2. Зберігання інформації
Комп'ютер, програма, інтерфейс
Персональний комп'ютер - це електронний прилад, призначений для автоматизації створення, зберігання, обробки і передачі інформації.
Слово електронний в даному визначенні не надто принципово. Історія техніки знає і електричні, і механічні пристрої для обробки інформації. Електронний - це просто констатація факту. Саме електронні пристрої досягли продуктивності в сотні мільйонів операцій в секунду, і саме вони сьогодні складають парк світової обчислювальної техніки.
Значно важливішим в цьому визначенні є слово автоматизація. Комп'ютери відрізняються від механічних пристроїв (арифмометрів) і електричних рахункових приладів тим, що працюють по закладеним в них програмами. Програма - це впорядкована послідовність команд.
На перший погляд може здатися, що якщо людина працює з комп'ютером, то комп'ютер працює не автоматично, а під керуванням людини і програми тут ні при чому. Але це не зовсім так. З першої і до останньої хвилини в комп'ютері автоматично працює безліч програм, завдяки яким і забезпечується спілкування з людиною. Це програми відповідають за все, що ми бачимо на екрані, і за все, що ми можемо зробити. Кожну секунду комп'ютер обробляє лише кілька команд, отриманих від людини, і в цей же час він встигає виконати мільйони команд, отриманих від завантажених в нього програм. Тому ми і говоримо, що комп'ютер працює автоматично.
Взаємодія між комп'ютером і людиною за допомогою програм називається програмним інтерфейсом.
Фізичні пристрої, за допомогою яких людина управляє програмами і отримує інформацію від комп'ютера (клавіатура, миша, монітор та інше), називаються апаратним інтерфейсом.
Склад комп'ютерної системи
Комп'ютер - прилад модульний. Він складається з різних пристроїв (модулів), кожне з яких виконує свої завдання. Оскільки комп'ютер призначений для створення, передачі (прийому), зберігання та обробки інформації, то у нього повинні бути блоки, призначені для кожної з цих завдань.
Пристрої комп'ютера бувають зовнішні і внутрішні. Блоки зовнішніх пристроїв ми бачимо на столі і можемо їх помацати. До них відносяться:
* Системний блок (в ньому зберігаються внутрішні пристрої);
* Монітор (служить для видачі інформації в текстовому або графічному вигляді);
* Клавіатура (служить для введення символів і команд);
* Маніпулятор «миша» (призначений для введення команд).
Якщо цих основних пристроїв недостатньо, то для виконання спеціальних завдань до комп'ютера підключають додаткове обладнання. Воно теж може бути внутрішнім (тоді його вставляють в системний блок) або зовнішнім (підключається за допомогою роз'ємів). Додаткове зовнішнє обладнання називають периферійним обладнанням. Принтер для друку інформації на папері - це приклад периферійного обладнання.
Оперативна пам'ять комп'ютера
У комп'ютері теж є кілька засобів для зберігання інформації. Найшвидший спосіб запам'ятати дані - це записати їх в електронні мікросхеми. Така пам'ять називається оперативною пам'яттю. Оперативна пам'ять складається з осередків. У кожному осередку може зберігатися один байт даних.
Дані в оперативній пам'яті зберігаються байтами. Кількість байтів які можна зберегти в оперативній пам'яті залежить від її обсягу. Об'єм оперативної пам'яті вимірюють кілобайтами (Кбайт) або мега байтами (Мбайт).
Умовно вважаю, що кілобайт дорівнює тисячі байтів. Насправді 1 Кбайт дорівнює 2 10 Тому є 1024 байтам.
Точно так же вважають, що один мегабайт дорівнює тисячі кілобайт або мільйону байтів хоча більш точно 1 Мбайт = 1024 Кбайт = 1 048 576 байтам (2 20).
Регенерація оперативної пам'яті
Заряди не можуть зберігатися в осередках довго - вони «стікають». Всього за кілька десятих часток секунди заряд в осередку зменшується настільки, що дані втрачаються.
Що робить людина, щоб не забути інформацію? Він регулярно її повторює. Те ж робить і комп'ютер. Десятки разів в секунду він перевіряє, що міститься в осередках пам'яті і «заряджає» кожну клітинку (як би повторює запис). Це називається регенерацією оперативної пам'яті.
Регенерація пам'яті відбувається дуже швидко. Ми не помічаємо, як кожну секунду кілька разів оновлюються мегабайти пам'яті, але варто тільки на мить відключити живлення комп'ютера, як регенерація припиниться. Навіть короткочасне зникнення напруги в мережі призводить до стирання оперативної пам'яті і «скидання» комп'ютера.
Пам'ять на магнітних дисках
Мікросхеми оперативної пам'яті запам'ятовують і видають дані дуже швидко, тому вони гарні для обробки інформації, але для тривалого зберігання даних вони не годяться - тут потрібні інші способи.
Коли людині треба щось міцнозапам'ятати, він використовує записну книжку. Комп'ютер теж має "записні книжки" - це магнітні диски.
Магнітні диски бувають двох типів - гнучкі і жорсткі. Гнучкі диски (дискети) мають не дуже велику ємність і працюють порівняно повільно, але їх можна переносити з одного комп'ютера на інший. Жорсткі диски володіють великою ємністю, але вони розташовуються усередині системного блоку і їх не можна переносити. Диск обертається з величезною швидкістю, а над магнітною поверхнею ширяє на повітряній подушці магнітна головка, яка записує і зчитує біти і байти даних. Корпус жорсткого диска закритий кожухом, знімати який не можна інакше потрапили мікрочастинки пилу з часом виведуть диск з ладу.
Структура даних на магнітному диску
Якщо таблиця розміщення файлів чомусь буде пошкоджена, то інформація, що була на диску, може бути втрачена. Насправді вона там, звичайно, залишається, але до неї не можна звернутися. Тому таблиця розміщення файлів для надійності дублюється. У неї є копія, і при будь-яких пошкодженнях комп'ютер сам відновлює цю таблицю. Завдяки цьому з комп'ютером можна працювати роками і не втрачати дані.
Розміщення файлів на жорсткому диску
Скільки файлів може поміститися на жорсткому диску? Відповідь здається простим. Чим більше диск і чим менше файли, тим більше їх поміститься. До недавніх пір так зазвичай і вважали, але в останні роки, коли розміри жорстких дисків стали дуже великими, з розміщенням файлів, як не дивно, з'явилися проблеми.
Уявіть собі, що в місті будують тільки квартири розміром в 32 000 кімнат. У такому приміщенні можна розмістити цілу армію, але коли сім'я з трьох осіб прийде отримувати житлоплощу, їй теж доведеться видавати таку ж квартиру. І навіть одна людина теж отримає 32 тисячі кімнат.
У сучасних дисків кластер набагато більше сектора, який дорівнює 0,5 Кбайт. В одному кластері можуть міститися десятки секторів, і, яким би маленьким не був файл, він все одно займе цілий кластер, і всі невикористовувані сектори в ньому просто пропадуть.
Зв'язок між розміром жорсткого диска і розміром кластера
Диски фізичні і логічні
Для боротьби з нераціональними втратами жорсткий диск розбивають на декілька розділів. Для цього є спеціальні програми. Наприклад, на жорсткому диску, що має розмір 2 Гбайт, створюють чотири розділи по 0,5 Гбайт. Кожен такий розділ можна розглядати як один окремий логічний жорсткий диск.
Звичайний жорсткий диск - це пристрій фізичне. Його можна встановити або видалити. Логічний жорсткий диск не можна помацати руками - фізично він не існує. Це просто один з розділів фізичного диска. Працюючи з комп'ютером, ми не помічаємо різницю між фізичними і логічним дисками.
Кожен диск, присутній на комп'ютері, має унікальне ім'я. Неважливо, що це за диск: фізичний, або логічний, або ще якийсь (забігаючи наперед, скажемо, що бувають і інші види дисків) - у нього обов'язково повинно бути ім'я. Ім'я диска складається з однієї літери англійського алфавіту і двокрапки, наприклад А: або, скажімо, F :.
Коли на комп'ютері встановлюється новий жорсткий диск, він отримує букву, наступну за останньою використаної буквою. Те ж саме відбувається і при створенні нового логічного диска на вже встановленому фізичному диску.
Буквою А: загальноприйнято позначати дисковод для гнучких дисків.
Літерою С: позначається перший жорсткий диск. Наступний диск отримує букву D. потім Е: і так далі.
Тут пропущена буква В. Вона зарезервована на той випадок, що в комп'ютері може бути не один, а два дисковода гнучких дисків.
Той факт, що на жорсткому диску (фізичному або логічному) можна зберегти понад 65 тисяч різних файлів, ще не означає, що саме так і треба поступати. У портфель теж можна покласти п'ятсот окремих листочків, але так не роблять. З зошитами та книжками працювати зручніше.
Для зручності роботи з файлами на диску створюються каталоги. Якщо всередині одного каталогу лежить інший, то їх імена відокремлюються одна від одної зворотною косою межею (). Кожен сам створює собі на диску такі каталоги, які йому зручні.
Наприклад, на диску С: можна створити такі каталоги:
Якщо каталог лежить всередині іншого каталогу, він називається вкладеним.
З тим, як правильно записуються імена файлів, ми познайомимося пізніше, коли дізнаємося, що таке операційна система. Справа в тому, що в різних операційних системах різні правила запису імен файлів.
1. Назвіть загальні риси інформатики та інших відомих вам наук.
2. Чи можна вважати квадрат цифровим представленням кола? Чи можна вважати правильний восьмикутник (шестнадцатіугольнік) цифровим представленням кола? Як ви думаєте, в чому між ними різниця?
3. Двійковий код використовує біти (0 або 1) для представлення інформації. Чи можете ви навести приклад з життя, де використовується потрійне кодування?
4. У байті 8 бітів, і тому байтом можна виразити числа від 0 до 255. Які числа можна було б висловити байтом, в якому тільки 6 бітів?
5. Якщо комп'ютер одночасно відображає на екрані 16 різних кольорів, то скільки бітів даних необхідно на кодування кольору кожної точки екрану? Скільки в цьому випадку буде потрібно байтів, щоб запам'ятати в комп'ютері квадратний малюнок, довжина сторони якого дорівнює 100 точок?
6. Що спільного в запису текстової, графічної та музичної інформації двійковим кодом? У чому ви бачите різницю?
7. Інформацію на комп'ютері зберігають у вигляді файлів. Як ви думаєте, в якому випадку роль файлу важливіше: при запису інформації або при її читанні?
8. За допомогою яких предметів в класі забезпечується інтерфейс між учителем і учнями?
9. У чому ви бачите переваги і недоліки оперативної пам'яті комп'ютера? У чому переваги і недоліки гнучких і жорстких дисків?
10. Пристрої для зберігання даних на магнітних стрічках працюють вкрай повільно. Як ви думаєте, чому люди готові з цим миритися?