Номер 3, страница 30 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

3. Как осуществляется запись информации в ЭВМ?

Решение

Запись информации в ЭВМ (электронно-вычислительной машине, или современном компьютере) — это сложный многоуровневый процесс, который преобразует данные из понятной человеку формы (текст, изображение, звук) в физические состояния на носителях информации. В основе этого процесса лежит принцип двоичного кодирования.

Любая информация в компьютере представляется в виде последовательности двоичных цифр — 0 и 1. Эти единицы информации называются битами. Например, буква «А» в кодировке ASCII представляется как последовательность `01000001`. Процесс записи заключается в физическом сохранении этих битов на запоминающих устройствах.

Физические принципы записи

Запись битов на разные типы носителей происходит по-разному:

Оперативная память (RAM – Random Access Memory): Это энергозависимая память, используемая для временного хранения данных, с которыми работает процессор. Запись битов здесь осуществляется с помощью микроскопических ячеек памяти, каждая из которых состоит из транзистора и конденсатора. Наличие электрического заряда в конденсаторе соответствует единице (1), а его отсутствие — нулю (0). Поскольку заряд со временем стекает, его необходимо постоянно обновлять, и при отключении питания вся информация теряется.

Жесткие диски (HDD – Hard Disk Drive): Это энергонезависимое устройство для долговременного хранения данных. Поверхность дисков покрыта ферромагнитным материалом. Запись осуществляется с помощью магнитной головки, которая намагничивает или перемагничивает микроскопические участки (домены) на поверхности диска. Одно направление намагниченности кодирует 0, а другое — 1. Информация сохраняется даже после отключения питания.

Твердотельные накопители (SSD – Solid-State Drive): Также являются энергонезависимой памятью, но работают без движущихся частей. В основе лежит технология флеш-памяти. Ячейка памяти представляет собой специальный транзистор с «плавающим затвором» (floating gate), который изолирован от остальной схемы. При записи электроны «загоняются» в этот затвор с помощью высокого напряжения, где они могут храниться годами. Наличие электронов в затворе изменяет свойства транзистора, что позволяет считывать состояние ячейки как 0 или 1.

Оптические диски (CD, DVD, Blu-ray): Запись на диски (типа R – recordable) происходит путем изменения отражающей способности поверхности с помощью лазера. Лазер высокой мощности выжигает на специальном слое диска микроскопические углубления (питы). Участки, которые остались нетронутыми, называются лендами. При считывании лазер меньшей мощности сканирует дорожку, и разница в отражении света от питов и лендов интерпретируется как последовательность нулей и единиц.

Процесс записи информации

Процесс инициируется командой от пользователя или программы. Например, при сохранении текстового файла происходят следующие шаги: 1. Процессор (CPU) получает данные и команду на сохранение. 2. Процессор через операционную систему обращается к контроллеру соответствующего устройства хранения (например, контроллеру SATA для HDD/SSD). 3. Контроллер преобразует логические адреса данных в физические адреса на носителе (номер сектора, дорожки и т.д.). 4. Контроллер посылает электрические сигналы, которые управляют физическим механизмом записи: перемещают магнитную головку в HDD, подают напряжение на ячейки флеш-памяти в SSD или управляют лазером в оптическом приводе. 5. Происходит физическое изменение носителя, в результате чего последовательность битов оказывается записанной.

Ответ: Запись информации в ЭВМ осуществляется путем преобразования любых данных в двоичный код (последовательность нулей и единиц) и последующего физического изменения состояния ячеек памяти на различных носителях. В зависимости от типа устройства, это может быть создание электрического заряда (RAM), намагничивание участков поверхности (HDD), удержание электронов в транзисторах (SSD) или изменение отражающей способности поверхности (оптические диски). Этот процесс управляется центральным процессором и специализированными контроллерами.