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 [1].
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
Имеются и другие разновидности дисковых носителей информации, например, магнитооптические диски,
но ввиду их малой распространенности мы их рассматривать не будем.
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.
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.
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.
Различные файловые системы используются различными операционными системами (ОС).
Некоторые OС могут распознавать только одну файловую систему, в то время как другие
OС 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
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.
|
