Раздел 3. ОРГАНИЗАЦИЯ РАЗМЕЩЕНИЯ, ХРАНЕНИЯ, ОБРАБОТКИ, ПОИСКА И ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ. ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ ОТ НЕСАНКЦИОНИРОВАННОГО ДОСТУПА. АНТИВИРУСНЫЕ СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ

Тема 3.1. Размещение, хранение, обработка, поиск и передача информации в ЭВМ

3.1.1. Обработка информации в ЭВМ

Компьютер изначально был задуман для автоматизации процессов обработки информации. Он устроен соответствующим образом, чтобы иметь все возможности для успешного выполнения своего предназначения.

Для того чтобы обрабатывать в компьютере информацию, с ней необходимо делать следующие основные операции:
• вводить информацию в компьютер. Эта операция нужна для того, чтобы компьютеру было что обрабатывать. Без возможности ввода информации в компьютер он становится как бы вещью в себе.
• хранить введенную информацию в компьютере. Очевидно, что если дать возможность вводить информацию в компьютер, то надо и иметь возможность эту информацию в нем хранить, и затем использовать в процессе обработки.
• обрабатывать введенную информацию. Для обработки введенной информации нужны определенные алгоритмы обработки, иначе ни о какой обработке информации речи быть не может. Компьютер должен быть снабжен такими алгоритмами и должен уметь их применять к вводимой информации с тем, чтобы «правильно» преобразовывать ее в выходные данные.
• хранить обработанную информацию. Так же как и с хранением введенной информации, в компьютере должны храниться результаты его работы, результаты обработки входных данных с тем, чтобы в дальнейшем ими можно было бы воспользоваться.
• выводить информацию из компьютера. Эта операция позволяет вывести результаты обработки информации в удобочитаемом для пользователей ПК виде. Данная операция дает возможность воспользоваться результатами обработки информации на компьютере, иначе эти результаты обработки так и остались бы внутри компьютера, что сделало бы их получение совершенно бессмысленным.

3.1.2. Хранение информации и ее носители

Основная память содержит оперативное (RAM - Random Access Memory - память с произвольным доступом) и постоянное (ROM - Read-Only Memory) запоминающие устройства.
Оперативное запоминающее устройство (рис. 3.1.1) предназначено для хранения информации (программ и данных), непосредственно участвующей в вычислительном процессе на текущем этапе функционирования ПК.

Рис. 3.1.1. Платы оперативной памяти

Рис. 3.1.2. Микросхема ПЗУ

Основная память компьютера делится на две логические области: непосредственно адресуемую память, занимающую первые 1024 Кбайта ячеек с адресами от 0 до 1024 Кбайт, и расширенную память, доступ к ячейкам которой возможен при использовании специальных программ-драйверов. Драйвер - специальная программа, управляющая работой памяти или внешними устройствами ЭВМ и организующая обмен информацией между МП, ОП и внешними устройствами ЭВМ. Устройства внешней памяти или, иначе, внешние запоминающие устройства весьма разнообразны. Их можно классифицировать по целому ряду признаков: по виду носителя, типу конструкции, по принципу записи и считывания информации, методу доступа и т.д. Носитель - материальный объект, способный хранить информацию. Один из возможных вариантов классификации ВЗУ приведен на рис. 3.1.4.
В зависимости от типа носителя все ВЗУ можно подразделить на накопители на магнитной ленте и дисковые накопители. Накопители на магнитной ленте, в свою очередь, бывают двух видов: накопители на бобинной магнитной ленте (НБМЛ) и накопители на кассетной магнитной ленте (НКМЛ - стримеры). В ПК используются только стримеры.

Рис. 3.1.4. Классификация ВЗУ

Рассмотрим логическую структуру магнитного диска. Магнитные диски (МД) относятся к магнитным машинным носителям информации. В качестве запоминающей среды у них используются магнитные материалы со специальными свойствами, позволяющими фиксировать два магнитных состояния - два направления намагниченности. Каждому из этих состояний ставятся в соответствие двоичные цифры: 0 и 1.
Накопители на МД (НМД) являются наиболее распространенными внешними запоминающими устройствами в ПК. Диски бывают жесткими и гибкими, сменными и встроенными в ПК. Устройство для чтения и записи информации на магнитном диске называется дисководом.
Все диски: и магнитные, и оптические характеризуются своим диаметром или, иначе, форм-фактором. Наибольшее распространение получили диски с форм-факторами 3,5" (89 мм) и 5,25" (133 мм). Диски с форм-фактором 3,5" при меньших габаритах имеют большую емкость, меньшее время доступа и более высокую скорость чтения данных подряд (трансфер), более высокие надежность и долговечность.
Информация на МД (рис. 3.1.5) записывается и считывается магнитными головками вдоль концентрических окружностей - дорожек (треков). Количество дорожек на МД и их информационная емкость зависят от типа МД, конструкции накопителя на МД, качества магнитных головок и магнитного покрытия.
Каждая дорожка МД разбита на сектора. В одном секторе дорожки может быть помещено 128,256, 512 или 1024 байт, но обычно 512 байт данных. Обмен данными между НМД и ОП осуществляется последовательно целым числом секторов. Кластер - это минимальная единица размещения информации на диске, состоящая из одного или нескольких смежных секторов дорожки.

Рис. 3.1.5. Логическая структура поверхности

На гибком магнитном диске (дискете) магнитный слой наносится на гибкую основу. Используемые в ПК ГМД имеют форм-фактор 5,25" (133 мм)и 3,5" (89 мм). Стандартная емкость ГМД 5,25 дюйма равна 360 Кбайт, 3,5 дюйма - 1,44 Мбайта. ГМД диаметром 5,25 дюйма помещается в плотный гибкий конверт, а диаметром 3,5 дюйма - в пластмассовую кассету для защиты от пыли и механических повреждений.
Конструктивно дискета диаметром 133 мм изготовляется из гибкого пластика (лавсана), покрытого износоустойчивым ферролаком, и помещается в футляр-конверт. Дискета имеет две прорези: центральное отверстие для соединения с дисководом и смещенное от центра небольшое отверстие (обычно скрытое футляром), определяющее радиус-вектор начала всех дорожек на ГМД. Футляр также имеет несколько прорезей: центральное отверстие, чуть большее, чем отверстие на дискете; широкое окно для считывающих и записывающих магнитных головок и боковую прорезь в виде прямоугольника, закрытие которой липкой лентой, например, защищает дискету от записи и стирания информации.
Дискета диаметром 89 мм имеет более жесткую конструкцию, более тщательно защищена от внешних воздействий, но в принципе имеет примерно те же конструктивные элементы. Режим запрета записи на этих дискетах устанавливается специальным переключателем, расположенным в одном из углов дискеты.
Каждую новую дискету в начале работы с ней следует отформатировать.
Форматирование дискеты - это создание структуры записи информации на ее поверхности: разметка дорожек, секторов, записи маркеров и другой служебной информации.

Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД) (накопители типа «винчестер») получили широкое распространение в ПК. Термин винчестер возник из жаргонного названия первой модели жесткого диска емкостью 16 Кбайт (IBM, 1973 г.), имевшего 30 дорожек по 30 секторов, что случайно совпало с калибром «30/30» известного охотничьего ружья «Винчестер». В этих накопителях один или несколько жестких дисков, изготовленных из сплавов алюминия или из керамики и покрытых ферролаком, вместе с блоком магнитных головок считывания/записи помещены в герметически закрытый корпус. Емкость этих накопителей благодаря чрезвычайно плотной записи, получаемой в таких несъемных конструкциях, достигает нескольких тысяч гигабайт, быстродействие их также значительно более высокое, нежели у НГМД.
Примерные значения на 2010 г.:
- емкость до 1Тбайт;
- скорость вращения 7200 об./мин;
- среднее время доступа - 0,001-0,09 сек.;
- внешняя скорость передачи данных 600 Мбайт/с
НЖМД весьма разнообразны. Диаметр дисков чаще всего 3,5" (89 мм), но есть и другие, в частности 5,25" (133 мм) и 1,8" (45 мм). Наиболее распространенная высота корпуса дисковода 25 мм у настольных ПК, 41 мм - у машин-серверов, 12 мм - у портативных ПК и др. В современных винчестерах стал использоваться метод зонной записи. В этом случае все пространство диска делится на несколько зон, причем во внешних зонах секторов размещается больше данных, чем во внутренних. Это, в частности, позволило увеличить емкость жестких дисков примерно на 30%.
Для того чтобы получить на магнитном носителе структуру диска, включающую в себя дорожки и сектора, над ним должна быть выполнена процедура, называемая физическим, или низкоуровневым, форматированием (physical, или low-level formatting). В ходе выполнения этой процедуры контроллер записывает на носитель служебную информацию, которая определяет разметку цилиндров диска на сектора и нумерует их. Форматирование низкого уровня предусматривает и маркировку дефектных секторов для исключения обращения к ним в процессе эксплуатации диска.
Максимальная емкость и скорость передачи данных существенно зависят от интерфейса, используемого накопителем.
Интерфейс (англ. interface) — совокупность линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих эти линии, и правил (протокола) обмена. Современные серийно выпускаемые внутренние жёсткие диски могут использовать интерфейсы ATA (он же IDE и PATA), SATA, eSATA, SCSI, SAS, FireWire, SDIO и Fibre Channel.
ATA (англ. Advanced Technology Attachment — присоединение по передовой технологии) — параллельный интерфейс подключения накопителей (жёстких дисков и оптических приводов) к компьютеру (рис. 3.1.6). В 1990-е годы был стандартом на платформе IBM PC; в настоящее время вытесняется своим последователем — SATA и с его появлением получил название PATA (Parallel ATA).

Рис. 3.1.6. Интерфейсы IDE

Рис. 3.1.7. Интерфейсы SATA

Неперезаписываемые лазерно-оптические диски обычно называют компакт-дисками - CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory - компакт-диск только для чтения). Эти диски поставляются фирмой-изготовителем с уже записанной на них информацией. Запись информации на них возможна только вне ПК, в лабораторных условиях, лазерным лучом большой мощности, который оставляет на активном слое CD след - дорожку с микроскопическими впадинами. Таким образом, создается первичный «мастер-диск». Процесс массового тиражирования CD-ROM по «мастер диску» выполняется путем литья под давлением. В оптическом дисководе ПК эта дорожка читается лазерным лучом существенно меньшей мощности.
CD-ROM ввиду чрезвычайно плотной записи информации имеют емкость от 250 Мбайт до 1,5 Гбайта, время доступа в разных оптических дисках также колеблется от 30 до 300 мс, скорость считывания информации от 150 до 1500 Кбайт/с.
Перезаписываемые лазерно-оптические диски могут быть с одноразовой записью (CD-R - CD-Recordable - такой, который допускает запись) или многократным (CD-RW - ReWriteable - такой, что допускает повторную запись. Для таких дисков используют специальные приводы, с помощью которых можно не только читать, но и записывать информацию на диск. Их также называют CD-RW. Считывание и запись в лазерно-оптических накопителях осуществляется с помощью лазерного луча. Емкость таких дисков достигает 1 Гбайта.
Для хранения больших объемов видеоинформации (музыкальные клипы, кинофильмы, игры) используется технология DVD (Digital Video Device - цифровой видеоустройство), основана на другом принципе хранения видеоинформации - в цифровом формате. Емкость таких носителей информации в несколько раз больше емкости компакт-дисков - до 10 Гбайт. Основными локальными интерфейсами для НОД являются интерфейсы EIDE и SCSI.
Что такое скорость записи DVD-R диска и чем она отличается от скорости записи CD-R? Термин "скорость записи" определяет, насколько быстро данные могут быть записаны на DVD-R диск. Маркировка «1х» означает однократную скорость записи: 1x = 1.38 Мб/сек. Соответственно, двукратная скорость 2x = 2.76 Мб/сек. Аналогично маркируется и скорость чтения DVD приводов. Следует быть внимательным, различая маркировки скорости DVD и CD приводов, так как обозначаются они одинаково, но скрывают в себе разные значения: если 1x для DVD = 1.38 Мб/сек, то 1x для CD = 150 Кб/сек. Таким образом, однократная скорость DVD примерно в 9.2 раза больше, нежели однократная скорость CD.
Магнитооптический диск — носитель информации, сочетающий свойства оптических и магнитных накопителей (рис. 3.1.8). Впервые магнитооптический диск появился в начале 80-х годов. Магнитооптический диск взаимодействует с операционной системой как жесткий диск, поэтому он может быть отформатирован в стандартную файловую систему. Магнитооптический диск изготавливается с использованием ферромагнетиков. Первые магнитооптические диски были размером с 5,25" дискету, потом появились диски размером 3,5".

Рис. 3.1.8. Магнитооптические диски

3.1.3. Передача информации между компьютерами

Информация передается в виде сообщений от некоторого источника информации к ее приемнику посредством канала связи между ними. Источник посылает передаваемое сообщение, которое кодируется в передаваемый сигнал. Этот сигнал посылается по каналу связи. В результате в приемнике появляется принимаемый сигнал, который декодируется и становится принимаемым сообщением (рис. 3.1.9).

Рис. 3.1.9. Схема передачи данных

Информация может существовать в виде следующих сигналов:
- тексты, рисунки, чертежи, фотографии;
- световые или звуковые сигналы;
- радиоволны;
- электрические и нервные импульсы:
- магнитные записи;
- жесты и мимика;
- запахи и вкусовые ощущения;
- хромосомы, посредством которых передаются по наследству признаки и свойства организмов, и т.д.
Например, сообщение, содержащее информацию о прогнозе погоды, передается приемнику (телезрителю) от источника (специалиста-метеоролога) посредством каната связи — телевизионной передающей аппаратуры и телевизора.

Для передачи данных в компьютерной сети требуются определенные передающие каналы. Каналы передачи данных по физическому принципу своего устройства делятся на проводные, беспроводные (радиоканалы) и оптические.
К проводным каналам относятся телефонные линии и различные виды электрических кабелей. Данные по проводным каналам передаются в виде электрических сигналов. Использование телефонных каналов (коммутируемых линий связи) удобно и дешево, поскольку система телефонной связи уже давно организована, налажена и охватывает весь мир. Каждый раз для подключения пользователя к сети ему нужно «дозваниваться» по определенному телефон ному номеру. В другое время этот же канал используется для обычных телефонных разговоров. Для связи между постоянно действующими узлами сети могут применяться специально выделенные телефонные каналы.
Телефонные сети постепенно переходят на цифровую связь, но значительная часть телефонных каналов все еще использует передачу непрерывного (аналогового) электрического сигнала. Для того чтобы соединить компьютер с такой сетью, необходимо специальное устройство, которое называется модем (МОдулятор - ДЕМодулятор). Модуляция — это преобразование данных из дискретной цифровой формы в аналоговую, которое производится при передаче информации в сеть. Такое преобразование названо цифро-аналоговым (ЦАП). Демодуляция — это обратное, аналого-цифровое преобразование (АЦП), происходящее во время приема информации». Скорость передачи данных по таким каналам невысока.
Передача цифровых данных по электрическому кабелю может происходить со скоростями в десятки и сотни Мбит/с. В настоящее время большой популярностью пользуются каналы связи кабельного телевидения, которые используются в том числе и для компьютерных сетей.
Самую высококачественную связь поддерживают оптоволоконные каналы цифровой связи. Здесь скорость передачи данных измеряется десятками Гбит/с.
Спутниковые радиоканалы применяются для связи между узлами сети, удаленными на большие расстояния.
Для организации беспроводного подключения пользователей к сети в последнее время становится популярной технология Wi-Fi (от Wireless Fidelity, дословно: беспроводная точность воспроизведения). В ней используется радиосвязь в определенном диапазоне частот. Wi-Fi дает возможность пользователю поддерживать связь с узлом Wi-Fi-сети на расстояниях от нескольких десятков метров в помещении до нескольких сотен метров на открытом пространстве.

В зависимости от своих финансовых возможностей пользователь выбирает один из двух основных способов подключения к Интернету:
1) удаленный доступ по коммутируемой (временной) телефонной линии;
2) прямой доступ по выделенному (постоянному) каналу.
Первый способ значительно дешевле, однако менее удобен. Для работы в Интернете нужно предварительно дозвониться по телефону до узла провайдера. Кроме того, при таком способе соединения будет невысокая скорость обмена информацией и низкое качество связи (частые прерывания связи, многократные запросы на повторную передачу ошибочно принятой информации). По коммутируемой линии чаще всего работают в ночное время, когда телефонные линии меньше «шумят».
Второй способ гораздо эффективнее, но и дороже, поэтому используется он в основном коллективными или состоятельными пользователями. В качестве выделенных каналов могут использоваться коаксиальные и оптические кабели, радиорелейные линии, спутниковая связь.
Существуют и более сложные способы подключения к Интернету, например, система DirecPC (в России — ZakNet, HeliosNet и «НТВ Интернет»; С ее помощью информация из Интернета поступает через спутник (тарелка 21 дюйм), а в обратном направлении — по телефонной линии. Такой спосои удобен потому, что пользователи преимущественно получают информацию из глобальной сети и значительно реже отправляют данные в сеть. Высокоскоростной спутниковый канал (400 Кбит/с) и низкоскоростной телефонный канал удовлетворяют таким требованиям.
Другая спутниковая система — NetSat Direct, в отличие от DirecPC, обходится без проводного соединения. Несмотря на то, что данные передаются в обоих направлениях через спутник, из Интернета к пользователю они идут намного быстрее. Скорость приема данных в системе NetSat Direct составляет 400 Кбит/с, а скорость передачи — только 19,2 Кбит/с. Такие способы подключения удобно использовать при работе по протоколу FTP или с распределенными базами данных WWW, где потоки информации асимметричны. В этих случаях пользователь в основном получаст информацию из сети и очень мало передает ее. Там же, где нужны симметричные потоки информации, например для IP-телефонии и видеоконференций, такие способы подключения не подходят.

3.1.4. Поиск информации с использованием компьютера

Поиск информации - задача, которую человечество решает уже многие столетия. По мере роста объема информационных ресурсов, потенциально доступных одному человеку, были выработаны все более изощренные и совершенные поисковые средства и приемы, позволяющие найти необходимый документ. Обширные возможности для работы с большими массивами информации дает применение ЭВМ.
Информационный поиск — в широком смысле — последовательность операций, направленных на предоставление информации заинтересованным лицам. В общем случае информационный поиск состоит из четырех этапов:
1) уточнение информационной потребности и формулировка запроса;
2) определение совокупности держателей информационных массивов;
3) извлечение информации из информационных массивов;
4) ознакомление пользователя с полученной информацией и оценка результатов поиска.

Информационный поиск (в узком смысле) — это процесс отыскания в некотором множестве текстов (документов) всех таких, которые посвящены указанной в запросе теме (предмету) или содержат нужные пользователю факты, сведения.
Проблемы поиска информации становятся особенно острыми при больших объемах информации, высокой скорости ее обновления и высокой разнородности потребностей пользователей. Помочь в решении этой проблемы призваны информационно-поисковые системы.
Информационно-поисковые системы (ИПС) — программные системы для хранения, поиска и выдачи интересующей пользователя (абонента) информации. Принцип работы ИПС основан на следующих этапах:
1. Абонент обращается к ИПС с информационным запросом — текстом, отражающим информационную потребность данного абонента, например, его желание найти список книг по теории информационного поиска или список магазинов, в которых можно купить нужный товар.
2. Система выдает пользователю список указателей на документы, удовлетворяющие запросу. Этот список может быть отсортирован по релевантности, т. е. степени соответствия документа запросу.
Таким образом, ИПС может обеспечить пользователю возможность быстрого доступа к информации, при этом от пользователя требуется лишь ввести запрос.
Internet предоставляет пользователю более быстрый способ поиска информации в сравнении с традиционными. Поиск информации в Internet может быть произведен по нескольким методам, значительно различающимся как по эффективности и качеству поиска, так и по типу извлекаемой информации. В зависимости от целей и задач ищущего методы поиска информации в Internet используются по отдельности или в комбинации друг с другом.
Методы информационного поиска в Internet:
1. Непосредственное обращение по ссылке
2. Использование набора ссылок
3. спользование специализированных поисковых механизмов: поисковых машин, каталогов ресурсов, метапоиск, поиск людей, адресов телеконференции, поиск в файловых архивах и другие.

Основная идея поисковых машин (серверов) — создание базы данных из слов, встречающихся в документах Internet, в которой при каждом слове будет храниться список документов, содержащих это слово. Поиск осуществляется в содержании документов. Документы, попадающие в Internet, регистрируются в поисковых машинах с помощью специальных программ и не требуют участия человека. Исходя из этого, мы получаем полную, но отнюдь не достоверную информацию.
Запрос поисковой машине может быть двух видов: простой и сложный. При простом запросе указывается слово или набор слов, не отделенных никакими знаками. При сложном запросе слова могут быть отделены друг от друга логическими операторами и их комбинациями. Эти операторы имеют приоритет.
Многие поисковые машины используют для поиска тематические каталоги или существуют совместно с ними. Поэтому бывает довольно сложно классифицировать поисковые системы. Большинство из них можно отнести в равной степени как к поисковым машинам, так и к классификационным каталогам.
К числу самых известных поисковых серверов можно отнести следущие: американские (Alta Vista, Hot Bot, Lycos, Open Text, Mckinley, Excite); русские (Yandex, Search, Aport, Tela, Rambler).

Контрольные вопросы

1. Дайте характеристику внешней памяти.
2. Дайте характеристику жесткого диска.
3. Для чего предназначен дисковод лазерных дисков?
4. Для чего предназначен дисковод гибких магнитных дисков?
5. Какие виды памяти образуют основную память?
6. Для чего предназначена оперативная память?
7. Каковы преимущества и недостатки оперативной памяти?
8. Для чего предназначена постоянная память?
9. Что такое процессор?
10. Что такое системная шина?
11. Какова логическая структура магнитного диска?
12. Что такое сектор?
13. Что представляет собой кластер?
14. В чем заключается обработка информации на компьютере?
15. Какие операции образуют процесс обработки информации в компьютере?
16. Что представляет собой процесспередачи информации?
17. Что такое модуляция?
18. Какой процесс называеся демодуляцией?
19. По каким каналам может передаваться информация между компьютерами?
20. В чем заключается информационный поиск?
21. Какие этапы информационного поиска можно выделить?
22. Что представляет собой информационно-поисковая система?
23. В чем заключаются принципы работы информационно-поисковой системы?
24. Как осуществляется информационный поиск в Интернете?