Носители информации

В настоящее время оптические (лазерные) диски являются наиболее надёжными материальными носителями документированной информации, записанной цифровым способом. Вместе с тем  активно ведутся работы по созданию ещё более компактных носителей  информации с использованием так называемых нанотехнологий, работающих с атомами и молекулами. Плотность упаковки элементов, собранных из атомов, в тысячи раз больше, чем в современной микроэлектронике. В результате один компакт-диск, изготовленный по нанотехнологии, может заменить тысячи лазерных дисков.[3]

 

 

1.3 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.

 

 

 

2. 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.

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).

Вторым 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 т. д.).

В жизни человека процесс  длительного хранения информации играет большую роль и подвергается постоянному  совершенствованию.

Когда объем накапливаемой  информации возрастает настолько, что  ее становится просто невозможно хранить  в памяти, человек начинает прибегать  к помощи различного рода записных книжек, указателей и т.д.

Различная информация требует  разного времени хранения:

• проездной билет надо хранить только в течение поездки
• программу телевидения — текущую неделю
• школьный дневник — учебный год
• аттестат зрелости — до конца жизни
• исторические документы— несколько столетий.

ЭВМ предназначена для  компактного хранения информации с  возможностью быстрого доступа к  ней.

Хранение очень больших  объемов информации оправдано только при условии, если поиск нужной информации можно осуществить достаточно быстро, а сведения получить в доступной  форме.

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.

Например, личная библиотека, в которой может ориентироваться  только ее владелец, информационной системой не является. В публичных же библиотеках  порядок размещения книг всегда строго определенный, поэтому поиск и  выдача книг, а также размещение новых поступлений представляют собой стандартные, формализованные  процедуры.

 

2.1. 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. Мы знаем, что по древним  рукописным книгам, созданным сотни  и тысячи лет назад, можно приобретать  знания и сегодня. Информация в книгах хранится столь долго 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.

Но мы живем в 21-м веке. Поэтому, когда речь идет об информации и о хранении данных, то в первую очередь мы вспоминаем о компьютерах.

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.

 

 

2.2 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.

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). Для современных домашних ПК нормальным объемом ОЗУ считается 2-4 ГБ. Хотя были времена (и не так уж это давно было), когда объем ОЗУ в 4-8 МБ могли позволить себе только очень богатые люди ©.

Двумя байтами можно записать адрес для 65 536 ячеек памяти (от 0 до 65535). Для большего количества ячеек  адрес должен иметь больше байтов.

Условно считают, 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 байт (220).

 

 

2.3 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.

 

 

2.4 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.

 

 

 

 

2.4.1 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.

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 (вообще-то это утверждение справедливо  только с точки зрения пользователя, на самом деле не все так просто). 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 (впрочем, можно отформатировать  диск нестандартным образом). 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 (хотя ничто не мешает нам выполнить  его снова).

Самая первая дорожка магнитного диска (нулевая) считается служебной  — там хранится служебная информация. Например, на этой дорожке хранится так называемая таблица размещения файлов (ГЛТ-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.[4]

 

 

2.4.2. 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:

1. Отслеживание занятого и свободного места
2. Поддержка имен каталогов и файлов
3. Отслеживание физического местоположения каждого файла на диске.

Различные файловые системы  используются различными операционными  системами (ОС). Некоторые ОС могут  распознавать только одну файловую систему, в то время как другие ОС могут  распознавать несколько. Некоторые  из наиболее распространенных файловых систем:

• 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