Хранение информации

Под хранением информации (от хранить – содержать в безопасности/целости [12]) следует понимать содержание информации во внешней памяти компьютера.

С хранением информации связаны такие понятия, как носитель информации (память), внутренняя память, внешняя память, хранилище информации. Носитель информации – это физическая среда, непосредственно хранящая информацию. Основным носителем информации для человека является его собственная биологическая память (мозг человека). Ее можно назвать внутренней памятью, поскольку ее носитель – мозг – находится внутри человека. Все прочие виды носителей информации можно назвать внешними (по отношению к человеку). Виды этих носителей менялись со временем от камня до бумаги. Развитие информационной техники привело к созданию магнитных, оптических и других современных видов носителей информации.

Хранилище информации – это определенным образом организованная совокупность данных на внешних носителях, предназначенная для длительного хранения и постоянного использования. Примерами хранилищ являются архивы документов, библиотеки, справочники, картотеки. Основной информационной единицей хранилища является определенный физический документ – анкета, книга, дело, досье, отчет и пр. Под организацией хранилища понимается наличие определенной структуры, т.е. упорядоченность, классификация хранимых документов. Такая организация необходима для удобства ведения хранилища: пополнения его новыми документами, удаления ненужных документов, поиска информации и пр.

Знания, хранящиеся в памяти человека, можно рассматривать как внутреннее хранилище информации, однако организацию этого хранилища нам понять трудно. Основное свойство человеческой памяти – большая скорость воспроизведения хранящейся в ней информации. Но по сравнению с внешними хранилищами человеческая память менее надежна. Поэтому для более надежного хранения человек использует внешние носители, организует хранилища информации.

Основные свойства хранилища информации – объем хранимой информации, надежность хранения, время доступа (т.е. время поиска нужных сведений), наличие защиты информации.

Информацию, хранимую на устройствах компьютерной памяти, принято называть данными. Организованные хранилища данных на устройствах внешней памяти компьютера принято называть базами данных.

В современных компьютерах основными носителями информации для внешней памяти служат магнитные и оптические диски. Рассмотрим, каким образом организуется хранение информации на магнитных дисках. Такой подход оправдан тем, что оптические диски для этой цели стали использоваться гораздо позже, а потому ради обеспечения совместимости с магнитными устройствами они во многом имитируют структуру последних.

Размещение информации на носителях. Обычный магнитный диск имеет две поверхности, пригодные для размещения информации, которые в технической литературе принято называть сторонами (side) диска. Учитывая, что в накопителях на жестких дисках на одной оси могут устанавливаться несколько дисковых пластин, общее количество сторон может быть и больше [8].

Каждую поверхность обслуживает собственная магнитная головка (head). Все головки собраны в единый механический блок и могут двигаться вдоль радиуса дисков, причем движение это является дискретным, т.е. головки занимают относительно диска только строго определенные положения. Наконец, каждая дорожка разделена на отдельные секторы (sector) (рис. 1.4). Сектор является неделимой порцией информации и может быть прочитан только целиком. Последней координатой информации на диске служит номер требуемого байта в секторе.

Итак, положение байта информации на магнитном диске определяется четырьмя “координатами”: номером стороны, номером дорожки диска, номером сектора и номером байта в нем. Такая система хранения данных сложна и требует определенных усилий по их извлечению. Поэтому созданы специальные программы, которые позволяют пользователю извлекать необходимые данные, не требуя от него знания всех этих координат.

Единицы хранения данных. При хранении данных решаются две проблемы: как сохранить данные в наиболее компактном виде и как обеспечить к ним удобный и быстрый доступ (если доступ не обеспечен, то это не хранение). Для обеспечения доступа необходимо, чтобы данные имели упорядоченную структуру, а при этом возникает необходимость дополнительно записывать адресные данные. Без них нельзя получить доступ к нужным элементам данных, входящих в структуру [8].

Поскольку адресные данные тоже имеют размер и тоже подлежат хранению, хранить данные в виде мелких единиц, таких, как байты, неудобно. Их неудобно хранить и в более крупных единицах (килобайтах, мегабайтах и т.п.), поскольку неполное заполнение одной единицы хранения приводит к неэффективности хранения.

В качестве единицы хранения данных принят объект переменной длины, называемый файлом. Файл – это последовательность произвольного числа байтов, обладающая уникальным собственным именем. Обычно в отдельном файле хранят данные, относящиеся к одному типу. В этом случае тип данных определяет тип файла.

В определении файла особое внимание уделяется имени. Оно фактически несет в себе адресные данные, без которых данные, хранящиеся в файле, не станут информацией из-за отсутствия метода доступа к ним. Кроме функций, связанных с адресацией, имя файла может хранить и сведения о типе данных, заключенных в нем. Для автоматических средств работы с данными это важно, поскольку по имени файла они могут автоматически определить адекватный метод извлечения информации из файла. Очевидно, что имя файла должно быть уникальным, так как это обеспечивает однозначность доступа к данным.

Понятие о файловой структуре. Хранение файлов организуется в иерархической структуре, которая в данном случае называется файловой структурой. В качестве вершины структуры служит имя носителя, на котором сохраняются файлы. Далее файлы группируются в каталоги (папки), внутри которых могут быть созданы вложенные каталоги (папки). Путь доступа к файлу начинается с имени устройства и включает все имена каталогов (папок), через которые проходит. В качестве разделителя используется символ “\” (обратная косая черта).

Уникальность имени файла обеспечивается тем, что полным именем файла считается собственное имя файла вместе с путем доступа к нему. Понятно, что в этом случае на одном носителе не может быть двух файлов с тождественными полными именами.

Пример записи полного имени файла:

<имя носителя>\<имя каталога1 >\...\<имя каталога М >\ <собственное имя файла>

Следует иметь в виду, что сектора с информацией одного файла совсем не обязательно располагаются по порядку в одном месте диска. При записи система активно использует свободные места, которые образуются при удалении ненужных файлов. В результате отдельные части файла вполне могут попасть в разные области диска, что будет заметно замедлять доступ к информации. Для устранения этого явления в состав операционных систем обычно входят специальные служебные программы дефрагментации файлов.

Такой подход к организации хранения данных исторически был обусловлен тем, что в качестве материального носителя данных использовались накопители на магнитных дисках. При этом поверхность диска, на которую осуществлялась запись данных, форматировалась: разбивалась на дорожки и сектора. Программы форматирования обеспечивали создание сектора объемом 512 байт. Таким образом, для записи данных, принадлежащих одному файлу, как правило, требуется нескольких секторов. На рисунке отчетливо видно, что сектора на внешних дорожках диска имеют больший размер, чем ближайшие к центру. Это дает основания считать, что данные дорожки должны записываться более надежно. Поэтому нулевая дорожка, которая служит для хранения наиболее важной системной информации, всегда размещается на внешнем кольце поверхности диска.

Дата добавления: 2014-12-26