9月26日-計算機導論-課程內容(3)
9.26 3rd class content
1，主儲存器
2，海量儲存器
3，位模式資訊
1，主儲存器(main memory)
計算機中包含大量的電路，每隔電路能夠儲存一個位，這種儲存器被稱為計算機的主儲存器。
主儲存器是有稱為儲存單元(cell)的可管理單位組成的，沒個儲存單元的容量是一個位元組。因為一個8位的串稱為一個位元組(byte)。
我們假定儲存單元的位是排成一排的，該行的最左端位稱為高階位(high-order end)，最左一位稱為最高有效位(most significant bit)。最右端位稱為低端位(low-order end)，最低端最右一位稱為最低有效位(least significant bit)
為了區分主儲存器中的各儲存單元，每一個儲存單元都賦予了一個地址(address)，地址從0開始，連續(uniquely)且唯一(consecutively)，許多儲存單元組成一個儲存區(memory block)
- 書上p19頁題目記得看。
其他電路通過電訊號請求從儲存器中得到指定地址的操作為讀操作(read)，請求把某個位模式放到指定地址的儲存單元的操作稱為寫操作(write)。
計算機的主儲存器又稱隨機存取儲存器(random access memory,RAM)，因為其可以以任何順序訪問儲存單元。相對還有只讀儲存器(read-only memory)，關機後不像RAM一樣清除資料，而是一直存在，並且使用者無法改變其內容。
需要附加電路（重新整理電路）將位儲存為可快速消散的電荷，並讓RAM高度小型化，響應時間更短，具有不穩定性的儲存器稱為
同步動態RAM需要同步時鐘來工作，所有的動態RAM都需要重新整理電路來保證資料不丟失。
- 儲存器的容量度量
| 資料單位 | 轉換關係 |
|---|---|
| 位（bit） | / |
| 位元組（Byte） | 8 b |
| 千（Kilo） | 1024 B；2^10 b |
| 兆（Mega) | 1024 KB；2^20 b |
| 吉（Gega） | 1024 MB；2^30 b |
| 太（Tera） | 1024GB；2^40 b |
| 艾（Exa） | 1024Tera；2^50 b |
2，海量儲存器(mass storage)
海量儲存器又稱二級儲存器，包括磁碟，CD，DVD，磁帶，快閃記憶體驅動器和固態硬碟。海量儲存器比主儲存器更加穩定，容量大，價格低，並且在大多數情況下都能取下作為儲存媒介。但是海量儲存器一般都需要機械運動，並且花費時間更長，與固態系統相比，帶移動部件的儲存系統更容易出現機械故障。
- 磁系統
磁碟(magnetic disk)和硬碟驅動器(hard disk drive,HDD)內部是可以旋轉的薄碟片，表面有用於儲存資料的磁介質塗層。碟片的上面或者下面（有時候都有）有讀寫磁頭，碟片上有一圈一圈的磁軌(track)，通過重定位磁軌，可以對磁軌進行存取。通常，一個磁碟中包括若干個碟片，若干個讀寫磁頭，他們被裝在一根軸上，所有讀寫磁頭都一起移動，每當讀寫磁頭重定位時，都可以訪問一組新磁軌，這組磁軌稱為柱面(cylinder)。
因為一個磁軌可以包含的資訊比我們每一次想要處理的多，所以每個磁軌又被劃分成若干個稱為扇區(sector)的小弧區，每個扇區都可以作為獨立的位串進行儲存。，磁碟上所有扇區都包含相同數目的二進位制位，通常是512KB起，且每個磁軌包含的扇區數相同。
ZBR區位記錄(zone-bit recording)：利用磁軌長度，讓外圍的磁軌包含更多的扇區。使用區位記錄時，一些相鄰的磁軌會被統稱為區，每個區的磁軌上扇區的數目相同，但是外面區域的區中磁軌包含的扇區數要比靠內區的磁軌包含的扇區數多，這樣是為了充分利用磁碟表面空間，且碟片旋轉一次，外區磁軌傳遞的資料量要多於內區磁軌。
碟片高速轉動時，讀寫磁頭是不接觸碟片的，所以如果有小物件卡在其中，都可能造成磁頭劃傷(head crash)。
磁碟系統需要物理運動，速度比不上電子電路。
軟盤驅動器和磁帶要花費大量時間倒帶和快進，但因為它低成本和大容量的特性，還是被廣泛應用於線性儲存。
評估磁碟系統性能的方法：
- 尋道時間(seek time)：讀寫磁頭在磁軌中轉移的時間。
- 旋轉延遲(rotation delay)/等待時間(latency time):碟片旋轉一週所需時間。
- 存取時間(access time)：尋道時間和旋轉延遲之和。
- 傳輸速度(tranfer time)：在磁碟上讀出或寫入資料的速率。
-
光系統
光碟(compact disk)直徑為12釐米，由塗著光潔保護層的反射材料製成，可以通過鐳射檢測CD快速旋轉時反射層的不給澤反射偏差來讀取。
CD技術最早用於音訊記錄，記錄格式叫做數字音訊光碟(compact disk-digital audio,CD-DA)，現在的光碟實質上也使用的這種格式。CD由從內到外的磁軌構成，每個磁軌被分為儲存大小相同的扇區，容量為2KB，可以錄製1/75秒的音樂。
光碟的外邊緣磁軌間距要比內磁軌寬，但是因為資訊是按照統一的線性密度儲存（有助於增加CD的儲存能力），所以外部環道的資訊比內部環道的多。
傳統CD的儲存容量是600～700MB，但是多功能光碟(digital versatile disk , DVD)有幾個GB容量，而藍光光碟(blu-ray diak , BD)又是DVD的五倍多。 -
快閃記憶體驅動器
快閃記憶體(flash memory)系統中，二進位制位是由電子訊號直接傳送到儲存介質中的，並使介質中二氧化矽的微小晶格節或點支，從而轉換微電子電路。快閃記憶體技術非常適合儲存可移植的、非易失性資料。
快閃記憶體的儲存原理和RAM差不多，但是RAM工作時要反覆擦除，這會破壞快閃記憶體系統的二氧化矽晶格，所以快閃記憶體只適合使用於合理水平的應用中，例如手機，相機等。
快閃記憶體裝置叫做快閃記憶體驅動器(flash drive)，容量達幾百GB，即U盤，因為它的工作原理，長期儲存不如光碟可靠。
較大的快閃記憶體驅動器叫做固態硬碟(solid-state disk , SSD)，相比機械硬碟，固態硬碟的抗震防摔效能更好，執行時更加安靜，儲存時間更短，但是價格也更高。通過耗損均衡(wear-leveling)技術頻繁地改變資料塊重定位到驅動器中使用次數最少的位置少，可以相對延長固態硬碟壽命。
快閃記憶體技術的另一應用是安全數字儲存卡(secure digital , SD)，簡稱SD。SD卡有2GB容量，大小和郵票差不多，也有更小的版本。其中**安全數字高容量儲存卡(secure digital high capacity ,SDHC)容量可達32GB，新一代的安全數字擴充套件容量儲存卡(secure digital extended capacity , SDXC)**容量可超過1TB。
3，位模式資訊
- 影象
影象可以被解釋為一組點，每一個點就是一個畫素(pixel , picture element)。計算機對每個畫素顯示進行編碼，整個圖案就表示成了這些畫素的集合，這個集合叫做點陣圖(bit map)，影象的畫素總數叫做影象解析度。
每一個畫素用RGB來表示(即藍綠紅)，每一個原色都有8位，即256種，所以所有顏色種類為2563(224)種。24點陣圖像便是真彩色，深度為24。BMP格式是最清晰的(注意區分灰色圖和黑白圖，灰色圖有256種顏色，黑白只有兩種。)
為了避免影象縮放導致的不清楚，用解析幾何模式來將影象編碼成幾何結構的集合是一種解決方法，這種影象廣泛用於CAD(computer-aid design , 計算機輔助設計)中。 - 聲音
對音訊資訊進行編碼的最常用方法是按規律時間對振幅進行取樣(sampling)。.wav拓展名代表的是未壓縮的聲音，聲音數字化的過程是取樣**(ampling)，量化(quantization)，編碼(encode)。取樣單位是kHz，如22.05kHz為每秒記錄22050次。CD中重現有質量的聲音，至少要44.1kHz，用16位形式記錄，而立體聲要用32位。
樂器數字化介面(musical instrument digital interface , MIDI)**是一種編碼系統，用樂器進行輸入。 - 文字
由一長串根據ASCII或Unicode編碼符號組成的檔案稱為文字檔案**(text file)，共有以下兩類：文字編輯器(text editor)，字處理程式(word processor)**。