§ 11. Устройства долговременного хранения информации

Определения и обозначения

Устройство долговременного хранения информации — устройство, сохраняющее данные после выключения компьютера. На нём остаются файлы, программы и копии документов, пока пользователь не удалит или не изменит их. Это отличает долговременную память от оперативной.

Магнитный диск — носитель, на котором информация записывается изменением намагниченности участков поверхности. Разные состояния таких участков соответствуют данным, которые компьютер превращает в файлы. Понятие помогает понять принцип работы жёстких дисков.

Оптический диск — носитель, считывание и запись информации на котором выполняются с помощью лазерного луча. Луч различает участки поверхности и передаёт компьютеру записанную последовательность данных. К таким носителям относятся компакт-диски и другие диски этого типа.

Флэш-память — энергонезависимая память, хранящая данные в электронных ячейках без постоянного питания. Ячейки сохраняют своё состояние после отключения электричества. Поэтому флэш-память используется в картах памяти, USB-накопителях и твердотельных дисках.

Как это устроено

Долговременная память нужна для сохранения данных между сеансами работы. Оперативная память хранит сведения только пока на неё подаётся питание, потому что её ячейки должны постоянно поддерживать рабочее состояние. В долговременной памяти состояние носителя сохраняется физически или электронно, поэтому после включения компьютер может снова прочитать файлы.

В магнитном диске одна или несколько круглых пластин вращаются с большой скоростью. На поверхности находятся крошечные участки, направление намагниченности которых кодирует данные. Головка чтения и записи перемещается над пластиной: при записи она меняет намагниченность, а при чтении определяет уже имеющиеся изменения.

На оптическом диске информация представлена участками, которые по-разному отражают лазерный луч. При считывании датчик замечает изменения отражённого света и переводит их в последовательность данных. При записи лазер изменяет свойства поверхности диска, а различия между типами дисков объясняются способом записи, числом слоёв и плотностью размещения информации.

Во флэш-памяти электрический заряд удерживается в специальных электронных ячейках. Комбинации состояний ячеек образуют байты и более крупные блоки данных, причём питание для сохранения заряда постоянно не требуется. Движущихся деталей нет, поэтому накопитель работает бесшумно и лучше переносит небольшие встряски, чем механический диск.

При выборе устройства нельзя смотреть только на объём. Большая скорость ускоряет копирование, надёжность снижает риск потери файлов, мобильность важна для переноса данных, а возможность многократной записи определяет, удобно ли регулярно обновлять содержимое. Для архива, повседневной работы и резервных копий могут подойти разные решения.

Сравнение устройств долговременного хранения информации

В таблице сопоставлены основные свойства трёх видов носителей. Значения ёмкости и скорости являются типичными, потому что конкретные модели могут заметно различаться. При выборе сначала определите задачу, а затем сравните подходящие строки.

Разбор задач

Задача 1

Нужно постоянно хранить большой архив фотографий и выбрать между жёстким диском, оптическим диском и оперативной памятью. Слово «постоянно» означает, что данные должны сохраняться без питания. Большой объём также требует носителя с достаточной ёмкостью.

1. Исключаем оперативную память: после отключения компьютера её содержимое исчезает.
2. Сравниваем оставшиеся варианты по объёму и возможности многократной записи.
3. Выбираем жёсткий диск, поскольку он рассчитан на большие архивы и позволяет регулярно добавлять фотографии.

Ответ: целесообразно использовать жёсткий диск. Оптический диск тоже хранит данные без питания, но для большого архива может потребоваться много дисков. Оперативная память для постоянного хранения не подходит.

Задача 2

На одном компакт-диске помещается 700 Мбайт, а архив имеет объём 6,4 Гбайт. По условию 1 Гбайт равен 1000 Мбайт, поэтому сначала нужно привести величины к одной единице. Число дисков нельзя округлять вниз, ведь тогда часть архива не поместится.

1. Переводим архив: 6,4 Гбайт = 6,4 · 1000 = 6400 Мбайт.
2. Делим общий объём на ёмкость одного диска: 6400 : 700 = 9,14.
3. Округляем результат вверх до целого числа: 10 дисков.

Ответ: потребуется 10 компакт-дисков. На девяти дисках поместится только 6300 Мбайт, поэтому для оставшихся данных нужен ещё один. Последний диск может быть заполнен не полностью.

Задача 3

Резервная копия занимает 3,2 Тбайт, а доступны жёсткие диски по 2 Тбайт и флэш-накопители по 128 Гбайт. Сначала сравним варианты в одинаковых единицах, приняв 1 Тбайт = 1000 Гбайт. Затем найдём минимальное число носителей и оценим практичность решения.

1. Переводим объём копии: 3,2 Тбайт = 3200 Гбайт.
2. Для жёстких дисков: 3200 : 2000 = 1,6, значит, нужно 2 диска.
3. Для флэш-накопителей: 3200 : 128 = 25, значит, нужно 25 накопителей.
4. Сравниваем решения: два жёстких диска проще хранить, подключать и проверять.

Ответ: минимально потребуется 2 жёстких диска или 25 флэш-накопителей. Для такой резервной копии практичнее выбрать жёсткие диски, так как понадобится меньше устройств. Важные данные желательно дополнительно продублировать в другом месте.

Типичные ошибки

Считать оперативную память долговременным хранилищем ошибочно: после отключения питания данные из неё исчезают. Так бывает, если смешивают понятия «память компьютера» и «постоянное хранение». Проверка проста: спросите, сохранится ли файл после выключения без предварительной записи на другой носитель.

Нельзя путать носитель и устройство, которое с ним работает. Например, флэш-накопитель является готовым устройством, а дисковод — устройством чтения или записи диска; сам диск выступает носителем. Чтобы проверить себя, назовите отдельно место хранения данных и механизм доступа к нему.

Ошибка в расчёте возникает, когда гигабайты сравнивают с мегабайтами без перевода. Из-за этого число носителей получается слишком большим или слишком маленьким. Перед делением запишите обе величины в одной единице и округлите результат вверх.

Извлечение флэш-накопителя во время чтения или записи может повредить файлы и файловую систему. Пользователь допускает такую ошибку, потому что внешне процесс иногда уже кажется завершённым. Дождитесь окончания копирования и используйте команду безопасного извлечения.

Связь с другими темами

Для расчётов нужны единицы измерения информации: бит, байт, килобайт, мегабайт, гигабайт и терабайт. Также пригодятся понятия файла, папки и памяти компьютера. Без них трудно оценить объём архива и выбрать подходящий носитель.

Хранение данных связано с файловой системой, которая организует файлы и папки на носителе. Операции копирования, перемещения и удаления изменяют содержимое этого пространства. Резервное копирование создаёт дополнительную копию, чтобы восстановить данные при повреждении основной.

Эти знания нужны при выборе устройства для дома и учёбы. Они помогают переносить фотографии, создавать резервные копии и не терять важные документы. Понимание различий между носителями делает работу с файлами безопаснее.

Что запомнить

• Долговременная память сохраняет информацию без постоянного электропитания.
• Магнитные диски используют изменение намагниченности участков поверхности.
• В оптических дисках данные считываются лазерным лучом.
• Флэш-память не имеет движущихся деталей.
• Ёмкость показывает, сколько информации можно сохранить на носителе.
• Для надёжного хранения важных данных нужны резервные копии.
• Выбор устройства зависит не только от ёмкости, но и от скорости, надёжности и назначения.