Потребность хранить какую-либо информацию у человека появилась еще в доисторические времена, чему яркий пример - наскальная живопись, которая сохранилась и по сей день. Наскальные рисунки можно по праву назвать самым износостойким носителем информации на данный момент, хотя с портативностью и удобством использования есть некоторые трудности. С появлением ЭВМ (и ПК в частности) разработка емких и удобных в использовании носителей информации стала особенно актуальной.
Бумажные носители
В первых компьютерах использовалась перфокарты и перфорированная бумажная лента, намотанная на бобины, так называемая перфолента. Ее прародителями были автоматизированные ткацкие станки, в частности машина Жаккара, финальный вариант которой был создан изобретателем (в честь которого она и названа) в 1808 году. Для автоматизации процесса подачи нитей использовались перфорированные пластины:
Перфокарты - картонные карточки, которые использовали подобный метод. Их было много разновидностей, как с отверстиями, которые отвечали за "1" в двоичном коде, так и текстового вида. Самым распространенным был формат IBM: размер карты составлял 187х83 мм, на ней инфомация располагалась в 12 строк и 80 столбцов. В современных терминах, одна перфокарта хранила 120 байт информации. Для ввода информации перфокарты нужно было подавать в определенной последовательности.
В перфоленте используется тот же принцип. Информация хранится на ней в виде отверстий. Первые компьютеры, созданные в 40-х годах прошлого века работали как с вводимыми с помощью перфоленты в реальном времени данными, так и использовали некое подобие оперативной памяти, преимущественно с использованием электронно-лучевых трубок. Бумажные носители активно использовались в 20-50 годах, после чего постепенно начали заменяться магнитными носителями.
Магнитные носители
В 50-х годах началось активное развитие магнитных носителей. За основу взято было явление электромагнетизма (образование магнитного поля в проводнике при пропускании тока через него). Магнитный носитель состоит из поверхности, покрытой ферромагнетиком и считывающей/пишущей головки (сердечник с обмоткой). По обмотке протекает ток, появляется магнитное поле определенной полярности (в зависимости от направления тока). Магнитное поле воздействует на ферромагнетик и магнитные частицы в нем поляризуются в направлении действия поля и создают остаточную намагниченность. Для записи данных на разные участки производится воздействие магнитным полем разной полярности, а при считывании данных регистрируются зоны, в которых изменяется направление остаточной намагниченности ферромагнетика. Первыми такими носителями были магнитные барабаны: большие металлические цилиндры, покрытые ферромагнетиком. Вокруг них устанавливались считывающие головки.
После них появился жесткий диск в 1956 году, это был 305 RAMAC компании IBM, который состоял из 50 дисков диаметром 60 см, по размером был соизмерим с большим холодильником современного формата Side-by-Side и весил чуть меньше тонны. Его объем составлял невероятные по тем временам 5 МБ. Головка свободно перемещалась по поверхности диска и скорость работы была выше, чем у магнитных барабанов. Процесс погрузки 305 RAMAC в самолет:
Объем быстро начал увеличиваться и в конце 60-х годов IBM выпустила высокоскоростной накопитель с двумя дисками емкостью по 30 МБ. Производители активно работали над уменьшением габаритов и к 1980 году жесткий диск имел размеры 5.25-дюймового привода. С тех времен конструкция, технологии, объем, плотность и размеры претерпели колоссальных изменений и самыми популярными стали форм-факторы и 3.5, 2.5 дюйма, в меньшей мере - 1.8 дюйма, а объемы уже достигают десятка терабайт на одном носителе.
Некоторое время использовался еще формат IBM Microdrive, который представлял из себя миниатюрный жесткий диск в форм-факторе карты памяти CompactFlash тип II. Выпущен в 2003 году, позже продан компании Hitachi.
Параллельно развивалась магнитная лента. Появилась она вместе с выходом первого американского коммерческого компьютера UNIVAC I в 1951 году. Опять же постаралась компания IBM. Магнитная лента представляла из себя тонкую пластиковую полосу с магниточувствительным покрытием. С тех времен использовалась в самых разных форм-факторах.
Начиная с бобин, ленточных картриджей и заканчивая компакт-кассетами и видеокассетами VHS. В компьютерах использовались начиная с 70 годов и заканчивая 90-ми (уже в значительно меньших количествах). Часто в качестве внешнего носителя к ПК использовался подключаемый магнитофон.
Накопители на магнитной ленте под названием Стримеры применяются и сейчас, преимущественно в промышленности и крупном бизнесе. На данный момент используются бобины стандарта Linear Tape-Open (LTO), а рекорд в этом году поставили IBM и FujiFilm, умудрившись записать на стандартную бобину 154 терабайта информации. Предыдущий рекорд - 2.5 терабайт, LTO 2012 года.
Еще один тип магнитных носителей - дискеты или флоппи-диск. Тут слой ферромагнетика наносится на гибкую, легкую основу и помещается в пластиковый корпус. Такие носители были просты с точки зрения изготовления и отличались невысокой стоимостью. Первая дискета имела форм-фактор 8 дюймов и появилась в конце 60-х. Создатель - опять IBM. К 1975 году емкость достигла 1 МБ. Хотя популярность дискеты заработали благодаря выходцам из IBM, которые основали собственную компанию Shugart Associates и в 1976 году выпустили дискету формата 5.25 дюйма, емкость составляла 110 КБ. К 1984 году емкость уже составляла 1.2 МБ, а Sony подсуетилась с более компактным форм-фактором 3.5 дюйма. Такие дискеты до сих пор можно найти у многих дома.
Компания Iomega выпустила в 1980-х картриджи с магнитными дисками Bernoulli Box, емкостью 10 и 20 МБ, а в 1994 году - так называемые Zip размера 3.5 дюйма объемом 100 МБ, до конца 90-х они достаточно активно использовались, но конкурировать с компакт-дисками им было не по зубам.
Оптические носители
Оптические носители имеют форму дисков, чтение с них ведется с помощью оптического излучения, обычно лазера. Луч лазера направляется на специальный слой и отражается от него. При отражении луч модулируется мельчайшими выемками на специальном слое, при регистрации и декодировании этих изменений восстанавливается записанная на диск информация. Впервые технологию оптической записи с использованием светопропускающего носителя была разработана Дэвидом Полом Греггом в 1958 году и запатентована в 1961 и 1990 годах, а в 1969 году компания Philips создала так называемый LaserDisc , в котором свет отражался. Впервые публике LaserDisc был показан в 1972 году, а в продажу поступил в 1978. По размеру он был близок к виниловым пластинкам и предназначался для фильмов.
В семидесятых годах началась разработка оптических носителей нового образца, в результате Philips и Sony представили в 1980 году формат CD (Compact Disk), который был впервые продемонстрирован в 1980 году. В продажу компакт-диски и аппаратура поступили в 1982 году. Изначально использовались для аудио, помещалось до 74 минут. В 1984 году Philips и Sony создали стандарт CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory) для любых типов данных. Объем диска составлял 650 МБ, позже - 700 МБ. Первые диски, которые можно было записывать в домашних условиях, а не на заводе были выпущены в 1988 году и получили названиеCD-R (Compact Disc Recordable), а CD-RW, позволяющие многократную перезапись данных на диске, появились уже в 1997.
Форм-фактор не менялся, увеличивалась плотность записи. В 1996 году появился формат DVD (Digital Versatile Disc), который имел ту же форму и диаметр 12 см, а объем - 4.7 ГБ или 8.5 ГБ у двухслойного. Для работы с DVD-дисками были выпущены соответствующие приводы, обратно совместимые с CD. В последующие годы было выпущено еще несколько стандартов DVD.
В 2002 году миру были представлены два разных и несовместимых формата оптических дисков нового поколения: HD DVD и Blu-ray Disc (BD). В обоих случаях для записи и чтения данных используется голубой лазер с длинной волны 405 нм, что позволило еще увеличить плотность. HD DVD способен хранить 15 ГБ, 30 ГБ или 45 ГБ (один, два или три слоя), Blu-ray - 25, 50, 100 и 128 ГБ. Последний стал более популярен и 2008 году компания Toshiba (один из создателей) отказалась от HD DVD.
Носители информации – материал, который предназначен для записи, хранения и последующего воспроизведения информации.
Носитель информации - строго определённая часть конкретной информационной системы, служащая для промежуточного хранения или передачи информации.
Носитель информации – это физическая среда, в которой она фиксируется.
В роли носителя могут выступать бумага, фотопленка, клетки мозга, перфокарты, перфоленты, магнитные ленты и диски или ячейки памяти компьютера. Современная техника предлагает все новые и новые разновидности носителей информации. Для кодирования информации в них используются электрические, магнитные и оптические свойства материалов. Разрабатываются носители, в которых информация фиксируется даже на уровне отдельных молекул.
В современном обществе можно выделить три основных вида носителей информации:
1) Перфорационные – имеют бумажную основу, информация заносится в виде пробивок в соответствующей строке и столбце. Объем информации – 800 бит или 100 КБ;
2) Магнитные – в качестве них используются гибкие магнитные диски и кассетные магнитные ленты;
3) оптический.
К носителям информации относят:
Магнитные диски;
- магнитные барабаны - ранняя разновидность компьютерной памяти, широко использовавшаяся в 1950-1960. Изобретена Густавом Таушеком в 1932 в Австрии. В дальнейшем магнитный барабан был вытеснен памятью на магнитных сердечниках.
- дискеты - портативный магнитный носитель информации, используемый для многократной записи и хранения данных сравнительно небольшого объема. Запись и считывание осуществляется с помощью специального устройства - дисковода;
- магнитные ленты - носитель магнитной записи, представляющий собой тонкую гибкую ленту, состоящую из основы и магнитного рабочего слоя;
- оптические диски - носитель информации в виде диска с отверстием в центре, информация с которого считывается с помощью лазера. Изначально компакт-диск был создан для цифрового хранения аудио, однако в настоящее время широко используется как устройство хранения данных широкого назначения;
- flash память - разновидность твердотельной полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти. Флэш-память может быть прочитана сколько угодно раз, но писать в такую память можно лишь ограниченное число раз (обычно около 10 тысяч раз). Стирание происходит участками, поэтому нельзя изменить один бит или байт без перезаписи всего участка.
Все носители можно разделить на:
1. Человекочитаемые (документы).
2. Машиночитаемые (машинные) – для промежуточного хранения информации (диски).
3. Человекомашиночитаемые – комбинированные носители узкоспециального назначения (бланки с магнитными полосками).
Однако быстрое развитие средств вычислительной техники стерло грань между 1ой и 3ей группой – появился сканер, который позволяет вводить информацию с документов в память ЭВМ.
Все имеющиеся в настоящее время носители информации могут подразделяться по различным признакам. В первую очередь, следует различать энергозависимые и энергонезависимые накопители информации.
Энергонезависимые накопители, используемые для архивирования и сохранения массивов данных, подразделяют:
1. по виду записи:
– магнитные накопители (жесткий диск, гибкий диск, сменный диск);
– магнитно-оптические системы, называемые также МО;
– оптические, такие, как CD (Compact Disk, Read Only Memory) или DVD (Digital Versatile Disk);
2. по способам построения:
– вращающаяся пластина или диск (как у жесткого диска, гибкого диска, сменного диска, CD, DVD или MО);
– ленточные носители различных форматов;
– накопители без подвижных частей (например, Flash Card, RAM (Random Access Memory), имеющие ограниченную область применения из-за относительно небольших объемов памяти по сравнению с вышеназванными).
Если требуется быстрый доступ к информации, как, например, при выводе или передаче данных, то используются носители с вращающимся диском. Для архивирования, выполняемого периодически (Backup), наоборот, более предпочтительными являются ленточные носители. Они имеют большие объемы памяти в сочетании с невысокой ценой, правда, при относительно невысоком быстродействии.
По назначению носители информации различаются на три группы:
1. распространение информации : носители с предварительно записанной информацией, такие как CD ROM или DVD-ROM;
2. архивирование : носители для одноразовой записи информации, такие как CD-R или DVD-R (R (record able) – для записи);
3. резервирование (Backup) или передача данных : носители с возможностью многоразовой записи информации, такие как дискеты, жесткий диск, MO, CD-RW (RW (rewritable) – перезаписываемые и ленты.
Человеческая цивилизация за время своего существования нашла множество способов фиксировать информацию. С каждым годом ее объемы растут в По этой причине меняются и носители. Именно об этой эволюции и пойдет речь ниже.
Пережитки прошлого
Древнейшими памятниками человеческой деятельности можно считать наскальные рисунки, на которых изображались животные, бывшие целями охоты. Первые материальные носители информации были природного происхождения.
Настоящим прорывом можно считать появление письменности у шумеров, живших в современном Ираке и использовавших не камень, а глиняные таблички, которые обжигались после письма. Таким образом, их сохранность значительно увеличивалась. Однако скорость, с которой фиксировались знания, была крайне малой.
Также можно отметить египетский папирус, воск, шкуры, на которых впервые начали писать в Персии. В Азии использовался бамбук и шелк. Древние индейцы имели уникальную систему узелкового письма. На Руси в ходу была береста, которую и сегодня находят археологи.
Бумага
Бумажные носители информации совершили переворот, масштаб которого сложно переоценить. Несмотря на то что первые аналоги целлюлозного материала были получены китайцами еще во II веке, общедоступным он стал только в XIX столетии.
С бумагой связано и появление книг. В 1450-ых немецкий изобретатель изобрел ручной типографский станок, с помощью которого издал два экземпляра Библии. Эти события послужили точкой отсчета для новой эпохи массового книгопечатания. Именно благодаря ему знание перестало быть уделом тонкой прослойки человечества, а стало доступным для каждого желающего.
Сегодняшняя бумага бывает газетной, офсетной, мелованной и т. д. Ее выбор зависит от конкретных целей. И хотя белое полотно пользуется спросом как никогда, свое инновационное положение оно уже уступило.
Перфокарты и перфоленты
Следующий толчок в своем развитии информационные носители получили в начале XIX века, когда появились первые картонные перфокарты. В определенных местах ставились отверстия, с помощью которых считывались данные. Первоначально технология использовалась для управления
Интерес к новинке возрос после того, как в США ее стали использовать для более удобного и быстрого подсчета результатов переписи населения страны в 1890 году. Производством карт занималась компания IBM в будущем ставшая пионером компьютерных технологий. Расцвет технологии пришелся на середину XX века. Именно тогда стала распространяться систематизировавшая и обобщившая самые разные данные.
Первые машинные носители информации представляли собой также и перфоленты. Производились они из бумаги и использовались в телеграфах. Благодаря своему формату ленты позволяли легко производить ввод и вывод. Это сделало их незаменимыми вплоть до появления магнитных конкурентов.
Магнитная лента
Как бы не были хороши прежние внешние носители информации, они не могли воспроизводить то, что фиксировали. Данная проблема была решена с появлением магнитной ленты. Она представляла собой гибкую основу, покрытую несколькими слоями, на которых и записывается информация. В качестве рабочей среды выступали различные химические элементы: железо, кобальт, хром.
Магнитные носители информации сделали рывок в звукозаписи. Именно эта инновация позволила новой технологии быстро прижиться в Германии в 30-ые годы. Прежние устройства (фонографы, граммофоны, патефоны) отличались механическим характером и были не практичны. Большое распространение получили магнитофоны катушечного и кассетного типа.
В 50-ые годы были предприняты попытки использовать данные разработки как компьютерные носители информации. Магнитные ленты внедрялись в персональные компьютеры в 80-ые годы. Их популярность в целом объяснялась такими преимуществами. как большая емкость, сравнительная дешевизна производства и низкое энергопотребление.
Недостатком лент можно считать срок годности. С течением времени они размагничиваются. В лучшем случае данные сохраняются на 40 - 50 лет. Тем не менее, это не помешало формату стать популярным во всем мире. Отдельно стоит упомянуть о видеокассетах, расцвет которых пришелся на окончание XX века. Магнитные носители информации стали основой теле и радиовещания нового типа.
Жесткие диски
Тем временем развитие отрасли продолжалось. Информационные носители большого объема требовали модернизации. Первые жесткие диски или винчестеры были созданы в 1956 году силами IBM. Однако они были непрактичны. Их размер превышал ящик, а вес почти равнялся тонне. При этом объем хранимых данных не превышал 3,5 мегабайт. Однако в дальнейшем стандарт развивался, и к 1995 году была преодолена планка в 10 гигабайт. А еще через 10 лет в продаже появились модели Hitachi объемом в 500 гигабайт.
В отличие от гибких аналогов жесткие диски содержали алюминиевые пластины. Данные воспроизводятся посредством считывающих головок. Они не прикасаются к диску, а работают на расстоянии нескольких нанометров от него. Так или иначе принцип работы винчестеров похож на характеристики магнитофонов. Основная разница заключается в физических материалах, используемых для производства устройств. Жесткие диски стали основой персональных компьютеров. Со временем подобные модели стали выпускаться совмещенно вместе с накопителями, приводами и блоком электроники.
Помимо основной памяти, необходимой для содержания данных, жесткие диски обладают определенным буфером, необходимым для сглаживания скоростей чтения с устройства.
3,5-дюймовые дискеты
Одновременно с этим шло движение вперед в сфере малых форматов. Знание магнитных свойств пригодилось при создании дискет, данные с которых считывались с помощью специального дисковода. Первый подобный аналог был представлен IBM в 1971 году. Плотность записи на такие информационные носители составляла до 3 мегабайт. Основой дискеты был гибкий диск, покрывавшийся специальным слоем из ферромагнетиков.
Главное достижение - уменьшение физических размеров носителя - сделало данный формат главным на рынке на протяжении четверти века. Только в США в 80-е ежегодно производилось до 300 миллионов новых дискет.
Несмотря на массу преимуществ, новинка имела и недостатки - чувствительность к магнитному воздействию и малая емкость по сравнению с все увеличивающимися потребностями рядового пользователя компьютера.
Компакт-диски
Первым поколением оптических носителей стали компакт-диски. Их прообразом были еще грампластинки. Однако новые внешние носители информации производились из поликарбоната. Диск из этого вещества получил тончайшее покрытие из металла (золото, серебро, алюминий). Для защиты данных он покрывался специальным лаком.
Пресловутый CD был разработан силами Sony и запущен в массовое производство в 1982 году. В первую очередь формат получил бешеную популярность за счет удобной звукозаписи. Объем в несколько сот мегабайт позволил вытеснить сначала виниловые проигрыватели, а после и магнитофоны. Если первые уступали в объеме информации, то вторые отличались худшим качеством звука. Кроме того новый формат отправил в прошлое дискеты, которые не только вмещали меньше данных, но и были не слишком надежны.
Компакт-диски стали причиной революции в сфере персональных компьютеров. Со временем все гиганты отрасли (например, Apple) перешли на производство ПК вместе с дисководами, поддерживающими формат CD.
DVD и Blue-Ray
Оптические информационные носители первого поколения продержались на Олимпе хранения данных недолго. В 1996 году появился DVD, который по объему был больше своего предка в шесть раз. Новый стандарт позволил записывать видео большей длительности. Под него быстро подстроилась киноиндустрия. Фильмы на DVD стали общедоступными по всему миру. Принцип работы и кодирования информации по сравнению с компакт-дисками остался тот же.
Наконец в 2006 году был запущен новый, на сегодняшний день последний формат оптического носителя информации. Объем стал исчисляться сотнями гигабайт. Благодаря этому обеспечивается лучшее качество записи звука и видео.
Войны форматов
На протяжении последних лет участились конфликты между несовместимыми форматами хранения информации. Внешние носители разных производителей на очередном витке развития отрасли конкурируют между собой за монополию в формате.
Одним из первых подобных примеров можно назвать конфликт между фонографом Эдисона и граммофоном Берлинера в 10-е годы XX века. В дальнейшем подобные споры возникали между компакт-кассетами и 8-дорожечными аудиокассетами; VHS и Betamax; MP3 и AAC и т. д. Последней в этом ряду стала «война» между HD DVD и Blue-Ray, которая окончилась победой последнего.
Флеш-накопители
Примеры носителей информации не могут обойтись без упоминания USB-флеш-накопителей. Первый Universal Serial Bus был разработан в середине 90-х годов. На сегодняшний день существует уже третье поколение этого Шина позволяет присоединить к персональному компьютеру периферийное устройство. И хотя эта проблема существовала задолго до появления USB, решена она была только в последнее десятилетие.
Сегодня каждый компьютер обладает узнаваемым гнездом, с помощью которого к компьютеру можно подключить мобильный телефон, плеер, планшет и т. д. Быстрая передача данных любого формата сделало USB действительно универсальным инструментом.
Наибольшую популярность на основе данного интерфейса получили флеш-накопители или в просторечии флешки. Такое устройство обладает USB-разъемом, микроконтроллером, микросхемой, и светодиодом. Все эти детали сделали возможным держать в одном кармане гигабайты информации. По своему уступает даже дискетами, обладавшим объемом в 3 мегабайта. В разы увеличился объем устройств, где осуществляется хранение информации. Носители информации, напротив, имеют тенденцию к физическому уменьшению.
Универсальность разъема позволяет накопителям работать не только с персональными компьютерами, но и с телевизорами, DVD-проигрывателями и другими устройствами, обладающими технологией USB. Огромным преимуществом по сравнению с оптическими аналогами стала меньшая восприимчивость к внешнему воздействию. Флешке не страшны царапины и пыль, бывшие смертельной угрозой для CD.
Виртуальная реальность
В последние годы компьютерные носители информации уступают позиции виртуальной альтернативе. Так как сегодня легко подключить ПК к Глобально Сети, информация хранится на общих серверах. Удобства неоспоримы. Теперь чтобы получить доступ к своим файлам, пользователю вовсе не нужен физический носитель. Для взаимодействия с данными на расстоянии достаточно находиться в зоне доступа беспроводного Wi-Fi соединения и т. д.
Кроме того, данное явление помогает избежать недоразумений с выходом из строя физических накопителей, уязвимых к повреждениям. Удаленные сервера, связь с которыми поддерживается сигналом, не пострадают, а в случае непредвиденных ситуаций там существуют резервные хранилища данных.
Вывод
На протяжении всей истории - от наскальных рисунков до виртуальных бит - человек стремился сделать информационные носители объемнее, надежнее и доступнее. Это стремление привело к тому, что сегодня мы живем в эпоху, которую не без основания называют веком информационного общества. Прогресс дошел до того, что теперь люди в своей повседневной жизни просто захлебываются в потоке данных. Возможно информационные носители, виды которых все множатся, кардинально изменятся, согласно требованиям современенного человека.
ВНИМАНИЕ!Здесь приводится очень сокращённый текст реферата. Полную версию реферат по информатике можно скачать бесплатно по указанной выше ссылке.
Виды носителей информации
Носитель информации – физическая среда, непосредственно хранящая информацию. Основным носителем информации для человека является его собственная биологическая память (мозг человека). Собственную память человека можно назвать оперативной памятью. Здесь слово “оперативный” является синонимом слова “быстрый”. Заученные знания воспроизводятся человеком мгновенно. Собственную память мы еще можем назвать внутренней памятью, поскольку ее носитель – мозг – находится внутри нас.
Носитель информации - строго определённая часть конкретной информационной системы, служащая для промежуточного хранения или передачи информации.
Основа современных информационных технологий – это ЭВМ. Когда речь идет об ЭВМ, то можно говорить о носителях информации, как о внешних запоминающих устройствах (внешней памяти). Эти носители информации можно классифицировать по различным признакам, например, по типу исполнения, материалу, из которого изготовлен носитель и т.п. Один из вариантов классификация носителей информации представлен на рис. 1.1.
Список носителей информации на рис. 1.1 не является исчерпывающим. Некоторые носители информации мы рассмотрим более подробно в следующих разделах.
Ленточные носители информации
Магнитная лента - носитель магнитной записи, представляющий собой тонкую гибкую ленту, состоящую из основы и магнитного рабочего слоя. Рабочие свойства магнитной ленты характеризуются её чувствительностью при записи и искажениями сигнала в процессе записи и воспроизведения. Наиболее широко применяется многослойная магнитная лента с рабочим слоем из игольчатых частиц магнитно-твёрдых порошков гамма-окиси железа (у-Fе2О3), двуокиси хрома (СrО2) и гамма-окиси железа, модифицированной кобальтом, ориентированных обычно в направлении намагничивания при записи.
Дисковые носители информации
Дисковые носители информации относятся к машинным носителям с прямым доступом. Понятие прямой доступ означает, что ПК может «обратиться» к дорожке, на которой начинается участок с искомой информацией или куда нужно записать новую информацию .
Накопители на дисках наиболее разнообразны:
- Накопители на гибких магнитных дисках (НГМД), они же флоппи-диски, они же дискеты
- Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД), они же винчестеры (в народе просто «винты»)
- Накопители на оптических компакт-дисках:
- CD-ROM (Compact Disk ROM)
- DVD-ROM
Накопители на гибких магнитных дисках
Некоторое время назад дискеты были самым популярным средством передачи информации с компьютера на компьютер, так как интернет в те времена был большой редкостью, компьютерные сети тоже, а устройства для чтения-записи компакт дисков стоили очень дорого. Дискеты и сейчас используются, но уже достаточно редко. В основном для хранения различных ключей (например, при работе с системой клиент-банк) и для передачи различной отчетной информации государственным надзорным службам.
Дискета - портативный магнитный носитель информации, используемый для многократной записи и хранения данных сравнительно небольшого объема. Этот вид носителя был особенно распространён в 1970-х - начале 2000-х годов. Вместо термина «дискета» иногда используется аббревиатура ГМД - «гибкий магнитный диск» (соответственно, устройство для работы с дискетами называется НГМД - «накопитель на гибких магнитных дисках», жаргонный вариант - флоповод, флопик, флопарь от английского floppy-disk или вообще "печенюшка"). Обычно дискета представляет собой гибкую пластиковую пластинку, покрытую ферромагнитным слоем, отсюда английское название «floppy disk» («гибкий диск»). Эта пластинка помещается в пластмассовый корпус, защищающий магнитный слой от физических повреждений. Оболочка бывает гибкой или прочной. Запись и считывание дискет осуществляется с помощью специального устройства - дисковод (флоппи-дисковод). Дискета обычно имеет функцию защиты от записи, посредством которой можно предоставить доступ к данным только в режиме чтения. Внешний вид 3,5” дискеты представлен на рис. 1.2.
Накопители на жестких магнитных дисках
В качестве накопителей на жестких магнитных дисках широкое распространение в ПК получили накопители типа «винчестер».
Термин винчестер возник из жаргонного названия первой модели жесткого диска емкостью 16 КВ (IBM, 1973 г.), имевшего 30 дорожек по 30 секторов, что случайно совпало с калибром 30/30 известного охотничьего ружья «Винчестер».
Накопители на оптических дисках
Компакт-диск («CD», «Shape CD», «CD-ROM», «КД ПЗУ») - оптический носитель информации в виде диска с отверстием в центре, информация с которого считывается с помощью лазера. Изначально компакт-диск был создан для цифрового хранения аудио (т. н. Audio-CD), однако в настоящее время широко используется как устройство хранения данных широкого назначения (т. н. CD-ROM). Аудио-компакт-диски по формату отличаются от компакт-дисков с данными, и CD-плееры обычно могут воспроизводить только их (на компьютере, конечно, можно прочитать оба вида дисков). Встречаются диски, содержащие как аудиоинформацию, так и данные - их можно и послушать на CD-плеере, и прочитать на компьютере.
Оптические диски имеют обычно поликарбонатную или стеклянную термообработанную основу. Рабочий слой оптических дисков изготавливают в виде тончайших плёнок легкоплавких металлов (теллур) или сплавов (теллур-селен, теллур-углерод, теллур-селен-свинец и др.), органических красителей. Информационная поверхность оптических дисков покрыта миллиметровым слоем прочного прозрачного пластика (поликарбоната). В процессе записи и воспроизведения на оптических дисках роль преобразователя сигналов выполняет лазерный луч, сфокусированный на рабочем слое диска в пятно диаметром около 1 мкм. При вращении диска лазерный луч следует вдоль дорожки диска, ширина которой также близка к 1 мкм. Возможность фокусировки луча в пятно малого размера позволяет формировать на диске метки площадью 1-3 мкм. В качестве источника света используются лазеры (аргоновые, гелий-кадмиевые и др.). В результате плотность записи оказывается на несколько порядков выше предела, обеспечиваемого магнитным способом записи. Информационная ёмкость оптического диска достигает 1 Гбайт (при диаметре диска 130 мм) и 2-4 Гбайт (при диаметре 300 мм).
Широкое применение в качестве носителя информации получили также магнитооптические компакт-диски типа RW (Re Writeble). На них запись информации осуществляется магнитной головкой с одновременным использованием лазерного луча. Лазерный луч нагревает точку на диске, а электромагнит изменяет магнитную ориентацию этой точки. Считывание же производится лазерным лучом меньшей мощности.
Во второй половине 1990-х годов появились новые, весьма перспективные носители документированной информации - цифровые универсальные видеодиски DVD (Digital Versatile Disk) типа DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R с большой ёмкостью (до 17 Гбайт).
По технологии применения оптические, магнитооптические и цифровые компакт-диски делятся на 3 основных класса:
- Диски с постоянной (нестираемой) информацией (CD-ROM). Это пластиковые компакт-диски диаметром 4,72 дюйма и толщиной 0,05 дюйма. Они изготавливаются с помощью стеклянного диска-оригинала, на который наносится фоторегистрирующий слой. В этом слое лазерная система записи формирует систему питов (меток в виде микроскопических впадин), которая затем переносится на тиражируемые диски-копии. Считывание информации осуществляется также лазерным лучом в оптическом дисководе персонального компьютера. CD-ROM обычно обладают ёмкостью 650 Мбайт и используются для записи цифровых звуковых программ, программного обеспечения для ЭВМ и т.п.;
- Диски, допускающие однократную запись и многократное воспроизведение сигналов без возможности их стирания (CD-R; CD-WORM - Write-Once, Read-Many - один раз записал, много раз считал). Используются в электронных архивах и банках данных, во внешних накопителях ЭВМ. Они представляют собой основу из прозрачного материала, на которую нанесён рабочий слой;
- Реверсивные оптические диски, позволяющие многократно записывать, воспроизводить и стирать сигналы (CD-RW; CD-E). Это наиболее универсальные диски, способные заменить магнитные носители практически во всех областях применения. Они аналогичны дискам для однократной записи, но содержат рабочий слой, в котором физические процессы записи являются обратимыми. Технология изготовления таких дисков сложнее, поэтому они стоят дороже дисков для однократной записи.
Электронные носители информации
Вообще говоря, все рассмотренные ранее носители тоже косвенно связаны с электроникой. Однако имеется вид носителей, где информации хранится не на магнитных/оптических дисках, а в микросхемах памяти. Эти микросхемы выполнены по FLASH-технологии, поэтому такие устройства иногда называют FLASH-дисками (в народе просто «флэшка»). Микросхема, как можно догадаться, диском не является. Однако операционные системы носители информации с FLASH-памятью определяют как диск (для удобства пользователя), поэтому название «диск» имеет право на существование.
Флэш-память (англ. Flash-Memory) - разновидность твердотельной полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти. Флэш-память может быть прочитана сколько угодно раз, но писать в такую память можно лишь ограниченное число раз (обычно около 10 тысяч раз). Несмотря на то, что такое ограничение есть, 10 тысяч циклов перезаписи - это намного больше, чем способна выдержать дискета или CD-RW. Стирание происходит участками, поэтому нельзя изменить один бит или байт без перезаписи всего участка (это ограничение относится к самому популярному на сегодня типу флэш-памяти - NAND). Преимуществом флэш-памяти над обычной является её энергонезависимость - при выключении энергии содержимое памяти сохраняется. Преимуществом флэш-памяти над жёсткими дисками, CD-ROM-ами, DVD является отсутствие движущихся частей. Поэтому флэш-память более компактна, дешева (с учётом стоимости устройств чтения-записи) и обеспечивает более быстрый доступ.
Хранение информации
Хранение информации - это способ распространения информации в пространстве и времени. Способ хранения информации зависит от ее носителя (книга - библиотека, картина - музей, фотография - альбом). Этот процесс такой же древний, как и жизнь человеческой цивилизации. Уже в древности человек столкнулся с необходимостью хранения информации: зарубки на деревьях, чтобы не заблудиться во время охоты; счет предметов с помощью камешков, узелков; изображение животных и эпизодов охоты на стенах пещер.
ЭВМ предназначена для компактного хранения информации с возможностью быстрого доступа к ней.
Информационная система - это хранилище информации, снабженное процедурами ввода, поиска и размещения и выдачи информации. Наличие таких процедур - главная особенность информационных систем, отличающих их от простых скоплений информационных материалов.
От информации к данным
Человек по-разному подходит к хранению информации. Все зависит от того сколько ее и как долго ее нужно хранить. Если информации немного ее можно запомнить в уме. Нетрудно запомнить имя своего друга и его фамилию. А если нужно запомнить его номер телефона и домашний адрес мы пользуемся записной книжкой. Когда информация запомнена (сохранена) ее называют данные.
Данные в компьютере имеют различное назначение. Некоторые из них нужны только в течение короткого периода, другие должны храниться длительное время. Вообще говоря, в компьютере есть довольно много «хитрых» устройств, которые предназначены для хранения информации. Например, регистры процессора, регистровая КЭШ-память и т.п. Но большинство «простых смертных» даже не слышали таких «страшных» слов. Поэтому мы ограничимся рассмотрением оперативной памяти (ОЗУ) и постоянной памяти, к которой относятся уже рассмотренные нами носители информации.
Оперативная память компьютера
Как уже было сказано, в компьютере тоже есть несколько средств для хранения информации. Самый быстрый способ запомнить данные - это записать их в электронные микросхемы. Такая память называется оперативной памятью. Оперативная память состоит из ячеек. В каждой ячейке может храниться один байт данных.
У каждой ячейки есть свои адрес. Можно считать, что это как бы номер ячейки, поэтому такие ячейки еще называют адресными ячейками. Когда компьютер отправляет данные на хранение в оперативную память, он запоминает адреса, в которые эти данные помещены. Обращаясь к адресной ячейке, компьютер находит в ней байт данных.
Регенерация оперативной памяти
Адресная ячейка оперативной памяти хранит один байт, а поскольку байт состоит из восьми битов, то в ней есть восемь битовых ячеек. Каждая битовая ячейка микросхемы оперативной памяти хранит электрический заряд.
Заряды не могут храниться в ячейках долго - они «стекают». Всего за несколько десятых долей секунды заряд в ячейке уменьшается настолько, что данные утрачиваются.
Дисковая память
Для постоянного хранения данных используют носители информации (см. раздел «Виды носителей информации»). Компакт диски и дискеты имеют относительно небольшое быстродействие, поэтому большая часть информации, к которой необходим постоянный доступ, хранится на жестком диске. Вся информация на диске хранится в виде файлов. Для управления доступом к информации существует файловая система. Имеется несколько типов файловых систем.
Структура данных на диске
Чтобы данные можно было не только записать на жесткий диск, а потом еще и прочитать, надо точно знать, что и куда было записано. У всех данных должен быть адрес. У каждой книги в библиотеке есть свой зал, стеллаж, полка и инвентарный номер - это как бы ее адрес. По такому адресу книгу можно найти. Все данные, которые записываются на жесткий диск, тоже должны иметь адрес, иначе их не разыскать.
Файловые системы
Стоит отметить, что структура данных на диске зависит от типа файловой системы. Все файловые системы состоят из структур, необходимых для хранения и управления данными. Эти структуры обычно включают загрузочную запись операционной системы, каталоги и файлы. Файловая система также исполняет три главных функции:
- Отслеживание занятого и свободного места
- Поддержка имен каталогов и файлов
- Отслеживание физического местоположения каждого файла на диске.
- FAT (File Allocation Table)
- FAT32 (File Allocation Table 32)
- NTFS (New Technology File System)
- HPFS (High Performance File System)
- NetWare File System
- Linux Ext2 и Linux Swap
FAT
Файловая система FAT используется DOS, Windows 3.x и Windows 95. Файловая система FAT также доступна в Windows 98/Me/NT/2000 и OS/2.
Файловая система FAT реализуется при помощи File Allocation Table (FAT - Таблицы Распределения Файлов) и кластеров. FAT - сердце файловой системы. Для безопасности FAT имеет дубликат, чтобы защитить ее данные от случайного стирания или неисправности. Кластер - самая маленькая единица системы FAT для хранения данных. Один кластер состоит из фиксированного числа секторов диска. В FAT записано, какие кластеры используются, какие являются свободными, и где файлы расположены в пределах кластеров.
FAT-32
FAT32 - файловая система, которая может использоваться Windows 95 OEM Service Release 2 (версия 4.00.950B), Windows 98, Windows Me и Windows 2000. Однако, DOS, Windows 3.x, Windows NT 3.51/4.0, более ранние версии Windows 95 и OS/2 не распознают FAT32 и не могут загружать или использовать файлы на диске или разделе FAT32.
FAT32 - развитие файловой системы FAT. Она основана на 32-битовой таблице распределения файлов, более быстрой, чем 16-битовые таблицы, используемые системой FAT. В результате, FAT32 поддерживает диски или разделы намного большего размера (до 2 ТБ).
NTFS
NTFS (Новая Технология Файловой Системы) доступна только Windows NT/2000. NTFS не рекомендуется использовать на дисках размером менее 400 МБ, потому что она требует много места для структур системы.
Центральная структура файловой системы NTFS - это MFT (Master File Table). NTFS сохраняет множество копий критической части таблицы для защиты от неполадок и потери данных.
HPFS
HPFS (Файловая система с высокой производительностью) - привилегированная файловая система для OS/2, которая также поддерживается старшими версиями Windows NT.
В отличие от файловых систем FAT, HPFS сортирует свои каталоги, основываясь на именах файлов. HPFS также использует более эффективную структуру для организации каталога. В результате доступ к файлу часто быстрее и место используется более эффективно, чем с файловой системой FAT.
HPFS распределяет данные файла в секторах, а не в кластерах. Чтобы сохранить дорожку, которая имеет секторы или не используется, HPFS организовывает диск или раздел в виде групп по 8 МБ. Такое группирование улучшает производительность, потому что головки чтения/записи не должны возвращаться на нулевую дорожку каждый раз, когда ОС нуждается в доступе к информации о доступном месте или местоположении необходимого файла.
NetWare File System
Операционная система Novell NetWare использует файловую систему NetWare, которая была разработана специально для использования службами NetWare.
Linux Ext2 и Linux Swap
Файловые системы Linux Ext2 и Linux были разработаны для ОС Linux OS (Версия UNIX для свободно распространения). Файловая система Linux Ext2 поддерживает диск или раздел с максимальным размером 4 ТБ.
Каталоги и путь к файлу
Рассмотрим для примера структуру дискового пространства системы FAT, как самой простой.
Информационная структура дискового пространства - это внешнее представление дискового пространства, ориентированное на пользователя и определяемое такими элементами, как том (логический диск), каталог (папка, директория) и файл. Эти элементы используются при общении пользователя с операционной системой. Общение осуществляется с помощью команд, выполняющих операции доступа к файлам и каталогам.
Источники информации
- Информатика: Учебник. – 3-е перераб. изд. / Под ред. Н.В. Макаровой. – М.: Финансы и статистика, 2002. – 768 с.: ил.
- Волк В.К. Исследование функциональной структуры памяти персонального компьютера. Лабораторный практикум. Учебное пособие. Издательство Курганского государственного университета, 2004 г. – 72 с.
Введение…………………………………………………………………………...3
Носители информации……………………………………………………………4
Кодирование и считывание информации..………………………………………9
Перспективы развития…………………….…………………………………….15
Заключение……………………………………………………………………….18
Литература.………………………………………………………………………19
Введение
В 1945 г. Джон фон Нейман (1903-1957), американский ученый, выдвинул идею использования внешних запоминающих устройств для хранения программ и данных. Нейман разработал структурную принципиальную схему компьютера. Схеме Неймана соответствуют и все современные компьютеры.
Внешняя память предназначена для долговременного хранения программ и данных. Устройства внешней памяти (накопители) являются энергонезависимыми, выключение питания не приводит к потере данных. Они могут быть встроены в системный блок или выполнены в виде самостоятельных блоков, связанных с системным через его порты. По способу записи и чтения накопители делятся, в зависимости от вида носителя, на магнитные, оптические и магнитооптические.
Кодирование информации – это процесс формирования определенного представления информации. Компьютер может обрабатывать только информацию, представленную в числовой форме. Вся другая информация (например, звуки, изображения, показания приборов и т. д.) для обработки на компьютере должна быть преобразована в числовую форму. Как правило, все числа в компьютере представляются с помощью нулей и единиц (а не десяти цифр, как это привычно для людей). Иными словами, компьютеры обычно работают в двоичной системе счисления, поскольку при этом устройства для их обработки получаются значительно более простыми.
Считывание информации – извлечение информации, хранящейся в запоминающем устройстве (ЗУ), и передача её в др. устройства вычислительной машины. Считывание информации производится при выполнении большинства машинных операций, а иногда является самостоятельной операцией.
В ходе реферата рассмотрим основные типы носителей информации, кодирования и считывания информации, а также перспективы развития.
Носители информации
Исторически первыми носителями информации были перфоленточные и перфокарточные устройства ввода-вывода. Вслед за ними пришли внешние записывающие устройства в виде магнитных лент, сменных и постоянных магнитных дисков и магнитных барабанов.
Магнитные ленты хранят и используют намотанными на катушки. Выделялись катушки двух видов: подающие и принимающие. Ленты поставляются пользователям на подающих катушках и не требуют дополнительной перемотки при установке их в накопители. Лента на катушку наматывается рабочим слоем внутрь. Магнитные ленты относятся к накопителям непрямого доступа. Это значит, что время поиска любой записи зависит от ее местоположения на носителе, так как физическая запись не имеет своего адреса и чтобы её просмотреть необходимо просмотреть предыдущие. К запоминающим устройствам прямого доступа относятся магнитные диски и магнитные барабаны. Основная особенность их заключается в том, что время поиска любой записи не зависит от ее местоположения на носителе. Каждая физическая запись на носителе имеет адрес, по которому обеспечивается непосредственный доступ к ней, минуя остальные записи. Следующим видом записывающих устройств стали пакеты сменных магнитных дисков, состоящие из шести алюминиевых дисков. Ёмкость всего пакета составляла 7,25 Мбайт.
Рассмотрим более подробно современные носители информации.
1. Накопитель на гибких магнитных дисках (НГМД – дисковод).
Это устройство использует в качестве носителя информации гибкие магнитные диски – дискеты, которые могут быть 5-ти или 3-х дюймовыми. Дискета – это магнитный диск вроде пластинки, помещенный в «конверт». В зависимости от размера дискеты изменяется ее емкость в байтах. Если на стандартную дискету размером 5’25 дюйма помещается до 720 Кбайт информации, то на дискету 3’5 дюйма уже 1,44 Мбайта. Дискеты универсальны, подходят на любой компьютер того же класса оснащенный дисководом, могут служить для хранения, накопления, распространения и обработки информации. Дисковод – устройство параллельного доступа, поэтому все файлы одинаково легко доступны. Диск покрывается сверху специальным магнитным слоем, который обеспечивает хранение данных. Информация записывается с двух сторон диска по дорожкам, которые представляют собой концентрические окружности. Каждая дорожка разделяется на секторы. Плотность записи данных зависит от плотности нанесения дорожек на поверхность, т. е. числа дорожек на поверхности диска, а также от плотности записи информации вдоль дорожки. К недостаткам относятся маленькая емкость, что делает практически невозможным долгосрочное хранение больших объемов информации, и не очень высокая надежность самих дискет. В настоящее време дискеты практически не используются.
2. Накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД – винчестер)
Является логическим продолжением развития технологии магнитного хранения информации. Основные достоинства:
– большая емкость;
– простота и надежность использования;
– возможность обращаться к множеству файлов одновременно;
– высокая скорость доступа к данным.
Из недостатков можно выделить лишь отсутствие съемных носителей информации, хотя в настоящее время используются внешние винчестеры и системы резервного копирования.
В компьютере предусмотрена возможность с помощью специальной системной программы условно разбивать один диск на несколько. Такие диски, которые не существуют как отдельное физическое устройство, а представляют лишь часть одного физического диска, называются логическими дисками. Логическим дискам присваиваются имена, в качестве которых используются буквы латинского алфавита [С:], , [Е:], и т. д.
3. Устройство чтения компакт-дисков (CD-ROM)
В этих устройствах используется принцип считывания сфокусированным лазерным лучом бороздок на металлизированном несущем слое компакт-диска. Этот принцип позволяет достичь высокой плотности записи информации, а, следовательно, и большой емкости при минимальных размерах. Компакт-диск является отличным средством хранения информации, он дешевый, практически не подвержен каким-либо влияниям среды, информация, записанная на нем не исказится и не сотрется, пока диск не будет уничтожен физически, его ёмкость 650 Мбайт. Имеет только один недостаток – сравнительно небольшой объём хранения информации.
4. DVD
А) Отличия DVD от обычных CD-ROM
Самое основное отличие – это, естественно, объем записываемой информации. Если на обычный CD-диск можно записать 650 Мб (хотя в последнее время встречаются болванки и на 800 Мб, но далеко не все приводы смогут прочитать то, что записано на таком носителе), то на один DVD-диск влезет от 4,7 до 17 Гб. В DVD используется лазер с меньшей длиной волны, что позволило существенно увеличить плотность записи, а кроме того, DVD подразумевает возможность двухслойной записи информации, то есть на поверхности компакта находится один слой, поверх которого наносится еще один, полупрозрачный, и первый считывается сквозь второй параллельно. В самих носителях тоже отличий больше, чем кажется на первый взгляд. Из-за того, что плотность записи существенно возросла, а длина волны стала меньше, изменились и требования к защитному слою – для DVD он составляет 0,6 мм против 1,2 мм у обычных CD. Естественно, что диск такой толщины будет значительно более хрупким, по сравнению с классической болванкой. Поэтому еще 0,6 мм обычно заливаются пластиком с двух сторон, чтобы получились те же 1,2 мм. Но самый главный бонус такого защитного слоя в том, что благодаря его малому размеру на одном компакте стало возможным записывать информацию с двух сторон, то есть удваивать его емкость, при этом оставляя размеры практически прежними.
Б) Емкость DVD
Существует пять разновидностей DVD-дисков:
1. DVD5 – однослойный односторонний диск, 4,7 Гб, или два часа видео;
2. DVD9 – двухслойный односторонний диск, 8,5 Гб, или четыре часа видео;
3. DVD10 – однослойный двухсторонний диск, 9,4 Гб, или 4,5 часа видео;
4. DVD14 – двухсторонний диск, два слоя на одной и один на другой стороне, 13,24 Гб, или 6,5 часов видео;
5. DVD18 – двухслойный двухсторонний диск, 17 Гб, или более восьми часов видео.
Самые популярные стандарты – DVD5 и DVD9.
В) Возможности
Ситуация с DVD-носителями сейчас напоминает аналогичную с CD, на которых долгое время тоже хранили только музыку. Сейчас можно встретить не только фильмы, но и музыку (так называемые DVD-Audio) и сборники софта, и игры, и фильмы. Естественно, что основной областью использования является кинопродукция.
Г) Звук в DVD
Звуковое сопровождение может быть закодировано во многих форматах. Самые известные и часто используемые – Dolby Prologic, DTS и Dolby Digital всех версий. То есть фактически в форматах, используемых в кинотеатрах для получения максимально точной и красочной звуковой картины.
Д) Механические повреждения
К механическим повреждениям диски CD и DVD одинаково чувствительны. То есть царапина есть царапина. Однако из-за гораздо более высокой плотности записи потери на DVD-диске будут более значительными. Сейчас существуют программы, которые могут восстанавливать информацию даже с поврежденных дисков, правда с пропуском повреждённых секторов.
Быстрорастущий рынок портативных жестких дисков, предназначенных для транспортировки больших объемов данных, привлек к себе внимание одного из самых крупных производителей винчестеров. Компания Western Digital объявила о выпуске сразу двух моделей устройств под названием WD Passport Portable Drive. В продажу поступили варианты емкостью 40 и 80 Гб. Портативные устройства WD Passport Portable Drive основаны на 2,5-дюймовых HDD WD Scorpio EIDE. Они упакованы в прочный корпус, оборудованы поддержкой технологии Data Lifeguard, и не нуждаются в дополнительном источнике питания (питание через USB). Производитель отмечает, что накопители не греются, работают тихо и потребляют мало энергии.
