Основные виды носителей информации
Носители информации: живые существа, неживые объекты и структуры, сигнал, знак, символ. Любой объект несёт какую-либо информацию о себе и окружающих его предметах, то есть является носителем информации.
Существует представление, что носители информации обладают вещественными, материальными свойствами и свойствами отношений. Первые подразумевают свойства веществ, из которых изготовлены носители; вторые – свойства процессов и полей, с помощью которых существуют носители и третьи – элементные (видовые) свойства, позволяющие выделять одни носители среди других, например по форме и размеру. Вещественные носители делят на: локальные (компьютер), отчуждаемые (переносимые диски и дискеты) и распределённые (линии связи). В отношении последних не существует однозначного мнения потому, что каналы связи можно представить в виде носителей данных, но одновременно они являются средой их передачи.
Обычно под носителями информации подразумевают общепринятое название их формы, то есть: бумага (книга, брошюра и т.п.), пластинка (грампластинка, фотопластинка), пленка (фото, киноплёнка, рентгеновская плёнка) аудиокассета, дискета, микроформа (фотоплёнка, микрофильм, микрофиша), видеокассета, компакт-диск (CD , DVD ) и т.д.
Издавна известны, такие носители, как: камень (наскальные рисунки, каменные плиты), глиняные таблички, пергамент, папирус, береста и другие. Затем появились следующие носители: бумага, пластмасса, фотоматериалы, магнитные и оптические материалы и другое.
Ныне они делятся на: традиционные и машиночитаемые. Под традиционными будем понимать следующие носители информации:бумага, холст, пластмасса (грампластинка), магнитная лента (аудио и видеокассета), фотографические материалы (фотопленка, фотопластина, фотоотпечаток, микроноситель) и т.п. К машиночитаемым носителям отнесём: дискеты (гибкие магнитные диски), жёсткие магнитные и компактные (оптические, магнитооптические и иные) диски, флеш-карты и другие носители информации, предназначенные для использования в компьютерных устройствах, комплексах, системах и сетях. Информация записывается на носитель посредством изменения физических, химических или механических свойств запоминающей среды.
Вариант классификации носителей информации, используемых в компьютерной технике, представлен на Рис. 5-1.
Рис. 5-1. Классификация носителей информации, используемых
в компьютерной технике
Отметим, что такое деление условно. Так, например, с помощью специальных устройств на компьютерах можно работать с обычными аудио и видеокассетами, а устройства для записи и долговременного хранения данных (стримеры) используют общеизвестные магнитные носители (магнитные ленты) и т.п. Поэтому к традиционным носителям будем относить данные аналогового характера, а к машиночитаемым, то есть используемым в компьютерах, – цифровые данные или электронные информационные ресурсы (ЭИР).
Дадим им краткую характеристику.
Магнитооптический диск (МО) диск заключён в пластиковый конверт (картридж). МО-диск является универсальным, оперативным, высоконадёжным устройством переноса и хранения информации. Характеризуются высокой плотностью записи информации. Диски диаметром 3.5" имеют объём 128 Мб – 1,3 Гб, а диаметром 5.25" – от 2,3 до 9,1 Гб. Скорость вращения диска – 2000 об/мин.
Введение…………………………………………………………………………...3
Носители информации……………………………………………………………4
Кодирование и считывание информации..………………………………………9
Перспективы развития…………………….…………………………………….15
Заключение……………………………………………………………………….18
Литература.………………………………………………………………………19
Введение
В 1945 г. Джон фон Нейман (1903-1957), американский ученый, выдвинул идею использования внешних запоминающих устройств для хранения программ и данных. Нейман разработал структурную принципиальную схему компьютера. Схеме Неймана соответствуют и все современные компьютеры.
Внешняя память предназначена для долговременного хранения программ и данных. Устройства внешней памяти (накопители) являются энергонезависимыми, выключение питания не приводит к потере данных. Они могут быть встроены в системный блок или выполнены в виде самостоятельных блоков, связанных с системным через его порты. По способу записи и чтения накопители делятся, в зависимости от вида носителя, на магнитные, оптические и магнитооптические.
Кодирование информации – это процесс формирования определенного представления информации. Компьютер может обрабатывать только информацию, представленную в числовой форме. Вся другая информация (например, звуки, изображения, показания приборов и т. д.) для обработки на компьютере должна быть преобразована в числовую форму. Как правило, все числа в компьютере представляются с помощью нулей и единиц (а не десяти цифр, как это привычно для людей). Иными словами, компьютеры обычно работают в двоичной системе счисления, поскольку при этом устройства для их обработки получаются значительно более простыми.
Считывание информации – извлечение информации, хранящейся в запоминающем устройстве (ЗУ), и передача её в др. устройства вычислительной машины. Считывание информации производится при выполнении большинства машинных операций, а иногда является самостоятельной операцией.
В ходе реферата рассмотрим основные типы носителей информации, кодирования и считывания информации, а также перспективы развития.
Носители информации
Исторически первыми носителями информации были перфоленточные и перфокарточные устройства ввода-вывода. Вслед за ними пришли внешние записывающие устройства в виде магнитных лент, сменных и постоянных магнитных дисков и магнитных барабанов.
Магнитные ленты хранят и используют намотанными на катушки. Выделялись катушки двух видов: подающие и принимающие. Ленты поставляются пользователям на подающих катушках и не требуют дополнительной перемотки при установке их в накопители. Лента на катушку наматывается рабочим слоем внутрь. Магнитные ленты относятся к накопителям непрямого доступа. Это значит, что время поиска любой записи зависит от ее местоположения на носителе, так как физическая запись не имеет своего адреса и чтобы её просмотреть необходимо просмотреть предыдущие. К запоминающим устройствам прямого доступа относятся магнитные диски и магнитные барабаны. Основная особенность их заключается в том, что время поиска любой записи не зависит от ее местоположения на носителе. Каждая физическая запись на носителе имеет адрес, по которому обеспечивается непосредственный доступ к ней, минуя остальные записи. Следующим видом записывающих устройств стали пакеты сменных магнитных дисков, состоящие из шести алюминиевых дисков. Ёмкость всего пакета составляла 7,25 Мбайт.
Рассмотрим более подробно современные носители информации.
1. Накопитель на гибких магнитных дисках (НГМД – дисковод).
Это устройство использует в качестве носителя информации гибкие магнитные диски – дискеты, которые могут быть 5-ти или 3-х дюймовыми. Дискета – это магнитный диск вроде пластинки, помещенный в «конверт». В зависимости от размера дискеты изменяется ее емкость в байтах. Если на стандартную дискету размером 5’25 дюйма помещается до 720 Кбайт информации, то на дискету 3’5 дюйма уже 1,44 Мбайта. Дискеты универсальны, подходят на любой компьютер того же класса оснащенный дисководом, могут служить для хранения, накопления, распространения и обработки информации. Дисковод – устройство параллельного доступа, поэтому все файлы одинаково легко доступны. Диск покрывается сверху специальным магнитным слоем, который обеспечивает хранение данных. Информация записывается с двух сторон диска по дорожкам, которые представляют собой концентрические окружности. Каждая дорожка разделяется на секторы. Плотность записи данных зависит от плотности нанесения дорожек на поверхность, т. е. числа дорожек на поверхности диска, а также от плотности записи информации вдоль дорожки. К недостаткам относятся маленькая емкость, что делает практически невозможным долгосрочное хранение больших объемов информации, и не очень высокая надежность самих дискет. В настоящее време дискеты практически не используются.
2. Накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД – винчестер)
Является логическим продолжением развития технологии магнитного хранения информации. Основные достоинства:
– большая емкость;
– простота и надежность использования;
– возможность обращаться к множеству файлов одновременно;
– высокая скорость доступа к данным.
Из недостатков можно выделить лишь отсутствие съемных носителей информации, хотя в настоящее время используются внешние винчестеры и системы резервного копирования.
В компьютере предусмотрена возможность с помощью специальной системной программы условно разбивать один диск на несколько. Такие диски, которые не существуют как отдельное физическое устройство, а представляют лишь часть одного физического диска, называются логическими дисками. Логическим дискам присваиваются имена, в качестве которых используются буквы латинского алфавита [С:], , [Е:], и т. д.
3. Устройство чтения компакт-дисков (CD-ROM)
В этих устройствах используется принцип считывания сфокусированным лазерным лучом бороздок на металлизированном несущем слое компакт-диска. Этот принцип позволяет достичь высокой плотности записи информации, а, следовательно, и большой емкости при минимальных размерах. Компакт-диск является отличным средством хранения информации, он дешевый, практически не подвержен каким-либо влияниям среды, информация, записанная на нем не исказится и не сотрется, пока диск не будет уничтожен физически, его ёмкость 650 Мбайт. Имеет только один недостаток – сравнительно небольшой объём хранения информации.
4. DVD
А) Отличия DVD от обычных CD-ROM
Самое основное отличие – это, естественно, объем записываемой информации. Если на обычный CD-диск можно записать 650 Мб (хотя в последнее время встречаются болванки и на 800 Мб, но далеко не все приводы смогут прочитать то, что записано на таком носителе), то на один DVD-диск влезет от 4,7 до 17 Гб. В DVD используется лазер с меньшей длиной волны, что позволило существенно увеличить плотность записи, а кроме того, DVD подразумевает возможность двухслойной записи информации, то есть на поверхности компакта находится один слой, поверх которого наносится еще один, полупрозрачный, и первый считывается сквозь второй параллельно. В самих носителях тоже отличий больше, чем кажется на первый взгляд. Из-за того, что плотность записи существенно возросла, а длина волны стала меньше, изменились и требования к защитному слою – для DVD он составляет 0,6 мм против 1,2 мм у обычных CD. Естественно, что диск такой толщины будет значительно более хрупким, по сравнению с классической болванкой. Поэтому еще 0,6 мм обычно заливаются пластиком с двух сторон, чтобы получились те же 1,2 мм. Но самый главный бонус такого защитного слоя в том, что благодаря его малому размеру на одном компакте стало возможным записывать информацию с двух сторон, то есть удваивать его емкость, при этом оставляя размеры практически прежними.
Б) Емкость DVD
Существует пять разновидностей DVD-дисков:
1. DVD5 – однослойный односторонний диск, 4,7 Гб, или два часа видео;
2. DVD9 – двухслойный односторонний диск, 8,5 Гб, или четыре часа видео;
3. DVD10 – однослойный двухсторонний диск, 9,4 Гб, или 4,5 часа видео;
4. DVD14 – двухсторонний диск, два слоя на одной и один на другой стороне, 13,24 Гб, или 6,5 часов видео;
5. DVD18 – двухслойный двухсторонний диск, 17 Гб, или более восьми часов видео.
Самые популярные стандарты – DVD5 и DVD9.
В) Возможности
Ситуация с DVD-носителями сейчас напоминает аналогичную с CD, на которых долгое время тоже хранили только музыку. Сейчас можно встретить не только фильмы, но и музыку (так называемые DVD-Audio) и сборники софта, и игры, и фильмы. Естественно, что основной областью использования является кинопродукция.
Г) Звук в DVD
Звуковое сопровождение может быть закодировано во многих форматах. Самые известные и часто используемые – Dolby Prologic, DTS и Dolby Digital всех версий. То есть фактически в форматах, используемых в кинотеатрах для получения максимально точной и красочной звуковой картины.
Д) Механические повреждения
К механическим повреждениям диски CD и DVD одинаково чувствительны. То есть царапина есть царапина. Однако из-за гораздо более высокой плотности записи потери на DVD-диске будут более значительными. Сейчас существуют программы, которые могут восстанавливать информацию даже с поврежденных дисков, правда с пропуском повреждённых секторов.
Быстрорастущий рынок портативных жестких дисков, предназначенных для транспортировки больших объемов данных, привлек к себе внимание одного из самых крупных производителей винчестеров. Компания Western Digital объявила о выпуске сразу двух моделей устройств под названием WD Passport Portable Drive. В продажу поступили варианты емкостью 40 и 80 Гб. Портативные устройства WD Passport Portable Drive основаны на 2,5-дюймовых HDD WD Scorpio EIDE. Они упакованы в прочный корпус, оборудованы поддержкой технологии Data Lifeguard, и не нуждаются в дополнительном источнике питания (питание через USB). Производитель отмечает, что накопители не греются, работают тихо и потребляют мало энергии.
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.
Носитель информации (информационный носитель) – любой материальный объект, используемый человеком для хранения информации. Это может быть, например, камень, дерево, бумага, металл, пластмассы, кремний (и другие виды полупроводников), лента с намагниченным слоем (в бобинах и кассетах), фотоматериал, пластик со специальными свойствами (напр., в оптических дисках) и т. д., и т. п.
Носителем информации может быть любой объект, с которого возможно чтение (считывание) имеющейся на нём информации.
Носители информации применяются для:
- записи;
- хранения;
- чтения;
- передачи (распространения) информации.
Зачастую сам носитель информации помещается в защитную оболочку, повышающую его сохранность и, соответственно, надёжность сохранения информации (например, бумажные листы помещают в обложку, микросхему памяти – в пластик (смарт-карта), магнитную ленту – в корпус и т. д.).
К электронным носителям относят носители для однократной или многократной записи (обычно цифровой) электрическим способом:
- оптические диски (CD-ROM, DVD-ROM, Blu-ray Disc);
- полупроводниковые (флеш-память, дискеты и т. п.);
- CD-диски (CD – Compact Disk, компакт диск), на который может быть записано до 700 Мбайт информации;
- DVD-диски (DVD – Digital Versatile Disk, цифровой универсальный диск), которые имеют значительно большую информационную ёмкость (4,7 Гбайт), так как оптические дорожки на них имеют меньшую толщину и размещены более плотно;
- диски HR DVD и Blu-ray, информационная ёмкость которых в 3–5 раз превосходит информационную ёмкость DVD-дисков за счёт использования синего лазера с длиной волны 405 нанометров.
Электронные носители имеют значительные преимущества перед бумажными (бумажные листы, газеты, журналы):
- по объёму (размеру) хранимой информации;
- по удельной стоимости хранения;
- по экономичности и оперативности предоставления актуальной (предназначенной для недолговременного хранения) информации;
- по возможности предоставления информации в виде, удобном потребителю (форматирование, сортировка).
Есть и недостатки:
- хрупкость устройств считывания;
- вес (масса) (в некоторых случаях);
- зависимость от источников электропитания;
- необходимость наличия устройства считывания/записи для каждого типа и формата носителя.
Накопитель на жёстких магнитных дисках или НЖМД (англ. hard (magnetic) disk drive, HDD, HMDD), жёсткий диск – запоминающее устройство (устройство хранения информации), основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров.
В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала – магнитные диски. В НЖМД используется одна или несколько пластин на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующейся у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках около 10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной («парковочной») зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.
Также, в отличие от гибкого диска, носитель информации обычно совмещают с накопителем, приводом и блоком электроники. Такие жёсткие диски часто используются в качестве несъёмного носителя информации.
Оптические (лазерные) диски в настоящее время являются наиболее популярными носителями информации. В них используется оптический принцип записи и считывания информации с помощью лазерного луча.
DVD-диски могут быть двухслойными (емкость 8,5 Гбайт), при этом оба слоя имеют отражающую поверхность, несущую информацию. Кроме того, информационная емкость DVD-дисков может быть еще удвоена (до 17 Гбайт), так как информация может быть записана на двух сторонах.
Накопители оптических дисков делятся на три вида:
- без возможности записи - CD-ROM и DVD-ROM (ROM – Read Only Memory, память только для чтения). На дисках CD-ROM и DVD-ROM хранится информация, которая была записана на них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна;
- с однократной записью и многократным чтением – CD-R и DVD±R (R – recordable, записываемый). На дисках CD-R и DVD±R информация может быть записана, но только один раз;
- с возможностью перезаписи – CD-RW и DVD±RW (RW – Rewritable, перезаписываемый). На дисках CD-RW и DVD±RW информация может быть записана и стерта многократно.
Основные характеристики оптических дисководов:
- емкость диска (CD – до 700 Мбайт, DVD – до 17 Гбайт)
- скорость передачи данных от носителя в оперативную память – измеряется в долях, кратных скорости 150 Кбайт/сек для CD-дисководов;
- время доступа – время, нужное для поиска информации на диске, измеряется в миллисекундах (для CD 80–400 мс).
В настоящее время широкое распространение получили 52х-скоростные CD-дисководы – до 7,8 Мбайт/сек. Запись CD-RW дисков производится на меньшей скорости (например, 32х-кратной). Поэтому CD-дисководы маркируются тремя числами «скорость чтения х скорость записи CD-R х скорость записи CD-RW» (например, «52х52х32»).
DVD-дисководы также маркируются тремя числами (например, «16х8х6»).
При соблюдении правил хранения (хранение в футлярах в вертикальном положении) и эксплуатации (без нанесения царапин и загрязнений) оптические носители могут сохранять информацию в течение десятков лет.
Флеш-память (flash memory) – относится к полупроводникам электрически перепрограммируемой памяти (EEPROM). Благодаря техническим решениям, невысокой стоимости, большому объёму, низкому энергопотреблению, высокой скорости работы, компактности и механической прочности, флеш-память встраивают в цифровые портативные устройства и носители информации. Основное достоинство этого устройства в том, что оно энергонезависимое и ему не нужно электричество для хранения данных. Всю хранящуюся информацию во флэш-памяти можно считать бесконечное количество раз, а вот количество полных циклов записи, к сожалению, ограничено.
У флеш-памяти есть как свои преимущества перед другими накопителями (жесткие диски и оптические накопители) , так и свои недостатки, с которыми вы можете познакомиться из таблицы, расположенной ниже.
| Тип накопителя | Преимущества | Недостатки |
| Жесткий диск | Большой объём хранимой информации. Высокая скорость работы. Дешевизна хранения данных (в расчете на 1 Мбайт) | Большие габариты. Чувствительность к вибрации. Шум. Тепловыделение |
| Оптический диск | Удобство транспортировки. Дешевизна хранения информации. Возможность тиражирования | Небольшой объём. Нужно считывающее устройство. Ограничения при операциях (чтение, запись). Невысокая скорость работы. Чувствительность к вибрации. Шум |
| Флеш-память | Высокая скорость доступа к данным. Экономное энергопотребление. Устойчивость к вибрациям. Удобство подключения к компьютеру. Компактные размеры | Ограниченное количество циклов записи |
Электронные носители информации
Технология записи информации на магнитные носители появилась сравнительно недавно - примерно в середине 20-го века (40-ые - 50-ые годы). Но уже несколько десятилетий спустя - в 60-ые - 70-ые годы - это технология стала очень распространённой во всём мире.
Магнитная лента состоит из полоски плотного вещества, на которую напыляется слой ферромагнетиков. Именно на этот слой "запоминается" информация. Процесс записи также похож на процесс записи на виниловые пластинки - при помощи магнитной индукционной катушки вместо специального аппарата на головку подаётся ток, который приводит в действие магнит. Запись звука на плёнку происходит благодаря действию электромагнита на плёнку. Магнитное поле магнита меняется в такт со звуковыми колебаниями, и благодаря этому маленькие магнитные частички (домены) начинают менять своё местоположение на поверхности плёнки в определённом порядке, в зависимости от воздействия на них магнитного поля, создаваемого электромагнитом. А при воспроизведении записи наблюдается процесс обратный записи: намагниченная лента возбуждает в магнитной головке электрические сигналы, которые после усиления поступают дальше в динамик.
Компамкт-кассемта (аудиокассемта или просто кассемта) -- носитель информации на магнитной ленте, во второй половине XX века -- распространённый медианоситель для звукозаписи. Применялся для записи цифровой и аудиоинформации. Впервые компакт-кассета была представлена в 1964 году компанией Philips. По причине своей относительной дешевизны долгое время (с начала 1970-х по 1990-е годы) компакт-кассета была самым популярным записываемым аудионосителем, однако, начиная с 1990-х годов,
была вытеснена компакт-дисками.
Сейчас в мире присутствует множество различных типов магнитных носителей: дискеты для компьютеров, аудио- и видеокассеты, бобинные ленты и.т.д. Но постепенно открываются новые законы физики, и вместе с ними - новые возможности записи информации. Всего пару десятков лет назад появилось множество носителей информации, базирующихся на новой технологии - считывания информации при помощи линз и лазерного луча.
Развитие материальных носителей документированной информации в целом идёт по пути непрерывного поиска объектов с высокой долговечностью, большой информационной ёмкостью при минимальных физических размерах носителя. Начиная с 1980-х годов, всё более широкое распространение получают оптические (лазерные) диски. Это пластиковые или алюминиевые диски, предназначенные для записи и воспроизведения информации при помощи лазерного луча.
По технологии применения оптические, магнитооптические и цифровые компакт-диски делятся на 3 основных класса:
1. 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.
2. 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.
3. Цифровые универсальные видеодиски DVD (Digital Versatile Disk) типа DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R с большой ёмкостью (до 17 Гбайт).
Название оптических дисков определяется методом записи и считывания информации. Информация на дорожке создается мощным лазерным лучом, выжигающим на зеркальной поверхности диска впадины, и представляет собой чередование впадин и отражающих участков. При считывании информации зеркальные островки отражают свет лазерного луча и воспринимаются как единица (1), впадины не отражают луч и соответственно воспринимаются как ноль (0). Этот принцип позволяет достичь высокой плотности записи информации, а следовательно и большой емкости при минимальных размерах. Компакт-диск является идеальным средством хранения информации - дешев до смешного, практически не подвержен каким-либо влияниям среды, информация записанная на нем не исказится и не сотрется, пока диск не будет уничтожен физически, имеет ёмкость 700 Мбайт.
Магнитооптический диск -- носитель информации, сочетающий свойства оптических и магнитных накопителей. Диск изготовлен с использованием ферромагнетиков. Магнитооптические диски при всех своих достоинствах имеют серьёзные недостатки: относительно низкую скорость записи, вызванную необходимостью перед записью стирать содержимое диска, а после записи--проверкой на чтение; высокое энергопотребление - для разогрева поверхности требуются лазеры значительной мощности, а следовательно и высокого энергопотребления. Это затрудняет использование пишущих МО приводов в мобильных устройствах.
DVD (ди-ви-дим, англ. Digital Versatile Disc -- цифровой многоцелевой диск) -- носитель информации в виде диска, внешне схожий с компакт-диском, однако имеющий возможность хранить бомльший объём информации за счёт использования лазера с меньшей длиной волны, чем для обычных компакт дисков. Первые диски и проигрыватели DVD появились в ноябре 1996 в Японии и в марте 1997 в США. Они предназначались для записи и хранения видеоизображений. Интересно, что первые DVD-"болванки" объёмом 3,95 Гб стоили тогда 50$ за штуку. В настоящее время существует шесть разновидностей подобных дисков ёмкостью от 4,7 до 17,1 Гб. Они используются для записи и хранения любой информации: видео, аудио, данных.
Работа с информацией в наше время не мыслима без компьютера, так как он изначально создавался как средство обработки информации и только теперь он стал выполнять множество других функций: хранение, преобразование, создание и обмен информацией. Но прежде чем принять привычную сейчас форму компьютер претерпел три революции.
Первая компьютерная революция свершилась в конце
50-х годов; ее суть можно описать двумя словами: компьютеры появились.
Изобретены они были не менее чем за десять лет до этого, но именно в то время начали выпускаться серийные машины, эти машины перестали быть объектом исследований для ученых и диковинкой для всех остальных. Через полтора десятилетия после этого ни одна крупная организация не могла себе позволить обходиться без вычислительного центра. Если тогда заходила речь о компьютере, сразу же представлялись заполненные стойками машинные залы, в которых напряженно думают люди в белых халатах. И тут свершилась вторая революция. Практически одновременно несколько фирм обнаружили, что развитие техники достигло такого уровня, когда вокруг компьютера не обязательно воздвигать вычислительный центр, а сам он стал небольшим. Это были первые мини-ЭВМ. Но прошло еще десять с небольшим лет, и наступила третья революция - в конце 70-х возникли персональные компьютеры. За короткое время, пройдя путь от настольного калькулятора до полноценной небольшой машины, ПК заняли свои места на рабочих столах индивидуальных пользователей.
В тот самый момент, когда первый компьютер впервые обработал несколько байт данных моментально встал вопрос: где и как хранить полученные результаты? Как сохранять результаты вычислений, текстовые и графические образы, произвольные наборы данных?
Прежде всего, должно быть устройство с помощью которого компьютер будет запоминать информацию, затем требуется носитель информации, на котором ее можно будет переносить с места на место, причем другой компьютер должен также легко прочитать эту информацию. Рассмотрим некоторые из этих устройств.
1. Устройство чтения перфокарт: предназначено для хранения программ и наборов данных с помощью перфокарт - картонных карточек с пробитыми в определенной последовательности отверстиями. Перфокарты были изобретены задолго до появления компьютера, с их помощью на ткацких станках получали очень сложные и красивые ткани, потому что они управляли работой механизма. Изменишь набор перфокарт и рисунок ткани будет совсем другим - это зависит от расположения отверстий на карте. Применительно к компьютерам был использован тот же принцип, только вместо рисунка ткани отверстия задавали команды компьютеру или наборы данных. Такой способ хранения информации не лишен недостатков: - очень низкая скорость доступа к информации; - большой объем перфокарт для хранения небольшого количества информации; - низкая надежность хранения информации; - к тому же от перфоратора постоянно летели маленькие кружочки картона, которые попадали на руки, в карманы, застревали в волосах и уборщицы были страшно недовольны. Перфокартами люди были вынуждены пользоваться не потому что этот способ как-то особенно нравился им, или он имел какие-то неоспоримые достоинства, вовсе нет, он вообще не имел достоинств, просто в то время ничего другого еще не было, выбирать было не из чего, приходилось выкручиваться.
2. Накопитель на магнитной ленте (стриммер): основан на использовании устройства магнитофонного типа, и кассет с магнитной пленкой. Этот способ накопления информации известен давно и успешно применяется и сегодня. Это объясняется тем, что на небольшой кассете помещается довольно большой объем информации, информация может храниться продолжительное время и скорость доступа к ней гораздо выше, чем у устройства чтения перфокарт. С другой стороны стриммер пригоден только для накопления, хранения больших массивов информации, резервирования данных. Обрабатывать информацию с помощью стриммера практически невозможно: стример - устройство последовательного доступа к данным: чтобы получить 5-й файл мы должны промотать четыре. А если нужен 7529-й?
3. Накопитель на гибких магнитных дисках (НГМД - дисковод). Это устройство использует в качестве носителя информации гибкие магнитные диски - дискеты, которые могут быть 5-ти или 3-х дюймовыми. Дискета - это магнитный диск вроде пластинки, помещенный в картонный конверт. В зависимости от размера дискеты изменяется ее емкость в байтах. Если на стандартную дискету размером 5"25 дюйма помещается до 720 Кбайт информации, то на дискету 3"5 дюйма уже 1,44 Мбайта. Дискеты универсальны, подходят на любой компьютер того же класса оснащенный дисководом, могут служить для хранения, накопления, распространения и обработки информации. Дисковод - устройство параллельного доступа, поэтому все файлы одинаково легко доступны. К недостаткам относятся маленькая емкость, что делает практически невозможным долгосрочное хранение больших объемов информации, и не очень высокая надежность самих дискет.
4. Накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД - винчестер): является логическим продолжением развития технологии магнитного хранения информации. Имеют очень важные достоинства: - чрезвычайно большая емкость; - простота и надежность использования; - возможность обращаться к тысячам файлов одновременно; - высокая скорость доступа к данным.
5. Уже рассмотренные нами CD и DVD-диски.
Но так как потоки информации только увеличиваются то для ее создания, обработки, хранения и передачи необходимо разрабатывать все новые и новые средства и приспособления.
Мы уже рассматривали выше хранение данных на CD и DVD-дисках. Несмотря на их удобство, в связи с необходимостью использования максимально большого объема информации, уже начинается процесс их вытеснения. В ближайшие годы в таких устройствах персональной вычислительной техники, как компьютер, флэш-память будет грозным соперником жёстких дисков.
6. Флеш-память (англ. Flash-Memory) -- разновидность твердотельной полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти.
Благодаря своей компактности, дешевизне и низкой потребности в электроэнергии флеш-память уже широко используется в портативных устройствах, работающих на батарейках и аккумуляторах -- цифровых фотокамерах и видеокамерах, цифровых диктофонах, MP3-плеерах, КПК, мобильных телефонах, а также смартфонах. Кроме того, она используется для хранения встроенного программного обеспечения в различных периферийных устройствах (маршрутизаторах, мини-АТС, коммуникаторах, принтерах, сканерах). Не содержит подвижных частей, так что, в отличие от жёстких дисков, более надёжна и компактна.
Основное слабое место флеш-памяти -- количество циклов перезаписи. Она 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 компакт-диск. Флеш-память наиболее известна применением в USB флеш-носителях (англ. USB flash drive). Благодаря большой скорости, объёму и компактным размерам USB флеш-носители уже вытесняют с рынка компакт-диски.
