1) автоматизация – исключение из процесса человеческого труда;
2) информатизация – сбор и переработка информации о процессе;
3) изменение последовательности (очередности) этапов процессов и обеспечение их параллельного осуществления;
4) контроль – постоянное отслеживание и регистрация состояния объектов и процессов;
5) интеграция – координирование различных заданий и процессов;
6) интеллектуализация – сбор и распределение интеллектуальных активов[35].
Для обеспечения решения перечисленных информационных задач в состав компьютерной системы обработки информации, помимо рассмотренных ранее основных устройств обработки, может входить ряд обязательных и дополнительных устройств (см. рис 4).
Все компоненты аппаратного обеспечения компьютера вносят существенный вклад в обеспечение эффективности обработки информации, однако с точки зрения пользователя, активно влияющего на работу системы, важны только те устройства, которые отличаются от процессора и памяти, то есть внешние устройства.
Внешние устройства можно подразделить на внешние запоминающие устройства (ВЗУ) и устройства ввода/вывода (УВВ) информации. ВЗУ – это устройства, способные хранить информацию некоторое время, связанные с физическими свойствами конкретного устройства, и обеспечивать чтение и/или запись этой информации в оперативную память.
Если рассматривать ВЗУ с точки зрения использования различными компонентами программного обеспечения, то можно выделить следующие типы устройств:
- накопители на флоппи-дисках (дискетах);
- накопители на жестких дисках («винчестерах»);
- накопители на магнитной ленте (стриммеры);
- накопители на оптических дисках (CD и DVD);
- накопители на интегральной памяти (флеш-модулях).
Общее назначение перечисленных устройств – хранение цифровых двоичных данных в виде файлов, в логических и физических разделах файловой системы.
Дискета (англ. floppy disk) – носитель небольшого объема информации, представляющий собой гибкий пластиковый диск в защитной оболочке. Используется для переноса данных с одного компьютера на другой, для распространения программного обеспечения, может содержать системные файлы операционной системы и использоваться для начальной загрузки (инициирования работы) компьютера «в обход» установленной.
Рис. 4. Комплекс основных и дополнительных компонентов компьютера.
Накопитель на жестких магнитных дисках (винчестеры) (англ. HDD – Hard Disk Drive) – это запоминающее устройство большой емкости, в котором носителями информации являются круглые алюминиевые (керамические) пластины – платтеры, обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. Используется для постоянного хранения данных в различных файловых системах. Физическое пространство диска при формировании таблицы размещения файлов (file allocation table – FAT) может разбиваться на логические, образуя в системе отдельные виртуальные накопители.
Современные винчестеры выпускаются с тремя типами интерфейсов: SCSI (Small Computer System Interface), IDE (Integrated Drive Electronics), RAID (redundant array of inexpensive disks). Существует 6 вариантов исполнения технологии защиты данных: RAID 1: зеркальные диски; RAID 2: матрица с поразрядным расслоением; RAID 3: аппаратное обнаружение ошибок и четность; RAID 4: внутригрупповой параллелизм; RAID 5: четность вращения для распараллеливания записей; RAID 6: двумерная четность для обеспечения большей надежности.
Конкуренция между этими стандартами привела к существенному увеличению скорости обмена данными. Так, например, скорость передачи по стандарту SCSI-2 достигает 10 Мбайт/с в 8-битном Fast-режиме и 20 Мбайт/с в 16-битном FaslWide-режиме, что позволяет применять этот интерфейс для широкого класса компьютеров, включая супер-ЭВМ.
Интерфейс IDE (или иначе АТА) – гораздо более дешевый вариант, до последнего времени он существенно уступал по возможностям интерфейсу SCSI. Положение изменилось с внедрением нового стандарта АТА-2 (или Enhanced IDE). Его особенности: поддержка до четырех устройств, в том числе накопителей на CD-ROM и на магнитной ленте (ATAPI–ATA Packet Interface).
Накопитель на магнитной ленте (англ. tape streamer) – устройство для резервного копирования больших объемов информации. В качестве носителя здесь применяются кассеты с магнитной лентой емкостью 1-2 Гб и больше. Встроенные в стример средства аппаратного сжатия позволяют автоматически уплотнять информацию перед ее записью и восстанавливать после считывания, что фактически увеличивает объем сохраняемой информации.
Накопители на оптических дисках (CD, DVD) представляют собой прозрачные полимерные диски диаметром 8 и 12 см, на одну сторону которого напылен светоотражающий металлизированный слой.
Штампованный CD-ROM – поликарбонат, покрытый с одной стороны отражающим слоем и защитным лаком. Смена отражающей способности осуществляется за счет штамповки углублений в металлическом слое. Время хранения оценивается в 10 лет.
CD-R (CD-WORM) – вместо штамповки отражающего слоя используется разрушение участков покрывающей его термочувствительной краски. Голубые и зеленые цианиновые (cyanine) болванки имеют предполагаемое время хранения 75 лет, фталоцианиновые (phtalocyanine) – 200 лет. Фталоцианин устойчивее к нагреванию и свету, но требует тщательной настройки мощности лазера. На верхнем слое поликарбоната нанесена спиральная дорожка разметки (pregroove), содержащая коды ATIP – требуемая мощность лазера, возможная скорость записи и временные коды каждого кадра, а также информация о носителе (информация определяется изготовителем матрицы, изготовитель диска может использовать матрицу не по назначению: залить другую краску и т.п.):
CD-RW (CD-E) – CD диск с возможностью перезаписи информации способом преобразования кристаллического состояния записывающего слоя в аморфное (низкая отражательная способность) и обратно под воздействием точечного нагревания лазером. Срок хранения – 10 лет. Циклов записи – 1000. Также имеет предварительно выдавленную дорожку разметки с ATIP.
DDCD (Sony) – CD диск с уменьшенным расстоянием между витками и размерами информационных пит. Емкость – 1.3 Гб.
ML-ROM, ML-R, ML-RW (TDK) – CD диск с модифицированным (3 бита на пит) алгоритмом кодирования. Диски 120 мм – 2 Гб, 80 мм – 650 Мб, 60 мм – 200 Мб.
DVD-ROM – носитель аналогичен CD-ROM (120 мм и 80 мм), но длина волны лазера снижена с 780 нм до 635/650 нм, что позволило уменьшить расстояние между витками до 0.74 мкм, а размер пита до 0.14 мкм. Более узкая фокусировка луча позволила уменьшить толщину диска до 0.6 мм и склеивать их по два, делая таким образом двухсторонние диски, увеличивая емкость с 4.7 Гб (Type A, DVD-5, SS/SL, 120 мм) до 9.4 Гб (Type B, DVD-10, DS/SL). При этом данные (на каждой стороне) могут храниться в одном или двух слоях (используется фокусировка луча на различную глубину), таким образом, увеличивая емкость до 8.5 Гб (Type C, DVD-9, SS/DL) или 17 Гб (Type D, DVD-18, DS/DL).
DVD-R – односторонние (4.7 Гб – 1S) и двухсторонние (9.4 Гб – 2S). Термокраска как в CD-R, но другого типа. Читаются на любых DVD-ROM. DVD-R(A) – могут записываться только на профессиональном оборудовании. DVD-R(G) – могут записываться только на бытовом оборудовании, защищены от копирования на них. Для записи на диски A и G используются лазеры с различной длиной волны (635 и 650 нм). Максимальная скорость записи до 16x.
DVD-RAM – одно- и двухсторонние диски. Первая версия – 2.6 Гб, вторая – 4.7 Гб. Используется изменение фазы как в CD-RW в комбинации с магнитооптикой. Отражающая способность ниже, чем у DVD-ROM. Версия для записи видео называется DVD-VR. Помещаются в открываемые (type 2) или цельные кассеты (type 1) или без них (только для чтения). Предусматривается специальная кассета (type 3) для помещения в нее дисков. При извлечении диска из кассеты типа 2 необходимо пробить отверстие, которое позволяет устройству однозначно определить, что диск вынимался или заменялся. Некоторые устройства отказываются записывать на такие диски. Стандарт предусматривает до 100 тысяч циклов перезаписи. Продолжительность хранения – 30 лет.
DVD-RW – разработан на базе DVD-R, но используется изменение фазы как в CD-RW.
DVD+RW – используется изменение фазы как в CD-RW. Первая версия – 3 Гб, вторая – 4.7 Гб. Односторонние (тип S) и двухсторонние (тип D). Позволяет перезаписывать часть данных, не затрагивая окружающие (например, перезапись плохо записанного сектора). До 1000 циклов перезаписи. Максимальная скорость, определенная в стандарте – 4x¸8x.
DVD+R – гибрид форматов – структура данных от DVD+RW, химия от CD-R. Односторонние (тип S) и двухсторонние (тип D). Максимальная скорость, определенная в стандарте – 8x (бывают устройства 16x).
DVD+R9 – двухслойный DVD+R. 8.5 Гб. Максимальная скорость, определенная в стандарте – 2x¸4x.
В скором будущем альянс производителей (DVD Forum) обещает появление нового носителя – DVD-RDL.
Внешние накопители на перепрограммируемой постоянной памяти (Flash-память – Flash Memory) – устройства, содержащие энергонезависимую память, допускающие многократную перезапись своего содержимого. Они подразделяются на (см. рис. 5):
- PC Card (или PCMCIА ATA);
- Mini Card;
- CompactFlash;
- SmartMedia;
- IBM Microdrive;
- MultiMedia Card;
- Sony Memory Stick;
- SD Card;
- DataPlay.
PC Card ATA – карта памяти хранения данных большой емкости для портативных компьютеров, – размер 85,6х 54х 3,3 мм, имеет 68 pin-овое соединение на торцевом разъеме. Существует несколько типов PC Card: Type I, Type II, Type III, различие которых в толщине. Это 3.3, 5.0, 10.5 мм соответственно. Стандарт PC Card ATA Type I – используется как память SRAM, Flash и т.п. типы памяти; стандарт PC Card ATA Type II – помимо памяти – как устройства ввода-вывода (например: модемы, сетевые карты); стандарт PC Card ATA Type III – как жесткие диски.
Mini Card (или Miniature Card) – это сменный цифровой носитель информации. Его размеры 38 мм длина, 33 высота, 3,5 мм ширина. На торцевом разъеме находятся штырьки, которые легко можно повредить при использовании.