Современные носители информации. Проект по информатике _Современные носители информации, их эволю. Современные носители информации, их эволюция, направление развития
 Скачать 1.07 Mb.
|
|
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение города Костромы «Гимназия № 15» ПРОЕКТ ТЕМА «Современные носители информации, их эволюция, направление развития»
Кострома, 2020 ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ 3 ПРИЛОЖЕНИЯ…………………………………………………………….16 с. ВВЕДЕНИЕТема проекта: Современные носители информации, их эволюция, направление развития. Каждый человек в современном мире постоянно сталкивается с разнообразной информацией. Она меняет форму, объём, но не исчезает. В век компьютерных технологий, файлы оставляют след на жестком диске и могут быть восстановлены. У информации есть два главных качества – содержание и хранение. И если содержание у каждой информации свое, то способов хранения знаний за всю историю человечества выработано не так уж и много, но и не мало. Наша цивилизация немыслима в её сегодняшнем состоянии без носителей информации. Наша память ненадёжна, поэтому достаточно давно человечество придумало записывать мысли во всех видах. Носитель информации - это любое устройство, предназначенное для записи и хранения информации. Примерами носителей могут быть и бумага, или USB-Flash память, также, как и глиняная табличка или человеческая ДНК. Информация тоже бывает разная - это и текст, и звук, и видео. Информация в наш суетливый век, несмотря на огромное количество, ценится как никогда раньше. Поэтому качество носителя – это важнейший параметр для любого обладателя информации. Сменные носители данных для людей, чья деятельность хотя бы как-то связана с компьютерами представляют особую ценность: они позволяют быстро записать или прочитать, а также сохранить на достаточно длительное время различные объёмы информации (для современных носителей эти объёмы весьма велики). Хотя вопросы о скорости чтения и записи, а также ёмкости носителя, вероятно, всегда будут оставаться открытыми. Это связано с тем, что с каждым годом компьютерные технологии претерпевают существенные изменения в лучшую сторону, и возможности носителей, которые несколько лет назад могли нас удивить, сейчас кажутся совершенно обыденными или даже недостаточными. Носители информации используются не только рядовыми пользователями ПК, но и множеством коммерческих компаний для хранения и продажи ценного контента. Поэтому даже диски еще долго не потеряют своей актуальности. Цель проекта: изучение эволюции информационных носителей, направлений их развития Задачи проекта: познакомиться с историей возникновения информационных носителей; выявить современные виды носителей информации; изучить основные направления развития информационных носителей, их функции и значимость в современном обществе; создать сравнительную таблицу носителей информации; провести опрос пользователей об использовании различных носителей информации. Этапы работы над проектом: Выбор темы проекта Постановка цели и задач проекта Подбор материала и изучение источников информации Анализ информации и оформление результатов работы над проектом Подготовка и защита проекта РАЗДЕЛ I. История развития носителей информации П  ервый носитель информации подарил нам каменный век и им стал камень. Примером таких носителей информации может служить пещера Альтамира – уникальное собрание наскальных росписей эпохи верхнего палеолита, с 1985 г. признана объектом ёёёохраны ЮНЕСКО. Эти росписи полихромные, для нанесения использовались природные красители: уголь, охра, марганец, гематит и смеси каолиновых глин.  Древние египтяне и шумеры были куда элегантнее в выборе материала для записи. Они использовали листы растений из семейства осоковых — папирус (Египет) и обожженные глиняные таблички (Шумер и Вавилон). Стоит отметить, что на эти предметы наносились уже не просто рисунки, а подобие алфавита. В Междуречье был изобретен совершенно уникальный способ записи информации – клинопись.В  начале нашей эры в Китае была изобретена бумага. Изобретателем ее был Цай Лунь. Изобретение бумаги стало одним из основных двигателей китайского цивилизации, а впоследствии - всего мира. В восьмом веке Китай начал торговать бумагой с другими странами. Спустя несколько веков бумага плотно вошла в обиход многих народов. Она используется, по сей день. В средневековой Руси был свой, самобытный носитель информация - береста. «Берестяная грамота – это записки, письма и документы, сделанные на березовой коре.» Первая берестяная грамота была найдена 26 июля 1951 года во время археологических раскопок на Дмитровской улице в Новгороде. Грамоту нашли в щели между плахами настила на мостовой 14-го века. С  развитием машиностроения и автоматизации производства стало необходимо программирование станков и машин – задание последовательного набора операций для рационализации производства. Для этого был создан двоичный язык (0/1 – выкл/вкл), а первым носителем информации на двоичном языке стала перфокарта. Лист из плотной бумаги разбивался на определенное количество ячеек, одни из них пробивались, другие оставались целыми. Стандартная перфокарта несла на себе информацию в 80 символов.П  озднее по тому же принципу работы стала использоваться перфолента – рулон бумажной или нитроцеллюлозной ленты с пробитыми отверстиями. Плюсом перфоленты была относительно высокая скорость чтения (до 1500 Б\сек), но низкая прочность ленты и невозможность ручного редактирования информации.Н  а смену бумажным носителям пришли магнитные. Сначала это была особым образом намагниченная проволока (такой носитель и сейчас используется в черных ящиках самолетов), затем ее сменила гибкая магнитная лента, которая наматывалась в бобины или компакт-кассеты. Принцип записи в чем-то схож с перфорированием. Магнитная лента разделяется по ширине на несколько независимых дорожек; проходя через магнитную записывающую головку, необходимый участок ленты намагничивается (аналогично пробитому участку перфоленты), впоследствии намагниченный участок будет считываться вычислительной техникой как 1, не намагниченный – как 0. Вслед за магнитной лентой был изобретен гибкий магнитный диск – круг из плотного гибкого пластика с нанесенным на поверхность магнитным слоем. Первые гибкие диски были восьмидюймовыми, позднее им на смену пришли уже более нам привычные 5,25-дюймовые и 3,5-дюймовые. Последние продержались на рынке носителей информации вплоть до середины 2000-х годов.П  араллельно гибким магнитным носителям развивались носители на жестких магнитных дисках (НЖМД, жесткий диск, HDD). Первая рабочая модель HDD была создана в 1956 году компанией IBM (модель IBM 350). Объем IBM 350 был 3,5 Мб, что по тем временам было достаточно много. По размерам первый HDD был как большой холодильник и весил чуть меньше тонны.За тридцать лет размеры жесткого диска удалось уменьшить до формата 5,25-дюйма (размер оптического привода), еще через десять лет жесткие диски стали привычного нам 3,5-дюймового формата. Объем в 1 Гбайт был преодолен в середине 1990-х годов, а в 2005 году был достигнут максимальный объем для продольной записи – 500 Гб. В 2006 году был выпущен первый жесткий диск с перпендикулярным методом записи объемом в 500 Гб. В 2007 году пройден рубеж в 1 Тб (модель выпущена компанией Hitachi). Ф  леш-память — разновидность полупроводниковой технологии электрически перепрограммируемой памяти (EEPROM). Название было дано компанией Toshiba во время разработки первых микросхем флэш-памяти (в начале 1980-х) как характеристика скорости стирания микросхемы флэш-памяти "in a flash" - в мгновение ока. Также существуют два других объяснения названия этого вида памяти: процесс записи на флэш-память по-английски называется flashing (засвечивание, прожигание) - такое название осталось в наследство от предшественников флэш-памяти; в отличие от EEPROM, запись/стирание данных во флэш-памяти производится блоками-кадрами (flash - короткий кадр [фильма]). Встречающиеся в отечественной литературе попытки объяснить происхождение названия флэш-памяти как характеристику высокого быстродействия данного типа памяти (переводя слово flash как вспыхнуть, пронестись, короткий промежуток времени) следует признать несостоятельными, хотя и не лишёнными здравого смысла.Благодаря компактности, дешевизне, механической прочности, большому объему, скорости работы и низкому энергопотреблению флеш-память широко используется в цифровых портативных устройствах и носителях информации. Различают два основных типа флеш-памяти: NOR и NAND. NOR-память используется в качестве энергонезависимой памяти небольшого объема, требующей быстрого доступа без аппаратных сбоев (кэш микропроцессора, микросхемы POST и BIOS). NAND-память используется в большинстве электронных устройств в качестве основного носителя информации (сотовые телефоны, телевизоры, медиаплееры, игровые приставки, фоторамки, навигаторы, сетевые маршрутизаторы, точки доступа и т.д.). Так же NAND-память используется в SSD-накопителях, альтернативе жестких магнитных дисков, и в качестве кэш-памяти в гибридных жестких дисках. О  птические диски представляют из себя диски из поликарбоната с нанесенным на одну из сторон специального металлического покрытия. Запись и последующее чтение проводится с помощью специального лазера. Во время записи на металлическом покрытии лазер проделывает специальные ямки (питы), которые при последующем чтении лазерным дисководом будут читаться как «1».Все развитие оптических носителей можно разделить на четыре части: Первое поколение: лазерные диски, компакт-диски, магнитооптические диски. Основная особенность – относительно дорогие диски небольшого объема, приводы обладают большим энергопотреблением (напрямую связано с технологией записи и чтения дисков). Второе поколение: DVD, MiniDisc, Digital Multilayer Disk, DataPlay, Fluorescent Multilayer Disc, GD-ROM, Universal Media Disc. Что отличает второе поколение оптических дисков от первого? В первую очередь, высокая плотность записи информации (в 6-10 раз). Кроме DVD, в основном имеют специализированное применение (MD – для аудиозаписей, UMD – для приставок Sony PlayStation). Кроме DVD, всем остальным форматам требуется дорогое оборудование для записи и чтения информации (особенно, DMD и FMD, в которых используется многослойная и многомерная технологии хранения). Третье поколение: Blu-ray Disc, HD DVD, Forward Versatile Disc, Ultra Density Optical, Professional Disc for DATA, Versatile Multilayer Disc. Данные оптические диски необходимы для хранения видео высокой четкости. Основная особенность - использование сине=фиолетового лазера для записи и чтения информации вместо красного (кроме VMD). Это позволяет еще больше увеличить плотность записи (в 6-10 раз по сравнению со вторым поколением). Четвертое поколение (ближайшее будущее): Holographic Versatile Disc. Основной революционной технологией в развитии оптических носителей информации считается технология голографической записи, позволяющая увеличить плотность записи на оптический диск примерно в 60-80 раз. Первые голографические диски были представлен еще в 2006 году, а сам технологический стандарт был окончательно утвержден в 2007 году. В 2010 году было объявлено, что преодолена планка объема носителя в 515 Гб, но данная модель голографического диска не была пущена в производство. РАЗДЕЛ II. Современные носители информации В ходе работы над проектом мною были рассмотрены три вида современных носителей информации: жесткие дики, оптические диски и флеш-память. Жесткие магнитные диски (винчестеры) Ж  есткие носители бывают двух типов — внутренние и внешние. Их механическая часть практически идентична. Отличия — лишь в интерфейсе подключения и корпусе. Внутренние аппараты подключаются по SATA, а портативные — по USB. Переносные модели заключены в корпуса, которые защищают их от внешнего воздействия.Физическая структура винчестера представлена комплектом пластин, которые еще называют дисками. Их покрывает магнитный слой — плоттер. Вращающийся вал — шпиндель — служит соединительной деталью. Есть еще намагниченные головки. Каждая из них движется по одной из пластин, таким образом считывая и записывая информацию. Обе поверхности пластин задействованы во время записи файлов. Шпиндель крутится на одной и той же скорости. Данные пишутся по трекам — концентрическим дорожкам. Они поделены на сектора по 512 байт. В настоящее время выделяют следующие характеристики HDD: Ёмкость (англ. capacity) — количество данных, которые могут храниться накопителем. С момента создания первых жестких дисков в результате непрерывного совершенствования технологии записи данных их максимально возможная емкость непрерывно увеличивается. Ёмкость современных жестких дисков достигает нескольких терабайт памяти. Физический размер (форм-фактор). Почти все современные накопители для персональных компьютеров и серверов имеют ширину либо 3.5, либо 2.5 дюйма — под размер стандартных креплений для них соответственно в настольных компьютерах и ноутбуках. Также получили распространение форматы 1.8 дюйма, 1.3 дюйма, 1 дюйм и 0.85 дюйма. Время произвольного доступа — время, за которое винчестер гарантированно выполнит операцию чтения или записи на любом участке магнитного диска. Диапазон этого параметра невелик — от 2,5 до 16 мс. Как правило, минимальным временем обладают серверные диски. Скорость вращения шпинделя (англ. spindle speed) — количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и средняя скорость передачи данных. В настоящее время выпускаются винчестеры со следующими стандартными скоростями вращения: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки), 5400, 7200 и 10 000 (персональные компьютеры), 10 000 и 15 000 об/мин (серверы и высокопроизводительные рабочие станции). Стандарт SATA Большая часть современных жестких дисков поддерживают стандарт SATA, подразумевающий передачу информации на скорости до 6 гигабит в секунду. Уровень шума, дБ Когда-то жесткие диски были довольно шумными - при записи и чтении информации они издавали громкий треск. К счастью, к 2015 году шумы HDD почти ввели на нет, а для дальнейшего снижения уровня шума можно пользоваться специальными муфтами. Приемлемым уровнем шума для настольного ПК является 25-30 дБ. Диски для ноутбуков издают еще меньше шума. Скорость передачи данных при последовательном доступе: внутренняя зона диска: от 44,2 до 74,5 Мб/с; внешняя зона диска: от 60,0 до 111,4 Мб/с. Оптические диски C  D-дискиКомпакт-диск имеют в диаметре 12 см и изначально вмещали до 650 Мбайт информации (или 74 минуты звукозаписи). Однако, начиная приблизительно с 2000 года, всё большее распространение получали диски объёмом 700 Мбайт, которые позволяют записать 80 минут аудио, впоследствии полностью вытеснившие диск объёмом 650 Мбайт. Встречаются и носители объёмом 800 мегабайт (90 минут) и больше, однако они могут не читаться на некоторых приводах компакт-дисков. CD - ROM , созданный промышленным способом, состоит из трех слоев. Основа диска, созданная из прозрачного поликарбоната, занимает основной объем диска. При изготовлении основы методом штамповки или литья под давлением на нее наносится информационный узор, и в результате чего получается прозрачная пластиковая пластина, гладкая с одной стороны, а с другой - содержащая множество микроскопических впадин, глубина которых отсчитывается от поверхности (land ). Далее на основу наносится отражающий металлический слой (чаще всего алюминий), а затем - защитное покрытие из тонкой пленки поликарбоната или специального лака, на котором часто размещается полиграфия - различные рисунки и надписи CD - R . Тип оптического диска для одноразовой записи. При записи данных физические отметки делаются на поверхности носителя маломощным лазером и так как эти отметки не могут быть стерты, запись осуществляется только однажды. CD - RW - перезаписываемый CD ( rewritable CD ). Он позволяет пользователю делать запись по старым данным или удалять отдельные файлы. Принцип работы заключается в том, что лазерный диод излучает маломощный пучок света длиной 730–780 нм, который, проходя через направляющую призму и разделитель луча, попадает на отражающее зеркало. Во время записи мощность лазерного луча значительно возрастает, а при стирании данных уменьшается. Подчиняясь командам микропроцессора, каретка с отражающим зеркалом перемещается к нужной дорожке. Лазерный луч отражается от диска, попадает на зеркало, затем на разделитель луча и далее на направляющую призму. Из призмы луч попадает в фотодатчик, фотодатчик посылает сигналы во встроенный в привод компакт-дисков микропроцессор, где данные обрабатываются и передаются по шлейфу на материнскую плату. DVD-диски В отличие от компакт-дисков, Стандартной емкостью таких дисков считается 4,7 Гб. DVD -носители могут быть двухслойными или двухсторонними. Емкость двухслойного DVD составляет 8,5 Гбайт, двухстороннего - 9,4 Гбайт. Двухсторонние диски фактически представляют собой два одинаковых носителя, склеенных друг с другом (для считывания второй стороны диск необходимо переворачивать). Существует пять физических форматов (или книг) DVD: DVD-ROM - среда хранения данных большой емкости, только для чтения; DVD-R - однократная запись, многократное чтение; формат, родственный CD-R; DVD-RAM - перезаписываемый (стираемый) вариант DVD, который первым появился на рынке и впоследствии нашел в качестве конкурентов форматы DVD-RW и DVD+RW. Имея тот же самый размер как стандартный CD (диаметр 120 мм, толщина 1,2 мм), диски DVD обеспечивают до 17 Гбайт памяти со скоростью передачи выше, чем для CD-ROM, временем доступа, подобным CD-ROM, и имеют четыре версии: DVD-5 - односторонний однослойный диск вместимостью 4,7 Гбайт; DVD-9 - односторонний двухслойный диск на 8,5 Гбайт; DVD-10 - двусторонний однослойный диск 9,4 Гбайт; DVD-18 - вместимость до 17 Гбайт на двустороннем двухслойном диске. На первый взгляд диск DVD не отличается от CD: пластмассовый диск диаметром 120 мм и толщиной 1,2 мм, оба используют лазеры, чтобы читать данные, записанные во впадинах на спиральной дорожке. Однако семикратное увеличение DVD по вместимости данных сравнительно с CD было в значительной степени достигнуто путем напряжения всех допусков системы-предшественника. Во-первых, дорожки размещены более плотно, шаг дорожки DVD (расстояние между ними) уменьшен до 0,74 мкм, более чем в 2 раза по сравнению с 1,6 мкм для CD. Во-вторых, спецификация DVD позволяет считывать информацию более чем с одного слоя, изменяя фокусировку луча лазера чтения. В-третьих, DVD позволяет использовать двусторонние диски. В каждой из групп носителей можно выделить три основных типа дисков: диски только для чтения (CD- ROM, DVD- ROM); диски с возможностью однократной записи (CD- R, DVD- R, DVD+ R, DVD- RDL, DVD+ RDL); диски с возможностью многократной записи (CD- RW, DVD- RW, DVD+ RW, DVD- RAM). Blu - ray Disc (от англ. blueray - «голубой луч», сокращенно BD) - новое поколение оптических накопителей высокой плотности, разработанное консорциумом компаний во главе с Sony. Этот стандарт не имеет общих корней с DVD. Плотность записи на один слой составляет 25 Гбайт. В технологии Blu- ray для чтения и записи используется сине-фиолетовый лазер с длиной волны 405 нм. Обычные DVD и CD используют красный и инфракрасный лазеры с длиной волны 650 и 780 нм соответственно. Такое уменьшение позволило сузить дорожку вдвое по сравнению с обычным DVD - до 0,32 мкм - и увеличить плотность записи данных. Базовое значение скорости составляет 36 864 Кбит/с, что в 27 раз больше, чем у DVD, и в 243 раза превосходит CD. Проигрыватели с двукратной скоростью передачи данных способны превзойти скорость 73 000 Кбит/с. BD-R/BD-R DL . Сокращение, которое используется для обозначения записываемых Blu-ray-дисков. Носители BD-R имеют один рабочий слой, вмещающий 25 Гб данных. BD-R DL снабжены двумя рабочими слоями, поэтому их емкость в 2 раза выше. BD-RE/BD-RE DL. Перезаписываемые Blu-ray-диски рассчитаны на 1000 циклов записи. На них можно разместить столько же данных, как и на не перезаписываемые носители. Флеш-память (Flash Memory) – твердотельная полупроводниковая энергонезависимая и перезаписываемая память. Считывать информацию из флэш-памяти можно большое число раз в пределах срока работы накопителя (от 10 лет), но количество процессов записи ограничено (около 100 000 циклов перезаписи). Флэш-память считается более надежным видом носителя информации, т.к. не содержит подвижных механических частей (как, например, в жестком диске). Преимущества флэш-памяти: высокая скорость доступа к данным; низкое энергопотребление; устойчивость к вибрациям; удобство подключения к ПК; компактные размеры; дешевизна. Недостатки флэш-памяти: ограниченное число циклов записи; чувствительность к электростатическому разряду. USB-флеш-накопители могут использовать интерфейсы USB 2.0 или USB 3.0, а также microUSB и Lightning. Принцип работы Программируемым элементом является плавающий затвор, помещённый в электрически изолированную область (диэлектрик). Наличие или отсутствие электронов на плавающем затворе и определяет характер информации. Заряд отсутствует, значит «О», присутствует - логическая «1». Объем памяти Главная характеристика любой "флешки". За многие годы развития флеш-памяти максимальный ее объем в USB-накопителях достиг невероятных высот - в кармане теперь можно носить целый терабайт данных. Наиболее популярными объёмами на данный момент считаются 16 и 32 Гб. Скорость чтения и записи данных, МБ/с В случае флэш-накопителями эта характеристика формируется из трех составляющих: скорости чтения, скорости записи и интерфейса подключения. Скорость чтения у всех флэшек всегда выше скорости записи. Как правило, максимальные показатели скорости влияют на интерфейс подключения флэш-накопителя, который может быть двух видов – USB 2.0 и USB 3.0. В первом случае (2.0) мы имеем дело с максимальной пропускной способностью равной 480 Мбит/с. Таким образом, максимальная скорость чтения или записи флэшки с интерфейсом USB2.0 не может превышать 60 Мб/c. Что же касается интерфейса USB 3.0, то здесь пропускная способность достигает до 5 Гбит/c, что делает возможным осуществлять передачу данных на скорости 640 Мб/с. На основании исследования трех видов современных носителей информации мною была сравнительная таблица (Приложение 1). А также мною был проведен опрос среди учащихся моего класса, который содержал следующий вопрос: «Какому носителю информации вы отдаете предпочтение при хранении информации?» (Приложение 2). ЗАКЛЮЧЕНИЕ Рассмотрев данную тему можно сказать, что с развитием науки и техники будут появляться новые носители информации, более совершенные, которые будут вытеснять устаревшие носители информации, которые мы используем сейчас. Что же касается жестких дисков, то без них пока ещё ни один компьютер не обходился. В развитии жёстких дисков отчётливо прослеживается основная тенденция - постепенное повышение плотности записи, сопровождающееся увеличением скорости вращения шпиндельной головки и уменьшением времени доступа к информации, а в конечном счёте - увеличением производительности. Создание новых технологий постоянно усовершенствует этот носитель, он меняет свою ёмкость. В более отдалённой перспективе ожидается появления носителя, в котором роль магнитных частиц будут играть отдельные атомы. В результате его ёмкость в миллиарды раз превысит существующие в настоящее время стандарты. Широкое распространение оптических дисков связано с целым рядом их преимуществ по сравнению с магнитными носителями, а именно: высокая надёжность при хранении, большой объём сохраняемой информации, записывание на одном диске звуковой, графической и буквенно-цифровой, быстрота поиска, экономичное средство хранения и предоставления информации. Совершенствование технологии флэш-памяти идёт в направлении увеличения ёмкости, надёжности, компактности, многофункциональности носителей информации. Я считаю, что поставленные мною цели и задачи данного проекта достигнуты. В результате работы над проектом я создал таблицу сравнительных характеристик современных носителей информации. Невозможно современному человеку обойтись без носителей информации в наше время. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Электронные ресурсы: Компакт диск https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BC%D0%BF%D0%B0%D0%BA%D1%82-%D0%B4%D0%B8%D1%81%D0%BA Как все начиналось: оптические диски и их история https://habr.com/ru/post/440626/ Принципы записи оптических дисков https://present5.com/princip-zapisi-opticheskix-diskov-opticheskij-disk/ Что такое DVD http://www.hifinews.ru/advices/details/36.htm ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Сравнительные характеристики современных носителей информации
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Опрос: «Какими носителями информации вы пользуетесь для хранения информации?»  |