Chapter1资料储存.ppt
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1、Chapter 1 資料儲存,1.1 位元及其儲存 1.2 主記憶體 1.3 大量儲存設備 1.4 資訊的位元表 示法,1.5 二進位系統 1.6 儲存整數 1.7 儲存分數 1.8 資料壓縮 1.9 通訊失誤,1.1 位元及其儲存,現今電腦的內部,資訊被編碼成一連串的 0 與 1 的圖樣。這些數字被稱為位元(binary digit, bit)。 布林運算 位元 0 代表偽,而位元 1 代表真。 這種處理真/偽的運算稱為布林運算(Boolean operation),如圖 1.1。,AND 的布林運算 P AND Q 其中 P 是一個陳述,Q 是另一個陳述例如, Kermit 是一隻青蛙 A
2、ND 豬小姐是位女演員 1 AND 1 才會是 1,其他情況都會產生 0 輸出 OR 的運算是基於以下形式的複合陳述 P OR Q 兩者之中至少一個陳述是真時,則此陳述就是真的。 XOR 運算是在兩個輸入中的一個為 1(真)而另一個是 0(偽)時才會產生 1(真)。, 圖 1.1 AND、OR 及 XOR 的布林運算,閘及正反器 當給定運算的輸入時,能夠產生布林運算輸出的基本元件稱為閘(gate),如圖 1.2。 圖 1.3 稱為正反器(flip-flop)的電路。一個正反器就是會產生 0 或 1 的輸出值的電路,而這個輸出值會持續到其他線路短暫地改變其電壓時才會迫使這個輸出值改變。, 圖 1
3、.2 AND、OR、XOR 及 NOT 閘的圖示及其輸入值與輸出值, 圖 1.3 簡單的正反器電路, 圖 1.4 設定正反器的輸出端為 1, 圖 1.5 建造正反器的另一種方法,十六進制表示法 為了簡化一串位元的表示方法,我們常用一種稱為十六進制表示法(hexadecimal notation)的簡短表示法來表示。 用單一符號來表示 4 個位元。舉例來說,亦即可以只用 3 個符號來表示 12 個位元。 圖 1.6 展示出十六進制位的編碼系統。, 圖 1.6 十六進制編碼系統,1.2 主記憶體,在電腦內有一大群存放單一位元的電路,稱為機器的主記憶體(main memory)。 一般記憶單元的大小
4、是 8 位元。 位元組(byte)這個詞來表示 8 位元的記憶單元。 一般將在記憶單元內的各個位元視為排列成一列。左端為高階端(high-order end),右端為低階端(low-order end),如圖 1.7 所示。 主記憶體的各個記憶單元都被指定一個唯一的名字,稱為其位址(address)(圖 1.8 )。, 圖 1.7 一個位元組大小的記憶單元之組織, 圖 1.8 記憶單元按位址排列,主記憶體通常稱為隨機存取記憶體(random access memory, RAM)可以依任何順序取用記憶單元,每個記憶單元都可以隨需要獨立地被存取。 度量記憶體容量 早期電腦的記憶體大小常以 102
5、4 (也就是 210)個記憶單元為單位來度量。 因為 1024 接近 1000,所以在電腦界採用 kilo(千)這個英文字首表示這個度量單位。 kilobyte(縮寫為 KB),用來表示 1024 位元組,4096 記憶單元,具有 4KB(4096 = 41024)記憶體。 mega 1,048,576(也就是 220 ),giga 表示 1,073,741,824(也就是 230 ),MB(megabyte)及 GB(gigabyte)。,1.3 大量儲存設備,電腦除了主記憶體外,還提供了大量儲存系統(mass storage systems)也叫次級記憶體(secondary memory
6、)。其中包括 CD、DVD、磁帶機以及快閃碟(flash drive) 大容量、低成本。 磁性系統 最常見的例子就是目前使用的磁碟(magnetic disk),它是用一片快速旋轉的圓盤上塗有磁性薄膜來存放資料(圖 1.9)。, 圖 1.9 磁碟儲存系統,讀寫頭會在磁碟的上表面或下表面走過一個圓形軌跡,稱為磁軌(track)。 所有讀寫頭一同移動時,所能讀取的各碟片上的磁軌便形成如圓柱體,稱為磁柱(cylinder)。 磁軌又被分割成許多圓弧,稱為磁區(sector)。 一般的容量是在 512 位元組到數個 KB 之間。 磁軌、磁區的位置並非磁碟實體結構的永久部份。相反地,它們是磁碟經過格式化
7、(formatting)或初始化(initializing)的過程而標示出來的。,高容量的磁碟系統可以有數 GB 的容量,一般是由五到十片硬式的磁片串在一個共用的軸上。 使用硬式的碟片,被稱為硬碟機(hard-disk system)。 幾個量測參數評估磁碟系統的效能:(1)尋覓時間(seek time):把讀寫頭從一個磁軌移動至另一磁軌所需時間;(2)轉動延遲(rotation delay),或叫潛行時間(latency time),當磁頭已經置於存放資料的磁軌時,把資料所在位置轉動至讀寫頭的平均時間;(3)存取時間(access time):尋覓時間與轉動延遲的和;及(4)傳輸速率(tra
8、nsfer rate):把資料從磁碟系統移出或移入的速率。,光學系統 光碟(compact disk, CD)。 資訊的儲存是藉由在反射表面上產生的一些變化來進行。 經由雷射光束在 CD 轉動時來測知 CD 表面上的不規則變化而取得。 快閃碟 快閃記憶體(flash memory)。 在快閃記憶系統中,儲存位元的方式是直接將電子訊號傳送到儲存媒體上,而造成電子被捕捉於微小的二氧化矽小孔中,因而改變這些微小電路的特性。這些小孔可以將其捕捉到的電子保存許多年,適合用在資料的離線儲存。 快閃記憶體對於實體的震動(相對於磁性成光學系統)不那麼敏感,它在行動式應用的潛力相當誘人。, 圖 1.11 CD(
9、光碟)儲存格式,檔案的儲存及取用 在大量儲存設備上,資訊是以檔案(file)為單位儲存。一個典型的檔案可以是一個完全是文字的文件、一張照片、一個程式,或是某個公司的員工資料。 符合儲存系統的實體特性而分成的資料區塊稱為實體紀錄(physical record)。檔案一般都由數個實體紀錄所組成。 一個檔案也可依其所代表的資訊來自然分割,如一個文件檔由數個段落或頁面組成,這種自然生成的資料區塊稱為邏輯紀錄(logical record)。 邏輯紀錄經常由數個更小,稱為欄位(field)的單位組成。 用來指認的欄位稱為鍵欄位(key field),而鍵欄位的值稱為鍵值(key)。, 圖 1.12 磁
10、碟上的邏輯紀錄與實體紀錄的比較,1.4 資訊的位元表示法,文字的表示方法 一般文字形態的資訊都是以編碼(code)的方式來呈現。 美國資訊交換標準碼(American Standard Code for Information Interchange, ASCII) 用長度為 7 的位元圖樣來表示大、小寫的英文字母、標點符號、數字(09)及一些控制列印的資訊,如換行(line feed)、歸位(carriage return)及跳格(tab)等。 現在 ASCII 常將原來的七個位元外加一個 0 的位元在最高有效位元而延長到以 8 個位元來表示一個符號。, 圖 1.13 用 ASCII 來表示
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