Анализ и оценка современных средств хранения и передачи данных

 

1.4 Оптические устройства хранения информации

 

CD (Compact Disk) - оптический носитель информации в виде пластикового диска с отверстием в центре, процесс записи/считывания информации на/c который осуществляется при помощи лазера.CD становятся все более быстродействующими и дешёвыми. На диске CD промышленным способом записывается информация. Наибольшее распространение получили 5-дюймовые диски CD емкостью 670 Мбайт. По своим характеристикам они полностью идентичны обычным музыкальным компакт-дискам. Данные на диске записываются в виде спирали (в отличие от винчестера, данные на котором располагаются в виде концентрических окружностей). С точки зрения физики лазерный луч определяет цифровую последовательность единиц и нулей, записанных на CD, по форме микроскопических ямок (пит, pit) на его спирали. Сегодня, имея компьютер с записывающим дисководом CD, можно сделать диск менее чем за час.

DVD(Digital Versatile Disk, ранее  Digital Video Disk), т. е. многоцелевой  цифровой диск – тип компакт-дисков, хранящий от 4,7 до 17 Гбайт информации, что вполне достаточно для полнометражного фильма. Такой объем способен удовлетворить любого производителя компьютерных игр и энциклопедий, для выпуска которых обычно требовалось несколько CD-ROM, вызывая неудобства у пользователя. Спецификаций DVD-ROM рассматривает диски и технологию DVD в качестве средства хранения компьютерных данных, обладающего громадной емкостью. Спецификация DVD-Video, вокруг которой ломалось столько копий, предусматривает лишь запись полнометражных кинопрограмм с высоким качеством изображения, многоканальным звуком и интернациональными настройками.

Спецификация DVD-Audio рассматривает  стандарт записи лишь звука, предполагая, правда, значительно более высокое  качество, многоканальность и возможность  поместить на том же диске не только 74 мин. музыки, но и разнообразную сопутствующую информацию. Становится ясным, что стремительное понижение цен на DVD-устройства может привести к вытеснению CD-приводов уже в ближайшее время даже при условии использования старых носителей. DVD по структуре данных бывают четырёх типов:

DVD-видео — содержат  фильмы (видео и звук);

DVD-Audio — содержат аудиоданные  высокого качества (гораздо выше, чем на аудио-компакт-дисках);

DVD-Data — содержат любые  данные;

смешанное содержимое.

BD(Blu-ray - англ. blue ray — синий  луч и Disk — диск) — формат оптического носителя, используемый для записи и хранения цифровых данных, включая видео высокой чёткости с повышенной плотностью. Стандарт Blu-ray был совместно разработан консорциумом BDA. В новой технологии появились кардинальные изменения в логической структуре диска, стоимости и других параметрах. Длина волны синего лазера укоротилась до 405 нм, что позволило позиционировать луч намного точнее, а, следовательно, и размещать данные на диске с большей плотностью. Более короткая длина волны сине-фиолетового лазера позволяет хранить больше информации на 12 см дисках того же размера, что и у CD/DVD.BD является продуктом нового поколения, наиболее прогрессивным, отвечающим "требованиям нашего времени", чем CD и DVD.

Магнитно-оптический диск — носитель информации, сочетающий свойства оптических и магнитных  накопителей. В последнее время  все более широкое признание  получает магнитооптическая технология, которая использует магнитные и  оптические механизмы записи и чтения; все чаще магнитооптические накопители используются для хранения больших объемов информации. На сегодняшний день благодаря применению новых технических решений и последних технологий в магнитооптических системах ситуация с магнитооптическими накопителями полностью изменилась. Постоянное снижение цен на магнитооптические дисководы и улучшение технических характеристик позволит им в недалеком будущем полностью вытеснить с рынка стримеры, а постоянное увеличение емкости носителей и надежности хранения информации делает их работу в сетевых системах более эффективной по сравнению с накопителями типа CD-ROM.Запись на диск выполняется посредством последовательного нагревания ячейки диска лазером большой интенсивности до t=200 Со. В результате чего ячейка теряет заряд и последующего нанесения нового заряда при этой же температуре магнитной головкой. Считывание производится лазерным лучом меньшей интенсивности. Он направляется на ячейку и поляризуется имеющимся там зарядом (если таковой имеется), а считывающее устройство определяет, является ли отраженный луч поляризованным. Не все магнитооптические диски могут быть перезаписываемыми; существуют также диски с однократной записью CC WORM (Continuons Composite Write Once Read Many) и частичной записью P-ROM (Partial read-only memory).

В таблице 5 приведена  сравнительная характеристика оптических устройств хранения данных.

Таблица 5 – Сравнительная  характеристика оптических устройств 

Показатели	Технология
	CD	DVD	BD
Максимальная скорость чтения	150 Кб/с (16х)	1.385 Мб/с (8х)	4.5 Мб/с (2х)
Максимальная скорость записи	2400 Кб/с	2.77 Мб/с	9 Мб/с
Емкость	700 Мб	6 Гб	16Гб

 

1.5 Внутренние средства хранения информации

 

Оперативная память (RAM – random access memory, ОЗУ) – устройство,  предназначенное для хранения обрабатываемой информации (данных) и программ, управляющих процессом обработки информации. Конструктивно представляет собой набор микросхем, размещенных на одной небольшой плате (модуль, планка). Модуль (модули) оперативной памяти вставляется в соответствующий разъем материнской платы, позволяя таким образом связываться с другими устройствами ПК.

Для того чтобы какая-либо программа начала свое выполнение, она должна быть загружена в оперативную  память. Оперативная память является энергозависимой, т.е. хранит информацию, пока компьютер включен. В оперативную память программа и данные для ее работы попадают из других устройств, загружаются из внешней памяти, энергонезависимых устройств памяти (жесткий диск, компакт-диск и т.д.). Схема взаимодействия оперативной памяти с ЦП представлена в (приложении В.)

Основные характеристики:

Объем памяти определяется максимальным количеством информации, которая может быть помещена в эту память, и выражается в килобайтах, мегабайтах, гигабайтах.

Время доступа к памяти (секунды) представляет собой минимальное  время, достаточное для размещения в памяти единицы информации.

Плотность записи информации (бит/см2) представляет собой количество информации, записанной на единице поверхности носителя.

Кэш-память (с английского cash – запас)– устройство, имеющее  очень короткое время доступа  к данным. Диаграмма кэша памяти представлена на рисунке 8. Встроенная в микросхему сверхбыстрая память. Обычно имеет размер 256 или 512 Кбайт, в мощных компьютерах до 1Гб и более.

Рисунок 8 – Диаграмма  кэша памяти ЦПУ

В современных материнских  платах применяется конвейерный  кэш с блочным доступом (Pipelined Burst Cache). В кэш-памяти хранятся копии блоков данных тех областей оперативной памяти, к которым выполнялись последние обращения, и весьма вероятны обращения в ближайшие такты работы — быстрый доступ к этим данным и позволяет сократить время выполнения очередных команд программы. При выполнении программы данные, считанные из ОП с небольшим опережением, записываются в кэш-память. В кэш-память записываются и результаты операций, выполненных в МП.

По принципу записи результатов  в оперативную память различают  два типа кэш-памяти:

- в кэш-памяти «с обратной записью» результаты операций, прежде чем их записать в ОП, фиксируются, а затем контроллер кэш-памяти самостоятельно перезаписывает эти данные в ОП;

- в кэш-памяти «со сквозной записью» результаты операций одновременно, параллельно записываются и в кэш-память, и в ОП.

CMOS-память (изготовленная  по технологии CMOS – complementary metal –  oxide semiconductor) предназначена для длительного  хранения данных о конфигурации  и настройке компьютера (дата, время,  пароль), в том числе и когда питание компьютера выключено. Для этого используют специальные электронные схемы со средним быстродействием, но очень малым энергопотреблением, питаемые от специального аккумулятора, установленного на материнской плате. Это полупостоянная память. Питается от батарейки, поэтому сохраняет информацию и при полном отключении питания компьютера.

BIOS- постоянная память, т.е. память, хранящая информацию  при отключенном питании теоретически  сколь угодно долго, в которую  данные занесены при ее изготовлении. Такой вид памяти называется ROM (read only memory). BIOS (Basic Input-Output System) – базовая система ввода-вывода – содержит наборы групп команд, называемых функциями, для непосредственного управления различными устройствами ПК, их тестирования при включении питания и осуществления начального этапа загрузки операционной системы компьютера. В BIOS содержится также программа настройки конфигурации компьютера – SETUP. Она позволяет установить некоторые характеристики устройств ПК. BIOS как система непосредственно ориентирована на конкретную аппаратную реализацию компьютера и может быть различной даже в однотипных компьютерах.

 

2 Средства передачи информации и перспективы их развития

 

2.1  Виды средств передачи информации

Для передачи и  распространения электронных данных используются различные средства и  системы связи и телекоммуникации.

Приведем виды связи и используемые в них  виды информации:

1. почтовая (буквенно-цифровая и графическая информация),
2. телефонная (передача речи, включая буквенно-цифровые данные),
3. телеграфная (буквенно-цифровые сообщения),
4. факсимильная (буквенно-цифровая и графическая информация),
5. радио и радиорелейная (речевая, буквенно-цифровая и графическая информация),
6. спутниковая связь (тоже и видоинформация).

Связь в организации  подразделяется на:

• проводную и беспроводную,
• внутреннюю (местную) и внешнюю,
• симплексную, дуплексную и полудуплексную.

Дуплексный  режим – это когда можно одновременно говорить и слышать собеседника. Полудуплексная передача (Half-Duplex) - метод двунаправленной передачи данных (в двух направлениях по одному каналу), при котором в каждый момент времени информация может передаваться только в одну сторону.  
Это двухчастотный симплекс, или полудуплекс. С точки зрения конечного пользователя он эквивалентен симплексу.

Симплексный режим – это когда абоненты говорят между собой по очереди.

Линия связи – физические провода или кабели, соединяющие пункты (узлы) связи между собой, а абонентов – с ближайшими узлами. Каналы связи образуется различным образом. Канал может создаваться на время соединения двух абонентов телефонной или радиосвязи и проведения между ними сеанса голосовой связи. В радиосвязи этот канал может представлять среду передачи данных, в которой одновременно может работать несколько абонентов, а также в ней может одновременно осуществляться несколько сеансов связи.

При этом:

1. проводная связь включает: телефонную, телеграфную связь и системы передачи данных;
2. беспроводная связь включает:

а) подвижную  радиосвязь (радиостанции, сотовая  и транковая связь и др.);

б) стационарную радиосвязь (радиорелейная и космическая (спутниковая) связь);

3) оптическая  неподвижная связь по воздуху  и волоконно-оптическим кабелям связи.

Витая пара – изолированные проводники, попарно свитые между собой для уменьшения наводок между ними. Существует пять категорий витых пар: первая и вторая используются при низкоскоростной передаче данных; третья, четвертая и пятая – при скоростях передачи, до 16, 25 и 155 Мбит/с. Коаксиальный кабель – медный проводник внутри цилиндрической экранирующей защитной оболочки свитой из тонких медных проводников, изолированной от проводника диэлектриком. Скорость передачи до 300 Мбит/с. Значительная стоимость и сложность прокладки ограничивают его использование.

Волновое сопротивление  кабеля (отношение между амплитудами  падающих волн напряжения и тока) составляет 50 Ом. Оптоволоконный кабель состоит из прозрачных волокон оптически прозрачного материала (пластик, стекло, кварц) диаметром в несколько микрон, окружённых твердым заполнителем и помещённых в защитную оболочку. Коэффициент преломления этих материалов изменяется по диаметру таким образом, чтобы отклонившийся к краю луч возвращался обратно к центру. Передача информации осуществляется преобразованием электрических сигналов в световые с помощью, например, светодиода. При этом обеспечивается устойчивость к электромагнитным помехам и дальность до 40 км.

Телефонная  связь – самый распространённый вид оперативно-управленческой связи. Официально появилась 14 февраля 1876 г., когда Александр Белл (США) запатентовал изобретение первого телефонного аппарата.  
Диапазон передаваемых звуковых сигналов по отечественным телефонным каналам составляет полосу частот 300 Гц–3,4 кГц. Автоматическая телефонная связь образуется с помощью узлов коммутации, роль которых выполняют автоматические телефонные станции (АТС), и соединяющих эти узлы каналов (линий) связи. В совокупности с абонентскими линиями (телефонная линия от абонента к ближайшей АТС) она составляет телефонную сеть. Телефонная сеть имеет иерархическую структуру – оконечные (внутриучрежденческие, местные, районные и т.п.), городские, региональные (областные, краевые, республиканские), государственные и международные АТС. АТС соединяются между собой с помощью соединительных линий.