Как хранится информация на компьютере

Устройство компьютера: немного информатики. Поговорим об устройствах ввода, вывода, обработки и хранения информации; из чего состоит ПК (какие есть железки в системном блоке)

Начал с небольшого анекдота, но вообще, текущая заметка будет на относительно-серьёзную тему — по просьбам трудящихся рассмотрим устройство типового персонального компьютера (ПК): из чего он состоит — аппаратное обеспечение (или по англ. Hardware), какие устройства отвечают за ввод, вывод, обработку и хранение информации.

Чаще всего этим интересуются начинающие пользователи и учащиеся (кто добровольно-принудительно начал знакомится с информатикой ). Плюс к этому : у меня на блоге появиться заметка, куда можно будет поставить ссылку при решении определенных вопросов.

Стоит сразу сделать акцент : в заметке я буду затрагивать только «классические» ПК и устройства, используемые в домашних и офисных условиях (различные серверные и промышленные станции, редко-используемые комплектующие и т.д. — это тема отдельных заметок, и широкому кругу читателей здесь они явно не нужны. ).

Диски

Вся информация пользователя, включая операционную систему, программы, игры, документы и прочие данные, хранится на специальных носителях, называемых дисками. Внутри компьютера, как правило, размещается магнитный (в основном) или твердотельный накопитель, именуемый жестким диском (винчестер). Так же данные могут храниться на всевозможных внешних носителях, к которым относятся гибкие магнитные накопители (дискеты), оптические диски (CD, DVD, Blu-Ray), карты памяти (носители, используемые для хранения данных в цифровых устройствах, например фотоаппаратах, плеерах и т.д.), флэш-диски и прочие. При этом все они предназначены для долговременного хранения информации.

Работа со всеми перечисленными дисками практически однотипна. Каждому носителю или устройству хранения данных, операционной системой присваивается уникальное логическое имя в виде латинской буквы алфавита и двоеточия после нее. Устройствам для работы с дискетами дают имена «A:» и «B:». За ними, начиная с буквы «C», в алфавитном порядке следуют имена жестких дисков, которых может быть несколько. После жестких дисков, так же в алфавитном порядке начинают присваиваться имена для оптических приводов (устройств чтения/записи оптических дисков). Затем следуют названия сетевых дисков и устройств считывания данных с флэш-карт.

Информация, хранящаяся на компьютере, измеряется в байтах. При этом самая маленькая единица измерения данных называется битом. В одном байте содержится 8 бит.

Современные программы и данные пользователей имеют размеры в несколько десятков и сотен тысяч байт, так что в реальных условиях используются гораздо более крупные единицы измерения: килобайты, мегабайты, гигабайты и терабайты.

Единицы измерения информации

Например, данная страница, которую вы читаете, занимает места на жестком диске равным всего Кб. Сами же жесткие диски имеют емкости, начиная от 80 Гбайт, и доходят до 3 Терабайт. Средний объем оперативной памяти у современного компьютера составляет от 2 до 4 Гбайт. Оптические диски могут разместить в себе от 700 Мб до 50 Гб информации в зависимости от типа. Всевозможные карты памяти и флэшки имеют емкости от 512 Мбайт до 128 Гбайт.

Имена и адреса

• Название диска.
• Наименование каталога с подкаталогами (если такие имеются).
• Имени самого объекта.
• Его разрешения – идентификатора, указывающего на внутреннюю структуру, формат данных.

В операционных системах Windows полное имя файла любого типа (графического, исполняемого, мультимедийного) состоит из нескольких частей. Например, C:Windowssystem32calc.exe:

• C: – устройство хранения, диск – буква английского алфавита. После неё ставится двоеточие.
• Windowssystem32 – иерархия каталогов, путь в папке с объектом.
• Calc.exe – имя файла, состоит из двух частей: название – calc и указанного через точку расширения – exe.

Имена документам дают приложения, в которых они создаются, или пользователи. Для экономии дискового пространства и трафика во время передачи по сети файлы архивируют – сжимают. Видео, установщики, аудио, многие графические документы сжаты по умолчанию, текстовые (txt, docx) и несжатые типы (bmp, aiff, wav, raw – исходники фото с цифровых камер) архивируются лучше всего.

Расширение – не обязательная часть документа. Оно служит для идентификации объектов пользователем, операционной системой и программами, указывает на формат файла. ОС устанавливает взаимосвязь, ассоциацию между разрешением и приложениями. При открытии пользователем документа он автоматически загружается в привязанную к разрешению программу. Если это file.docx – открывается через Word, mp3 – загрузится в аудиоплеер, а mp4 – воспроизводит мультимедийный проигрыватель.

Если объект хранится в сети, перед его полным путём указывают:

• Метод доставки, протокол: https, ftp.
• Адрес хоста или узла сети: bingoschool.ru.

В одной директории не могут размещаться два объекта с одинаковыми именами и расширениями. В распространённых в Windows ФС строчные и заглавные буквы идентичны: File.avi, FILE.mp3 и file.mp3 – одно имя.

Длина участков имени (названия каждого каталога в пути) для NTFS ограничена 255 символами, общая длина пути – 32 000 знаками. Файл с названием длиной 255 символов может храниться в 124 подкаталогах с максимальной длиной наименования.

В имени допустимо использование символов Unicode за исключением ряда специальных знаков: двойной кавычки, черты и косой черты, вертикальной линии, вопросительного знака, звёздочки, двоеточия, знаков «больше» и «меньше».

Для документов в Windows предусмотрены атрибуты – метаданные, дополнительная информация, описывающая их. В Windows предусмотрено четыре атрибута со значением «Активно» либо «Отключено». Это:

• Архивный – применяется в резервном копировании, значит, что объект подвергался изменению со времени последнего резервирования.
• Скрытый – не отображается в Проводнике и файловых менеджерах до включения специального режима.
• Системный – критически важный для функционирования ОС.
• Только чтение – запрет на изменение документа.

Устанавливаются и снимаются атрибуты в свойствах документа (вызываются правой клавишей мыши).

Жесткие магнитные приводы

Жесткие магнитные диски, также называемые «жестким диском» или «жестким диском», представляют собой тип энергонезависимого, перезаписываемого компьютерного устройства хранения данных. Данные, хранящиеся на жестком диске, не теряются при выключении компьютера. Поэтому жесткий диск идеально подходит для долговременного хранения программ и файлов данных, а также основных программ операционной системы. Благодаря этой возможности жесткий диск можно извлечь из одного компьютера и вставить в другой.

Внутри герметичного жесткого диска находится один или несколько негибких дисков, покрытых металлическими частицами. Каждый диск имеет головку (электромагнит), встроенную в шарнирный манипулятор, который перемещается по диску во время его вращения. Головка намагничивает металлические частицы, заставляя их выстраиваться в линию и представлять нули и единицы в двоичных числах (рис. 1). Двигатели, которые перемещают диск и рычаг, обычно подвержены износу. Только головка не изнашивается, так как она никогда не соприкасается с поверхностью диска.

Диск получил свое название «жесткий диск» от компании IBM, которая в 1973 году выпустила на рынок жесткий диск Модель 3340, первый, в котором в одном несъемном корпусе размещены как тарелки для дисководов, так и считывающие головки. При разработке инженеры использовали внутреннюю стенографию «30-30», которая означала два модуля (в максимальной компоновке) по 30 Мб каждый. Менеджер проекта Кеннет Хотон предложил назвать диск «Винчестер 30-30», ссылаясь на название популярной охотничьей винтовки «Винчестер».

Новые жесткие диски должны быть отформатированы перед их использованием. Этот процесс состоит из прокладки магнитных концентрических дорожек и их деления на небольшие сектора, как кусочки в пироге. Однако если данные были записаны на жесткий диск, их форматирование приведет к его полному стиранию.

Благодаря большому количеству дорожек на каждой стороне дисков и большому количеству дисков информационная емкость жесткого диска может достигать 150-200 Гб. Скорость записи и чтения информации с жесткого диска достаточно высока (до 133 Мбайт/с) благодаря быстрому вращению диска (до 7500 об/мин).

Среди прочих параметров, рассмотрим:

1. Емкость кэша — все современные жесткие диски имеют буфер кэша, который ускоряет обмен данными; чем больше его емкость, тем выше вероятность того, что кэш будет содержать необходимую информацию, которую не нужно читать с жесткого диска (этот процесс в тысячи раз медленнее); емкость кэш-буфера в различных устройствах может варьироваться в диапазоне от 64 Кбайт до 2 Мбайт;
2. Среднее время доступа — время (в миллисекундах), в течение которого головка в сборе перемещается от одного цилиндра к другому. Зависит от конструкции привода головки и составляет примерно 10-13 мс;
3. Время задержки — это время с момента позиционирования блока головки на требуемом цилиндре до позиционирования конкретной головки на определенном секторе, т.е. это время поиска правильного сектора;
4. Скорость обмена — определяет объем данных, который может быть передан с диска на микропроцессор и наоборот через определенные промежутки времени; максимальное значение этого параметра соответствует пропускной способности дискового интерфейса и зависит от того, какой режим используется. [7]

В жестких дисках используются довольно хрупкие и крошечные элементы (медиа-пластины, магнитные головки и т.д.). Поэтому для сохранения информации и производительности жесткие диски должны быть защищены от ударов и резких изменений пространственной ориентации во время работы.

Лидеры в классе жестких дисков 7200/3,5″ — компании Seagate, Maxtor и WD — также производят внешние жесткие диски в автономном корпусе с блоком питания, интерфейсом USB.

Жесткие диски, независимо от того, имеют они дискету или нет, всегда называются дисководами «C».

Протоколы доступа

Для файловых СХД характерно использовать два протокола:

• NFS — Network File System;
• CIFS — Common Internet File System.

Первый — представлен для ОС на базе Linux/Unix, второй — ориентирован под системы на Windows Server. CIFS, как ни странно, открытый протокол, сформированный на базе SMB. И тот, и другой берут за основу TCP/IP.

Сам же сервер внутри себя использует блочный принцип организации хранения, что увеличивает плотность данных, а пользователь попадает к закромам информации по вышеуказанным протоколам. Последние и определяют местоположение файла, включая его атрибуты (размер, тип).

Уровни директорий

Одноуровневые директории

В одноуровневых директориях файлы доступны всем пользователям.

Однако в таких директориях пользователи не могут иметь одно и то же имя для разных файлов.

Двухуровневые директории

В двухуровневой модели файловой системы организуется индивидуальный доступ разных пользователей к директориям. Разные пользователи не могут видеть файлы других пользователей.

В этом случае разные пользователи могут иметь файлы с одинаковыми именами. Поиск файлов такой модели более эффективен, нежели в одноуровневой.

Древообразная модель директорий

В такой модели директории могут быть организованы в виде дерева.

Древообразная модель директорий

Основные функции файловых систем

Файловая система отвечает за оптимальное логическое распределение информационных данных на конкретном физическом носителе. Драйвер ФС организует взаимодействие между хранилищем, операционной системой и прикладным программным обеспечением. Правильный выбор файловой системы для конкретных пользовательских задач влияет на скорость обработки данных, принципы распределения и другие функциональные возможности, необходимые для стабильной работы любых компьютерных систем. Иными словами, это совокупность условий и правил, определяющих способ организации файлов на носителях информации.

Основными функциями файловой системы являются:

• размещение и упорядочивание на носителе данных в виде файлов;
• определение максимально поддерживаемого объема данных на носителе информации;
• создание, чтение и удаление файлов;
• назначение и изменение атрибутов файлов (размер, время создания и изменения, владелец и создатель файла, доступен только для чтения, скрытый файл, временный файл, архивный, исполняемый, максимальная длина имени файла и т.п.);
• определение структуры файла;
• поиск файлов;
• организация каталогов для логической организации файлов;
• защита файлов при системном сбое;
• защита файлов от несанкционированного доступа и изменения их содержимого.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.

Перспектива

Недостаточно говорить о прошлых и настоящим устройствах хранения информации. Многое нас ждет впереди. Перспективы разработки новых видов памяти радужные. Сейчас уже известно о нескольких технологиях, которые должны будут увеличить объем и скорость передачи данных.

RRAM — это энергонезависимая память. На данный момент она находится в разработке. Специалисты обнаружили, что если приложить к диэлектрикам высокое напряжение, внутри них появляются нити низкого сопротивления. Таким образом они превращаются в проводников. При этом высокое напряжение может как разрушать эти нити, так и создавать их снова.

На данный момент этот вариант не доработан. Предстоит решить множество проблем. Но если все удастся, то покупатель получит высокоскоростную память. Кроме того технология позволит накладывать память слоями, а значит разработать сверхъемкие модули.

Беговая память — еще одна энергонезависимая память. Суть этой технологии построена на уменьшенных размерах магнитных доменов еще 10 лет назад. Разработчики планируют организовать перемещение доменов в нанотрубках с использованием спинтроники.

Такой вариант также предполагает значительное увеличение плотности записи памяти. При этом технология поможет обеспечить высокую скорость чтения и записи.

Nano-RAM — это технология компьютерной памяти. Она основана на работе углеродных нанотрубок. Благодаря компактности нанотрубок получится достичь высокой плотности записи.

Кроме того с технологией можно сократить потребление энергии. Поэтому с большей вероятностью Nano-RAM будет нужна в смартфонах и планшетах, где сохранения заряда батареи важное дело.