Где хранить данные? На каких накопителях хранить файлы длительное время? Современные способы хранения информации.

Понятие, о котором пойдет речь, имеет широкое распространение в повседневной нашей жизни. Информация - слово емкое, относится к общенаучным категориями и занимает важное значение в разных науках.

Само слово пришло к нам из латинского языка и в переводе оно звучит как осведомление. На самом деле это понятие абстрактное и имеет несколько значений, которые зависят конкретно от чего-либо, что определяет виды информации. Но все-таки, значение слова в том, что это, прежде всего, набор конкретных сведений, сохраненных и распространенных. А они, в свою очередь, определяют знания, которые всегда выражаются в разных формах. Они окружают человека всегда и везде, так как без этого существование самой жизни невозможно.

Различные виды информации содержатся повсюду. Все мы знаем, что от семечка яблони вырастет только яблоня и ничего более. Это на генетическом уровне заложено в дереве, и изменить ничего нельзя. Воздух - это источник информации для всех деревьев (и не только): по его состоянию деревья могут определить время, когда надо пробуждаться к жизни. А возьмите Стая летит только определенным маршрутом, который задан в их генах, и свернуть с него для них не представляется возможным.

В современном мире данное определение по представлению, способу хранения и кодирования делится на следующие виды информации:

Графическая (иногда выражается изобразительными средствами);

Звуковая;

Текстовая;

Числовая;

Видеоинформация.

Первый указанный вид сведений существует в рисунках, картинах, фотографиях, схемах, чертежах. Известен уже со времени появления первых представителей будущего общества. Звуковая информация выражается в звуках. Это тоже достаточно древнее определение. Текстовая - это способ обозначения речи символами, то есть буквами. Аналогична ей числовая: кодирование сведений при помощи цифр. Последним изобретением в современном мире стала видеоинформация - способ хранения и передачи «живых» картинок мира. Кроме всех описанных видов сведений, существует еще (ощущения, запахи, вкусы и др.)

Любые виды информации требуют способов ее хранения и передачи, особенно на дальние расстояния. Вначале для этого использовались световые сигналы, затем - радиоволны. Со времени появления компьютеров хранить и передавать любые сведения стало значительно проще. Хранить информацию можно на различных видах электронных носителях: магнитные диски, лазерные диски, специальные устройства для хранения, типа флеш-карты. Каждый день появляются новые способы и устройства. Любое понятие обрабатывается без проблем при помощи компьютера. В обработку входит воспроизведение, передача, преобразование, запись данных. Для этого надо только уметь пользоваться компьютером и специально разработанными для таких действий программами.

И, конечно, основная информация современности представлена в мировой Интернет. Способы хранения и передачи здесь несколько отличаются от привычных и знакомых человеку. Так как ее объемы в Интернете очень большие, то и способы работы с ней особые. Программное обеспечение усовершенствуется каждый день, что дает возможность работать с такой информацией коллективно и постоянно.

Свойства

Информация, как мы уже говорили, это конкретный объект, и как все они, она обладает определенными свойствами, перечислять которые можно долго. Остановимся только на самых важных критериях. Итак, ценная и полезная информация в первую очередь должна быть:

Достоверной;

Объективной;

Актуальной;

Министерство науки и образования Украины

Славянский государственный педагогический университет

Реферат

Хранение информации

Студента 3 курса

Шрам Сергея

Славянск

2. Хранение информации

Компьютер, программа, интерфейс

Персональный компьютер - это электронный прибор, предназначенный для автоматизации создания, хранения, обработки и передачи информации .

Слово электронный в данном определении не очень принципиально. История техники знает и электрические, и механические устройства для обработки информации. Электронный - это просто констатация факта. Именно электронные устройства достигли производительности в сотни миллионов операций в секунду, и именно они сегодня составляют парк мировой вычислительной техники.

Значительно более важным в этом определении является слово автоматизация. Компьютеры отличаются от механических устройств (арифмометров) и электрических счетных приборов тем, что работают по заложенным в них программам.Программа - это упорядоченная последовательность команд .

На первый взгляд может показаться, что если человек работает с компьютером, то компьютер работает не автоматически, а под управлением человека и программы здесь ни при чем. Но это не совсем так. С первой и до последней минуты в компьютере автоматически работает множество программ, благодаря которым и обеспечивается общение с человеком. Это программы отвечают за все, что мы видим на экране, и за все, что мы можем сделать. Каждую секунду компьютер обрабатывает лишь несколько команд, полученных от человека, и в это же время он успевает исполнить миллионы команд, полученных от загруженных в него программ. Поэтому мы и говорим, что компьютер работает автоматически .

Взаимодействие между компьютером и человеком с помощью программ называется программным интерфейсом.

Физические устройства, с помощью которых человек управляет программами и получает информацию от компьютера (клавиатура, мышь, монитор и прочее), называются аппаратным интерфейсом.

Состав компьютерной системы

Компьютер - прибор модульный. Он состоит из различных устройств (модулей), каждое из которых выполняет свои задачи. Поскольку компьютер предназначен для создания, передачи (приема), хранения и обработки информации, то у него должны быть блоки, предназначенные для каждой из этих задач.

Устройства компьютера бывают внешние и внутренние. Блоки внешних устройств мы видим на столе и можем их потрогать. К ним относятся:

Системный блок (в нем хранятся внутренние устройства);

Монитор (служит для выдачи информации в текстовом или графическом виде);

Клавиатура (служит для ввода символов и команд);

Манипулятор «мышь» (предназначен для ввода команд).

Если этих основных устройств недостаточно, то для выполнения специальных задач к компьютеру подключают дополнительное оборудование. Оно тоже может быть внутренним (тогда его вставляют в системный блок) или внешним (подключается с помощью разъемов). Дополнительное внешнее оборудование называют периферийным оборудованием. Принтер для печати информации на бумаге - это пример периферийного оборудования.

От информации к данным

Человек по-разному подходит к хранению информации. Все зависит от того сколько ее и как долго ее нужно хранить. Если информации немного ее можно запомнить в уме. Нетрудно запомнить имя своего друга и его фамилию. А если нужно запомнить его номер телефона и домашний адрес мы пользуемся записной книжкой. Когда информация запомнена (сохранена) ее называют данные.

Для записи данных в книжку требуется больше времени, чем на то чтобы их запомнить. Востребовать данные из записной книжки или из тетрадки тоже не так просто как вспомнить, но если в голове информация не сохранилась, то и записная книжка и тетрадка оказываются более надежными источниками данных.

Самые долговременные средства для хранения данных - это книги. В них данные хранятся сотни лет. Благодаря книгам информация распространяется не только в пространстве, но и во времени. Вы знаете что по древним рукописным книгам, созданным сотни и тысячи лет назад, можно приобретать знания и сегодня. Информация в книгах хранится столь долю потому что есть специальные организации которым поручено собирать все выходящие книги и надежно их хранить. Такие организации нам известны - это библиотеки и музеи. Любое знание, занесенное в книгу обязательно кем то сохраняется для других поколений, для этого в каждом государстве есть специальные законы.

Оперативная память компьютера

В компьютере тоже есть несколько средств для хранения информации. Самый быстрый способ запомнить данные - это записать их в электронные микросхемы. Такая память называется оперативной памятью. Оперативная память состоит из ячеек. В каждой ячейке может храниться один байт данных.

У каждой ячейки есть свои адрес. Можно считать, что это как бы номер ячейки поэтому такие ячейки еще называют адресными ячейками. Когда компьютер отправляет данные на хранение в оперативную память он запоминает адреса в которые эти данные помещены. Обращаясь к адресной ячейке компьютер находит в ней байт данных.

Данные в оперативной памяти хранятся байтами. Количество байтов которые можно сохранить в оперативной памяти зависит от ее объема. Объем оперативной памяти измеряют килобайтами (Кбайт) или мега байтами (Мбайт).

Двумя байтами (от 0 до 255) можно записать адрес для 65 536 ячеек памяти for 0 до 65535). Для большего количества ячеек адрес должен иметь больше байтов.

Условно считаю, что килобайт равен тысяче байтов. На самом деле 1 Кбайт равен 210 то есть 1024 байтам.

Точно так же считают, что один мегабайт равен тысяче килобайтов или миллиону байтов хотя более точно 1 Мбайт = 1024 Кбайт = 1 048 576 байтам (220).

Регенерация оперативной памяти

Адресная ячейка оперативной памяти хранит один байт, а поскольку байт состоит из восьми битов, то в ней есть восемь битовых ячеек. Каждая битовая ячейка микросхемы оперативной памяти хранит электрический заряд.

Заряды не могут храниться в ячейках долго - они «стекают». Всего за несколько десятых долей секунды заряд в ячейке уменьшается настолько, что данные утрачиваются.

Что делает человек, чтобы не забыть информацию? Он регулярно ее повторяет. То же делает и компьютер. Десятки раз в секунду он проверяет, что содержится в ячейках памяти и «подзаряжает» каждую ячейку (как бы повторяет запись). Это называется регенерацией оперативной памяти.

Регенерация памяти происходит очень быстро. Мы не замечаем, как каждую секунду несколько раз обновляются мегабайты памяти, но стоит только на мгновение отключить питание компьютера, как регенерация прекратится. Даже кратковременное исчезновение напряжения в сети приводит к стиранию оперативной памяти и «сбросу» компьютера.

Память на магнитных дисках

Микросхемы оперативной памяти запоминают и выдают данные очень быстро, поэтому они хороши для обработки информации, но для длительного хранения данных они не годятся - здесь нужны другие способы.

Когда человеку надо что-то прочно запомнить, он использует записную книжку. Компьютер тоже имеет «записные книжки» - это магнитные диски.

Магнитные диски бывают двух типов - гибкие и жесткие. Гибкие диски (дискеты) имеют не очень большую емкость и работают сравнительно медленно, но их можно переносить с одного компьютера на другой. Жесткие диски обладают большой емкостью, но они располагаются внутри системного блока и их нельзя переносить. Диск вращается с огромной скоростью, а над магнитной поверхностью парит на воздушной подушке магнитная головка, которая записывает и считывает биты и байты данных. Корпус жесткого диска закрыт кожухом, снимать который нельзя иначе попавшие микрочастицы пыли со временем выведут диск из строя.

Структура данных на магнитном диске

Чтобы данные можно было не только записать на жесткий диск, а потом еще и прочитать, надо точно знать, что и куда было записано. У всех данных должен быть адрес. У каждой книги в библиотеке есть свой зал, стеллаж, полка и инвентарный номер - это как бы ее адрес. По такому адресу книгу можно найти. Все данные, которые записываются на жесткий диск, тоже должны иметь адрес, иначе их не разыскать.

Если запоминать отдельно каждый адрес, в который были записаны байты данных, то хранить эти адреса станет труднее, чем сами данные. К счастью, мы уже знаем, что информация хранится не байтами, а файлами. Файл - наименьшая единица хранения данных. Каждый файл на диске имеет свой адрес. Если нам нужна какая-то информация, компьютер находит на диске нужный файл, а потом байт за байтом считывает из него данные в оперативную память, пока не дойдет до конца файла.

Чтобы у каждого файла на диске был свой адрес, диск разбивают на дорожки, а дорожки, в свою очередь, разбивают на секторы. Размер каждого сектора стандартен и равен 512 байтам. Разбиение диска на дорожки и секторы называется форматированием диска. Его выполняют служебные программы. Форматирование диска чем-то похоже на разлиновывание тетради. Как и для тетради, форматирование диска нужно выполнить только один раз.

Самая первая дорожка магнитного диска (нулевая) считается служебной - там хранится служебная информация. Например, на этой дорожке хранится так называемая таблица размещения файлов ( FA Т-таблица). В этой таблице компьютер запоминает адреса записанных файлов. Когда нам нужен какой-то файл, компьютер по его имени находит в этой таблице номер дорожки и номер сектора, после чего магнитная головка переводится в нужное положение, файл считывается и направляется в оперативную память для обработки.

Если таблица размещения файлов почему-то будет повреждена, то информация, имевшаяся на диске, может быть утрачена. На самом деле она там, конечно, остается, но к ней нельзя обратиться. Поэтому таблица размещения файлов для надежности дублируется. У нее есть копия, и при любых повреждениях компьютер сам восстанавливает эту таблицу. Благодаря этому с компьютером можно работать годами и не терять данные.

Размещение файлов на жестком диске

Сколько файлов может поместиться на жестком диске? Ответ кажется простым. Чем больше диск и чем меньше файлы, тем больше их поместится. До недавних пор так обычно и считали, но в последние годы, когда размеры жестких дисков стали очень большими, с размещением файлов, как ни странно, появились проблемы.

У каждого файла есть свой адрес. Этот адрес записан в таблице размещения файлов двухбайтным числом, то есть, на запись этого адреса предоставлено 16 битов. (Кстати, поэтому таблицу размещения файлов еще называют FAT 16). Мы уже знаем, что с помощью 16 битов можно выразить 216 (65536) разных значений. Это значит, что файлам на жестком диске не может быть предоставлено более, чем 65 536 разных адресов (и самих файлов не может быть более 65536).

Современные жесткие диски имеют очень большие объемы, и им не хватает такого количества адресов. Если, например, размер диска 2 Гбайт (два миллиарда байтов), то на каждый адрес приходится 2 Гбайт / 65 536 = 32 Кбайт.

Представьте себе, что в городе строят только квартиры размером в 32 000 комнат. В таком помещении можно разместить целую армию, но когда семья из трех человек придет получать жилплощадь, ей тоже придется выдавать такую же квартиру. И даже один человек тоже получит 32 тысячи комнат.

Не правда ли, это очень нерациональный расход полезного пространства? Людей, конечно, можно было бы друг к другу подселить, но с файлами так поступать нельзя, ведь каждый файл должен иметь собственный уникальный адрес.

Мы только что вывели новую единицу измерения. Это минимальный размер адресуемого пространства. Такая единица измерения действительно существует и называется кластером. Мы видим, что для жестких дисков, имеющих размер 2 Гбайт, кластер равен 32 Кбайт. Если диск меньше, то и кластер у него тоже меньше. Для дисков 1 Гбайт кластер равен 16 Кбайт.

У современных дисков кластер намного больше сектора, который равен 0,5 Кбайт. В одном кластере могут содержаться десятки секторов, и, каким бы маленьким ни был файл, он все равно займет целый кластер, и все неиспользуемые секторы в нем просто пропадут.

Связь между размером жесткого диска и размером кластера

В ближайшее время компьютеры перейдут на новую систему записи адреса файла на жестком диске, которая называется FAT 32. По названию нетрудно догадаться, что в этой системе адрес записывается не двумя байтами, а четырьмя (32 бита). Тогда адресов станет намного больше, а размеры отдельных кластеров - меньше. Нерациональные потери намного уменьшатся.

Файловая система FAT 32 реализована в новой операционной системе Windows 98. Компьютеры, которые работают в этой системе, гораздо рациональнее используют жесткие диски.

Размеры кластеров для FAT 32

Диски физические и логические

Все, кто работают с компьютером, привыкли ценить рабочее место на жестком диске. Чем больше диск, тем больше полезных и интересных программ и данных можно на нем разместить. С другой стороны, получается, что чем больше жесткий диск, тем больше места на нем пропадает впустую из-за несовершенной системы адресации файлов.

Для борьбы с нерациональными потерями жесткий диск разбивают на несколько разделов. Для этого есть специальные программы. Например, на жестком диске, имеющем размер 2 Гбайт, создают четыре раздела по 0,5 Гбайт. Каждый такой раздел можно рассматривать как один отдельный логический жесткий диск.

Обычный жесткий диск - это устройство физическое. Его можно установить или удалить. Логический жесткий диск нельзя потрогать руками - физически он не существует. Это просто один из разделов физического диска. Работая с компьютером, мы не замечаем разницу между физическими и логическим дисками.

Каждый логический диск имеет собственную таблицу размещения файлов, поэтому на нем действует своя система адресации. В итоге потери из-за размеров кластеров становятся меньше.

Имена дисков

Каждый диск, присутствующий на компьютере, имеет уникальное имя. Неважно, что это за диск: физический, или логический, или еще какой (забегая вперед, скажем, что бывают и другие виды дисков) - у него обязательно должно быть имя. Имя диска состоит из одной буквы английского алфавита и двоеточия, например А: или, скажем, F:.

Когда на компьютере устанавливается новый жесткий диск, он получает букву, следующую за последней использованной буквой. То же самое происходит и при создании нового логического диска на уже установленном физическом диске.

Буквой А: общепринято обозначать дисковод для гибких дисков.

Буквой С: обозначается первый жесткий диск. Следующий диск получает букву D:, потом Е: и так далее.

Здесь пропущена буква В:. Она зарезервирована на тот случай, что в компьютере может быть не один, а два дисковода гибких дисков.

Адрес файла. Понятие о каталоге

Тот факт, что на жестком диске (физическом или логическом) можно сохранить более 65 тысяч разных файлов, еще не означает, что именно так и надо поступать. В портфель тоже можно положить пятьсот отдельных листочков, но так не делают. С тетрадками и книжками работать удобнее.

Для удобства работы с файлами на диске создаются каталоги. Если внутри одного каталога лежит другой, то их имена отделяются друг от друга обратной косой чертой (\). Каждый сам создает себе на диске такие каталоги, какие ему удобны.

Например, на диске С: можно создать следующие каталоги:

С:\Проекты

С:\Статьи

С:\Архивы

Если каталог лежит внутри другого каталога, он называется вложенным.

В каталоге \Проекты можно создать, например, каталоги \Авиация, \Космос, \Компьютеры, а внутри каталога \Космос можно создать каталоги \Венера, \Марс и прочие. Тогда файл, в котором хранится картинка с вулканами Венеры, полученная из Интернета, может иметь следующий адрес:

С:\Проекты\Космос\Венера\имя файла

С тем, как правильно записываются имена файлов, мы познакомимся позже, когда узнаем, что такое операционная система. Дело в том, что в разных операционных системах разные правила записи имен файлов.

Адрес файла еще называют путем доступа к файлу или путем поиска файла. Зная такой адрес (путь), нетрудно найти любой файл из имеющихся на компьютере. Надо только знать, где что лежит. Но это уже задача не для компьютера, а для человека. Если мы иногда наводим порядок в ящике письменного стола или в портфеле, то почему бы и не наводить порядок на жестком диске, раскладывая файлы по тем каталогам, в которых их удобнее хранить.

Контрольные вопросы

1. Назовите общие черты информатики и других известных вам наук.

3. Двоичный код использует биты (0 или 1) для представления информации. Можете ли вы привести пример из жизни, где используется троичное кодирование?

4. В байте 8 битов, и потому байтом можно выразить числа от 0 до 255. Какие числа можно было бы выразить байтом, в котором только 6 битов?

5. Если компьютер одновременно отображает на экране 16 разных цветов, то сколько битов данных необходимо на кодирование цвета каждой точки экрана? Сколько в этом случае потребуется байтов, чтобы запомнить в компьютере квадратный рисунок, длина стороны которого равна 100 точкам?

6. Что общего в записи текстовой, графической и музыкальной информации двоичным кодом? В чем вы видите разницу?

7. Информацию на компьютере хранят в виде файлов. Как вы думаете, в каком случае роль файла важнее: при записи информации или при ее чтении?

8. С помощью каких предметов в классе обеспечивается интерфейс между учителем и учениками?

9. В чем вы видите достоинства и недостатки оперативной памяти компьютера? В чем достоинства и недостатки гибких и жестких дисков?

10. Устройства для хранения данных на магнитных лентах работают крайне медленно. Как вы думаете, почему люди готовы с этим мириться?

1.6.5 Хранение информации

Хранение и накопление информации вызвано ее многократным использованием, применением постоянной информации, необходимостью комплектации первичных данных до их обработки; осуществляется на машинных носителях в виде информационных массивов, где данные располагаются по установленному в процессе проектирования группировочному признаку.

Хранение информации – это ее запись во вспомогательные запоминающие устройства на различных носителях для последующего использования.

Хранение является одной из основных операций, осуществляемых над информацией, и главным способом обеспечения ее доступности в течение определенного промежутка времени.

В результате реализации такого алгоритма документ, независимо от формы представления поступивший в информационную систему, подвергается обработке и после этого отправляется в хранилище (базу данных), где помещается на соответствующую "полку" в зависимости от принятой системы хранения. Результаты обработки передаются в каталог.

Этап хранения информации может быть представлен на следующих уровнях: внешнем, концептуальном (логическом), внутреннем, физическом.

Рис. 1.16. Алгоритм процесса подготовки информации к хранению

Внешний уровень отражает содержательность информации и представляет способы (виды) представления данных пользователю в ходе их хранения.

Концептуальный уровень определяет порядок организации информационных массивов и способы хранения информации (файлы, массивы, распределенное хранение, сосредоточенное и др.).

Внутренний уровень представляет организацию хранения информационных массивов в системе ее обработки и определяется разработчиком.

Физический уровень хранения означает реализацию хранения информации на конкретных физических носителях.

Способы организации хранения информации связаны с ее поиском – операцией, предполагающей извлечение хранимой информации.

Хранение и поиск информации являются не только операциями над ней, но и предполагают использование методов осуществления этих операций. Информация запоминается так, чтобы ее можно было отыскать для дальнейшего использования. Возможность поиска закладывается во время организации процесса запоминания. Для этого используют методы маркирования запоминаемой информации, обеспечивающие поиск и последующий доступ к ней и применяемые для работы с файлами, графическими базами данных и т. д.

Маркер (mark, marker) – метка на носителе информации, обозначающая начало или конец данных либо их части (блока).

В современных носителях информации используются маркеры:

Адреса (адресный маркер) – код или физическая метка на дорожке диска, указывающие на начало адреса сектора;

Группы – маркер, указывающий начало или конец группы данных;

Дорожки (начала оборота) – отверстия на нижнем диске пакета магнитных дисков, указывающие физическое начало каждой дорожки пакета.

Конца файла – метка, используемая для указания окончания считывания последней записи файла;

Ленты (ленточный маркер) – управляющая запись или физическая метка на магнитной ленте, обозначающая признак начала или конца блока данных или файла;

Сегмента – специальная метка, записываемая на магнитной ленте для отделения одного сегмента набора данных от другого.

Хранение информации в ЭВМ связано с процессом ее арифметической обработки и с принципами организации информационных массивов, поиска, обновления, представления информации и др.

Важным этапом автоматизированного этапа хранения является организация информационных массивов.

Массив (от англ. array) – упорядоченное множество данных.

Информационный массив – система хранения информации, включающая представление данных и связей между ними, т. е. принципы их организации.

С учетом этого рассматриваются следующие структуры организации информационных массивов: линейная, многомерная.

В свою очередь, линейная структура данных делится на строки, одномерные массивы, стеки, очереди, деки и др.

Строка – это представление данных в виде элементов, располагающихся по признаку непосредственного следования, т. е. по мере поступления данных в ЭВМ.

Одномерный массив – это представление данных, отдельные элементы которых имеют индексы, т. е. поставленные им в соответствие целые числа, рассматриваемые как номер элемента массива.

Индекс обеспечивает поиск и идентификацию элементов, а следовательно, и доступ к заданному элементу, что облегчает его поиск по сравнению с поиском в строке.

Идентификация – процесс отождествления объекта с одним из известных объектов.

Стек – структура данных, учитывающая динамику процесса ввода-вывода информации, использующая линейный принцип организации хранения, реализующий процедуру обслуживания "последним пришел – первым ушел" (первым удаляется последний поступивший элемент).

Очередь – структура организации данных, при которой для обработки информации выбирается элемент, поступивший ранее всех других.

Дека – структура организации данных, одновременно сочетающая рассмотренные виды.

Нелинейные структуры хранения данных используют многомерные структуры (массивы) следующих видов: деревья, графы, сети.

Элемент многомерного массива определяется индексом, состоящим из набора чисел. Формой представления прямоугольного массива является матрица, каждое значение которой определяется индексом требуемого элемента массива. Так, в двухмерном массиве элементы обозначаются двумя индексами, а в трехмерном – тремя.

Массивы по своей структуре близки к файлам и отличаются от последних двумя основными признаками:

Каждый элемент массива может быть явно обозначен, и к нему имеется прямой доступ;

Число элементов массива определяется при его описании.

Организация хранения данных в многомерном массиве может быть представлена в виде логических структур информационных массивов. В этих массивах структуры данных компонуются в виде записей, располагающихся различным образом. С учетом этого выделяют следующие основные структуры информационных массивов: последовательную, цепную, ветвящуюся, списковую.

В последовательной структуре информационного массива записи располагаются последовательно, нахождение требуемой записи осуществляется путем просмотра всех предшествующих. Включение новой записи в информационный массив требует смещения всех записей, начиная с той, которая добавляется. Обновление информационных массивов при последовательной структуре требует перезаписи всего массива.

В цепной структуре информационные массивы располагаются произвольно. Для логической связи отдельных записей необходима их адресация, т. е. каждая предыдущая запись логически связанного информационного массива должна содержать адрес расположения последующей записи. Если с определенного уровня, значения в записях повторяются в различных сочетаниях, то в целях экономии памяти возможен переход от цепной структуры к ветвящейся.

В ветвящейся структуре информационного массива сначала размещается запись, отображающая признак объекта с небольшим числом значений, далее они повторяются в записях в различных сочетаниях. Это дает возможность перейти от некоторой основной записи к другим в зависимости от запроса, не повторяя основную запись.

Чтобы устранить повторяющиеся записи и соответствующие им поля из памяти, их удаляют из основного массива и объединяют в дополнительный небольшой информационный массив. В нем записи упорядочиваются по какому-либо признаку без повторений, тогда в основном массиве вместо удаленного информационного поля указываются адреса записей, размещенных в дополнительном массиве. Данная структура является удобной при реорганизации информационной базы, поскольку повторяющиеся записи легко могут быть заменены, так как хранятся в дополнительном массиве, основной массив подвергается при этом незначительным изменениям. Однако эта структура требует дополнительного объема памяти.

Списковая структура информационных массивов характеризуется наличием списка, который содержит набор данных, определяющих логический порядок организации информационного массива.

Список включает имя и адрес поля данных. В памяти ЭВМ элементы списка физически разнесены, но связаны друг с другом логически за счет адресных ссылок.

Поле данных в зависимости от характера хранимой информации может быть выражено двоичным разрядом, словом фиксированной либо переменной длины, а также набором отдельных слов.

Формализовано список может быть реализован в виде таблицы, где имена списка и поля данных сопоставлены с адресами, выбранными произвольно по мере наличия свободных мест в запоминающем устройстве. В случае необходимости повторений какой-либо информации рекомендуется многократно обращаться по адресу, который может входить в несколько списков, т. е. применить механизм многократных адресных ссылок.

Списковая структура с механизмом адресных ссылок может быть представлена в виде графа древовидной структуры. В нем каждый элемент списка включает в себя маркерное поле, поле данных и адресное поле. Маркерное поле предупреждает, имеется ли ссылка на другой список или она отсутствует. В зависимости от этого в маркерном поле ставится знак минус или плюс.

Списки так же могут быть показаны ориентированными графами с полями, в которых возможна ссылка вперед и назад. Возникает так называемый симметричный список, и появляется возможность движения в структуре данных в разных направлениях.

Рассмотренные списковые структуры информационных массивов имеют следующие особенности:

Высокую логическую простоту;

Относительно большое количество времени доступа, обусловленное адресным обращением к данным, при котором к каждому элементу списка необходимо иметь ссылку;

Значительное возрастание объема памяти запоминающего устройства по сравнению с последовательной структурой организации информационных массивов, обусловленное адресным обращением к данным.

С учетом рассмотренных структур формирования информационных массивов можно представить ряд способов организации массивов (рис. 1.17) в запоминающих устройствах ЭВТ.

Рис. 1.17. Способы организации массивов информации в запоминающем устройстве ЭВТ

На физическом уровне любые записи информационного поля представляют в виде двоичных символов. Обращение к памяти большого объема требует большой длины адреса. Если память имеет емкость 2n слов, то для поиска таких слов потребуются n-разрядные адреса. В микропроцессорах восьмиразрядные слова дают возможность обращаться к 256 ячейкам памяти, что оказывается недостаточно для хранения информации в автоматизированных системах. Если непосредственно обращение к любой ячейке невозможно, переходят к страничной организации памяти.

В этом случае выбирают область памяти емкостью 2n слов и называют страницей, обращение к которой осуществляется командой, содержащей n-разрядное адресное поле. В микропроцессорах обычно используют страницы размером 256 слов.

Принципы адресации, объемы памяти, количественные характеристики зависят от функционального назначения запоминающих устройств, разделяющимся по уровням функциональной иерархии на сверхоперативные, оперативные, постоянные, полупостоянные, внешние, буферные.

С хранением информации связаны следующие понятия: носитель информации (память), внутренняя память, внешняя память, хранилище информации.

Носитель информации – это физическая среда, непосредственно хранящая информацию. Основным носителем информации для человека является его собственная биологическая память (мозг), которую можно назвать оперативной (быстрой) памятью или внутренней памятью, поскольку ее носитель находится внутри нас.

Другие носители информации можно назвать внешними (по отношению к человеку), например бумага, которая, непригодна в обычных (не специальных) условиях для длительного хранения информации: на нее оказывают вредное воздействие температурные условия.

Для ЭВТ по материалу изготовления различают бумажные, металлические, пластмассовые, комбинированные и другие носители; по принципу воздействия и возможности изменения структуры выделяют магнитные, полупроводниковые, диэлектрические, перфорационные, оптические и др.; по методу считывания различают контактные, магнитные, электрические, оптические. Хранение информации осуществляется на специальных носителях.

Особое значение при построении информационного обеспечения имеют характеристики доступа к информации, записанной на носителе, которые бывают прямого и последовательного доступа. Пригодность носителя для хранения информации оценивается такими параметрами, как время доступа, емкость памяти и плотность записи. Хранение больших объемов информации оправдано только при условии, если поиск нужной информации можно осуществить достаточно быстро, а сведения получить в доступной форме.

Хранилище информации – это определенным образом организованная информация на внешних носителях, предназначенная для длительного хранения и постоянного использования, например архивы документов, библиотеки, справочники, картотеки. Основной информационной единицей хранилища является определенный физический документ: анкета, книга, дело, досье, отчет и пр. Под организацией хранилища понимается наличие определенной структуры, т. е. упорядоченность, классификация хранимых документов. Она необходима для удобства ведения хранилища: пополнения новыми документами, удаления ненужных, поиска информации и т. д.

Основные свойства хранилища информации: объем хранимой информации, надежность хранения, время доступа (т. е. время поиска нужных сведений), наличие защиты информации.

Информацию, хранимую на устройствах компьютерной памяти, принято называть данными. Для описания хранения данных используют те же понятия: носитель, хранилище данных, организация данных, время доступа, защита данных. Организованные хранилища данных на устройствах внешней памяти компьютера принято называть базами данных и банками данных.

Таким образом, хранение информации представляет собой процесс передачи информации во времени, связанный с обеспечением неизменности состояния материального носителя.

Вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими. Из этого определения видно, что информатика очень близка к технологии, поэтому ее предмет нередко называют информационной технологией. Предмет информатики составляют следующие понятия: а) аппаратное обеспечение средств вычислительной техники; б) программное обеспечение средств вычислительной техники...

... » (Zero Administration Initiative), которая будет реализована во всех следующих версиях Windows. SMS- сервер управления системами У SMS две задачи - централизовать управление сетью и уп­ростить распространение программного обеспечения и его модернизацию на клиентских системах. SMS подойдет и ма­лой, и большой сети - это инструмент управления сетью на базе Windows NT, эффективно использующий...

Под хранением информации (от хранить – содержать в безопасности/целости ) следует понимать содержание информации во внешней памяти компьютера.

С хранением информации связаны такие понятия, как носитель информации (память), внутренняя память, внешняя память, хранилище информации. Носитель информации – это физическая среда, непосредственно хранящая информацию. Основным носителем информации для человека является его собственная биологическая память (мозг человека). Ее можно назвать внутренней памятью, поскольку ее носитель – мозг – находится внутри человека. Все прочие виды носителей информации можно назвать внешними (по отношению к человеку). Виды этих носителей менялись со временем от камня до бумаги. Развитие информационной техники привело к созданию магнитных, оптических и других современных видов носителей информации.

Хранилище информации – это определенным образом организованная совокупность данных на внешних носителях, предназначенная для длительного хранения и постоянного использования. Примерами хранилищ являются архивы документов, библиотеки, справочники, картотеки. Основной информационной единицей хранилища является определенный физический документ – анкета, книга, дело, досье, отчет и пр. Под организацией хранилища понимается наличие определенной структуры, т.е. упорядоченность, классификация хранимых документов. Такая организация необходима для удобства ведения хранилища: пополнения его новыми документами, удаления ненужных документов, поиска информации и пр.

Знания, хранящиеся в памяти человека, можно рассматривать как внутреннее хранилище информации, однако организацию этого хранилища нам понять трудно. Основное свойство человеческой памяти – большая скорость воспроизведения хранящейся в ней информации. Но по сравнению с внешними хранилищами человеческая память менее надежна. Поэтому для более надежного хранения человек использует внешние носители, организует хранилища информации.

Основные свойства хранилища информации – объем хранимой информации, надежность хранения, время доступа (т.е. время поиска нужных сведений), наличие защиты информации.

Информацию, хранимую на устройствах компьютерной памяти, принято называть данными. Организованные хранилища данных на устройствах внешней памяти компьютера принято называть базами данных.

В современных компьютерах основными носителями информации для внешней памяти служат магнитные и оптические диски. Рассмотрим, каким образом организуется хранение информации на магнитных дисках. Такой подход оправдан тем, что оптические диски для этой цели стали использоваться гораздо позже, а потому ради обеспечения совместимости с магнитными устройствами они во многом имитируют структуру последних.

Размещение информации на носителях. Обычный магнитный диск имеет две поверхности, пригодные для размещения информации, которые в технической литературе принято называть сторонами (side) диска. Учитывая, что в накопителях на жестких дисках на одной оси могут устанавливаться несколько дисковых пластин, общее количество сторон может быть и больше .

Каждую поверхность обслуживает собственная магнитная головка (head). Все головки собраны в единый механический блок и могут двигаться вдоль радиуса дисков, причем движение это является дискретным, т.е. головки занимают относительно диска только строго определенные положения. Наконец, каждая дорожка разделена на отдельные секторы (sector) (рис. 1.4). Сектор является неделимой порцией информации и может быть прочитан только целиком. Последней координатой информации на диске служит номер требуемого байта в секторе.

Итак, положение байта информации на магнитном диске определяется четырьмя “координатами”: номером стороны, номером дорожки диска, номером сектора и номером байта в нем. Такая система хранения данных сложна и требует определенных усилий по их извлечению. Поэтому созданы специальные программы, которые позволяют пользователю извлекать необходимые данные, не требуя от него знания всех этих координат.

Единицы хранения данных. При хранении данных решаются две проблемы: как сохранить данные в наиболее компактном виде и как обеспечить к ним удобный и быстрый доступ (если доступ не обеспечен, то это не хранение). Для обеспечения доступа необходимо, чтобы данные имели упорядоченную структуру, а при этом возникает необходимость дополнительно записывать адресные данные. Без них нельзя получить доступ к нужным элементам данных, входящих в структуру .

Поскольку адресные данные тоже имеют размер и тоже подлежат хранению, хранить данные в виде мелких единиц, таких, как байты, неудобно. Их неудобно хранить и в более крупных единицах (килобайтах, мегабайтах и т.п.), поскольку неполное заполнение одной единицы хранения приводит к неэффективности хранения.

В качестве единицы хранения данных принят объект переменной длины, называемый файлом. Файл – это последовательность произвольного числа байтов, обладающая уникальным собственным именем. Обычно в отдельном файле хранят данные, относящиеся к одному типу. В этом случае тип данных определяет тип файла.

В определении файла особое внимание уделяется имени. Оно фактически несет в себе адресные данные, без которых данные, хранящиеся в файле, не станут информацией из-за отсутствия метода доступа к ним. Кроме функций, связанных с адресацией, имя файла может хранить и сведения о типе данных, заключенных в нем. Для автоматических средств работы с данными это важно, поскольку по имени файла они могут автоматически определить адекватный метод извлечения информации из файла. Очевидно, что имя файла должно быть уникальным, так как это обеспечивает однозначность доступа к данным.

Понятие о файловой структуре. Хранение файлов организуется в иерархической структуре, которая в данном случае называется файловой структурой. В качестве вершины структуры служит имя носителя, на котором сохраняются файлы. Далее файлы группируются в каталоги (папки), внутри которых могут быть созданы вложенные каталоги (папки). Путь доступа к файлу начинается с имени устройства и включает все имена каталогов (папок), через которые проходит. В качестве разделителя используется символ “\” (обратная косая черта).

Уникальность имени файла обеспечивается тем, что полным именем файла считается собственное имя файла вместе с путем доступа к нему. Понятно, что в этом случае на одном носителе не может быть двух файлов с тождественными полными именами.

Пример записи полного имени файла:

<имя носителя>\<имя каталога1 >\...\<имя каталогаМ >\ <собственное имя файла>

Следует иметь в виду, что сектора с информацией одного файла совсем не обязательно располагаются по порядку в одном месте диска. При записи система активно использует свободные места, которые образуются при удалении ненужных файлов. В результате отдельные части файла вполне могут попасть в разные области диска, что будет заметно замедлять доступ к информации. Для устранения этого явления в состав операционных систем обычно входят специальные служебные программы дефрагментации файлов.

Такой подход к организации хранения данных исторически был обусловлен тем, что в качестве материального носителя данных использовались накопители на магнитных дисках. При этом поверхность диска, на которую осуществлялась запись данных, форматировалась: разбивалась на дорожки и сектора. Программы форматирования обеспечивали создание сектора объемом 512 байт. Таким образом, для записи данных, принадлежащих одному файлу, как правило, требуется нескольких секторов. На рисунке отчетливо видно, что сектора на внешних дорожках диска имеют больший размер, чем ближайшие к центру. Это дает основания считать, что данные дорожки должны записываться более надежно. Поэтому нулевая дорожка, которая служит для хранения наиболее важной системной информации, всегда размещается на внешнем кольце поверхности диска.

Информационные процессы.

Хранение, обработка и передача информации

Взаимосвязь процессов хранения, обработки и передачи информации, виды информационных носителей, способы обработки информации, виды источников и приемников информации, каналы связи, их виды и способы защиты от шума, единица измерения скорости передачи информации, пропускная способность канала связи

Процессы хранения, обработки и передачи информации являются основными информационными процессами. В разных сочетаниях они присутствуют в получении, поиске, защите, кодировании и других информационных процессах. Рассмотрим хранение, обработку и передачу информации на примере действий школьника, которые он выполняет с информацией при решении задачи.

Опишем информационную деятельность школьника по решению задачи в виде последовательности информационных процессов. Условие задачи (информация) хранится в учебнике. Посредством глаз происходит передача информации из учебника в собственную память школьника, в которой информация хранится . В процессе решения задачи мозг школьника выполняет обработку информации. Полученный результат хранится в памяти школьника. Передача результата - новой информации - происходит с помощью руки школьника посредством записи в тетради. Результат решения задачи хранится в тетради школьника.

Таким образом (рис. 9), можно выделить процессы хранения информации (в памяти человека, на бумаге, диске, аудио- или видеокассете и т. п.), передачи информации (с помощью органов чувств, речи и двигательной системы человека) и обработки информации (в клетках головного мозга человека).

Информационные процессы взаимосвязаны. Например, обработка и передача информации невозможны без ее хранения, а для сохранения обработанной информации ее необходимо передать. Рассмотрим каждый информационный процесс более подробно.

Рис. 9. Взаимосвязь информационных процессов

Хранение информации является информационным процессом, в ходе которого информация остается неизменной во времени и пространстве.

Хранение информации не может осуществляться без физического носителя.

Носитель информации - физическая среда, непосредственно хранящая информацию.

Носителем информации, или информационным носителем , может быть:

■ материальный предмет (камень, доска, бумага, магнитные и оптические диски);

■ вещество в различных состояниях (жидкость, газ, твердое тело);

■ волна различной природы (акустическая, электромагнитная, гравитационная).

В примере о школьнике были рассмотрены такие носители информации, как бумага учебника и тетради (материальный предмет), биологическая память человека (вещество). При получении школьником визуальной информации носителем информации являлся отраженный от бумаги свет (волна).

Выделяют два вида информационных носителей: внутренние и внешние . Внутренние носители (например, биологическая память человека) обладают быстротой и оперативностью воспроизведения хранимой информации. Внешние носители (например, бумага, магнитные и оптические диски) более надежны, могут хранить большие объемы информации. Их используют для долговременного хранения информации.

Информацию на внешних носителях необходимо хранить так, чтобы можно было ее найти и, по возможности, достаточно быстро. Для этого информацию упорядочивают по алфавиту, времени поступления и другим параметрам. Внешние носители, собранные вместе и предназначенные для длительного хранения упорядоченной информации, являются хранилищем информации . К числу хранилищ информации можно отнести различные библиотеки, архивы, в том числе и электронные. Количество информации, которое может быть размещено на информационном носителе, определяет информационную емкость носителя. Как и количество информации в сообщении, информационная емкость носителя измеряется в битах.

Обработка информации является информационным процессом, в ходе которого информация изменяется содержательно или по форме.

Обработку информации осуществляет исполнитель по определенным правилам. Исполнителем может быть человек, коллектив* животное, машина.

Обрабатываемая информация хранится во внутренней памяти исполнителя. В результате обработки информации исполнителем из исходной информации получается содержательно новая информация или информация, представленная в другой форме (рис. 10).

Рис. 10. Обработка информации

Вернемся к рассмотренному примеру о школьнике, решившем задачу. Школьник, который являлся исполнителем , получил исходную информацию в виде условия задачи, обработал информацию в соответствии с определенными правилами (например, правилами решения математических задач) и получил новую информацию в виде искомого результата. В процессе обработки информация хранилась в памяти школьника, которая является внутренней памятью человека.

Обработка информации может осуществляться путем:

■ математических вычислений, логических рассуждений (например, решение задачи);

■ исправления или добавления информации (например, исправление орфографических ошибок);

■ изменения формы представления информации (например, замена текста графическим изображением);

■ кодирования информации (например, перевод текста с одного языка на другой);

■ упорядочения, структурирования информации (например, сортировка фамилий по алфавиту).

Вид обрабатываемой информации может быть различным, и правила обработки могут быть разными. Автоматизировать процесс обработки можно лишь в том случае, когда информация представлена специальным образом, а правила обработки четко определены.

Передача информации является информационным процессом, в ходе которого информация переносится с одного информационного носителя на другой.

Процесс передачи информации, как ее хранение и обработка, также невозможен без носителя информации. В примере о школьнике в тот момент, когда он читает условие задачи, информация передается с бумаги (с внешнего информационного носителя) в биологическую память школьника (на внутренний информационный носитель). Причем процесс передачи информации происходит с помощью отраженного от бумаги света - волны, которая является носителем информации.

Процесс передачи информации происходит между источником информации , который ее передает, и приемником информации , который ее принимает. Например, книга является источником информации для читающего ее человека, а читающий книгу человек - приемником информации. Передача информации от источника к приемнику осуществляется по каналу связи (рис.11). Каналом связи могут быть воздух, вода, металлические и оптоволоконные провода.

Рис. 11. Передача информации

Между источником и приемником информации может существовать обратная связь . В ответ на полученную информацию приемник может передавать информацию источнику. Если источник является одновременно и приемником информации, а приемник является источником, то такой процесс передачи информации называется обменом информацией.

В качестве примера рассмотрим устный ответ ученика учите лю на уроке. В этом случае источником информации являете! ученик, а приемником информации - учитель. Источник и приемник информации имеют носители информации - биологиче скую память. В процессе ответа ученика учителю происходи1: передача информации из памяти ученика в память учителя Каналом связи между учеником и учителем является воздух а процесс передачи информации осуществляется с помощью носителя информации- акустической волны. Если учитель ш только слушает, но и корректирует ответ ученика, а ученик учитывает замечания учителя, то между учителем и учеником происходит обмен информацией.

Информация передается по каналу связи с определенной скоростью, которая измеряется количеством передаваемой информации за единицу времени (бит/с). Реальная скорость передач* информации не может быть больше максимально возможно* скорости передачи информации по данному каналу связи, которая называется пропускной способностью канала связи и зависит от его физических свойств.

Скорость передачи информации - количество информации, передаваемое за единицу времени.

Пропускная способность канала связи - максимально возможная скорость передачи информации по данному каналу связи.

По каналу связи информация передается с помощью сигналов. Сигнал - это физический процесс, соответствующий какому-либо событию и служащий для передачи сообщения об этом событии по каналу связи. Примерами сигналов являются взмахи флажками, мигания ламп, запуски сигнальных "ракет, телефонные звонки. Сигнал может передаваться с помощью волн. Например, радиосигнал передается электромагнитной волной, а звуковой сигнал - акустической волной. Преобразование сообщения в сигнал, который может быть передан по каналу связи от источника к приемнику информации, происходит посредством кодирования. Преобразование сигнала в сообщение, которое будет понятно приемнику информации, выполняется с помощью декодирования (рис. 12).

Рис. 12. Передача сигналов

Кодирование и декодирование может осуществляться как живым существом (например, человеком, животным), так и техническим устройством (например, компьютером, электронным переводчиком).

В процессе передачи информации возможны искажения или потери информации под воздействием помех, которые называются шумом . Шум возникает из-за плохого качества каналов связи или их незащищенности. Существуют разные способы защиты от шума, например техническая защита каналов связи или многократная передача информации.

Например, из-за шума улицы, доносящегося из открытого окна, ученик может не расслышать часть передаваемой учителем звуковой информации. Для того чтобы ученик услышал объяснение учителя без искажений, можно заранее закрыть окно или попросить учителя повторить сказанное.

Сигнал может быть непрерывным или дискретным. Непрерывный сигнал плавно меняет свои параметры во времени. Примером непрерывного сигнала являются изменения атмосферного давления, температуры воздуха, высоты Солнца над горизонтом. Дискретный сигнал скачкообразно меняет свои параметры и принимает конечное число значений в конечном числе моментов времени. Сигналы, представленные в виде отдельных знаков, являются дискретными. Например, сигналы азбуки Морзе, сигналы, служащие для передачи текстовой и числовой информации, - это дискретные сигналы. Поскольку каждому отдельному значению дискретного сигнала можно поставить в соответствие определенное число, то дискретные сигналы иногда называют цифровыми.

Сигналы одного вида могут быть преобразованы в сигналы другого вида. Например, график функции (непрерывный сигнал) может быть представлен в виде таблицы отдельных значений (дискретный сигнал). И наоборот, зная значения функции для разных значений аргументов, можно построить график функции по точкам. Звучащую музыку, которая передается непрерывным сигналом, можно представить в виде дискретной нотной записи. И наоборот, по дискретным нотам можно сыграть непрерывное музыкальное произведение. Во многих случаях преобразования одного вида сигнала в другой могут приводить к потере части информации.

Существуют технические устройства, которые работают с непрерывными сигналами (например, ртутный термометр, микрофон, магнитофон), и технические устройства, работающие с дискретными сигналами (например, проигрыватель для компакт-дисков, цифровой фотоаппарат, сотовый телефон). Компьютер может работать как с непрерывными, так и дискретными сигналами.