Paměti

Paměti

• uchovávají programy + data – vše ve dvojkové soustavě
• význam dvojkové soustavy – snadná realizace a jednoduchost operací

bit – základní jednotka informace, 2 stavy (0,1 – proud prochází|neprochá­zí, zapnuto|vypnuto,…); počet stavů pro n bitů=2n bajt (byte, slabika) = 8 bitů, počet možných hodnot = 256 (0–255), nejmenší adresovatelná jednotka paměti

• předpony – kilo (210=1024), mega (220=1 045 876), giga (230=1 073 741 824)
• soubory a adresáře – specifikace souborů a adresářů v MS DOS, dlouhé názvy souborů, hvězdičková konvence
• základní charakteristiky pamětí: kapacita + vybavovací doba…

Vnitřní paměť

• nezbytná
• 2 základní typy – ROM a RAM
• srovnání s vnější pamětí – menší kapacita, větší rychlost

ROM

• read only memory
• malá, rychlá, pouze pro čtení, obsah vypálen výrobcem, permanentní
• základní instrukce pro start počítače (BIOS)
• další typy: PROM (Programable ROM – zápis do paměti se neprovádí při výrobě, ale později do prázdných obvodů pomocí tzv. programátoru paměti PROM), EPROM (Eraseable PROM – programují se stejně jako PROM, informace lze vymazat pomocí ultrafialového záření), EEPROM (Eletrically EPROM – EPROM mazatelné elektrickým proudem)
• kapacita je většinou 64 kB

RAM

• Random Access Memory – paměť s náhodným přístupem k datům (přímý přístup)
• čtení i zápis, energeticky závislá!!, krátkodobé uchování dat
• běžící programy a aktuálně zpracovávaná data (operační paměť)
• dnes minimum 8 MB, standard – 16 MB (nebo raději 32 MB), lze doplňovat v párech (čipy)
• běh více programů, odkládání na disk

Organizace paměti v MS DOS

• konvenční paměť (Conventional Memory) – 0 – 640 kB, omezení u počítačů PC XT; programy, ovladače (tiskárna, klávesnice,…)
• horní paměť (Upper Memory Area – UMB) – mezi 640 a 1024 kB (384 kB), ovladače, operační systém
• vysoká paměť (High Memory Area – HMA) – paměťový blok, který může být obsazen částí operačního systému (uvolní 64 kB konvenční paměti)
• dodatečná paměť (Extended Memory – XMS) – nad 1 MB, od CPU 286, vyžaduje zavedení ovladače (HIMEM.SYS)
• rozšířená paměť (angl. Expanded Memory – EMS) – na přídavných deskách, vyžaduje ovladač, pomalejší, než XMS, některé aplikace ji vyžadují, simulace – ovladač EMM386.EXE (Expanded Memory Manager) nebo QEMM, procesor minimálně 386 nebo vyšší

Konfigurace paměti AUTOEEC.BAT, CONFIG.SYS program MemMaker – optimalizace paměti

Další paměti

• registry
• Cache
• speciální paměť mezi procesorem a RAM (důvod – pomalý přístup do dynamických pamětí RAM)
• od 386DX součást procesoru
• kapacita – 64 až 512 Kbyte
• Second Level Cache (Cache paměť druhé úrovně) – 64 a 512 KB, odkládání používaných částí programu
• princip – procesor požaduje několikrát za sebou stejné informace z paměti – RAM, často požadované informace jsou proto umístěny do paměti CACHE
• 2 části cache:
• instrukční CACHE – uchovává pouze instrukce (příkazy) procesoru.
• datová CACHE – uchovává pouze data
• mezi procesorem a operační pamětí
• největší význam má prvních 128 KB, další už nepřinášejí tak významný rozdíl

cache první a druhé úrovně

• disková cache – minimalizace čtení a zápisů na disk, odložení zápisů a čtení na dobu. Kdy CPU nemá jinou práci (dnes i na řadiči, lze využít část operační paměti – program SMARTDRV) – pozor na výpadek napětí
• videopaměť
• paměť tiskáren a dalších zařízení,…

Vnější paměti

• dlouhodobé uchování dat
• není nezbytná, ale důležitá, standardně HD, FD (CD ROM)
• velká kapacita, malá rychlost
• diskové (přímý přístup) a páskové (sekvenční přístup) paměti
• média – papír (děrné pásky a štítky), magnetická (magnetické pásky a disky), optická, magnetooptická

Hard disk (pevný disk, HDD)

• první pevné disky – slangově Winchester
• větší kapacita a rychlejší + kvalitnější než disketa; ale zpomaluje počítač
• kovové disky (několik disků nad sebou), magnetický povlak (oxid železa), vzduchotěsné pouzdro
• čtecí a zapisovací hlava v minimální vzdálenosti od povrchu (jakákoli částice by způsobila poškození povrchu), nad každým povrchem a pevně spojené
• disk se otáčí (více než 7000 otáček za ???)
• rozměry: 3,5“ (palec = 2,54 cm), notebooky – menší rozměry
• více disků, logické disky, bezdiskové počítače v sítích
• interní, výměnné, externí HDD (transdisk)
• ochrana – otřesy, nevypínat při čtení|zapisování; zaparkování hlav disku po vypnutí (starší typy disků to neumí, parkuje se softwarově)
• kapacita – nad 1 GB, až 10 GB

Fyzická struktura disku

• nezávislá na OS
• stopy (305 a více stop na 1 desku)
• válec – stopy se stejným pořadovým číslem na různých vrstvách
• sektory – 17, 26, 34 nebo 52
• fragmentace (a nesouvislost) – zpomalování počítače
• prokládání – faktor prokládání 1:1 (čtení sektorů po sobě – neprokládané, diskety), 1:6 (mezi po sobě jsoucími sektory je 5 jiných sektorů), nověji 1:3, faktor lze nastavit při low-level formátu (ztráta dat), dnes i softwarově bez ztráty dat

Řadič pevného disku

• fyzická část počítače – zprostředkovatel mezi MB a HD
• metody přístupu do paměti: přímý přístup (DMA- přímý zápis dat do paměti), přístup přes přerušení (přes vyrovnávací paměť, po jejím zaplnění data ukládá CPU)
• typy řadičů: IDE (ATA), EIDE (Enhanced IDE, uměl adresovat disky nad 528 MB – omezení BIOSu, ATAPI – specifikace pro mechaniky CD ROM), Fast ATA, ESDI, SCSI (rychlost, koncentrace dat)

Logická struktura v MS DOS

• alokační bloky (clustery) – elementární prostor pro soubor (nelze zapsat části dvou souborů), velikost je dána typem HD a operačním systémem
• boot sektor (zaváděcí záznam MS DOSu – MBR – master boot record) – 0. sektor 0. stopa, krátký programový kód k načtení systému (kontroluje schopnost zavedení disku – zda obsahuje soubory IO.SYS a MS DOS.SYS, pokud existují počítač je načte a spustí)
• tabulka FAT (tabulka rozložení souborů na disku – File Allocation Table) – kde se nacházejí soubory, každý alokační blok (cluster) má záznam ve FAT (její velikostí a kapacitou disku je určena velikost clusteru – velké u velkých disků), označení BAD – vadný sektor
• root (kořenový adresář) – názvy souborů (resp. podadresářů – soubory a adresáře jsou z hlediska MS DOSu totožné)
• tabulka rozdělení disku – z fyzického disku lze vytvořit několik segmentů (logické disky, partitions), primární segment + další sektory, každý má svou logickou strukturu, mohou být různé OS

Formátování

• low level (nízkoúrovňové) – fyzická struktura, nastavení prokládacího faktoru (u výrobce)
• segmentování (program FDISK)
• softwarové – program Format – vytvoření MBR, FAT, ROOT; kontrola povrchu; segmenty každý samostatně

Údržba HD

• scandisk – kontrola dat na HD, kontrola povrchu (a případná oprava)
• defrag – defragmentace – soubory souvislé, mezi soubory nejsou díry

Komprimace dat

• zmenšení velikosti souborů bez ztráty informace
• programy ZIP, ARJ, RAR… (většinou shareware), další výhody: komprimace více souborů do 1 archívu, výhody z hlediska obsazení clusterů
• komprimace na pozadí

Diskové pole

• řeší problémy: kapacita, bezpečnost dat, rychlost přenosu dat
• diskové pole RAID – angl. Redundant Array of Inexpensive Disk (redundantní pole levných disků) – spojení několika levných pevných disků do jedné jednotky
• několik typů RAID 0–7?
• příklad zabezpečení: mirroringu (zrcadlení) disků – data jsou ukládána na dva disky současně

Disketa (pružný disk, floppy disk, FDD)

• malá kapacita, pomalá, ale přenosná; dnes překonané, ale chybí jiný standard
• pružný magnetický kotouč v plastikovém pouzdře, kovový kryt výřezu, záznam jako u pevného disku, hlava se dotýká kotouče
• jezdec v rohu diskety – ochrana proti zápisu (i před viry)
• notebooky – i externí provedení
• 3,5“ HD – 1.44 MB, (5,25“ – 1.2 MB, 8“)
• SD, DD, HD, 2HD (2,88 MB); SS, DS
• vlastnosti viz HDD (nelze rozdělit na partitions, lze startovat počítač, ale musí být systémová)
• menší životnost

Ochrana

• (počet čtecích a zapisovacích operací)
• prach, kouř, dotyk plochy (zásobníky, obaly)
• otřesy a pády, vytažení během čtecích|zapiso­vacích operacích
• teplo a sluneční světlo
• magnetické pole, obsah disket obnovovat (magnetické pole působí všude), 50 cm od zdrojů magnetického pole (monitor, magnety, televizor, elektromotory, zdroj počítače)
• řadič na jedné propojovací desce společně s řadičem pevných disků

CD-ROM

• kapacita až 680 MB resp. 74 min. zvuku (datová a zvuková stopa)
• použití – distribuce velkého objemu dat (programy, multimediální CD – zvuk, video, fotografie – hry, výuka, encyklopedie,…)
• hliníková folie, zalitá do průhledného polykarbonátu – brání mechanickému poškození
• průměr 12 cm, existují i jiné
• data zaznamenána mechanicky (opticky – „vypálí“ laserový paprsek), nevadí

magnetické pole

• uchování dat neomezeně dlouho – pozor na poškrábání, otisky prstů
• data uložena ve spirále, čtecí-zápisovou hlavičku nahrazuje velice přesný laserový paprsek
• rychlosti – násobek jednoduché rychlosti (zvukové CD), dnes 16×, určitě nad 10×, srovnatelné s pomalejším HDD
• ovladače
• jednotka CD-ROM – tlačítka, připojení sluchátek a regulátor hlasitosti sluchátek, mohou být i další obslužné prvky; většinou softwarové ovládání
• CD-ROM – 1× vypálené výrobcem
• CD-R – lze 1× vypálit prázdné médium
• CD-RW – lze vícekrát, zatím v začátcích, vypálit se musí vždy najednou celý disk (vhodné např. na zálohování dat)

DVD (digitální videodisky)

• ROM, RW
• vyvíjí se, v současné době zpomalení
• společné vlastnosti s CD (průměr 12 cm, laserový paprsek, lze používat i CD)
• kapacita – až 4,7 GB (vývoj – dvouvrstvé a dvoustranné disky – až 17 GB)
• „videodisky“ – náhrada videokazet (133 minut obrazového a zvukového záznamu, vysoká kvalita), 17 GB – 8 hodin

Streamer

• pásková paměť (pomalá, ale větší kapacita), zálohování dat
• technologie: DAT (princip záznamu zvuku, kapacita 1– 5 GB), QIC, 8mm magnetické pásky (2–5 GB), DLT (20–40 GB)

Další média

• ZIP – 100 MB, médium cca 500,–, stává se standardem (standardní výbava počítačů, podpora bootování), použití jako běžná disketa
• JAZ (1 GB)
• a:drive (120 MB, kompatibilní s disketami)
• Bernoulliho disk, magnetooptické jednotky, SyQuest – starší typy

PCMCIA karty

• Personal Computer Memory Card International Association (Mezinárodní asociace pro paměťové karty osobních počítačů)
• od roku 1989 – inicativa 200 firem
• původní účel – standard pro výrobu paměťových karet pro bezdiskové stanice
• využitelné pro širokou škálu periferií
• malý rozměr (kreditní karta), zatím vyšší cena
• využití hlavně u přenosných počítačů (sloty pro instalaci karty)
• pracuje na PC, Macintoshi, v elektronické hře, fotoaparátu…
• nezávislost na HW počítače
• výhody: rychlý a efektivní systém pro připojování řady periferií bez – vypínání počítače, jednoduché instalování karty, automatické konfigurování karty, tzv. hot swap, neboli výměna karty za chodu, malé rozměry, relativně – nízká spotřeba
• typy: paměťové, síťové, zvukové, faxmodemové
• Označení jednotek

A:,… A:, (B:) – diskety, C: první HDD, D:… další bootovací A:,C:, pozor na viry z disket