, root (kořenový adresář) – první lomítko v cestě je kořenový adresář • o Alokační tabulka: obsahuje informace o všech klastrech a jejich přiřazení k souborům • o Cluster – je užíván jako k ukládání souborů a adresářů v systémovém souboru na daném paměťovém médiu, velikost Clusteru je různá na velikosti HDD a typu systému, 1 cluster je více sektorů • o Typ alokační tabulky určuje typ souborového systému

44. Harddisk - Formátování alokační tabulka • • Je základem souborového systému • • Souborový systém je způsob organizace dat ve formě souboru, tak aby následný přístup k souborům byl co nejefektivnější • o Umožňuje uživatelům práci se soubory a vytváření složek (adresářů) a podsložek (podadresářů) • o Pro souborový systém je určující typ alokační tabulky (FAT-16, FAT-32, NTFS) • • Soubor je ucelená skupina dat jednoznačně určená svým jménem a umístěním • • Jméno souboru má dvě části – jméno a přípona (nativní – typická přípona)

45. Harddisk - Formátování alokační tabulka • • Typy: FAT-12 – diskety Windows – je 12 bitová => může obsahovat 212 clastrů • o FAT-16 – Windows 95 – umožňuje nax. 2 GB HDD • o FAT-32 – Windows 98 – max. 4 TB HDD, ale velikost souboru nemůže přesáhnout 4 GB • o NTFS – od Windows 2000 – umožňuje ukládat informace o přístupových právech uživatelů • o Ext3, nfs – Linux • Umístění souboru – popis umístění = cesta úplná (i s kořenovým adresářem) / relativní (vztažená ke složce, ve které je soubor s odkazy) • V případě publikování dat se užívají universální formáty (text – RTF a pdf) • Strukturu adresářů vytváří uživatel v root • Adresáře mají stromovou strukturu

46. Kompaktní disky • DVD • • Typy: ROM, + - R, RW a RAM • • Jednovrstvé - 4,7 GB • • Dvouvrstvé – 8,5 GB • • Regiony = rozdělení světa na 6 částí • Blue-ray • • Vlnová délka laseru je 405 nm • • Jednovrstvé – 25 GB • • Vícevrstvé – 50 GB • Vrstvy médií • • Nosný polykarbonát • • Na zápisové straně je předlisovaná drážka (nelisovaná média) • • Záznamová vrstva (R – záznamové barvivo) a (RW – slitina kovů) • • Reflexní vrstva – látka dobře odrážející světlo • • Ochranný lak