Представленные в «Библиотеке» работы могут не соответствовать требованиям (к оформлению и структуре) представленным у нас на сайте (ВоркПроект), так как каждое учебное заведение:
У нас на сайте представлены общие требования и рекомендации к проектным работам, характеристика, примеры и рекомендации по разработке, но итоговый вариант проектной работы всегда зависит от конкретного учебного заведения.
Размещённые работы представлены в том виде в каком их добавил автор работы, мы не вносим корректировки в текстовую часть и оформление, при этом могут наблюдаться незначительные отклонения в оформлении текста связанные с изменением формата документа.
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
города Ростов-на-Дону «Школа № 113»
Индивидуальный проект
«Современные накопители информации, используемые в вычислительной технике»
Руководитель проекта:
Назаренко Елена Владимировна
Выполнил ученик 10А класса:
Василенко Богдан
Ростов-на-Дону, 2023
СОДЕРЖАНИЕ
Введение |
3 |
|
Глава 1 |
История развития накопителей информации |
4 |
1.1 |
Древние накопители информации |
4 |
1.2 |
Носители информации в XX веке |
6 |
1.3 |
Современные накопители информации |
7 |
Глава 2 |
Накопители информации |
8 |
2.1 |
Дискета(ГМД) |
8 |
2.2 |
CD-ROM |
9 |
2.3 |
DVD-ROM |
9 |
2.4 |
Flash-память |
10 |
2.5 |
HDD(Винчестеры) |
10 |
2.6 |
SSD |
12 |
Заключение |
15 |
|
Список литературы |
20 |
|
Приложение |
16 |
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время вычислительная техника является наиболее динамичную и быстро развивающуюся область техники, которая затрагивает практически все аспекты нашей жизни. На работе, в учебных заведениях, на отдыхе, в быту– везде в настоящее время используются компьютеры и другие средства вычислительной техники. На использовании компьютеров основаны информационные и коммуникационные технологии, без которых уже немыслима жизнь современного человека. Вычислительная техника в настоящее время используется не только для выполнения вычислений с огромной скоростью, она в еще большей степени нужна для обработки и поиска информации, для передачи информации на огромные расстояния. Поэтому вычислительная техника относится к информационным машинам.
Цель работы: рассмотрение видов, характеристик и принципов работы носителей и накопителей информации, используемых вычислительной технике.
Задачи проекта:
Глава 1. История развития накопителей информации.
1.1 Древние накопители информации.
Начнём с времен, когда по земле ещё ходили неандертальцы. Они чем-то напоминали панков: жили быстро, умирали молодыми. И будущего у них не было – представители «другого человечества» проиграли кроманьонцам в дарвиновской борьбе видов.
Тем не менее даже неандертальцы умели накапливать и передавать информацию. Правда до алфавита они не додумались, а кодировали сообщения как попало – петроглифами.
На стенах пещер, где жили древние люди, остались послания, которые дошли до нас спустя десятки тысяч лет – петроглифы. Вначале их наносили краской, но её смывало дождём, поэтому со временем стали применять гравировку или высекать изображения зубилом.
На древнейших петроглифах, которые датируются временами верхнего палеолита (около 40 000–20 000 лет до н. э.), изображали в основном животных. Некоторых из них уже нет – например, мамонтов и саблезубых тигров. Начиная с неолита (около 10 000 лет до н. э.), люди всё чаще стали рисовать себя, свои ритуалы и общинный быт.
Высекать на камне тяжело – поэтому мягкая и податливая глина стала не только материалом для посуды, но и первым «листом». Древние шумеры начали использовать запись на глиняных табличках, придумали первые книги и библиотеки. Эту же технику использовали в Древнем Египте.
Люди лепили из глины плоские листы, а потом с помощью трёхгранной палочки кодировали данные клинообразными знаками. Затем таблицы сушили и ставили в определённом порядке в ящике – как листы в книге. Первая была титульной – на ней указывали автора и содержание. Ящики собирались в библиотеки – для этого на отдельных таблицах каталогизировать информацию.
Хотя, если подумать, это тоже не самый удобный способ хранить информацию. Стандартный размер библиотечной таблички – 32 × 32 см, толщина – 2,5 см. Вмещались на ней, при самом убористом почерке клинописца, примерно 2300 знаков.
Пергамент – это обработанная кожа животных. Его начали использовать персы ещё в V веке до н. э. Это довольно грубый материал, более лёгкий и качественный вариант назывался «велень», но он появился только после XIII века.
До Средних веков бумага, папирус и пергамент были одинаково популярны. В Европе на папирусе писали религиозные книги, пока в начале XV века не изобрели книгопечатание. Пергамент отошёл на второй план, и его стала использовала в основном знать.
Пальмовые листья использовали в Индии и Юго-Восточной Азии. Текст и изображения наносили пером с чернилами, либо делая надрезы. Листья собирались в стопку и связывались нитью, образуя книгу. Их покрывали воском, чтобы не сгнили, и лемонграссом для отпугивания насекомых, которые могли эти листья съесть.
Пальма росла в изобилии, а техника производства была простой, поэтому на пальмовом листе писали вплоть до XVIII века.
И ведь придумали же! Береста – это верхний слой берёзы, который использовали как бумагу. На поверхности царапали слова грифельной или заточенной деревянной палочкой, а потом протирали её углем или сажей. Берестяные грамоты в Древней Руси использовали с IX по XV век.
Больше всего берестяных табличек обнаружено в местах раскопок Великого Новгорода. В основном послания на бересте использовали как быстрый способ передачи информации между городами: в них были бытовые указания, требования вернуть долг или торговые предложения.
В древнем Китае бумагу делали из бамбука, волокон конопли и шёлка. С первого века начали смешивать в массу тутовое дерево, ткань, волокна и золу, образуя из неё листы.
Технология производства бумаги постоянно совершенствовалась и распространялась по миру: сначала в Японии и Корее, затем в Европе. В XV веке было изобретено книгопечатание, и бумага вытеснила все остальные носители информации: бересту, папирус, пергамент.
Промышленное производство бумаги из древесной целлюлозы появилось в XVIII веке. Книги, газеты и журналы стали доминирующими носителями данных. Скорость распространения информации кратно выросла, библиотеки стали «храмами знаний» – всё это повлияло на научно-технический прогресс.
1.2 Носители информации в XX веке.
Перфокарты – один из первых накопителей данных, который можно было декодировать только с помощью машины. Расположенные на них в определённом порядке отверстия были, по сути, прототипом двоичной системы.
Перфокарты использовали при вышивании узора на ткацких станках, для вычислений и классификации информации. Их настоящим триумфом стала перепись населения в 1890 году. Для обработки результатов прошлых переписей требовалось не менее десяти лет. Внедрение перфокарт сократило этот срок до трёх месяцев.
В модернизированном варианте – как перфоленты – перфокарты дожили аж до восьмидесятых годов прошлого века. Их активно применяли в тогдашних ЭВМ – например, в первом программируемом компьютере «Марк I», а затем на заводах для станков с ЧПУ.
Магнитнитную ленту изобрели в Германии в 1927 году – первоначально на тонкую бумагу наносили напыление порошком оксида железа. В 1932 году компания AEG представила первое коммерческое устройство для чтения и записи – Magnetophon К1.
Технология совершенствовалась – в 1950-х на магнитную ленту стали записывать видео, а в 1970-х появился простой и надёжный формат VHS, который популяризировал видеокассеты как основной носитель для фильмов и телепередач. Параллельно с этим компакт-лента завоёвывала аудиорынок, вытесняя винил.
Гибкий диск (флоппи-диск) – это круглый пластиковый носитель с магнитным покрытием, заключённый в пластиковый контейнер. Для чтения нужен специальный дисковод. Дискеты стали массово использовать в начале 1970-х в компьютерах IBM, но сейчас их считают устаревшими носителями. Но память о них осталась в софтовых иконках сохранения данных: многие из них отрисованы как флоппи-диск.
Технологий записи было несколько. В ранних версиях использовали FM-кодирование – оно записывало два тактных сигнала на один бит данных. Усовершенствованная технология MFM объединила два такта в один сигнал, что увеличило плотность записи в два раза. Затем в конце 1970-х появилась M2FM с дополнительными тактами.
1.3 Современные накопители.
Компакт-диски
На компакт-дисках (CD) был принципиально новый способ чтения и записи информации – с помощью оптического лазера. На диск из поликарбоната наносили специальный слой из металла, который хранит данные в микровыемках, а луч лазера отражается от этого слоя и считывает данные.
Технология впервые была использована для музыкальных записей в 1970-х, но уже в конце 1980-х была адаптирована для компьютеров (CD-ROM). Затем появились диски для однократной (CD-R) и многократной записи (CD-RW).
Жёсткий диск (HDD) – устройство, в котором используются жёсткие пластины из алюминия или стекла покрытые специальным магнитным составом. Они заключены в металлический контейнер с блоком электроники, а сами диски находятся в герметичной зоне. Внутри нет вакуума, но часто закачан чистый воздух, чтобы избежать появления пыли.
Твердотельные накопители (SSD) и flash-карты вместо магнитных дисков накапливают информацию на микросхемах, что в сотни раз повышает скорость записи и чтения. Впервые технология появилась в конце 1970-х годов и использовалась для суперкомпьютеров. С 2010-х появились первые доступные SSD-накопители с объёмом памяти 128 гигабайт, которые стали применять в компьютерах и ноутбуках.
Глава 2. Накопители информации
Устройство |
Скорость передачи данных(максимальная) |
Доступный объем памяти(максимальный) |
Дискета(ГМД) |
0.05 МБ/с |
1.44 МБ |
CD-ROM |
7.8 МБ/с |
700 МБ |
DVD-ROM |
21 МБ/с |
До 9 ГБ |
Flash-память |
200 МБ/с |
2 TБ |
HDD(Винчестеры) |
300 МБ/c |
18 ТБ |
SSD(SATA) |
600 МБ/с |
4 ТБ |
SSD(NVMe) |
3.2 ГБ/c |
|
SSD(PCIe) |
985 МБ/c |
2.1 Дискета(ГМД).
Дискета (англ. floppy disk) – портативный носитель информации, используемый для многократной записи и хранения данных, представляющий собой помещённый в защитный пластиковый корпус (диск диаметром 3,5″ имеет более жёсткий футляр, чем диск диаметром 5,25″) гибкий магнитный диск, покрытый ферромагнитным слоем.
В отечественных разработках существовал термин «гибкий магнитный диск» и соответствующая аббревиатура – ГМД. Устройство для работы с ГМД соответственно называется НГМД (дисковода гибких дисков, флоппи-дисковод) – «накопитель на гибких магнитных дисках»), а контроллер устройства – КНГМД.
Одной из главных проблем, связанных с использованием дискет, была их недолговечность. Наиболее уязвимым элементом конструкции дискеты был жестяной или пластиковый кожух, закрывающий собственно гибкий диск: его края могли отгибаться, что приводило к застреванию дискеты в дисководе, возвращавшая кожух в исходное положение пружина могла смещаться, в результате кожух дискеты отделялся от корпуса и больше не возвращался в исходное положение. Сам пластиковый корпус дискеты не служил достаточной защитой гибкого диска от механических повреждений (например, при падении дискеты на пол), которые выводили магнитный носитель из строя. В щели между корпусом дискеты и кожухом могла проникать пыль. А сам гибкий диск мог относительно легко размагнититься от воздействия металлических намагниченных поверхностей, природных магнитов, электромагнитных полей вблизи высокочастотных приборов, что делало хранение информации на дискетах крайне ненадежным.
2.2 CD-ROM.
CD-ROM (англ. Compact Disc Read-Only Memory, читается: «сиди́-ром») – разновидность компакт-дисков с записанными на них данными, доступными только для чтения (read-only memory – память «только для чтения»). Позже были разработаны версии с возможностью как однократной записи (CD-R), так и многократной перезаписи (CD-RW) информации на диск. Дальнейшим развитием CD-ROM-дисков стали диски DVD-ROM.
Формат записи на CD-ROM также предусматривает запись на один диск информации смешанного содержания – одновременно как компьютерных данных (файлы, ПО, чтение доступно только на компьютере), так и аудиозаписей (воспроизводимых на обычном проигрывателе аудио компакт-дисков), видео, текстов и картинок. Такие диски, в зависимости от порядка следования данных, называются усовершенствованнымилибо Mixed-Mode CD.
Компакт-диск представляет собой поликарбонатную подложку толщиной 1,2 мм, покрытую тончайшим слоем металла (алюминий, золото, серебро и др.) и защитным слоем лака, на котором обычно наносится графическое представление содержания диска. Принцип считывания через подложку был принят, поскольку позволяет весьма просто и эффективно осуществить защиту информационной структуры и удалить её от внешней поверхности диска. Диаметр пучка на внешней поверхности диска составляет порядка 0,7 мм, что повышает помехоустойчивость системы к пыли и царапинам. Кроме того, на внешней поверхности имеется кольцевой выступ высотой 0,2 мм, позволяющий диску, положенному на ровную поверхность, не касаться этой поверхности. В центре диска расположено отверстие диаметром 15 мм. Вес диска без коробки составляет приблизительно 15,7 г. Вес диска в обычной (не «slim») коробке приблизительно равен 74 г.
2.3 DVD-ROM.DVD
(Digital Versatile Disc – цифровой многоцелевой диск; также) – носитель информации, выполненный в форме диска, имеющего такой же размер, как и компакт-диск, но более плотную структуру рабочей поверхности, что позволяет хранить и считывать больший объём информации за счёт использования лазера с меньшей длиной волны и линзы с большей числовой апертурой.
Для считывания и записи DVD используется красный лазер с длиной волны 650 нм. Шаг дорожки – 0,74 мкм, это более чем в два раза меньше, чем у компакт-диска. Записанный DVD, как и компакт-диск – пример дифракционной решётки с периодом, равным шагу дорожки.
Физически DVD может иметь одну или две рабочие стороны и один или два рабочих слоя на каждой стороне. От их количества зависит ёмкость диска (из-за чего 8-см диски получили названия DVD-1, −2, −3, −4, а 12-см диски – DVD-5, −9, −10, −14, −18, по принципу округления ёмкости диска в Гб до ближайшего сверху целого числа).
2.4 Flash-память.
Обычные транзисторы – это простейшие электронные переключатели, на состояние которых влияет электрический ток. Это одновременно и преимущество, и недостаток. Преимущество – потому, что изменить данные в таких транзисторах относительно просто. Недостаток – потому, что в момент отключения тока обычные транзисторы принимают оригинальное состояние, а вся сохраненная в них информация теряется.
Компьютерная память, которая работает таким образом, называется Random Access Memory (RAM). Другой тип памяти – Read-Only Memory (ROM), который от этой проблемы не страдает.
Флеш-память устроена таким образом, что ее чипы могут хранить любую необходимую информацию даже при выключенном питании – на протяжении практически бесконечно долгого периода времени.
Для этого используют другой тип транзисторов, который называется «транзистор с плавающим затвором».
Самый простой транзистор имеет три соединения, через которые им можно управлять – затвор, исток и сток. Представьте себе водопроводную трубу, через которую проходит не вода, а ток. То место, через которое ток попадает в эту «трубу», называется истоком, а то, через которое он выходит, называется стоком. Затвор расположен между ними – когда он открыт, ток свободно проходит через транзистор (это единица), а когда закрыт – нет (это ноль). Если отключить питание, такой транзистор тоже отключится, и при включении будет находиться в исходном состоянии.
Транзистор с плавающим затвором имеет второй, дополнительный затвор. Когда он «открывается», невероятно слабый заряд электричества проникает внутрь, находясь между двумя затворами. Так получается единица. Даже если устройство отключить о тсети, этот заряд останется на месте. Превратить эту единицу в ноль можно, если активировать второй затвор – заряд пройдет дальше.
2.5 HDD(Винчестер).
Вопрос предназначения, конечно, риторический. Любой пользователь, пусть даже самого начального уровня, сразу же ответит, что винчестер (он же жесткий диск, он же Hard Drive или HDD) сразу же ответит, что он служит для хранения информации.
В общем и целом верно. Не стоит забывать, что на жестком диске, кроме операционной системы и пользовательских файлов, имеются созданные ОС загрузочные секторы, благодаря которым она и стартует, а также некие метки, по которым на диске можно быстро найти нужную информацию.
Сегодня многие пользователи задумываются над тем, почему жесткие диски называют винчестерами, относящимися к стрелковому оружию.
Сам термин появился еще в далеком 1973 году, когда на рынке появился первый в мире HDD, конструкция которого состояла из двух отдельных отсеков в одном герметичном контейнере. Емкость каждого отсека составляла 30 Мб, из-за чего инженеры дали диску кодовое название «30-30», что было в полной мере созвучно с маркой популярного в то время ружья «30-30 Winchester». Правда, в начале 90-х в Америке и Европе это название практически вышло из употребления, однако до сих пор остается популярным на постсоветском пространстве.
Принцип работы жесткого диска кратко можно описать как процессы считывания или записи информации. Но как это происходит? Для того чтобы понять принцип работы магнитного жесткого диска, в первую очередь необходимо изучить, как он устроен.
Сам жесткий диск представляет собой набор пластин, количество которых может колебаться от четырех до девяти, соединенных между собой валом (осью), называемым шпинделем. Пластины располагаются одна над другой. Чаще всего материалом для их изготовления служат алюминий, латунь, керамика, стекло и т. д. Сами же пластины имеют специальное магнитное покрытие в виде материала, называемого платтером, на основе гамма-феррит-оксида, окиси хрома, феррита бария и т. д. Каждая такая пластина по толщине составляет около 2 мм.
При этом основной принцип работы жесткого диска компьютера состоит в том, что информация записывается не куда попало, а в строго определенные локации, называемые секторами, которые расположены на концентрических дорожках или треках. Чтобы не было путаницы, применяются единые правила. Имеется ввиду, что принципы работы накопителей на жестких дисках, с точки зрения их логической структуры, универсальны. Так, например, размер одного сектора, принятый за единый стандарт во всем мире, составляет 512 байт. В свою очередь секторы делятся на кластеры, представляющие собой последовательности рядом находящихся секторов. И особенности принципа работы жесткого диска в этом отношении состоят в том, что обмен информацией как раз и производится целыми кластерами (целым числом цепочек секторов).
Принципы работы накопителя на жестких магнитных дисках выглядят следующим образом: с помощью специального кронштейна считывающая головка в радиальном (спиралевидном) направлении перемещается на нужную дорожку и при повороте позиционируется над заданным сектором, причем все головки могут перемещаться одновременно, считывая одинаковую информацию не только с разных дорожек, но и с разных дисков (пластин). Все дорожки с одинаковыми порядковыми номерами принято называть цилиндрами.
2.6 SSD.
SSD-диск, Solid State Drive, – это твердотельный накопитель. Он работает по отличному от HDD принципу: сохраняет информацию на полупроводниковых чипах в ячейках памяти. Это так называемые «энергонезависимые немеханические запоминающие устройства». «Энергонезависимые» означает, что при потере питания данные сохраняются.
SSD состоят из резисторов, конденсаторов, контроллера, буферной DRAM-памяти, чипов постоянной NAND-памяти и разъемов подключения. Фактически это большая «флэшка». Главное отличие от HDD – не в комплектующих (здесь диски во многом схожи), а в отсутствии движущихся частей.
Из «статичности» SSD-диска следует ряд его преимуществ:
– занимает меньше места,
– бесшумный,
– более надежный (не «изнашивается» из-за чтения данных),
– быстрее записывает и считывает данные.
Скорость чтения у них варьируется от 270 до 500 МБ/c, что в разы выше, чем у HDD. Так, время полной загрузки Windows 7 у HDD составляет в среднем 49 секунд, а у SSD – 19 секунд.
А)SSD(SATA)
SATA, или Serial Advanced Technology Attachment (SATA), – это последовательный способ передачи битов информации. При нем биты идут друг за другом, по одному биту за раз.
На материнской плате могут располагаться несколько SATA-разъемов. Это позволяет подключать несколько жестких дисков, которые будут работать одновременно
В SATA меньше контактов и микросхем, и они меньше перегреваются.
Интерфейс SATA-подключения получил большее распространение в SSD-дисках. Изначально интерфейс разрабатывался для HDD-дисков, головка которых может получить доступ только к одной ячейке одной пластины (блина) диска. Поэтому в SATA-устройствах только один канал и невысокая скорость передачи данных. Такую скорость чтения предлагают разные спецификации SATA:
Это теоретически максимальная скорость, и она в разы меньше скоростей стандарта NVMe, о котором мы поговорим дальше.
Б)SSD(NVMe)
NVMe, или Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification, – это спецификация на протоколы доступа к накопителям. Позволяет твердотельным накопителям считывать и передавать данные через слот PCIe, о котором мы расскажем ниже.
NVMe может обеспечить скорость записи до 3,2 ГБ/с, что в 6 раз больше, чем у SATA 3. Такие показатели достигаются благодаря нескольким особенностям:
В)SSD(PCIe)
Peripheral Component Interconnect Express, или PCIe, – это последовательная шина ввода-вывода. Физически это соединение, «переходник», в виде слота или разъема для подключения устройств напрямую к материнской плате.
У PCIe есть прямой канал «общения» с процессором и оперативной памятью, а также независимые друг от друга каналы приема и передачи данных, или линии.
Линия – это некое соединение между устройствами в виде четырех проводов: два для передачи, два для приема данных. Они передают данные как на двухполосном шоссе: в одну и другую сторону одновременно. Это называется дуплексным режимом. Два сигнальных провода с противоположной полярностью позволяет бороться с помехами.
Скорость передачи данных через PCIe зависит от версии и количества линий. Например, теоретическая скорость PCIe 3.0 – 986 МБ/с с одной линией, а с двумя – 1970 МБ/с.
Примечание. PCIe-шина рассчитана на подключение периферийных устройств – не только жестких дисков, но также GPU или сетевых карт.
PCI Express – это способ соединения с материнской платой и передачи данных. Именно его использует протокол/интерфейс NVMe.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной работе был собран и обобщен материал, касающийся вопросов, связанных с современными носителями информации. Создание емких, надежных, быстрых и недорогих носителей – это одна из приоритетных задач компьютерной индустрии. Я думаю, что жесткие диски еще долго будут сохранять лидирующие позиции на рынке – это связано с низкой стоимостью записи по сравнению с CD, которые являются достойными конкурентами по объему записываемой информации. Различные способы хранения и записи информации соответствуют различным целям. В ближайшие годы нам придется так же пользоваться винчестерами в качестве основного носителя, хотя мысль не стоит на месте, и никто не знает, что еще может изобрести человек в скором времени. Последние два десятилетия характеризуются стремительным прогрессом развития технологий в области записи и хранения информации, одной из которых является флэш-память. Но технологии развиваются быстро, и как знать, не придется ли через десяток лет сдувать пыль с новостей о применении флэш-памяти.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
Урок «История развития накопителей информации»
Класс: 3
Количество часов: 1
Тип урока: Информационный
Цели урока:
1.Предпосылки:
Учащиеся знают:
2.Учебные цели:
Учащиеся должны знать/уметь:
Методы обучения: проведение лекционных материалов
Форма организации урока: беседа, работа в группах.
Форма организации работы учащихся: индивидуальная, работа в группах
Средства обучения: компьютер и мультимедийный проектор;
информационные листы.
Учебное заведение | МБОУ Школа № 113 |
Автор | Василенко Богдан Михайлович |
Руководитель | Назаренко Елена Владимировна |
Дата | 2023-09-20 |
Класс | 10 |
Более 100 просмотров работы |
После размещения работы можно бесплатно скачать свидетельство о публикации
Добавить работу© Copyright 2019-2025, WorkProekt.RU - Самостоятельное написание проектных работ.