Информация аналоговая и цифровая

Информация – это знания, которые человек получает в общении с природой и обществом с помощью своих органов чувств.

Эти знания можно разделить на две категории: знание фактов ("Я знаю, что...", декларативные знания) и знание правил ("Я знаю, как...", процедурные знания). Для того чтобы правильно определить свои действия в конкретной ситуации, равно необходимы и те, и другие.

Все живые существа могут воспринимать образную информацию (запахи, вкусы, шумы и многое другое), это только человек умеет представлять свои знания в знаковом (символьном) виде. Из различных символов (букв, цифр, знаков препинания) состоит текст. Из символов – только уже звуковых (фонем) – состоит устная речь.

Знаковую систему для представления информации называют языком, а полный набор символов языка – его алфавитом. Языки делятся на разговорные (естественные) и формальные. Формальные языки создаются специально, чаще всего для определенной области человеческой деятельности (например, язык математики). В вычислительной технике тоже используются особые формальные языки. Когда информация представлена в виде, пригодном для автоматической обработки, ее называют словом "данные".

Информация бывает аналоговой и цифровой.

Аналоговое Цифровое

Рис.1. Аналоговое и цифровое представление информации

Человек воспринимает аналоговую информацию с помощью органов чувств, а вычислительная техника, в основном, работает с цифровой информацией. Поэтому часто аналоговую информацию необходимо преобразовывать в цифровую. В ПК это делает АЦП – аналогово-цифровой преобразователь. Обратную операцию выполняет ЦАП– цифро-аналоговый преобразователь.

Чем ближе цифровая информация к аналоговой, тем больше вычислений приходится выполнять компьютеру (рис. 1).

Примеры аналоговых устройств: телевизор, проигрыватель, телефон.

Цифровые устройства: ПК, музыкальные проигрыватели компакт-дисков, мониторы.

Над информацией (данными) могут выполняться различные операции.

Сбор информации. Сбор информации – это процесс целенаправленного извлечения и анализа информации о предметной области, в роли которой может выступать тот или иной процесс, объект и т. д. Цель сбора – обеспечение готовности информации к дальнейшему продвижению в информационном процессе.

Данная фаза содержит этапы:

1) первичное восприятие информации; здесь осуществляется определение качественных и количественных характеристик предметной области, важных для решаемых потребителем информации задач;

2) разработка системы классификации и кодирования информации, кодирование классов;

3) распознавание и кодирование объектов;

4) регистрация результатов.

Регистрация информации. Собранная информация в обязательном порядке регистрируется, или фиксируется, на каком-либо материальном носителе. Это может быть бумага, машинный носитель (например, магнитный диск) и т. д. Только после регистрации информации образуется сигнал.

Хранение информации. Информация хранится либо в собственной памяти человека – и тогда ею можно воспользоваться сразу, либо на внешних носителях (в книге, блокноте, на магнитном диске и т. п.), откуда ее сначала нужно прочитать. Хранение данных осуществляется с использованием внешней памяти.

Передача информации. Информацияпередается в виде сигналов. Разные виды информации могут передаваться в виде сигналов, имеющих разную физическую природу.

Обработка информации. Почти непрерывно человек обрабатывает информацию: получает новые знания на основе уже известных ему фактов и правил, изменяет форму представления, упорядочивает (сортирует) информацию, ищет ее в большом массиве (словаре, справочнике, картотеке и т. п.). В компьютере обработка информации осуществляется в соответствии с программой, предварительно размещенной в памяти компьютера.

Представление информации. Для представления информации потребителю используются устройства вывода, называемые периферийными устройствами (или периферией), которые в зависимости от вида сигнала–носителя информации делятся на устройства вывода на бумажный носитель и устройства вывода на электронный носитель.

Носители данных

Данные представляют собой зарегистрированные сигналы. При этом физический метод регистрации может быть любым: механическое перемещение физических тел, изменение их формы или параметров качества поверхностей, изменение электрических, магнитных, оптических характеристик, химического состава или химических связей, изменение состояния электронной системы и многое другое. В соответствии с методом регистрации данные могут храниться и транспортироваться на носителях различных видов.

Магнитные диски

Чтобы сохранить информацию на длительный срок, необходима дисковая память. Основу дисковой памяти составляют технология записи и способ организации быстрого доступа. Технология магнитной записи аналогична той, что используется во всех других видах переноса информации на магнитный носитель, например аудио и видеокассеты.

Принцип магнитной записи был впервые широко использован для записи звука, т.е. для аналоговой формы информации. Только позднее принцип был приспособлен для цифровой записи, которая теперь применяется в компьютерах, т.к. магнитная запись изначально двоична (намагничено-ненамагничено). Цифровая магнитная запись производится на поверхности магниточувствительного материала. Магнитное покрытие наносится на какую-либо основу, обычно гибкий пластик или алюминиевые пластины.

С помощью устройства, называемого дисководом, с диска можно считать (переслать в ОЗУ) информацию и записать (переслать из ОЗУ) ее на диск (сохранение информации на внешнем носителе).

Дисководы бывают нескольких типов: для дискет, CD-ROM/R/RW, DVD-ROM/R/RW. В компьютере может быть установлено несколько дисководов.

Чтение и запись информации с диска производится с помощью магнитной головки. Перемещение магнитной головки по направлению радиуса диска, вращающегося с постоянной скоростью вокруг своего центра, позволяет установить головку над любой точкой поверхности диска.
Форматирование – разбиение диска на дорожки и секторы. Самая первая дорожка магнитного диска (нулевая) – здесь хранится служебная информация, так называемая таблица размещения файлов (FAT таблица). В этой таблице компьютер запоминает адреса файлов.

У гибкого диска на двух сторонах по 80 дорожек. Каждая дорожка разбита на 18 секторов. Общая емкость гибкого магнитного диска может быть подсчитана

2х80х18х0.5Кбайт=1440 Кбайт = 1,44 Мбайт.

Жесткие диски имеют емкость, которую измеряют в гигабайтах: 1 Гбайт = 1024 Мбайт.

Накопители на жестких дисках (винчестеры) предназначены для хранения большого объема информации и значительно повышают возможности компьютера.
Жесткий диск изготовляется из прочного металла, на поверхность которого наносится магнитный материал. В компьютере обычно устанавливается несколько жестких дисков, расположенных один под другим, которые находятся в постоянном вращении. Жесткий диск вращается со скоростью порядка 3600 – 7200 об/мин (в 10 раз быстрее, чем гибкий диск) внутри герметичного металлического кожуха.

Головки чтения и записи устанавливают на расстоянии нескольких микрометров на воздушной подушке в непосредственной близости от жесткого диска.
Жесткие диски различаются емкостью, т. е. тем, сколько информации помещается на диске. Обычно компьютеры оснащаются жестким диском емкостью 800–2000 Мбайт.

Если на запись адреса файла использовано 16 бит (FAT – 16), то с их помощью можно дать адреса 65536 файлам, самих файлов не может быть больше 65536.

Кластер – минимальный размер адресного пространства.

Величина кластера =емкость диска / 65536.

При переходе на систему записи адреса 4 байтами (32 бита) – FAT – 32, размеры кластеров уменьшаются, а число адресов будет >36,510⁸=>36 000 000 000.

В настоящее время широко используется файловая система FAT – 32.

Объем диска	Размер кластера
513 Мбайт… 8 Гбайт	4 Кбайт
8 Гбайт… 16 Гбайт	8 Кбайт

Чем больше адресов, тем больше места пропадает из-за несовершенной системы адресации. Для борьбы с нерациональными потерями жесткий диск разбивают на несколько разделов. Каждый такой раздел рассматривают как отдельный логический жесткий диск. Каждый логический диск имеет свою собственную таблицу размещения файлов, поэтому на нем действует своя система адресации. В итоге потери из-за размеров кластеров становятся меньше.

CD и DVD

В связи с ростом объемов и сложности программного обеспечения широкое внедрение получили мультимедиа-приложения. Достаточно популярны в последнее время устройства для чтения компакт-дисков (CD-ROM). Эти устройства и сами компакт-диски относительно не дороги и очень надежны. Они могут хранить большие объемы информации (700 Мбайт), поэтому они удобны для записи программ и данных большого объема, например каталогов, перечней энциклопедий, а также обучающих демонстрационных и игровых программ, сочетающих изображения, текст и звук.

Информация на компакт-дисках копируется посредством чередования отражающих и не отражающих свет участков на подложке диска. При промышленном производстве компакт-дисков эта подложка выполняется из алюминия, а не отражающие свет участки делаются с помощью продавливания углублений в подложке специальной пресс-формой. Сверху подложки на компакт-диске находится прозрачное покрытие, защищающее занесенную на компакт-диск информацию от повреждений.

Скорость чтения данных с компакт-дисков значительно меньше, чем с жестких дисков. Одна из основных причин этого состоит в том, что компакт-диски при чтении вращаются не с постоянной угловой скоростью, а так, чтобы обеспечить неизменную линейную скорость прохождения информации под читающей головкой.

Внешне DVD-диск напоминает CD: оба являются оптическими дисками диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм. Аналогичны они и по принципам записи цифровой информации. Оба состоят из прозрачной полимерной подложки, отражающего слоя и вспомогательного защитного (несущего) слоя, придающего дискам необходимую жесткость. В отражающем слое тем или иным образом формируется своеобразная матрица в виде закрученной в спираль дорожки с “дырками” (питами). Считывание информации производится лазерным лучом, сканирующим отражающую поверхность. При попадании в дырку луч отражается точно на регистрирующий детектор, его сигнал превышает заданный порог, что и соответствует логической единице. При отсутствии дырки луч рассеивается, сигнал с детектора оказывается ниже заданного порога – фиксируется логический ноль. CD- и DVD-диски во многом подобны, но их ключевые физические параметры значительно отличаются.

Главное преимущество DVD-дисков по сравнению с CD – существенно более высокая информационная емкость за счет большей поверхностной плотности пит. Достичь такого показателя позволили новые технологические решения, среди которых в первую очередь стоит отметить следующие:

 

CD DVD

Рис. 2. Размеры пит и шага спирали

o двухкратное уменьшение геометрических размеров пит (рис. 2);

o более чем двухкратное уменьшение шага спирали между соседними дорожками пит;

o применение лазерного луча с меньшей длиной волны и увеличенной апертурой фокусирующей линзы для надежного считывания сверхмалых пит;

oиспользование более эффективных схем модуляции цифровых данных и улучшенной схемы коррекции ошибок, позволяющих на порядок повысить надежность считывания данных, несмотря на более высокую плотность их записи. Еще одно важное отличие DVD-дисков заключается в том, что они всегда двухсторонние. Два отдельных диска (каждый толщиной 0,6 мм) склеены между собой нерабочими сторонами. В простейшем варианте данные содержит только одна из сторон, а вторая является пустой. С каждой стороны может быть не один, а два рабочих информационных слоя: первый – «основной» – выполняется по стандартной технологии создания пит (прессования или выжигания) и напыления отражающего слоя, а второй – полупрозрачный (коэффициент отражения 40%) – наносится поверх первого. Для считывания двухслойных дисков применяются сложные оптические головки с переменным фокусным расстоянием. Луч лазера, проходя через полупрозрачный слой, сначала фокусируется на внутреннем слое, а после завершения его чтения — на внешнем.

2.2.3. USB-флэшки. В конце прошлого века у магнитных дисков появились активные конкуренты – твердотельные флэш-носители с USB интерфейсом, или, проще говоря, USB флэш-драйвы. Название «флэш» (flash) было введено компанией Toshiba, так как содержимое памяти в таких микросхемах можно стереть мгновенно «in a flash». Флэш–носители являются энергонезависимыми, то есть данные в них не пропадают после отключения питания и теоретически способны храниться до ста лет. Устройства с флэш-памятью миниатюрны, очень легкие, высоконадежные и обладают низким энергопотреблением. Благодаря этим свойствам флэш стала самым популярным носителем для портативных цифровых устройств (цифровые камеры, карманные компьютеры, аудиоплейеры и т. д.). Объем современных флэш-драйвов составляет от 32 Мбайт до 2 Гбайт. В одном корпусе USB-флэшки объединены микросхемы флэш-памяти, контроллер и разъем USB. Большинство флэш-драйвов оснащено специальным светодиодом, который обычно мигает с частотой несколько герц при обращении к флэшке. Аббревиатура USB означает, что для подключения этих устройств не нужно никаких специальных «дисководов» или адаптеров, кроме имеющегося в каждом современном компьютере или ноутбуке USB порта. Размер обычных внешних накопителей (оптические приводы, жесткие диски, магнитооптика и т. д.) по сравнению с компактными флэш – драйвами все-таки достаточно громоздкий. Типичный размер USB-драйва 80x30x20 мм (некоторые чуть больше, некоторые чуть меньше), то есть небольшой брелок, помещающийся в кулаке. Вес обычно не превышает 20–30 г.

Поскольку внутри устройства нет никаких движущихся частей, то USB- драйвы не боятся физических воздействий и более надёжны с точки зрения сохранности данных. Корпуса флэш-драйвов выполняются из прочной (иногда прорезиненной) пластмассы, поэтому в отличие от оптических носителей царапин USB-драйв тоже не боится.

Обычно на флэш-драйве есть специальный механический переключатель защиты от записи. Он обозначается двумя пиктограммами – открытым и закрытым замочками. С помощью специального программного обеспечения часть драйва (или весь драйв) закрывается паролем. И обратиться к этой области или отформатировать ее можно будет, только зная пароль доступа.

Обычно скорость чтения не превышает 1 Мб/с, а скорость записи 0,70 – 0,8 Мб/с.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что USB флэш-драйвы являются одним из самых оптимальных устройств для хранения и переноса данных.