Лекции / 7. Носители информации

Носитель информации (информационный носитель) — любой материальный, способный достаточно длительное время сохранять в своей структуре занесённую на него информацию. Зачастую сам носитель информации помещается в защитную оболочку, повышающую его сохранность и, соответственно, надёжность сохранения информации (к примеру: бумажные листы — в обложку, микросхему памяти — в пластик (смарт-карта), магнитную ленту — в корпус и т. д.).

Классификация носителей

По природе носителя:

волново-полевые (звуковые, электромагнитные и проч. волны)

вещественно-предметные (книги, письма, археологические и палеонтологические находки, аппаратные запоминающие устройства)

биохимические (ДНК, РНК и т.д.)

По происхождению:

естественные (свет звёзд, несущий информацию о химическом содержании их атмосфер; кости динозавров, несущие информацию об их размерах; метеориты)

искусственные (лист бумаги с пробитыми по определённому правилу отверстиями, несущий закодированный текст; радиоволны, излучённые антенной станции дальней космической связи, несущие команды для космического робота)

По количеству циклов записи:

для однократной записи;

для многократной записи;

По долговечности:

для долговременного хранения (прекращение выполнения функции носителя обусловлено обстоятельствами случайными);

для кратковременного хранения (прекращение функции обусловлено процессами закономерными, приводящими к неизбежной деградации носителя);

В общем случае границы между этими разновидностями носителей довольно расплывчаты и могут варьироваться в зависимости от ситуации и внешних условий.

К электронным носителям относят носители для однократной или многократной записи электрическим способом: CD-ROM, DVD-ROM, полупроводниковые (флеш-память и т. п.), дискеты.

Дискета представляет собой круглый кусок гибкого пластика, покрытый магнитным окислом. Популярное название "гибкие" или "флоппи" - диски появилось из-за того, что этот кусок пластика - гибкий. Круглый диск с магнитным покрытием помещен в квадратный предохранительный конверт. Внутренняя поверхность этого конверта покрыта слоем белого фетро-подобного материала, помогающим в защите дискеты. Он служит как для смягчения ударов, так и для улавливания пыли.

Во время записи информации происходит следующее:

Компьютерная программа дает инструкцию записать файл с данными на дискету. Запускается первый двигатель, который раскручивает дискету. Диск крутится с постоянной скоростью 300 об/мин.

Диск имеет много концентрических дорожек на каждой стороне. Каждая дорожка разделена на меньшие доли называемые секторами.

Второй двигатель перемещает головку чтения-записи от дорожки к дорожке. Время, которое требуется, чтобы перейти на требуемую дорожку, называется "временем доступа".

Электроника дисковода знает, сколько надо сделать шагов и поворотов, чтобы передвинуть головку чтения/записи к необходимому сектору на дорожке.

Головка чтения/записи останавливается на дорожке. Считывающая головка проверяет адрес, по которому надо записать данные на форматированной дискете, чтобы убедиться, что используется правильная сторона дискеты и требуемая дорожка.

Прежде, чем поступившие от программы данные записать на дискете, стирающаяся катушка (расположенная на головке чтения/записи) очищает сектор для записи данных головкой чтения/записи. Очищенный сектор более широкий по сравнению с записанным - это делается для того, чтобы сигналы близлежащих секторов в смежных дорожках не смешивались с сигналами в записанном секторе.

Головка чтения/записи записывает данные на дискету, намагничивая в течение нескольких секунд, железо в намагниченных частицах поверхности дискеты. Намагниченные частицы имеют северный и южный полюс. Головкой чтения/записи они ориентируются таким образом, что их положение может быть считано при последующем считывании. Различно заряженные частицы образуют некоторую двоичную последовательность, которая затем, при считывании, переводится в информацию, воспринимаемую пользователем.

В настоящее время дискеты практически не используются, ввиду маленького объема памяти (1,44 Мб) и низкой надежности сохранения данных по сравнению с носителями информации, появившимися позже.

Компакт-диск (англ. Compact Disc, CD) — оптический носитель информации в виде пластикового диска с отверстием в центре, процесс записи и считывания информации которого осуществляется при помощи лазера.

Основа компакт-диска — поликарбонатная подложка, на которую распыляется тончайший слой металла (алюминий, серебро, золото). На этот слой, собственно, и производится запись. Металлическое напыление покрывается слоем защитного лака, и уже на него наносятся всякие картинки, логотипы, названия и другие опознавательные знаки.

Принцип работы оптических дисков основан на изменении интенсивности отраженного света. На обычном CD вся информация записана на одной спиральной дорожке, представляющей собой последовательность углублений, питов. Между углублениями расположены участки с гладким отражающим слоем, лэндов. Данные считываются при помощи лазерного луча. Если лазер попадает на лэнд, специальный фотодиод регистрирует отраженный луч и фиксирует логическую единицу. Если же лазер попадает в пит, луч рассеивается, интенсивность отраженного света уменьшается и устройство фиксирует логический ноль.

Первые лазерные диски были предназначены только для чтения. Они изготавливались строго в заводских условиях и питы на них наносились при помощи штамповки непосредственно на голую поликарбонатную подложку, после чего диски покрывали отражающим слоем и защитным лаком.

Но уже в 1988-м появилась технология CD-R (Compact Disc-Recordable). Диски, выполненные по этой технологии, можно было использовать для однократной записи информации при помощи специального пишущего привода. Для этого между поликарбонатом и отражающим слоем был размещен еще один слой из тонкого органического красителя. При нагревании до определенной температуры краситель разрушался и темнел. В процессе записи привод, управляя мощностью лазера, наносил на диск последовательность темных точек, которые при считывании воспринимались как питы.

Еще через десять лет, был создан CD-RW (Compact Disc-Rewritable) — перезаписываемый компакт-диск. В отличие от CD-R, здесь в качестве записывающего слоя использовался специальный сплав, способный под воздействием лазерного луча переходить из кристаллического состояния в аморфное и обратно, и, соответственно, менять свою отражающую способность.

В 1996 году в продаже появились первые DVD (Digital Versatile Disc) емкостью 4,7 Гб. Новые носители информации эксплуатировали тот же самый принцип, что и CD, только для считывания использовался лазер с меньшей длиной волны. Это изменение позволило уменьшить размер светового пятна лазера, а, следовательно, и минимальный размер ячейки информации.

В двуслойных DVD информация записывается на двух разных уровнях, обычном нижнем и полупрозрачном верхнем. Изменяя фокусировку лазера, можно считывать данные с обоих слоев поочередно. Такие DVD вмещают 8,5 Гб информации. Затем появились двуслойные двусторонние DVD. У этих дисков обе стороны рабочие и содержат по два слоя информации. Вместимость носителей выросла до 17 Гб.

На этом показателе был достигнут потолок DVD-технологии. Дальнейшее увеличение количества слоев представляется излишне сложной проблемой, толщина диска все же ограничена, так что впихнуть туда что-то очень трудно. Кроме того, даже при двуслойной системе было множество нареканий на качество считывания информации, а уж сколько ошибок могут выдать гипотетические трехслойные DVD — и подумать страшно.

Производители решили (временно, конечно) проблему увеличения емкости путем создания нового формата. Вернее, сразу двух: HD-DVD и Blu-ray. Обе технологии используют синий лазер с еще меньшей длиной волны. Уменьшение длины волны позволяет также уменьшить минимальный размер ячейки памяти и, следовательно, увеличить плотность записи. Появление сразу двух новых типов дисков спровоцировало так называемую «войну форматов», длившуюся около двух лет. В конечном итоге, несмотря на определенные преимущества, HD-DVD этот бой проиграл. По мнению многих экспертов, главную роль в этом сыграла исключительно мощная поддержка американскими киностудиями формата Blu-ray.

USB-флеш-накопитель (сленг. флешка, флэшка, флеш-драйв) — запоминающее устройство, использующее в качестве носителя флеш-память и подключаемое к компьютеру или иному считывающему устройству по интерфейсу USB.

USB-флешки обычно съёмные и перезаписываемые. Размер — 3 - 5 см, вес — меньше 60 г. Получили большую популярность в 2000-е годы из-за компактности, лёгкости перезаписывания файлов и большого объёма памяти (от 32 МБ до 256 ГБ). Основное назначение USB-накопителей — хранение, перенос и обмен данными, резервное копирование, загрузка операционных систем и др.

Флэш-память этого устройства представляет собой массив транзисторов (ячеек), каждый из которых может хранить один бит информации.

У подобного носителя есть масса преимуществ. Флэшки, в отличие от своих предшественников, не имеют движущихся деталей. Они компактны, надежны и способны хранить довольно солидные объемы информации, да и производители неустанно трудятся над увеличением их емкости.

Еще одно преимущество флэш-накопителя — простота в использовании. Флэшка подсоединяется к USB-порту компьютера, операционная система обнаруживает новое устройство, а содержимое флэшки отображается в виде дополнительного диска в системе. Соответственно и работа с файлами не отличается от работы с обычным жестким диском. Не требуется никаких дополнительных программ, не нужно ломать голову над совместимостью устройств и форматов, всматриваться в производителя устройства, гадая, подойдет ли оно к компьютеру или нет.

Флэш-память надежна, не боится вибраций, не шумит, потребляет мало энергии, скорость обмена информацией приближается к показателям стандартных жестких дисков. Флэш-память, за счет отсутствия движущихся частей, обладает высокой надежностью, не боится вибраций, не шумит и потребляет мало энергии.

• Недостатки

• Ограниченное число циклов записи-стирания перед выходом из строя.

• Способны хранить данные полностью автономно до 5 лет. Наиболее перспективные образцы — до 10 лет.

• Скорость записи и чтения ограничены пропускной способностью USB

• В отличие от компакт-дисков, имеют недостатки, свойственные любой электронике: чувствительны к электростатическому разряду — обычное явление в быту, особенно зимой; чувствительны к радиации.