Pamäte

• popíšte rozdelenie pamätí, ich vlastnosti a použitie
• charakterizujte základné parametre pamätí, výhody a nevýhody
• vysvetlite rozdiel medzi statickými a dynamickými pamäťami
• popíšte vonkajšie pamäte, pevný disk
• popíšte konštrukciu pevných diskov
• definujte pojem formátovanie pevného disku, fyzickú, logickú štruktúru HDD
• definujte pojem súborový systém
• vysvetlite princíp zápisu a čítania dát na pevný disk

Rozdelenie pamätí

Podľa spôsobu používania:

• vnútorné
• vonkajšie, medzi ktoré radíme najmä diskové jednotky; sú to rôzne druhy pamätí, ktoré sa väčšinou nachádzajú mimo počítača; pri vonkajších pamätiach údaje sú uložené na nosičoch údajov – médiách. 

Podľa materiálu, na ktorých sú dáta uložené rozlišujeme médiá:

• magnetické - magnetické pásky a magnetické disky (pevný disk, diskety)
• optické - CD-ROM
• magneticko-optické – diskety

Vnútorná pamäť počítača slúži na:

• uchovanie údajov
• uloženie a vykonávanie inštrukcií programov.

Je zostavená z integrovaných obvodov. Býva súčasťou základnej dosky, ale aj niektorých prídavných dosiek (napr. zobrazovacia karta) alebo periférnych zariadení (napr. tlačiareň).

Rozdelenie pamätí podľa možnosti zápisu a čítania:

• ROM (angl. Read Only Memory) 
• RAM (angl. Random Acces Memory) alebo tiež RWM (angl. Read-Write Memory)

Pamäť typu ROM - je to pamäť, z ktorej sa informácie dajú len čítať. Informácie do tejto pamäte vložil už výrobca pri výrobe a zostávajú v nej počas celej životnosti danej pamäte.
PROM - boli programovateľné pamäte
EPROM - dali sa vymazať (pomocou ultrafialového žiarenia) a naprogramovať znova.
EEPROM je obdoba EPROM, ale mazanie sa vykonáva elektrickým impulzom.

V praxi sa dnes používajú takmer výhradne ako pamäti typu ROM práve tiete EPROM a EEPROM pamäte.Jej obsah je konštantný a zachováva sa aj po vypnutí počítača zo siete, a preto spravidla obsahuje obslužné.

Pamäť RAM (RWM) - je to pamäť, do ktorej sa môžu informácie užívateľom nielen čítať, ale aj zapisovať, prepisovať a to nespočetne veľakrát. Slúži na ukladanie:

a) základných informácií o systéme
b) jednotlivých zložiek operačného systému
c) programov a dát používateľa počítača

- je umiestnená na základnej doske alebo na prídavných kartách
- veľkosť pamäte: 1,2,4,8,16,32 MB

Delenie vnútorných pamätí RAM (RWM)

energeticky závislá - stráca obsah po odpojení elektrickej energie:

• statická pamäť RWM - (Static Random Access Memory - SRAM)
• dynamická pamäť RWM - (Dynamic Random Access Memory - DRAM)

energeticky nezávislá

• ferroelektrická (Ferroelectric Random Access Memory - FeRAM)
• magnetická (Magnetic Random Access Memory - MRAM) - vo vývoji
• na princípe fázového prechodu (Phase Change Random Access Memory - PCRAM) - vo vývoji

Statické RAM – (SRAM) pamäťovým elementom pre záznam jedného bitu je bistabilný klopný obvod, alebo jemu funkčne rovnocenný obvod. Dáta sú v klopných obvodoch uchované dokiaľ je pripojené napájacie napätie.

Dynamické RAM – (DRAM) hodnota pamäťového bitu je určená veľkosťou elektrického náboja v kapacite elektródy tranzistora MOS. Ide o kapacitu hlboko pod 1 piko farad (pF), je nutné náboj periodicky obnovovať (refresh) v špeciálnych pamäťových cykloch pri ktorých nieje pamäť prístupná pre procesor. DRAM majú väčšiu pamäťovú kapacitu ako SRAM.

Delenie podľa technológie výroby:

• bipolárna pamäť - dnes sa už nepoužíva
• unipolárna pamäť - MOS

CACHE 

CACHE pamäť je špeciálny typ pamäte RWM. Keď sa časť spracovávaných údajov z pamäťového média s dlhšou vybavovacou dobou udržuje v pamäti s kratšou vybavovacou dobou hovoríme, že pomalšiu pamäť "kešujeme" v rýchlejšej pamäti; časti programov s častejším používaním sa ukladajú len do CACHE pamäte, a tým sa zvýši rýchlosť vykonávania programu. - veľkosť pamäte: 256, 512 kB

CMOS

- malá pamäť s kapacitou 64 bytov
- má malú spotrebu elektrickej energie;
- sú v nej uchované základné informácie o konfigurácii počítača, dátum a čas
- obsah je zachovaný aj po vypnutí počítača a je zálohovaný pomocou špeciálnej malej batérie
- nachádza sa až u PC/AT a vyšších
· vyrovnávacia pamäť
- realizuje sa programovými prostriedkami (príkaz MS-DOSu BUFFERS)
- na túto časť pamäte je využitá časť operačnej pamäte
- pomocou nej sa odovzdávajú údaje medzi programami a súbormi; do tejto pamäte sa prenesie tá časť súboru, ktorú chce program spracovávať
- vybavovacia doba je tu kratšia ako na disku, a tým sa zrýchľuje práca na počítači
- rozdiel medzi vyrovnávacou pamäťou a CACHE:
- CACHE pamäť spracúva celý disk, bez ohľadu na súbory
- vyrovnávacia pamäť spracováva konkrétne súbory

Parametre

• Schopnosť uchovania obsahu po odpojení napájacieho napätia, 
• spôsob prístupu k uloženým dátam (paralelný, sériový), 
• nutnosťa spôsob adresovania (s adresovaním, bez adresovania), 
• kapacita (128Kbitov = 16KB, 256 Kbitov = 32 KB, 512Kbitov = 64KB...), 
• veľkosť slova – organizácia pamäte (8 bitová, 16 bitová...), 
• rýchlosť prístupu k uloženým dátam (60 ns, 120 ns, 150 ns...), 
• spôsob zápisu dát – programovania (priamo v zapojení, v externom 
• zariadení), 
• spôsob mazania dát (elektricky priamo v zapojení, elektricky v externom 
• zariadení, UV žiarením), 
• násobnosť programovania (1x, viacnásobne), 
• technológia výroby (unipolárna, bipolárna), 
• princíp uchovania informácie a nutnosť obnovy dát (statické, dynamické). 

Pevný disk

Viac v PDF súbore >>Pevný disk<<


Pevný disk je zariadenie, ktoré sa používa na uchovávanie dát. Dáta sa na pevný disk zapisujú pomocou magnetického záznamu, sú uložené natrvalo, teda až pokiaľ nie sú zmazané používateľom alebo prístrojom. Vďaka tejto vlastnosti býva pevný disk často označovaný aj ako energeticky nezávislé pamäťové médium. Uložené údaje totiž uchováva aj po ukončení dodávky elektrickej energie. Používa sa predovšekým v počítačoch a iných digitálnych zariadeniach, napríklad v digitálnych fotoaparátoch alebo DVD rekordéroch alebo v prehrávačoch hudby.

Konštrukcia pevného disku

Nosičom informácií na pevnom disku je magnetická vrstva úložnej platne. Táto magnetická vrstva je počas zápisu informácií postupne delená na jednotlivé cylindrické stopy (po oboch stranách platne).Všetky stopy vytvorené na jednotlivých úložných platniach disku sa súhrnne nazývajú ako cylinder. Každá stopa je rozdelená na mnoho malých logických jednotiek, ktoré sa nazývajú bloky. Jeden takýto blok je schopný poňať 512 bajtov informácií. Pre lepšiu kontrolu uložených dát je do každého bloku s uloženými dátami pridaná tzv. kontrolný súčet. Všetky bloky, ktoré majú na disku rovnaké koordináty umiestnenia, sa niekedy súhrnne nazývajú tiež ako sektor. Moderné pevné disky ešte delia úložné platne do tzv. zón, pričom každá zóna obsahuje niekoľko cylindrických stôp. Každá zóna by mala mať rovnaký počet sektorov.

Čítanie a zapisovanie na disk

Hlavy slúžia na zápis a čítanie magnetickej informácie z povrchu platní. Počas práce pevného disku sa hlavy premiestňujú nad jednotlivými platňami a načítavajú z nich údaje, prípadne ich na platne zapisujú. Hlavy sa platní nedotýkajú, ale plávajú na tenkej vzduchovej vrstvičke nad ich povrchom. Na platniach je vytvorená tzv. „parkovacia zóna“, kam sa čítacie a zapisovacie hlavy presunú ešte pred vypnutím pevného disku (t. j. hlavy sa „zaparkujú“). Na tomto mieste sa nenachádzajú žiadne dáta a hlavy sa tu môžu povrchu dotýkať. Po presunutí hláv do „parkovacej zóny“ sú hlavy v polohe zafixované malým permanentným magnetom, aby sa nemohli voľne pohybovať po platniach keď je pevný disk mimo prevádzky. V prenosných počítačoch, tzv. notebookoch, je technológia ochrany povrchu vylepšená senzorom zrýchlenia. Ak dôjde k výraznému zrýchleniu pohybu napr. hrozí pád prístroja, vyšle elektronika príkaz na zaparkovanie hláv. Pri bežných stolných počítačoch príkaz na zaparkovanie hláv pred vypnutím počítača vydáva operačný systém.

Formátovanie, systém súborov

Každá partícia pevného disku musí byť pred použitím naformátovaná, čím sa vytvorí určitý systém súborov.
Pri formátovaní sa zvyčajne zlúči niekoľko základných údajových blokov - sektorov do väčších celkov – clusterov – a cluster sa tak vlastne stane najmenšou logickou jednotkou pre dáta, uložené na pevnom disku. Systém súborov zabezpečuje, aby sa dáta dali na pevný disku ukladať vo forme súborov. Pri ukladaní súborov sa hneď vytvára aj tzv. zoznam s obsahom (adresár), podľa ktorého je možné jednotlivé súbory kedykoľvek vyhľadať a hierarchicky ich zoradiť. Operačné systémy MS-DOS a Windows 9x používali systém súborov s názvom FAT (File Allocation Table – v preklade: Tabuľka alokácie/umiestnenia súborov), novšie systémy ako napr. Windows 2000, XP, Vista používajú súborový systém s názvom NTFS. Iné operačné systémy (napr. Unix a od neho odvodené) používajú iné súborové systémy, často optimalizované pre určitú úlohu (napr. databázového servera). Známy operačný systém Linux používa najčastejšie súborový systém ext2 alebo novší ext3.

Parametre pevného disku

• Prístupová doba (access time) - Vyjadruje, ako rýchlo disk vyhľadáva dáta. Je to čas potrebný na presunutie hlavy disku od jeho stredu k jeho okraju.
• Doba vystavenia (seek time) - Je to čas nutný k pohybu hláv nad určitú stopu. 
• Doba čakania (latency period) - Aj keď sa hlava dostane nad správnu stopu (je vystavená), nemôže ešte začať s čítaním. Musí totiž počkať, až sa pod ňu dotočí ten sektor, v ktorom sa má s čítaním údajov začať. Doba čakania záleží na náhode, ale ako technická hodnota sa uvažuje o jednej polovici otáčky disku. 
• Kapacita Disku - Je určite najdôležitejšou hodnotou disku. Táto oblasť za posledné obdobie tiež prešla veľmi prudkým vývojom. Každým rokom sa kapacita pevných diskov znásobí. Pevné disky majú dnes kapacity najčastejšie v rozmedzí od 40 do 120 GB. Je to zapríčinené neustále rastúcimi požiadavkami programov na kapacitu, ale aj technickým pokrokom v tejto oblasti.
• Vyrovnávacia pamäť CACHE - Táto pamäť pomáha znižovať oneskorenie pri presune údajov medzi operačnou pamäťou a procesorom.

Logická štruktúra

Základom logickej štruktúry je Master Boot Record (MBR). Fyzicky je umiestnený v 0. sektore a 0. stope disku. Má dve časti, zavádzací záznam a tabuľku oblastí.
Zavádzací záznam obsahuje krátky program spustený pri štarte počítača BIOSom. Jeho úlohou je načítať tabuľku oblastí a nájsť aktívnu oblasť (tú, z ktorej sa načíta systém).
Tabuľka oblastí (Partition Table) delí disk na oblasti. V každom oddiely disku môže byť umiestnený iný operačný systém (maximálne 4 oblasti). Ak sa tabuľka oblastí zmaže, stratí sa celá logická štruktúra disku, a tým aj všetky údaje. Preto je tento záznam napádaný častými útokmi vírusov.
Jadro celej logickej štruktúry predstavuje File Allocation Table (FAT). Je to špeciálna oblasť na sformátovanom údajovom médiu, obsahuje informácie o uložených súboroch a jeho adresárovej štruktúre. FAT popisuje okrem iného aj kompletný popis rozloženia súborov na médiu. Alokačná tabuľka nie je voľne prístupná používateľovi a upravuje sa automaticky pri manipuláciách so súbormi a adresármi na disku. Z dôvodov bezpečnosti sú na väčšine médií vytvárané a udržiavané dva rovnaké kópie tej istej tabuľky. Jednotlivé varianty FAT sa líšia najmä počtom číslic, ktoré je možné použiť k vyjadreniu čísla clustera v alokačnej tabuľke.

Súborové systémy

FAT 12 je starší typ a používa sa iba pri logických jednotkách s kapacitou do 16MB (diskety).

FAT 16 sa používa pri logických jednotkách s kapacitou od 16 MB do 2 GB.

FAT 32 môže spracovávať zväzky teoreticky až do veľkosti 2 TB.

Fragmentácia a defragmentácia

Nežiadúcim javom pri FAT je fragmentácia. Je to proces zapisovania častí súboru do uvoľnených miest na disku po zmazaných súboroch. Pokiaľ je fragmentovaný súbor rozložený medzi viac cylindrov, magnetické hlavy pevného disku musia preskakovať medzi stopami, čo spôsobuje spomalenie disku a jeho opotrebovanie. Ešte väčšie nebezpečenstvo je spôsobené tým, že v niekoľkých susedných políčkach FAT môžu byť umiestnené fragmentované súbory. Ak dôjde k poškodeniu aj malej časti FAT, býva zasiahnuté väčšie množstvo súborov. Ku fragmentácii dochádza tak, že keď je súbor umiestňovaný na disk, FAT ponúkne súboru voľné alokačné jednotky, a to aj tie, ktorých súvislá časť je menšia ako veľkosť ukladaného súboru. Teoreticky by k fragmentácii nedochádzalo, ak by sa žiadne súbory z disku neodstraňovali. Na odstránenie nesúvislých zápisov boli vyvinuté defragmentačné programy, ktoré vedia spojiť nesúvislé bloky súborov.

NTFS (New Technology File System) poskytuje výkon, spoľahlivosť a funkčnosť, ktorú pri FAT nenájdeme. Zhrňuje možnosti zabezpečenia vyžadované pre servery a výkonné osobné počítače v spoločnom prostredí a riadenie prístupu k dátam a práva vlastníkov dôležité pre integritu dát.

Linux -  ext2, ext3. ext4 a Linux Swap sú špeciálne súborové systémy pre sieťový operačný systém Linux.