Кодирование информации. Методы и средства кодирования информации на сегодняшний день

Управление процессором.

      Непосредственно управляемая (оперативно доступная) память (англ. on-line storage) - память, непосредственно доступная в данный момент времени центральному процессору.

      Автономная память (англ. off-line storage) - вид памяти (ЗУ), не допускающий прямого доступа к ней, а также управление центрального процессора: обращение к ней, а также управление ею производится вводом в систему специальных команд и через посредство оперативной памяти;

Организация хранения данных и алгоритмы доступа к ним.

      Адресуемая память - адресация осуществляется по местоположению данных.

      Ассоциативная память (англ. associative memory, content-addressable memory, CAM) - адресация осуществляется по содержанию данных, а не по их местоположению.

      Магазинная (стековая) память (англ. pushdown storage) - реализация стека.

      Матричная память (англ. matrix storage) - ячейки памяти расположены так, что доступ к ним осуществляется по двум или более координатам.

      Объектная память (англ. object storage) - память, система управления которой ориентирована на хранение объектов. При этом каждый объект характеризуется типом и размером записи.

      Семантическая память (англ. semantic storage) - данные размещаются и списываются в соответствии с некоторой структурой понятийных признаков и др.

4. Классификация запоминающих устройств.

На сегодняшний день человечество изобрело огромное множество различных ЗУ. Ниже мы проследим их историю создания и развития.

Накопители на гибких магнитных дисках (НГМД).

Накопители на гибких магнитных дисках (НГМД) были одними из первых переносных запоминающих устройств. Они позволяют переносить документы и программы с одного компьютера на другой, хранить информацию, не используемую постоянно на компьютере, делать архивные копии программных продуктов, содержащихся на жестком диске. Наибольшее распространение получили дискеты размером 5,25 и 3,5 дюйма, то есть 133 и 89 мм в диаметре.

НГМД размером 5,25 дюйма чаще всего имеют емкость размером 1,2 Мбайта и 360 Кбайт. Встречаются дискеты прежних лет выпуска, имеющие меньшую емкость либо рассчитанные на использование в дисководах с одной головкой (односторонние дискеты) . Для записи и чтения дискет емкостью 1,2 Мбайта предназначены специальные накопители, которые устанавливаются на компьютерах моделей IBM PC AT, и PS/2. Существуют также специальные дисководы на 360 Кбайт. Техника записи на данных дискетах различна. В дисководах емкостью 1,2 Мбайта используются головки для чтения / записи, обеспечивающие более узкую дорожку информации. С этой целью на 5,25 дюймовых дискетах применяется специальное магнитное покрытие, которое позволяет осуществлять более плотную запись. Это магнитное покрытие труднее намагнитить и размагнитить, чем обычное, поэтому такие накопители не могут быть использованы в дисководах емкостью 360 Кбайт.

НГМД размером 3,5 дюйма , в отличие от 5,25 дюймовых, заключены в жесткие пластмассовый конверт, что значительно повышает их надежность и долговечность, а также создает значительные удобства при транспортировке, хранении и использовании.

Составляющими магнитного диска размером 3,5 дюйма и емкостью 1,44 Мбайта (далее рассматривается только он) являются:

1.      крышка защитная металлическая;

2.      пружина для крышки металлическая;

3.      конверт пластмассовый (верхняя и нижнияя стороны) ;

4.      две прокладки из мягкой бумаги;

5.      задвижка защиты от записи пластмассовая;

6.      стабилизатор положения диска металлический;

7.      сердцевина диска металлическая;

8.      круглая запоминающая поверхность диска пластмассовая, покрытая магнитным слоем.

Одной из главных проблем, связанных с использованием дискет, была их недолговечность. Наиболее уязвимым элементом конструкции дискеты был жестяной или пластиковый кожух, закрывающий собственно гибкий диск: его края могли отгибаться, что приводило к застреванию дискеты в дисководе, возвращавшая кожух в исходное положение пружина могла смещаться, в результате кожух дискеты отделялся от корпуса и больше не возвращался в исходное положение. Сам пластиковый корпус дискеты не служил достаточной защитой гибкого диска от механических повреждений (например, при падении дискеты на пол), которые выводили магнитный носитель из строя. В щели между корпусом дискеты и кожухом могла проникать пыль. А сам гибкий диск мог относительно легко размагнититься от воздействия металлических намагниченных поверхностей, природных магнитов, электромагнитных полей вблизи высокочастотных приборов, что делало хранение информации на дискетах крайне ненадежным.

Массовое вытеснение дискет из обихода началось с появлением перезаписываемых компакт-дисков, и особенно, носителей на основе флэш-памяти, обладающих гораздо меньшей удельной стоимостью, на порядки большей ёмкостью, большим фактическим числом циклов перезаписи и долговечностью и большей скоростью обмена данными. О них будет говориться немного позже.

Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД).

Накопитель на жёстких магнитных дисках или НЖМД (англ. Hard Magnetic Disk Drive, HMDD и HDD), жёсткий диск, винчестер. В компьютерном сленге «винт», хард, харддиск. Это устройство хранения информации, основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров.

В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые, керамические или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома. В НЖМД используется от одной до нескольких 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 зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.

Накопители  на  жестких  дисках  объединяют  в  одном   корпусе   носитель (носители) и устройство чтения/записи,  а  также,  нередко,  и  интерфейсную часть,  называемую  собственно   контроллером   жесткого   диска. Информация заносится на концентрические дорожки, равномерно распределенные по всему носителю. В случае большего, чем один  диск,  числа  носителей  все дорожки,  находящиеся  одна  под  другой,  называются  цилиндром.   Операции чтения/записи производятся подряд над всеми дорожками цилиндра,  после  чего головки перемещаются на новую позицию.

Герметичная  камера  предохраняет  носители  не  только  от  проникновения механических частиц  пыли,  но  и  от  воздействия  электромагнитных  полей. Необходимо заметить, что  камера  не  является  абсолютно  герметичной  т.к. соединяется  с  окружающей  атмосферой  при  помощи  специального   фильтра, уравнивающего давление  внутри  и  снаружи  камеры.  Однако,  воздух  внутри камеры максимально очищен от пыли, т.к. малейшие частички могут  привести  к порче  магнитного  покрытия  дисков  и  потере  данных  и  работоспособности устройства.

Диски вращаются постоянно, а скорость вращения носителей довольно  высокая (от 4500 до 10000 об/мин), что обеспечивает высокую скорость  чтения/записи. По величине диаметра носителя  чаще  других  производятся  5.25,  3.14,  2.3 дюймовые  диски.  На  диаметр  носителей   несменных   жестких   дисков   не накладывается никакого ограничения со стороны совместимости и  переносимости носителя, за исключением форм-факторов корпуса  ПК,  поэтому,  производители выбирают его согласно собственным соображениям.

Накопители на магнитной ленте.

В ЭВМ, выпускавшихся до момента появления и широкого распространения жестких дисков, накопители на магнитной ленте (НМЛ), аналогичные стримерам, использовались как основной постоянный носитель информации (ПЗУ). В дальнейшем, в мейнфреймах НМЛ стали использоваться в системах иерархического управления носителями для хранения редко используемых данных. Некоторое время они достаточно широко применялись в качестве съёмного ЗУ при переносе большого количества информации.

Стример (англ. streamer), также ленточный накопитель — запоминающее устройство на принципе магнитной записи на ленточном носителе, с последовательным доступом к данным, по принципу действия аналогичен бытовому магнитофону. Основное назначение: запись и воспроизведение информации, архивация и резервное копирование данных.

Достоинства и недостатки.

Технология хранения данных на магнитной ленте в ходе развития вычислительной техники претерпела значительные изменения, и в разные периоды характеризовалась различными потребительскими свойствами. Использование стримеров имеет следующие отличительные черты.

Достоинства:

1.      большая ёмкость;

2.      низкая стоимость и широкие условия хранения информационного носителя;

3.      стабильность работы;

4.      надёжность;

5.      низкое энергопотребление у ленточной библиотеки большого объёма.

Недостатки:

1.      низкая скорость произвольного доступа к данным из-за последовательного доступа (лента должна прокрутиться к нужному месту);

2.      сравнительно высокая стоимость накопителя.

Хоть НМЛ и были по-своему хорошо, однако время и технический прогресс сыграли не в их пользу. НЖМД вытеснили их как постоянное запоминающее устройство. А CD, DVD-диски и flash-устройства, о которых будет говориться позже, полностью заменили в качестве переносных ЗУ. Причём не только в сфере информатики, а, так же, и в повседневном быту.

CD-ROM, CD-RW, DVD компакт-диски.

CD-диски.

Компакт-диск (англ. Compact Disc) - оптический носитель информации в виде пластикового диска с отверстием в центре. Процесс записи/считывания информации на который или с которого осуществляется при помощи лазера. Дальнейшим развитием CD-дисков стали DVD-диски.

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, CD-ROM - англ. Compact Disc Read Only Memory, компакт-диск только с возможностью чтения, или КД-ПЗУ - «Компакт-диск, постоянное запоминающее устройство». В дальнейшем появились компакт-диски не только с возможностью чтения однократно занесённой на них информации, но и с возможностью их записи и перезаписи (CD-R, CD-RW).

Формат файлов на CD-ROM отличается от формата записи аудио компакт-дисков, и потому обычный проигрыватель аудио компакт-дисков не может воспроизвести хранимую на них информацию, для этого требуется специальный привод (устройство) для чтения таких дисков (сейчас имеются практически в каждом компьютере).

Компакт-диск (CD-ROM) стал основным носителем для переноса информации между компьютерами (вытеснив с этой роли флоппи-диск). Сейчас он уступает эту роль более перспективным твердотельным носителям (flash-устройства).

Компакт-диск был разработан в 1979 году компаниями Philips и Sony. На Philips разработали общий процесс производства, основываясь на своей более ранней технологии лазерных дисков. Sony, в свою очередь, использовала собственный метод кодирования сигнала PCM — Pulse Code Modulation, использовавшийся ранее в цифровых профессиональных магнитофонах. В 1982 году началось массовое производство компакт-дисков, на заводе в городе Лангенхагене под Ганновером, в Германии. Выпуск первого коммерческого музыкального CD был анонсирован 20 июня 1982 года. История гласит, что на нём был записан альбом «The Visitors» группы ABBA.

Значительный вклад в популяризацию компакт-дисков внесли Microsoft и Apple Computer. Джон Скалли, тогдашний CEO Apple Computer, в 1987 году сказал, что компакт-диски произведут революцию в мире персональных компьютеров. Один из первых массовых мультимедийных компьютеров/развлекательных центров использующих CD диски была Amiga CDTV (Commodore Dynamic Total Vision), позже CD диски стали использовать в игровых приставках Panasonic 3DO и Amiga CD32.

Информационная структура.

Информация на диске записывается в виде спиральной дорожки из питов (англ. pit — углубление), выдавленных в поликарбонатной основе. Каждый пит имеет примерно 100 нм в глубину и 500 нм в ширину. Длина пита варьируется от 850 нм до 3,5 мкм. Промежутки между питами называются лендом (англ. land — пространство, основа). Шаг дорожек в спирали составляет 1,6 мкм.

Существуют и диски, предназначенные для записи в домашних условиях: CD-R (Compact Disc Recordable) для однократной и CD-RW (Compact Disc ReWritable) для многократной записи. В таких дисках используется специальный активный материал, позволяющий производить запись/перезапись информации. Различают диски с органическим (в основном диски CD-R-типа) и неорганическим (в основном CD-RW-диски) активным материалом.

При использовании органического активного материала запись осуществляется путём разрушения химических связей материала, что приводит к его потемнению (изменению коэффициента отражения материала). При использовании неорганического активного материала запись осуществляется изменением коэффициента отражения материала в результате его перехода из аморфного агрегатного состояния в кристаллическое и наоборот. И в том и в другом случае запись производится модуляцией мощности лазера.

В просторечии такие записываемые диски называются «болванками» и записываются на специальных пишущих приводах для компакт-дисков (широко сегодня распространённых), на сленге именуемыми «резаками». Процесс записи называется «прожигом» (от англ. to burn) или «нарезкой» диска. В некоторых CD-плеерах и музыкальных центрах такие диски могут не воспроизводиться. В последнее время все производители бытовых музыкальных центров и CD-плееров включают в свои устройства поддержку чтения CD-R/RW.