Хранение информации

Размещено на http://www.allbest.ru

Оглавление

Введение

1. Единицы хранения информации

2. Магнитные запоминающие устройства

3. Оптические носители информации

4. Flash память

5. Файловые системы

Заключение

Список литературы

информация носитель флэш диск

Введение

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.

Первыми носителя информации были перфокарты - картонные карточки с пробитыми в определенной последовательности отверстиями. 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. Потом появились магнитные ленты (устройства магнитофонного типа и кассеты 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 - стриммер устройство последовательного доступа к данным: чтобы получить 5-й файл мы должны промотать четыре. А если нужен 7529-й ?...

Сегодня существуют более «продвинутые» накопители информации: магнитные запоминающие устройства (жесткие диски HDD, дискеты FD, ZIP, JAZ, оптические носители информации CD, DVD, флэш-память FLASH). Все они отличаются объемами хранимой информации, скоростью доступы к данным, надежностью и конечно стоимостью.

Но прежде чем начинать рассматривать способы представления данных на этих носителях, следует разобраться с единицами хранения информации на ЭВМ.

1. Единицы хранения информации

Информация в вычислительной машине представляется в двоичном коде (0 и 1), (да, нет), (вкл., выкл.).

0 и 1 - это 1 бит информации или 1 двоичный разряд.

Естественно, чем длиннее код, тем больше информации он содержит. Поэтому в технике количество информации определяют именно по длине кода. А в качестве эталона при этом используют самый короткий код - состоящий из одного двоичного символа. Такая единица количества информации получила название бит.

Работать с непрерывной последовательностью символов двоичного алфавита (т.е. когда отсутствует пробел, разграничитель между ними) практически невозможно. Потребовалось соглашение о разбиении ее на части фиксированной длины, которые воспринимались бы как единое целое. Удобным, оказалось, принять длину этих частей равной 8 бит. Соответствующее количество информации было названо байтом.

Т.е., 1 байт - это 8 бит ( 8 двоичных разрядов). В компьютере 1 байт является наименьшей единицей информации, что соответствует одному знаку в командной строке ( цифре, букве, специальному символу или пробелу).

При работе с большими объемами информации удобнее пользоваться более крупными единицами. В компьютерах IBM PC используются следующие единицы измерения информации: 1 б (байт), 1 Кб (1 килобайт или часто просто 1 К), 1 Мб (1 мегабайт или часто просто 1 М), 1 Гб (гигабайт). Между ними существуют следующие соотношения:

1 Кб = 210б = 1024 б = » 1000 б.

1 Мб = 220б = 1024 Кб = 1048576 б = » 1 000 000 б.

1 Гб = 230б = 1024 Мб = » 109 б = 1 000 000 000 б.

2. Магнитные запоминающие устройства

Принцип работы магнитных запоминающих устройств основан на способах хранения информации с использованием магнитных свойств материалов. Как правило, магнитные запоминающие устройства состоят из собственно устройств чтения/записи информации и магнитного носителя, на который, непосредственно осуществляется запись и с которого считывается информация. Магнитные запоминающие устройства принято делить на виды в связи с исполнением, физико-техническими характеристиками носителя информации и т.д. Наиболее часто различают: дисковые и ленточные устройства. Общая технология магнитных запоминающих устройств состоит в намагничивании переменным магнитным полем участков носителя и считывания информации, закодированной как области переменной намагниченности. Дисковые носители, как правило, намагничиваются вдоль концентрических полей - дорожек, расположенных по всей плоскости дискоидального вращающегося носителя. Запись производится в цифровом коде. Намагничивание достигается за счет создания переменного магнитного поля при помощи головок чтения/записи. Головки представляют собой два или более магнитных управляемых контура с сердечниками, на обмотки которых подается переменное напряжение. Изменение величины напряжения вызывает изменение направления линий магнитной индукции магнитного поля и, при намагничивании носителя, означает смену значения бита информации с 1 на 0 или с 0 на 1.

Дисковые устройства делят на гибкие (Floppy Disk) и жесткие (Hard Disk) накопители и носители. Основным свойством дисковых магнитных устройств является запись информации на носитель на концентрические замкнутые дорожки с использованием физического и логического цифрового кодирования информации. Плоский дисковый носитель вращается в процессе чтения/записи, чем и обеспечивается обслуживание всей концентрической дорожки, чтение и запись осуществляется при помощи магнитных головок чтения/записи, которые позиционируют по радиусу носителя с одной дорожки на другую.

Для операционной системы данные на дисках организованы в дорожки и секторы. Дорожки (40 или 80) представляют собой узкие концентрические кольца на диске. Каждая дорожка разделена на части, называемые секторами. При чтении или записи устройство всегда считывает или записывает целое число секторов независимо от объёма запрашиваемой информации. Размер сектора на дискете равен 512 байт. Цилиндр -- это общее количество дорожек, с которых можно считать информацию, не перемещая головок. Поскольку гибкий диск имеет только две стороны, а дисковод для гибких дисков -- только две головки, в гибком диске на один цилиндр приходится две дорожки. В жестком диске может быть много дисковых пластин, каждая из которых имеет две (или больше) головки, поэтому одному цилиндру соответствует множество дорожек. Кластер (или ячейка размещения данных) -- наименьшая область диска, которую операционная система использует при записи файла. Обычно кластер -- один или несколько секторов.

Перед использованием дискета должна быть форматирована, т.е. должна быть создана её логическая и физическая структура.

Объем дискеты - 1.44 Мб. Это мало для сегодняшних дней, поэтому дискеты потихоньку исчезают, ими уже мало кто пользуется. Цена дискеты приблизительно 10 руб., т.е. почти 7 руб/Mb. То есть хранить информацию на них очень невыгодно. Однако дискеты продолжают существовать и причина этому - универсальность: дисководы есть практически у всех, на них легко записывать, удобно переносить.

Накопители на жестких дисках объединяют в одном корпусе носитель (носители) и устройство чтения/записи, а также, нередко, и интерфейсную часть, называемую контроллером жесткого диска. Типичной конструкцией жесткого диска является исполнение в виде одного устройства -- камеры, внутри которой находится один или более дисковых носителей, помещённых на один ось, и блок головок чтения/записи с их общим приводящим механизмом. Обычно, рядом с камерой носителей и головок располагаются схемы управления головками, дисками и, часто, интерфейсная часть и (или) контроллер. На интерфейсной карте устройства располагается собственно интерфейс дискового устройства, а контроллер с его интерфейсом располагается на самом устройстве. С интерфейсным адаптером схемы накопителя соединяются при помощи комплекта шлейфов.

Принцип функционирования жёстких дисков аналогичен этому принципу для FD.

В настоящее время используются в основном жёсткие диски ёмкостью от 40 Гб до 500 Гб. Наиболее популярными являются диски ёмкостью 120-320 Гб.

Довольно популярным накопителем является Zip. Он выпускается в виде встроенных или автономных блоков, подключаемых к параллельному порту. Эти накопители могут хранить 100 и 250 Мб данных на картриджах, напоминающих дискету формата 3,5'', обеспечивают время доступа, равное 29 мс, и скорость передачи данных до 1 Мб/с. Если устройство подключается к системе через параллельный порт, то скорость передачи данных ограничена скорость параллельного порта.

К типу накопителей на сменных жёстких дисках относится накопитель Jaz. Ёмкость используемого картриджа -- 1 или 2 Гб. Недостаток -- высокая стоимость картриджа. Основное применение -- резервное копирование данных.

3. Оптические носители информации

CD-ROM - это оптический носитель информации, предназначенный только для чтения, на котором может храниться до 650 Мб данных. Доступ к данным на CD-ROM осуществляется быстрее, чем к данным на дискетах, но медленнее, чем на жёстких дисках.

Компакт-диск диаметром 120 мм (около 4,75'') изготовлен из полимера и покрыт металлической плёнкой. Информация считывается именно с этой металлической плёнки, которая покрывается полимером, защищающим данные от повреждения. CD-ROM является односторонним носителем информации.

Считывание информации с диска происходит за счёт регистрации изменений интенсивности отражённого от алюминиевого слоя излучения маломощного лазера. Приёмник или фотодатчик определяет, отразился ли луч от гладкой поверхности, был рассеян или поглощён. Рассеивание или поглощение луча происходит в местах, где в процессе записи были нанесены углубления. Фотодатчик воспринимает рассеянный луч, и эта информация в виде электрических сигналов поступает на микропроцессор, который преобразует эти сигналы в двоичные данные или звук.

Скорость считывания информации с CD-ROM сравнивают со скоростью считывания информации с музыкального диска (150 Кб/с), которую принимают за единицу. На сегодняшний день наиболее распространенными являются 52х-скоростные накопители CD-ROM (скорость считывания 7500 Кб/с).

Накопители CD-R (CD-Recordable) позволяют записывать собственные компакт-диски.

Более популярными являются накопители CD-RW, которые позволяют записывать и перезаписывать диски CD-RW, записывать диски CD-R, читать диски CD-ROM, т.е. являются в определённом смысле универсальными.

Аббревиатура DVD расшифровывается как Digital Versatile Disk, т.е. универсальный цифровой диск. Имея те же габариты, что обычный компакт-диск, и весьма похожий принцип работы, он вмещает чрезвычайно много информации -- от 4,7 до 17 Гбайт. Воз-можно, именно из-за большой емкости он и называется универсальным. Правда, на сего-дня реально применяется DVD-диск лишь в двух областях: для хранения видеофильмов (DVD-Video или просто DVD) и сверхбольших баз данных (DVD-ROM, DVD-R).

Разброс ёмкостей возникает так: в отличие от CD-ROM, диски DVD записываются с обеих сторон. Более того, с каждой стороны могут быть нанесены один или два слоя информации. Таким образом, односторонние однослойные диски имеют объем 4,7 Гбайт (их часто называют DVD-5, т.е. диски емкостью около 5 Гбайт), двусторонние однослойные -- 9,4 Гбайт (DVD-10), односторонние двухслойные -- 8,5 Гбайт (DVD-9), а двусторонние двухслойные -- 17 Гбайт (DVD-18). В зависимости от объема требующих хранения данных и выбирается тип DVD-диска. Если речь идет о фильмах, то на двусторонних дисках часто хранят две версии одной картины -- одна широкоэкранная, вторая в классическом телевизионном формате.

CD и DVD диски - очень выгодный способ хранения информации. К примеру, один DVD диск стоит 15 руб., т.е. выходит 0,32 коп/Mb! Однако при частом использовании, особенно на некачественных приводах, информация на оптических носителях может быть разрушена.

4. Flash память

Флэш-память как таковая - разновидность твердотельной полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти. В настоящее время выпускается два основных типа флэш-памяти: NOR (логика ячеек NOT OR) и NAND (логика ячеек NOT AND). Также существует память типа AND (И), но она не получила распространения среди изготовителей КПК. Ячейки хранения информации флэш-памяти бывают как на одном, так и на двух транзисторах. В простейшем случае каждая ячейка хранит один бит информации и состоит из одного полевого транзистора со специальной электрически изолированной областью ("плавающим" затвором - floating gate), способной хранить заряд многие годы. Наличие или отсутствие заряда кодирует один бит информации. При записи заряд помещается на плавающий затвор одним из двух способов (зависит от типа ячейки): методом инжекции "горячих" электронов или методом туннелирования электронов. Стирание содержимого ячейки (снятие заряда с "плавающего" затвора) производится методом тунеллирования. Как правило, наличие заряда на транзисторе понимается как логический "0", а его отсутствие - как логическая "1".

Современная флэш-память обычно изготавливается по 0,13- и 0,18-микронному техпроцессу.

5. Файловые системы

Файловая система отвечает за организацию хранения и доступа к информации на каких-либо носителях.

Различные носители информации используют разные файловые системы:

Жесткие диски: NTFS, FAT16, FAT32…

Дискеты: FAT12

CD, DVD диски: CDFS, UDF

Flash память: FAT, FAT32.

Заключение

За время своего существования в ЭВМ использовалось множество различных носителей информации, использующих свои физические принципы. Технологии совершенствуются, и со временем процесс хранение информации становится дешевле и надежней. Ярким примером тому служит флэш-память, наверно самый удобный на сегодняшний день носитель информации. За несколько лет своего существования его стоимость снизилась во много-много раз, и сегодня приобрести «флэшку» может каждый. Но главное ее преимущество - простота эксплуатации при сравнительно высокой надежности и скорости работы. Пока не появились новые носители информации, именно во флэщ-памяти будешее. Но не стоит забывать, например, о компакт-дисках - сомнительно, что когда появится более дешевый способ долговременно хранения информации.

Список литературы

Файловые системы: http://reestr.hotmail.ru/publik/fail.htm

Угринович Н. Информатика и информационные технологии. Учебное пособие для общеобразовательных учреждений. -- М.: БИНОМ, 2001. -- 464 с.

Программно-аппаратная организация компьютера IBM PC http://sizov.boom.ru/books/norton/contents.htm

Размещено на Allbest.ru