Процесс хранения данных

Напомним, что данными называются зарегистрированные в каком-нибудь виде сигналы. В данных содержатся сведения, характеризующие какой-либо объект или явление. Большинство данных не используется непосредственно, а подвергается обработке. Понятно, что эта обработка не может быть осуществлена немедленно после получения данных, а должно пройти определённое время, пока данных не накопится достаточное количество или в обработке каких-то конкретных данных не возникнет необходимость. Весь период времени между поступлением данных и началом их использования данные подвергаются хранению. Хранение данных – передача информации во времени.

	Документ

Свойства данных. Для понимания особенностей процесса хранения рассмотрим основные свойства, которыми обладают данные.

1. Важнейшим из их свойств является тип данных. Тип данных определяет:

- множество значений, которые может принимать данное;

- форму представления данных в ЭВМ;

- совокупность операций, допустимых над данными;

- правила доступа к ним (т.е. извлечения с места хранения).

Допустимый набор типов данных и их особенности определяются программной системой, имеющейся в компьютере и работающей с данными. Ясно, что чем более широким и гибким оказывается набор используемых типов данных, тем больше возможностей предоставляется пользователю в решении задач представления, хранения и применения данных.

2. Следующим признаком является деление данных на простые (одиночные) и сложные (структурированные). Данные простого типа содержит только одну компоненту – одно число или один символ. Данные сложных типов могут содержать несколько компонент простого типа. Таким образом, простые данные являются теми «кирпичиками», путём объединения которых строятся сложные данные.

3. В зависимости от того, на каком этапе обработки данные используются, они подразделяются на исходные (входные), промежуточные и выходные. К исходным относятся данные, необходимые для исполнения программы и вводимые в неё до или в процессе работы. Эти данные могут быть предварительно записаны на некотором носителе и вводиться с него, а также могут поступать по линии связи от каких-то датчиков или с других компьютеров, а могут вводиться непосредственно пользователем программы с помощью устройства ввода (клавиатуры).

Промежуточные данные формируются в ходе исполнения программы и, чаще всего, пользователю недоступны. Они не отображаются на устройствах вывода, но существуют во внутренней или внешней памяти компьютера.

Выходные данные являются конечным результатом работы программы – ради них и производится обработка входных данных. Выходные данные, предназначенные для человека, представляются в требуемом для него формате (тексты, рисунки, звуки и т.д.).

Способы представления данных в компьютере. Для представления значений простых данных во внутренней памяти компьютера используют так называемое машинное слово – совокупность двоичных элементов, обрабатываемых как единое целое в устройствах и памяти компьютера. С технической точки зрения машинное слово объединяет запоминающие элементы, служащие для записи 0 или 1 (одного двоичного разряда) в единую ячейку памяти. Первый микропроцессор Intel-4004, созданный в конце 1970 года фирмой Intel работал с 4-разрядными ячейками. В настоящее время наибольшее распространение получили компьютеры с 32-разрядными ячейками (см. рис. 1.5), однако существуют компьютеры и иной разрядности. Доступ к машинному слову в операциях записи и считывания осуществляется по номеру ячейки памяти, который называется адресом ячейки.

№ разряда	31-й разряд	30-й разряд	29-й разряд	28-й разряд	…	…	…	2-й разряд	1-й разряд	0-й разряд
Содержимое					…	…	…

Рис. 1.5. 32-разрядное машинное слово

Для представления символов (литерных данных) машинное слово делится на группы по 8 разрядов, в каждую из которых записывается двоичный код символа. Ясно, что в 32-разрядном машинном слове можно записать 4 символа. В представлении целых чисел используется уже все 32 разряда, а для представления одного вещественного (дробного) числа, например, в языке PASCAL используются целых две ячейки.

Пусть в задаче требуется обработать большое количество однотипных данных. Это можно сделать различными способами.

Например, первый способ: запрашивать данные по одному и обрабатывать. Недостаток: на текущий момент доступно только одно текущее значение, для повторной обработки придется запросить все данные повторно.

Второй способ: объявить столько переменных, сколько данных понадобится. Недостаток: обрабатывать все данные надо одинаково, и программа будет содержать повторяющийся набор однотипных действий, отличающихся только именем переменной, хранящей очередное значение.

Поэтому необходимы структуры, позволяющие хранить однотипные данные и одинаково их обрабатывать. Именно по этой причине в современных компьютерах используются сложные (структурированные) данные. Наиболее простой структурой является массив. Массив – это структура данных одинакового типа, упорядоченных по номерам. Для его хранения во внутренней памяти компьютера отводится непрерывная область, содержащая столько ячеек, сколько необходимо для размещения всех элементов массива.

Другой часто используемой структурой данных является логическая запись. Логическая запись – разнородная совокупность простых данных, имеющая смысловую завершённость. Иными словами, логическая запись объединяет не любые разрозненные по своему содержанию (смыслу) данные, а те, которые характеризуют некий объект. Пример записи – строка списка студентов:

Фамилия

Год рождения

Год поступления в ВУЗ

Курс

Номер зачётной книжки

Рис. 1.6. Пример логической записи

Простые данные, совокупность которых образует запись, называются полями записи. Данные в виде совокупности логических записей могут храниться во внутренней памяти компьютера, но чаще они используются для представления данных во внешней памяти. В этом случае они объединены в файл. Файл – совокупность однородных записей, хранящихся во внешней памяти компьютера. Файлы могут объединяться в каталоги. В операционных системах семейства Windows каталоги называются папками.

Основные фазы процесса хранения информации:

- организация информационных массивов;

- запись данных на носитель;

- реализация алгоритмов ввода, поиска, обновления и вывода информации.

Начиная со средины 60-х годов 20 века, для хранения информации все шире используют так называемые базы данных – централизованные хранилища информации, доступные многим пользователям. Они предоставляют широкий спектр операций по хранению, поиску и манипулированию данными.

При долговременном хранении больших объемов данных используют так называемое сжатие или архивацию данных – запись данных в таком формате, при котором они занимают меньше места, чем при обычном формате хранения.

Устройства хранения информации. Устройства, выполняющие операции, связанные с сохранением и считывания данных на материальном носителе называются внешними запоминающими устройствами (ВЗУ) или устройствами внешней памяти. Любое ВЗУ реализует один из двух возможных принципов размещения информации – последовательный или прямой доступ. Первый вариант используется при сохранении информации на ленточных носителях. В этом случае записи размещаются одна за другой, т.е. последовательно. Считывание записей также производится последовательно, и для того, чтобы отыскать нужную запись, требуется просмотреть все предыдущие. В настоящее время в качестве устройств последовательного доступа используются стримеры.

<TBODY> Стример (англ. tape streamer) — устройство для резервного копирования больших объёмов информации. В качестве носителя здесь применяются кассеты с магнитной лентой. Стримеры позволяют записать на небольшую кассету с магнитной лентой огромное количество информации. Встроенные в стример средства аппаратного сжатия позволяют автоматически уплотнять информацию перед её записью и восстанавливать после считывания, что увеличивает объём сохраняемой информации. Недостатком стримеров является их сравнительно низкая скорость записи, поиска и считывания информации.</TBODY>

Для реализации прямого доступа на носителе должны быть пронумерованы области записи информации, такие области называются блоками. Обратиться к данному, записанному в определённом блоке, можно по номеру блока. Операция разбиения поверхности носителя на блоки называется форматированием, она обязательно делается перед использованием носителя.

К устройствам прямого доступа относятся магнитные диски и компакт-диски.

Рис. 1.7. Винчестерский накопитель со снятой крышкой корпуса

<TBODY> Н акопитель на жёстких магнитных дисках (англ. HDD — Hard Disk Drive) или винчестер — это наиболее массовое запоминающее устройство большой ёмкости, в котором носителями информации являются круглые алюминиевые пластины – платтеры, обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. Используется для постоянного хранения информации — программ и данных. </TBODY>

Рис. 1.8. Поверхность магнитного диска

Информация записывается по концентрическим дорожкам (трекам), которые делятся на секторы. Сектор хранит минимальную порцию информации, которая может быть записана на диск или считана. Ёмкость сектора постоянна и составляет 512 байтов.

Накопитель на компакт-дисках (CD-ROM)состоит из прозрачной полимерной основы диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм. Одна сторона покрыта тонким алюминиевым слоем, защищенным от повреждений слоем лака. Двоичная информация представляется последовательным чередованием углублений (pits — ямки) и основного слоя (land — земля). Участки CD, на которых записаны символы "0" и "1", отличаются коэффициентом отражения лазерного луча, посылаемого накопителем CD-ROM. Эти отличия улавливаются фотоэлементом, и общий сигнал преобразуется в соответствующую последовательность нулей и единиц.

Достоинства CD-ROM:

· При малых физических размерах CD-ROM обладают высокой информационной ёмкостью, что позволяет использовать их в справочных системах и в учебных комплексах с богатым иллюстративным материалом

· Считывание информации с CD происходит с высокой скоростью, сравнимой со скоростью работы винчестера;

· CD просты и удобны в работе, практически не изнашиваются;

· CD не могут быть поражены вирусами;

· С CD-ROM невозможно случайно стереть информацию;

· Стоимость хранения данных (в расчете на 1 Мбайт) низкая.

Дата добавления: 2014-01-04