Накопители информации

Носи́тель информа́ции (Информацио́нный носи́тель) — строго определённая часть конкретной информационной системы, служащая для промежуточного хранения или передачи информации. Носителем информации является всё, что может воспринимать, хранить и передавать информацию (человек, животное, растение, книга, жёсткий диск и т. д.) Компьютерные накопители информации выполняются в виде законченных функциональных блоков, являются принадлежностью системного блока, но относятся к устройствам стандартной периферии.

Классифицируют в зависимости от назначения и устройства памяти.

Способность или неспособность к хранению данных в условиях отключения внешних источников питания:

• энергозависимость

• энергонезависимость памяти.

Особенности механизмов чтения-записи или возможности записи-перезаписи:

• устройства памяти только для чтения (англ. Read-Only Memory, ROM),

• доступные для разовой записи и множества считываний WORM (Write One Read Many - однократна запись, многократное чтение)

• пригодные для полноценного выполнения операций чтения-записи (многократной записи ReWritable).

Часто к вопросу классификации подходят проще, например, различая устройства в зависимости от используемого типа носителя — полупроводниковая память, оптическая память, магнитооптическая память, магнитная память и т. п. Учитывают и скорость записи-считывания данных.

Внешняя память подразделяется на:

а) не сменную (основную) - на жестких магнитных дисках.

б) сменную (дополнительную или переносную)

• на переносных жестких магнитных дисках;

• на оптических дисках;

• на флэш-дисках (флэш-память);

• на магнитных лентах (стримеры) – уходят в прошлое.

Накопители на жестких магнитных дисках – НЖМД, жёсткий диск, хард, харддиск или винче́стер, (англ. Hard (Magnetic) Disk Drive, HDD, HMDD) — энергонезависимое, перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство. Является основным накопителем данных практически во всех современных компьютерах для долговременного хранения программ и информационных массивов. Принцип записи заключается в намагничивании участков поверхности диска, что распознается при считывании подобно тому, как это происходит в магнитофоне, однако запись производится в цифровом виде.

НЖМД часто называют винчестерами. Такое название закрепилось за этими накопителями в связи с тем, что первые такие устройства имели по два жестких диска, а их емкость по 30 МБ, обозначалась через дробь: 30/30, как у охотничьих ружей типа винчестер. В Европе и США название «винчестер» вышло из употребления в 1990-х годах, в русском же языке сохранилось и получило полуофициальный статус, а в компьютерном сленге сократилось до слов «винт» (наиболее употребимый вариант), «винч» и «веник».

Рис. 1.8 – Накопители на жестких магнитных дисках

НЖМД устанавливаются, в системный блок, но совершенно невидимы для пользователя. Об их наличии в ПЭВМ свидетельствует лишь световой индикатор “HD” (Hard Disk, что в переводе с английского и обозначает жесткий диск) на лицевой панели системного блока, который загорается лишь в момент чтения или записи на жесткий диск, то есть во время обращения к нему.

Физический размер (форм-фактор): 3,5, 2,5 дюйма и менее

Емкость колеблется в пределах от 80 ГБ - 1 ТБ и более.

Скорость вращения шпинделя: 5400, 7200, 10 000 об/мин

Интерфейсный разъем: PATA (IDE), SATA, USB…

Скорость передачи данных (записи-чтения) Мб/с используется в сводных таблицах при сравнительном тестировании устройств.

Более новые HDD обладают как большим объемом, так и более высокой скоростью доступа к данным, большей кеш-памятью. Поэтому новый более скоростной диск не только увеличит «дисковую память» ПК, но и повысит общую производительность системы.

Т.о., внешняя не сменная память представляет собой запоминающее устройство на жестком “винчестерском” магнитном диске и предназначена для хранения подлежащих выполнению программ и информационных массивов без возможности их непосредственного переноса (без разбора ПК) на другие машины. Т.е. эти элементы не могут выполнять функции транспортирования, резервирования и архивирования информации. Не обеспечиваются в должной мере и конфиденциальность информации, за исключением сменных. По емкости значительно превосходят оперативную память, но в быстродействии уступают.

Внешняя сменная память предназначена для длительного хранения результатов работы на ПЭВМ и переноса информации на другие компьютеры.

В качестве элементов сменной внешней памяти используются жесткие магнитные диски, оптические диски, магнитооптические диски, флэш-диски, магнитные ленты (стримеры)...

Сменные накопители информации - устройства, обеспечивающие как считывание, так и запись информации и подключаются к ПК периодически.

Использование позволяет решить следующие задачи:

транспортирование информации (программ и данных);

• резервирование (дублирование) информации;

• обеспечение конфиденциальности информации;

• а

  Рис. 1.9 – внешняя память

  рхивирование информации.

Дисковод — электромеханическое устройство, позволяющее осуществить чтение/запись информации на различных носителях информации. Дисководы бывают нескольких типов: CD-ROM/R/RW, DVD-ROM/R/RW, DVD-RAM, Blu-ray, для магнитооптических дисков…

Накопители информации на оптических дисках (НОД), представляют собой наиболее перспективные носители больших объемов информации. Все оптические запоминающие устройства объединяет использование луча лазера для записи и чтения информации в цифровом виде. В процессе записи модулированный цифровым сигналом лазерный луч оставляет на активном слое оптического носителя след, который затем можно прочитать, направив на него луч меньшей интенсивности и проанализировать изменение характеристик отраженного луча.

Накопители на оптических дисках (НОД), в которых запись и чтение информации осуществляется лазерным лучом, а также накопители на магнитных лентах (НКМЛ - стримеры), могут применяться для хранения очень больших объемов информации. Так, к примеру, оптические диски оказываются очень удобными для хранения и использования сведений справочного и энциклопедического характера, и для резервирования и архивирования больших массивов информации. Стримеры уходят в прошлое и практически не применяются.

Оптические запоминающие устройства имеют ряд преимуществ перед внешней памятью, использующей магнитные носители, в частности: высокая емкость хранения информации, оптические носители мало чувствительны к внешним воздействиям в виде магнитных полей, загрязнений, царапин.

По внешнему виду DVD не очень отличается от CD. DVD - по сути дела представляют из себя несколько усовершенствованные CD. Но, сейчас, стандартная емкость CD – 700Мб, а DVD- 4,77Гб. На одном диске DVD можно поместить двухчасовой видеофильм, качество изображения примерно вдвое выше, чем на Video CD, и втрое выше, чем на видеокассетах. Blu-ray диски – это дальнейшее развитие технологии создания и записи оптических дисков.

По диаметру 5 дюймов и 3,5. Могут быть одно-, двух- и многослойные; односторонние и двусторонние.

По объему хранимой информации:

• CD - 700 Мбайт и 210 Мбайт

• DVD - односторонний однослойный диск 4,77-5,27Гб. Двухслойный - 8,5

• Blu-ray Disc (или BD) - от 33 Гб.

По скорости чтения и записи: 2х, 4х, 8х, 12х….

Скорость чтения/записи указывается кратной 150 кБ/с (то есть 153 600 байт/с). Например, 48-скоростной привод обеспечивает максимальную скорость чтения (или записи), равную 48 x 150 = 7200 KБ/с (7,03 MБ/с).

По характеру режима записи-чтения и свойствам носителя оптические запоминающие устройства подразделяются на три категории:

1. ROM - только для считывания. На основе этих дисков создаются разнообразные портативные базы данных, тиражируются широко используемые комплексы программного обеспечения. Записываются на заводе и используются для распространения больших объемов информации, предназначенной только для считывания - пользователь сам не может ни стереть, ни записать информацию.

2. R - дают возможность пользователю самому записывать данные, но лишь один раз. После этого диск многократно используется для чтения информации. На них можно самостоятельно записывать, однако записанную информацию ни стереть, ни перезаписать невозможно. Такие диски удобны для архивирования и особенно полезны в областях, где принципиально важно хранить единожды записанную информацию в неизменном виде.

3. RW - допускает многократную запись, но стоит значительно дороже. Перезаписывающие оптические дисководы в функциональном смысле эквивалентны магнитным, однако пока еще уступают им в производительности. Перезаписывающие оптические дисководы идеальны для резервного копирования данных. Поскольку пользователь может менять и перезаписывать диски, эти дисководы позволяют работать с фактически безграничными объемами информации.

Т.о., в оптическом диске, в отличие от магнитного, запись и считывание данных осуществляется лазером при помощи луча света. Уступая примерно в 2...6 раз по времени доступа магнитным дискам, они, однако, превосходят их по сроку службы (10 лет).

Существуют Shape CD (фигурный компакт-диск) — диски не строго круглой формы, а с очертанием внешнего контура в форме разнообразных объектов, таких как силуэты, машины, самолёты, сердечки, звёздочки, овалы, в форме кредитных карточек и т. д. Обычно диски с формой, отличающейся от круглой, не рекомендуют применять в компьютерных приводах, поскольку при высоких скоростях вращения диск может лопнуть, что может привести к полному выходу привода из строя.

Рис. 1.11 – Оптические диски нестандартной формы

Флеш-диски. Это современное устройство хранения данных на основе энергонезависимой флэш-памяти (особый вид энергонезависимой перезаписываемой полупроводниковой памяти). А значит, она имеет такие преимущества как:

• не требуется дополнительной энергии для хранения данных;

• допускается многократная перезапись хранимых данных;

• построена на микросхемах - не содержит механических частей.

Устройство имеет минимальные размеры и допускает "горячее" подключение в разъем USB, после чего распознается как жесткий диск, причем не требует установки драйвера. Объем флэш-дисков от 128Мб до 256Гб и более, их распространение сдерживает относительно высокая стоимость. Скорость некоторых устройств с флеш-памятью может доходить до 100 Мб/с. В основном флеш-карты имеют большой разброс скоростей и обычно маркируются в скоростях стандартного CD-привода (150 Кб/с). Так указанная скорость в 100x означает 100 × 150 Кб/с = 15 000 Кб/с= 14.65 Мб/с. Благодаря своей компактности, относительной дешевизне и низком энергопотреблении флеш-память широко используется в портативных устройствах и применяется в качестве носителей микропрограмм для микроконтроллеров, используется в принтерах, видеоплатах, микроволновых печах, стиральных машинах…

Напомним, что многие устройства оснащаются кэш-памятью. Кэш (англ. cache) — промежуточный буфер с быстрым доступом, содержащий копию той информации, которая хранится в памяти с менее быстрым доступом, но с наибольшей вероятностью может быть оттуда запрошена. Доступ к данным (ЦПУ, веб-браузер, операционная система, периферийные устройства) в кэше идёт быстрее, чем выборка исходных данных из медленной памяти или их перевычисление, что делает среднее время доступа короче.

Специальные периферийные устройства ввода-вывода информации - это устройства, расширяющие функциональные возможности ПЭВМ

Принтеры. Для печати обрабатываемой на ПЭВМ информации на листы бумаги формата А4, А3 или другого используют печатающие устройства или принтеры. Все принтеры могут выводить текстовую информацию. Большинство выводит рисунки и графики. Некоторые печатают цветные изображения. Существует большое число моделей принтеров, которые в зависимости от способа печати подразделяются на несколько типов:

• матричные;

• струйные;

• лазерные принтеры;

• термографические.

В матричных принтерах печатающая головка содержит несколько металлических стержней - головок, число которых равняется, как правило, 9 или 24. Головка движется вдоль печатной строки, а стержни в нужный момент ударяют по бумаге через красящую ленту, таким образом, формируются символы и изображения. Качество печати тем выше, чем больше число головок используется. Улучшить качество можно, если печатать в два или три прохода. Скорость печати для лучших матричных принтеров достигает 380 и более знаков в секунду. Матричные принтеры сильно шумят. Могут печатать практически на любой бумаге, картоне (в основном с использованием непрерывной подачи бумаги, в рулонах) в лабораториях, банках, бухгалтериях, в библиотеках для печати на карточках, для печати на многослойных бланках (например, на авиабилетах), а также в тех случаях, когда необходимо получить второй экземпляр документа через копирку (обе копии подписываются через копирку одной подписью для предотвращения внесения несанкционированных изменений в финансовый документ).

Струйные принтеры формируют изображения микрокаплями специальных чернил, выдаваемых на бумагу с помощью сопел. Они обеспечивают более высокое качество печати, чем матричные. Лучшие струйные принтеры по скорости печати не уступают лазерным, обеспечивая при этом цветную печать на бумагу и специальную пленку. Стоимость струйных принтеров значительно меньше лазерных. Главные конструктивные недостатки струйных технологий: проблемы с засыханием чернил и засорением сопел и дефекты воспроизведения слабоокрашенных фрагментов изображения. Велик расход краски и картриджей.

Лазерные обладают наиболее высоким качеством, в них используется принцип ксерографии: изображения переносятся на бумагу со специального барабана, к которому электрически притягиваются частички краски. Отличие от ксерокопировального аппарата заключается в том, что печатный барабан электризуется с помощью лазера по командам из компьютера. К достоинствам лазерной печати относится высокая скорость печати и относительно небольшое время необходимое для приведения оборудования в состояние готовности. Лазерные принтеры печатают быстрее других. Скорость печати их очень высока - для текстовой информации, например, до 34 страниц в минуту. Лазерные принтеры могут использовать разную (например, текстурную) бумагу и плёнки. Отпечатки с лазерного принтера более стойки к влаге, агрессивным средам. Но, поскольку тонер термически напекается на носитель, со временем может происходить осыпание изображения, особенно если бумага подвергается механическому воздействию. Лазерные принтеры обеспечивают черно-белую и цветную печать с очень высокой разрешающей способностью - до 2400dpi (точек на дюйм).

Расходные материалы для лазерных принтеров в пересчёте на 1 стандартную страницу почти вдвое дешевле, чем для струйных принтеров. Самые дешёвые расходные материалы для матричных принтеров. Стоимость изготовления одной копии на матричном принтере до сих пор остается самой дешевой. Как правило, для домашних целей чаще используют струйные принтеры, а в качестве офисной техники, где необходимо много печатать – лазерные.

Термографические принтеры получили наибольшее распространение в компьютерных издательских системах, иногда в контрольно-кассовых аппаратах. В этих принтерах применяется специальная термочувствительная бумага, красящий слой которой изменяет цвет под действием повышенной температуры (100-150ºС). Для формирования изображения используется матрица небольших нагревательных элементов, имеющих хороший тепловой контакт с бумагой. Технология термографической печати отличается высокой производительностью и надежностью, отсутствием жидких токсических красителей и сухих тонеров. Существуют модели термографических принтеров, использующих технологию переносящей термографической печати. В них печать производится с использованием специальной красящей ленты или пленки, которая при нагреве осуществляет перенос изображения на обычную бумагу. Термосублимация (возгонка) — это быстрый нагрев красителя, когда минуется жидкая фаза. Из твёрдого красителя сразу образуется пар. При термосублимационной технологии соседние пиксели частично перекрываются, что, к сожалению, снижает разрешение, но создаёт эффект непрерывности изображения, как на аналоговой цветной фотобумаге. Визуально, фото, отпечатанное на термосублимационном принтере, выглядит отлично. Недостаток - медленная скорость печати (фото10х15 см печатается около 1 минуты) и чувствительность применяемых чернил к ультрафиолету.

МФУ - многофункциональные устройства, в которых в одном приборе объединены принтер, сканер, копир; иногда к этим функциям добавляют и факс. Такое объединение рационально технически и удобно в работе.

По принципам печати различают МФУ: струйные, лазерные.

По цветности: цветные, чёрно-белые, цветное сканирование — чёрно-белая печать.

Графопостроитель, или плоттер - это устройство вывода, представляющие выводимые из ЭВМ данные в форме рисунка или графика на бумагу или другой подобный ей носитель информации. Графопостроители являются высококачественной альтернативой принтерам при выводе изображений.

Графопостроители - это дополнительное периферийные устройства, которые используются при автоматизированном проектировании, в частности, с применением ПЭВМ. В зависимости от конструктивного использования плоттеры делятся на устройства планшетного и рулонного /барабанного/ типа.

Манипуляторы (координатно-указательные устройства управления курсором) - дополнительные пульты управления вводом информации, повышающие удобство работы пользователя с рядом диалоговых программных продуктов, где требуется быстро перемещать курсор по экрану дисплея и выбирать пункты меню, а также выделять фрагменты экрана.

Используется следующая дополнительная разновидность манипуляторов:

1. джойстик;

2. тачпа́д (англ. touchpad — сенсорная площадка), се́нсорная пане́ль — указательное устройство ввода, применяемое, чаще всего, в ноутбуках.

3. световое перо (англ. light pen, также — стило́, англ. stylus). Внешне имеет вид шариковой ручки или карандаша, может быть элементом дигитайзера (графического планшета);

4. шаровой манипулятор (манипулятор типа “шар”) – трекбол…

Г

Рис. 1.15 – Графические планшеты

рафические планшеты. В то время как сканеры обеспечивают ввод в ПЭВМ готовых изображений, графические планшеты или диджитайзеры, (от англ. digitaizer - цифровой преобразователь) автоматизируют их создание. Работа с графическим планшетом аналогична рисованию карандашом или ручкой, а поэтому более удобна, чем с манипулятором (конечно, это замечание касается только создания рисунков). Графические планшеты на много упрощают (по сравнению с написанием специальных программ) ввод в ПЭВМ графической информации, состоящей из линий.

Сканеры (от англ. scanner). Сканером называется устройство ввода, позволяющее вводить в ЭВМ изображения (текстовые и графические). Ввод изображения может потребоваться при размножении документов, для их редактирования с последующей выдачей, а также в системах хранения и поиска изображений.

Сканеры являются дополнительными периферийными устройствами ПЭВМ. При комплектации сканером и высококачественным печатающим устройством ПЭВМ превращается в автоматизированное рабочее место (АРМ) для подготовки и издания различных информационных материалов. Аналогично копировальному устройству сканер освещает оригинал, а светочувствительный датчик сканера с определенной частотой производит замеры интенсивности отраженного оригиналом света. Разрешающая способность сканера прямо пропорциональна частоте замеров. В процессе сканирования устройство выполняет преобразование величины интенсивности в двоичный код, который передается в ЭВМ для дальнейшей обработки. При работе с текстовыми документами цифровое изображение, полученное с помощью сканера, можно преобразовать в текст с помощью специальных программ распознавания теста.

Существуют книжные сканеры на основе цифровых фотокамер, применяемые в библиотеках, архивах, станциях по сканированию, которые затрачивают на сканирование одного разворота не более секунды.

Основные характеристики сканеров: оптическое разрешение измеряется в точках на дюйм (англ. dots per inch — dpi) от 600 dpi, скорость работы или время сканирования 1 станицы. Иногда указывается два значения, например 600x1200 dpi, первое - горизонтальное — определяется матрицей элементов распознавания, второе - вертикальное — определяется количеством шагов двигателя на дюйм. Во внимание следует принимать минимальное значение.

Электронные цифровые оптические устройства, предназначены для ввода информации, и представляют собой цифровые видео- или фотокамеры, основным отличием которых от традиционных является отказ от использования фотопленки как средства хранения информации.

Электронная цифровая камера применяется в технологиях мультимедиа и удобна для выполнения оперативной работы служб и подразделений органов внутренних дел, для ведения баз данных, различных автоматизированных учетов, каталогов, бюллетеней, личных дел сотрудников. Так, например подобные цифровые фотокамеры могут хранить изображения в собственной оперативной памяти, на флеш-картах. Эти камеры размером с фотоаппарат и меньше, позволяют работать автономно, не используя ни кассет, ни дисков для записи изображения. После того, как нужные объекты отсняты, камера соединяется кабелем (чаще USB) с компьютером. Изображения можно редактировать, подстраивая яркость и контрастность, добавляя специальные эффекты и сохраняя его высокое качество. Изображения, сформированные электронными цифровыми камерами, можно легко передавать по каналам связи. В целом электронная цифровая камера может во многих случаях заменить стандартный фотоаппарат, значительно упростив и удешевив процесс фотосъемки.

Видеокамеры позволяют работать практически с любыми объектами - вводить их изображение в компьютер или проецировать на экран через мультимедиа-проектор. Существует два основных типа офисных видеокамер: настольные видеокамеры - недорогое решение для отображения непрозрачных материалов, трехмерных объектов, это и Web-камеры; и высококачественные профессиональные камеры, применяемые там, где требуется демонстрация изображения с высокой степенью детализации.

Современный мультимедийный проектор. Мультимедиа-проекторы (видеопроекторы) стали привычным явлением нашей жизни - они работают на выставках, семинарах, конференциях, рабочих совещаниях, учебных курсах. Мультимедийные проекторы легко вошли и в сферу домашних кинотеатров: по размерам изображения с ними не способны конкурировать ни телевизоры, ни плазменные панели. Мультимедиа-проекторы универсальны: к ним можно подключить любые компьютеры и самые разные источники видеосигнала.

Одним из важных преимуществ мультимедиа-проекторов по сравнению с другими устройствами отображения информации является то, что с их помощью можно получить не жестко фиксированное изображение, а настроить его размеры по своему желанию - в зависимости от размера помещения, площади проекционного экрана, собственных вкусов и предпочтений.

Возможностей портативного проектора достаточно, чтобы получить изображение размером от 60 см (экран стандартного телевизора) до фантастических 10 и более метров по диагонали. Настройка размера изображения может осуществляться двумя способами. Во-первых, за счет изменения расстояния между проектором и экраном - чем оно больше, тем больше изображение. Второй способ доступен в тех моделях, которые оснащены вариообъективом - объективом с переменным фокусным расстоянием. В этом случае размер изображения можно менять, не перемещая сам проектор. Характеристики: разрешение, яркость, контрастность…

Рост популярности проекторов в качестве средств демонстрации видеозаписей не случаен - практически все проекторы не только поддерживают стандарты PAL, SECAM, NTSC, но и полностью совместимы с форматом HDTV- телевидения высокой четкости.

Мультимедийные возможности проекторов. Уже само название мультимедиа-проекторов говорит, что им доступно не только отображение визуальной информации, но и заложена и возможность воспроизведения звука. Как правило, мощности встроенной в проектор аудиосистемы бывает вполне достаточно, чтобы обеспечить полноценное звуковое сопровождение презентации или видеоролика в помещении для небольшой аудитории (до 50 человек). В больших залах потребуется подключение внешних колонок.

Сетевая плата (карта, сетевой адаптер, Ethernet-адаптер, NIC (англ. network interface card)) - устройства для согласования параметров входных и выходных сигналов компьютеров с целью их объединения в вычислительную сеть. Для взаимодействия компьютера с другими устройствами сети. Основной характеристикой является скорость передачи данных - в Мбит/с.

Модемы - устройства, позволяющие передавать данные в компьютерных сетях по телефонным каналам. Название этого устройства является сокращением от слов “Модулятор/Демодулятор”. Чаще всего модемы используются для:

• передачи информации от компьютера к компьютеру;

• управления удаленными компьютерами, локальными сетями и другим электронным оборудованием;

• работы с удаленными терминалами в многопользовательских системах.

На передающем устройстве модем осуществляет модуляцию, то есть преобразование цифрового сигнала в аналоговый (серию тональных звуков), который можно передавать по телефонной линии. На принимающем устройстве модем демодулирует аналоговый сигнал, снова преобразуя его в цифровую форму так, чтобы компьютер мог распознать его.

Сетевые фильтры, стабилизаторы и ИБП (источники бесперебойного питания) – предназначены корректировать параметры (напряжение, частоту) электропитания при их выходе за допустимые нормы или позволяют подключенному оборудованию некоторое (как правило — непродолжительное) время работать от аккумуляторов ИБП, при пропадании электрического тока. Могут совмещаться с различными видами генераторов электроэнергии.

В настоящее время разрабатываются все более новые и совершенные периферийные устройства, которые облегчают жизнь пользователей ЭВМ и делают работу удобной и производительной.