§7 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.

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 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.

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.

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. информационный поток переработка

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.

Заключение

Информатика как система получения, передачи и использования информационного ресурса в общественной практике подводит теоретический фундамент под использование ЭВМ и автоматизированных систем, которые и предназначены для усиления информационных процессов в обществе, использования информационного ресурса. Речь идет прежде всего о специальных ИР, основанных на компьютерной технике и реализующих информационный ресурс, т.е. инженерную обработку знаний). Таким образом, предметом информатики является информационный ресурс как симбиоз знания и информации. Он выступает в качестве предмета новой науки и с содержательной, и с формально-математической, и с технической стороны. Необходимо разграничивать предмет информатики как фундаментальной науки, ее объект и инструментарий: основанные на ЭВМ вычислительные системы, программы, сети связи и т. д. Без ЭВМ нет информатики, но нельзя объявлять информатику наукой об ЭВМ. Конечно, практическая необходимость в информатике возникла в связи с использованием ЭВМ. Но, «оттолкнувшись от ЭВМ», информатика во главу угла ставит новые понятия -- информационный ресурс и его социальную полезность, отдачу. Поэтому по аналогии с термодинамикой информатику можно назвать информдинамикой -- наукой о развитии социальных систем под воздействием информационного ресурса (семантической информации).

В последнее время компьютеры «проникли» в жилища людей и постепенно становятся предметами первой необходимости. Есть два основных направления использования компьютеров дома.

Обеспечение нормальной жизнедеятельности жилища:

охранная автоматика, противопожарная автоматика, газоанализаторная автоматика;

управление освещенностью, расходом электроэнергии, отопительной системой, управление микроклиматом;

электроплиты, холодильники, стиральные машины со встроенными микропроцессорами.

Обеспечение информационных потребностей людей, находящихся в жилище:

заказы на товары и услуги;

процессы обучения;

общение с базами данных и знаний;

сбор данных о состоянии здоровья;

обеспечение досуга и развлечений;

обеспечение справочной информацией;

электронная почта, телеконференции;

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?

Человек хранит информацию в собственной памяти, а также в виде записей на различных внешних (по отношению к человеку) носителях: на камне, папирусе, бумаге, магнитных и оптических носителях и пр. Благодаря таким записям информация передается не только в пространстве (от человека к человеку), но и во времени - из поколения в поколение.

Разнообразие носителей информации

Информация может храниться в различных видах: в виде текстов, в виде рисунков, схем, чертежей; в виде фотографий, в виде звукозаписей, в виде кино- или видеозаписей. В каждом случае применяются свои носители. Носитель - это материальная среда, используемая для записи и хранения информации.

К основным характеристикам носителей информации относятся: информационный объем или плотность хранения информации, надежность (долговечность) хранения.

Бумажные носители

Носителем, имеющим наиболее массовое употребление, до сих пор остается бумага . Изобретенная во II веке н.э. в Китае, бумага служит людям уже 19 столетий.

Для сопоставления объемов информации на разных носителях будем пользоваться универсальной единицей - байт , считая, что один символ текста “весит” 1 байт. Книга, содержащая 300 страниц, при размере текста на странице примерно 2000 символов имеет информационный объем 600 000 байт, или 586 Кб. Информационный объем средней школьной библиотеки, фонд которой составляет 5000 томов, приблизительно равен 2861 Мб = 2,8 Гб.

Что касается долговечности хранения документов, книг и прочей бумажной продукции, то она очень сильно зависит от качества бумаги, от красителей, используемых при записи текста, от условий хранения. Интересно, что до середины XIX века (с этого времени в качестве бумажного сырья начали использовать древесину) бумага делалась из хлопка и текстильных отходов - тряпья. Чернилами служили натуральные красители. Качество рукописных документов того времени было довольно высоким, и они могли храниться тысячи лет. С переходом на древесную основу, с распространением машинописи и средств копирования, с использованием синтетических красителей срок хранения печатных документов снизился до 200–300 лет.

Магнитные носители

В XIX веке была изобретена магнитная запись. Первоначально магнитная запись использовалась только для сохранения звука. Самым первым носителем магнитной записи была стальная проволока диаметром до 1 мм. В начале XX столетия для этих целей использовалась также стальная катаная лента. Качественные характеристики всех этих носителей были весьма низкими. Для производства 14-часовой магнитной записи устных докладов на Международном конгрессе в Копенгагене в 1908 г. потребовалось 2500 км, или около 100 кг проволоки.

В 20-х годах прошлого века появляется магнитная лента сначала на бумажной, а позднее - на синтетической (лавсановой) основе, на поверхность которой наносится тонкий слой ферромагнитного порошка. Во второй половине XX века на магнитную ленту научились записывать изображение, появляются видеокамеры, видеомагнитофоны.

На ЭВМ первого и второго поколений магнитная лента использовалась как единственный вид сменного носителя для устройств внешней памяти. На одну катушку с магнитной лентой, использовавшейся в лентопротяжных устройствах первых ЭВМ, помещалось приблизительно 500 Кб информации.

С начала 1960-х годов в употребление входят компьютерные магнитные диски : алюминиевый или пластмассовый диск, покрытый тонким магнитным порошковым слоем толщиной в несколько микрон. Информация на диске располагается по круговым концентрическим дорожкам. Магнитные диски бывают жесткими и гибкими, бывают сменными и встроенными в дисковод компьютера. Последние традиционно называют винчестерами, а сменные гибкие диски - флоппи-дисками.

“Винчестер” компьютера - это пакет магнитных дисков, надетых на общую ось . Информационная емкость современных винчестеров измеряется в гигабайтах - десятки и сотни Гб. Наиболее распространенный тип гибкого диска диаметром 3,5 дюйма вмещает 2 Мб данных. Флоппи-диски в последнее время выходят из употребления.

В банковской системе большое распространение получили пластиковые карты. На них тоже используется магнитный принцип записи информации, с которой работают банкоматы, кассовые аппараты, связанные с информационной банковской системой.

Оптические носители

Применение оптического, или лазерного, способа записи информации начинается в 1980-х годах. Его появление связано с изобретением квантового генератора - лазера, источника очень тонкого (толщина порядка микрона) луча высокой энергии. Луч способен выжигать на поверхности плавкого материала двоичный код данных с очень высокой плотностью. Считывание происходит в результате отражения от такой “перфорированной” поверхности лазерного луча с меньшей энергией (“холодного” луча). Благодаря высокой плотности записи оптические диски имеют гораздо больший информационный объем, чем однодисковые магнитные носители. Информационная емкость оптического диска составляет от 190 до 700 Мб. Оптические диски называются компакт-дисками - CD.

Во второй половине 1990-х годов появились цифровые универсальные видеодиски DVD (D igital V ersatile D isk ) с большой емкостью, измеряемой в гигабайтах (до 17 Гб). Увеличение их емкости по сравнению с CD связано с использованием лазерного луча меньшего диаметра, а также двухслойной и двусторонней записи. Вспомните пример со школьной библиотекой. Весь ее книжный фонд можно разместить на одном DVD.

В настоящее время оптические диски (CD - DVD) являются наиболее надежными материальными носителями информации, записанной цифровым способом. Эти типы носителей бывают как однократно записываемыми - пригодными только для чтения, так и перезаписываемыми - пригодными для чтения и записи.

Флэш-память

В последнее время появилось множество мобильных цифровых устройств: цифровые фото- и видеокамеры, МР3-плееры, карманные компьютеры, мобильные телефоны, устройства для чтения электронных книг, GPS-навигаторы и многое другое. Все эти устройства нуждаются в переносных носителях информации. Но поскольку все мобильные устройства довольно миниатюрные, то и к носителям информации для них предъявляются особые требования. Они должны быть компактными, обладать низким энергопотреблением при работе и быть энергонезависимыми при хранении, иметь большую емкость, высокие скорости записи и чтения, долгий срок службы. Всем этим требованиям удовлетворяют флэш-карты памяти. Информационный объем флэш-карты может составлять несколько гигабайт.

В качестве внешнего носителя для компьютера широкое распространение получили флэш-брелоки (“флэшки” - называют их в просторечии), выпуск которых начался в 2001 году. Большой объем информации, компактность, высокая скорость чтения-записи, удобство в использовании - основные достоинства этих устройств. Флэш-брелок подключается к USB-порту компьютера и позволяет скачивать данные со скоростью около 10 Мб в секунду.

“Нано-носители”

В последние годы активно ведутся работы по созданию еще более компактных носителей информации с использованием так называемых “нанотехнологий”, работающих на уровне атомов и молекул вещества. В результате один компакт-диск, изготовленный по нанотехнологии, сможет заменить тысячи лазерных дисков. По предположениям экспертов приблизительно через 20 лет плотность хранения информации возрастет до такой степени, что на носителе объемом примерно с кубический сантиметр можно будет записать каждую секунду человеческой жизни.

Организация информационных хранилищ

Информация сохраняется на носителях для того, чтобы ее можно было просматривать, искать нужные сведения, нужные документы, пополнять и изменять, удалять данные, потерявшие актуальность. Иначе говоря, хранимая информация нужна человеку для работы с ней. Удобство работы с такими информационными хранилищами сильно зависит от того, как информация организована.

Возможны две ситуации: либо данные никак не организованы (такую ситуацию иногда называют кучей), либо данные структурированы . С увеличением объема информации вариант “кучи” становится все более неприемлемым из-за сложности ее практического использования (поиска, обновления и пр.).

Под словами “данные структурированы” понимается наличие какой-то упорядоченности данных в их хранилище: в словаре, расписании, архиве, компьютерной базе данных. В справочниках, словарях, энциклопедиях обычно используется линейный алфавитный принцип организации (структурирования) данных.

Крупнейшими хранилищами информации являются библиотеки. Упоминания о первых библиотеках относятся к VII веку до н.э. С изобретением книгопечатания (XV век) библиотеки стали распространяться по всему миру. В библиотечном деле имеется многовековой опыт организации информации.

Для организации и поиска книг в библиотеках создаются каталоги: списки книжного фонда. Первый библиотечный каталог был создан в знаменитой Александрийской библиотеке в III веке до н.э. С помощью каталога читатель определяет наличие в библиотеке нужной ему книги, а библиотекарь находит ее в книгохранилище. При использовании бумажной технологии каталог - это организованный набор картонных карточек со сведениями о книгах.

Существуют алфавитные и систематические каталоги. В алфавитных каталогах карточки упорядочены в алфавитном порядке фамилий авторов и образуют линейную (одноуровневую ) структуру данных . В систематическом каталоге карточки систематизированы по тематике содержания книг и образуют иерархическую структуру данных . Например, все книги делятся на художественные, учебные, научные. Учебная литература делится на школьную и вузовскую. Книги для школы делятся по классам и т.д.

В современных библиотеках происходит смена бумажных каталогов на электронные. В таком случае поиск книг осуществляется автоматически информационной системой библиотеки.

Данные, хранящиеся на компьютерных носителях (дисках), имеют файловую организацию. Файл подобен книге в библиотеке. Аналогично библиотечному каталогу операционная система создает каталог диска, который хранится на специально отведенных дорожках. Пользователь ищет нужный файл, просматривая каталог, после чего операционная система находит этот файл на диске и предоставляет пользователю. На первых дисковых носителях небольшого объема использовалась одноуровневая структура хранения файлов. С появлением жестких дисков большого объема стали использовать иерархическую структуру организации файлов. Наряду с понятием “файл” появилось понятие папки (см. “Файлы и файловая система ”).

Более гибкой системой организации хранения и поиска данных являются компьютерные базы данных (см. “Базы данных ”).

Надежность хранения информации

Проблема надежности хранения информации связана с двумя видами угроз для хранимой информации: разрушение (потеря) информации и кража или утечка конфиденциальной информации. Бумажные архивы и библиотеки всегда были подвержены опасности физического исчезновения. Огромный ущерб для цивилизации принесло разрушение упомянутой выше Александрийской библиотеки в I веке до н.э., поскольку большая часть книг в ней существовала в единственном экземпляре.

Основной способ защиты информации в бумажных документах от потери - их дублирование. Использование электронных носителей делает дублирование более простым и дешевым. Однако переход на новые (цифровые) информационные технологии создал новые проблемы защиты информации.

В процессе изучения курса информатики ученики приобретают определенные знания и умения, относящиеся к хранению информации.

Ученики осваивают работу с традиционными (бумажными) источниками информации. В стандарте для основной школы отмечается, что ученики должны научиться работать с некомпьютерными источниками информации: справочниками, словарями, каталогами библиотек. Для этого их следует ознакомить с принципами организации этих источников и с приемами оптимального поиска в них. Поскольку данные знания и умения имеют большое общеучебное значение, то желательно дать их ученикам как можно раньше. В некоторых программах пропедевтического курса информатики этой теме уделяется большое внимание.

Ученики должны овладеть приемами работы со сменными компьютерными носителями информации. Все реже в последнее время используются гибкие магнитные диски, на смену которым пришли емкие и быстрые флэш-носители. Ученики должны уметь определять информационную емкость носителя, объем свободного пространства, сопоставлять с ним объемы сохраняемых файлов. Ученики должны понимать, что для длительного хранения больших объемов данных наиболее подходящим средством являются оптические диски. При наличии пишущего CD-дисковода следует научить их организации записи файлов.

Важным моментом обучения является разъяснение опасностей, которым подвергается компьютерная информация со стороны вредоносных программ - компьютерных вирусов. Следует научить детей основным правилам “компьютерной гигиены”: осуществлять антивирусный контроль всех вновь поступающих файлов; регулярно обновлять базы антивирусных программ.

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.

Хранение информации - процесс такой же древний, как и жизнь человеческой цивилизации. Он имеет огромное значение для обеспечения поступательного развития человеческого общества (да и любой системы), многократного использования информации, передачи накапливаемого знания последующим поколениям.

Уже в древности человек столкнулся с необходимостью хранения информации. Примерами тому служат зарубки на деревьях, чтобы не заблудиться во время охоты; счет предметов с помощью камешков, узелков; изображение животных и эпизодов охоты на стенах пещер. Человеческое общество способно бережно хранить информацию и передавать ее от поколения к поколению. На протяжении всей истории знания и жизненный опыт отдельных людей накапливаются. По современным представлениям, чем больше информации накоплено и используется в обществе, тем выше уровень его развития. Накопление информации является основой развития общества. Когда объем накапливаемой ин- формации возрастает настолько, что ее становится просто невозможно хранить в памяти, человек начинает прибегать к помощи различного рода вспомогательных средств 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).

Следующим 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 пр.).

В настоящее время мы являемся свидетелями быстрого развития новых - автоматизированных - методов хранения информации с помощью электронных средств. Компьютер и средства телекоммуникации предназначены для компактного хранения информации с возможностью быстрого доступа к

Информация, предназначенная для хранения и передачи, как правило, представлена в форме документа. Под документом понимается объект на любом материальном носителе, где имеется информация, предназначенная для распространения в пространстве и времени (от лат. dokumentum - свидетельство. Первоначально это слово обозначало письменное подтверждение правовых отношений и событий). Основное назначение документа заключается в использовании его в качестве источника информации при решении различных проблем обучения, управления, науки, техники, производства, социальных отношений.

Одной из процедур хранения информации является ее накопление. Оно может быть пассивным и

активным.

При пассивном накоплении поступающая информация просто "складируется", при этом принимаются меры для обеспечения ее сохранности и повторного обращения к ней (считывания). Например, запись звуковой информации на магнитофонную ленту; стенографирование выступления; размещение

документов в архиве.

При активном накоплении происходит определенная обработка поступающей информации, имеющая много градаций, но в целом направленная на обогащение знания получателя информации. Например, систематизация и обобщение документов, поступивших на хранение, перевод содержания документов в другую форму, перенесение документов на другие носители совместно с процедурами сжатия данных, обеспечения защитными кодами и т.п.

Важно помнить, что хранение очень больших объемов информации оправдано только при условии, если поиск нужной информации можно осуществить достаточно быстро, а сведения получить в доступной форме. Иными словами, информация хранится только для того, чтобы впоследствии ее можно было легко отыскать, а возможность поиска закладывается при определении способа хранения информации и доступа к ней. Таким образом, первый вопрос, на который необходимо ответить при организации любого хранилища информации - как ее потом там искать.