информатика. Тема 2.3. 2. Информация и информационные процессы Хранение информационных объектов

• Название: 2. Информация и информационные процессы Хранение информационных объектов
• Анкор: информатика
• Дата: 10.03.2022
• Размер: 1.97 Mb.
• Имя файла: Тема 2.3.docx
• Тип: Документы; #389749

ИНФОРМАТИКА (1 курс), 2021

2. Информация и информационные процессы

2.3. Хранение информационных объектов

1. 
   Хранение информационных объектов различных видов на различных цифровых носителях.
   
2. 
   Определение объемов различных носителей информации.
   
3. 
   Архив информации.
   

1. Хранение информационных объектов различных видов на различных цифровых носителях

У каждого человека есть, условно говоря, три уровня памяти. Во-первых, это быстрая (оперативная) память. Любая обработка информации в мозге человека начинается с ее получения. Быстрая память не требует запоминания, а лишь поступления информации в нее: например, реакция пешехода на неожиданное препятствие, наша реакция на звонок телефона и пр. Память позволяет на основе поступившей информации принять решение и выполнить действия. Точно так же обстоит дело и с компьютером. Компьютер только тогда может осуществлять процесс обработки информации, когда она находится в его оперативной памяти.

Во-вторых, у каждого из нас есть под рукой записные книжки, органайзеры, мобильные телефоны, которые хранят номера телефонов, адреса знакомых. Эта информация находится у нас «под рукой», и мы в любой момент можем ею воспользоваться. Такие носители информации называются внешними. Для компьютера это в первую очередь диски [13]. Краткая характеристика основных современных носителей информации представлены в таблице 2.43¹.
Таблица 2.43. Современные внешние носители информации

Цифровой носитель	Год появления	Объем памяти	Краткая характеристика
Магнитные накопители
Жесткий диск (накопитель на жестких магнитных дисках (НЖМД), hard disk drive (HDD, HMDD), винчестер)	Первый в 1956 году (IBM 350) Первый 14-дюймовый НЖМД появился в 1973 г. (IBM, модель 3340)	В 2014 году Western Digital выпустила первый в мире диск на 10 ТБ с гелием вместо воздуха. Имеет 7 пластин. Наиболее распространены 500 Гб-2Тб	Запоминающее устройство (устройство хранения информации) произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров. Информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома – магнитные диски. В НЖМД используется одна или несколько пластин на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующейся у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках около 10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной («парковочной») зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков. Данный носитель информации обычно совмещают с накопителем, приводом и блоком электроники. Такие жёсткие диски часто используются в качестве несъёмного носителя информации [1].
Внешний жесткий диск	В 2009 году Samsung выпустила первые жёсткие диски с интерфейсом USB 2.0	2,5″ – объем около 500Гб – 1Тб, 3,5″ вмещают 4Тб и больше	Это переносной накопитель информации, который присоединяется к компьютеру через USB порт. С его помощью вы сможете переносить большие объемы информации с компьютера и удобно сохранять их. При этом, вам не придется открывать крышку компьютера и подключать диск к внутренним разъемам, достаточно воспользоваться проводом и подключиться к USB. Состоит он из двух частей: непосредственно самого жесткого диска и бокса (коробки, в который помещается диск). Диаметр может быть либо 2,5 дюйма, либо 3,5 дюйма [58].
Оптические накопители
CD-диск (compact disk, компакт-диск)	Разработан и представлен в 1980 году компаниями Philips и Sony	650 – 900 Мбайт (наиболее распространены объемом 700 Мбайт)	Оптический носитель информации в виде пластикового диска с отверстием в центре, процесс записи и считывания информации которого осуществляется при помощи лазера. Дальнейшим развитием компакт-дисков стали DVD и Blu-ray, прообразом была граммофонная пластинка. Изначально компакт-диск был создан для хранения аудиозаписей в цифровом виде (известен как CD-Audio), однако в дальнейшем стал широко использоваться как носитель для хранения любых данных (файлов) в двоичном виде (т.н. CD-ROM – англ. Compact Disc Read Only Memory, компакт-диск с возможностью только чтения, или КД-ПЗУ – «Компакт-диск, постоянное запоминающее устройство»). В дальнейшем появились компакт-диски с возможностью не только чтения однократно занесённой на них информации, но и записи (CD-R – англ. Compact Disc-Recordable, записываемый компакт-диск) и перезаписи (CD-RW – англ. Compact Disc-ReWritable, перезаписываемый компакт-диск) [1].
DVD-диск (ди-ви-ди́, англ. Digital Versatile Disc – цифровой многоцелевой диск; также англ. Digital Video Disc – цифровой видеодиск)	В ноябре 1996 года в Японии. В марте 1997 года они появились в США и СНГ	4,7 – 8,5 ГБайт	Носитель информации, выполненный в форме диска, имеющего такой же размер, как и компакт-диск, но более плотную структуру рабочей поверхности, что позволяет хранить и считывать больший объём информации за счёт использования лазера с меньшей длиной волны и линзы с большей числовой апертурой2. Для считывания и записи DVD используется красный лазер с длиной волны 650 нм. Шаг дорожки – 0,74 мкм, это более чем в два раза меньше, чем у компакт-диска [1]. Различают также DVD-R (записываемые диски) и DVD-RW (перезаписываемые диски).
Blu-ray диск (BD) (англ. blue ray – синий луч и disc – диск; написание blu вместо blue — намеренное)	Первый прототип – октябрь 2000 г. Современный вариант – январь 2006 г.	Стандарт 25 – 50 Гбайт Мини 7,8 – 15,6 Гбайт	Формат оптического носителя, используемый для записи с повышенной плотностью хранения цифровых данных, включая видео высокой чёткости. Стандарт Blu-ray был совместно разработан консорциумом BDA3. Blu-ray (букв. «синий луч») получил своё название от использования для записи и чтения коротковолнового (405 нм) «синего» (технически сине-фиолетового) лазера. Буква «e» была намеренно исключена из слова «blue», чтобы получить возможность зарегистрировать товарный знак, так как выражение «blue ray» является часто используемым и не может быть зарегистрировано как товарный знак. С момента появления формата в 2006 году и до начала 2008 года у Blu-ray существовал серьёзный конкурент – альтернативный формат HD DVD. В течение двух лет многие крупнейшие киностудии, которые изначально поддерживали HD DVD, постепенно перешли на Blu-ray. Warner Brothers, последняя компания, выпускавшая свою продукцию в обоих форматах, отказалась от использования HD DVD в январе 2008 года. 19 февраля того же года Toshiba, создатель формата, прекратила разработки в области HD DVD. Это событие положило конец очередной «войне форматов»4 [1].
Флэш-накопители
USB-флеш-накопитель (сленг. флешка, флэшка, флеш-драйв)	2000 г. израильская компания M-Systems (Амир Баном, Дов Моран и Оран Огдан)	До 2 Тбайт Наиболее распространены от 4 до 64 Гбайт	Запоминающее устройство, использующее в качестве носителя флеш-память, и подключаемое к компьютеру или иному считывающему устройству по интерфейсу USB. Основное назначение USB-накопителей – хранение, перенос и обмен данными, резервное копирование, загрузка операционных систем (Live USB) и др. Это самый распространенный носитель данных на сегодняшний день. Преимущества: малый вес, бесшумность работы и портативность; универсальность (возможность использования с большим количеством компьютеров, телевизоров, плееров и др.); низкое энергопотребление; работоспособность в широком диапазоне температур; более устойчивы к механическим воздействиям по сравнению с жёсткими дисками; не подвержены воздействию царапин и пыли, которые были проблемой для оптических носителей и дискет; способны сравнительно длительно хранить данные (до 10 лет). Из недостатков следует выделить ограниченное число циклов записи-стирания перед выходом из строя (в большинстве случаев не более 5000 циклов перезаписи). Кроме этого ограничен ресурс USB-коннектора – около 1500 подключений. Чувствительны к электростатическому разряду и радиации [1].
Ка́рты па́мяти (иногда неправильно флеш-ка́рта)	В начале 1990-х годов в виде платы PC Card С 2010 года широко используются микро-SD (см. рисунок).	8 Мбайт – 2 Тбайта	Компактное электронное запоминающее устройство, используемое для хранения цифровой информации. Современные карты памяти изготавливаются на основе флеш-памяти, хотя принципиально могут использоваться и другие технологии. Карты памяти широко используются в электронных устройствах, включая цифровые фотоаппараты, сотовые телефоны, ноутбуки, портативные цифровые аудиопроигрыватели. Secure Digital Memory Card (SD) – формат карт памяти (флеш-память), разработанный для использования в основном в портативных устройствах. На сегодняшний день широко используется в цифровых фотоаппаратах и видеокамерах, мобильных телефонах, КПК, коммуникаторах и смартфонах, электронных книгах, GPS-навигаторах и в некоторых игровых приставках. Существуют четыре поколения карт памяти данного формата, различающиеся возможным объёмом данных [1].

Рис. 2.47. Плата оперативной памяти IBM 49Y3745 DDR3 2GB DIMM

В-третьих, информация, которая находится на внешних носителях, может быть помещена в оперативную память компьютера (рис. 2.47). На диски может записываться информация из оперативной памяти, которую нужно сохранить до выключения компьютера, так как он при выключении обесточивается и содержимое оперативной памяти обнулятся.
Любая информация в памяти компьютера всегда хранится в виде файлов.
Файл – это поименованный набор данных в памяти компьютера, имеющий признаки начала и конца записи и предназначенный для хранения информации на внешнем носителе.
Для обработки компьютером информация из файла на внешнем носителе должна быть перенесена (чтение) в оперативную память компьютера, а также может быть записана из оперативной памяти компьютера в файл на внешний носитель.
Каждый файл имеет имя, которое оформляется строго по правилу: имя файла состоит из двух частей, разделенных точкой, – это собственно имя и тип файла – расширение (см. рис. 2.48).

Рис. 2.48. Имя файла

Расширение состоит из 3-4 символов и указывает на тип данных в файле [13]. Например, .com, .exe – расширения исполняемых файлов, .doc, .docx – расширения файлов документов, созданных в программе MS Word и др. Наиболее популярные типы файлов и их расширения представлены в таблице 2.2 темы «Подходы к понятию информации и измерению информации».
Имя может содержать латинские, русские буквы и цифры. В ОС Windows в именах файлов можно использовать практически все символы, кроме:

\ – разделитель подкаталогов;

/ – разделитель ключей командного интерпретатора;

: – отделяет букву диска или имя альтернативного потока данных;

* – заменяющий символ (маска «любое количество любых символов»);

? – заменяющий символ (маска «один любой символ»);

" – используется для указания путей, содержащих пробелы;

< – перенаправление ввода;

> – перенаправление вывода;

| – обозначает конвейер;

+ – (в различных версиях) конкатенация

Частично запрещённые символы Windows:

пробел – не допускается в конце имени файла;

. – не допускается в конце имени файла кроме имён каталогов, состоящих из точек и доступа с префиксом «\\?\».

Символы, вызывающие проблемы в широко распространённых компонентах:

% – в Windows используется для подстановки переменных окружения в интерпретаторе команд, вызывает проблемы при открытии файла через стандартный диалог открытия файла;

! – в Windows используется для подстановки переменных окружения в интерпретаторе команд;

@ – в интерпретаторах команд вызывает срабатывание функций, предназначенных для почты [1].
Таким образом, главным информационным ресурсом компьютерной системы являются файлы на внешних носителях информации. Рассмотрим, как хранятся файлы на магнитном диске. Файл – участок дисковой памяти. Это не значит, что этот участок должен быть сплошным. На самом деле чаще он состоит из совокупности отдельных фрагментов, потому что в противном случае поверхность магнитного диска использовалась бы неэффективно. Так, при удалении какого-то файла было бы невозможно использовать освободившийся участок, если его размер меньше нового файла, поэтому файлы переносятся на диск фрагментами в имеющиеся свободные участки памяти на диске. Чем меньше фрагментов, из которых состоят файлы, тем меньше временных потерь будет при работе компьютера.

Рис. 2.50. Дерево каталогов

Рис. 2.49. Программа оптимизации (дефрагментации) дисков в ОС Windows 10

Для того чтобы оптимизировать распределение фрагментов памяти диска, периодически необходимо выполнять специальную программу дефрагментации диска (рис. 2.49). Информация о последовательности фрагментов, составляющих каждый файл, хранится в специальной таблице размещения файлов FAT (File Allocation Table). Эта таблица размещения файлов находится почти в самом начале любого диска, как «жесткого», так и съемного.

Поскольку на одном магнитном носителе количество файлов может достигать сотен и более, возникла необходимость упорядочения хранения файлов на дисках. С этой целью были введены каталоги. В Windows их принято называть папками, а ранее использовался термин «директория». В каталоге группируют файлы по определенной тематике или принадлежности. Например, в одном каталоге хранят документы, в другом – рисунки, в третьем – звуковые файлы с записями любимых мелодий и т.д. Эти папки Windows предлагает пользователю как типовые, например, «Мои документы», «Мои рисунки», «Мои видеозаписи» и пр. Количество каталогов также не ограничено. Очень важно помнить, что каталоги на диске имеют иерархическую структуру.

На каждом диске обязательно имеется корневой, или главный, каталог. Он создается в процессе форматирования и может быть только один. Все каталоги, создаваемые в нем, по отношению к нему являются подкаталогами. Каждый каталог может хранить как файлы, так и другие каталоги (подкаталоги). На рис. 2.50 в качестве примера показана иерархическая структура хранения информации на диске. В корневом каталоге (папке) имеются три каталога первого уровня «Письма», «Таблицы» и «Музыка», а также записаны антивирусная программа antivirus.exe и русификатор keybru.exe. В каталоге «Письма» хранится файл Письмо.docx и подкаталог (каталог второго уровня) «Деловые», в котором хранятся три деловых письма. В каталоге «Таблицы» хранится файл Таблица1.xlsx и подкаталог (каталог второго уровня) «Расписание», в котором имеется два файла с расписанием для студентов очной и заочной форм обучения. В каталоге «Музыка» записаны четыре композиции в формате .mp3.

Путь к файлу, хранящемуся на диске записывается с учетом иерархической структуры каталогов через знак «\». Например:

D:\Письма\Деловые\Письмо1.docx;

D:\Письма\Письмо.docx;

D:\Таблицы\Расписание\Очники.xlsx и т.д.

Путь к файлу еще называют полным именем файла.

2. Определение объемов различных носителей информации

Носители информации характеризуются информационной емкостью, то есть количеством информации, которое они могут хранить (см. таблицу 2.43). Наиболее информационно емкими являются молекулы ДНК, которые имеют очень малый размер и плотно упакованы. Это позволяет хранить огромное количество информации (до 10²¹ битов в 1 см³), что дает возможность организму развиваться из одной единственной клетки, содержащей всю необходимую генетическую информацию.

Современные микросхемы памяти позволяют хранить в 1 см³ до 10¹⁰ битов 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 (см. таблицу 2.43):

• 
  лист формата А4 с текстом (набран на компьютере шрифтом 12-го кегля с одинарным интервалом) – около 3500 символов;
  
• 
  страница учебника – 2000 символов;
  
• 
  оптический диск CD-R(W) – 700 Мб;
  
• 
  оптический диск DVD – 4,2 Гб;
  
• 
  флэш-накопитель – 4 – 64 и более гигабайт;
  
• 
  жесткий магнитный диск – 500 Гб – 2 и более терабайт.
  

Таким образом, на жестком магнитном диске или DVD может храниться целая библиотека, включающая десятки тысяч книг.
Созданную или полученную каким-либо образом информацию хранят в течение определённого времени, в течение которого её временно или долговременно содержат на различных носителях электронных данных. Если информация представляет интерес для её создателей или правообладателей, то им приходится создавать электронные архивы [59].

3. Архив информации

Электронный архив – это файл, содержащий один или несколько файлов в сжатой или несжатой форме и информацию, связанную с этими файлами (имя файла, дата и время последней редакции и т.п.).
Электронные архивы позволяют в любой момент времени извлекать из них необходимые данные для дальнейшего их использования в различных ситуациях (например, для обновления или восстановления утерянных данных). Такие архивы называют страховочными копиями. Их используют в случае утраты или порчи основной машиночитаемой информации, а также для длительного её хранения в месте, которое защищено от вредных воздействий и несанкционированного доступа. Как правило, компьютерными архивами информации являются электронные каталоги, базы и банки данных, а также коллекции любых видов электронной информации.
Для обеспечения надёжности хранения и защиты данных рекомендуют создавать по 2–3 архивные копии последних редакций файлов. В случае необходимости осуществляется разархивирование данных [59].

Например, на жестком диске есть файл книги размером 1 Мбайт. При помощи архивации можно уменьшить этот размер в несколько раз без потери текста и качества. Был один мегабайт, а после архивации будет точно такой же файл, но размером 120 Кб (это в 8,5 раз меньше).

Но такое значительное уменьшение размера возможно не всегда. Если вы попробуете заархивировать музыку, видео, фотографии, то размер практически не изменится. То есть архивация такие файлы не сожмет.

Зачем тогда она нужна? – спросите вы. Неужели она нужна только для того, чтобы сжимать текст? А вот и нет. У архивации есть еще одно замечательное свойство. По-простому его можно назвать «упаковка».

Например, у вас есть двадцать фотографий. Для удобства эти фотографии вы положили в отдельную папку. Приятель попросил переслать ему по электронной почте эти фотографии. Если вы когда-нибудь пересылали по почте несколько файлов, то понимаете, что каждый из них нужно прикреплять к письму отдельно. То есть переслать папку, в которой эти файлы лежат, нельзя. И в этом случае придется каждую из двадцати фотографий прикреплять к письму отдельно. Это долго и неудобно. Есть ли выход?

Конечно, есть! И этот выход – архивация. Фотографии она не уменьшит, зато упакует.

Когда вы архивируете файлы или папки с файлами, они помещаются в «архив». Это что-то вроде плотной упаковки. Можно сказать, Ваши файлы (папки) запечатываются и при транспортировке остаются целыми и невредимыми.

Например, когда вы приходите на почту, чтобы переслать какую-нибудь вещь, ее тщательно запаковывают. То же самое происходит и при архивации.

Значит, в нашем случае с фотографиями, которые нужно передать по электронной почте, мы их можем просто заархивировать. Получится один архив, то есть один файл. И когда вы будете отправлять письмо, то отправите один файл, а не двадцать. Это экономит время и нервы.

Именно по причине удобства, заархивированные файлы и папки очень часто встречаются в Интернете [60].
Процесс сжатия файлов называется архивированием.
Разархивирование (извлечение) – это процесс точного восстановления электронной информации, ранее сжатой и хранящейся в файле-архиве.
Архиваторы – это программы (комплекс программ) выполняющие сжатие и восстановление сжатых файлов в первоначальном виде.
Основные возможности архиваторов:

• 
  просмотр содержания архива и файлов, содержащихся в архиве;
  
• 
  распаковка архива или отдельных файлов архива;
  
• 
  создание простого архива файлов (файлов и папок) в виде файла с расширением, определяющим используемую программу-архиватор;
  
• 
  создание самораспаковывающегося архива (SFX-архива) файлов (файлов и папок) в виде файла с пусковым расширением EXE;
  
• 
  создание многотомного архива файлов (файлов и папок) в виде группы файлов томов заданного размера.
  

В настоящее время существует большое количество программ-архиваторов. Наиболее популярными из них являются WinRAR, WinZip, 7-Zip, WinAce и др. Самым распространенным архиватором считается WinRAR (рис. 2.51). Программа может открывать следующие типы файлов: RAR, ZIP, ACE, Z, 7Z, BZ2, GZ, ARJ, CAB, JAR, TAR, LZH, UUE и ISO. Некоторые из указанных форматов встречаются достаточно редко, и тут уж не обойтись без использования именно этого архиватора, поскольку другим такая задача может оказаться не под силу.

Рис. 2.51. Архиватор WinRAR

Базовыми функциями архиватора WinRAR являются:

• 
  извлечение файлов из архивов;
  
• 
  создание новых архивов;
  
• 
  добавление файлов в имеющийся архив;
  
• 
  создание самораспаковывающихся архивов;
  
• 
  создание распределенных архивов на носителях малой емкости;
  
• 
  тестирование целостности архивов;
  
• 
  полное или частичное восстановление поврежденных файлов;
  
• 
  защита архивов от просмотра и несанкционированной модификации [59].
  

На следующей практической работе у вас будет возможность более подробно ознакомиться с порядком архивации файлов и извлечения их из архива.
Вопросы

1. 
   Каково назначение внешней памяти? Какие современные внешне носители информации вам известны? Приведите их краткую характеристику.
   
2. 
   Что такое файл? Что показывает расширение в имени файла? Какие ограничения в ОС Windows есть при назначении имени файлу.
   
3. 
   Что представляет собой иерархическая файловая структура на диске (например, на жестком диске)? Что такое каталог, полное имя файла?
   
4. 
   Что такое носитель информации? Назовите цифровые носители информации, указать их достоинства и объемы.
   
5. 
   Что такое электронный архив? Каково назначение программ-архиваторов? Какие программы-архиваторы вам известны? Перечислите их основные возможности.
   

Задания для самостоятельной работы

1. 
   Подготовьте сообщение объемом 1-2 страницы по одной из следующих тем:
   
   1. 
      Эволюция носителей информации.
      
   2. 
      Преимущества хранения информации на цифровых носителях.
      
   3. 
      Правила эксплуатации жестких дисков (внутренних и внешних).
      
   4. 
      Правила эксплуатации и хранения CD и DVD дисков.
      
   5. 
      Правила эксплуатации и хранения USB Flash-накопителей и Flash-карт.
      
   6. 
      Решение проблемы мобильности внутренних жестких дисков.
      
   7. 
      Внешние жесткие диски как современные носители цифровой информации.
      
   8. 
      Zip-устройства как современные носители цифровой информации.
      
   9. 
      Blu-ray диски как современные носители цифровой информации.
      
   10. 
       USB Flash-накопители как современные носители цифровой информации.
       
   11. 
       Карты памяти (Flash-карты) как современные носители цифровой информации.
       
   12. 
       Запись информации на компакт-диски различных видов.
       
   13. 
       Организация информации на компакт-диске с интерактивным меню.
       
   14. 
       Популярные программы-архиваторы: коммерческие и свободно распространяемые версии. Их характеристики.
       
   15. 
       Сравнение основных характеристик различных архиваторов.
       

1^ В таблице не приводится информация об устаревших внешних носителях, например, таких как гибкие магнитные диски, стримеры и др.

2^ Апертура (лат. apertura – отверстие) в оптике – характеристика оптического прибора, описывающая его способность собирать свет и противостоять дифракционному размытию деталей изображения.

3^ Blu-ray Disc Association, (BDA) – группа компаний, отвечающая за разработку стандартов, продвижение и развитие Blu-ray дисков. Она пришла на смену организации Blu-ray Disc Founders и была основана 4 октября 2004 года. На данный момент ассоциация насчитывает более 90 членов.

4^ Война форматов – конкурентная борьба между несовместимыми техническими спецификациями потребительских устройств за то, какая из них станет общепризнанным стандартом. Война форматов развязывается, когда какая-либо из конкурирующих компаний отказывается от создания открытого стандарта.