Где происходит хранение информации. Современные способы хранения информации
ВНИМАНИЕ!Здесь приводится очень сокращённый текст реферата. Полную версию реферат по информатике можно скачать бесплатно по указанной выше ссылке.
Виды носителей информации
Носитель информации – физическая среда, непосредственно хранящая информацию. Основным носителем информации для человека является его собственная биологическая память (мозг человека). Собственную память человека можно назвать оперативной памятью. Здесь слово “оперативный” является синонимом слова “быстрый”. Заученные знания воспроизводятся человеком мгновенно. Собственную память мы еще можем назвать внутренней памятью, поскольку ее носитель – мозг – находится внутри нас.
Носитель информации - строго определённая часть конкретной информационной системы, служащая для промежуточного хранения или передачи информации.
Основа современных информационных технологий – это ЭВМ. Когда речь идет об ЭВМ, то можно говорить о носителях информации, как о внешних запоминающих устройствах (внешней памяти). Эти носители информации можно классифицировать по различным признакам, например, по типу исполнения, материалу, из которого изготовлен носитель и т.п. Один из вариантов классификация носителей информации представлен на рис. 1.1.
Список носителей информации на рис. 1.1 не является исчерпывающим. Некоторые носители информации мы рассмотрим более подробно в следующих разделах.
Ленточные носители информации
Магнитная лента - носитель магнитной записи, представляющий собой тонкую гибкую ленту, состоящую из основы и магнитного рабочего слоя. Рабочие свойства магнитной ленты характеризуются её чувствительностью при записи и искажениями сигнала в процессе записи и воспроизведения. Наиболее широко применяется многослойная магнитная лента с рабочим слоем из игольчатых частиц магнитно-твёрдых порошков гамма-окиси железа (у-Fе2О3), двуокиси хрома (СrО2) и гамма-окиси железа, модифицированной кобальтом, ориентированных обычно в направлении намагничивания при записи.
Дисковые носители информации
Дисковые носители информации относятся к машинным носителям с прямым доступом. Понятие прямой доступ означает, что ПК может «обратиться» к дорожке, на которой начинается участок с искомой информацией или куда нужно записать новую информацию .
Накопители на дисках наиболее разнообразны:
- Накопители на гибких магнитных дисках (НГМД), они же флоппи-диски, они же дискеты
- Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД), они же винчестеры (в народе просто «винты»)
- Накопители на оптических компакт-дисках:
- CD-ROM (Compact Disk ROM)
- DVD-ROM
Накопители на гибких магнитных дисках
Некоторое время назад дискеты были самым популярным средством передачи информации с компьютера на компьютер, так как интернет в те времена был большой редкостью, компьютерные сети тоже, а устройства для чтения-записи компакт дисков стоили очень дорого. Дискеты и сейчас используются, но уже достаточно редко. В основном для хранения различных ключей (например, при работе с системой клиент-банк) и для передачи различной отчетной информации государственным надзорным службам.
Дискета - портативный магнитный носитель информации, используемый для многократной записи и хранения данных сравнительно небольшого объема. Этот вид носителя был особенно распространён в 1970-х - начале 2000-х годов. Вместо термина «дискета» иногда используется аббревиатура ГМД - «гибкий магнитный диск» (соответственно, устройство для работы с дискетами называется НГМД - «накопитель на гибких магнитных дисках», жаргонный вариант - флоповод, флопик, флопарь от английского floppy-disk или вообще "печенюшка"). Обычно дискета представляет собой гибкую пластиковую пластинку, покрытую ферромагнитным слоем, отсюда английское название «floppy disk» («гибкий диск»). Эта пластинка помещается в пластмассовый корпус, защищающий магнитный слой от физических повреждений. Оболочка бывает гибкой или прочной. Запись и считывание дискет осуществляется с помощью специального устройства - дисковод (флоппи-дисковод). Дискета обычно имеет функцию защиты от записи, посредством которой можно предоставить доступ к данным только в режиме чтения. Внешний вид 3,5” дискеты представлен на рис. 1.2.
Накопители на жестких магнитных дисках
В качестве накопителей на жестких магнитных дисках широкое распространение в ПК получили накопители типа «винчестер».
Термин винчестер возник из жаргонного названия первой модели жесткого диска емкостью 16 КВ (IBM, 1973 г.), имевшего 30 дорожек по 30 секторов, что случайно совпало с калибром 30/30 известного охотничьего ружья «Винчестер».
Накопители на оптических дисках
Компакт-диск («CD», «Shape CD», «CD-ROM», «КД ПЗУ») - оптический носитель информации в виде диска с отверстием в центре, информация с которого считывается с помощью лазера. Изначально компакт-диск был создан для цифрового хранения аудио (т. н. Audio-CD), однако в настоящее время широко используется как устройство хранения данных широкого назначения (т. н. CD-ROM). Аудио-компакт-диски по формату отличаются от компакт-дисков с данными, и CD-плееры обычно могут воспроизводить только их (на компьютере, конечно, можно прочитать оба вида дисков). Встречаются диски, содержащие как аудиоинформацию, так и данные - их можно и послушать на CD-плеере, и прочитать на компьютере.
Оптические диски имеют обычно поликарбонатную или стеклянную термообработанную основу. Рабочий слой оптических дисков изготавливают в виде тончайших плёнок легкоплавких металлов (теллур) или сплавов (теллур-селен, теллур-углерод, теллур-селен-свинец и др.), органических красителей. Информационная поверхность оптических дисков покрыта миллиметровым слоем прочного прозрачного пластика (поликарбоната). В процессе записи и воспроизведения на оптических дисках роль преобразователя сигналов выполняет лазерный луч, сфокусированный на рабочем слое диска в пятно диаметром около 1 мкм. При вращении диска лазерный луч следует вдоль дорожки диска, ширина которой также близка к 1 мкм. Возможность фокусировки луча в пятно малого размера позволяет формировать на диске метки площадью 1-3 мкм. В качестве источника света используются лазеры (аргоновые, гелий-кадмиевые и др.). В результате плотность записи оказывается на несколько порядков выше предела, обеспечиваемого магнитным способом записи. Информационная ёмкость оптического диска достигает 1 Гбайт (при диаметре диска 130 мм) и 2-4 Гбайт (при диаметре 300 мм).
Широкое применение в качестве носителя информации получили также магнитооптические компакт-диски типа RW (Re Writeble). На них запись информации осуществляется магнитной головкой с одновременным использованием лазерного луча. Лазерный луч нагревает точку на диске, а электромагнит изменяет магнитную ориентацию этой точки. Считывание же производится лазерным лучом меньшей мощности.
Во второй половине 1990-х годов появились новые, весьма перспективные носители документированной информации - цифровые универсальные видеодиски DVD (Digital Versatile Disk) типа DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R с большой ёмкостью (до 17 Гбайт).
По технологии применения оптические, магнитооптические и цифровые компакт-диски делятся на 3 основных класса:
- Диски с постоянной (нестираемой) информацией (CD-ROM). Это пластиковые компакт-диски диаметром 4,72 дюйма и толщиной 0,05 дюйма. Они изготавливаются с помощью стеклянного диска-оригинала, на который наносится фоторегистрирующий слой. В этом слое лазерная система записи формирует систему питов (меток в виде микроскопических впадин), которая затем переносится на тиражируемые диски-копии. Считывание информации осуществляется также лазерным лучом в оптическом дисководе персонального компьютера. CD-ROM обычно обладают ёмкостью 650 Мбайт и используются для записи цифровых звуковых программ, программного обеспечения для ЭВМ и т.п.;
- Диски, допускающие однократную запись и многократное воспроизведение сигналов без возможности их стирания (CD-R; CD-WORM - Write-Once, Read-Many - один раз записал, много раз считал). Используются в электронных архивах и банках данных, во внешних накопителях ЭВМ. Они представляют собой основу из прозрачного материала, на которую нанесён рабочий слой;
- Реверсивные оптические диски, позволяющие многократно записывать, воспроизводить и стирать сигналы (CD-RW; CD-E). Это наиболее универсальные диски, способные заменить магнитные носители практически во всех областях применения. Они аналогичны дискам для однократной записи, но содержат рабочий слой, в котором физические процессы записи являются обратимыми. Технология изготовления таких дисков сложнее, поэтому они стоят дороже дисков для однократной записи.
Электронные носители информации
Вообще говоря, все рассмотренные ранее носители тоже косвенно связаны с электроникой. Однако имеется вид носителей, где информации хранится не на магнитных/оптических дисках, а в микросхемах памяти. Эти микросхемы выполнены по FLASH-технологии, поэтому такие устройства иногда называют FLASH-дисками (в народе просто «флэшка»). Микросхема, как можно догадаться, диском не является. Однако операционные системы носители информации с FLASH-памятью определяют как диск (для удобства пользователя), поэтому название «диск» имеет право на существование.
Флэш-память (англ. Flash-Memory) - разновидность твердотельной полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти. Флэш-память может быть прочитана сколько угодно раз, но писать в такую память можно лишь ограниченное число раз (обычно около 10 тысяч раз). Несмотря на то, что такое ограничение есть, 10 тысяч циклов перезаписи - это намного больше, чем способна выдержать дискета или CD-RW. Стирание происходит участками, поэтому нельзя изменить один бит или байт без перезаписи всего участка (это ограничение относится к самому популярному на сегодня типу флэш-памяти - NAND). Преимуществом флэш-памяти над обычной является её энергонезависимость - при выключении энергии содержимое памяти сохраняется. Преимуществом флэш-памяти над жёсткими дисками, CD-ROM-ами, DVD является отсутствие движущихся частей. Поэтому флэш-память более компактна, дешева (с учётом стоимости устройств чтения-записи) и обеспечивает более быстрый доступ.
Хранение информации
Хранение информации - это способ распространения информации в пространстве и времени. Способ хранения информации зависит от ее носителя (книга - библиотека, картина - музей, фотография - альбом). Этот процесс такой же древний, как и жизнь человеческой цивилизации. Уже в древности человек столкнулся с необходимостью хранения информации: зарубки на деревьях, чтобы не заблудиться во время охоты; счет предметов с помощью камешков, узелков; изображение животных и эпизодов охоты на стенах пещер.
ЭВМ предназначена для компактного хранения информации с возможностью быстрого доступа к ней.
Информационная система - это хранилище информации, снабженное процедурами ввода, поиска и размещения и выдачи информации. Наличие таких процедур - главная особенность информационных систем, отличающих их от простых скоплений информационных материалов.
От информации к данным
Человек по-разному подходит к хранению информации. Все зависит от того сколько ее и как долго ее нужно хранить. Если информации немного ее можно запомнить в уме. Нетрудно запомнить имя своего друга и его фамилию. А если нужно запомнить его номер телефона и домашний адрес мы пользуемся записной книжкой. Когда информация запомнена (сохранена) ее называют данные.
Данные в компьютере имеют различное назначение. Некоторые из них нужны только в течение короткого периода, другие должны храниться длительное время. Вообще говоря, в компьютере есть довольно много «хитрых» устройств, которые предназначены для хранения информации. Например, регистры процессора, регистровая КЭШ-память и т.п. Но большинство «простых смертных» даже не слышали таких «страшных» слов. Поэтому мы ограничимся рассмотрением оперативной памяти (ОЗУ) и постоянной памяти, к которой относятся уже рассмотренные нами носители информации.
Оперативная память компьютера
Как уже было сказано, в компьютере тоже есть несколько средств для хранения информации. Самый быстрый способ запомнить данные - это записать их в электронные микросхемы. Такая память называется оперативной памятью. Оперативная память состоит из ячеек. В каждой ячейке может храниться один байт данных.
У каждой ячейки есть свои адрес. Можно считать, что это как бы номер ячейки, поэтому такие ячейки еще называют адресными ячейками. Когда компьютер отправляет данные на хранение в оперативную память, он запоминает адреса, в которые эти данные помещены. Обращаясь к адресной ячейке, компьютер находит в ней байт данных.
Регенерация оперативной памяти
Адресная ячейка оперативной памяти хранит один байт, а поскольку байт состоит из восьми битов, то в ней есть восемь битовых ячеек. Каждая битовая ячейка микросхемы оперативной памяти хранит электрический заряд.
Заряды не могут храниться в ячейках долго - они «стекают». Всего за несколько десятых долей секунды заряд в ячейке уменьшается настолько, что данные утрачиваются.
Дисковая память
Для постоянного хранения данных используют носители информации (см. раздел «Виды носителей информации»). Компакт диски и дискеты имеют относительно небольшое быстродействие, поэтому большая часть информации, к которой необходим постоянный доступ, хранится на жестком диске. Вся информация на диске хранится в виде файлов. Для управления доступом к информации существует файловая система. Имеется несколько типов файловых систем.
Структура данных на диске
Чтобы данные можно было не только записать на жесткий диск, а потом еще и прочитать, надо точно знать, что и куда было записано. У всех данных должен быть адрес. У каждой книги в библиотеке есть свой зал, стеллаж, полка и инвентарный номер - это как бы ее адрес. По такому адресу книгу можно найти. Все данные, которые записываются на жесткий диск, тоже должны иметь адрес, иначе их не разыскать.
Файловые системы
Стоит отметить, что структура данных на диске зависит от типа файловой системы. Все файловые системы состоят из структур, необходимых для хранения и управления данными. Эти структуры обычно включают загрузочную запись операционной системы, каталоги и файлы. Файловая система также исполняет три главных функции:
- Отслеживание занятого и свободного места
- Поддержка имен каталогов и файлов
- Отслеживание физического местоположения каждого файла на диске.
- FAT (File Allocation Table)
- FAT32 (File Allocation Table 32)
- NTFS (New Technology File System)
- HPFS (High Performance File System)
- NetWare File System
- Linux Ext2 и Linux Swap
FAT
Файловая система FAT используется DOS, Windows 3.x и Windows 95. Файловая система FAT также доступна в Windows 98/Me/NT/2000 и OS/2.
Файловая система FAT реализуется при помощи File Allocation Table (FAT - Таблицы Распределения Файлов) и кластеров. FAT - сердце файловой системы. Для безопасности FAT имеет дубликат, чтобы защитить ее данные от случайного стирания или неисправности. Кластер - самая маленькая единица системы FAT для хранения данных. Один кластер состоит из фиксированного числа секторов диска. В FAT записано, какие кластеры используются, какие являются свободными, и где файлы расположены в пределах кластеров.
FAT-32
FAT32 - файловая система, которая может использоваться Windows 95 OEM Service Release 2 (версия 4.00.950B), Windows 98, Windows Me и Windows 2000. Однако, DOS, Windows 3.x, Windows NT 3.51/4.0, более ранние версии Windows 95 и OS/2 не распознают FAT32 и не могут загружать или использовать файлы на диске или разделе FAT32.
FAT32 - развитие файловой системы FAT. Она основана на 32-битовой таблице распределения файлов, более быстрой, чем 16-битовые таблицы, используемые системой FAT. В результате, FAT32 поддерживает диски или разделы намного большего размера (до 2 ТБ).
NTFS
NTFS (Новая Технология Файловой Системы) доступна только Windows NT/2000. NTFS не рекомендуется использовать на дисках размером менее 400 МБ, потому что она требует много места для структур системы.
Центральная структура файловой системы NTFS - это MFT (Master File Table). NTFS сохраняет множество копий критической части таблицы для защиты от неполадок и потери данных.
HPFS
HPFS (Файловая система с высокой производительностью) - привилегированная файловая система для OS/2, которая также поддерживается старшими версиями Windows NT.
В отличие от файловых систем FAT, HPFS сортирует свои каталоги, основываясь на именах файлов. HPFS также использует более эффективную структуру для организации каталога. В результате доступ к файлу часто быстрее и место используется более эффективно, чем с файловой системой FAT.
HPFS распределяет данные файла в секторах, а не в кластерах. Чтобы сохранить дорожку, которая имеет секторы или не используется, HPFS организовывает диск или раздел в виде групп по 8 МБ. Такое группирование улучшает производительность, потому что головки чтения/записи не должны возвращаться на нулевую дорожку каждый раз, когда ОС нуждается в доступе к информации о доступном месте или местоположении необходимого файла.
NetWare File System
Операционная система Novell NetWare использует файловую систему NetWare, которая была разработана специально для использования службами NetWare.
Linux Ext2 и Linux Swap
Файловые системы Linux Ext2 и Linux были разработаны для ОС Linux OS (Версия UNIX для свободно распространения). Файловая система Linux Ext2 поддерживает диск или раздел с максимальным размером 4 ТБ.
Каталоги и путь к файлу
Рассмотрим для примера структуру дискового пространства системы FAT, как самой простой.
Информационная структура дискового пространства - это внешнее представление дискового пространства, ориентированное на пользователя и определяемое такими элементами, как том (логический диск), каталог (папка, директория) и файл. Эти элементы используются при общении пользователя с операционной системой. Общение осуществляется с помощью команд, выполняющих операции доступа к файлам и каталогам.
Источники информации
- Информатика: Учебник. – 3-е перераб. изд. / Под ред. Н.В. Макаровой. – М.: Финансы и статистика, 2002. – 768 с.: ил.
- Волк В.К. Исследование функциональной структуры памяти персонального компьютера. Лабораторный практикум. Учебное пособие. Издательство Курганского государственного университета, 2004 г. – 72 с.
Министерство науки и образования Украины
Славянский государственный педагогический университет
Реферат
Хранение информации
Студента 3 курса
Шрам Сергея
Славянск
2. Хранение информации
Компьютер, программа, интерфейс
Персональный компьютер - это электронный прибор, предназначенный для автоматизации создания, хранения, обработки и передачи информации .
Слово электронный в данном определении не очень принципиально. История техники знает и электрические, и механические устройства для обработки информации. Электронный - это просто констатация факта. Именно электронные устройства достигли производительности в сотни миллионов операций в секунду, и именно они сегодня составляют парк мировой вычислительной техники.
Значительно более важным в этом определении является слово автоматизация. Компьютеры отличаются от механических устройств (арифмометров) и электрических счетных приборов тем, что работают по заложенным в них программам.Программа - это упорядоченная последовательность команд .
На первый взгляд может показаться, что если человек работает с компьютером, то компьютер работает не автоматически, а под управлением человека и программы здесь ни при чем. Но это не совсем так. С первой и до последней минуты в компьютере автоматически работает множество программ, благодаря которым и обеспечивается общение с человеком. Это программы отвечают за все, что мы видим на экране, и за все, что мы можем сделать. Каждую секунду компьютер обрабатывает лишь несколько команд, полученных от человека, и в это же время он успевает исполнить миллионы команд, полученных от загруженных в него программ. Поэтому мы и говорим, что компьютер работает автоматически .
Взаимодействие между компьютером и человеком с помощью программ называется программным интерфейсом.
Физические устройства, с помощью которых человек управляет программами и получает информацию от компьютера (клавиатура, мышь, монитор и прочее), называются аппаратным интерфейсом.
Состав компьютерной системы
Компьютер - прибор модульный. Он состоит из различных устройств (модулей), каждое из которых выполняет свои задачи. Поскольку компьютер предназначен для создания, передачи (приема), хранения и обработки информации, то у него должны быть блоки, предназначенные для каждой из этих задач.
Устройства компьютера бывают внешние и внутренние. Блоки внешних устройств мы видим на столе и можем их потрогать. К ним относятся:
Системный блок (в нем хранятся внутренние устройства);
Монитор (служит для выдачи информации в текстовом или графическом виде);
Клавиатура (служит для ввода символов и команд);
Манипулятор «мышь» (предназначен для ввода команд).
Если этих основных устройств недостаточно, то для выполнения специальных задач к компьютеру подключают дополнительное оборудование. Оно тоже может быть внутренним (тогда его вставляют в системный блок) или внешним (подключается с помощью разъемов). Дополнительное внешнее оборудование называют периферийным оборудованием. Принтер для печати информации на бумаге - это пример периферийного оборудования.
От информации к данным
Человек по-разному подходит к хранению информации. Все зависит от того сколько ее и как долго ее нужно хранить. Если информации немного ее можно запомнить в уме. Нетрудно запомнить имя своего друга и его фамилию. А если нужно запомнить его номер телефона и домашний адрес мы пользуемся записной книжкой. Когда информация запомнена (сохранена) ее называют данные.
Для записи данных в книжку требуется больше времени, чем на то чтобы их запомнить. Востребовать данные из записной книжки или из тетрадки тоже не так просто как вспомнить, но если в голове информация не сохранилась, то и записная книжка и тетрадка оказываются более надежными источниками данных.
Самые долговременные средства для хранения данных - это книги. В них данные хранятся сотни лет. Благодаря книгам информация распространяется не только в пространстве, но и во времени. Вы знаете что по древним рукописным книгам, созданным сотни и тысячи лет назад, можно приобретать знания и сегодня. Информация в книгах хранится столь долю потому что есть специальные организации которым поручено собирать все выходящие книги и надежно их хранить. Такие организации нам известны - это библиотеки и музеи. Любое знание, занесенное в книгу обязательно кем то сохраняется для других поколений, для этого в каждом государстве есть специальные законы.
Оперативная память компьютера
В компьютере тоже есть несколько средств для хранения информации. Самый быстрый способ запомнить данные - это записать их в электронные микросхемы. Такая память называется оперативной памятью. Оперативная память состоит из ячеек. В каждой ячейке может храниться один байт данных.
У каждой ячейки есть свои адрес. Можно считать, что это как бы номер ячейки поэтому такие ячейки еще называют адресными ячейками. Когда компьютер отправляет данные на хранение в оперативную память он запоминает адреса в которые эти данные помещены. Обращаясь к адресной ячейке компьютер находит в ней байт данных.
Данные в оперативной памяти хранятся байтами. Количество байтов которые можно сохранить в оперативной памяти зависит от ее объема. Объем оперативной памяти измеряют килобайтами (Кбайт) или мега байтами (Мбайт).
| 1 | 2 | .......... . | 255 | ||
| 00000 | 00001 | 00002 | .......... . | 00255 | |
| 1 | 00256 | 00257 | 00258 | .......... . | 00511 |
| 2 | 00512 | 00513 | 00514 | .......... . | 00767 |
| 255 | 65280 | 65281 | 65282 | .......... . | 65535 |
Двумя байтами (от 0 до 255) можно записать адрес для 65 536 ячеек памяти for 0 до 65535). Для большего количества ячеек адрес должен иметь больше байтов.
Условно считаю, что килобайт равен тысяче байтов. На самом деле 1 Кбайт равен 210 то есть 1024 байтам.
Точно так же считают, что один мегабайт равен тысяче килобайтов или миллиону байтов хотя более точно 1 Мбайт = 1024 Кбайт = 1 048 576 байтам (220).
Регенерация оперативной памяти
Адресная ячейка оперативной памяти хранит один байт, а поскольку байт состоит из восьми битов, то в ней есть восемь битовых ячеек. Каждая битовая ячейка микросхемы оперативной памяти хранит электрический заряд.
Заряды не могут храниться в ячейках долго - они «стекают». Всего за несколько десятых долей секунды заряд в ячейке уменьшается настолько, что данные утрачиваются.
Что делает человек, чтобы не забыть информацию? Он регулярно ее повторяет. То же делает и компьютер. Десятки раз в секунду он проверяет, что содержится в ячейках памяти и «подзаряжает» каждую ячейку (как бы повторяет запись). Это называется регенерацией оперативной памяти.
Регенерация памяти происходит очень быстро. Мы не замечаем, как каждую секунду несколько раз обновляются мегабайты памяти, но стоит только на мгновение отключить питание компьютера, как регенерация прекратится. Даже кратковременное исчезновение напряжения в сети приводит к стиранию оперативной памяти и «сбросу» компьютера.
Память на магнитных дисках
Микросхемы оперативной памяти запоминают и выдают данные очень быстро, поэтому они хороши для обработки информации, но для длительного хранения данных они не годятся - здесь нужны другие способы.
Когда человеку надо что-то прочно запомнить, он использует записную книжку. Компьютер тоже имеет «записные книжки» - это магнитные диски.
Магнитные диски бывают двух типов - гибкие и жесткие. Гибкие диски (дискеты) имеют не очень большую емкость и работают сравнительно медленно, но их можно переносить с одного компьютера на другой. Жесткие диски обладают большой емкостью, но они располагаются внутри системного блока и их нельзя переносить. Диск вращается с огромной скоростью, а над магнитной поверхностью парит на воздушной подушке магнитная головка, которая записывает и считывает биты и байты данных. Корпус жесткого диска закрыт кожухом, снимать который нельзя иначе попавшие микрочастицы пыли со временем выведут диск из строя.
Структура данных на магнитном диске
Чтобы данные можно было не только записать на жесткий диск, а потом еще и прочитать, надо точно знать, что и куда было записано. У всех данных должен быть адрес. У каждой книги в библиотеке есть свой зал, стеллаж, полка и инвентарный номер - это как бы ее адрес. По такому адресу книгу можно найти. Все данные, которые записываются на жесткий диск, тоже должны иметь адрес, иначе их не разыскать.
Если запоминать отдельно каждый адрес, в который были записаны байты данных, то хранить эти адреса станет труднее, чем сами данные. К счастью, мы уже знаем, что информация хранится не байтами, а файлами. Файл - наименьшая единица хранения данных. Каждый файл на диске имеет свой адрес. Если нам нужна какая-то информация, компьютер находит на диске нужный файл, а потом байт за байтом считывает из него данные в оперативную память, пока не дойдет до конца файла.
Чтобы у каждого файла на диске был свой адрес, диск разбивают на дорожки, а дорожки, в свою очередь, разбивают на секторы. Размер каждого сектора стандартен и равен 512 байтам. Разбиение диска на дорожки и секторы называется форматированием диска. Его выполняют служебные программы. Форматирование диска чем-то похоже на разлиновывание тетради. Как и для тетради, форматирование диска нужно выполнить только один раз.
Самая первая дорожка магнитного диска (нулевая) считается служебной - там хранится служебная информация. Например, на этой дорожке хранится так называемая таблица размещения файлов ( FA Т-таблица). В этой таблице компьютер запоминает адреса записанных файлов. Когда нам нужен какой-то файл, компьютер по его имени находит в этой таблице номер дорожки и номер сектора, после чего магнитная головка переводится в нужное положение, файл считывается и направляется в оперативную память для обработки.
Если таблица размещения файлов почему-то будет повреждена, то информация, имевшаяся на диске, может быть утрачена. На самом деле она там, конечно, остается, но к ней нельзя обратиться. Поэтому таблица размещения файлов для надежности дублируется. У нее есть копия, и при любых повреждениях компьютер сам восстанавливает эту таблицу. Благодаря этому с компьютером можно работать годами и не терять данные.
Размещение файлов на жестком диске
Сколько файлов может поместиться на жестком диске? Ответ кажется простым. Чем больше диск и чем меньше файлы, тем больше их поместится. До недавних пор так обычно и считали, но в последние годы, когда размеры жестких дисков стали очень большими, с размещением файлов, как ни странно, появились проблемы.
У каждого файла есть свой адрес. Этот адрес записан в таблице размещения файлов двухбайтным числом, то есть, на запись этого адреса предоставлено 16 битов. (Кстати, поэтому таблицу размещения файлов еще называют FAT 16). Мы уже знаем, что с помощью 16 битов можно выразить 216 (65536) разных значений. Это значит, что файлам на жестком диске не может быть предоставлено более, чем 65 536 разных адресов (и самих файлов не может быть более 65536).
Современные жесткие диски имеют очень большие объемы, и им не хватает такого количества адресов. Если, например, размер диска 2 Гбайт (два миллиарда байтов), то на каждый адрес приходится 2 Гбайт / 65 536 = 32 Кбайт.
Представьте себе, что в городе строят только квартиры размером в 32 000 комнат. В таком помещении можно разместить целую армию, но когда семья из трех человек придет получать жилплощадь, ей тоже придется выдавать такую же квартиру. И даже один человек тоже получит 32 тысячи комнат.
Не правда ли, это очень нерациональный расход полезного пространства? Людей, конечно, можно было бы друг к другу подселить, но с файлами так поступать нельзя, ведь каждый файл должен иметь собственный уникальный адрес.
Мы только что вывели новую единицу измерения. Это минимальный размер адресуемого пространства. Такая единица измерения действительно существует и называется кластером. Мы видим, что для жестких дисков, имеющих размер 2 Гбайт, кластер равен 32 Кбайт. Если диск меньше, то и кластер у него тоже меньше. Для дисков 1 Гбайт кластер равен 16 Кбайт.
У современных дисков кластер намного больше сектора, который равен 0,5 Кбайт. В одном кластере могут содержаться десятки секторов, и, каким бы маленьким ни был файл, он все равно займет целый кластер, и все неиспользуемые секторы в нем просто пропадут.
Связь между размером жесткого диска и размером кластера
В ближайшее время компьютеры перейдут на новую систему записи адреса файла на жестком диске, которая называется FAT 32. По названию нетрудно догадаться, что в этой системе адрес записывается не двумя байтами, а четырьмя (32 бита). Тогда адресов станет намного больше, а размеры отдельных кластеров - меньше. Нерациональные потери намного уменьшатся.
Файловая система FAT 32 реализована в новой операционной системе Windows 98. Компьютеры, которые работают в этой системе, гораздо рациональнее используют жесткие диски.
Размеры кластеров для FAT 32
Диски физические и логические
Все, кто работают с компьютером, привыкли ценить рабочее место на жестком диске. Чем больше диск, тем больше полезных и интересных программ и данных можно на нем разместить. С другой стороны, получается, что чем больше жесткий диск, тем больше места на нем пропадает впустую из-за несовершенной системы адресации файлов.
Для борьбы с нерациональными потерями жесткий диск разбивают на несколько разделов. Для этого есть специальные программы. Например, на жестком диске, имеющем размер 2 Гбайт, создают четыре раздела по 0,5 Гбайт. Каждый такой раздел можно рассматривать как один отдельный логический жесткий диск.
Обычный жесткий диск - это устройство физическое. Его можно установить или удалить. Логический жесткий диск нельзя потрогать руками - физически он не существует. Это просто один из разделов физического диска. Работая с компьютером, мы не замечаем разницу между физическими и логическим дисками.
Каждый логический диск имеет собственную таблицу размещения файлов, поэтому на нем действует своя система адресации. В итоге потери из-за размеров кластеров становятся меньше.
Имена дисков
Каждый диск, присутствующий на компьютере, имеет уникальное имя. Неважно, что это за диск: физический, или логический, или еще какой (забегая вперед, скажем, что бывают и другие виды дисков) - у него обязательно должно быть имя. Имя диска состоит из одной буквы английского алфавита и двоеточия, например А: или, скажем, F:.
Когда на компьютере устанавливается новый жесткий диск, он получает букву, следующую за последней использованной буквой. То же самое происходит и при создании нового логического диска на уже установленном физическом диске.
Буквой А: общепринято обозначать дисковод для гибких дисков.
Буквой С: обозначается первый жесткий диск. Следующий диск получает букву D:, потом Е: и так далее.
Здесь пропущена буква В:. Она зарезервирована на тот случай, что в компьютере может быть не один, а два дисковода гибких дисков.
Адрес файла. Понятие о каталоге
Тот факт, что на жестком диске (физическом или логическом) можно сохранить более 65 тысяч разных файлов, еще не означает, что именно так и надо поступать. В портфель тоже можно положить пятьсот отдельных листочков, но так не делают. С тетрадками и книжками работать удобнее.
Для удобства работы с файлами на диске создаются каталоги. Если внутри одного каталога лежит другой, то их имена отделяются друг от друга обратной косой чертой (\). Каждый сам создает себе на диске такие каталоги, какие ему удобны.
Например, на диске С: можно создать следующие каталоги:
С:\Проекты
С:\Статьи
С:\Архивы
Если каталог лежит внутри другого каталога, он называется вложенным.
В каталоге \Проекты можно создать, например, каталоги \Авиация, \Космос, \Компьютеры, а внутри каталога \Космос можно создать каталоги \Венера, \Марс и прочие. Тогда файл, в котором хранится картинка с вулканами Венеры, полученная из Интернета, может иметь следующий адрес:
С:\Проекты\Космос\Венера\имя файла
С тем, как правильно записываются имена файлов, мы познакомимся позже, когда узнаем, что такое операционная система. Дело в том, что в разных операционных системах разные правила записи имен файлов.
Адрес файла еще называют путем доступа к файлу или путем поиска файла. Зная такой адрес (путь), нетрудно найти любой файл из имеющихся на компьютере. Надо только знать, где что лежит. Но это уже задача не для компьютера, а для человека. Если мы иногда наводим порядок в ящике письменного стола или в портфеле, то почему бы и не наводить порядок на жестком диске, раскладывая файлы по тем каталогам, в которых их удобнее хранить.
Контрольные вопросы
1. Назовите общие черты информатики и других известных вам наук.
3. Двоичный код использует биты (0 или 1) для представления информации. Можете ли вы привести пример из жизни, где используется троичное кодирование?
4. В байте 8 битов, и потому байтом можно выразить числа от 0 до 255. Какие числа можно было бы выразить байтом, в котором только 6 битов?
5. Если компьютер одновременно отображает на экране 16 разных цветов, то сколько битов данных необходимо на кодирование цвета каждой точки экрана? Сколько в этом случае потребуется байтов, чтобы запомнить в компьютере квадратный рисунок, длина стороны которого равна 100 точкам?
6. Что общего в записи текстовой, графической и музыкальной информации двоичным кодом? В чем вы видите разницу?
7. Информацию на компьютере хранят в виде файлов. Как вы думаете, в каком случае роль файла важнее: при записи информации или при ее чтении?
8. С помощью каких предметов в классе обеспечивается интерфейс между учителем и учениками?
9. В чем вы видите достоинства и недостатки оперативной памяти компьютера? В чем достоинства и недостатки гибких и жестких дисков?
10. Устройства для хранения данных на магнитных лентах работают крайне медленно. Как вы думаете, почему люди готовы с этим мириться?
Хранение информации - процесс такой же древний, как и жизнь человеческой цивилизации. Он имеет огромное значение для обеспечения поступательного развития человеческого общества (да и любой системы), многократного использования информации, передачи накапливаемого знания последующим поколениям.
Уже в древности человек столкнулся с необходимостью хранения информации. Примерами тому служат зарубки на деревьях, чтобы не заблудиться во время охоты; счет предметов с помощью камешков, узелков; изображение животных и эпизодов охоты на стенах пещер. Человеческое общество способно бережно хранить информацию и передавать ее от поколения к поколению. На протяжении всей истории знания и жизненный опыт отдельных людей накапливаются. По современным представлениям, чем больше информации накоплено и используется в обществе, тем выше уровень его развития. Накопление информации является основой развития общества. Когда объем накапливаемой ин- формации возрастает настолько, что ее становится просто невозможно хранить в памяти, человек начинает прибегать к помощи различного рода вспомогательных средств С рождением письменности возникло специальное средство фиксирования и распространения мысли в пространстве и во времени. Родилась документированная информация - рукописи и рукописные книги, появились своеобразные информационно-накопительные центры - древние библиотеки и архивы. Постепенно письменный документ стал и орудием управления (указы, приказы, законы).
Следующим информационным скачком явилось книгопечатание. С его возникновением наибольший объем информации стал храниться в различных печатных изданиях, и для ее получения человек обращается в места их хранения (библиотеки, архивы и пр.).
В настоящее время мы являемся свидетелями быстрого развития новых - автоматизированных - методов хранения информации с помощью электронных средств. Компьютер и средства телекоммуникации предназначены для компактного хранения информации с возможностью быстрого доступа к
Информация, предназначенная для хранения и передачи, как правило, представлена в форме документа. Под документом понимается объект на любом материальном носителе, где имеется информация, предназначенная для распространения в пространстве и времени (от лат. dokumentum - свидетельство. Первоначально это слово обозначало письменное подтверждение правовых отношений и событий). Основное назначение документа заключается в использовании его в качестве источника информации при решении различных проблем обучения, управления, науки, техники, производства, социальных отношений.
Одной из процедур хранения информации является ее накопление. Оно может быть пассивным и
активным.
При пассивном накоплении поступающая информация просто "складируется", при этом принимаются меры для обеспечения ее сохранности и повторного обращения к ней (считывания). Например, запись звуковой информации на магнитофонную ленту; стенографирование выступления; размещение
документов в архиве.
При активном накоплении происходит определенная обработка поступающей информации, имеющая много градаций, но в целом направленная на обогащение знания получателя информации. Например, систематизация и обобщение документов, поступивших на хранение, перевод содержания документов в другую форму, перенесение документов на другие носители совместно с процедурами сжатия данных, обеспечения защитными кодами и т.п.
Важно помнить, что хранение очень больших объемов информации оправдано только при условии, если поиск нужной информации можно осуществить достаточно быстро, а сведения получить в доступной форме. Иными словами, информация хранится только для того, чтобы впоследствии ее можно было легко отыскать, а возможность поиска закладывается при определении способа хранения информации и доступа к ней. Таким образом, первый вопрос, на который необходимо ответить при организации любого хранилища информации - как ее потом там искать.
Информационные процессы.
Хранение, обработка и передача информации
Взаимосвязь процессов хранения, обработки и передачи информации, виды информационных носителей, способы обработки информации, виды источников и приемников информации, каналы связи, их виды и способы защиты от шума, единица измерения скорости передачи информации, пропускная способность канала связи
Процессы хранения, обработки и передачи информации являются основными информационными процессами. В разных сочетаниях они присутствуют в получении, поиске, защите, кодировании и других информационных процессах. Рассмотрим хранение, обработку и передачу информации на примере действий школьника, которые он выполняет с информацией при решении задачи.
Опишем информационную деятельность школьника по решению задачи в виде последовательности информационных процессов. Условие задачи (информация) хранится в учебнике. Посредством глаз происходит передача информации из учебника в собственную память школьника, в которой информация хранится . В процессе решения задачи мозг школьника выполняет обработку информации. Полученный результат хранится в памяти школьника. Передача результата - новой информации - происходит с помощью руки школьника посредством записи в тетради. Результат решения задачи хранится в тетради школьника.
Таким образом (рис. 9), можно выделить процессы хранения информации (в памяти человека, на бумаге, диске, аудио- или видеокассете и т. п.), передачи информации (с помощью органов чувств, речи и двигательной системы человека) и обработки информации (в клетках головного мозга человека).
Информационные процессы взаимосвязаны. Например, обработка и передача информации невозможны без ее хранения, а для сохранения обработанной информации ее необходимо передать. Рассмотрим каждый информационный процесс более подробно.
Рис. 9. Взаимосвязь информационных процессов
Хранение информации является информационным процессом, в ходе которого информация остается неизменной во времени и пространстве.
Хранение информации не может осуществляться без физического носителя.
Носитель информации - физическая среда, непосредственно хранящая информацию.
Носителем информации, или информационным носителем , может быть:
■ материальный предмет (камень, доска, бумага, магнитные и оптические диски);
■ вещество в различных состояниях (жидкость, газ, твердое тело);
■ волна различной природы (акустическая, электромагнитная, гравитационная).
В примере о школьнике были рассмотрены такие носители информации, как бумага учебника и тетради (материальный предмет), биологическая память человека (вещество). При получении школьником визуальной информации носителем информации являлся отраженный от бумаги свет (волна).
Выделяют два вида информационных носителей: внутренние и внешние . Внутренние носители (например, биологическая память человека) обладают быстротой и оперативностью воспроизведения хранимой информации. Внешние носители (например, бумага, магнитные и оптические диски) более надежны, могут хранить большие объемы информации. Их используют для долговременного хранения информации.
Информацию на внешних носителях необходимо хранить так, чтобы можно было ее найти и, по возможности, достаточно быстро. Для этого информацию упорядочивают по алфавиту, времени поступления и другим параметрам. Внешние носители, собранные вместе и предназначенные для длительного хранения упорядоченной информации, являются хранилищем информации . К числу хранилищ информации можно отнести различные библиотеки, архивы, в том числе и электронные. Количество информации, которое может быть размещено на информационном носителе, определяет информационную емкость носителя. Как и количество информации в сообщении, информационная емкость носителя измеряется в битах.
Обработка информации является информационным процессом, в ходе которого информация изменяется содержательно или по форме.
Обработку информации осуществляет исполнитель по определенным правилам. Исполнителем может быть человек, коллектив* животное, машина.
Обрабатываемая информация хранится во внутренней памяти исполнителя. В результате обработки информации исполнителем из исходной информации получается содержательно новая информация или информация, представленная в другой форме (рис. 10).
Рис. 10. Обработка информации
Вернемся к рассмотренному примеру о школьнике, решившем задачу. Школьник, который являлся исполнителем , получил исходную информацию в виде условия задачи, обработал информацию в соответствии с определенными правилами (например, правилами решения математических задач) и получил новую информацию в виде искомого результата. В процессе обработки информация хранилась в памяти школьника, которая является внутренней памятью человека.
Обработка информации может осуществляться путем:
■ математических вычислений, логических рассуждений (например, решение задачи);
■ исправления или добавления информации (например, исправление орфографических ошибок);
■ изменения формы представления информации (например, замена текста графическим изображением);
■ кодирования информации (например, перевод текста с одного языка на другой);
■ упорядочения, структурирования информации (например, сортировка фамилий по алфавиту).
Вид обрабатываемой информации может быть различным, и правила обработки могут быть разными. Автоматизировать процесс обработки можно лишь в том случае, когда информация представлена специальным образом, а правила обработки четко определены.
Передача информации является информационным процессом, в ходе которого информация переносится с одного информационного носителя на другой.
Процесс передачи информации, как ее хранение и обработка, также невозможен без носителя информации. В примере о школьнике в тот момент, когда он читает условие задачи, информация передается с бумаги (с внешнего информационного носителя) в биологическую память школьника (на внутренний информационный носитель). Причем процесс передачи информации происходит с помощью отраженного от бумаги света - волны, которая является носителем информации.
Процесс передачи информации происходит между источником информации , который ее передает, и приемником информации , который ее принимает. Например, книга является источником информации для читающего ее человека, а читающий книгу человек - приемником информации. Передача информации от источника к приемнику осуществляется по каналу связи (рис.11). Каналом связи могут быть воздух, вода, металлические и оптоволоконные провода.
Рис. 11. Передача информации
Между источником и приемником информации может существовать обратная связь . В ответ на полученную информацию приемник может передавать информацию источнику. Если источник является одновременно и приемником информации, а приемник является источником, то такой процесс передачи информации называется обменом информацией.
В качестве примера рассмотрим устный ответ ученика учите лю на уроке. В этом случае источником информации являете! ученик, а приемником информации - учитель. Источник и приемник информации имеют носители информации - биологиче скую память. В процессе ответа ученика учителю происходи1: передача информации из памяти ученика в память учителя Каналом связи между учеником и учителем является воздух а процесс передачи информации осуществляется с помощью носителя информации- акустической волны. Если учитель ш только слушает, но и корректирует ответ ученика, а ученик учитывает замечания учителя, то между учителем и учеником происходит обмен информацией.
Информация передается по каналу связи с определенной скоростью, которая измеряется количеством передаваемой информации за единицу времени (бит/с). Реальная скорость передач* информации не может быть больше максимально возможно* скорости передачи информации по данному каналу связи, которая называется пропускной способностью канала связи и зависит от его физических свойств.
Скорость передачи информации - количество информации, передаваемое за единицу времени.
Пропускная способность канала связи - максимально возможная скорость передачи информации по данному каналу связи.
По каналу связи информация передается с помощью сигналов. Сигнал - это физический процесс, соответствующий какому-либо событию и служащий для передачи сообщения об этом событии по каналу связи. Примерами сигналов являются взмахи флажками, мигания ламп, запуски сигнальных "ракет, телефонные звонки. Сигнал может передаваться с помощью волн. Например, радиосигнал передается электромагнитной волной, а звуковой сигнал - акустической волной. Преобразование сообщения в сигнал, который может быть передан по каналу связи от источника к приемнику информации, происходит посредством кодирования. Преобразование сигнала в сообщение, которое будет понятно приемнику информации, выполняется с помощью декодирования (рис. 12).
Рис. 12. Передача сигналов
Кодирование и декодирование может осуществляться как живым существом (например, человеком, животным), так и техническим устройством (например, компьютером, электронным переводчиком).
В процессе передачи информации возможны искажения или потери информации под воздействием помех, которые называются шумом . Шум возникает из-за плохого качества каналов связи или их незащищенности. Существуют разные способы защиты от шума, например техническая защита каналов связи или многократная передача информации.
Например, из-за шума улицы, доносящегося из открытого окна, ученик может не расслышать часть передаваемой учителем звуковой информации. Для того чтобы ученик услышал объяснение учителя без искажений, можно заранее закрыть окно или попросить учителя повторить сказанное.
Сигнал может быть непрерывным или дискретным. Непрерывный сигнал плавно меняет свои параметры во времени. Примером непрерывного сигнала являются изменения атмосферного давления, температуры воздуха, высоты Солнца над горизонтом. Дискретный сигнал скачкообразно меняет свои параметры и принимает конечное число значений в конечном числе моментов времени. Сигналы, представленные в виде отдельных знаков, являются дискретными. Например, сигналы азбуки Морзе, сигналы, служащие для передачи текстовой и числовой информации, - это дискретные сигналы. Поскольку каждому отдельному значению дискретного сигнала можно поставить в соответствие определенное число, то дискретные сигналы иногда называют цифровыми.
Сигналы одного вида могут быть преобразованы в сигналы другого вида. Например, график функции (непрерывный сигнал) может быть представлен в виде таблицы отдельных значений (дискретный сигнал). И наоборот, зная значения функции для разных значений аргументов, можно построить график функции по точкам. Звучащую музыку, которая передается непрерывным сигналом, можно представить в виде дискретной нотной записи. И наоборот, по дискретным нотам можно сыграть непрерывное музыкальное произведение. Во многих случаях преобразования одного вида сигнала в другой могут приводить к потере части информации.
Существуют технические устройства, которые работают с непрерывными сигналами (например, ртутный термометр, микрофон, магнитофон), и технические устройства, работающие с дискретными сигналами (например, проигрыватель для компакт-дисков, цифровой фотоаппарат, сотовый телефон). Компьютер может работать как с непрерывными, так и дискретными сигналами.
Понятие, о котором пойдет речь, имеет широкое распространение в повседневной нашей жизни. Информация - слово емкое, относится к общенаучным категориями и занимает важное значение в разных науках.
Само слово пришло к нам из латинского языка и в переводе оно звучит как осведомление. На самом деле это понятие абстрактное и имеет несколько значений, которые зависят конкретно от чего-либо, что определяет виды информации. Но все-таки, значение слова в том, что это, прежде всего, набор конкретных сведений, сохраненных и распространенных. А они, в свою очередь, определяют знания, которые всегда выражаются в разных формах. Они окружают человека всегда и везде, так как без этого существование самой жизни невозможно.
Различные виды информации содержатся повсюду. Все мы знаем, что от семечка яблони вырастет только яблоня и ничего более. Это на генетическом уровне заложено в дереве, и изменить ничего нельзя. Воздух - это источник информации для всех деревьев (и не только): по его состоянию деревья могут определить время, когда надо пробуждаться к жизни. А возьмите Стая летит только определенным маршрутом, который задан в их генах, и свернуть с него для них не представляется возможным.
В современном мире данное определение по представлению, способу хранения и кодирования делится на следующие виды информации:
Графическая (иногда выражается изобразительными средствами);
Звуковая;
Текстовая;
Числовая;
Видеоинформация.
Первый указанный вид сведений существует в рисунках, картинах, фотографиях, схемах, чертежах. Известен уже со времени появления первых представителей будущего общества. Звуковая информация выражается в звуках. Это тоже достаточно древнее определение. Текстовая - это способ обозначения речи символами, то есть буквами. Аналогична ей числовая: кодирование сведений при помощи цифр. Последним изобретением в современном мире стала видеоинформация - способ хранения и передачи «живых» картинок мира. Кроме всех описанных видов сведений, существует еще (ощущения, запахи, вкусы и др.)
Любые виды информации требуют способов ее хранения и передачи, особенно на дальние расстояния. Вначале для этого использовались световые сигналы, затем - радиоволны. Со времени появления компьютеров хранить и передавать любые сведения стало значительно проще. Хранить информацию можно на различных видах электронных носителях: магнитные диски, лазерные диски, специальные устройства для хранения, типа флеш-карты. Каждый день появляются новые способы и устройства. Любое понятие обрабатывается без проблем при помощи компьютера. В обработку входит воспроизведение, передача, преобразование, запись данных. Для этого надо только уметь пользоваться компьютером и специально разработанными для таких действий программами.
И, конечно, основная информация современности представлена в мировой Интернет. Способы хранения и передачи здесь несколько отличаются от привычных и знакомых человеку. Так как ее объемы в Интернете очень большие, то и способы работы с ней особые. Программное обеспечение усовершенствуется каждый день, что дает возможность работать с такой информацией коллективно и постоянно.
Свойства
Информация, как мы уже говорили, это конкретный объект, и как все они, она обладает определенными свойствами, перечислять которые можно долго. Остановимся только на самых важных критериях. Итак, ценная и полезная информация в первую очередь должна быть:
Достоверной;
Объективной;
Актуальной;
Загрузка...
