17. Ukládání dat

Paměťové médium je paměťový nosič datových informací. Paměťová média umožňují ukládání datových souborů a jejich přenos mezi počítači a dalšími zařízeními (vnější paměť), ale i uchovávání dat v počítači (vnitřní paměť počítače, pevné disky) nebo ukládání dat na síťové datové úložiště (cloud). Nosičem datového záznamu může být digitální i analogový signál. Digitální data se ukládají většinou v binární formě. Záznam dat na datové médium může být trvalý, přepisovatelný nebo nestálý (volatilní) – po vypnutí napájení se obsah ztratí.

Podle principu ukládání dat se paměťová média dělí na:

• Magnetická – disketa, pevný disk, magnetická páska (audiokazeta, videokazeta)

Ukládání a čtení dat probíhá pomocí magnetické indukce, data jsou uložena jako zmagnetizovaná místa na magneticky tvrdším materiálu záznamové vrstvy.

• Optická – CD, DVD, Blue-ray, HD DVD

Společné jsou 3 základní vrstvy: polykarbonátová (ochranná), záznamová a odrazivá. Při zápisu se působením laserového paprsku mění vlastnosti barviva v záznamové vrstvě, odražení laserového paprsku pro čtení umožňuje odrazivá vrstva.

• Elektronická – USB flash disk, paměťové karty (například SD, MMC, CF)

Data jsou ukládána v poli unipolárních tranzistorů, informace se ukládá pomocí elektronů, přítomnost nebo nepřítomnost elektrického proudu v tranzistoru představuje 0 nebo 1.

Pevný disk (HDD, Hard Disk Drive) je elektromechanické zařízení pro záznam a čtení adresovatelných dat, paměť o velké kapacitě a s pomalejším přístupem než operační paměť RAM. Používá se v počítačích jako sekundární a záložní paměť. Ukládání a čtení probíhá pomocí magnetické indukce.

Data jsou na pevném disku uložena v podobě magnetického záznamu. Čtení a zápis dat na magnetickou vrstvu zajišťuje čtecí a zápisová hlava. Data jsou na povrchu pevného disku organizována do soustředných kružnic zvaných stopy, každá stopa moderního disku obsahuje pevný počet sektorů. Uspořádání stop, povrchů a sektorů se nazývá geometrie disku.

Solid-state drive (SSD) je typ datového média, který ukládá data na polovodičovou flash paměť.

Polovodičové paměti RAM jsou rychlejší, ale jsou volatilní a jsou dražší než diskové paměti při přepočtu ceny za jeden bit. Používají se především jako operační paměti počítačů. Slouží tedy k uchování údajů, které počítač potřebuje pro zpracovávání právě prováděné úlohy. Údaje, které je potřeba uchovat i po vypnutí počítače, musí být uloženy do nevolatilní paměti – obvykle na pevný disk. Jeho nižší rychlost je kompenzována vyšší kapacitou a nezávislostí na napájení.

Disketa (pružný disk; floppy disk) je magnetické datové médium sloužící k ukládání a přenášení elektronických dat. Dnes už se využívá jen omezeně (průmyslové počítače).

Další z paměťových médií, která se pro ukládání dat využívají méně, jsou lisované kompaktní disky (CD) a DVD, existují přepisovatelné i nepřepisovatelné varianty.

Pásková jednotka (též označován jako streamer;tape) je zařízení pro záznam dat, které provádí čtení a zápis dat na magnetickou pásku. Záznam na magnetické pásky se používá zejména pro archivaci a zálohování důležitých dat, typicky pro vytváření záloh obsahu pevných disků Tento typ média je relativně levný a má dlouhou životnost. Vyplatí se pro ukládání velkého množství dat.

Cloud je online úložiště dat. K datům můžeme přistupovat a pracovat s nimi z jakéhokoliv zařízení a z libovolného místa. Danou službu zajišťuje skupina serverů (oblak neboli cloud serverů). Mezi nejznámější cloudy patří Google Drive, One Drive od Microsoftu, iCloud od Apple nebo Dropbox od Amazonu.

Pevné disky obsahují pohyblivé mechanické součásti a jsou náchylnější k poruchám než jiné součásti počítače. Zvláště s běžícími disky je třeba zacházet velmi opatrně. Částečnou ochranou proti nárazu hlaviček do povrchu disku je tzv. parkování čtecích hlav. Při vypnutí disku se automaticky uloží hlavy mimo datovou oblast.

SSD oproti klasickým pevným diskům neobsahuje pohyblivé mechanické části (menší riziko poškození), má mnohem nižší spotřebu elektrické energie a vyšší rychlost při čtení. V poměru ke kapacitě je dražší.

Pro jeden počítač lze použít oba typy disků (SSD na operační systém, HDD na data), existuje i SSHD, který kombinuje obě technologie.

Diskety se využívají pro nouzové bootování v zastaralých systémech a pro aktualizaci BIOSu, pokud selže. Vybavení, které vyžaduje použití disket, se stále používá v hudebním průmyslu a divadelní technice.

Nevýhodou pásek byly problémy způsobené čtením dat ze stále běžící pásky. Při přerušení přenosu trvalo dlouho, že se čtení obnovilo. Přenos byl pomalý a málo plynulý, životnost jednotky i média byla nízká. Později byla vyvinuta technologie pro snížení počtu start-stop situací. Dnes už jednotky umí dynamicky přizpůsobit rychlost pásky vůči rychlosti dodávky dat z počítače.

Výhodou uložení dat v cloudu je možnost dostat se k datům odkudkoliv, snadné sdílení dat pomocí poskytnutí přístupu, snadná možnost zálohy dat a určitý základní prostor na úložišti zdarma. Nevýhodou je nedostupné internetové připojení v některých místech, pomalý internet, vypadávání internetu apod., poskytovatel úložiště získává určitá práva k uloženým datům (neukládat důvěrná nebo osobní data).

Některé technologie používané pro zabezpečení dat z různých hledisek:

Záloha (backup) dat slouží k obnovení dat v případě jejich nechtěného smazání, ztráty nebo poškození, nebo pro případ potřeby návratu k některé předchozí verzi dat. Kopie dat se ukládá na jiném datovém nosiči (často na jiném místě). Pro zálohování většího množství dat se používá specializovaný software (i hardware). Někdy je třeba sledovat všechny změny dat, které postupně nastaly – to se děje zápisem každé změny do žurnálu změn (logu). Tak je možné zjistit přesný obraz dat v minulosti. Data lze zálohovat i pomocí cloudu.

Technologie RAID umožňuje duplicitní ukládání dat pro případ fyzického selhání pevného disku. Používají se technologie prokládání (data jsou rozdělena a uložena na více discích) nebo zrcadlení dat (duplicitní uložení dat na dvou stejných discích) nebo jejich kombinace.

Šifrování slouží k ochraně dat před nepovolanými osobami. Jde o proces, kterým se elektronická data pomocí kryptografie převádí na šifrovaná data. Ta může přečíst pouze majitel dešifrovacího klíče. Pokud dojde ke krádeži zařízení (notebooku, mobilu apod.), k zašifrovaným datům se bez šifrovacího klíče nelze dostat. Data lze šifrovat i skrývat, při každodenní práci to ale zpomaluje systém. Pro zaheslování souborů lze použít například WinRAR, je nutné použít tzv. bezpečné heslo (dostatečně dlouhé, kombinace číslic, malých a velkých písmen a speciálních znaků). Šifrování se používá i v e-mailových zprávách ve formě elektronického podpisu. Existují placené i neplacené programy pro šifrování dat, některé jsou přímo součástí operačního systému.

Databáze obsahují často velké množství dat a vyhledávání potřebných informací může být časově náročné. Při hledání je tedy potřeba co nejpřesněji zadat dotaz. Pro upřesnění dotazu se často používají:

Booleovské (logické) operátory – určují vztah mezi jednotlivými vyhledávanými slovy a dotaz zužují nebo rozšiřují. Jedná se o vyjádření průniku, sjednocení, nebo negace:

• AND, +,& (a současně) – zúžení dotazu tak, aby ve výsledku byly obsaženy současně všechny vyhledávané výrazy (např. Karel AND Čapek – najde pouze informace o Karlovi Čapkovi, ale ne o Josefu Čapkovi nebo o Karlovi Havlíčkovi Borovském)
• OR, −,∣ (nebo) – rozšiřuje dotaz, ve výsledku je obsažen alespoň jeden z hledaných výrazů (Karel OR Čapek - najde informace o všech Karlech a Čapcích)
• NOT, ! (ne) – zužuje dotaz tím, že odstraňuje nežádoucí výraz (Čapek NOT Karel – najde informace o všech Čapcích, kromě Karla Čapka)

Při formulaci složitějších dotazů lze využít kulaté závorky, například (Karel AND Čapek) NOT spisovatel najde informace o všech Karlech Čapcích, kteří nejsou spisovatelé.

Fráze – sousloví, hledáme například přesně daný název. Používají se většinou uvozovky (například "povinné ručení"), mohou to být i jiné znaky (středník, spojovník, dvojtečka, čárka, lomítko).

Rozšiřující znaky – vynecháme část hledaného slova a použijeme zástupný znak (většinou * nebo ?).

Například zadáním *učení najdeme v databázi slova učení, ručení, doručení apod.

Databáze může být velmi rozsáhlá, může obsahovat stovky tabulek, přičemž v jedné tabulce mohou být i miliony záznamů. Vyhledání požadovaného záznamu po zadání dotazu uživatele může být časově náročné. Proto se při programování databáze pro zrychlení vyhledávání vytváří tzv. indexy (klíče). Index je obvykle definován výběrem tabulky a jednoho konkrétního sloupce (nebo sloupců) a dále určením typu indexu. Vytvoření indexu zvyšuje nárok na operační paměť a diskový prostor, ukládání do databáze je zpomaleno (spolu s daty se vytváří se a ukládají i indexy), ale čtení se značně urychlí. Při použití indexů se při hledání požadované informace nehledá podle toho, jak jsou řádky tabulky uloženy za sebou, ale pomocí indexu se přistupuje přímo k vybraným řádkům tabulky. Protože každý index zabírá nějakou část paměti a zpomaluje operace, které ukládají nebo mění obsah sloupců, je třeba indexy navrhnout tak, aby zahrnovaly pouze nejčastější a nejdůležitější možnosti vyhledávání.

Příklad vytvoření tabulky a indexu na této tabulce pomocí SQL příkazu:

CREATE TABLE knizka (

id_knizka SERIAL, (primární klíč, automatické pořadové číslo záznamu)

nazev VARCHAR(40) NOT NULL,

autor VARCHAR(40) NOT NULL,

... ...

);

CREATE INDEX i_autor ON knizka (autor)

Příkaz CREATE INDEX vytvoří index pro položku autor. Hledání a třídění podle autora bude optimalizováno databázovým strojem.

Lze použít více typů indexů:

Primární index obsahuje primární klíč, jednoznačně identifikuje záznam a může se v každé tabulce vyskytovat pouze jednou. Obvykle se nazývá ID a je celočíselného typu.

Unikátní index opět jednoznačně identifikuje záznam. Tentokrát nejde o ID, ale o jinou položku, která je unikátní (například rodné číslo v tabulce osob). Může jít i o unikátní kombinaci dvou nebo více položek (např. rodové a druhové jméno v tabulce biologických druhů).

Sekundární index (je uveden v příkladu s knížkou) umožní uspořádání dat podle příslušných hodnot ve sloupcích, ke kterým je vázán, urychluje vyhledávání záznamů v databázi a hodnoty nemusí být unikátní. Může jít i o fiktivní sloupce (hodnoty vypočtené z hodnot fyzických sloupců). Například průměrná známka, položka vypočítaná ze všech známek za jednotlivé předměty.

Fulltext index slouží k optimalizaci fulltextového vyhledávání v daném sloupci tabulky (například pomocí udržování statistiky slov, které byly v tomto sloupci zadány, v operační paměti).

Google Chrome je bezplatný webový prohlížeč společnosti Google. V současné době je to nejrozšířenější webový prohlížeč. Jeho výhody jsou velká variabilita a přizpůsobitelnost různým platformám, stabilita, rychlost, bezpečnost. Nevýhodou je velká náročnost na paměť.

POP3 (Post Office Protocol) je internetový protokol pro stahování e-mailových zpráv ze vzdáleného serveru na klienta. Stahuje ze serveru všechny zprávy (například i spam), naproti tomu protokol IMAP už umí pracovat se zprávami přímo na serveru. Pro odesílání zpráv se používá protokol SMTP, nezávisle na použitém protokolu pro příjem pošty.

Základní deska je základní hardware počítače. Jde se o plošný spoj osazený potřebnými integrovanými obvody. Hlavním úkolem základní desky je propojit jednotlivé součástky počítače do fungujícího celku a rozdělit jim elektrické napájení, které základní desce poskytuje zdroj. Umožňuje zapojení procesoru a operační paměti. Další komponenty (grafická karta, zvuková karta, pevný disk, mechanika) se připojují pomocí rozšiřujících slotů nebo kabelů, které se zastrkávají do příslušných konektorů. Na základní desce je dále umístěna flash paměť, ve které je uložen systém BIOS. Nejdůležitější integrované obvody jsou zabudovány v čipové sadě (jedná se o jeden čip nebo o dva – northbridge a southbridge). Čipová sada rozhoduje o tom, jaký procesor a operační paměť je možné k základní desce připojit.