Файл: Сравнительный анализ способов и устройств хранения информации..pdf

Современную эпоху зачастую характеризуют как век информации и информационных технологий. Однако мало информацию получить, нужно ее еще и сохранить с целью передачи ее другим людям, организациям, потомкам. Одним из первых способов сохранения информации были наскальные рисунки, надписи на камнях, берестяные грамоты, затем появились книги. От наскальных рисунков и книг человечество шагнула далеко вперед, выбрав для себя в качестве основного источника хранения и сохранения информации для потомков, так называемые электронные носители. Все больше и больше в мире организаций занимающихся сохранением информации создают и переносят свои информационные базы на электронные носители.

Глава 1. Этапы развития носителей информации

Современное человечество живет и развивается в период глобальных перемен и информационных открытий. Научный прогресс, несомненно, играет свою не последнюю роль в этих масштабных переменах, но первой и значимой все же является нарастание мощи, многократное увеличение вычислительных способностей процессора, которое само по себе является наиболее технологичным. Скорость, с которой происходят технические изменения в развитии мира, увеличивается с каждым днем.

Технический прогресс всегда быстрее отображался именно в сфере информационных технологий. Способы сбора, хранения, систематизации, распространения информации играют важнейшую роль в истории человечества. Прорывы в разных областях и сферах деятельности, так или иначе, отзывались на ИТ.

В конце прошлого века произошел настоящий прорыв в этой сфере. До середины XIX века, основными способами для записи информации являлись письмо и живопись.

Прошлый век стал переломным, как для способов регистрации, так и хранения аналоговых данных, это стало следствием появления революционных материалов и методов записи информации, которым предстояло изменить ИТ-мир. Одной из главных новинок стала технология записи звука. Изобретение фонографа Томасом Эдисоном породило существование сначала цилиндров, с нанесенными на них бороздами, а в скором и пластинок — первых прообразов оптических дисков.

Последним и, пожалуй, наиболее эффективным носителем данных, наносимых и читаемых аналоговыми методами, стала магнитная лента. Лента фактически единственный носитель, который успешно пережил аналоговую эру. Сама технология записи информации способом намагничивания, была запатентована еще в конце ХIХ века датским физиком Вольдемаром Поультсеном, но, к сожалению, тогда она широкого распространения не приобрела. Одним из наиболее широко используемых форматов стала лента, состоящая из гибкой основы, на которую наносилась одна из окисей метала (железо, хром, кобальт). Качество звучания зависело от многих параметров, как самой ленты, так и считывающей ее аппаратуры, но в общем при правильном сочетании этих самых параметров на магнитную ленту удавалось делать высококачественные студийные записи. Более высокое качество звучания добивались использованием большего объема ленты для записи единицы времени звука. Не долгой, но очень яркой была жизнь видео кассет, в которых использовался все тот же принцип регистрации аналогового сигнала на магнитную ленту. Ко времени промышленного использования этой технологии плотность записи на магнитную ленту кардинально возросла.

Появление и повсеместное внедрение цифры (бинарного кодирования) целиком и полностью обязано ХХ веку. Хотя сама философия кодирования двоичным кодом 1 / 0, Да / Нет, так или иначе витала среди человечества в разные времена и на разных континентах, окончательно материализовалась она именно в 1937 году. Студент Массачусетского Технологического Университета – Клод Шаннон, базируясь на работах великого британского (ирландского) математика Георга Буле, применил принципы Буленовской алгебры к электрическим цепям, что фактически и стало отправной точкой для кибернетики в том виде, в котором мы знаем ее сейчас.

За 80 лет, как аппаратная, так и программная составная цифровых технологий претерпели огромное количество серьезных изменений, как и носители информации. Начиная от сверх неэффективных – бумажных носителей цифровых данных, мы пришли к сверх эффективным – твердо тельным хранилищам. Так вторая половина прошлого века прошла под знаменем экспериментов и поиска новых форм носителей, что можно назвать всеобщим бардаком формата.

Перфокарты стали, первой ступенькой на пути взаимодействия ЭВМ и человека. Они использовались довольно долго, порою даже сейчас этот носитель можно встретить в специфических НИИ на территории СНГ. Одним из самых распространенных форматом перфокарт, был формат IBM введен еще в 1928 году. Этот формат стал базовым и для советской промышленности. Габариты такой перфокарты по ГОСТу составляли 18.74 х 8.25 см. Вмещалось на перфокарту не более 80 байт, на 1 см2 приходилось всего 0.52 байта. В таком исчислении, для примера, 1 Гигабайт данных был бы равен примерно 861.52 Гектарам перфокарт, а вес одного такого Гигабайта составлял чуть менее 22 тонн.

Магнитные ленты. В 1951 году были выпущены первые образцы носителей данных базирующихся на технологии импульсного намагничивания ленты специально для регистрации на нее «цифры». Такая технология позволяла вносить на один сантиметр полудюймовой металлической ленты до 50 символов. В дальнейшем технология серьезно усовершенствовалась, позволяя во много крат увеличивать количество единичных значений на единицу площади, а также как можно более удешевлять материал самого носителя.

Грамм запись. Наиболее удивительный метод хранения цифровых данных, но лишь на первый взгляд. Суть задумки (запись действующей программы на тонкий слой винила) состояла в том, чтоб максимально удешевить носитель информации.

Современные виды носителей.

Включают в себя:

- Винчестеры.

Первый винчестер был представлен компанией IBM в 1956 году, модель IBM 350 шла в комплекте с первым массовым компьютером компании. Технология записи данных была, производной от грамзаписи и магнитных лент. Диски, располагаемые внутри корпуса, хранили на себе множество магнитных импульсов, которые вносились на них и считывались специальной подвижной головкой регистратора. В каждый момент времени регистраторы перемещались по площади каждого из дисков, получая доступ к необходимой ячейке, что несла в себе магнитный вектор определенной направленности. На данный момент вышеупомянутая технология также жива и более того активно развивается. Менее года назад компания Western Digital выпустила первый в мире «винчестер» объемом в 10 Тбайт. В середине корпуса разместилось 7 пластин, а вместо воздуха в середину его был закачан гелий.

- Оптические диски.

Обязаны своим появлением партнерству двух корпораций Sony и Philips. Оптический диск был презентован в 1982 году, как цифровая альтернатива аналоговым аудио носителям. Технология процесса нанесения и считывания информации весьма проста. На зеркальной поверхности диска выжигаются углубления, которые при считывании информации оптическим лазером, регистрируются как 1 / 0.

- Твердотельные накопители, флэш память, SD карты.

Разработанный еще в 1950-х годах принцип записи данных на основе регистрации электрического заряда в изолированной области полупроводниковой структуры. Звездный час для твердотельных накопителей настал с конца 80-х, когда размеры полупроводников начали достигать приемлемых размеров. Японская Toshiba в 1989 году презентовала абсолютно новый тип памяти «Flash», от слова «Вспышка». Небывалая ранее скорость доступа к данным, довольно ограниченное количество циклов перезаписи и необходимость присутствия внутреннего источника питания для некоторых из такого рода носителей.

О современных видах носителей более подробно в следующей главе.

Глава 2. Современные устройства хранения информации

2.1 Внутренняя память

Оперативная память (ОП) предназначена для временного хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами. Это энергозависимая память. Физически реализуется в модулях ОЗУ (оперативных запоминающих устройствах) различного типа. При выключении электропитания вся информация в оперативной памяти исчезает.

Объём хранящейся информации в ОЗУ составляет от 32 до 8 Гбайт. Добавление информации в память и её извлечение, производится по индивидуальным адресам. Каждый байт ОП имеет свой порядковый номер (индивидуальный адрес). Адрес – число, которое идентифицирует ячейки памяти (регистры). ОП состоит из большого количества ячеек, в каждой из которых хранится определенный объем информации. ОП непосредственно связана с процессором. Возможности ПК во многом зависят от объёма ОП, т.к. больший объем ОП позволяет хранить больше рабочих данных.

По способу хранения информации оперативная память делится на статическую (SRAM – Static RAM) и динамическую (DRAM – Dynamic RAM).

В качестве основной оперативной памяти компьютера используют микросхемы динамической памяти. В качестве вспомогательной памяти (кэш-памяти), предназначенной для оптимизации работы процессора используют микросхемы статической памяти.

ОП в компьютере размещается на стандартных панельках, называемых модулями. Модули ОП вставляют в соответствующие разъемы на материнской плате.

Кеш память - очень быстрая память малого объема служит для увеличения производительности компьютера, согласования работы устройств различной скорости.

Специальная - постоянная, Flash, видеопамять и тд.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) – энергонезависимая память для хранения программ управления работой и тестирования устройств ПК. Наиважнейшая микросхема ПЗУ – модуль BIOS (Basic Input Output System – базовая система ввода - вывода), в котором хранятся программы автоматического тестирования устройств после включения компьютера и загрузки ОС в оперативную память. Это неразрушимая память, которая не изменяется при выключении питания. В момент включения компьютера в его оперативной памяти нет ничего – ни данных, ни программ, поскольку оперативная память не может ничего хранить без подзарядки ячеек более сотых долей секунды, но процессору нужны команды, в том числе и в первый момент после включения.

Поэтому сразу после включения на адресной шине процессора выставляется стартовый адрес. Это происходит аппаратно, без участия программ (всегда одинаково). Процессор обращается по выставленному адресу за своей первой командой и далее начинает работать по программам.

Этот начальный адрес не может указывать на оперативную память, в которой пока ничего нет. Он указывает на иной тип памяти – постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Микросхема ПЗУ способна долгое время хранить информацию, даже когда компьютер находится в выключенном состоянии. Программы, находящиеся в ПЗУ, называют «зашитыми» – их записывают туда на этапе изготовления микросхемы.

Комплект программ, находящихся в ПЗУ, образует базовую систему ввода-вывода (BIOS – Basic Input Output System). Основное назначение программ этого пакета состоит в том, чтобы проверить состав и работоспособность компьютера и обеспечить правильную работу с клавиатурой, монитором, жестким диском и дисководом гибких дисков. Программы, входящие в BIOS, позволяют нам наблюдать на экране диагностические сообщения, сопровождающие запуск компьютера, а также вмешиваться по ходу запуска с помощью клавиатуры.

В микросхеме CMOS хранятся данные о гибких и жестких дисках, о процессоре, о некоторых других устройствах материнской платы. Четкое отслеживание компьютером времени и календаря (даже и в выключенном состоянии), связано с тем, что показания системных часов постоянно хранятся и изменяются в CMOS.

Таким образом, программы, записанные в BIOS, считывают данные о составе оборудования компьютера из микросхемы CMOS, после чего они могут выполнить обращение к жесткому диску, а в случае необходимости и к гибкому, и передать управление тем программам, которые там записаны.

Перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory) – энергонезависимая память, допускающая многократную перезапись своего содержимого

Видеопамять – запоминающее устройство, расположенное на плате управления дисплеем и предназначенное для хранения текстовой и графической информации, отображаемой на экране. Содержимое этой памяти сразу доступно двум устройствам – процессору и дисплею, что позволяет изменять изображение на экране одновременно с обновлением видеоданных в памяти.

2.2 Внешняя память

Внешняя память - это память, которая предназначается для длительного хранения программ и данных. Целостность содержимого ВЗУ - энергонезависимая.

Дисковод (накопитель) - устройство записи - считывания информации. Данные накопители имеют собственное имя – буква латинского алфавита, за которой следует двоеточие. Для подключения к компьютеру одного или несколько дисководов и управления их работой нужен специальный Дисковый контроллер

Носитель информации (носитель записи) – материальный объект, способный хранить информацию. Информация записывается на носитель посредством изменения физических, химических и механических свойств запоминающей среды.

По типу доступа к информации внешнюю память делят на два класса:

Устройства прямого (произвольного) доступа – время обращения к информации не зависит от места её расположения на носителе;