Информационная система отличается от компьютера



В чем состоит разница между компьютерами и информационными системами?

Информационная система– взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели.

Современное понимание информационной системы предполагает использование в качестве основного технического средства переработки информации персонального компьютера. В крупных организациях наряду с персональным компьютером в состав технической базы информационной системы может входить мэйнфрейм или суперЭВМ. Кроме того, техническое воплощение информационной системы само по себе ничего не будет значить, если не учтена роль человека, для которого предназначена производимая информация и без которого невозможно ее получение и представление.

Внимание! Под организацией будем понимать сообщество людей, объединенных общими целями и использующих общие материальные и финансовые средства для производства материальных и информационных продуктов и услуг. В тексте на равноправных началах будут употребляться два слова: "организация" и "фирма".

Необходимо понимать разницу между компьютерами и информационными системами. Компьютеры, оснащенные специализированными программными средствами, являются технической базой и инструментом для информационных систем. Информационная система немыслима без персонала, взаимодействующего с компьютерами и телекоммуникациями.

Как можно представить процессы, происходящие в информационной системе?

Источник

Ученые впервые создали устойчивый к ошибкам квантовый компьютер. Как новая технология изменит науку и экономику?

Ученые из США научились исправлять ошибки квантового компьютера

Специалисты Университета Дьюка смогли решить фундаментальные проблемы, связанные с ошибками квантовых компьютеров. Авторы объединили несколько кубитов, с помощью которых работают машины будущего, так, чтобы они функционировали как единое целое, то есть образовали логический кубит. В данной конструкции один кубит содержит нужную информацию, а другие позволяют исправлять ошибки. Таким образом, вероятность квантовых ошибок может быть сведена к минимуму.

Машины будущего настолько сложны, что для работы с ними нужны особые языки и квалифицированные специалисты.

Квантовые компьютеры должны прийти на замену суперкомпьютерам

До изобретения квантовых компьютеров ученые полагались на суперкомпьютеры — устройства, отличающиеся от обычных ПК габаритами и наличием сотен, если не тысяч ядер центрального процессора. Однако для работы с определенными массивами данных обычные компьютеры даже с тысячами ядер не очень подходят. Компания IBM, которая создала около 20 квантовых компьютеров, объясняет недостатки классических машин особенностью строения.

В качестве примера приводится задача, когда нужно разместить несколько привередливых гостей за столами, и при этом есть только один оптимальный план рассадки. В случае, когда гостей пять, таких комбинаций 120. Если количество гостей увеличить до 10, то будет более трех миллионов комбинаций. Обычный компьютер начал бы решать задачу постепенно, обрабатывая каждую комбинацию, — на ответ ушло бы очень много времени. Квантовый компьютер создаст огромное многомерное пространство, в котором сможет вместить все варианты ответа и найти верный.

В Google, где также работают над квантовым компьютером, считают, что вычисления, на которые современные ПК потратят 10 тысяч лет, машина закончит за три с половиной минуты. Например, существует определенный список из одного триллиона значений, и нужно найти лишь один подходящий элемент. При условии, что на проверку каждого элемента дается миллисекунда, обычный ПК справится за неделю, квантовый — менее чем за одну секунду.

Классические устройства — даже если обеспечить их тысячами процессоров с десятком тысяч ядер — оперируют битами, то есть воспринимают информацию в двоичной системе. В этом случае данные принимают значения только в виде единицы или нуля. Квантовые машины производят вычисления с помощью кубитов, где информация может иметь значение одновременно и в виде единицы, и в виде нуля. Это означает, что кубиты, в отличие от битов, могут принимать различные значения одновременно и выполнять вычисления, которые обычный компьютер не способен совершить по своей природе.

Квантовые компьютеры планируется прежде всего применять в научной и финансовой сферах

В первую очередь эти продвинутые устройства можно использовать для проведения научных экспериментов. Например, можно моделировать поведение атомов и частиц, которое сейчас реально воссоздать лишь на очень сложном уровне, например, в Большом адронном коллайдере. Также квантовые компьютеры могут оперировать с гигантскими массивами данных, состоящими из миллионов элементов. По оценке ученого Лова Гровера, базу с миллионом единиц обычное устройство проанализирует за миллион шагов, квантовый компьютер потратит всего тысячу.

Уже упоминалось, что квантовые компьютеры оперируют кубитами, а значит могут работать с огромным количество данных одновременно. Например, такое устройство могло бы обычным подбором быстро взломать любое шифрование. Если посмотреть на ситуацию с другой стороны, то передовые компьютеры можно будет использовать для предотвращения взлома различных систем. Безусловно, квантовые компьютеры пригодятся при работе с искусственным интеллектом, который часто полагается на комбинаторную обработку очень больших объемов данных для более точного прогнозирования и принятия решений.

Вероятно, на ранних этапах применения квантовых компьютеров машины будут задействованы в финансовой сфере. Она отличается от многих тем, что охватывает огромные данные. Устройства могли бы выполнять сложные финансовые расчеты и моделировать движение рынка.

Ученые пока не смогли победить ключевые проблемы квантовых компьютеров

По словам физика Хуана Хосе Гарсиа Риполя, квантовые компьютеры нужны там, где обычные не смогут оперативно справиться с потоком информации. В классических вычислениях мы знаем, как решать проблему благодаря компьютерному языку, где машина принимает три значения — «и», «или», «не». В квантовых компьютерах значений и вероятностей гораздо больше. «Они работают по-другому. Квантовый компьютер не подходит для выполнения повседневных задач», — отмечает Риполь.

Инженеры отмечают, что при наличии классических задач использовать квантовый компьютер нецелесообразно. Во-первых, такие компьютеры крайне дорогие. В частности, финансирующая данный проект Google не раскрывает стоимость единицы будущего оборудования, но выделяет «миллиарды долларов» на его создание. Во-вторых, для работы с такими сложными устройствами нужны не только высококвалифицированные специалисты, но и особые условия. Для корректной работы система должна быть полностью изолирована: в ядрах практически отсутствует атмосферное давление и влияние магнитного поля Земли, температура минус 273 градуса по Цельсию.

В подобных девайсах также нельзя хранить большие объемы информации — они рассчитаны на вычисления. «Квантовые свойства компьютера разрушаются. Они работают в течение очень коротких периодов времени», — считает Риполь.

Источник

Что такое компьютерная информационная система

Этой статьей я открываю цикл, посвященный взаимодействию между заказчиками (пользователями) и программистами при внедрении программного обеспечения и автоматизации работы. О том, насколько сложно найти общий язык и реализовать успешный проект, думаю, известно практически всем. Скорей всего, и вы можете рассказать печальную историю о том, как “не получилось”. А, может, и не одну.

На собственном опыте я понял одну из важнейших причин неудач — отсутствие взаимопонимания. А в его истоках лежит непонимание людьми базовой терминологии.А потому именно с этого я и начну цикл.

В последующих статьях я поясню, как правильное понимание термина “компьютерная информационная система” почти всегда помогает на практике при внедрении программных продуктов. А после — расскажу о собственном опыте и приведу примеры реализации проектов.

К написанию этой статьи я шел очень долго, а материалы для нее я уже не первый месяц использую в процессе консультирования своих клиентов. Одна из самых больших проблем в любой сфере деятельности, где используется специфическая терминология, – это договор о понятиях. Часто люди используют слова, вообще не понимая их значения. И трактуют их каким-то своим особенным образом. Результат – отсутствие взаимопонимания, претензии и недовольство результатом. Особенно сложно пояснять основополагающие базовые понятия. Но в сферах бизнеса и IT технологий без этого не обойтись.

Одна из самых распространенных проблем при внедрении IT-систем – очень высокий процент провалов. Внедрение тормозится из-за отсутствия взаимопонимания с программистами, нередко уже готовые программные решения оказываются «пылящимися в коробке», так как они оказались совсем не тем, что ожидал пользователь.

Попытки пояснить и классифицировать компьютерные информационные системы привели к появлению огромного числа сложных и малопонятных терминов. Их пытаются делить на классы и подклассы, описывать странными для широкого круга людей терминами, что приводит к еще большей путанице.

Сложности взаимопонимания с IT-специалистами

Пользователи часто вообще не понимают, кто такие программисты и чего от них требовать. Я и сам в свое время, когда делал первые шаги в IT, с не понимал, что такое компьютерные информационные системы, какую роль в них играют программисты, когда и зачем они нужны.

Примеру: Если вы обращаетесь к врачам или, например, в строительную компанию, вы точно понимаете, что за специалист перед вами, как к нему обращаться, что рассказывать, какого результата ожидать. В IT-сфере до сих пор нет жестко устоявшейся и понятной на уровне обывателя терминологии.

Одна из самых больших проблем в IT – отсутствие общей( именно общей) теоретической базы. Я написал уже много тематических статей, предназначенных для широкого круга читателей. Например, «Что такое CRM» или «Иерархия IT-систем и выбор программного обеспечения для организации труда». Все они призваны в числе прочего помогать мне самому находить общий язык с клиентами. Но и здесь я столкнулся с непониманием. Люди не осознают в принципе, что такое IT система. И объяснить это «на ходу» бывает крайне сложно.

Справочники, учебники и статьи в интернете практически не дают информации на уровне пользователя. Например, определение в Википедии выглядит так:

Компьютерная информационная система (ИС) — система, предназначенная для хранения, поиска и обработки информации, и соответствующие организационные ресурсы (человеческие, технические, финансовые и т. д.), которые обеспечивают и распространяют информацию (ISO/IEC 2382:2015). Предназначена для своевременного обеспечения надлежащих людей надлежащей информацией, то есть для удовлетворения конкретных информационных потребностей в рамках определённой предметной области, при этом результатом функционирования компьютерных информационных систем является информационная продукция — документы, информационные массивы, базы данных и информационные услуги.

Осмыслить и понять это определение без глубоких знаний в теме практически невозможно, да и вникать в него, по большому счету, бессмысленно. И люди в большинстве своем так и не понимают: что является компьютерной информационной системой, а что – нет. Какие качества обязательны, а какие вторичны. Вопросов очень много. И если вы не будете понимать явления в его сути, вы так и будете понимать его как некую “магию”, шаманство.

В этой статье я попытаюсь дать определение IT-систем, понятное широкому кругу читателей, на основе собственного опыта и знаний. Конечно, я буду рад любой критике и дополнениям, так как тема – очень объемна и фундаментальна. А существующая на сегодняшний момент информация – сложна для восприятия и несколько противоречива.

Что такое компьютерные информационные системы?

Когда я читал различные определения IT систем, я долго не мог понять, почему они такие разные? Где-то можно встретить нечто громоздкое и всеобъемлющее, как в той же Википедии. А где-то краткие определения, «выхватывающие» какие-то отдельные аспекты и полностью на них основанные.

Как я вижу, суть проблемы в том, что люди не пытаются создать определение, которое стало бы фундаментальным обоснованием. Скорее, прослеживается стремление пояснить их собственное видение. И это я даже не говорю о ситуациях, когда описания и определения связаны с продажей какого-то программного обеспечения.

Чтобы понять, что же это такое, давайте вспомним, как появляется на свет новый программный продукт:

Этап 1. Идея. Просто на уровне «а давайте сделаем что-то, что будет делать вот такие вещи»

Этап 2. Построение модели.

Этап 3. Кодинг. Алгоритм воплощается в реальность в виде программного кода, которым смогут пользоваться люди.

И потому на самом общем уровне любую IT-систему (программный продукт, компьютерную информационную систему) можно определить кратко:

Почему именно “выраженная”, но не “реализованная”? Потому что компьютерного кода недостаточно для того чтобы идея заработала, получила материальную основу. Для того чтобы появилась материальная основа, необходимо чтобы человек реализовал ее.

Пример: Мы написали компьютерную программу, но чтобы она заработала необходим компьютер который будет ее запускать, монитор который будет при необходимости выводить эту информацию в виде понятном для человека. В конце концов нужен человек который будет запускать ее когда надо, проверять её работу, обслуживать.

На основе этого базового обоснования можно уже детализировать другие особенности, развить и выразить всю проблематику, связанную с информационными системами. Но здесь я считаю, что важна именно суть: появилась идея, которую можно выразить посредством языка программирования. Было найдено и воплощено в жизнь решение.

Чем поможет понимания особенностей IT систем?

Чтобы правильно выбирать программное обеспечение и понимать, какие дополнительные действия потребуются, стоит отталкиваться от определения «идеи, выраженной в программном коде».

И тогда, первый этап выбора будет основан на идее. Важно понимать, какую именно идею воплощали разработчики. Что они хотели и сумели реализовать. Какие основные принципы они воплощали в жизнь.

Если вы не сумеете понять идею, т.е. предназначения программного обеспечения, то ваши мысли о том, как вы будете использовать программу, не будут совпадать с идеями разработчиков. В итоге вы купите ненужный продукт.

Но чтобы идея компьютерной информационной системы совпала с вашей, необходимо, чтобы у вас была также собственная идея. Да, она будет выражена на пользовательском уровне. Но она должна быть.

Например, если вы хотите добавить на сайт калькулятор ОСАГО, нет смысла интересоваться просто калькулятором или какой-то системой расчетов других функций. Ваша идея – ОСАГО. Значит, нужно искать, кто из разработчиков также воплощал расчеты по ОСАГО. Иначе доработки выбранного продукта потребуют очень больших усилий либо вообще продукт окажется неподходящим для вашей идеи.

Для крупных компьютерных информационных систем крайне важно составить список ваших идей. И убедиться, что у разработчиков выбранного программного продукта в момент его реализации также присутствовал необходимый вам перечень идей, и, как следствие, решений.

Второй важный параметр: соответствие идеи ее реализации. Нередко разработчики в процессе воплощения идеи по самым разным причинам, начиная от ошибок и заканчивая организационными решениями уходят от изначальной идеи. И продукт, который должен был воплощать в себе одну идею, реализует ее лишь частично либо не реализует вообще. Это обязательно нужно проверять при помощи тестирования, консультаций со специалистами или какими-то другими способами (отзывы знакомых и прочее).

И третья проблема: идея, которую вам продают, может совпадать с вашей, но не совпадать с идеей, которую вложили в программную систему разработчики. Дело в том, что в коммерческих продуктах (а они в наше время почти все такие) заключается не столько в том, чтобы вы получили нужный инструмент, сколько в том, чтобы продать вам программный продукт. Т.е. при постановке задач разработчикам основная идея заключалась именно в продаже продукта, а не в его качественной работе и соответствии всем вашим потребностям.

Далее «в игру» вступают маркетологи, вы как вам кажется, что вы покупаете как раз ту «идею», которая вам необходима. А на самом деле, вы покупателе продукт, выполненный с другими идеями (продажи). А ваши потребности при реализации будут на уровне идеи только на втором месте. Продукт будет красивым, удобным, особенно на уровне демоверсий. Но в нем может не оказаться важных для воплощения именно вашей идеи инструментов.

Это как покупка квартиры с косметическим ремонтом «чтобы продать» — все очень красиво и качественно, а «баги» выявляются после покупки. К сожалению, в обществе капиталистическом, ориентированном на получение прибыли, такое встречается повсеместно. И частично воплощается даже в самых лучших системах.

Маркетинг и программный продукт

Почему пользователи так редко воспринимают программные системы как «воплощенные идеи»? Я считаю, что здесь проблема заключается в маркетинге. Чаще всего IT-системы подаются разработчиками и воспринимаются пользователями, как материальный товар. Причина такого подхода очевидна – товар продать намного проще, чем идею.

Человеку сложно воспринимать и, тем более, покупать идеи. Их невозможно «пощупать», и продавец редко может пояснить, почему именно такая идея лучше других. Другое дело – IT система как нечто материальное. Здесь сразу речь идет о непосредственной пользе и преимуществах с точки зрения покупателя. Все можно увидеть, оценить, выбрать.

Маркетологи стремятся показать выгоды с точки зрения покупателя. Тем более, что у любой программы есть определенная цена. В результате у покупателей складывается несколько искаженное представление об компьютерных информационных системах: они считают, что осуществляют покупку готового продукта. Такого же, как сапоги или автомобиль. И часто недоумевают, и разочаровываются, когда понимают, что это не так. Оказывается, для реализации компьютерной информационной системы понадобятся какие-то доработки, настройки, работа программистов и т.д.

Идея и выбор программной системы

Первое, где поможет понимание особенностей компьютерных информационных систем, это правильный выбор программного продукта.

Основные критерии выбора:

1. Ваша идея должна соответствовать идее разработчиков максимально близко по всем параметрам.
2. Качество реализации идеи в коде должно также отвечать поставленным вами задачам.

Из всех существующих программных продуктов вас заинтересуют только те, где в описании указана нужная вам идея. В идеале именно ваша идея должна декларироваться как основная, а другой функционал, если он есть, как дополнительные возможности.

Далее следует изучить качество реализации. Для этого используются отзывы других пользователей, тестовые бесплатные версии и т.д. Помните, что реализация далеко не всегда соответствует изначальной идее и описанию.

Нередко при покупке программного обеспечения используется ошибочная тактика. Покупатель изучает, реализованы ли нужные ему функции, не обращая внимания как раз на основную идею разработчиков, даже если она явно прописана в названии и описании программного продукта. В результате они получают нужный функционал, но зачастую в «обрезанном» виде. Систему приходится очень сильно дорабатывать, а это – значительные затраты времени и средств. А иногда это вообще невозможно. При этом в составе продукта покупатель получает множество ненужных ему возможностей, которые он также вынуждено оплачивает.

Например, если вам нужен сайт-визитка, нет никакого смысла покупать дорогостоящий «движок» интернет-магазина. И наоборот, если вам нужен магазин, попытка воспользоваться бесплатной CMS чаще всего ведет к значительным затратам при адаптации этого кода под интернет-магазин.

С одной стороны, даже под бесплатные «блоговые» CMS существуют готовые надстройки для создания интернет-магазина. С другой стороны, это не основная идея выбранного вами продукта. А потому функционал в ней ограничен. И как только вам понадобится интеграция с учетной системой, какой-то обмен данными с CRM и другие функции автоматизированной торговой площадки, вы столкнетесь со сложностями, потеряете время. Да и затраты на доработки часто оказываются выше, чем в случае покупки готового интернет-магазина с уже реализованными возможностями автоматизации.

Очень важно, чтобы выбранный вами программный продукт максимально соответствовал вашей идее.

Как найти общий язык с разработчиком

Понимание сути компьютерные информационных систем помогает правильно выбрать разработчика для создания или доработок программного продукта. Людям, которые далеки от компьютерных информационных технологий, часто кажется, что все программисты одинаковы и с ними сложно найти общий язык.

На самом деле, чтобы добиться взаимопонимания с разработчиком, нужно:

• Четко сформулировать свою идею. Причем, эта идея должна быть максимально конкретизированной и конкретной. Вариант «я хочу заработать на программе деньги» — это не идея. Идея – это «что я хочу, чтобы делала эта программа». Это может быть ТЗ, может описания в виде диаграмм, брифа.
• Убедиться, что разработчик понял суть идеи. Здесь уже вопрос из области коммуникации. Один специалист поймет вас «с полуслова». Другому придется пояснить несколько раз и не факт, что он воспримет все правильно. Чтобы избежать проблем и разночтений, существуют предварительные этапы работы, в том числе, написание четкого и однозначного технического задания. Если вы сумеете получить внятное и соответствующее вашей идее ТЗ, значит, и дальше работа будет выполняться правильно.

Подробнее о том, как на практике применять такое определение компьютерной информационной системы, читайте в следующей статье.

Источник

Информационная система отличается от компьютера

Что лучше: «Информационные системы и программирование» или «Компьютерные сети»?

Отвечаем на вопросы абитуриентов: «Собираюсь поступать после девятого класса в «Региональный технический колледж в г. Мирном». И у меня возник вопрос: чем отличаются специальности «Информационные системы и программирование» и «Компьютерные сети»? Напишите, пожалуйста, про каждую из этих специальностей».

Все эти специальности взаимозаменяемы, очень перспективны и востребованы на рынке труда.

1) Специальность среднего профессионального образования «Информационные системы и программирование» на базе основного общего образования. Срок обучения — 3 года 10 месяцев.

Выпускники направления подготовки «Информационные системы и программирование» работают в различных IT-структурах муниципальной и региональной администрации, в банках, в коммерческих фирмах, на крупных заводах и фабриках, на транспорте, на оборонных предприятиях и занимают должности специалистов по сопровождению и эксплуатации информационных систем, инженера-программиста, разработчика сетевых и телекоммуникационных систем, системного администратора, web-разработчика и пр. Их основная задача — обеспечить максимально эффективное использование информационных технологий в той отрасли, в которой работают выпускники.

Примерный перечень должностей, на которых может работать выпускник МРТК:

— техник по информационным системам,

— продавец-консультант (продажа компьютерной техники),

2) Специальность «Компьютерные сети» на базе основного общего образования.

Срок обучения — 3 года 10 месяцев.
Одна из молодых профессий на рынке труда — техник по компьютерным сетям. В данной специальности соединены две составляющие вычислительной техники: аппаратная (изучение электронной и цифровой техники) и программная (осваивание языков программирования, информационных технологий и систем). Этот специалист обеспечивает бесперебойную работу компьютерной техники, локальной сети, программного обеспечения в офисах и компаниях. Отвечает за сетевую безопасность, работу компьютеров и компьютерных программ. Круг его обязанностей широк – от закупки оборудования и комплектующих до написания Web-сайтов. Техник компьютерных сетей осуществляет ещё одно важное для любой организации дело – защиту локальной сети от хакерских атак, тем самым защищая важную информацию.

Источник

Типы файловых систем, их предназначение и отличия

Рядовому пользователю компьютерных электронных устройств редко, но приходится сталкиваться с таким понятием, как «выбор файловой системы». Чаще всего это происходит при необходимости форматирования внешних накопителей (флешек, microSD), установке операционных систем, восстановлении данных на проблемных носителях, в том числе жестких дисках. Пользователям Windows предлагается выбрать тип файловой системы, FAT32 или NTFS, и способ форматирования (быстрое/глубокое). Дополнительно можно установить размер кластера. При использовании ОС Linux и macOS названия файловых систем могут отличаться.

Возникает логичный вопрос: что такое файловая система и в чем ее предназначение? В данной статье дадим ответы на основные вопросы касательно наиболее распространенных ФС.

Что такое файловая система

Обычно вся информация записывается, хранится и обрабатывается на различных цифровых носителях в виде файлов. Далее, в зависимости от типа файла, кодируется в виде знакомых расширений – *exe, *doc, *pdf и т.д., происходит их открытие и обработка в соответствующем программном обеспечении. Мало кто задумывается, каким образом происходит хранение и обработка цифрового массива в целом на соответствующем носителе.

Операционная система воспринимает физический диск хранения информации как набор кластеров размером 512 байт и больше. Драйверы файловой системы организуют кластеры в файлы и каталоги, которые также являются файлами, содержащими список других файлов в этом каталоге. Эти же драйверы отслеживают, какие из кластеров в настоящее время используются, какие свободны, какие помечены как неисправные.

Запись файлов большого объема приводит к необходимости фрагментации, когда файлы не сохраняются как целые единицы, а делятся на фрагменты. Каждый фрагмент записывается в отдельные кластеры, состоящие из ячеек (размер ячейки составляет один байт). Информация о всех фрагментах, как части одного файла, хранится в файловой системе.

Файловая система связывает носитель информации (хранилище) с прикладным программным обеспечением, организуя доступ к конкретным файлам при помощи функционала взаимодействия программ A PI. Программа, при обращении к файлу, располагает данными только о его имени, размере и атрибутах. Всю остальную информацию, касающуюся типа носителя, на котором записан файл, и структуры хранения данных, она получает от драйвера файловой системы.

На физическом уровне драйверы ФС оптимизируют запись и считывание отдельных частей файлов для ускоренной обработки запросов, фрагментации и «склеивания» хранящейся в ячейках информации. Данный алгоритм получил распространение в большинстве популярных файловых систем на концептуальном уровне в виде иерархической структуры представления метаданных (B-trees). Технология снижает количество самых длительных дисковых операций – позиционирования головок при чтении произвольных блоков. Это позволяет не только ускорить обработку запросов, но и продлить срок службы HDD. В случае с твердотельными накопителями, где принцип записи, хранения и считывания информации отличается от применяемого в жестких дисках, ситуация с выбором оптимальной файловой системы имеет свои нюансы.

Основные функции файловых систем

Файловая система отвечает за оптимальное логическое распределение информационных данных на конкретном физическом носителе. Драйвер ФС организует взаимодействие между хранилищем, операционной системой и прикладным программным обеспечением. Правильный выбор файловой системы для конкретных пользовательских задач влияет на скорость обработки данных, принципы распределения и другие функциональные возможности, необходимые для стабильной работы любых компьютерных систем. Иными словами, это совокупность условий и правил, определяющих способ организации файлов на носителях информации.

Основными функциями файловой системы являются:

• размещение и упорядочивание на носителе данных в виде файлов;
• определение максимально поддерживаемого объема данных на носителе информации;
• создание, чтение и удаление файлов;
• назначение и изменение атрибутов файлов (размер, время создания и изменения, владелец и создатель файла, доступен только для чтения, скрытый файл, временный файл, архивный, исполняемый, максимальная длина имени файла и т.п.);
• определение структуры файла;
• поиск файлов;
• организация каталогов для логической организации файлов;
• защита файлов при системном сбое;
• защита файлов от несанкционированного доступа и изменения их содержимого.

Задачи файловой системы

Функционал файловой системы нацелен на решение следующих задач:

• присвоение имен файлам;
• программный интерфейс работы с файлами для приложений;
• отображение логической модели файловой системы на физическую организацию хранилища данных;
• поддержка устойчивости файловой системы к сбоям питания, ошибкам аппаратных и программных средств;
• содержание параметров файла, необходимых для правильного взаимодействия с другими объектами системы (ядро, приложения и пр.).

В многопользовательских системах реализуется задача защиты файлов от несанкционированного доступа, обеспечение совместной работы. При открытии файла одним из пользователей для других этот же файл временно будет доступен в режиме «только чтение».

Вся информация о файлах хранится в особых областях раздела (томах). Структура справочников зависит от типа файловой системы. Справочник файлов позволяет ассоциировать числовые идентификаторы уникальных файлов и дополнительную информацию о них с непосредственным содержимым файла, хранящимся в другой области раздела.

Операционные системы и типы файловых систем

Существует три основных вида операционных систем, используемых для управления любыми информационными устройствами: Windows компании Microsoft, macOS разработки Apple и операционные системы с открытым исходным кодом на базе Linux. Все они, для взаимодействия с физическими носителями, используют различные типы файловых систем, многие из которых дружат только со «своей» операционкой. В большинстве случаев они являются предустановленными, рядовые пользователи редко создают новые дисковые разделы и еще реже задумываются об их настройках.

В случае с Windows все выглядит достаточно просто: NTFS на всех дисковых разделах и FAT32 (или NTFS) на флешках. Если установлен NAS (сервер для хранения данных на файловом уровне), и в нем используется какая-то другая файловая система, то практически никто не обращает на это внимания. К нему просто подключаются по сети и качают файлы.

На мобильных гаджетах с ОС Android чаще всего установлена ФС версии ext4 во внутренней памяти и FAT32 на карточках microSD. Владельцы продукции Apple зачастую вообще не имеют представления, какая файловая система используется на их устройствах – HFS+, HFSX, APFS, WTFS или другая. Для них существуют лишь красивые значки папок и файлов в графическом интерфейсе.

Более богатый выбор у линуксоидов. Но здесь настройка и использование определенного типа файловой системы требует хотя бы минимальных навыков программирования. Тем более, мало кто задумывается, можно ли использовать в определенной ОС «неродную» файловую систему. И зачем вообще это нужно.

Рассмотрим более подробно виды файловых систем в зависимости от их предпочтительного использования с определенной операционной системой.

Файловые системы Windows

Исходный код файловой системы, получившей название FAT, был разработан по личной договоренности владельца Microsoft Билла Гейтса с первым наемным сотрудником компании Марком Макдональдом в 1977 году. Основной задачей FAT была работа с данными в операционной системе Microsoft 8080/Z80 на базе платформы MDOS/MIDAS. Файловая система FAT претерпела несколько модификаций – FAT12, FAT16 и, наконец, FAT32, которая используется сейчас в большинстве внешних накопителей. Основным отличием каждой версии является преодоление ограниченного объема доступной для хранения информации. В дальнейшем были разработаны еще две более совершенные системы обработки и хранения данных – NTFS и ReFS.

FAT (таблица распределения файлов)

Числа в FAT12, FAT16 и FAT32 обозначают количество бит, используемых для перечисления блока файловой системы. FAT32 является фактическим стандартом и устанавливается на большинстве видов сменных носителей по умолчанию. Одной из особенностей этой версии ФС является возможность применения не только на современных моделях компьютеров, но и в устаревших устройствах и консолях, снабженных разъемом USB.

Пространство FAT32 логически разделено на три сопредельные области:

• зарезервированный сектор для служебных структур;
• табличная форма указателей;
• непосредственная зона записи содержимого файлов.

К недостатком стандарта FAT32 относится ограничение размера файлов на диске до 4 Гб и всего раздела в пределах 8 Тб. По этой причине данная файловая система чаще всего используется в USB-накопителях и других внешних носителях информации. Для установки последней версии ОС Microsoft Windows 10 на внутреннем носителе потребуется более продвинутая файловая система.

С целью устранения ограничений, присущих FAT32, корпорация Microsoft разработала обновленную версию файловой системы exFAT (расширенная таблица размещения файлов). Новая ФС очень схожа со своим предшественником, но позволяет пользователям хранить файлы намного большего размера, чем четыре гигабайта. В exFAT значительно снижено число перезаписей секторов, ответственных за непосредственное хранение информации. Функция очень важна для твердотельных накопителей ввиду необратимого изнашивания ячеек после определенного количества операций записи. Продукт exFAT совместим с операционными системами Mac, Android и Windows. Для Linux понадобится вспомогательное программное обеспечение.

NTFS (файловая система новой технологии)

Стандарт NTFS разработан с целью устранения недостатков, присущих более ранним версиям ФС. Впервые он был реализован в Windows NT в 1995 году, и в настоящее время является основной файловой системой для Windows. Система NTFS расширила допустимый предел размера файлов до шестнадцати гигабайт, поддерживает разделы диска до 16 Эб (эксабайт, 10 18 байт ). Использование системы шифрования Encryption File System (метод «прозрачного шифрования») осуществляет разграничение доступа к данным для различных пользователей, предотвращает несанкционированный доступ к содержимому файла. Файловая система позволяет использовать расширенные имена файлов, включая поддержку многоязычности в стандарте юникода UTF, в том числе в формате кириллицы. Встроенное приложение проверки жесткого диска или внешнего накопителя на ошибки файловой системы chkdsk повышает надежность работы харда, но отрицательно влияет на производительность.

ReFS (Resilient File System)

Последняя разработка Microsoft, доступная для серверов Windows 8 и 10. Архитектура файловой системы в основном организована в виде B + -tree. Файловая система ReFS обладает высокой отказоустойчивостью благодаря реализации новых функций:

• Copy-on-Write (CoW) – никакие метаданные не изменяются без копирования;
• данные записываются на новое дисковое пространство, а не поверх существующих файлов;
• при модификации метаданных новая копия хранится в свободном дисковом пространстве, затем система создает ссылку из старых метаданных на новую версию.

Все это позволяет повысить надежность хранения файлов, обеспечивает быстрое и легкое восстановление данных.

Файловые системы macOS

Для операционной системы macOS компания Apple использует собственные разработки файловых систем:

1. HFS+, которая является усовершенствованной версией HFS, ранее применяемой на компьютерах Macintosh, и ее более соверешенный аналог APFS. Стандарт HFS+ используется во всех устройствах под управлением продуктов Apple, включая компьютеры Mac, iPod, а также Apple X Server.
2. Кластерная файловая система Apple Xsan, созданная из файловых систем StorNext и CentraVision, используется в расширенных серверных продуктах. Эта файловая система хранит файлы и папки, информацию Finder о просмотре каталогов, положениях окна и т.д.

Файловые системы Linux

В отличие от ОС Windows и macOS, ограничивающих выбор файловой системы предустановленными вариантами, Linux предоставляет возможность использования нескольких ФС, каждая из которых оптимизирована для решения определенных задач. Файловые системы в Linux используются не только для работы с файлами на диске, но и для хранения данных в оперативной памяти или доступа к конфигурации ядра во время работы системы. Все они включены в ядро и могут использоваться в качестве корневой файловой системы.

Основные файловые системы, используемые в дистрибутивах Linux:

• Ext2;
• Ext3;
• Ext4;
• JFS;
• ReiserFS;
• XFS;
• Btrfs;
• ZFS.

Ext2, Ext3, Ext4 или Extended Filesystem – стандартная файловая система, первоначально разработанная еще для Minix. Содержит максимальное количество функций и является наиболее стабильной в связи с редкими изменениями кодовой базы. Начиная с ext3 в системе используется функция журналирования. Сегодня версия ext4 присутствует во всех дистрибутивах Linux.

JFS или Journaled File System разработана в IBM в качестве альтернативы для файловых систем ext. Сейчас она используется там, где необходима высокая стабильность и минимальное потребление ресурсов (в первую очередь в многопроцессорных компьютерах). В журнале хранятся только метаданные, что позволяет восстанавливать старые версии файлов после сбоев.

ReiserFS также разработана в качестве альтернативы ext3, поддерживает только Linux. Динамический размер блока позволяет упаковывать несколько небольших файлов в один блок, что предотвращает фрагментацию и улучшает работу с небольшими файлами. Недостатком является риск потери данных при отключении энергии.

XFS рассчитана на файлы большого размера, поддерживает диски до 2 терабайт. Преимуществом системы является высокая скорость работы с большими файлами, отложенное выделение места, увеличение разделов на лету, незначительный размер служебной информации. К недостаткам относится невозможность уменьшения размера, сложность восстановления данных и риск потери файлов при аварийном отключении питания.

Btrfs или B-Tree File System легко администрируется, обладает высокой отказоустойчивостью и производительностью. Используется как файловая система по умолчанию в OpenSUSE и SUSE Linux.

Другие ФС, такие как NTFS, FAT, HFS, могут использоваться в Linux, но корневая файловая система на них не устанавливается, поскольку они для этого не предназначены.

Дополнительные файловые системы

В операционных системах семейства Unix BSD (созданы на базе Linux) и Sun Solaris чаще всего используются различные версии ФС UFS (Unix File System), известной также под названием FFS (Fast File System). В современных компьютерных технологиях данные файловые системы могут быть заменены на альтернативные: ZFS для Solaris, JFS и ее производные для Unix.

Кластерные файловые системы включают поддержку распределенных хранилищ, расширяемость и модульность. К ним относятся:

• ZFS – «Zettabyte File System» разработана для распределенных хранилищ Sun Solaris OS;
• Apple Xsan – эволюция компании Apple в CentraVision и более поздних разработках StorNext;
• VMFS (Файловая система виртуальных машин) разработана компанией VMware для VMware ESX Server;
• GFS – Red Hat Linux именуется как «глобальная файловая система» для Linux;
• JFS1 – оригинальный (устаревший) дизайн файловой системы IBM JFS, используемой в старых системах хранения AIX.

Практический пример использования файловых систем

Владельцы мобильных гаджетов для хранения большого объема информации используют дополнительные твердотельные накопители microSD (HC), по умолчанию отформатированные в стандарте FAT32. Это является основным препятствием для установки на них приложений и переноса данных из внутренней памяти. Чтобы решить эту проблему, необходимо создать на карточке раздел с ext3 или ext4. На него можно перенести все файловые атрибуты (включая владельца и права доступа), чтобы любое приложение могло работать так, словно запустилось из внутренней памяти.

Операционная система Windows не умеет делать на флешках больше одного раздела. С этой задачей легко справится Linux, который можно запустить, например, в виртуальной среде. Второй вариант — использование специальной утилиты для работы с логической разметкой, такой как MiniTool Partition Wizard Free . Обнаружив на карточке дополнительный первичный раздел с ext3/ext4, приложение Андроид Link2SD и аналогичные ему предложат куда больше вариантов.

Флешки и карты памяти быстро умирают как раз из-за того, что любое изменение в FAT32 вызывает перезапись одних и тех же секторов. Гораздо лучше использовать на флеш-картах NTFS с ее устойчивой к сбоям таблицей $MFT. Небольшие файлы могут храниться прямо в главной файловой таблице, а расширения и копии записываются в разные области флеш-памяти. Благодаря индексации на NTFS поиск выполняется быстрее. Аналогичных примеров оптимизации работы с различными накопителями за счет правильного использования возможностей файловых систем существует множество.

Надеюсь, краткий обзор основных ФС поможет решить практические задачи в части правильного выбора и настройки ваших компьютерных устройств в повседневной практике.

Источник