Носители

Данные — это зарегистрированные сигналы. В соответствии с методом регистрации данные могут храниться и транспорти­роваться на носителях различных видов. Самым распростра­ненным носителем данных, хотя и не самым экономичным, по-видимому, является бумага. На бумаге данные регистрируются путем изменения оптических характеристик ее поверхности. Изменение оптических свойств (изменение коэффициента от­ражения поверхности в определенном диапазоне длин волн) ис­пользуется также в устройствах, осуществляющих запись лазер­ным лучом на пластмассовых носителях с отражающим покры­тием (CD-ROM). В качестве носителей, использующих измене­ние магнитных свойств, можно назвать магнитные ленты и диски. Регистрация данных путем изменения химического состава по- верхностных веществ носителя широко используется в фотогра- фии. На биохимическом уровне происходит накопление и передача данных в живой природе.

Носители данных интересуют нас не сами по себе, а постоль­ку, поскольку свойства информации весьма тесно связаны со свой­ствами ее носителей. От этих свойств носителя нередко зависят такие свойства информации, как полнота, доступность и досто­верность. Так, например, мы можем рассчитывать на то, что в базе данных, размещаемой на компакт-диске, проще обеспечить полноту информации, чем в аналогичной по назначению базе данных, содержащейся на гибком магнитном диске, поскольку в первом случае плотность записи данных на единице длины до­рожки намного выше. Для обычного потребителя доступность информации в книге заметно выше, чем той же информации на компакт-диске, поскольку не все потребители обладают необхо­димым оборудованием. И наконец, известно, что визуальный эффект от просмотра слайда в проекторе намного больше, чем от просмотра аналогичной иллюстрации, напечатанной на бумаге, поскольку диапазон яркостных сигналов в проходящем свете на два-три порядка больше, чем в отраженном.

А

1.2.2. Операции

Обработка данных включает в себя множество различных операций. По мере развития научно-технического прогресса трудозатраты на обработку данных неуклонно возрастают. Это связано с постоянным увеличением объемов обрабатываемых данных, с научно-техническим прогрессом, а именно с быстры­ми темпами появления и внедрения новых носителей данных, средств хранения и доставки данных.

В структуре возможных операций с данными можно выде­лить следующие основные:

• сбор данных — накопление данных с целью обеспечения дос­
таточной полноты информации для принятия решений;

• формализация данных — приведение данных, поступающих
из разных источников, к одинаковой форме, чтобы сделать
их сопоставимыми между собой, т.е. повысить уровень их
доступности;

• фильтрация данных — отсеивание «лишних» данных, в кото­
рых нет необходимости для принятия решений; при этом дол­
жен уменьшаться уровень «шума», а достоверность и адек­
ватность данных должны возрастать;

• сортировка данных — упорядочение данных по заданному
признаку с целью удобства использования; повышает дос­
тупность информации;

• группировка данных — объединение данных по заданному
признаку для более удобного их использования; повышает
доступность информации;

• архивация данных — организация хранения данных в удоб­
ной и легкодоступной форме; служит для снижения эконо­
мических затрат на хранение данных и повышает общую на­
дежность информационного процесса в целом;

• защита данных — комплекс мер, направленных на предотв­
ращение утраты, воспроизведения и модификации данных;

■

• транспортировка данных — прием и передача (доставка и по­
ставка) данных между удаленными участниками информа­
ционного процесса; при этом источник данных в информа­
тике принято называть сервером, а потребителя — клиентом;

• преобразование данных — перевод данных из одной формы в
другую или из одной структуры в другую. Преобразование
данных часто связано с изменением типа носителя (види­
мое), например, книги можно хранить в обычной бумажной
форме, но можно использовать для этого и электронную
форму, и микрофотопленку. Необходимость в многократном
преобразовании данных возникает также при их транспор­
тировке (невидимое), особенно если она осуществляется
средствами, не предназначенными для транспортировки
этого вида данных. В качестве примера можно упомянуть,
что для транспортировки цифровых потоков данных по ка­
налам телефонных сетей (которые изначально были ориен­
тированы только на передачу аналоговых сигналов в узком
диапазоне частот) необходимо преобразование цифровых
данных в некое подобие звуковых сигналов, чем и занима­
ются специальные устройства — телефонные модемы.

Приведенный здесь список типовых операций с данными далеко не полон. Миллионы людей во всем мире занимаются созданием, обработкой, преобразованием и транспортировкой данных, и на каждом рабочем месте выполняются специфиче­ские операции, необходимые для управления социальными, эко­номическими, производственными, научными и культурными процессами. Полный список всех операций составить невоз­можно, да и не нужно. Сейчас нам важен другой вывод: работа с информацией может иметь огромную трудоемкость, и ее надо автоматизировать.

Для автоматизации работы с данными, относящимися к раз­личным типам, очень важно унифицировать форму их представ­ления, и для этого обычно используется прием кодирования. Ко­дирование — выражение данных одного типа через данные друго­го типа. Естественные человеческие языки — это не что иное, как

системы кодирования понятий для выражения мыслей посред­ством речи. К языкам близко примыкают азбуки (системы коди­рования компонентов языка с помощью графических символов).

Если каждому символу алфавита сопоставить определенное целое число (например, порядковый номер), то с помощью дво­ичного кода можно кодировать текстовую информацию. Восьми двоичных разрядов достаточно для кодирования 256 различных символов. Этого хватит, чтобы выразить различными комбина­циями восьми битов все символы английского и русского алфа­вита, как строчные, так и прописные, а также знаки препина­ния, символы основных арифметических действий и некоторые общепринятые специальные символы, например, символ §.

Для того чтобы весь мир одинаково кодировал текстовые данные, нужны единые таблицы кодирования, а это пока невоз­можно из-за противоречий между символами национальных алфавитов.

1.2.3. Основные структуры данных

Работа с большими наборами данных автоматизируется про­ще, когда данные упорядочены, т.е. образуют заданную структу­ру. Существует три основных типа структур данных: линейная, иерархическая и табличная. Их можно рассмотреть на примере обычной книги.

Если разобрать книгу на отдельные листы и перемешать их, книга потеряет свое назначение. Она по-прежнему будет пред­ставлять собой набор данных, но подобрать адекватный метод для получения из нее информации весьма непросто.

Если разобрать все листы книги в правильной последова­тельности, мы получим простейшую структуру данных — линей­ную. Такую книгу уже можно читать, хотя для поиска нужных данных ее придется прочитать подряд, начиная с самого начала, что не всегда удобно.

Для быстрого поиска данных существуют иерархические структуры. Так, например, книги разбивают на части, разделы,

главы, параграфы и т.п. Элементы структуры более низкого уровня входят в элементы структуры более высокого уровня: разделы состоят из глав, главы из параграфов.

Для больших массивов поиск данных в иерархической струк­туре намного проще, чем в линейной. Задачу упрощают еще и тем, что в большинстве книг есть вспомогательная перекрестная таблица, связывающая элементы иерархической структуры с элементами линейной структуры, т.е. связывающая разделы, гла­вы и параграфы с номерами страниц. Эта перекрестная таблица больше известна вам как «Содержание» или «Оглавление».

Приведем примеры различных структур данных.

Список студентов в группе — это линейная структура.

Расписание поездов — табличная структура.

Иерархические структуры:

I. Файловая система:

1.3. АВТОМАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА

13.1 Состав вычислительной системы

■ ■ • -

В конце XX — начале XXI в. мы наблюдаем новые тенден­ции гибкой автоматизации труда. Научно-технические дости­жения показали возможность автоматизации работ с данными за счет использования устройств не механического, а электрон­ного типа.

Совокупность устройств, предназначенных для автомати­ческой или автоматизированной обработки данных, называют вычислительной техникой. Конкретный набор взаимодействую­щих между собой устройств и программ, предназначенный для обслуживания одного рабочего участка, называют вычисли­тельной системой. Центральным устройством вычислительных систем является компьютер.

В современном понимании компьютер — это универсаль­ный электронный прибор, предназначенный для автоматиза­ции создания, хранения, обработки, транспортировки и вос­произведения данных. Напомним, что это прибор особого типа, в котором сочетаются аппаратные и программные методы обра­ботки информации.

Аппаратное обеспечение. К аппаратному обеспечению отно­сятся устройства и приборы, образующие аппаратную конфигу­рацию. Современные компьютеры и вычислительные комплек­сы имеют блочно-модульную конструкцию — конфигурацию, необходимую для исполнения конкретных видов работ, кото­рую можно собирать из готовых узлов и блоков.

Программное обеспечение. Программы — это упорядоченные последовательности команд. Конечная цель любой компьютер­ной программы — управление аппаратными средствами.

Классификация программного обеспечения

• Базовый уровень. Самый низкий уровень программного обеспечения представляет базовое ПО. Базовые программ­ные средства хранятся в специальных микросхемах, называе-

мых ПЗУ или ROM. Программы прописываются в процессе производства и не могут быть изменены в процессе эксплуа­тации.

• Системный уровень — переходный. Программы этого уровня
обеспечивают взаимодействие прочих программ компью­
терной системы с программами базового уровня и непосред­
ственно с аппаратным обеспечением, т.е. выполняют по­
среднические функции. Например, при подключении ново­
го устройства на системном уровне должна быть установле­
на программа, обеспечивающая для других программ взаи­
мосвязь с этим оборудованием (принтер, сканер, камера и
т.п.). Такие программы называются драйверами устройств,
они входят в состав системного программного обеспечения.

Другой класс программ системного уровня отвечает за взаи­модействие с пользователем. Именно благодаря им он получает возможность вводить данные в вычислительную систему, управ­лять ее работой и получать результат в удобной для себя форме. Эти программные средства называют средствами обеспечения пользовательского интерфейса. От них и зависит удобство работы с компьютером и производительность труда на рабочем месте.

Совокупность программного обеспечения системного уров­ня образует ядро операционной системы. Если компьютер ос­нащен операционной системой, то он уже подготовлен к уста­новлению программ более высоких уровней, к взаимодействию с оборудованием, а главное — к взаимодействию с пользовате­лем. Таким образом, наличие операционной системы — непре­менное условие для возможности работы человека с вычисли­тельной системой.

• Служебный уровень. Программное обеспечение этого уровня
взаимодействует как с программами базового уровня, так и с
программами системного уровня. Основное назначение слу­
жебных программ (их также называют утилитами) состоит в
автоматизации работ по проверке, наладке и настройке ком­
пьютерной системы. Во многих случаях они используются
для расширения или улучшения функций системных про-

грамм. В разработке и эксплуатации служебных программ существует два альтернативных направления. В первом слу­чае служебные программы могут изменять потребительские свойства системных программ, делая их более удобными для практической работы. Во втором случае они предоставляют пользователю больше возможностей для персональной на­стройки их взаимодействия с аппаратным и программным обеспечением.

• Прикладной уровень. Программное обеспечение прикладного уровня представляет собой комплекс прикладных программ, с помощью которых на данном рабочем месте выполняются конкретные задания. Спектр этих заданий необычайно ши­рок — от производственных до творческих и развлекатель­но-обучающих.

-