Урок 13Хранение и передача информации (§§ 7, 8). Для хранения информации используют


Хранение информации в персональном компьютере

Контрольная работа

по дисциплине

«Информатика»

Хранение информации в персональном компьютере

Компьютер – это прибор, который специально создан для работы с информацией.

Оперативная память – память, предназначенная для временного хранения данных и команд, необходимых процессору для выполнения им операций. Оперативная память изготавливается в виде модулей памяти (плоских пластин с электрическими контактами, по бокам которых размещаются большие интегральные схемы памяти). У модулей оперативной памяти большое количество показателей (тип, вид, тайминги, частота), которые существенно влияют на работу памяти.

При работе память компьютера обращается к одному из двух типов так называемых «хранилищ» информации. Энергозависимая память компьютера – ОЗУ (Оперативное Запоминающее Устройство) – это такое хранилище информации, которое должно быть постоянно обновлено, чтобы в нем хранилась разная информация, необходимая в данный момент для работы компьютера. Она автоматически очищается при отключении компьютера от электропитания.

Статическая память компьютера – ПЗУ (Постоянное Запоминающее Устройство) – это хранилище информации, рассчитанное на неизменное и долговременное хранение файлов, которые должны находиться в памяти компьютера, после того как компьютер будет отключен от электропитания.

Внешняя (долговременная) память – это место длительного хранения данных (программ, результатов расчётов, текстов и т.д.), не используемых в данный момент в оперативной памяти компьютера. Для работы с внешней памятью необходимо наличие накопителя (дисковода – устройства, обеспечивающего запись и считывание информации) и устройства хранения – носителя. Устройства принято делить на виды и категории в связи с их принципами функционирования, эксплуатационно-техническими, физическими, программными и др. характеристиками.

Гибкие магнитные диски . Съемные магнитные диски (дискеты) вставляют в компьютер через специальную щель системного блока – дисковод. На самом деле это не один диск, а группа дисков, имеющих магнитное покрытие и вращающихся с высокой скоростью. Основными параметрами гибких дисков являются: технологический размер (измеряется в дюймах), плотность записи (измеряется в кратных единицах) и полная емкость.

Жёсткие магнитные диски или НЖМД, винчестер , – основное хранилище информации больших объёмов, основанное на принципе магнитной записи, скрыт внутри корпуса системного блока. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров. Информация в НЖМД записывается на жёсткие пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала. Носитель информации совмещён с накопителем, приводами блоком электроники и обычно установлен внутри системного блока компьютера.

Внешние жесткие диски – динамичные системы хранения данных. Они удобны при ведении бизнеса, предоставляют свободу творчества, взаимодействия в любое время, в любом месте.

Внешний жесткий диск прост в использовании благодаря своей портативности, поддерживают высокоскоростной интерфейс для быстрой передачи данных.

Оптические дисководы и диски . Собирательное название для носителей информации, выполненных в виде дисков, чтение с которых ведётся с помощью оптического излучения. Диски обычно плоские, их основа сделана из поликарбоната, на который нанесён специальный слой для хранения информации. Для считывания информации используется обычно луч лазера, который направляется на специальный слой и отражается от него.

Лазерные дисководы и диски. Лазерные дисководы (CD-ROM и DVD-ROM) используют оптический принцип чтения информации. На лазерных CD-ROM (CD – CompactDisk, компакт-диск) и DVD-ROM (DVD – Digital Video Disk, цифровой видеодиск) дисках хранится информация, которая была записана на них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна, что отражено во второй части их названий: ROM (ReadOnlyMemory – только чтение). Производятся такие диски путем штамповки и имеют серебристый цвет. На дисках CD-RW и DVD-RW (RW – ReWntable, перезаписываемый), которые имеют «платиновый» оттенок, информация может быть записана многократно.

Первое поколение оптических дисков: лазерный диск, компакт-диск, магнитооптический диск.

Второепоколениеоптическихдисков: DVD, MiniDisc, Digital Multilayer Disk, DataPlay, Fluorescent Multilayer Disc, GD-ROM (Compact Disk Read-Only Memory), Universal Media Disc.

Третьепоколениеоптическихдисков: Blu-rayDisc, HDDVD, Forward Versatile Disc, Ultra Density Optical, Professional Disc for DATA, Versatile Multilayer Disc.

Четвертоепоколениеоптическихдисков: HolographicVersatileDisc, SuperRensDisc.

Flash- память . Flash-память – это энергонезависимый тип памяти. Она представляет собой микросхему, помещенную в миниатюрный плоский корпус. Для считывания или записи информации карта памяти вставляется в специальные накопители, встроенные в мобильные устройства или подключаемые к компьютеру через USB-порт. Карты flash-памяти не имеют в своем составе движущихся частей, что обеспечивает высокую сохранность данных при их использовании в мобильных устройствах (портативных компьютерах, цифровых камерах и др.). Их существует огромное множество: SD, MMC, CompactFlashType I и II, MemoryStick, MemoryStickDuo, TransFlash, miniSD, microSD, RS-MMC, SmartMedia, MiniDisk и др.

Co mpactFlash – пожалуй, самая древняя флеш-память: первый экземпляр был выпущен еще в далеком 1994 году компанией SanDisk. Всего существует два типа карт CompactFlash: CF Type I, CF Type II, причем отличаются они лишь толщиной корпуса.

SD (SecureDigital) – также был создан усилиями компаний SanDisk, Panasonic и Toshiba. В этих картах используются криптограммы (шифрование данных), что обеспечивает защиту данных от несанкционированного копирования или перезаписи.

MMC (MultiMediaCard) – является плодом работы компаний SanDisk и Siemens. В каждой MMC есть собственный контроллер памяти. При этом толщина мультимедийных карт почти на треть меньше, чем у «шпионского» брата, что позволяет использовать MMC-накопители в различных миниатюрных устройствах.

RS-MMС (ReducedSize MMC) – также известны как MMCmobile. Они отличаются от MMC лишь уменьшенными размерами и используются в основном в мобильных телефонах.

Memory Stick Duo – являетсяэволюциейсамих Memory Stick. Уменьшились размеры и энергопотребление карт, но вместе с тем уменьшилась и максимальная емкость. В остальном полностью аналогична обычной MS.

SmartMedia – стандарт, который был разработан Toshiba в далеком 1995 году. Особенностями данного стандарта можно считать очень низкое энергопотребление и отсутствие собственного контроллера, скорость работы крайне низка и максимальный объем памяти составляет всего-навсего 256 Мб, что ничтожно мало по сегодняшним меркам, особенно учитывая размеры карты

ХDPicture (ExtremeDigital) – были созданы компаниями FujiFilm и Olympus для замены порядком устаревшего формата SmartMedia. Применяются данные карты преимущественно в цифровых фотоаппаратах этих компаний.

Также в последнее время широкое распространение получили USB флеш-накопители («флешка», USB-драйв, USB-диск), практически вытеснившие дискеты и CD.

Хранение информации в Интернете

Интернет – это объединение компьютеров по всему миру в единую информационную сеть. По-другому Интернет называют мировой компьютерной сетью.

Для соединения компьютеров используют обычные телефонные линии и прибор модем. Модем преобразует информацию к виду, пригодному для передачи по телефону.

Таким образом, информация, хранящаяся по всему миру, становится доступна каждому, кто имеет компьютер, телефон и модем.

Телефонная связь не является единственным способом соединения компьютеров. Гораздо быстрее информация передается по оптическим кабелям и с помощью радиосвязи. Эти каналы постепенно вытесняют в Интернет телефонные соединения.

В Интернете можно найти ответ практически на любой вопрос. Прочитать свежую газету, заглянуть в библиотеку, заказать билеты на самолет, купить товары, завести друзей по переписке.

Мы знаем, что программы и данные в компьютере хранятся на жестком диске в виде файлов.

Файл – это определенное количество информации, имеющее имя и хранящееся в долговременной (внешней) памяти.

Имя файла – последовательность символов, позволяющая пользователю ориентироваться в файловой системе. Имя файла состоит из двух частей, разделенных точкой: собственное имя файла и расширение, определяющее его тип. Собственное имя файла может содержать от 1 до 255 символов. Кроме латинского допускается применение русского алфавита.

Расширение – это сочетание букв и чисел длиной от одного до трёх символов, который дополняет само имя, но чаще указывает на формат и тип хранящихся в файле данных. От собственно имени файла оно отделяется точкой и является его необязательной частью. Расширения служат для идентификации типа (формата) файла. С их помощью пользователь и программное обеспечение компьютера может определить тип данных, хранящихся в файле.

Расширение принято указывать в виде *.rar, т.е. перед символами расширения добавляют звездочку и точку, где звездочка символизирует любое имя файла.

Расширение может указывать не только на тип информации, которая хранится в файле (изображение, медиа файл, текстовый файл), но и на способ кодирования этой информации. Например, *.gif, *.jpg, *.bmp, *.raw, *.png и др. – это расширения файлов изображений, но способы кодирования изображения в таких файлах разный, и не каждая программа, открывающая один тип, сможет открыть другой.

Существуют файлы, не имеющие расширения, обычно это системные файлы.

Файл открывается той программой, в которой был создан, или универсальной программой.

Примеры расширений файлов разных типов:

*doc, *, xdoc, *.rtf, *.txt, *.pdf – текстовые документы (содержимое таких файлов текст и открываются они в программе для работы с текстом – Письмо.doc, Каталог.xls, текст.txt).

*.jpg, *.gif, *.jpeg, *.bmp, *.raw, *.png, *.emf, *.ico, *tif, *.tiff, *.jp2, *.pcx, *.tga, *.wbmp – графическое изображение (фотографии и картинки – Рисунок.gif, Природа.tif, Фото.jpg, Рисунок.bmp).

mirznanii.com

Хранение и передача информации (§§ 7, 8)

Главная | Информатика и информационно-коммуникационные технологии | Планирование уроков и материалы к урокам | 10 классы | Планирование уроков на учебный год | Хранение и передача информации (§§ 7, 8)

Хранение информации

Из курса основной школы вам известно:

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.

Рассмотрим способы хранения информации более подробно.

Информация может храниться в различных видах: в виде записанных текстов, рисунков, схем, чертежей; фотографий, звукозаписей, кино- или видеозаписей. В каждом случае применяются свои носители.

Носитель — это материальная среда, используемая для записи и хранения информации.

Практически носителем информации может быть любой материальный объект. Информацию можно сохранять на камне, дереве, стекле, ткани, песке, теле человека и т. д. Здесь мы не станем обсуждать различные исторические и экзотические варианты носителей. Ограничимся современными средствами хранения информации, имеющими массовое применение.

Использование бумажных носителей информации

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 единицей — байтом, считая, что один знак текста «весит» 1 байт. Нетрудно подсчитать информационный объем книги, содержащей 300 страниц с размером текста на странице примерно 2000 символов. Текст такой книги имеет объем примерно 600 000 байтов, или 586 Кб. Средняя школьная библиотека, фонд которой составляют 5000 томов, имеет информационный объем приблизительно 2861 Мб = 2,8 Гб.

Что касается долговечности хранения документов, книг и прочей бумажной продукции, то она очень сильно зависит от качества бумаги, красителей, используемых при записи текста, условий хранения.

Интересно, что до середины XIX века (с этого времени для производства бумаги 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 началом использования синтетических красителей срок хранения печатных документов снизился до 200-300 лет.

На первых компьютерах бумажные носители использовались для цифрового представления вводимых данных. Это были перфокарты: картонные карточки с отверстиями, хранящие двоичный код вводимой информации. На некоторых типах ЭВМ для тех же целей применялась перфорированная бумажная лента.

Использование магнитных носителей информации

В XIX веке была изобретена магнитная запись. Первоначально она 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. Тогда же (в 1906 г.) был выдан и первый патент на магнитный диск. Качественные характеристики всех этих носителей были весьма низкими. Достаточно сказать, что 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 XX 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. Любая компьютерная информация на любом носителе хранится в двоичном (цифровом) виде. Поэтому независимо от вида информации: текст это, или изображение, или звук — ее объем можно измерить в битах и байтах. 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: алюминиевые или пластмассовые диски, покрытые тонким магнитным порошковым слоем толщиной в несколько микрон. Информация на диске располагается по круговым концентрическим дорожкам, на которые она записывается и считывается в процессе вращения диска с помощью магнитных головок.

На первых ПК использовались гибкие магнитные диски (флоппи-диски) — сменные носители информации с небольшим объемом памяти — до 2 Мб. Начиная с 1980-х годов, в ПК начали использоваться встроенные в системный блок накопители на жестких магнитных дисках, или НЖМД (англ. HDD — Hard Disk Drive). Их еще называют винчестерскими дисками.

            

Винчестерский диск представляет собой пакет магнитных дисков, надетых на общую ось, которая при работе компьютера находится в постоянном вращении. С каждой магнитной поверхностью пакета дисков контактирует своя магнитная головка.

Информационная емкость современных винчестерских дисков измеряется в терабайтах.

Оптические диски и флеш-память

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). Первоначально на ПК вошли в употребление оптические компакт - диски — CD, информационная емкость которых составляет от 190 Мб до 700 Мб.

Во второй половине 1990-х годов появились цифровые универсальные видеодиски DVD (Digital Versatile Disk) 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 и 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.

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

В качестве внешнего носителя для компьютера широкое распространение получили так называемые флеш-брелоки (их называют в просторечии «флешки»), выпуск которых начался в 2001 году. Большой объем информации, компактность, высокая скорость чтения/записи, удобство в использовании — основные достоинства этих устройств.

Флеш-брелок подключается к USB-порту компьютера и позволяет скачивать данные со скоростью около 10 Мб в секунду.

В последние годы активно ведутся работы по созданию еще более компактных носителей информации с использованием нанотехнологий, работающих на уровне атомов и молекул вещества. В результате один компакт-диск, изготовленный по нанотехнологии, сможет заменить тысячи оптических 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.

Вопросы и задания

1. Какая, с вашей точки зрения, сохраняемая информация имеет наибольшее значение для всего человечества, для отдельного человека?

2. Назовите известные вам крупные хранилища информации.

3. Можно ли человека назвать носителем информации?

4. Где и когда появилась бумага?

5. Когда была изобретена магнитная запись? Какими магнитными носителями вы пользуетесь или пользовались?

6. Какое техническое изобретение позволило создать оптические носители информации? Назовите типы оптических носителей.

7. Назовите сравнительные преимущества и недостатки магнитных и оптических носителей.

8. Что означает свойство носителя «только для чтения»?

9. Какими устройствами, в которых используются флеш-карты, вы пользуетесь? Какой у них информационный объем?

10. Какие перспективы, с точки зрения хранения информации, открывают нанотехнологии?

Передача информации

Из курса основной школы вам известно:

• Распространение информации происходит в процессе ее передачи.

• Процесс передачи информации протекает от источника к приемнику по информационным каналам связи.

В этом параграфе более подробно будут рассмотрены технические системы передачи информации.

Ранее уже говорилось о том, что первой в истории технической системой передачи информации стал телеграф. В 1876 году американец Александр Белл изобрел телефон. На основании открытия немецким физиком Генрихом Герцем электромагнитных волн (1886 год), А. С. Попов в России в 1895 году и почти одновременно с ним в 1896 году Г. Маркони в Италии изобрели радио. Телевидение и Интернет появились в XX веке.

Модель передачи информации К. Шеннона

Все перечисленные способы информационной связи основаны на передаче на расстояние физического (электрического или электромагнитного) сигнала и подчиняются некоторым общим законам. Исследованием этих законов занимается теория связи, возникшая в 1920-х годах. Математический аппарат теории связи — математическую теорию связи разработал американский ученый Клод Шеннон. Клодом Шенноном была предложена модель процесса передачи информации по техническим каналам связи, представленная схемой на рис. 2.1.

Работу такой схемы можно пояснить на знакомом всем процессе разговора по телефону. Источником информации является говорящий человек. Кодирующим устройством — микрофон телефонной трубки, с помощью которого звуковые волны (речь) преобразуются в электрические сигналы. Каналом связи служит телефонная сеть (провода, коммутаторы телефонных узлов, через которые проходит сигнал). Декодирующим устройством является телефонная трубка (наушник) слушающего человека — приемника информации. Здесь пришедший электрический сигнал превращается в звук.

В теме "Информация. Представление информации" уже говорилось о кодировании на примере передачи информации через письменный документ. Кодирование там было определено как процесс представления информации в виде, удобном для ее хранения и/или передачи.

Применительно к процессу передачи информации по технической системе связи под кодированием понимается любое преобразование информации, идущей от источника, в форму, пригодную для ее передачи по каналу связи.

Современные компьютерные системы передачи информации — компьютерные сети, работают по тому же принципу. Есть процесс кодирования, преобразующий двоичный компьютерный код в физический сигнал того типа, который передается по каналу связи. Декодирование заключается в обратном преобразовании передаваемого сигнала в компьютерный код. Например, при использовании телефонных линий в компьютерных сетях функции кодирования/декодирования выполняет прибор, который называется модемом.

Пропускная способность канала и скорость передачи информации

Разработчикам технических систем передачи информации приходится решать две взаимосвязанные задачи: как обеспечить наибольшую скорость передачи информации и как уменьшить потери информации при передаче. К. Шеннон был первым ученым, взявшимся за решение этих задач и создавшим новую для того времени науку — теорию информации.

Шеннон определил способ измерения количества информации, передаваемой по каналам связи. Им было введено понятие пропускной способности канала как максимально возможной скорости передачи информации. Эта скорость измеряется в битах в секунду (а также килобитах в секунду, мегабитах в секунду).

Пропускная способность канала связи зависит от его технической реализации. Например, в компьютерных сетях используются следующие средства связи:

• телефонные линии;

• электрическая кабельная связь;

• оптоволоконная кабельная связь;

• радиосвязь.

Пропускная способность телефонных линий — десятки и сотни Кбит/с; пропускная способность оптоволоконных линий и линий радиосвязи измеряется десятками и сотнями Мбит/с.

Скорость передачи информации связана не только с пропускной способностью канала связи. Представьте себе, что текст на русском языке, содержащий 1000 знаков, передается с использованием двоичного кодирования. В первом случае используется телеграфная 5-разрядная кодировка. Во втором случае — компьютерная 8-разрядная кодировка. Тогда длина кода сообщения в первом случае составит 5000 битов, во втором случае — 8000 битов. При передаче по одному и тому же каналу второе сообщение будет передаваться дольше в 1,6 раза (8000/5000). Отсюда, казалось бы, следует вывод: длину кода сообщения нужно делать минимально возможной.

Однако существует другая проблема, которая на рис. 2.1 отмечена словом «шум».

Шум, защита от шума

Термином «шум» называют разного рода помехи, искажающие передаваемый сигнал и приводящие к потере информации. Такие помехи, прежде всего, возникают по техническим причинам, таким как плохое качество линий связи, незащищенность друг от друга различных потоков информации, передаваемых по одним и тем же каналам. Существуют и другие источники помех, имеющие физическое происхождение.

Иногда, например, беседуя по телефону, мы слышим шум, треск, мешающие понять собеседника, или на наш разговор накладывается разговор других людей.

Наличие шума приводит к потере передаваемой информации. В таких случаях необходима защита от шума. Для этого в первую очередь применяются технические способы защиты каналов связи от воздействия шумов. Такие способы бывают самыми разными, иногда простыми, иногда очень сложными. Например: использование экранированного кабеля вместо «голого» провода; применение разного рода фильтров, отделяющих полезный сигнал от шума и пр.

Шеннон разработал специальную теорию кодирования, дающую методы борьбы с шумом. Одна из важных идей этой теории состоит в том, что передаваемый по линии связи код должен быть избыточным. За счет этого потеря какой-то части информации при передаче может быть компенсирована. Например, если при разговоре по телефону вас плохо слышно, то, повторяя каждое слово дважды, вы имеете больше шансов на то, что собеседник поймет вас правильно.

В системах передачи информации используется так называемое помехоустойчивое кодирование, вносящее определенную избыточность.

Однако нельзя делать избыточность слишком большой. Это приведет к задержкам и удорожанию связи. Теория кодирования как раз и позволяет получить такой код, который будет оптимальным: избыточность передаваемой информации будет минимально возможной, а достоверность принятой информации — максимальной.

Большой вклад в научную теорию связи внес известный советский ученый Владимир Александрович Котельников. В 1940-1950-х годах им получены фундаментальные научные результаты по проблеме помехоустойчивости систем передачи информации.

В современных системах цифровой связи для борьбы с потерей информации при передаче часто применяется следующий прием.

Все сообщение разбивается на порции — блоки. Для каждого блока вычисляется контрольная сумма (сумма двоичных цифр), которая передается вместе с данным блоком.

В месте приема заново вычисляется контрольная сумма принятого блока и, если она не совпадает с первоначальной суммой, передача данного блока повторяется. Так происходит до тех пор, пока исходная и конечная контрольные суммы не совпадут.

Вопросы и задания

1. Для чего нужна процедура кодирования передаваемой информации?

2. Что такое декодирование? Каким должен быть его результат?

3. Каким техническим средством связи вы чаще всего пользуетесь? Замечали ли вы при этом факты потери информации?

4. Назовите устройства кодирования и декодирования при использовании радиосвязи.

5. Что такое шум по отношению к системам передачи данных?

6. Какие существуют способы борьбы с шумом?

7. Пропускная способность канала связи 100 Мбит/с. Уровень шума пренебрежимо мал (например, оптоволоконная линия). Определите, за какое время по каналу будет передан текст, информационный объем которого составляет 100 Кб.

8. Пропускная способность канала связи 10 Мбит/с. Канал подвержен воздействию шума, поэтому избыточность кода передачи составляет 20%. Определите, за сколько времени по каналу будет передан текст, информационный объем которого составляет 100 Кб.

xn----7sbbfb7a7aej.xn--p1ai

Хранение информаци

Хранение информации — это способ распространения информации в пространстве и времени. Способ хранения информации зависит от ее носителя (книга — библиотека, картина — музей, фотография — альбом). Способы хранения информации Этот процесс такой же древний, как и жизнь человеческой цивилизации. Уже в древности человек столкнулся с необходимостью хранения информации: зарубки на деревьях, чтобы не заблудиться во время охоты; счет предметов с помощью камешков, узелков; изображение животных и эпизодов охоты на стенах пещер. С рождением письменности возникло специальное средство фиксирования и распространения мысли в пространстве и во времени. Родилась документированная информация — рукописи и рукописные книги, появились своеобразные информационно-накопительные центры — древние библиотеки и архивы. Постепенно письменный документ стал и орудием управления (указы, приказы, законы). Вторым информационным скачком явилось книгопечатание. С его возникновением наибольший объем информации стал храниться в различных печатных изданиях, и для ее получения человек обращается в места их хранения (библиотеки, архивы и т.д.). В жизни человека процесс длительного хранения информации играет большую роль и подвергается постоянному совершенствованию. Когда объем накапливаемой информации возрастает настолько, что ее становится просто невозможно хранить в памяти, человек начинает прибегать к помощи различного рода записных книжек, указателей и т.д. Различная информация требует разного времени хранения:

  • проездной билет надо хранить только в течение поездки;

  • программу телевидения — текущую неделю;

  • школьный дневник — учебный год;

  • аттестат зрелости — до конца жизни;

  • исторические документы — несколько столетий.

ЭВМ предназначена для компактного хранения информации с возможностью быстрого доступа к ней. Хранение очень больших объемов информации оправдано только при условии, если поиск нужной информации можно осуществить достаточно быстро, а сведения получить в доступной форме. Информационная система — это хранилище информации, снабженное процедурами ввода, поиска и размещения и выдачи информации. Наличие таких процедур — главная особенность информационных систем, отличающих их от простых скоплений информационных материалов. Например, личная библиотека, в которой может ориентироваться только ее владелец, информационной системой не является. В публичных же библиотеках порядок размещения книг всегда строго определенный. Поэтому поиск и выдача книг, а также размещение новых поступлений представляют собой стандартные, формализованные процедуры. 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. Хранение информации 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.

В памяти человека хранится информация обо всём, что он видел, слышал, чувствовал или испытывал. Люди хранят информацию на разных носителях и для хранения информации создают библиотеки и медиатеки. Зачем всё это? Хранение информации - это одно из действий с информацией, необходимое, прежде всего, для обеспечения жизнедеятельности и безопасности человека. Обратимся к истории. Давным-давно человек не умел добывать огонь и пользоваться им. Когда во время летней засухи возникали лесные пожары, люди обратили внимание на огонь и поняли, что огонь - это горячо! Если отойти подальше, то тепло, приятно. Люди сохранили в своей памяти информацию о свойствах огня и о том, как можно использовать огонь, чего при этом надо опасаться. Люди стали греться у огня, готовить на огне еду, обогревать и освещать огнём свой дом, но всегда при этом старались обеспечить свою безопасность. Только благодаря способности человека долго хранить в своей памяти информацию, его можно научить читать, писать и считать. Если бы у человека не было памяти, он не смог бы найти свой дом после прогулки, свои вещи в доме, приготовить пищу. Он не знал бы имён своих родителей и друзей и многое-многое другое. Информация, которая хранится в памяти отдельного человека, недоступна другим людям. Если то, что знает человек, он выразит каким-либо образом: звуками устной речи, письменно или рисунком, информацией смогут воспользоваться другие люди. Представленная на носителе информация уже не «связана» с памятью отдельного, конкретного человека. Сохранённой, то есть представленной на носителе, информацией может пользоваться любой человек. Важно, что представленную на носителе инфор­мацию можно хранить и передавать другим людям. Как тем, кто находится далеко, так и тем, кто будет жить после нас. Информацию, представленную на носителе рисунком, числами или текстом, можно долго хранить и передавать на большие расстояния. В каждом доме есть фотоальбом, в котором хра­нятся фотографии родных и близких людей. Тексты и рисунки сохраняют в записных книжках, книгах, журналах, дневниках. Про журнал, записную книжку, дневник или книгу можно сказать - это хранилище за­кодированной информации. Книги предназначены для длительного хранения информации. Книги хранят в библиотеках. В библиотеке обыч­но хранится много книг. Библиотеки бывают домаш­ние и школьные, городские и районные, детские и технические. Библиотека - это хранилище книг, то есть хранилище закодированной информации. В настоящее время люди научились хранить не только тексты и рисунки. Появились способы кодиро­вания и хранения звуковой и видеоинформации. Уже существуют книги, учебники, справочники, энциклопедии, которые изготовлены не из бумаги, а, напри­мер, в виде магнитных и лазерных дисков. Диски хранятся не в библиотеке, а в медиатеке. Медиатека - это хранилище электронных книг, справочников, энциклопедий, компьютерных игр, обучающих программ. Компьютер тоже хранит информацию в своей па­мяти. Закодировать и хранить в памяти компьютера в виде цифровых данных можно и звуки, и изображе­ния, и тексты, и числа, и видеофильмы. Во время работы компьютера информация хранится в его внутренней памяти. Прежде чем выклю­чить компьютер, следует сохранить информацию на дисках (во внешней памяти), иначе она пропадёт.

Главное, что мы должны понять и запомнить

1. Хранение информации - это одно из действий с информацией. 2. Человек хранит информацию в своей памяти для обеспечения своей жизнедеятельности и безопасности. Память человека обеспечивает его способность учиться и работать. 3. Книги предназначены для длительного хранения информации. 4. Компьютер - это очень удобный инструмент для хранения закодированной информации. 5. Закодировать и хранить в памяти компьютера можно и звуки, и изображения, и тексты, и числа, и видеофильмы.

Человек в своей памяти хранит информацию об окружающей действительности в виде различных образов: зрительных, звуковых, вкусовых и т.д. Для долговременного хранения информации, ее накопления и передачи из поколения в поколение используются материальные носители информации. Материальная природа носителей информации может быть различной:

  • молекулы ДНК, которые хранят генетическую информацию;

  • бумага, на которой хранятся тексты и изображения;

  • магнитная лента, на которой хранится звуковая информация;

  • микросхемы памяти,

  • магнитные и лазерные диски, на которых хранятся программы и данные в компьютере и т.д.

Носители информации характеризуются информационной емкостью, т.е. количеством информации, которое они могут хранить. Наиболее информационно емкими являются молекулы ДНК, которые имеют очень малый размер и плотно упакованы. Это позволяет хранить огромное количество информации (до 1021 бит в 1 см3), что позволяет организму развиваться из одной единственной клетки, содержащей всю необходимую генетическую информацию. Современные микросхемы памяти позволяют хранить в 1 см3 до 1010 бит информации, однако это в 100 миллиардов раз меньше, чем в ДНК. Можно сказать, что современные технологии пока существенно проигрывают биологической эволюции. Однако, если сравнивать информационную емкость традиционных носителей информации (книг) и современных компьютерных носителей, то прогресс очевиден. На каждом гибком магнитном диске может храниться книга объемом около 600 страниц, а на жестком магнитном диске целая библиотека, включающая десятки тысяч книг.

Носитель информации - материальный объект, предназначенный для хранения информации.

- Носители информации можно различать не только по материалу, из которого они изготовлены, но и по способу их изготовления (например, рукописные, машинописные и т.д.), по специфике предназначения (микрофотокопии; чертежи; книги для слепых, напечатанные шрифтом Брайля).

Если спилить дерево, то по кольцам на стволе можно определить, сколько ему лет, дождливым или засушливым был каждый год его жизни и многое другое. Значит, дерево хранит информацию обо всей своей жизни. Давным-давно, когда на Земле жили первобытные люди, возникла необходимость хранить различные сведения о способах охоты, земледелия. Для этого люди использовали рисунки, зарубки на палках, узелки на веревках. По этой информации мы и узнаем, как они жили. С появлением письменности человек стал хранить информацию на папирусе, глиняных табличках, берестяных свитках, бумаге. Современный человек для хранения информации использует фотопленку, киноленту, магнитные ленты и диски, лазерные диски и другие носители. Технические устройства и другие приспособления, на которых хранится информация, называются информационными носителями. Всем знаком информационный носитель – книга. Записная книжка, дневник, в который ученик записывает расписание уроков и домашние задания, - тоже информационные носители. Дверной косяк, на котором родители ежегодно отмечают рост своего ребенка, - тоже информационный носитель. Вы уже знаете, что иметь дело с хранением информации приходится очень часто, но информацию недостаточно просто сохранить, надо сделать так, чтобы потом, когда она понадобится, ее можно было быстро найти. Для этого люди придумали организацию хранения информации. Вот, например, вы решили сохранить адреса и телефоны одноклассников. Как лучше поступить? Правильно, нужно записать фамилии в записную книжку на странички, помеченные буквами – указателями в алфавитном порядке. Если хранить информацию в таком порядке, то очень быстро можно найти нужную фамилию, ведь алфавит мы хорошо знаем. Как найти нужное место в книге? Можно, конечно, просто перелистывать книгу страница за страницей, пока не найдется нужная страница, но этот способ займет много времени. Гораздо быстрее посмотреть оглавление. А какой способ использован для записи учеников в классном журнале? В расписании поездов указано, в какой город и в какое время уходит каждый поезд. В каком порядке надо расположить эту информацию, чтобы было удобно пассажиру? А как будет удобнее диспетчеру железнодорожного вокзала? В каком порядке располагаются слова в словаре? В телефонной книге названия учреждений тоже расположены в определенном порядке. В каком? Какие же существуют способы организации информации? Это таблицы, схемы, каталоги и др. Со схемами и таблицами вы уже работали на уроках. Посещая детскую библиотеку и читальный зал, видели библиотечные каталоги, в которых карточки расположены в алфавитном порядке. На карточки заносятся различные сведения, например: автор, название книги, год выпуска книги и др. Существуют и компьютерные электронные каталоги. Одну и ту же информацию можно представить различными способами

studfiles.net

Устройства хранения информации - Физика, Информатика и ИКТ

Дискета - носитель информации, который представляет собой гибкий диск с покрытием ферромагнитным материалом и отверстие в центре для обеспечения вращения приводом и такой диск помещен в специальный пластмассовый корпус. Запись и чтение информации производится с помощью двух электромагнитных катушек, установленных по обе стороны магнитного диска (так как диски являются двухсторонними) и перемещаемые по радиусу дисков на системе привода головок. Для хранения информации применяется термин дорожка – узкая концентрическая полоска на диске, и цилиндр – совокупность дорожек, которые могут считать головки без изменения своего положения.

Скорость вращения двигателя гибкого диска при работе составляет от 300 до 360 оборотов в минуту.

Имеется два основных размера диска: 3,5´´ и 5,25´´ (а первые дискеты имели размер 8 дюймов).

HDD (Hard Disk Drive - устройство управления жестких дисков), или винчестер, имеет также название накопитель для жестких дисков, просто жесткие диски, дисководы жестких дисков (на практике - винт), накопитель на жестких дисках (НМЖД), HMDD (Hard Magmetic Disk Drive) и предназначен для хранения основной информации пользователя.

Основным отличием жестких дисков от оперативной памяти является то, что при выключении компьютера данные сохраняются, а не уничтожаются, как в оперативной памяти.

Физически жесткие диски устроены аналогично гибким дискам, за исключением того, что в накопителе может находиться не одна пластина, а несколько, расположенных одна под другой, при этом у каждой пластины сверху и снизу находится по магнитной головке. Кроме того, для хранения информации используется не гибкие, а жесткие диски из алюминия либо стеклянные, покрытые слоем магнитного материала (ферромагнетика из сплавов железа, марганца и др). Как и в гибких дисководах, головки жестко связаны между собой и расположены одна под другой. Для перемещения одной головки перемещаются и другие, поэтому совокупность головок называется блоком головок. При их фиксированном расположении каждая головка может считывать информацию только с одной дорожки (дорожка - это область в виде узкого кольца на диске, которая считывается головкой без ее смещения), эти дорожки в совокупности всех дисков называются цилиндром.

Общий объем диска рассчитывается по формуле: емкость диска = число цилиндров (или дорожек на одной поверхности) х количество головок (или количество рабочих поверхностей) х размер кластера.

Жесткие диски названы так потому, что твердые пластины с намагниченным слоем жестко устана­вливаются в устройстве на заводе и являются несъемными в отличие от гибких дисков. Из-за боль­шой скорости вращения дисков может возникнуть резонанс, поэтому устройство должно быть прочно укреплено в системном блоке, зафиксировано винтами во всех необходимых местах и находиться в горизонтальном или вертикальном положении. Еще одно неприятное действие вращающихся дисков - эффект гироскопа, потому скорость вращения дисков для ноутбуков несколько ниже, чем у стационарных компьютеров, у которых системный блок неподвижен. При работе считы­вающие головки расположены очень близко от рабочей поверхности. Винчестер не следует разбирать, так как попадание малейшей пыли выведет его из строя, и, кроме того, он центрирован на заводе, а в домашних условиях этого сделать невозможно.

Логическая структура диска. Существует несколько видов файловой системы: FAT имеет несколько стандартов: FAT12, FAT16, FAT32 и exFAT. Цифры обозначают число бит, используемых для адреса сектора.

NTFS создана компанией Microsoft в 90-х годах для Windows NT. В отличие от FAT в ней записывается список изменений в главной файловой таблице (MFT), что позволяет восстановить систему после сбоя. Максимальный размер файла – 2 в степени 64 байтов, максимальное число файлов – 2 в степени 32, максимальная длина имени файла 255 из 16 битных слов.

Жесткие диски типа SSP (Solid-State Drive – твердотельный накопитель), у которого вместо диска установлена память на основе флэш-памяти. Компьютер считает, что на нем имеются также оглавление, дорожки, сектора как на жестком диске. Контроллер жесткого диска адрес в виде дорожек, секторов преобразует во внутренний адрес и таким образом происходят операции с ним. Данный вид дисков более быстрый, бесшумный (нет движущихся частей), но более дорогой.

Оптические накопители предназначены для чтения, записи/перезаписи с оптических дисков. Оптические диски представляют собой круглые и плоские по форме пластины из плотного материала (обычно, состоящие из поликарбоната) с нанесенными слоями, позволяющими хранить информацию в виде мельчайших ямок (пит, от pit — ямка, углубление). Процесс считывания производится лучом лазера, который отражаясь от поверхности диска, попадает в фотоэлемент, где свет преобразуется в электрический сигнал, величина которого позволяет декодировать записанную информацию.

Наиболее распространенные форматы оптических дисков для использования в персональных компьютерах– это CD, DVD, Blu-ray.

CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory, компакт-диск только с возможностью чтения) разновидность компакт-дисков, которые появились в 1982 году в результате исследования двух компаний – Sony и Philips. CD-ROM диски вначале развивались как аналог виниловых дисков и предназначались для записи и проигрывания музыкальной информации. Они также имеют одну концентрическую дорожку, которая проходит от внешнего края к внутреннему, делая множество оборотов. Принцип считывания информации оптический, то есть луч лазера считывает данные, которые записаны на алюминиевой (или другого вида) подложке. Кроме того, информация записана на диск, в отличие от винилового диска, в цифровом, а не аналоговом виде, а после считывания расшифровывается и переводится в звук. Для предохранения диска от порчи алюминиевая подложка покрыта прозрачным пластиком.

CD-R диск имеет такие же характеристики, как и CD-ROM, но позволяют записывать на них один раз информацию.

CD-RW диск имеет такие же характеристики, как и CD-ROM, но позволяет не только записывать на них информацию, но и дозаписывать ее, также стирать ранее записанные данные и записать новые.

Для работы с ними использовались CD-накопители.

DVD-диски (Digital Versatile Disc — цифровой универсальный диск) первоначально расшифровывалось как Digital video Disc - цифровой видеодиск. Эти диски имели большую емкость по сравнению с CD-ROM за счет уплотнения дорожек с записью. Это наиболее распространенный вид дисков, которые являются однослойными и односторонними. Двухслойные диски имеют два полупрозрачных слоя с мощной фокусировкой луча, позволяют считывать информацию либо с первого, либо со второго слоя. Более высокая плотность данных достигается за счет уменьшения области на диске для одного бита и применения методов сжатия.

Для работы с DVD используются DVD-накопители.

Стандарт Blu-ray Disc (BD) (blue ray — синий луч и disc — диск; написание blu вместо blue — намеренное) был разработан консорциумом BDA, выпущен в 2006 году.

Повышение объема записываемой информации выполняется за счет использования лазерного луча в сине-фиолетовом диапазоне с более короткой длиной 405 нм, в то же время как CD и DVD приводы используют красный и инфракрасный лазеры с длиной волны 650 нм и 780 нм.

Если файл фрагментирован, то при считывании данных блоки с головками должны перемещаться от одной области к другой, что приводит к замедлению операций с файлами. В то же время, если файл не фрагментирован, то операции считывания/записи проходят быстрее. Поэтому время от времени полезно производить дефрагментацию файлов.

Фрагментация происходит из-за того, что вначале создается файл одного размера, при добавлении в него данных система ищет свободную область памяти на жестком диске и помещает продолжение файла в новое место. Если данных после корректировки станет меньше, то образуется свободное пространство, которое будет использовано для других файлов. Если нужно записать новый файл, а места будет недостаточно в выбранной области, то будет использована новая свободная область, то есть даже при записи нового файла он может быть фрагментирован. После дефрагментации файла размер занятого пространства не изменится, просто файлы будут расположены последовательно, что ускорит операции считывания.

Форматирование жестких дисков проводится довольно редко, чаще всего при нарушении файловой структуры в результате крупного сбоя либо в результате воздействия вирусной программы. После разбиения диска на разделы производится форматирование логических устройств, при этом диск С: форматируется как загрузочный. При установке новой операционной системы также желательно форматировать жесткий диск, с тем чтобы убрать ненужные файлы и обновить оглавление. Однако после форматирования вся информация на нем будет потеряна. Поэтому перед этой операцией нужно сделать архивацию всех важных файлов, которые потребуются в дальнейшем. После форматирования диска С: нужно восстановить операционную систему, то есть, установить ее заново с загрузочного диска, с которой в дальнейшем будет работать пользователь.

izotop.jimdo.com

Хранение информации

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 (Digital Versatile Disk) 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.

Методические рекомендации

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.

xn----7sbbfb7a7aej.xn--p1ai

Хранение и передача информации (§§ 7, 8)

Главная | Информатика и информационно-коммуникационные технологии | Планирование уроков и материалы к урокам | 10 классы | Планирование уроков на учебный год | Хранение и передача информации (§§ 7, 8)

Хранение информации

Из курса основной школы вам известно:

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.

Рассмотрим способы хранения информации более подробно.

Информация может храниться в различных видах: в виде записанных текстов, рисунков, схем, чертежей; фотографий, звукозаписей, кино- или видеозаписей. В каждом случае применяются свои носители.

Носитель — это материальная среда, используемая для записи и хранения информации.

Практически носителем информации может быть любой материальный объект. Информацию можно сохранять на камне, дереве, стекле, ткани, песке, теле человека и т. д. Здесь мы не станем обсуждать различные исторические и экзотические варианты носителей. Ограничимся современными средствами хранения информации, имеющими массовое применение.

Использование бумажных носителей информации

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 единицей — байтом, считая, что один знак текста «весит» 1 байт. Нетрудно подсчитать информационный объем книги, содержащей 300 страниц с размером текста на странице примерно 2000 символов. Текст такой книги имеет объем примерно 600 000 байтов, или 586 Кб. Средняя школьная библиотека, фонд которой составляют 5000 томов, имеет информационный объем приблизительно 2861 Мб = 2,8 Гб.

Что касается долговечности хранения документов, книг и прочей бумажной продукции, то она очень сильно зависит от качества бумаги, красителей, используемых при записи текста, условий хранения.

Интересно, что до середины XIX века (с этого времени для производства бумаги 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 началом использования синтетических красителей срок хранения печатных документов снизился до 200-300 лет.

На первых компьютерах бумажные носители использовались для цифрового представления вводимых данных. Это были перфокарты: картонные карточки с отверстиями, хранящие двоичный код вводимой информации. На некоторых типах ЭВМ для тех же целей применялась перфорированная бумажная лента.

Использование магнитных носителей информации

В XIX веке была изобретена магнитная запись. Первоначально она 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. Тогда же (в 1906 г.) был выдан и первый патент на магнитный диск. Качественные характеристики всех этих носителей были весьма низкими. Достаточно сказать, что 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 XX 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. Любая компьютерная информация на любом носителе хранится в двоичном (цифровом) виде. Поэтому независимо от вида информации: текст это, или изображение, или звук — ее объем можно измерить в битах и байтах. 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: алюминиевые или пластмассовые диски, покрытые тонким магнитным порошковым слоем толщиной в несколько микрон. Информация на диске располагается по круговым концентрическим дорожкам, на которые она записывается и считывается в процессе вращения диска с помощью магнитных головок.

На первых ПК использовались гибкие магнитные диски (флоппи-диски) — сменные носители информации с небольшим объемом памяти — до 2 Мб. Начиная с 1980-х годов, в ПК начали использоваться встроенные в системный блок накопители на жестких магнитных дисках, или НЖМД (англ. HDD — Hard Disk Drive). Их еще называют винчестерскими дисками.

            

Винчестерский диск представляет собой пакет магнитных дисков, надетых на общую ось, которая при работе компьютера находится в постоянном вращении. С каждой магнитной поверхностью пакета дисков контактирует своя магнитная головка.

Информационная емкость современных винчестерских дисков измеряется в терабайтах.

Оптические диски и флеш-память

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). Первоначально на ПК вошли в употребление оптические компакт - диски — CD, информационная емкость которых составляет от 190 Мб до 700 Мб.

Во второй половине 1990-х годов появились цифровые универсальные видеодиски DVD (Digital Versatile Disk) 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 и 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.

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

В качестве внешнего носителя для компьютера широкое распространение получили так называемые флеш-брелоки (их называют в просторечии «флешки»), выпуск которых начался в 2001 году. Большой объем информации, компактность, высокая скорость чтения/записи, удобство в использовании — основные достоинства этих устройств.

Флеш-брелок подключается к USB-порту компьютера и позволяет скачивать данные со скоростью около 10 Мб в секунду.

В последние годы активно ведутся работы по созданию еще более компактных носителей информации с использованием нанотехнологий, работающих на уровне атомов и молекул вещества. В результате один компакт-диск, изготовленный по нанотехнологии, сможет заменить тысячи оптических 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.

Вопросы и задания

1. Какая, с вашей точки зрения, сохраняемая информация имеет наибольшее значение для всего человечества, для отдельного человека?

2. Назовите известные вам крупные хранилища информации.

3. Можно ли человека назвать носителем информации?

4. Где и когда появилась бумага?

5. Когда была изобретена магнитная запись? Какими магнитными носителями вы пользуетесь или пользовались?

6. Какое техническое изобретение позволило создать оптические носители информации? Назовите типы оптических носителей.

7. Назовите сравнительные преимущества и недостатки магнитных и оптических носителей.

8. Что означает свойство носителя «только для чтения»?

9. Какими устройствами, в которых используются флеш-карты, вы пользуетесь? Какой у них информационный объем?

10. Какие перспективы, с точки зрения хранения информации, открывают нанотехнологии?

Передача информации

Из курса основной школы вам известно:

• Распространение информации происходит в процессе ее передачи.

• Процесс передачи информации протекает от источника к приемнику по информационным каналам связи.

В этом параграфе более подробно будут рассмотрены технические системы передачи информации.

Ранее уже говорилось о том, что первой в истории технической системой передачи информации стал телеграф. В 1876 году американец Александр Белл изобрел телефон. На основании открытия немецким физиком Генрихом Герцем электромагнитных волн (1886 год), А. С. Попов в России в 1895 году и почти одновременно с ним в 1896 году Г. Маркони в Италии изобрели радио. Телевидение и Интернет появились в XX веке.

Модель передачи информации К. Шеннона

Все перечисленные способы информационной связи основаны на передаче на расстояние физического (электрического или электромагнитного) сигнала и подчиняются некоторым общим законам. Исследованием этих законов занимается теория связи, возникшая в 1920-х годах. Математический аппарат теории связи — математическую теорию связи разработал американский ученый Клод Шеннон. Клодом Шенноном была предложена модель процесса передачи информации по техническим каналам связи, представленная схемой на рис. 2.1.

Работу такой схемы можно пояснить на знакомом всем процессе разговора по телефону. Источником информации является говорящий человек. Кодирующим устройством — микрофон телефонной трубки, с помощью которого звуковые волны (речь) преобразуются в электрические сигналы. Каналом связи служит телефонная сеть (провода, коммутаторы телефонных узлов, через которые проходит сигнал). Декодирующим устройством является телефонная трубка (наушник) слушающего человека — приемника информации. Здесь пришедший электрический сигнал превращается в звук.

В теме "Информация. Представление информации" уже говорилось о кодировании на примере передачи информации через письменный документ. Кодирование там было определено как процесс представления информации в виде, удобном для ее хранения и/или передачи.

Применительно к процессу передачи информации по технической системе связи под кодированием понимается любое преобразование информации, идущей от источника, в форму, пригодную для ее передачи по каналу связи.

Современные компьютерные системы передачи информации — компьютерные сети, работают по тому же принципу. Есть процесс кодирования, преобразующий двоичный компьютерный код в физический сигнал того типа, который передается по каналу связи. Декодирование заключается в обратном преобразовании передаваемого сигнала в компьютерный код. Например, при использовании телефонных линий в компьютерных сетях функции кодирования/декодирования выполняет прибор, который называется модемом.

Пропускная способность канала и скорость передачи информации

Разработчикам технических систем передачи информации приходится решать две взаимосвязанные задачи: как обеспечить наибольшую скорость передачи информации и как уменьшить потери информации при передаче. К. Шеннон был первым ученым, взявшимся за решение этих задач и создавшим новую для того времени науку — теорию информации.

Шеннон определил способ измерения количества информации, передаваемой по каналам связи. Им было введено понятие пропускной способности канала как максимально возможной скорости передачи информации. Эта скорость измеряется в битах в секунду (а также килобитах в секунду, мегабитах в секунду).

Пропускная способность канала связи зависит от его технической реализации. Например, в компьютерных сетях используются следующие средства связи:

• телефонные линии;

• электрическая кабельная связь;

• оптоволоконная кабельная связь;

• радиосвязь.

Пропускная способность телефонных линий — десятки и сотни Кбит/с; пропускная способность оптоволоконных линий и линий радиосвязи измеряется десятками и сотнями Мбит/с.

Скорость передачи информации связана не только с пропускной способностью канала связи. Представьте себе, что текст на русском языке, содержащий 1000 знаков, передается с использованием двоичного кодирования. В первом случае используется телеграфная 5-разрядная кодировка. Во втором случае — компьютерная 8-разрядная кодировка. Тогда длина кода сообщения в первом случае составит 5000 битов, во втором случае — 8000 битов. При передаче по одному и тому же каналу второе сообщение будет передаваться дольше в 1,6 раза (8000/5000). Отсюда, казалось бы, следует вывод: длину кода сообщения нужно делать минимально возможной.

Однако существует другая проблема, которая на рис. 2.1 отмечена словом «шум».

Шум, защита от шума

Термином «шум» называют разного рода помехи, искажающие передаваемый сигнал и приводящие к потере информации. Такие помехи, прежде всего, возникают по техническим причинам, таким как плохое качество линий связи, незащищенность друг от друга различных потоков информации, передаваемых по одним и тем же каналам. Существуют и другие источники помех, имеющие физическое происхождение.

Иногда, например, беседуя по телефону, мы слышим шум, треск, мешающие понять собеседника, или на наш разговор накладывается разговор других людей.

Наличие шума приводит к потере передаваемой информации. В таких случаях необходима защита от шума. Для этого в первую очередь применяются технические способы защиты каналов связи от воздействия шумов. Такие способы бывают самыми разными, иногда простыми, иногда очень сложными. Например: использование экранированного кабеля вместо «голого» провода; применение разного рода фильтров, отделяющих полезный сигнал от шума и пр.

Шеннон разработал специальную теорию кодирования, дающую методы борьбы с шумом. Одна из важных идей этой теории состоит в том, что передаваемый по линии связи код должен быть избыточным. За счет этого потеря какой-то части информации при передаче может быть компенсирована. Например, если при разговоре по телефону вас плохо слышно, то, повторяя каждое слово дважды, вы имеете больше шансов на то, что собеседник поймет вас правильно.

В системах передачи информации используется так называемое помехоустойчивое кодирование, вносящее определенную избыточность.

Однако нельзя делать избыточность слишком большой. Это приведет к задержкам и удорожанию связи. Теория кодирования как раз и позволяет получить такой код, который будет оптимальным: избыточность передаваемой информации будет минимально возможной, а достоверность принятой информации — максимальной.

Большой вклад в научную теорию связи внес известный советский ученый Владимир Александрович Котельников. В 1940-1950-х годах им получены фундаментальные научные результаты по проблеме помехоустойчивости систем передачи информации.

В современных системах цифровой связи для борьбы с потерей информации при передаче часто применяется следующий прием.

Все сообщение разбивается на порции — блоки. Для каждого блока вычисляется контрольная сумма (сумма двоичных цифр), которая передается вместе с данным блоком.

В месте приема заново вычисляется контрольная сумма принятого блока и, если она не совпадает с первоначальной суммой, передача данного блока повторяется. Так происходит до тех пор, пока исходная и конечная контрольные суммы не совпадут.

Вопросы и задания

1. Для чего нужна процедура кодирования передаваемой информации?

2. Что такое декодирование? Каким должен быть его результат?

3. Каким техническим средством связи вы чаще всего пользуетесь? Замечали ли вы при этом факты потери информации?

4. Назовите устройства кодирования и декодирования при использовании радиосвязи.

5. Что такое шум по отношению к системам передачи данных?

6. Какие существуют способы борьбы с шумом?

7. Пропускная способность канала связи 100 Мбит/с. Уровень шума пренебрежимо мал (например, оптоволоконная линия). Определите, за какое время по каналу будет передан текст, информационный объем которого составляет 100 Кб.

8. Пропускная способность канала связи 10 Мбит/с. Канал подвержен воздействию шума, поэтому избыточность кода передачи составляет 20%. Определите, за сколько времени по каналу будет передан текст, информационный объем которого составляет 100 Кб.

xn----7sbbfb7a7aej.xn--p1ai

1.3. Хранение информации в компьютере

Объеминформации

=

2 КБ

=

2 ×1024

 

байт

=32 с.

 

 

 

 

 

 

 

Пропускная способность

512 бит/с

64

 

байт/с

 

 

 

 

На практике достаточно часто используют понятие «пропускная способность», которая оценивается количеством знаков, передаваемых по каналу за единицу времени. При этом в состав сообщения включаются и все служебные символы. Эта характеристика более понятна рядовому пользователю, который привык оценивать количество информации количеством знаков (или даже количеством страниц).

Различают теоретическую и реальную пропускную способность канала. Обычно теоретическая пропускная способность значительно превосходит реальную, зависящую от ряда факторов, среди которых и способ передачи, и качество канала связи, и условия его эксплуатации, и структура сообщений. Оценку реальной пропускной способности можно провести только для существующего канала связи, находящегося в определенном состоянии, в конкретное время.

Существенной характеристикой коммуникационной системы любой сети является достоверность передаваемой информации, которую оцени-

вают как отношение количества ошибочно переданных знаков к общему числу переданных знаков. На эту характеристику влияют как аппаратура, преобразующая сообщение, так и канал связи.

Надежность коммуникационной системы определяется либо до-

лей времени исправного состояния в общем времени работы, либо средним временем безотказной работы. Вторая характеристика позволяет более эффективно оценить надежность системы.

Хранение информации – это процесс передачи информации во времени. Хранение информации тесно связано с обеспечением неизменности состояния материальных носителей информации, на которых она записана в виде сообщений.

За время своего существования для хранения информации человечество использовало достаточно много материальных носителей. Такими носителями в разные исторические периоды выступали устная речь, глиняные таблички, папирус, береста, камень, металл, бумага и т.д. В современном мире для хранения информации человек использует как традиционные материальные носители (бумага), так и другие, появившиеся в последнее столетие – магнитные и оптические носители. В компьютерной технике для хранения информации используются запоминающие устройства, использующие магнитный, оптический и электронный способы хранения информации.

Все современные запоминающие устройства предназначены для хра-

studfiles.net