Теоретичні відомості

Лабораторне заняття № 2

Тема заняття: Склад апаратної частини ПК. Основні пристрої ПК

Студенти повинні знати: про логічні основи будови ПК; призначення та склад базової конфігурації ПК;

Студенти повинні вміти: обирати оптимальну конфігурацію основних пристроїв ПК: процесора, пам'яті.

План:

1. Призначення ПК. Логічні основи архітектури ПК.

2. Поняття та склад апаратної частини (hardware) ПК.

3. Основні пристрої ПК. Призначення, технічні характеристики процесора (CPU). Типи процесорів.

4. Призначення, основні характеристики пам’яті ПК. Види пам’яті. Призначення, види внутрішньої пам’яті.

5. Зовнішня пам’ять (магнітні, оптичні носії інформації): види, основні характеристики.

Теоретичні відомості

Сукупність пристроїв, призначених для автоматичної або автоматизованої обробки інформації називають обчислювальною технікою. Конкретний набір, пов’язаних між собою пристроїв, називають обчислювальною системою. Центральним пристроєм більшості обчислювальних систем є електронна обчислювальна машина (ЕОМ) або комп’ютер.

Призначення ПК. Логічні основи архітектури ПК.Комп’ютер - це електронний пристрій, що виконує операції введення інформації, зберігання та оброблення її за певною програмою, виведення одержаних результатів у формі, придатній для сприйняття людиною. За кожну з названих операцій відповідають спеціальні блоки комп’ютера.

На рисунку 1.1 подано зовнішній вигляд типового сучасного комп’ютера, призначеного для одночасної роботи з ним одного користувача. Такі комп’ютери називають персональними комп’ютерами (ПК).

Рис.1.1- Зовнішній вигляд ПК

До складу базової конфігурації ПК, входять:

· системний блок з розміщеними в ньому: процесором — пристроєм для керування роботою комп’ютера й опрацювання даних; пам’яттю — пристроєм для запам’ятовування даних та деякими іншими пристроями;

· клавіатура і маніпулятор «миша» — пристрої для введення даних;

· монітор і звукові колонки — пристрої для виведення даних.

Архітектура комп’ютера — це будова та принципи взаємодії всіх частин комп’ютера. Використовуючи ідеї Беббіджа, у 1946 році американський математик Джон фон Нейман сформулював загальні принципи, щодо побудови комп’ютера, аби він був універсальним та ефективним пристроєм для виконання обчислень та логічних операцій.

Фон Нейман виділив п’ять базових елементів комп’ютера:

• арифметико-логічний пристрій;
• керуючий пристрій, який організовує виконання програми;
• запам’ятовуючий пристрій;
• пристрої для введення інформації;
• пристрої для виведення інформації.

Рис.1.2- Архітектура ПК

Принципи побудови комп’ютерів, висловлені Джоном фон Нейманом (США, 1946р.) і, незалежно, Сергієм Олексійовичем Лебедєвим (СРСР, 1948р.) стали завершенням першого етапу розвитку науки про комп’ютери.

Принципи функціонування сучасних комп’ютерів:

• Принцип двійкового кодування полягає в тому що всі дані подаються у вигляді двійкових кодів.
• Принцип програмного керування полягає в тому що всі операції з опрацювання даних здійснюються відповідно до програм і ці програми розміщуються в пам’яті комп’ютера.
• Принцип адресності полягає в такій організації пам’яті комп’ютера, за якої процесор може безпосередньо звернутись до даних, розміщених у будь-якій частині пам’яті. До того ж кожна мінімальна частина пам’яті (комірка пам’яті) має унікальне ім’я — адресу.
• Принцип однорідності пам’яті полягає в тому, що всі дані, у тому числі й програми, зберігаються в одному і тому самому запам’ятовуючому пристрої.

З часом принципи побудови комп’ютера розвивалися, набували нового змісту, доповнювалися. Так, в ході розробки комп’ютерів у кінці 70-х років ХХ ст. і особливо під час створення першого персонального комп’ютера корпорації IBM, так званого IBM PC (1981 р.), був сформульований магістрально-модульний принцип, який передбачає, що:

• дані між окремими пристроями комп’ютера передаються по єдиній магістралі – системній шині, в якій виділяють три окремі шини: шину даних, шину команд і шину адрес;
• комп’ютер складається з окремих блоків – модулів, кожний з яких виконує певні функції.

Це дає змогу звести модернізацію або ремонт комп’ютера до заміни окремих модулів. Так, можна замінити процесор, блоки пам’яті, монітор на аналогічні або на пристрої з покращеними значеннями властивостей.

Комп’ютери, які працюють на основі зазначених принципів, мають так звану, фоннейманівську (відкриту) архітектуру.

Поняття та склад апаратної частини (hardware) ПК. Апаратна частина ПК(від анг. hardware –тверда частина) - сукупність пристроїв, які входять до складу ПК. Апаратну частину часто називають технічне забезпечення ПК.

Основою апаратної частини є системний блок – корпус - в середині якого містяться найважливіші компоненти. Пристрої, що знаходяться в середині системного блока називають внутрішніми, а пристрої, що під’єднуються ззовні називають зовнішніми. Зовнішні додаткові пристрої, що призначені для вводу та виводу інформації називаються також периферійними.

Основними вузлами системного блоку є:

· електричні плати, що керують роботою комп’ютера (мікропроцесор, оперативна пам’ять, контролери пристроїв тощо);

· накопичувач на жорсткому диску (вінчестер), призначений для читання або запису інформації;

· накопичувачі (дисководи) для гнучких магнітних дисків (дискет).

Основною платою ПК є материнська плата (Mother Board).

На ній розташовані:

процесор - основна мікросхема, що виконує математичні та логічні операції; шини - набір провідників, по яких відбувається обмін сигналами між внутрішніми пристроями комп’ютера; оперативний запам’ятовуючий пристрій (ОЗП) - набір мікросхем, що призначені для тимчасового зберігання даних, поки включений комп’ютер; постійний запам’ятовуючий пристрій (ПЗП) - мікросхема, призначена для довготривалого зберігання даних, навіть при вимкненому комп’ютері; роз’єми для під’єднання додаткових пристроїв (слоти).

Основні пристрої ПК. Призначення, технічні характеристики процесора (CPU). Типи процесорів.

Процесор - головна мікросхема комп’ютера, його «мозок».

Він дозволяє виконувати програмний код, що знаходиться у пам’яті і керує роботою всіх пристроїв комп’ютера. Швидкість його роботи визначає швидкодію комп’ютера. Конструктивно, процесор - це кристал кремнію дуже маленьких розмірів.

Процесор має спеціальні комірки, які називаються регістрами. Саме в цих регістрах містяться команди, які виконуються процесором, а також дані, якими оперують ці команди. Робота процесора полягає у вибиранні з пам’яті у певній послідовності команд та даних і виконанні їх. На цьому і базується виконання програм. У ПК обов’язково має бути присутній центральний процесор (Central Rpocessing Unit - CPU), який виконує всі основні операції.
Часто ПК оснащений додатковими сопроцесорами, орієнтованими на ефективне виконання специфічних функцій, таких як, математичний сопроцесор для обробки числових даних у форматі з плаваючою точкою, графічний сопроцесор для обробки графічних зображень, сопроцесор введення/виведення для виконання операції взаємодії з периферійними пристроями.
Основними технічними характеристиками процесорів є:

• тактова частота,
• розрядність,
• робоча напруга,
• розмір кеш пам’яті тощо.

Тактова частота визначає кількість елементарних операцій (тактів), що виконуються процесором за одиницю часу. Тактова частота сучасних процесорів вимірюється у МГц (1 Гц відповідає виконанню однієї операції за одну секунду, 1 МГц=106 Гц). Чим більша тактова частота, тим більше команд може виконати процесор, і тим більша його продуктивність. Перші процесори, що використовувалися в ПК працювали на частоті 4,77 МГц, а сьогодні робочі частоти найсучасніших процесорів досягли позначки в 2 ГГц (1 ГГц = 103 МГц).

Розрядність процесора показує, скільки біт даних він може прийняти і обробити в свої регістрах за один такт. Розрядність процесора визначається розрядністю командної шини, тобто кількістю провідників у шині, по якій передаються команди. Сучасні процесори сімейства Intel є 32-розрядними.
Робоча напруга процесора забезпечується материнською платою, тому різним маркам процесорів відповідають різні материнські плати. Зараз робоча напруга процесорів не перевищує 3 В. Пониження робочої напруги дозволяє зменшити розміри процесорів, а також зменшити тепловиділення в процесорі, що дозволяє збільшити його продуктивність без загрози перегріву.
Кеш-пам’ять. Обмін даними всередині процесора відбувається набагато швидше ніж обмін даними між процесором і оперативною пам’яттю. Тому, для того щоб зменшити кількість звертань до оперативної пам’яті, всередині процесора створюють так звану над-оперативну або кеш-пам’ять. Коли процесору потрібні дані, він спочатку звертається до кеш-пам’яті, і тільки якщо там потрібні дані відсутні, відбувається звертання до оперативної пам’яті. Чим більший розмір кеш-пам’яті, тим більша ймовірність, що необхідні дані знаходяться там.

Тому високопродуктивні процесори оснащуються підвищеними обсягами кеш-пам’яті. Розрізняють кеш-пам’ять першого рівня (виконується на одному кристалі з процесором і має об’єм порядку декілька десятків Кбайт), другого рівня (виконується на окремому кристалі, але в межах процесора, з об’ємом в сто і більше Кбайт) та третього рівня (виконується на окремих швидкісних мікросхемах із розташуванням на материнській платі і має обсяг один і більше Мбайт).

У процесі роботи процесор обробляє дані, що знаходяться в його регістрах, оперативній пам’яті та зовнішніх портах процесора. Частина даних інтерпретується як власне дані, частина даних - як адресні дані, а частина - як команди. Сукупність різноманітних команд, які може виконати процесор над даними, утворює так звану систему команд процесора. Чим більший набір команд процесора, тим складніша його архітектура, тим довший запис команд у байтах і тим довша середня тривалість виконання команд.

З іншими пристроями, і в першу чергу з оперативною пам’яттю, процесор зв’язаний групами провідників, які називаються шинами. Основних шин три:

• шина даних,
• адресна шина,
• командна шина.

Адресна шина. Дані, що передаються по цій шині трактуються як адреси комірок оперативної пам’яті. Саме з цієї шини процесор зчитує адреси команд, які необхідно виконати, а також дані, із якими оперують команди. У сучасних процесорах адресна шина 32-розрядна, тобто вона складається з 32 паралельних провідників.

Шина даних. По цій шині відбувається копіювання даних з оперативної пам’яті в регістри процесора і навпаки. У ПК на базі процесорів Intel Pentium шина даних 64-розрядна. Це означає, що за один такт на обробку поступає відразу 8 байт даних.

Командна шина. По цій шині з оперативної пам’яті поступають команди, які виконуються процесором. Команди представлені у вигляді байтів. Прості команди вкладаються в один байт, але є й такі команди, для яких потрібно два, три і більше байтів. Більшість сучасних процесорів мають 32-розрядну командну шину, хоча існують 64-розрядні процесори з командною шиною.

Шини на материнській платі використовуються не тільки для зв’язку з процесором.

Усі інші внутрішні пристрої материнської плати, а також пристрої, що підключаються до неї, взаємодіють між собою за допомогою шин. Від архітектури цих елементів багато в чому залежить продуктивність ПК у цілому.

Основні шинні інтерфейси материнських плат:

· ISA (Industry Standard Architecture). Дозволяє зв’язати між собою всі пристрої системного блоку, а також забезпечує просте підключення нових пристроїв через стандартні слоти. Пропускна здатність складає до 5,5 Мбайт/с. У сучасних комп’ютерах може використовуватися лише для під’єднання зовнішніх пристроїв, що не вимагають більшої пропускної здатності (звукові карти, модеми і т.д.);

· EISA (Extended ISA). Розширення стандарту ISA. Пропускна здатність зросла до 32 Мбайт/с. Як і стандарт ISA, цей стандарт вважається таким, що вичерпав свої можливості (у майбутньому випуск плат, що підтримують ці інтерфейси припиниться);

· VLB (VESA Local Bus). Інтерфейс локальної шини стандарту VESA. Локальна шина з’єднує процесор з оперативною пам’яттю в обхід основної шини. Вона працює на більшій частоті, ніж основна шина, що дозволяє збільшити швидкість передавання даних. Пізніше в локальну шину «врізали» інтерфейс для підключення відеоадаптера, який також вимагає підвищеної пропускної здатності, що і призвело до появи стандарту VLB. Пропускна здатність - до 130 Мбайт/с, робоча тактова частота - 50 МГц (але вона залежить від кількості пристроїв, під’єднаних до шини, що є головним недоліком інтерфейсу VLB);

· PCI (Peripherial Component Interconnect). Стандарт підключення зовнішніх пристроїв, введений в ПК на базі процесора Pentium. За своєю суттю, це також інтерфейс локальної шини з роз’ємами для під’єднання зовнішніх компонентів. Даний інтерфейс підтримує частоту шини до 66 МГц і забезпечує швидкодію до 264 Мбайт/с незалежно від кількості під’єднаних пристроїв. Важливим нововведенням цього стандарту була підтримка механізму plug-and-play, суть якого полягає в тому, що після фізичного підключення зовнішнього пристрою до роз’єму шини PCI відбувається автоматичне конфігурування цього пристрою;

· FSB (Front Side Bus). Починаючи з процесора Pentium Pro для зв’язку з оперативною пам’яттю використовується спеціальна шина FSB. Ця шина працює на частоті 100-133 МГц і має пропускну здатність до 800 Мбайт/с. Частота шини FSB є основним параметром, саме вона вказується в специфікації материнської плати. За шиною PCI залишилася лише функція підключення нових зовнішніх пристроїв;

· AGP (Advanced Graphic Port). Спеціальний шинний інтерфейс для підключення відеоадаптерів. Розроблений у зв’язку з тим, що параметри шини PCI не відповідають вимогам відеоадаптерів на швидкодію. Частота цієї шини - 33 або 66 МГц, пропускна здатність до 1066 Мбайт/с;

· USB (Universal Serial Bus). Стандарт універсальної послідовної шини визначає новий спосіб взаємодії комп’ютера з периферійним обладнанням. Він дозволяє підключати до 256 різних пристроїв із послідовним інтерфейсом, причому пристрої можуть під’єднуватися ланцюжком. Продуктивність шини USB відносно невелика і складає 1,55 Мбіт/с. Серед переваг цього стандарту слід відзначити можливість підключати і відключати пристрої в «гарячому режимі» (тобто без перезавантаження комп’ютера), а також можливість об’єднання декількох комп’ютерів у просту мережу без використання спеціального апаратного та програмного забезпечення.

Призначення, основні характеристики пам’яті ПК. Види пам’яті. Призначення, види внутрішньої пам’яті. Зовнішня пам’ять (магнітні, оптичні носії інформації): види, основні характеристики. Щоб «думати і ухвалювати рішення», процесору потрібно оперувати інформацією. Усередині комп’ютера вся інформація, як було вказане вище, представлена в двійковому вигляді і розміщується в його пам’яті. Пам’ять комп’ютера – сукупність пристроїв, призначених для зберігання, накопичення і видачі інформації. Пам’ять комп’ютера складається з комірок. Кожна комірка має свою адресу і може містити 1 символ (1 байт інформації). Кількість інформації – кількість байтів пам’яті, що зайнята цією інформацією. Наприклад, слово інформатика складається з 11 букв, отже воно займає 11 байтів пам’яті. Отже, основною характеристикою пам’яті є її об’єм (місткість). Об’єм пам’яті визначається максимальною кількістю інформації, яка одночасно може в ній знаходитися.

Пам’ять ПК буває двох видів: внутрішня і зовнішня.

Внутрішня пам’ять. Під внутрішньою пам’яттю розуміють всі види запам’ятовуючих пристроїв, що розташовані на материнській платі. До них відносяться:

• оперативна пам’ять(RAM),
• постійна пам’ять (BIOS),
• енергонезалежна пам’ять(CMOS).

Оперативна пам’ять RAM (Random Access Memory). Пам’ять RAM - це масив кристалічних комірок, що здатні зберігати дані. Вона використовується для оперативного обміну інформацією (командами та даними) між процесором, зовнішньою пам’яттю та периферійними системами. З неї процесор бере програми та дані для обробки, до неї записуються отримані результати. Назва «оперативна» походить від того, що вона працює дуже швидко і процесору не потрібно чекати при зчитуванні даних з пам’яті або запису. Однак, дані зберігаються лише тимчасово при включеному комп’ютері, інакше вони видаляються.

За фізичним принципом дії розрізняють динамічну пам’ять DRAM і статичну пам’ять SRAM. Комірки динамічної пам’яті можна представити у вигляді мікроконденсаторів, здатних накопичувати електричний заряд. Недоліки пам’яті DRAM: повільніше відбувається запис і читання даних, потребує постійної підзарядки. Переваги: простота реалізації і низька вартість. Комірки статичної пам’яті можна представити як електронні мікроелементи - тригери, що складаються з транзисторів. У тригері зберігається не заряд, а стан (включений/виключений). Переваги пам’яті SRAM: значно більша швидкодія. Недоліки: технологічно складніший процес виготовлення, і відповідно, більша вартість. Мікросхеми динамічної пам’яті використовуються як основна оперативна пам’ять, а мікросхеми статичної - для кеш-пам’яті.

Кожна комірка пам’яті має свою адресу, яка виражається числом. В сучасних ПК на базі процесорів Intel Pentuim використовується 32-розрядна адресація. Це означає, що всього незалежних адрес є 232, тобто можливий адресний простір складає 4,3 Гбайт. Однак, це ще не означає, що саме стільки оперативної пам’яті має бути в системі. Граничний розмір обсягу пам’яті визначається чіпсетом материнської плати і зазвичай складає декілька сот мегабайт.

Оперативна пам’ять у комп’ютері розміщена на стандартних панельках, що звуться модулями. Модулі оперативної пам’яті вставляють у відповідні роз’єми на материнській платі. Конструктивно модулі пам’яті мають два виконання - однорядні (SIMM - модулі) та дворядні (DIMM - модулі). На комп’ютерах з процесорами Pentium однорядні модулі можна застосовувати лише парами (кількість роз’ємів для їх встановлення на материнській платі завжди парне). DIMM - модулі можна встановлювати по одному. Комбінувати на одній платі різні модулі не можна. Основними характеристиками модулів оперативної пам’яті є: об’єм пам’яті та час доступу. SIMM- модулі є об’ємом 4, 8, 16, 32 мегабайти; DIMM - модулі - 16, 32, 64, 128, 256 Мбайт. Час доступу показує, скільки часу необхідно для звертання до комірок пам’яті, чим менше, тим краще. Вимірюється у наносекундах. SIMM - модулі - 50-70 нс, DIMM - модулі - 7-10 нс.

Постійна пам’ять ROM (Read Only Memory). В момент включення комп’ютера в його оперативній пам’яті відсутні будь-які дані, оскільки оперативна пам’ять не може зберігати дані при вимкненому комп’ютері. Але процесору необхідні команди, в тому числі і відразу після включення. Тому процесор звертається за спеціальною стартовою адресою, яка йому завжди відома, за своєю першою командою. Ця адреса вказує на пам’ять, яку прийнято називати постійною пам’яттю ROM або постійним запам’ятовуючим пристроєм (ПЗП). Мікросхема ПЗП здатна тривалий час зберігати інформацію, навіть при вимкненому комп’ютері. Кажуть, що програми, які знаходяться в ПЗП, «зашиті» у ній - вони записуються туди на етапі виготовлення мікросхеми. Комплект програм, що знаходиться в ПЗП утворює базову систему введення/виведення BIOS (Basic Input Output System). Основне призначення цих програм полягає в тому, щоб перевірити склад та працездатність системи на початку роботи та забезпечити взаємодію з клавіатурою, монітором, жорсткими та гнучкими дисками.

Енергонезалежна пам’ять CMOS. Робота таких стандартних пристроїв, як клавіатура, може обслуговуватися програмами BIOS, але такими засобами неможливо забезпечити роботу з усіма можливими пристроями (у зв’язку з їх величезною різноманітністю та наявністю великої кількості різних параметрів). Але для своєї роботи програми BIOS вимагають всю інформацію про поточну конфігурацію системи. З очевидних причин цю інформацію не можна зберігати ні в оперативній пам’яті, ні в постійній.
Спеціально для цих цілей на материнській платі є мікросхема енергонезалежної пам’яті, яка по технології виготовлення називається CMOS. Від оперативної пам’яті вона відрізняється тим, що її вміст не зникає при вимкненні комп’ютера, а від постійної пам’яті вона відрізняється тим, що дані можна заносити туди і змінювати самостійно, у відповідності з тим, яке обладнання входить до складу системи. Мікросхема пам’яті CMOS постійно живиться від невеликої батарейки, що розташована на материнській платі. У цій пам’яті зберігаються дані про гнучкі та жорсткі диски, процесори і т.д. Той факт, що комп’ютер чітко відслідковує дату і час, також пов’язаний з тим, що ця інформація постійно зберігається (і обновлюється) у пам’яті CMOS. Таким чином, програми BIOS зчитують дані про склад комп’ютерної системи з мікросхеми CMOS, після чого вони можуть здійснювати звертання до жорсткого диска та інших пристроїв.

Зовнішня пам’ять (магнітні, оптичні, флеш носії інформації): види, основні характеристики. Зовнішня пам’ять - це пам’ять, що реалізована у вигляді зовнішніх, відносно материнської плати, пристроїв із різними принципами збереження інформації і типами носія, призначених для довготривалого зберігання інформації. Зокрема, в зовнішній пам’яті зберігається все програмне забезпечення комп’ютера. Пристрої зовнішньої пам’яті можуть розміщуватись як в системному блоці комп’ютера так і в окремих корпусах. Фізично зовнішня пам’ять реалізована у вигляді накопичувачів. Накопичувачі - це запам’ятовуючі пристрої, призначені для тривалого (що не залежить від електроживлення) зберігання великих обсягів інформації. Ємкість накопичувачів в сотні разів перевищує ємкість оперативної пам’яті або взагалі необмежена, якщо мова йде про накопичувачі зі змінними носіями.

Накопичувач можна розглядати як сукупність носія та відповідного пристрою (рос. привод). Розрізняють накопичувачі зі змінними і постійними носіями.

Привід - це поєднання механізму читання-запису з відповідними електронними схемами керування. Його конструкція визначається принципом дії та виглядом носія. Носій - це фізичне середовище зберігання інформації, на зовнішній вигляд може бути дисковим або стрічковим. За принципом запам’ятовування розрізняють магнітні, оптичні та магнітооптичні носії. Стрічкові носії можуть бути лише магнітними, у дискових носіях використовують магнітні, магнітооптичні та оптичні методи запису-зчитування інформації:




Найбільш поширеними є накопичувачі на магнітних дисках, які поділяються на накопичувачі на жорстких магнітних дисках (НЖМД) та накопичувачі на гнучких магнітних дисках (НГМД), та накопичувачі на оптичних дисках, такі як накопичувачі CD-ROM, CD-R, CD-RW та DVD-ROM.

Накопичувачі на жорстких магнітних дисках (НЖМД) - це основний пристрій для довготривалого збереження великих об’ємів даних та програм. Інші назви: жорсткий диск, вінчестер, HDD (Hard Disk Drive). Ззовні, вінчестер являє собою плоску герметично закриту коробку, всередині якої знаходяться на спільній осі декілька жорстких алюмінієвих або скляних пластинок круглої форми. Поверхня кожного з дисків покрита тонким феромагнітним шаром (речовини, що реагує на зовнішнє магнітне поле), власне на ньому зберігаються записані дані. При цьому запис проводиться на обидві поверхні кожної пластини (крім крайніх) за допомогою блоку спеціальних магнітних головок. Кожна головка знаходиться над робочою поверхнею диска на відстані 0,5-0,13 мкм. Пакет дисків обертається безперервно і з великою частотою (4500-10000 об/хв), тому механічний контакт головок і дисків недопустимий. Роботою вінчестера керує спеціальний апаратно-логічний пристрій - контролер жорсткого диска. В минулому це була окрема дочірня плата, яку під’єднували через слоти до материнської плати. У сучасних комп’ютерах функції контролера жорсткого диска виконують спеціальні мікросхеми, розташовані в чіпсеті.

У накопичувача може бути до десятьох дисків. Їх поверхня розбивається на кола, що називаються доріжками (track). Кожна доріжка має свій номер. Доріжки з однаковими номерами, що розташовані одна над одною на різних дисках утворюють циліндр. Доріжки на диску розбиті на сектори (нумерація починається з одиниці). Сектор займає 571 байт: 512 відведено для запису потрібної інформації, решта під заголовок (префікс), що визначає початок і номер секції та закінчення (суфікс), де записана контрольна сума, потрібна для перевірки цілісності збережених даних. Сектори й доріжки утворюються під час форматування диска. Форматування виконує користувач за допомогою спеціальних програм. Ніяка інформація не може бути записана на неформатований диск. Жорсткий диск може бути розбитий на логічні диски. Це зручно, оскільки наявність декількох логічних дисків спрощує структуризацію даних, що зберігаються на жорсткому диску.

Існує величезна кількість різноманітних моделей жорстких дисків багатьох фірм, таких як Seagate, Maxtor, Quantum, Fujitsu і т.д. Щоб забезпечити сумісність вінчестерів, розроблено стандарти на їх характеристики, які визначають номенклатуру з’єднувальних провідників, їх розміщення в перехідних роз’ємах, електричні параметри сигналів. Найпоширенішими нині є стандарти інтерфейсів IDE (Integrated Drive Electronics) або ATA та більш продуктивні EIDE (Enhanced IDE) і SCSI (Small Computer System Interface). Саме характеристики цих інтерфейсів, за допомогою яких вінчестери зв’язані з материнською платою, у значній мірі визначають продуктивність сучасних жорстких дисків. Серед інших параметрів, що впливають на швидкодію HDD слід відзначити такі:

· швидкість обертання дисків - в наш час випускаються накопичувачі EIDE із частотою обертання 4500-7200 об/хв, і накопичувачі SCSI - 7500-10000 об/хв;

· ємкість кеш-пам’яті - у всіх сучасних дискових накопичувачах встановлюється кеш-буфер, який дає змогу прискорити обмін даними; чим більша його ємність, тим вища ймовірність того, що в кеш-пам’яті буде необхідна інформація, якої не треба прочитувати з диску (цей процес у тисячі разів повільніший); ємність кеш-буфера в різних пристроях може змінюватися в межах від 64 Кбайт до 2Мбайт;

· середній час доступу - це час (у мілісекундах), на протязі якого блок головок зміщуються з одного циліндра на інший. Залежить від конструкції приводу головок і складає приблизно 10-13 мілісекунд;

· час затримки - це час від моменту позиціювання блоку головок на потрібний циліндр до позиціювання конкретної головки на конкретний сектор, іншими словами, це час пошуку потрібного сектора;

· швидкість обміну - визначає об’єми даних, які можуть бути передані з накопичувача до мікропроцесора та в зворотному напрямку за певні проміжки часу. Максимальне значення цього параметра дорівнює пропускній здатності дискового інтерфейсу і залежить від того, який режим використовується PIO або DMA; в режимі PIO обмін даними між диском і контролером відбувається за безпосередньої участі центрального процесора, чим більший номер режиму PIO, тим вища швидкість обміну; робота в режимі DMA (Direct Memory Access) дозволяє передавати дані безпосередньо в оперативну пам’ять без участі процесора; швидкість передавання даних у сучасних жорстких дисках коливається в діапазоні 30-60 Мбайт/с.

Накопичувачі на гнучких магнітних дисках (НГМД) у теперішній час практично не використовуються.

Накопичувачі на оптичних дисках СD-ROM. Починаючи з 1995 року в базову конфігурацію персонального комп’ютера замість дисководів на 5,25 дюймів почали включати дисковод CD-ROM. Абревіатура CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) перекладається як постійний запам’ятовуючий пристрій на основі компакт-дисків. Принцип дії цього пристрою полягає у зчитуванні цифрових даних за допомогою лазерного променя, що відбивається від поверхні диска. В якості носія інформації використовується звичайний компакт-диск CD. Цифровий запис на компакт-диск відрізняється від запису на магнітні диски високою щільністю, тому стандартний CD має ємкість порядку 650-700 Мбайт. Такі великі об’єми характерні для мультимедійної інформації (графіка, музика, відео), тому дисководи CD-ROM відносяться до апаратних засобів мультимедіа. Крім мультимедійних видань (електронні книги, енциклопедії, музикальні альбоми, відеофільми, комп’ютерні ігри) на компакт-дисках розповсюджується також різноманітне системне та прикладне програмне забезпечення великих обсягів (операційні систе-ми, офісні пакети, системи програмування і т.д.)

Компакт-диски виготовляють із прозорого пластику діаметром 120 мм і товщиною 1,2 мм. На пластикову поверхню напилюється шар алюмінію або золота. В умовах масового виробництва запис інформації на диск відбувається шляхом витиснення на поверхні доріжки, у вигляді ряду заглиблень. Такий підхід забезпечує двійковий запис інформації. Заглиблення (pit - піт), поверхня (land - ленд). Логічний нуль може бути представлений як пітом, так і лендом. Логічна одиниця кодується переходом між пітом та лендом. Від центру до краю компакт-диску нанесена єдина доріжка у вигляді спіралі шириною 4 мкм із кроком 1,4 мкм. Поверхня диска розбита на три ділянки. Початкова (Lead-In) розташована в центрі диска і зчитується першою. В ній записано вміст диска, таблиця адрес всіх записів, мітка диска й інша службова інформація. Середня ділянка містить основну інформацію і займає більшу частину диска. Кінцева ділянка (Lead-Out) містить мітку кінця диску. Для штампування існує спеціальна матриця-прототип (мастер-диск) майбутнього диска, яка витискує доріжки на поверхні. Після штампування, на поверхню диска наносять захисну плівку з прозорого лаку.

Накопичувач CD-ROM містить:

• електродвигун, що обертає диск;
• оптичну систему, яка складається з лазерного випромінювача, оптичних лінз та датчиків і призначена для зчитування інформації з поверхні диска;
• мікропроцесор, що керує механікою привода, оптичною системою і декодує прочитану інформацію у двійковий код.

Компакт-диск розкручується електродвигуном. На поверхні диска за допомогою приводу оптичної системи фокусується промінь із лазерного випромінювача. Промінь відбивається від поверхні диска і скрізь призму подається на датчик. Світловий потік перетворюється в електричний сигнал, який поступає у мікропроцесор, де він аналізується й перетворюється у двійковий код.

Основними характеристиками CD-ROM є:

· швидкість передачі даних - вимірюється в кратних долях швидкості програвача аудіо компакт-дисків (150 Кбайт/сек) і характеризує максимальну швидкість з якою накопичувач пересилає дані в оперативну пам’ять комп’ютера, наприклад, 2-швидкісний CD-ROM (2x CD-ROM) буде зчитувати дані зі швидкістю 300 Кбайт/сек., 50-швидкісний (50x) - 7500 Кбайт/сек.;

• час доступу - час, потрібний для пошуку інформації на диску, вимірюється у мілісекундах.

Основний недолік стандартних CD-ROM - неможливість записування даних, але існують пристрої однократного записування CD-R та багаторазового записування CD-RW.

Накопичувач CD-R (CD-Recordable). Зовні схожі на накопичувачі CD-ROM і сумісні з ними за розмірами диска та форматами запису. Дають змогу виконати одноразовий запис і необмежену кількість зчитувань. Запис даних здійснюється за допомогою спеціального програмного забезпечення. Швидкість запису сучасних накопичувачів CD-R складає 4х-8х.
Накопичувач CD-RW (CD-ReWritable). Використовуються для багаторазового запису даних, причому можна як просто дописати нову інформацію на вільний простір, так і повністю перезаписати диск новою інформацією (попередні дані знищуються). Як і у випадку з накопичувачами CD-R, для запису даних необхідно встановити в системі спеціальні програми, причому формат запису сумісний зі звичайним CD-ROM. Швидкість запису сучасних накопичувачів CD-RW складає 2х-4х.

Накопичувач DVD (Digital Video Disk). Пристрій для читання цифрових відеозаписів. Зовні DVD-диск схожий на звичайний CD-ROM (діаметр - 120 мм, товщина 1,2 мм), однак відрізняється від нього тим, що на одній стороні DVD-диску може бути записано до 4,7 Гбайт, а на обох - до 9,4 Гбайт. У разі використання двошарової схеми запису на одному його боці можна розмістити вже до 8,5 Гбайт інформації, відповідно на обох боках - близько 17 Гбайт. DVD-диски допускають також перезапис інформації.

Флеш-пам’ять (англ. Flash-Memory) різновид твердотілої напівпровідникової незалежної пам’яті, що може перезаписуватись.
Флеш-пам’ять може бути прочитана скільки завгодно раз (в межах терміну зберігання даних, зазвичай 10-100 років), але писати в таку пам’ять можна лише обмежене число разів (максимальна кількість - близько мільйона циклів). Найбільш поширена флеш-пам’ять витримує близько 100 тисяч циклів перезапису - це набагато більше, ніж здатна витримати дискета або CD-RW. Не містить рухливих часток, так що, на відміну від HDD, надійніша і компактніша.

Завдяки своїй компактності, дешевизні і низькому енергоспоживанню флеш-пам’ять широко використовується в цифрових портативних пристроях фото- і відеокамерах, диктофонах MP3-плеерах. Останнім часом також широкого поширення набули USB флеш-накопичувачі («флешка», USB-драйв, USB-диск) що практично витіснили дискети і CD.
Основним недоліком, що не дозволяють пристроям на базі флеш - пам’яті витіснити з ринку жорсткі диски, є високе співвідношення ціна/об’єм, що перевищує цей параметр для жорстких дисків в 2—3 рази. У зв’язку з цим і об’єм флеш - накопичувачів не такий великий. Хоча роботи в цих напрямах ведуться. Здешевлюється технологічний процес, посилюється конкуренція. Багато фірм вже заявили про випуск SSD - накопичувачів об’ємом 256 Гб і більше. Наприклад в листопаді 2009 року компанія OCZ запропонувала SSD- накопичувач ємкістю 1 Тб і 1,5 млн. циклів перезапису.

Ще один недолік пристроїв на базі флеш - пам’яті в порівнянні з жорсткими дисками — менша швидкість. Зазвичай, флеш - накопичувач не витрачає подібно до вінчестера час на розгін, позиціонування голівок і т. п. Але час читання, а тим більше запису, комірок флеш-пам’яті, використовуваної в сучасних флеш - накопичувачах, більше, що і призводить до значного зниження спільної продуктивності. Останні моделі флеш-накопичувачів і по цьому параметру вже впритул наблизилися до вінчестерів.