Данные (вычислительная техника)

Схема хранилища данных и витрин данных (некоей компании)

Данные — поддающееся многократной интерпретации представление информации в формализованном виде, пригодном для передачи, связи, или обработки (ISO/IEC 2382-1:1993).

Для долговременного хранения данных обычно используются базы данных. Данные в памяти могут быть организованы в различные виды структур данных, таких как массивы, связанные списки или объекты. Структуры данных могут хранить данные различных типов, включая числа, строки и другие структуры данных. Ввод и вывод данных в компьютеры производится через периферийные устройства.

В вычислительной технике данные обычно отличают от программ. Программа представляет собой набор данных, содержащих последовательность инструкций, исполняемых компьютером и детализирующих вычисление или задачу. Согласно принципу фон Неймана, имеющему место в большинстве современных компьютеров, одна и та же область памяти может содержать как программу (в частности, машинный код), так и иные данные, то есть и то и другое выражается в виде одинаковых информационных форм, как правило, в виде двоичного кода.

В языках высокого уровня данные некоторых типов хранятся в переменных.

Организация данных

Традиционно применяют два способа организации данных: текстовые данные (в файловой системе: текстовый файл, в программировании: строковый тип данных) — последовательность символов алфавита, представленная в виде кодировки.

Двоичные данные — последовательность байтов. «Двоичная» организация не является способом организации данных как таковым, а лишь термином, объединяющим форматы (формы организации), отличные от текста. Могут включать в себя разнообразные элементы, такие как машинный (или иной исполняемый) код, числовые данные, условные коды, битовые карты, местоположение других данных (смещения, а также указатели в оперативной памяти), фрагменты текста (см. выше), сжатые и случайные данные.

Типы и иерархия данных в программировании

Традиционный подход к данным в программировании основан на понятии типа данных. В объектно-ориентированном программировании понятие типа обобщается до класса, элементами которого являются объекты. Данные объектов могут обрабатываться функциями, как класса, которому принадлежат сами, так и функциями других объектов, имеющими для этого возможность.

В современном программировании существует сложная иерархия типов данных, которую можно представить на нескольких уровнях.

По уровню абстракции:

• Примитивные (базовые) типы: Это простейшие «кирпичики», предоставляемые языком программирования. Они неделимы с точки зрения программы и хранят одно значение.
  • Целочисленные: int, byte, short, long (для целых чисел).
  • Числа с плавающей точкой: float, double (для дробных чисел).
  • Логический: boolean (true или false).
  • Символьный: char (для хранения одного символа).
• Ссылочные (составные) типы: Эти типы состоят из набора других типов (как примитивных, так и ссылочных) и хранят ссылку на область памяти, где находятся данные.
  • Классы (Объекты): Экземпляры классов, которые инкапсулируют данные (поля) и поведение (методы). Например, объект класса Car может иметь поля color, speed и методы accelerate(), brake().
  • Массивы: Упорядоченные коллекции элементов одного типа. Доступ к элементам осуществляется по индексу.
  • Интерфейсы: Это контракты, которые определяют, какие методы должен реализовать класс. Сам интерфейс не содержит данных, но тип данных «интерфейс» позволяет работать с любым объектом, который этот интерфейс реализует.
  • Перечисления (Enum): Специальный тип, который представляет собой фиксированный набор именованных констант.

Передача и хранение данных

Хотя с логической точки зрения данные для вычислительных систем хранятся в виде битов 0 и 1, однако на физических носителях эти биты могут иметь разную физическую природу. Это фундаментальное различие между логическим представлением информации и её физической реализацией. Например, бит может быть представлен как:

• электрический заряд в ячейке транзистора (оперативная память, флеш-память)
• направление намагниченности домена на ферромагнитном покрытии (жесткие диски)
• отражающая или поглощающая поверхность (оптические диски CD/DVD/Blu-ray)
• состояние квантовой системы (кубиты в квантовых компьютерах)
• импульс света в оптоволоконном кабеле (передача данных)

При передаче данных между компонентами системы или по сетям происходит преобразование этих физических представлений в логическую последовательность битов. Каждое устройство хранения или передачи использует свои физические принципы, но все они служат одной цели — сохранить и передать неизменную логическую структуру данных, закодированных в двоичной системе. Именно эта универсальность двоичного кода позволяет различным устройствам и системам взаимодействовать друг с другом, несмотря на различия в их физической реализации.

Защита данных

Защита данных — это комплекс мер, направленных на обеспечение доступности, целостности и конфиденциальности информации в вычислительных системах. В современном цифровом мире защита данных является критически важной задачей как для организаций, так и для частных лиц. Её основными аспектами являются:

• Конфиденциальность: Обеспечение того, что данные доступны только тем пользователям и системам, которые имеют на это право.
• Целостность: Гарантия того, что данные не были изменены, повреждены или уничтожены несанкционированным образом.
• Доступность: Обеспечение бесперебойного доступа к данным для авторизованных пользователей в момент, когда это необходимо.

Основные угрозы для данных

Угрозы, от которых защищают данные, носят разнообразный характер:

• Вредоносное программное обеспечение: Программы, которые могут повреждать, шифровать с целью выкупа или красть данные.
• Неавторизованный доступ: Взлом систем злоумышленниками для получения доступа к информации.
• Человеческий фактор: Случайное удаление или изменение данных, потеря устройств, фишинг и другие ошибки сотрудников.
• Аппаратные и программные сбои: Выход из строя оборудования (например, жестких дисков) или ошибки в программном обеспечении, ведущие к потере данных.

Ключевые методы и технологии защиты

Для противодействия угрозам используется многоуровневый подход, сочетающий технические средства и организационные меры.

1. Резервное копирование (бэкап) Это процесс создания копий данных, которые могут быть использованы для восстановления в случае их утери или повреждения. Эффективная стратегия резервного копирования включает правило «3-2-1»: создавайте три копии данных, храните их на двух разных типах носителей, одна из копий должна храниться вне основного местоположения (офлайн или в облаке).
2. Шифрование Шифрование — это преобразование данных в форму, нечитаемую без использования специального ключа. Это основной метод обеспечения конфиденциальности. Данные могут шифроваться «на лету» при передаче по сети (например, с использованием протокола HTTPS) и «в покое» при хранении на диске (например, с помощью BitLocker в Windows или FileVault в macOS).
3. Контроль доступа Этот метод обеспечивает конфиденциальность и целостность, предоставляя права на доступ к данным только определённым пользователям и системам. На практике это реализуется с помощью:
   • Аутентификации: Проверка личности пользователя (например, с помощью пароля, PIN-кода, отпечатка пальца).
   • Авторизации: Определение, к каким именно ресурсам и данным у пользователя есть доступ после успешной аутентификации.
4. Антивирусное программное обеспечение и брандмауэры
   • Антивирусы предназначены для обнаружения, блокировки и удаления вредоносных программ.
   • Брандмауэры (межсетевые экраны) контролируют и фильтруют сетевой трафик, выступая в качестве барьера между доверенной внутренней сетью и ненадёжными внешними сетями, такими как Интернет.
5. Регламентация и обучение Технические меры неэффективны без чётких организационных процедур. Сюда входит:
   • Разработка политик информационной безопасности.
   • Регулярное обучение сотрудников правилам кибергигиены (например, как распознать фишинговое письмо).
   • Следование принципу «минимальных привилегий», когда пользователи получают доступ только к тем данным, которые необходимы для выполнения их рабочих задач.

Правовое регулирование

Защита данных также является предметом правового регулирования. Во многих странах приняты законы, обязывающие компании защищать персональные данные пользователей. Яркими примерами являются Общий регламент по защите данных (GDPR) в Европейском союзе и Федеральный закон «О персональных данных» в Российской Федерации. Эти законы устанавливают строгие требования к сбору, хранению и обработке персональной информации.

См. также

• Метаданные
• Произвольный доступ