Персональный компьютер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Персональный компьютер(ПК)-это устройство предназначенное для хранения и обработки информации необходимые пользователю в его работе. компьютер работает с помощью программного обеспечения, состоящего из системных программ, прикладных программ и систем программирования.

Основной из системных программ является операционная система (ос), которая организует всю работу компьютера по обработке данных, управляет всеми устройствами компьютера, осуществляет обмен данными между устройствами компьютера и между компьютером и человеком и т.д.

Персональные компьютеры являются наиболее широко используемым видом компьютеров, их мощность постоянно увеличивается, а область применения расширяется. персональные компьютеры могут объединяться в сети, что позволяет десяткам и сотням пользователей легко обмениваться информацией и одновременно получать доступ к общим базам данных. средства электронной почты позволяют пользователям компьютеров с помощью обычной телефонной сети посылать текстовые и факсимильные сообщения в другие города и страны и получать информацию из крупных банков данных.

Одним из видов устройств  запоминающих является накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД).

Накопитель на жёстком  магнитном диске -запоминающее устройство, устройство хранения информации ,основанное на принципе магнитной записи. НЖМД есть 2 видов:2,5 дюйма и 3,5 дюйма. HDD является основным накопителем данных в большинстве компьютеров.

Выпускаемые накопители информации представляют собой гамму запоминающих устройств с различным принципом  действия физическими и технически эксплуатационными характеристиками. Основным свойством и назначением  накопителей информации является ее хранение и воспроизведение. Запоминающие устройства принято делить на виды и категории в связи с их принципами функционирования, эксплуатационно-техническими, физическими, программными и др. характеристиками. Так, например, по принципам функционирования различают следующие виды устройств: электронные, магнитные, оптические и  смешанные–магнитооптические. Каждый тип устройств организован на основе соответствующей технологии хранения воспроизведения/записи цифровой информации. Поэтому, в связи с видом и техническим исполнением носителя информации различают: электронные, дисковые и ленточные устройства. Обратим особое внимание на дисковые магнитные накопители– накопители на жестких магнитных дисках.

Принцип работы магнитных  запоминающих устройств основаны на способах хранения информации с использованием магнитных свойств материалов. Как  правило, магнитные запоминающие устройства состоят из собственно устройств чтения/записи информации и магнитного носителя, на который, непосредственно, осуществляется запись и с которого считывается информация. Магнитные запоминающие устройства принято делить на виды в связи с исполнением, физико-техническими характеристиками носителя информации и т. д. Наиболее часто различают: дисковые и ленточные устройства. Общая технология магнитных запоминающих устройств состоит в намагничивании переменным магнитным полем участков носителя и считывания информации, закодированной как области переменной намагниченности. Дисковые носители, как правило, намагничиваются вдоль концентрических полей–дорожек, расположенных по всей плоскости дискоидального вращающегося носителя. Запись производится в цифровом коде. Намагничивание достигается за счет создания переменного магнитного поля при помощи головок чтения/записи. Головки представляют собой два или более магнитных управляемых контура с сердечниками, на обмотки которых подается переменное напряжение. Изменение полярности напряжения вызывает изменение направления линий магнитной индукции магнитного поля и, при намагничивании носителя, означает смену значения бита информации с 1 на 0 или с 0 на 1.

Дисковые устройства делят  на гибкие (Floppy Disk) и жесткие (Hard Disk) накопители и носители. Основным свойством дисковых магнитных устройств является запись информации на носитель на концентрические замкнутые дорожки с использованием физического и логического цифрового кодирования информации. Плоский дисковый носитель вращается в процессе чтения/записи, чем и обеспечивается обслуживание всей концентрической дорожки, чтение и запись осуществляется при помощи магнитных головок чтения/записи, которые позиционируют по радиусу носителя с одной дорожки на другую. Дисковые устройства, как правило, используют метод записи называемый методом без возвращения к нулю с инверсией (Not Return Zero–NRZ). Запись по методу NRZ осуществляется путем изменения направления тока подмагничивания в обмотках головок чтения/записи, вызывающее обратное изменение полярности намагниченности сердечников магнитных головок и соответственно попеременное намагничивание участков носителя вдоль концентрических дорожек с течением времени и продвижением по окружности носителя. При этом, совершенно неважно, происходит ли перемена магнитного потока от положительного направления к отрицательному или обратно, важен только сам факт перемены полярности. Для записи информации, как правило, используют различные методы кодирования информации, но все они предполагают использование в качестве информационного источника не само направление линий магнитной индукции элементарной намагниченной точки носителя, а изменение направления индукции в процессе продвижения по носителю вдоль концентрической дорожки с течением времени. Такой принцип требует жесткой синхронизации потока бит, что и достигается методами кодирования. Методы кодирования данных не влияют на перемены направления потока, а лишь задают последовательность их распределения во времени (способ синхронизации потока данных), так, чтобы, при считывании, эта последовательность могла быть преобразована к исходным данным.

Основные принципы работы жесткого диска мало  изменились  со  дня  его

создания. Устройство винчестера очень похоже на  обыкновенный  проигрыватель

грампластинок. Только под  корпусом может быть несколько пластин,  насаженных

на общую ось, и головки  могут считывать  информацию  сразу  с  обеих  сторон

каждой пластины. Скорость вращения пластин (у некоторых моделей она  доходит

до  15000  оборотов  в  минуту)  постоянна  и является  одной из  основных

характеристик.   Головка   перемещается   вдоль   пластины   на    некотором

фиксированном расстоянии от поверхности.  Чем меньше  это расстояние,  тем

больше точность считывания информации, и тем  больше  может  быть  плотность

записи информации. Взглянув на  накопитель  на  жестком  диске,  вы  увидите

только прочный металлический  корпус.  Он  полностью  герметичен  и  защищает

дисковод от частичек  пыли,  которые  при  попадании  в  узкий  зазор  между

головкой и поверхностью диска могут повредить чувствительный магнитный  слой

и вывести диск  из  строя.  Кроме  того,  корпус  экранирует  накопитель  от

электромагнитных помех. Внутри корпуса находятся все  механизмы  и  некоторые

электронные  узлы.  Механизмы  -  это  сами  диски,  на   которых   хранится

информация, головки, которые  записывают и считывают информацию с  дисков,  а

также двигатели, приводящие все это  в  движение.  Диск  представляет  собой

круглую пластину с очень  ровной поверхностью чаще из  алюминия,  реже  -  из

керамики  или  стекла,   покрытую   тонким  ферромагнитным   слоем. Во многих накопителях используется слой оксида железа  (которым

покрывается обычная магнитная  лента),  но  новейшие  модели  жестких  дисков

работают со слоем кобальта толщиной порядка десяти  микрон.  Такое  покрытие

более прочно  и,  кроме  того,  позволяет  значительно  увеличить  плотность

записи. Технология его нанесения  близка  к  той,  которая  используется  при

производстве интегральных микросхем.

      Количество  дисков может быть различным  - от одного до пяти, количество

рабочих  поверхностей,  соответственно,  вдвое  больше  (по  две  на  каждом

диске). Последнее (как и материал, использованный для магнитного  покрытия)

определяет емкость  жесткого  диска.  Иногда  наружные  поверхности  крайних

дисков (или одного из них) не используются, что позволяет  уменьшить  высоту

накопителя, но при этом количество рабочих поверхностей уменьшается  и  может

оказаться нечетным.

      Магнитные  головки считывают и записывают  информацию на диски.  Принцип

записи в общем схож с тем,  который используется  в обычном магнитофоне.

Цифровая  информация   преобразуется   в   переменный   электрический   ток,

поступающий на магнитную  головку, а затем передается на магнитный  диск,  но

уже в виде магнитного поля, которое диск  может  воспринять  и  "запомнить".

Магнитное покрытие диска  представляет собой  множество  мельчайших  областей

самопроизвольной (спонтанной) намагниченности. Для  наглядности  представьте

себе,  что  диск  покрыт  слоем  очень   маленьких   стрелок   от   компаса,

направленных в разные стороны. Такие частицы-стрелки называются  доменами.

Под  воздействием  внешнего  магнитного  поля  собственные  магнитные   поля

доменов ориентируются в  соответствии с его направлением.  После  прекращения

действия внешнего поля  на  поверхности  диска  образуются  зоны  остаточной

намагниченности. Таким образом сохраняется записанная  на  диск  информация.

Участки остаточной намагниченности, оказавшись при вращении  диска  напротив

зазора магнитной головки, наводят в ней электродвижущую  силу,  изменяющуюся

в зависимости от величины намагниченности. Пакет дисков,  смонтированный  на

оси-шпинделе,  приводится  в движение  специальным двигателем,   компактно

расположенным под ним. Скорость вращения  дисков,  как правило,  составляет

7200 об./мин. Для того, чтобы сократить время выхода  накопителя  в  рабочее

состояние, двигатель при  включении некоторое время работает в  форсированном

режиме. Поэтому источник питания компьютера должен иметь запас по  пиковой

мощности. Теперь о работе головок. Они перемещаются с помощью  прецизионного

шагового двигателя и  как  бы  "плывут"  на  расстоянии  в  доли  микрона  от

поверхности диска, не  касаясь  его.  На  поверхности  дисков  в  результате

записи информации образуются намагниченные участки, в форме  концентрических

окружностей.  Они  называются  магнитными  дорожками.  Перемещаясь,  головки

останавливаются  над  каждой  следующей  дорожкой.   Совокупность   дорожек,

расположенных друг под другом на всех поверхностях, называют цилиндром.  Все

головки  накопителя  перемещаются   одновременно,   осуществляя   доступ   к

одноименным цилиндрам с  одинаковыми номерами.

На дисковых запоминающих устройствах организуется файловая система, которая определяет, где и каким образом на носителе будут записаны файлы, и предоставляет операционной системе доступ к этим файлам. Это файловые системы FAT и NTFS.

Файловая система FAT. Она появилась на заре развития персональных компьютеров и первоначально предназначалась для хранения файлов на дискетах.

Информация хранится на дисках и  дискетах порциями, в секторах размером 512 байт. Все пространство диска разделялось на области фиксированной длины, называемые кластерами. Кластер может содержать один или больше секторов.

Каждый файл занимает один или несколько  кластеров, возможно несмежных. Названия файлов и другая информация о файлах, такая как размер и дата создания, располагается в начальной области  дискеты, выделенной для корневого  каталога.

Помимо корневого каталога, в  файловой системе FAT могут создаваться  и другие каталоги. Вместе с корневым каталогом они образуют дерево каталогов, содержащих информацию о файлах и  каталогах. Что же касается расположения кластеров файла на диске, то эта  информация хранится в начальной области диска, называемой таблицей размещения файлов (File Allocation Table, FAT) .

Для каждого кластера в таблице FAT есть своя индивидуальная ячейка, в  которой хранится информация о том, как этот кластер используется. Таким  образом, таблица размещения файлов - это массив, содержащий информацию о кластерах. Размер этого массива определяется общим количеством кластеров на диске.

В каталоге хранится номер первого  кластера, распределенного файлу  или вложенному каталогу. Номера остальных  кластеров можно найти при  помощи таблицы размещения файлов FAT.

При разработке формата таблицы FAT стояла задача экономии места, т.к. дискета имела небольшой объем (от 180 Кбайт до 2,44 Мбайт). Поэтому для хранения номеров кластера было отведено всего 12 двоичных разрядов. В результате таблицу FAT удалось упаковать так плотно, что она занимала всего один сектор дискеты.

Таблица FAT содержит критически важную информацию о расположении каталогов  и файлов. Если в результате сбоя аппаратуры, программного обеспечения  или вредоносного воздействия вирусов  таблица FAT окажется поврежденной, доступ к файлам и каталогам будет  потерян.

FAT 16 – максимальный размер раздела-два гигабайта. При размере раздела свыше 512 мегабайт неэкономно расходует место на диске(из-за большого размера кластера).Распознается и может использоваться практически всеми ОС, используемыми на ПК. Позволяет уплотнять диск программой сжатия данных Drivespace. Имеет корневой каталог фиксированного размера(512 записей).

FAT 32 – работает чуть медленнее, чем FAT 16,но в большинстве случаев разница в скорости незаметна. Позволяет создавать до двух терабайт(один терабайт 1024 гигабайт).Диски почти любого размера может разбить на кластеры размером 4 КБ, уменьшая тем самым бесполезную трату места на диске. Корневой каталог является обычным каталогом, расширяемым по мере необходимости.

 Поэтому с целью подстраховки на диске создается копия таблицы FAT.

 

Файловая система NTFS. Разработанная компанией Microsoft для своей операционной системы Microsoft Windows NT, лишена ограничений и недостатков FAT. С момента своего возникновения развивающаяся файловая система NTFS претерпела несколько усовершенствований, последние из которых были сделаны в ОС Microsoft Windows XP.

В файловой системе NTFS все атрибуты файлов (имя, размер, расположение экстентов  файла на диске и т.д.) хранятся в скрытой системной области $MFT. На хранение информации о каждом файле (и каталоге) в $MFT отводится от одного до нескольких Кбайт. При большом количестве файлов, хранящихся на диске, объем файла $MFT может достигать десятков или даже сотен Мбайт.

Файлы небольшого размера (порядка  сотен байт) хранятся непосредственно  в $MFT, что существенно ускоряет доступ к ним.

 

Программное обеспечение  для обслуживания жесткого диска.