Современные технологии в построении внутренней и внешней памяти персонального компьютера

    МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

    Государственное образовательное учреждение высшего

    профессионального образования

    ВСЕРОССИЙСКИЙ  ЗАОЧНЫЙ

    ФИНАНСОВО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ

    ИНСТИТУТ (ВЗФЭИ) 
 

    КУРСОВАЯ  РАБОТА

    по  дисциплине «Информатика»

    на  тему

    «Современные технологии в построении внутренней и внешней памяти персонального компьютера». 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Исполнитель: Анохина Александра Владимировна

    Специальность: бакалавр менеджмента

    группа  201

    Номер зачетной книжки: млб00447

    Руководитель: Дулькин Вадим Наумович 
 

    Содержание:

1. Введение______________________________________________3-4
2. Понятия внешняя и внутренняя память_____________________5-6
3. Виды носителей информации:_____________________________7-8
• Магнитные носители;____________________________________7-8
• Флэш-диски;___________________________________________8-9
• Оптические носители;__________________________________9-11
• Магнитооптические носители._____________________________11
4. Перспективы._________________________________________12-15
5. Практическая часть.___________________________________16-18
6. Заключение.____________________________________________19
7. Список использованной литературы.______________________20

    1. Введение. 

    Несмотря  на огромное разнообразие вычислительной техники и ее необычайно быстрое совершенствование, фундаментальные принципы устройства машин во многом остаются неизменными. В частности, начиная с самых первых поколений, любая ЭВМ состоит из следующих основных устройств: процессор, память (внутренняя и внешняя) и устройства ввода и вывода информации. Процессор является главным устройством компьютера, в котором собственно и происходит обработка всех видов информации. Другой важной функцией процессора является обеспечение согласованного действия всех узлов, входящих в состав компьютера. Выбрать, какую инструкцию программы исполнять следующей, также должен сам процессор, причем результат этого выбора часто может зависеть от обрабатываемой в данный момент информации. 
        Хотя внутри процессора всегда имеются специальные ячейки (регистры) для оперативного хранения обрабатываемых данных и некоторой служебной информации, в нем сознательно не предусмотрено место для хранения программы. Для этой важной цели в компьютере служит другое устройство – память.

    Память в целом предназначена для хранения как данных, так и программ их обработки: согласно фундаментальному принципу фон Неймана, для обоих типов информации используется единое устройство. 
Начиная с самых первых ЭВМ, память сразу стали делить на внутреннюю и внешнюю. Исторически это действительно было связано с размещением внутри или вне процессорного шкафа. Однако с уменьшением размеров машин внутрь основного процессорного корпуса удавалось поместить все большее количество устройств, и первоначальный непосредственный смысл данного деления постепенно утратился. Тем не менее, терминология сохранилась.  

    Память  компьютера построена из двоичных запоминающих элементов — битов, объединенных в группы по 8 битов, которые называются байтами. (Единицы измерения памяти совпадают с единицами измерения информации). Все байты пронумерованы. Номер байта называется его адресом.

    Байты могут объединяться в ячейки, которые  называются также словами. Для каждого компьютера характерна определенная длина слова — два, четыре или восемь байтов.  
 

    Широко  используются и более крупные  производные единицы объема памяти: Килобайт, Мегабайт, Гигабайт, а также, в последнее время, Терабайт и Петабайт. 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Понятия внешняя  и внутренняя память  компьютера.

 
         Под внутренней памятью современного компьютера принято понимать быстродействующую электронную память, расположенную на его системной плате. Сейчас такая память изготавливается на базе самых современных полупроводниковых технологий. Наиболее существенная часть внутренней памяти называется ОЗУ - оперативное запоминающее устройство. Его главное назначение состоит в том, чтобы хранить данные и программы для решаемых в текущий момент задач. В состав внутренней памяти современного компьютера помимо ОЗУ также входят и некоторые другие разновидности памяти. Например, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), в котором в частности хранится информация, необходимая для первоначальной загрузки компьютера в момент включения питания. Как очевидно из названия, информация в ПЗУ не зависит от состояния компьютера. Раньше содержимое ПЗУ раз и навсегда формировалось на заводе, теперь же современные технологии позволяют, в случае необходимости, обновлять его даже не извлекая из компьютерной платы. 
       Внешняя память реализуется в виде довольно разнообразных устройств хранения информации и обычно конструктивно оформляется в виде самостоятельных блоков. Внешняя память позволяет сохранить огромные объемы информации с целью последующего использования. Подчеркнем, что информация во внешней памяти прежде всего предназначена для самого компьютера и поэтому хранится в удобной ему форме; человек без использования машины не в состоянии, например, даже отдаленно представить содержимое немаркированной дискеты или диска CD ROM.                    Основное назначение внешней памяти - долговременное хранение большого количества информации. Для пользователя имеют существенное значение некоторые технико-экономические показатели внешних запоминающих устройств и носителей информации: информационная ёмкость, скорость обмена информацией, надёжность её хранения и стоимость.

    К устройствам внешней памяти или  ВЗУ относятся:  
    • Накопители на гибких магнитных дисках. 
    • Накопители на жестких магнитных дисках. 
    • Дисководы для работы с лазерными компакт дисками.  
    • Магнитооптические системы. 
    • Стримеры.  
    • Флеш-диски. 

     
        Современные программные системы способны объединять внутреннюю и внешнюю память в единое целое, причем так, чтобы наиболее редко используемая информация попадала в более медленно работающую внешнюю память. Этот метод дает возможность расширить объем обрабатываемой с помощью компьютера информации. 
 

    3. Виды носителей  информации. 

• Магнитные носители.

    Первые компьютеры использовали в качестве внешней  памяти обычные магнитофоны. Сегодня  магнитофоны используются лишь для  резервного копирования содержимого жёстких магнитных дисков (МД).

      
    Жёсткий диск - это пластинка из немагнитного материала, на поверхность

    который нанесён магнитный слой. Среднее время его безотказной работы - сотни тысяч часов. Жёсткие магнитные диски состоят из нескольких дисков, размещённых на одной оси и вращающихся с большой угловой скоростью (несколько тысяч оборотов в секунду), заключённых в металлический корпус.     Современные ЖМД имеют скорость вращения от 3600 до 7200 об/мин. Это может быть стеклянный диск (с металлической поверхностной пленкой, например кобальтовой), не чувствительный к температуре.  
 

    За  точку отсчета в развитии магнитной памяти следует принимать далекий 1898 год. Именно в том году датский инженер В. Поулсен, работавший в Копенгагенской телефонной компании, продемонстрировал прибор, который мог записать речь на стальную струну. Вначале его друзья были озадачены странным поведением Поулсена — он перемещался от одного конца проволоки к другому, говоря в микрофон, подсоединенный к электромагнитной катушке. Последняя передвигалась по струне с помощью тележки. Однако, когда Поулсен вернул тележку в исходное положение и заменил микрофон динамиком, друзья смогли вновь услышать его голос в процессе движения тележки. В основе современных устройств магнитной записи информации лежит этот же принцип с той лишь разницей, что струна заменена тонкой магнитной пленкой.

• Флеш-диск.

      Это устройство для долговременного  хранения данных, с возможностью  многократной перезаписи, реализованное  на микросхемах памяти Достоинства:  малая мощность, надёжность в  работе, малогабаритность, устойчивость к ударам, отсутствие механических и движущихся частей. 
    Гибкие магнитные диски используются для обмена программами между компьютерами и при поставке программных продуктов. Гибкие МД предназначены для переноса документов и программ с одного компьютера на другой, хранения архивных копий и информации, не используемой постоянно на компьютере. 

      
    Гибкий МД диаметром 5,25 дюйма использовались до середины 80-х годов 20 века и могли хранить до 1,5 млн. символов информации. В настоящее время ещё используются ГМД диаметром 3,5 дюйма, которые имеют емкость 1,8 млн. символов. Защита магнитного слоя является особенно актуальной, поэтому сам диск спрятан в прочный пластмассовый корпус, а зона контакта головок с его поверхностью закрыта от случайных прикосновений специальной шторкой, которая автоматически отодвигается только внутри

дисковода. 
    Недостатками магнитных носителей являются способность разрушения магнитного слоя при частом считывании информации. Достоинство - возможность записывать информацию множество раз. 

• Оптические  носители

    Существуют накопители на оптических дисках (CD-ROM), где информация записывается лазером. Внешне они ничем не отличаются от звуковых компакт-дисков. Диски CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) обладают емкостью до 3 млрд. символов информации, высокой надежностью хранения информации, долговечностью.

    CD-ROM накопители используют оптический  принцип чтения информации. Лазерный  луч падает на поверхность  вращающегося CD-ROM диска и луч  отражается в нём с интенсивностью, соответствующей значениям 0 и  1. Выпускают устройства, которые позволяют самостоятельно записывать специальные компакт-диски. В отличие от обычных, данные диски имеют отражающий слой из золота. Это, так называемые, перезаписываемые CD-R.  
    Резерв повышения емкости - повышение плотности записи путем уменьшения длины волны лазера. Так появились компакт-диски, способные хранить почти 5 млрд. символов информации на одной стороне и 10 млрд. символов - на двух сторонах. Планируется также создание двухслойной схемы записи, т.е. когда на одной стороне носителя будут две разнесенные по глубине поверхности с записанными данными. В этом случае информационная емкость компакт диска возрастает до 9 млрд. символов на одной стороне.  
    Недостатком CD-ROM диска является занесение информации на носитель только один раз. Достоинство CD-ROM диска - бесконечное считывание информации без потерь.  
    Появились цифровые лазерные DVD-диски. Аббревиатура DVD может быть расшифрована как Digital (цифровой) Video (видео) Disk (диск).

Основное их отличие - это более высокая плотность  записи. Так, преобладающим на компьютерном рынке является диск диаметром 120 мм и ёмкостью до 5 миллиардов символов. Считается, что ёмкость DVD-дисков может  достигать 15 ммиллиардов.    

Различают DVD-ROM и DVD-RAM диски. DVD-ROM только для чтения. DVD-RAM для чтения и записи. Для чтения DVD-дисков требуется специальный дисковод. 

• Магнитооптические носители

    Одно из достижений XX столетья - магнитооптические диски. В них используются достоинства магнитных и оптических носителей: многократность записи и многократность считывания. Здесь объединены достижения магнитной и оптической технологий. На них можно записывать информацию и быстро считывать ее. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    4. Перспекивы 

    Важными направлениями научных исследований в этой области является изучение эффектов, влияющих на сверхплотную запись информации.

    Однако  проблема заключается не только в  том, какую среду использовать для записи информации, но и каким образом эту информацию записать и считать с данного носителя. Например, если для записи и считывания информации непосредственно использовать луч лазера, то размер одного бита информации не может быть существенно меньше половины длины волны.

    Активно разрабатываются устройства, позволяющие проводить запись и считывание информации в объеме материала, то есть осуществлять трехмерное хранение информации (3D-память). Место бита в объеме материала может быть определено с помощью простых пространственных, спектральных или временных координат. Так, например, при голографической записи, концепция которой возникла еще в 1960-х годах, информация хранится в толще среды как "страницы" электронных изображений (то есть отдельные биты информации сохраняются коллективно).

    Ведутся также исследования новых возможностей трехмерной записи информации, делающих ее в некотором смысле четырехмерной. При этом способе записи предлагается помимо обычной использовать также такую информацию о каждой точке записи, как длина волны, время или молекулярная структура (например, записывать информацию в одной и той же точке пространства на разных длинах волн).

    Однако  чисто оптические методы записи, в  которых среда для записи (или ее часть) расположена на заметном расстоянии от лазера, имеют одно важное ограничение — минимальный размер бита записываемой информации.

    Что же касается далекой перспективы, то не исключено, что компьютеры будущего будут использовать для вычислений уже не биты, а так называемые кубиты (квантовые биты) информации, представляющие собой суперпозицию квантовых состояний. Реальная работа таких квантовых компьютеров потребовала бы интеграции большого количества кубитов (например, невзаимодействующих молекул) с одновременным контролем их состояния.

    Японская компания Hitachi заявила, что к 2011 году ее специалисты могут предложить потребителям жесткие диски, способные хранить 4 терабайта информации на персональных компьютерах и 1 терабайт – на лэптопах.

    Hitachi сообщает, что ее сотрудники смогли  уменьшить основной элемент «жесткого  диска» – считывающую головку – до наноразмера. Это в свою очередь позволяет записывать на носители гораздо больше инфомации. Один терабайт данных – это примерно 1 млн. книжек, 250 часов видеозаписи высокого разрешения, или 250 тыс. файлов с музыкой. На сегодняшний момент жесткие диски могут записывать не более терабайта данных. При создании винчестера нового образца японские специалисты использовали эффект сверхмагниторезистивности (GMR), за открытие которого француз Альберт Ферт и немец Петер Грюнберг в этом году получили Нобелевскую премию по физике.Ученые установили, что у некоторых металлов при помещении в сильное магнитное поле резко возрастает электрическое сопротивление. Благодаря этому, были созданы более чувствительные считывающие головки для накопителей информации.Количество данных, которые можно хранить на «жестком диске» в первую очередь ограничивается размером самого носителя. И специалисты различных компьютерных компаний пытаются найти новые способы помещения как можно большего количества байтов на носителе минимального размера. BBC

    Физики  создали прототип запоминающей ячейки на основе наночастиц. Их разработка может стать основой для более вместительных запоминающих устройств. Благодаря исследованиям ученых НАНОПРОВОЛОКА позволит увеличить емкость флеш-карт. Исследователи из Кембриджского университета и Технологического института в Кванджу (Корея) смогли создать энергонезависимую запоминающую ячейку на основе сверхтонкой проволоки из оксида цинка, окруженной наночастицами.

    Нанопроволока из цинка обладала полупроводниковыми свойствами и стала за счет этого основной для транизистора. Наночастицы сегнетожлектрика позволили обеспечить хранение заряда  - по крайней мере, на протяжении десятка тысяч часов. Для лабораторного образца, призванного показать работоспособность самой идеи неплохо.

    ОАО "Роснано" и калифорнийская Crocus Technology провели переговоры о сотрудничестве в проекте создания в России производства инновационных чипов памяти. Об этом сообщает The Wall Street Journal.

    По данным издания, затраты на строительство фабрики по производству чипов MRAM (магниторезистивной оперативной памяти) составят порядка 300 миллионов долларов, большую часть из которых готова предоставить "Роснано". Объект столь масштабных инвестиций российской компании - Crocus Technology - уже несколько лет занимается проектированием перспективных чипов, однако своего производства не имеет. 
Основное отличие памяти MRAM от обычной DRAM - энергонезависимость. То есть она может хранить данные как жесткий диск или флеш-память, в отключенном состоянии, но при этом позволяет осуществлять доступ к ним на высоких скоростях, как у обычной оперативной памяти. 
Внедрение MRAM позволило бы отказаться от различных типов памяти и сделало бы компьютеры и мобильные устройства более быстрыми, легкими и экономичными. Впрочем, в будущее этой технологии верят не все. По крайней мере, крупные производители чипов памяти интереса к ней пока что не проявляли. 
       Однако, как отметил в интервью The Wall Street Journal глава представительства "Роснано" в США Дмитрий Аханов, "у технологии MRAM большое будущее и огромный потенциал развития". По словам главы "Роснано" Анатолия Чубайса, профинансированная его компанией фабрика чипов MRAM в России станет крупнейшей в своем роде в мире. Кроме того, новое производство поможет в развитии ряду других проектов российского высокотехнологичного инвестфонда. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Практическая часть. 

    Предприятие общественного питания ООО «Пекарь» занимается изготовлением и доставкой пиццы по адресам клиентов.

    Для решения задачи необходимо следующее.

    1. Построить таблицы по предоставленным данным.

    2. Рассчитать стоимость изготовления одной пиццы.

    3. Сформировать и заполнить таблицу с данными по расчету дохода пиццерии по каждому наименованию изделий и по всем изделиям в целом.

    4. Результаты расчетов доходов по каждому наименованию изделий представить в графическом виде. 
 

    Вычисляем стоимость изделия путем сложения числовых данных в столбцах «Стоимость ингредиентов» и «Стоимость работы». 
 
 
 

    В таблице «Доход, полученный пиццерией за прошедший месяц» вычисляем стоимость каждого заказа отдельно путем умножения числа количества заказов на стоимость изготовления каждой пиццы. Затем вычисляем общую прибыль, полученную пиццерией путем сложения стоимостей всех заказов. 
 

8. Заключение.

    В настоящее время разработано  много видов оперативной памяти: высокоскоростная и более медленная, дорогая и дешевая. Какую память следует устанавливать на компьютер и какие использовать носители информации, решает каждый для себя, в зависимости от необходимых для него характеристик. Также, следует заметить, что быстроразвивающаяся компьютерная отрасль предъявляет всё большие требования к компьютерам и к памяти. Поэтому очень важно следить за инновациями в этой сфере и идти в ногу со временем. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Список ипользованной литературы: 

• Словарь компьютерных терминов. А. Синклер.
• Библия пользователя. Уокенбах.
• www.novostitechnologiy.com.