Сжатие данных

Сжатие данных необходимо для удешевления хранения информации.

Характерной особенностью большинства данных является избыточность. Под этим термином часто понимают разные понятия. Так в теории лингвистики под избыточностью понимается количество слов, которые можно убрать из текста без потери его смысла. Такая избыточность обусловлена стилем автора. В теории информации под избыточностью понимают количество случайным образом удаленных букв при которых возможно однозначное восстановление текста. Наиболее простым примером избыточности является стенография, в основе которой лежит сжатие информации за счет условного отказа от гласных букв. Например, если из слова ИЗБЫТОЧНОСТЬ выбросить все гласные буквы, то по фрагменту ЗБТЧНСТ можно попытаться восстановить исходное слово. Избыточность зависит: а) от национальных особенностей языка, например избыточность русского языка на 20-30% больше английского; б) от типа данных, т.е. видеозапись имеет большую избыточность, чем у графических данных, а у графических данных избыточность выше, чем у текстовых. Избыточность данных может иметь как отрицательные, так и положительные последствия. Например, учебный материал принято подавать со значительной избыточностью, т.к. такое повторение способствует лучшему запоминанию и пониманию.

Избавление от избыточности данных носит название сжатия данных, а применительно к документам может называться архивацией. Программные средства, используемые для архивации, называются архиваторами.

Сжатию могут подвергаться файлы, папки и даже диски. Уплотнение файлов необходимо для уменьшения их размеров с целью удешевления при их передаче по сетям или для их транспортировки на внешнем носителе малой емкости. Уплотнение папок применяют как средство архивации при длительном хранении, в частности при резервном копировании. Уплотнение диска служит целям повышения эффективности использования их рабочего пространства.

Существует три способа уменьшения избыточности данных. Это изменение содержания данных, изменение структуры данных, либо то и другое вместе. Если при сжатии данных происходит изменение их содержания, то при восстановлении данных не происходит их полного восстановления. Такой метод сжатия применяется для данных, при которых формальная утрата части информации не приводит к значительному снижению потребительских свойств. Этот прием сжатия применим к видеозаписям, музыкальным записям, аудиозаписям и рисункам. Методы сжатия с частичной потерей информации не применимы к текстовым данным.

Характерными форматами сжатия с частичной потерей информации являются форматы: .JPG для графических данных, .MPG  для видеоданных, .МР3 для звуковых данных.

Если при сжатии данных происходит только изменение структуры, то метод сжатия полностью обратим. Обратимые методы применяются для сжатия любого типа данных. Характерные форматы сжатия без потери информации это GIF, .TIF, .PCX для графических данных,  .AVI для видеоданных, .ZIP, .ARJ, .RAR, .LZH, .LH, .CAB для любых типов данных.

Для сжатия данных в операционной системе MS DOS используется программные средства PKZIP, RAR, ARJ, для Windows это WinZIP, WinARJ, WinRAR, 7-Zip, ZipItFast!.

Эти программные средства кроме простого сжатия файлов способны извлекать файлы из архивов, создавать новые архивы, добавлять файлы в имеющийся архив, создавать самораспаковывающиеся архивы, тестировать целостность структуры архива, полностью или частично восстанавливать поврежденные архивы, защищать архивы от просмотра и несанкционированной модификации, создание так называемого распределенных архивов, просматривать архивный файл без извлечения их из архива, защищать паролем архивный файл, выбирать и настраивать коэффициент сжатия информации.

Самораспаковывающиеся архивы. При передаче архивированного файла потребителю предполагается наличие у него программного средства необходимого для извлечения исходных данных из архива. Если таких средств у него нет, создается самораспаковывающийся архив. Он создается на базе обычного архива путем присоединения к нему небольшого программного модуля. Сам архив получает расширение .EXE, характерное для исполняемых файлов. После создания такого архива его необходимо проверить, т.е. выполнить запуск файла путем щелчка мыши, после чего распаковка на его компьютере произойдет автоматически.

Распределенные архивы. Бывают случаи, что файл в архивированном виде имеет размер больший, чем емкость дискеты. В этом случае, возможно его распределение в виде фрагментов на нескольких носителях.

Некоторые программные средства архивации, например WinZIP сразу выполняет разбиение на дискету, другие  WinARJ, WinRAR выполняют предварительное разбиение архива на фрагменты заданного размера на жестком диске. Затем их можно скопировать на внешние носители.

Известно, что дискета является достаточно ненадежным носителем, поэтому лучше хранить копию архива в двух экземплярах.

Защита архивов осуществляется путем создания пароля. Так как программные средства, используемые для восстановления утраченного пароля или взлома защиты информации, используют методы прямого перебора, надо стремиться максимально увеличить число символов в пароле, использовать знаки препинания и символы русского алфавита.

Просмотр архивного файла без его распаковки необходим для обеспечения безопасности при работе с незнакомыми файлами либо файлами, поступившими через Интернет.

Уплотнение носителей происходит за счет сжатия данных путем изменения их структуры. При уплотнении носителей никакого физического увеличения емкости не происходит. Пользователь практически не замечает разницы в работе с обычным и уплотненным носителем. Степень сжатия данных во многом определяется типом данных и поэтому наблюдаемое приращение емкости носителя не является величиной постоянной и непрерывно меняется в зависимости от того, какой тип данных добавляется на носитель.

Уплотнению может подвергаться как винчестер, так и дискета. При этом не обязательно уплотнять все дисковое пространство. Соотношением между уплотненным и неуплотненным пространством можно управлять.

При уплотнении дисков на физическом диске создается скрытый файл, предназначенный для записи сжатых данных. Данный файл называется файлом сжатого тома, а физический диск, на котором он размещен, называют несущим диском. Если файл сжатого тома занимает часть несущего диска, то несущий диск делается скрытым, а файл сжатого тома операционной системой распознается как уплотненный диск. Весь обмен информации с уплотненным диском происходит под управлением специальной программы –драйвера сжатого тома.

Уплотнение носителей имеет и негативную сторону. Заметно снижается надежность хранения сжатых данных в случае повреждения аппаратного или программного обеспечения.

Служебные программы Windows

Проверка диска

Запуск — правой кнопкой мыши на диске выбираем Свойства — Сервис — Проверка диска.

Это крайне важная программа для обслуживания жесткого диска. Ее необходимо запускать в идеале хотя бы один раз в день. После некорректного выхода из Windows программа запускается в DOS-версии при загрузке системы. Она проверяет правильность информации, которая содержится в файловой системе (стандартная проверка), а также осуществляет поиск поврежденных секторов (полная проверка).

Исправлять ошибки можно автоматически или вручную.

Если FAT-таблица повреждена и несколько файлов оказались наложенными друг на друга, их можно удалить, выбрав переключатель Удалять, или сделать отдельную копию для каждого файла, выбрав переключатель Делать копии, или оставить все, как есть, установив переключатель Пропускать. Если в файловой системе отмечено, что часть диска занята информацией, которая не принадлежит никакому файлу, то соответствующие блоки можно преобразовать в файл, чтобы потом просмотреть эту информацию и, возможно, спасти ее.

Для этого в поле Потерянные цепочки кластеров должен быть установлен переключатель Преобразовывать в файлы.

Дефрагментация диска

Запуск — правой кнопкой мыши на диске выбираем Свойства — Сервис — Дефрагментация диска.

Дефрагментация файлов является одной из важных процедур обслуживания Диска. Необходимость ее регулярного выполнения обусловлена не только в оптимизации работы диска и повышении скорости доступа к нему, но и более легким восстановлением информации при сбоях в работе жесткого диска.

При копировании, удалении и перемещении файлов на диске возникают пустые места, которые затем заполняются фрагментами других файлов; файловая система дает возможность хранить файлы фрагментами. Если файл разбит на несколько фрагментов, скорость доступа к нему уменьшается, поскольку на перемещение головок диска к очередному фрагменту требуется намного больше времени, чем на его считывание. Дефрагментация диска состоит в том, что фрагменты файла собираются в один непрерывный блок.