Хранение информации

Реферат

на тему:

Хранение  информации

Студента 3 курса

Шрам Сергея

Славянск

2003 

2. Хранение информации  

Компьютер, программа, интерфейс  

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

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

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

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

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

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

Состав  компьютерной системы

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

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

• системный  блок (в нем хранятся внутренние устройства);

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

• клавиатура (служит для ввода символов и команд);

• манипулятор  «мышь» (предназначен для ввода команд).

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

От  информации к данным

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

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

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

Оперативная память компьютера

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

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

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

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

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

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

Регенерация оперативной памяти

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

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

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

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

Память  на магнитных дисках

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

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

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

Структура данных на магнитном  диске

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

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

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

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

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

Размещение  файлов на жестком  диске

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

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