Память внешняя
Содержание
Классическая функция внешней памяти состоит в том, чтобы сохранять информацию (как программу, так и данные всех видов) для повторного использования. Отсюда следует, что всю информацию целесообразно хранить во внутреннем двоичном представлении, т.к. это позволяет в случае необходимости немедленно обрабатывать ее без всяких дополнительных преобразований. Именно названное обстоятельство позволяет легко отличать внешнюю память от устройств вывода (или ввода), которые, напротив, используют выходные (входные) данные в виде, удобном для восприятия человека. В частности, любые дисковые устройства по указанной выше причине являются внешней памятью, а сканер или принтер относят к устройствам ввода-вывода. В то же время, все эти устройства можно назвать периферийными, или внешними, учитывая одинаковый способ их взаимодействия с центральным процессором.
Часто внешние устройства имеют съемные носители информации: диски различной природы, магнитные ленты и даже карты памяти мультимедиа-устройств с фотографическими или звуковыми файлами (см. “Носители информации”). Те, кто знаком с историей вычислительной техники, вспомнят также о существовавших ранее бумажных машинных носителях — перфолентах и перфокартах. Жесткий диск, напротив, не может быть извлечен из своего защитного корпуса и заменен подобно тому, как это делается с дискетой.
Приведенные выше примеры свидетельствуют о том, что внешняя память состоит из носителя информации и устройства ее записи/чтения. Тесная взаимосвязь этих компонентов свидетельствует о методической нецелесообразности их разделения. Поэтому с указанной точки зрения внешней памятью является и сам компакт-диск, и привод накопителя, причем, разумеется, независимо от того, закреплен ли он внутри системного блока или подключается через внешний разъем.
Особо подчеркнем, что диски любой природы, помимо собственно данных, обычно содержат специальные каталоги, с помощью которых компьютер может найти требуемую информацию. Ведением каталогов занимается операционная система (см. “Файлы и файловая система” и “Операционная система”).
С точки зрения курса информатики принципы хранения данных на дисках и их поиска вообще представляют большой интерес. Поэтому рассмотрим этот вопрос подробнее на примере магнитного диска.
Начнем с того, что любой диск имеет две поверхности, пригодные для размещения информации, которые в технической литературе принято называть сторонами диска. Учитывая, что в современных накопителях на жестких дисках на одной оси может быть установлено несколько дисковых пластин, общее количество сторон может быть больше.
Каждую поверхность обслуживает собственная магнитная головка. Все головки собраны в единый механический блок и могут двигаться вдоль радиуса дисков. Движение это является дискретным, т.е. головки могут занимать относительно диска только строго определенные положения (для накопителя на гибких магнитных дисках количество стандартных позиций принято равным 80, хотя на практике есть еще несколько дополнительных). Каждое фиксированное положение головки позволяет дисководу за счет вращения диска получить доступ к некоторой “полоске” магнитной поверхности, имеющей форму кольца с центром, совпадающим с осью вращения, — ее принято называть дорожкой диска.
Наконец, каждая дорожка разделена на отдельные сектора. Сектор является неделимой порцией информации и может быть прочитан только целиком (размер секторов обычно равен 512 байтам). Последней координатой информации на диске служит номер требуемого байта в секторе; выделением отдельного байта из прочитанного сектора занимается уже не сам накопитель, а обслуживающее его программное обеспечение компьютера.
Итак, положение интересующего нас байта информации на магнитном диске определяется четырьмя “координатами”: номером стороны, номером дорожки диска, номером сектора и номером байта в нем. Часто о такой организации доступа говорят как о доступе к диску на физическом уровне. Описанная выше сложная система хранения данных требует определенных усилий по их извлечению со стороны программного обеспечения. Сравните это с аппаратной схемой доступа ко внутренней памяти, описанной в статье “Память оперативная”, и вы легко поймете, почему все программное обеспечение сначала копирует данные из внешней памяти в ОЗУ (загружает их) и лишь затем обрабатывает.
Рядовой пользователь обычно не имеет представления ни о каких номерах секторов или дорожек, в которых записана его информация. Для обращения к программам или данным он оперирует определенной системой имен, принятой в данной версии ОС. Зная имя файла с информацией, система обращается к размещенным на диске специальным служебным таблицам и по ним определяет номера требуемых секторов, а затем производит чтение или запись. Таким образом, наличие файловой системы однозначно свидетельствует о том, что устройство является разновидностью внешней памяти.
Помимо собственно информации на диске, имеются и служебные данные — своеобразная разметка, облегчающая накопителю поиск нужной информации. Такая разметка создается в процессе подготовки магнитного носителя к работе и называется форматированием низкого уровня. В заголовках записаны характеристики дорожек и секторов (их номера, размер и т.п.), а после каждого сектора помещена контрольная сумма всех его данных (при неправильном считывании сектора сумма получится другой и это позволит зафиксировать ошибку).
Помимо описанного физического форматирования на низком уровне, существует еще логическое форматирование. Логический формат диска существенно зависит от того, как операционная система организует на нем информацию. В процессе логического форматирования каждая ОС создает на дискете или на винчестере собственные служебные области, например каталог файлов, и очищает их.
В заключение еще одно важное замечание о работе устройств внешней памяти. Поскольку все они, как и устройства ввода-вывода, подсоединяются к шине данных через контроллеры (см. “Функциональное устройство”), процедура обмена во многом определяется именно логикой работы контроллера.
Методические рекомендации
Обсуждая внутреннюю и внешнюю память, часто используют множество аналогий, в том числе достаточно интересных. Тем не менее не следует ими чрезмерно увлекаться, необходимо уделять внимание хотя бы краткому освещению технической стороны проблемы. Вот что пишет об этом известный автор Ч.Петцольд 7: “На вопрос о постоянстве 8 и оперативности часто отвечают, используя такую аналогию: “Считайте, что оперативная память — это ваш рабочий стол, а постоянная — шкаф с папками”. И думают, что это прекрасное сравнение! Но я его таковым не считаю: создается впечатление, что архитектура компьютера срисована с обычной конторы. Правда же заключается в том, что различие между постоянной и оперативной памятью искусственно и существует лишь потому, что нам до сих пор не удалось создать накопитель данных, который был бы одновременно быстрым, объемным и способным хранить информацию в течение долгого времени”.
В качестве дополнения к мысли о некоторой искусственности разделения памяти напомним также о виртуальном способе адресации памяти, принятом в современных компьютерах, при котором внутренняя и внешняя память рассматриваются как единое целое. Если ОЗУ по какой-то причине не хватает, система копирует “наименее нужную” в данный момент область ОЗУ на диск, освобождая тем самым необходимый объем памяти.
И еще одно методическое предложение. В ходе обсуждения примеров различных устройств внешней памяти можно порекомендовать производить их попарное сравнение, выделяя существенные отличия. Вот возможные варианты обсуждения.
· Сравнить магнитные и компакт-диски — они имеют разную природу записи.
· Сравнить накопители на жестких и гибких дисках — в отличие от винчестера, дисковод имеет сменные носители.
· Сравнить флэш-память и карту памяти фотоаппарата — карта фотоаппарата только носитель, для ее подключения компьютеру требуется специальное устройство; флэш-память совмещает носитель и устройство считывания.
· Сравнить внешнее запоминающее устройство на базе флэш-памяти (на фото внизу) и ROM BIOS на базе такой же памяти (фото ниже) — ПЗУ является частью внутренней памяти и обращение к его отдельным байтам производится по адресу; “флэшка” — внешняя память — имеет файловый доступ к информации.
7 Петцольд Ч. Код. М.: Русская Редакция, 2001, 512 с.
8 Автор цитаты использует термин “постоянная” память вместо “внешняя”.
