Кодирование информации. Методы и средства кодирования информации на сегодняшний день

Имеет смысл задуматься над тем, а в чём же измеряется информация и память, и где же можно хранить данные, которые сейчас, как правило, содержатся в электронном виде.

1. Единицы измерения памяти.

В информатике используются различные подходы к измерению информации:

      Содержательный подход к измерению информации. Сообщение - информативный поток, который в процессе передачи информации поступает к приемнику. Сообщение несет информацию для человека, если содержащиеся в нем сведения являются для него новыми и понятными  Информация - знание человека, сообщение которого должно быть информативным. Если сообщение не информативно, то количество информации с точки зрения человека = 0.

      Алфавитный подход к измерению информации не связывает кол-во информации с содержанием сообщения. Алфавитный подход - объективный подход к измерению информации. Он  удобен при использовании технических средств работы с информацией, т.к. не зависит от содержания сообщения. Кол-во информации зависит от объема текста и мощности алфавита. Ограничений на max мощность алфавита нет, но есть достаточный алфавит мощностью 256 символов. Этот алфавит используется для представления текстов в компьютере. Поскольку 256=28, то 1символ несет в тексте 8 бит (наименьшее деление) информации.

Итак, в чём же измеряется информация? В основном в информатике берут за основу единицы измерения, производные от бита, самой маленькой единицы информации. Целые количества бит отвечают количеству состояний, равному степеням двойки. Особое название имеет 4 бита — ниббл (полубайт, тетрада, четыре двоичных разряда), которые вмещают в себя количество информации, содержащейся в одной шестнадцатеричной цифре.

Байт. Следующей по порядку популярной единицей информации является 8 бит, или байт. Именно к байту (а не к биту) непосредственно приводятся все большие объёмы информации, исчисляемые в компьютерных технологиях.

Килобайт. Для измерения больших количеств байтов служат единицы «килобайт» (Кбайт) = 1000 байт – с точки зрения математики. Но в информатике 1 Кбайт = 1024 байт. Такая путаница происходит из за различий в десятичной и двоичной системах исчисления. Поэтому  МЭК (Международная Электротехническая Комиссия) придумала для «Кбайт», «Мбайт», «Гбайт» и т. д. в качестве терминов «кикибайт», «мебибайт», «гибибайт». Однако, эту терминологию очень много критикуют и, поэтому, её редко можно слышать в устной речи. Но вернёмся к килобайтам. Такой порядок величин имеют, например:

      Сектор диска обычно равен 512 байтам то есть половине Кбайт, хотя для некоторых устройств может быть равен одному или двум Кбайт.

      Классический размер «блока» в файловых системах UNIX равен одному Кбайт (1024 байт).

      «Страница памяти» в процессорах x86 (начиная с модели Intel 80386) имеет размер 4096 байт, то есть 4 Кбайт.

Объём информации, получаемой при считывании дискеты «3,5″ высокой плотности» равен 1440 Кбайт (ровно); другие форматы также исчисляются целым числом Кбайт.

Мегабайт. Единицы «мегабайт» (Мбайт) = 1000 килобайт = 1000000 байт и «мебибайт» = 1024 Кбайт = 1 048 576 байт применяются для измерения объёмов носителей информации.

Объём адресного пространства процессора Intel 8086 был равен 1 Мбайт. Оперативную память и ёмкость CD-ROM меряют двоичными единицами (мебибайтами, хотя их так обычно не называют), но для объёма НЖМД (Накопители на жестких магнитных дисках) десятичные мегабайты были более популярны. Современные жёсткие диски имеют объёмы, выражаемые в этих единицах минимум шестизначными числами, поэтому для них применяются гигабайты.

Гигабайт. Единицы «гигабайт» (Гбайт) = 1000 мегабайт = 1000000000 байт и «гибибайт» = 1024 Мбайт измеряют объём больших носителей информации, например жёстких дисков. Разница между двоичной и десятичной единицами уже превышает 7 %.

Размер 32-битного адресного пространства равен 4 Гбайт ≈ 4,295 Мбайт. Такой же порядок имеют размер DVD-ROM и современных носителей на флэш-памяти. Размеры жёстких дисков уже достигают сотен и тысяч гигабайт.

Для исчисления ещё больших объёмов информации имеются единицы «терабайт» или «тебибайт» (1012 Гбайт), «петабайт» или «пебибайт» (1015 Тбайт) и т. д.

2. Принцип хранения данных.

Возрастающая ценность информации и консолидация вычислительных мощностей определяет новый подход к технологиям организации хранения и доступа к данным. Предприятиям необходимо решать задачи управления увеличивающимися массивами данных, организовать надежный доступ к информационным массивам, обеспечить защиту информации от утраты и повреждений.

Система хранения разрабатывается как обязательная подсистема в центрах обработки данных и является важнейшим компонентом для обеспечения надежного и стабильного функционирования всех информационных сервисов.

Система хранения данных (СХД) - предназначена для централизованного надежного хранения, управления и предоставления данных. СХД является ключевым элементом консолидации ЦОД (центр обработки данных), с которой тесно взаимодействуют вычислительные мощности, занятые обработкой информации. Структура СХД является технологическим фундаментом, вокруг которой строятся вычислительные системы. Технологии управления данными - решения для максимально эффективного использования ресурсов хранения и обеспечения непрерывности бизнеса.

Классическая система хранения данных включает в себя следующие компоненты:

      Устройства хранения данных: дисковые массивы и ленточные библиотеки. Современные дисковые массивы, как правило, используют технологию Fibre Channel для подключения к ним серверов и внутри массива для доступа к дискам. Они могут масштабироваться до сотен терабайт дискового пространства и обладают встроенным интеллектом для выполнения специальных функций;

      Инфраструктуру доступа серверов к устройствам хранения данных. В современных СХД для объединения компонент, как правило, используется Сеть Хранения Данных (Storage Area Network – SAN). SAN является высокопроизводительной информационной сетью, которая соединяет серверы и устройства хранения данных.;

      Программное обеспечение управления хранением данных. Программное обеспечение предназначено как для решения специфических задач, например повышения производительности доступа к данным СУБД Oracle, так и для управления всей СХД в целом на уровне качества предоставляемых услуг по хранению данных;

      Систему резервного копирования и архивирования данных. Система предназначена для создания резервных копий и восстановления данных. Система резервного копирования позволяет защитить данные от разрушения не только в случае сбоев или выхода из строя аппаратуры, но и в результате ошибок программных средств и пользователей.

Сеть хранения данных SAN- строится на основе высокоскоростной технологии Fibre Channel и является основой инфраструктуры СХД, к которой подключаются устройства обработки и хранения данных. Можно выделить следующие преимущества применения SAN:

      Масштабируемость – возможность динамического изменения конфигурации без остановки системы, поэтапное наращивание емкостей дисковых массивов согласно требованиям бизнеса заказчика.

      Отказоустойчивость – возможность создания отказоустойчивых конфигурация без единой точки отказа, аппаратная репликация данных между массивами основного и резервного ЦОД и высокая надежность дублированного хранения архивированных данных позволяют обеспечить работоспособность системы даже в случае утраты части оборудования.

      Простое управления и администрирование – возможность организации единой точки управления всей инфраструктурой хранения данных компании

      Низкая совокупная стоимость владения – простое и эффективное  управление позволяет сократить количество обслуживающего персонала и повысить эффективность использования оборудования, а высокая защищенность данных гарантирует функционирование бизнес сервисов в чрезвычайных ситуациях.

3. Классификация памяти по функциональности.

Следует различать классификацию памяти и классификацию запоминающих устройств (ЗУ). Первая классифицирует память по функциональности, вторая же - по технической реализации. Для начала рассмотрим первую - таким образом, в неё попадают как аппаратные виды памяти (реализуемые на ЗУ), так и структуры данных, реализуемые в большинстве случаев программно.

Доступные операции с данными.

      Память только для чтения (read-only memory, ROM);

      Память для чтения/записи.

Память на программируемых и перепрограммируемых ПЗУ (постоянно запоминающее устройство) не имеет общепринятого места в этой классификации. Её относят либо к подвиду памяти «только для чтения», либо выделяют в отдельный вид.

Также предлагается относить память к тому или иному виду по характерной частоте её перезаписи на практике: к RAM относить виды, в которых информация часто меняется в процессе работы, а к ROM - предназначенные для хранения относительно неизменных данных.

Энергозависимость.

      Энергонезависимая память (англ. nonvolatile storage) - память, реализованная ЗУ, записи в которых не стираются при снятии электропитания. К этому типу памяти относятся все виды памяти на ПЗУ и ППЗУ;

      Энергозависимая память (англ. volatile storage) - память, реализованная ЗУ, записи в которых стираются при снятии электропитания. К этому типу памяти относятся память на ОЗУ, кэш-память.

      Статическая память (англ. static storage) - энергозависимая память, которой для хранения информации достаточно сохранения питающего напряжения;

      Динамическая память (англ. dynamic storage) - энергозависимая памяти, в которой информация со временем разрушается (деградирует), и, кроме подачи электропитания, необходимо производить её периодическое восстановление (регенерацию).

Метод доступа.

      Последовательный доступ (англ. sequential access memory, SAM) - ячейки памяти выбираются (считываются) последовательно, одна за другой, в очерёдности их расположения. Вариант такой памяти - стековая память.

      Произвольный доступ (англ. random access memory, RAM) - вычислительное устройство может обратиться к произвольной ячейке памяти по любому адресу.

Назначение.

      Буферная память (англ. buffer storage) - память, предназначенная для временного хранения данных при обмене ими между различными устройствами или программами.

      Временная (промежуточная) память (англ. temporary (intermediate) storage) - память для хранения промежуточных результатов обработки.

      Кэш-память (англ. cache memory) - часть архитектуры устройства или программного обеспечения, осуществляющая хранение часто используемых данных для предоставления их в более быстрый доступ, нежели кэшируемая память.

      Корректирующая память (англ. patch memory) - часть памяти ЭВМ, предназначенная для хранения адресов неисправных ячеек основной памяти. Также используются термины «relocation table» и «remap table».

      Управляющая память (англ. control storage) - память, содержащая управляющие программы или микропрограммы. Обычно реализуется в виде ПЗУ.

      Разделяемая память или память коллективного доступа (англ. shared memory, shared access memory) - память, доступная одновременно нескольким пользователям, процессам или процессорам и др.

Организация адресного пространства.

      Реальная или физическая память (англ. real (physical) memory) -  память, способ адресации которой соответствует физическому расположению её данных;

      Виртуальная память (англ. virtual memory) - память, способ адресации которой не отражает физического расположения её данных;

      Оверлейная память (англ. overlayable storage) - память, в которой присутствует несколько областей с одинаковыми адресами, из которых в каждый момент доступна только одна.

Удалённость и доступность для процессора.

      Первичная память доступна процессору без какого-либо обращения к внешним устройствам. Это регистры процессора (Процессорная или регистровая память) и кэш процессора (если есть);

      Вторичная память доступна процессору путём прямой адресацией через шину адреса (Адресуемая память) или через другие выводы. Таким образом, доступна основная память (память, предназначенная для хранения текущих данных и выполняемых программ) и порты ввода-вывода (специальные адреса, через обращение к которым реализовано взаимодействие с прочей аппаратурой);

      Третичная память доступна только путём нетривиальной последовательности действий. Сюда входят все виды внешней памяти - доступной через устройства ввода-вывода. Взаимодействие с третичной памятью ведётся по определённым правилам (протоколам) и требует присутствия в памяти соответствующих программ. Программы, обеспечивающие минимально необходимое взаимодействие, помещаются в ПЗУ, входящее во вторичную память (у PC-совместимых ПК - это ПЗУ BIOS);

Положение структур данных, расположенных в основной памяти, в этой классификации неоднозначно. Как правило, их вообще в неё не включают, выполняя классификацию с привязкой к традиционно используемым видам ЗУ.