第1章數(shù)據(jù)存儲

1、主要內(nèi)容第第1章章 數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)存儲 位和位和位位存儲存儲 主存儲器主存儲器 海海量存儲器量存儲器 用位模式表示信息用位模式表示信息 二進制系統(tǒng)二進制系統(tǒng) 整數(shù)的儲存整數(shù)的儲存 小數(shù)的儲存小數(shù)的儲存 數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)壓縮 通信差錯通信差錯位和位存儲l 信息是具有多樣化的信息是具有多樣化的, , 如：文本、數(shù)值、圖像、音頻、視頻等。如：文本、數(shù)值、圖像、音頻、視頻等。l 在計算機里，信息是由在計算機里，信息是由0 0和和1 1組成的序列來編碼的。組成的序列來編碼的。0 0和和1 1只是符號。只是符號。l 單個的符號單個的符號0 0和和1 1稱為稱為位位（bit bit 比特），即二進制數(shù)字。比特），

2、即二進制數(shù)字。 一個比特可以有兩種狀態(tài)一個比特可以有兩種狀態(tài) 日常生活中有很多兩種狀態(tài)的物體日常生活中有很多兩種狀態(tài)的物體 把位存儲到計算機中，需要一種有兩個狀態(tài)的設(shè)備，如開關(guān)、電把位存儲到計算機中，需要一種有兩個狀態(tài)的設(shè)備，如開關(guān)、電容。容。位和位存儲l 位模式位模式是若干二進制位的組合，例如是若干二進制位的組合，例如01110100111010 0 0、1 1兩個數(shù)字只能表示兩種狀態(tài)兩個數(shù)字只能表示兩種狀態(tài) 很多很多0 0、1 1的組合就能表示多種狀態(tài)的組合就能表示多種狀態(tài) 位模式僅僅是一種符號，具體的含義取決于對他們的應(yīng)用；位模式僅僅是一種符號，具體的含義取決于對他們的應(yīng)用； 對應(yīng)著對應(yīng)

3、著0 0、1 1之間的運算之間的運算-布爾運算布爾運算位和位存儲1. 1. 布爾運算布爾運算l 布爾運算的特點：布爾運算的特點：布爾運算與算術(shù)運算的相似之處布爾運算與算術(shù)運算的相似之處l參與運算的對象有兩個，結(jié)果只有一個參與運算的對象有兩個，結(jié)果只有一個布爾運算與算術(shù)運算的不同之處布爾運算與算術(shù)運算的不同之處l參與運算的對象本身不同參與運算的對象本身不同l運算的規(guī)則不同運算的規(guī)則不同l 布爾運算的定義：布爾運算的定義：用數(shù)字用數(shù)字0 0表示假，用數(shù)字表示假，用數(shù)字1 1表示真，這樣就可以將表示真，這樣就可以將二進制位的運二進制位的運算看做是對真算看做是對真/ /假值上的運算假值上的運算，這樣的

4、運算稱為，這樣的運算稱為布爾運算布爾運算（boolean operationboolean operation）。）。- - 邏輯運算邏輯運算位和位存儲1. 1. 布爾運算布爾運算l 布爾運算的種類：布爾運算的種類：“與與（ ANDAND ）”運算運算 “或或（ OROR ）”運算運算 “異或異或（ XORXOR ）” 運算運算“非非（ NOTNOT ）”運算運算位和位存儲1. 1. 布爾運算布爾運算- AND,OR- AND,OR，XORXOR l “與與(AND)(AND)”運算：運算：P AND QP AND Ql只有在其兩個分句都為真時，結(jié)果只有在其兩個分句都為真時，結(jié)果才為真。才為真

5、。l“或（或（OROR）”運算：運算：P OR QP OR Q；只要有一個分句為真，這個符合語只要有一個分句為真，這個符合語句的結(jié)果就是真句的結(jié)果就是真l“異或（異或（XORXOR）”運算：運算：P XOR QP XOR Ql 當一個輸入為當一個輸入為1 1（真），而另一個（真），而另一個輸入為輸入為0 0（假）時，（假）時，“異或異或”運算運算的值為的值為1 1（真），否則為（真），否則為0 0（假）。（假）。位和位存儲1. 1. 布爾運算布爾運算- NOT- NOT l “運算運算NOTNOT（非）（非）”的輸出是輸入的相反值：的輸出是輸入的相反值：輸入為真時輸輸入為真時輸出為假，反之亦然

6、。出為假，反之亦然。位和位存儲2. 2. 門和觸發(fā)器門和觸發(fā)器l門是一種設(shè)備門是一種設(shè)備，給出布爾運算的輸入值時，可以得到輸出值。，給出布爾運算的輸入值時，可以得到輸出值。 l門通常是通過微電子電路來實現(xiàn)的，其中數(shù)字門通常是通過微電子電路來實現(xiàn)的，其中數(shù)字0 0和和1 1有電壓電平表示。有電壓電平表示。l門是一種統(tǒng)稱，門是一種統(tǒng)稱，凡是能完成布爾運算的設(shè)備均叫做門凡是能完成布爾運算的設(shè)備均叫做門，不管該設(shè)備是，不管該設(shè)備是用什么技術(shù)制造的。用什么技術(shù)制造的。門可以用各種技術(shù)制造出來，如齒輪、繼電器、光學設(shè)備門可以用各種技術(shù)制造出來，如齒輪、繼電器、光學設(shè)備位和位存儲2. 2. 門和觸發(fā)器門和觸

7、發(fā)器“與與”、“或或”、“異異或或”和和“非非”門的圖形符號門的圖形符號以及它們的輸以及它們的輸入輸出值表入輸出值表位和位存儲2. 2. 門和觸發(fā)器門和觸發(fā)器上面這樣的門為構(gòu)造計算機提供了構(gòu)件。上面這樣的門為構(gòu)造計算機提供了構(gòu)件。在用這些構(gòu)件構(gòu)造計算機時，一個重要的環(huán)節(jié)是設(shè)計稱為在用這些構(gòu)件構(gòu)造計算機時，一個重要的環(huán)節(jié)是設(shè)計稱為觸發(fā)器觸發(fā)器的電路。的電路。觸發(fā)器觸發(fā)器（flip-flopflip-flop）是一個這樣的電路，它產(chǎn)生的輸出值）是一個這樣的電路，它產(chǎn)生的輸出值0 0或或1 1能夠一直保持能夠一直保持，直到來自另一個電路的，直到來自另一個電路的短暫脈沖短暫脈沖的到來才能將它的到來才能

8、將它的值改變的值改變位和位存儲2. 2. 門和觸發(fā)器門和觸發(fā)器一個簡單的觸發(fā)器電路一個簡單的觸發(fā)器電路 觸發(fā)器位和位存儲（a）將上面的輸入置）將上面的輸入置1。 （b）這使）這使“或或”門的輸出為門的輸出為1， 接著使接著使“與與” 門的輸門的輸出為出為1。2. 2. 門和觸發(fā)器門和觸發(fā)器 下圖中，初始輸入均為下圖中，初始輸入均為0.0. 在不知道觸發(fā)器的當前輸出情況下，假定上部的輸入變?yōu)樵诓恢烙|發(fā)器的當前輸出情況下，假定上部的輸入變?yōu)? 1，而，而下部的輸入仍為下部的輸入仍為0 0。位和位存儲2. 2. 門和觸發(fā)器門和觸發(fā)器（c）在上面的輸入）在上面的輸入變?yōu)樽優(yōu)?后，由于后，由于“與與”

9、門的輸出為門的輸出為1，故，故“或或”門的輸出仍為門的輸出仍為1?？紤]給下部輸入一個短暫脈沖的一系列跳變情況位和位存儲l 只要兩個輸入仍然是只要兩個輸入仍然是0 0，那么它的輸出（不論，那么它的輸出（不論0 0或或1 1）都不會改變。）都不會改變。l 但是，如果在它上部的輸入上短暫地置一個但是，如果在它上部的輸入上短暫地置一個1 1，那么將會強制使它，那么將會強制使它的輸出為的輸出為1 1；反之，如果在它下部的輸入上短暫地置一個；反之，如果在它下部的輸入上短暫地置一個1 1，那么，那么將會強制使它的輸出為將會強制使它的輸出為0 0。位和位存儲2. 2. 門和觸發(fā)器門和觸發(fā)器l 觸發(fā)器的意義在于

10、，它是計算機中存儲觸發(fā)器的意義在于，它是計算機中存儲一個一個二進制位的理想二進制位的理想存儲構(gòu)件存儲構(gòu)件。l 觸發(fā)器還可以用其他的門電路的組合來搭建。觸發(fā)器還可以用其他的門電路的組合來搭建。l 搭建觸發(fā)器的另一個方法搭建觸發(fā)器的另一個方法 位和位存儲3. 3. 十六進制記數(shù)法十六進制記數(shù)法當考察計算機的內(nèi)部活動時，我們經(jīng)常需要接觸當考察計算機的內(nèi)部活動時，我們經(jīng)常需要接觸流流。l 流（流（streamstream）：長的二進制位串）：長的二進制位串l 十六進制計數(shù)法十六進制計數(shù)法為了簡化位模式的表示為了簡化位模式的表示利用十六進制的利用十六進制的一個一個符號來表示符號來表示一個二進制的一個二進

11、制的4 4位模式位模式位和位存儲4. 4. 十六進制記數(shù)法十六進制記數(shù)法 位模式位模式 十六進制十六進制例：10100100110010001010 0100 1100 1000A4C8練習：101001001100100位和位存儲P P17 17 問題與練習問題與練習主存儲器為了存儲數(shù)據(jù)，計算機包含一大組電路，每個電路可存為了存儲數(shù)據(jù)，計算機包含一大組電路，每個電路可存放一個二進制位。放一個二進制位。計算機內(nèi)的這個存放二進制計算機內(nèi)的這個存放二進制位位的容器就稱的容器就稱為主存儲器，簡稱主存為主存儲器，簡稱主存。1. 1. 存儲器結(jié)構(gòu)存儲器結(jié)構(gòu)主存儲器 存儲器中存放二進制位的電路是按照存儲器

12、中存放二進制位的電路是按照存儲單元存儲單元（cellcell）的可管理單位來組織的。的可管理單位來組織的。l 一個存儲單元由一個存儲單元由8 8個存儲位個存儲位(bit)(bit)的電路構(gòu)成的電路構(gòu)成l 由很多個存儲單元組合在一起構(gòu)成存儲器由很多個存儲單元組合在一起構(gòu)成存儲器l 一個一個8 8位的二進制串，我們稱之為一個位的二進制串，我們稱之為一個字節(jié)字節(jié)（ByteByte）主存儲器 1. 1. 存儲器結(jié)構(gòu)存儲器結(jié)構(gòu)字節(jié)型存儲單元的結(jié)構(gòu)字節(jié)型存儲單元的結(jié)構(gòu) 主存儲器 1. 1. 存儲器結(jié)構(gòu)存儲器結(jié)構(gòu)l 為了標識計算機存儲器中的一個存儲單元，我們給每一個存為了標識計算機存儲器中的一個存儲單元，我

13、們給每一個存儲單元都賦予唯一的儲單元都賦予唯一的“名字名字”，成為，成為地址地址。 地址完全是數(shù)字的地址完全是數(shù)字的 并且從并且從0 0開始編號開始編號 地址給存儲單元賦予了順序的概念地址給存儲單元賦予了順序的概念按按地址地址排列的存儲器單元排列的存儲器單元1. 1. 存儲器結(jié)構(gòu)存儲器結(jié)構(gòu)主存儲器 l 存儲器中除了有存儲單元存儲器中除了有存儲單元, ,還有一些附加電路還有一些附加電路, ,用來控制按用來控制按照地址對指定的存儲單元進行讀寫操作。照地址對指定的存儲單元進行讀寫操作。l 計算機的主存儲器是由獨立的、可編程的存儲單元組成，計算機的主存儲器是由獨立的、可編程的存儲單元組成，可以根據(jù)需要

14、獨立訪問每個存儲單元?？梢愿鶕?jù)需要獨立訪問每個存儲單元。l 主存儲器通常叫做主存儲器通常叫做隨機存取存儲器隨機存取存儲器(RAM)(RAM)主存儲器中的存儲單元可以按照隨機的順序存取主存儲器中的存儲單元可以按照隨機的順序存取主存儲器2. 2. 存儲器容量的度量存儲器容量的度量l 計算機采用二進制，所以存儲器的度量采用十進制不方便。計算機采用二進制，所以存儲器的度量采用十進制不方便。l 但是人們習慣十進制的計量單位，故存儲器的度量單位采用但是人們習慣十進制的計量單位，故存儲器的度量單位采用10241024為一個數(shù)量級（為一個數(shù)量級（2 2的的1010次方）。次方）。主存儲器 2. 2. 存儲器容

15、量的度量存儲器容量的度量lKilobyte KB lMegabyte MBlGigabyte GBlTerabyte TBlPetabyte PBlExabyte EBlZettabyte ZBlYottabyte YBlNonabyte NBlDoggabyte DBl 問題：問題： 我們平常所說的我們平常所說的500GB500GB的硬盤容量在計算機中會顯示的硬盤容量在計算機中會顯示500GB500GB嗎？嗎？主存儲器P P2020 問題與練習問題與練習海量存儲器優(yōu)點：（1）易失性小（2）容量大，價格低缺點：（1）有機械動作（2）存取數(shù)據(jù)比較慢輔助存儲器（即：外存）稱為海量存儲器。海量存儲器

16、l 聯(lián)機設(shè)備：聯(lián)機設(shè)備：表示設(shè)備或信息已經(jīng)與計算機連接，計算機不需表示設(shè)備或信息已經(jīng)與計算機連接，計算機不需要人為的干預就可以使用。要人為的干預就可以使用。l 脫機設(shè)備：脫機設(shè)備：設(shè)備或信息在可被計算機使用之前需要人為干預。設(shè)備或信息在可被計算機使用之前需要人為干預。海量存儲器1. 1. 磁盤磁盤海量存儲器磁盤存儲系統(tǒng)磁盤存儲系統(tǒng) 讀讀/寫頭寫頭存取臂存取臂臂移動臂移動盤旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)磁道分為扇區(qū)磁道分為扇區(qū)盤盤1. 1. 磁盤磁盤海量存儲器 1. 1. 磁盤磁盤關(guān)于磁道、柱面、扇區(qū)：關(guān)于磁道、柱面、扇區(qū)：l處于不同磁道上的扇區(qū)線密度處于不同磁道上的扇區(qū)線密度 是不同的是不同的l一個扇區(qū)不能用來存

17、儲兩個一個扇區(qū)不能用來存儲兩個 文件的數(shù)據(jù)文件的數(shù)據(jù)l數(shù)據(jù)是按照柱面的方式組織的數(shù)據(jù)是按照柱面的方式組織的l磁道和扇區(qū)是通過磁盤格式化磁道和扇區(qū)是通過磁盤格式化形成的形成的。海量存儲器1. 1. 磁盤磁盤軟盤與硬盤的對比：（1）軟盤通常作為信息的脫機存儲設(shè)備；硬盤作為信息的聯(lián)機存儲設(shè)備（2）軟盤轉(zhuǎn)速慢（300r/m），硬盤轉(zhuǎn)速快；因此硬盤讀寫速度快；（3）軟盤讀寫次數(shù)少，易磨損；硬盤讀寫次數(shù)多，不易磨損；-硬盤不易磨損的原因：硬盤磁頭與盤片不接觸(處于“懸浮”狀態(tài))（4）軟盤不密封；硬盤密封；-硬盤密封的原因：硬盤磁頭與盤片表面間隙非常小，一?；覊m都會 造成他們的損壞(5) 硬盤與驅(qū)動部件是結(jié)

18、合在一起的，而軟盤與軟驅(qū)分離低容量磁盤，軟盤(floopy disk)高容量磁盤，硬盤(hard disk)海量存儲器1. 1. 磁盤磁盤評估一個磁盤系統(tǒng)的性能有幾個指標：（P21）（1）尋道時間（seek time）:磁頭從一個磁道移動到另一個磁道的時間（2）旋轉(zhuǎn)延遲（rotation relay）或等待時間（latency time）：盤片旋轉(zhuǎn)半周所需的時間（3）存取時間（access time）：尋道時間+等待時間（4）傳輸速率（transfer rate）：讀寫數(shù)據(jù)的速率電子電路延遲時間以納秒（十億分之一秒），而磁盤的尋道時間、等待時間是以毫秒（千分之一秒）度量的，以此從磁盤系統(tǒng)來檢索

19、數(shù)據(jù)所需要的時間相對很長。海量存儲器2 2. . 磁帶磁帶 順序存取設(shè)備順序存取設(shè)備磁帶存儲器結(jié)構(gòu)磁帶存儲器結(jié)構(gòu) 讀讀/寫頭寫頭帶帶帶帶帶走動帶走動帶盤帶盤卷帶卷帶缺點：數(shù)據(jù)存取時間比磁盤長，速度慢。不適合做聯(lián)機存儲設(shè)備缺點：數(shù)據(jù)存取時間比磁盤長，速度慢。不適合做聯(lián)機存儲設(shè)備優(yōu)點：性價比好，價格便宜。優(yōu)點：性價比好，價格便宜。海量存儲器3 3. . 光盤光盤（Compact DiskCompact Disk）l 結(jié)構(gòu)：采用了四層結(jié)構(gòu)形式：底層為聚碳酸酯透明塑料注塑結(jié)構(gòu)：采用了四層結(jié)構(gòu)形式：底層為聚碳酸酯透明塑料注塑成形的襯盤，在襯底上鍍有一層很薄的有機染料記錄層，并使成形的襯盤，在襯底上鍍有一

20、層很薄的有機染料記錄層，并使用抗腐蝕的金膜做反射層，頂層為涂漆保護層。有些光盤在漆用抗腐蝕的金膜做反射層，頂層為涂漆保護層。有些光盤在漆保護層之上還用吸墨材料涂有第五層印刷層，用戶可用噴墨打保護層之上還用吸墨材料涂有第五層印刷層，用戶可用噴墨打印機直接在印機直接在CDCD光盤背面打印，也可用軟筆進行標注。光盤背面打印，也可用軟筆進行標注。l光盤記錄層中的有機染料對波長為光盤記錄層中的有機染料對波長為780nm780nm的光波具有很強的吸的光波具有很強的吸收作用，當波長為收作用，當波長為780nm780nm的大功率激光器輸出的聚焦激光束照射的大功率激光器輸出的聚焦激光束照射在有機染料記錄層時，光

21、點處的有機染料將吸收很大的能量，在有機染料記錄層時，光點處的有機染料將吸收很大的能量，并瞬間將吸收的能量轉(zhuǎn)化成熱量，在微區(qū)內(nèi)產(chǎn)生并瞬間將吸收的能量轉(zhuǎn)化成熱量，在微區(qū)內(nèi)產(chǎn)生250250到到400400的高溫，使有機染料熔解氣化，在塑料襯盤和反射層之間形成的高溫，使有機染料熔解氣化，在塑料襯盤和反射層之間形成一微孔，使下面的反射層完全暴露出來，形成與模壓光盤類似一微孔，使下面的反射層完全暴露出來，形成與模壓光盤類似的信息凹坑。的信息凹坑。海量存儲器3 3. . 光盤光盤l CDCD的存儲原理：的存儲原理：通過在反射材料上創(chuàng)建反射偏差的的方法在上面記錄信息通過在反射材料上創(chuàng)建反射偏差的的方法在上面記

22、錄信息光道上有很多凸凹不平的地方光道上有很多凸凹不平的地方只要下一個數(shù)據(jù)和前一個數(shù)據(jù)一樣就沒有凸凹變化；數(shù)據(jù)不一只要下一個數(shù)據(jù)和前一個數(shù)據(jù)一樣就沒有凸凹變化；數(shù)據(jù)不一樣則發(fā)生凸凹變化樣則發(fā)生凸凹變化遇到變化時下沿表示遇到變化時下沿表示0 0，上沿表示，上沿表示1 1 l CDCD的存儲格式的存儲格式 數(shù)據(jù)儲存在向外旋轉(zhuǎn)的螺旋形數(shù)據(jù)儲存在向外旋轉(zhuǎn)的螺旋形光道上，光道劃分為許多單獨光道上，光道劃分為許多單獨的扇區(qū)。的扇區(qū)。CD盤旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)海量存儲器 3 3. . 光盤光盤l舉例：舉例： 假設(shè)光盤上第一位數(shù)據(jù)是假設(shè)光盤上第一位數(shù)據(jù)是0，在隨后要存儲，在隨后要存儲10111，那么我們，那么我們應(yīng)該在隨

23、后的磁道上刻出什么樣的凸凹形狀。應(yīng)該在隨后的磁道上刻出什么樣的凸凹形狀。海量存儲器 3 3. . 光盤光盤關(guān)于光盤的幾點說明：關(guān)于光盤的幾點說明：l光盤只有一個螺旋形的光道l這個光道劃分為很多個扇區(qū)，是一種一維的組織方式l光盤的光道具有相同的線密度，因此螺旋形的光道上靠外邊的環(huán)道上存放的信息比靠里邊的環(huán)道要多l(xiāng)光盤是一種隨機存儲器，即可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的隨機讀寫l與磁盤相比光盤存儲原理更適合連續(xù)的讀寫方式傳統(tǒng)傳統(tǒng)CD的容量為的容量為600700MB。較新的。較新的DVD的容量達到幾個的容量達到幾個GB。 海量存儲器 3 3. . 光盤光盤幾點說明：幾點說明：l 光盤只有一個螺旋形的光道l 這個光道

24、劃分為很多個扇區(qū)，是一種一維的組織方式l 光盤的光道具有相同的線密度，因此螺旋形的光道上靠外邊的環(huán)道上存放的信息比靠里邊的環(huán)道要多l(xiāng) 光盤是一種隨機存儲器，即可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的隨機讀寫l 與磁盤相比光盤存儲原理更適合連續(xù)的讀寫方式海量存儲器 3 3. . 光盤光盤l 傳統(tǒng)傳統(tǒng)CDCD的容量為的容量為600600700MB700MBl * * DVD-5 (12 cm, SS/SL) 4.38 gig (4.7 BB) DVD-5 (12 cm, SS/SL) 4.38 gig (4.7 BB) 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù), ,超過超過2 2小時的小時的視頻視頻 * * DVD-9 (12 cm, SS/DL) 7

25、.95 gig (8.5 BB), DVD-9 (12 cm, SS/DL) 7.95 gig (8.5 BB), 大約大約4 4小時小時 * * DVD-10 (12 cm, DS/SL) 8.75 gig (9.4 BB), DVD-10 (12 cm, DS/SL) 8.75 gig (9.4 BB), 大約大約 4.5 4.5 小時小時 * * DVD-14 (12 cm, DS/ML) 12.33 gig (13.24 BB), DVD-14 (12 cm, DS/ML) 12.33 gig (13.24 BB), 大約大約 6.5 6.5 小小時時 * * DVD-18 (12 c

26、m, DS/DL) 15.90 gig (17 BB), DVD-18 (12 cm, DS/DL) 15.90 gig (17 BB), 超過超過 8 8 小時小時 l提示提示: : 存儲一小時視頻平均需要存儲一小時視頻平均需要2G2G字節(jié)字節(jié). . lSS/DS SS/DS 表示單面表示單面/ /雙面雙面, SL/DL/ML , SL/DL/ML 表示單層表示單層/ /雙層雙層/ /混合層混合層 ( (混合層是指盤片一個面混合層是指盤片一個面有一層有一層, ,另一個面有兩個層另一個面有兩個層), gig ), gig 就是千兆就是千兆(230), BB(230), BB表示十億字節(jié)表示十億

27、字節(jié) 海量存儲器4. 4. 閃存閃存 用電子信號將二進制位直接送到存儲介質(zhì)中，電子信號用電子信號將二進制位直接送到存儲介質(zhì)中，電子信號使得該介質(zhì)中的二氧化硅的微小晶格截獲電子，從而轉(zhuǎn)換微使得該介質(zhì)中的二氧化硅的微小晶格截獲電子，從而轉(zhuǎn)換微電子電路的性質(zhì)。電子電路的性質(zhì)。 反復的擦寫會逐漸損壞二氧化硅的晶格，因此反復的擦寫會逐漸損壞二氧化硅的晶格，因此不適合做不適合做主存主存。（主存的內(nèi)容可能會在。（主存的內(nèi)容可能會在1 1秒內(nèi)被改變多次）秒內(nèi)被改變多次） 閃存閃存對物理振動不敏感對物理振動不敏感，適合便攜式應(yīng)用。，適合便攜式應(yīng)用。 閃存的微容器中的電子能夠保存許多年，閃存的微容器中的電子能夠保

28、存許多年，適合存儲脫適合存儲脫機數(shù)據(jù)。機數(shù)據(jù)。海量存儲器4. 4. 文件存儲和檢索文件存儲和檢索l信息是以文件（信息是以文件（filefile）為單位進行儲存的）為單位進行儲存的。l符合存儲系統(tǒng)物理特性的數(shù)據(jù)塊稱為符合存儲系統(tǒng)物理特性的數(shù)據(jù)塊稱為物理記錄物理記錄（physical recordphysical record）實際上，物理記錄就是存儲器組織數(shù)據(jù)的單位實際上，物理記錄就是存儲器組織數(shù)據(jù)的單位, ,一般指一般指扇區(qū)扇區(qū)。l自然產(chǎn)生的數(shù)據(jù)塊稱為自然產(chǎn)生的數(shù)據(jù)塊稱為邏輯記錄邏輯記錄（logical recordlogical record）實際上，邏輯記錄就是信息的組織單位。實際上，邏輯

29、記錄就是信息的組織單位。大容量存儲器4. 4. 文件存儲和檢索文件存儲和檢索l在海量存儲系統(tǒng)的信息檢索時，先將數(shù)據(jù)放在海量存儲系統(tǒng)的信息檢索時，先將數(shù)據(jù)放在在主存主存內(nèi)作為數(shù)據(jù)重組的區(qū)內(nèi)作為數(shù)據(jù)重組的區(qū)域域。l這個轉(zhuǎn)換工作是由計算機自己完成的這個轉(zhuǎn)換工作是由計算機自己完成的磁盤上的邏輯記磁盤上的邏輯記錄的大小很少能錄的大小很少能夠與物理記錄夠與物理記錄 的的大小相匹配大小相匹配邏輯記錄對應(yīng)于數(shù)據(jù)內(nèi)的自然劃分，即文件邏輯記錄對應(yīng)于數(shù)據(jù)內(nèi)的自然劃分，即文件物理記錄對應(yīng)于扇區(qū)的大小物理記錄對應(yīng)于扇區(qū)的大小大容量存儲器4. 4. 文件存儲和檢索文件存儲和檢索l在計算機內(nèi)部，經(jīng)常需要在主存儲器與大容量存

30、儲器之間移動數(shù)據(jù)。這在計算機內(nèi)部，經(jīng)常需要在主存儲器與大容量存儲器之間移動數(shù)據(jù)。這種數(shù)據(jù)的移動需要借助種數(shù)據(jù)的移動需要借助緩沖區(qū)。緩沖區(qū)。 緩沖區(qū)（緩沖區(qū)（bufferbuffer）的概念）的概念 是在一個設(shè)備向另一個設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)的過程中臨時存放數(shù)據(jù)的區(qū)域。是在一個設(shè)備向另一個設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)的過程中臨時存放數(shù)據(jù)的區(qū)域。 計算機的很多設(shè)備都有緩沖區(qū)。如：打印機、顯卡、顯示器、硬盤等。計算機的很多設(shè)備都有緩沖區(qū)。如：打印機、顯卡、顯示器、硬盤等。大容量存儲器P P2424 問題與練習問題與練習用位模式表示信息 1. 1. 文本的表示文本的表示 文本的表示方法是給每一個可能出現(xiàn)在文本中的符號進行文本的

31、表示方法是給每一個可能出現(xiàn)在文本中的符號進行編碼編碼，然后把這些編碼存儲到計算機里。，然后把這些編碼存儲到計算機里。 20 20世紀世紀40-5040-50年代，出現(xiàn)了很多這種原理的編碼，給不同的年代，出現(xiàn)了很多這種原理的編碼，給不同的機器間通信帶來了很多麻煩。機器間通信帶來了很多麻煩。 美國國家標準化學會美國國家標準化學會，對這些編碼進行了統(tǒng)一，采用了，對這些編碼進行了統(tǒng)一，采用了美美國國家信息交換用標準碼（國國家信息交換用標準碼（ASCIIASCII）。 用位模式表示信息1. 1. 文本的表示文本的表示 標準標準ASCIIASCII碼為碼為7 7位，用來表示大小寫英文字母、標點符號、位，用

32、來表示大小寫英文字母、標點符號、0 09 9及控制字符。擴展的及控制字符。擴展的ASCIIASCII碼為碼為8 8位位( ( 在在7 7位位模式的最高端位位模式的最高端加加0)0)。（詳見附錄（詳見附錄A A） 由于由于8 8位位ASCIIASCII碼能表示的符號有限，后來又出現(xiàn)了一些新的編碼能表示的符號有限，后來又出現(xiàn)了一些新的編碼，其中最著名的是碼，其中最著名的是UnicodeUnicode，它采用，它采用1616位的位模式編碼，最多位的位模式編碼，最多能表示能表示6553665536個字符。因此，足以表示世界上常見語言中出現(xiàn)的個字符。因此，足以表示世界上常見語言中出現(xiàn)的各種符號。各種符號

33、。 信息信息Hello. 的的ASCII編碼編碼 換行換行回車回車空格空格符號符號 ASCII碼碼 符號符號 ASCII碼碼 符號符號 ASCII碼碼 用位模式表示信息1. 1. 文本的表示文本的表示 一個一個僅僅由一長串按照由一長串按照ASCII或或Unicode編碼的符號所組成編碼的符號所組成的文件稱為的文件稱為文本文件文本文件（text file）。）。 兩類文件：文本編輯器、字處理程序兩類文件：文本編輯器、字處理程序 文本文件只包含各個字符的編碼，而由字處理程序產(chǎn)生的文文本文件只包含各個字符的編碼，而由字處理程序產(chǎn)生的文件海包含許多專用格式碼，用于表示字體的變化、對其信息等。件海包含許

34、多專用格式碼，用于表示字體的變化、對其信息等。 問題：能否使一個文件的大小為問題：能否使一個文件的大小為0 0字節(jié)？字節(jié)？用位模式表示信息2. 2. 數(shù)值的表示數(shù)值的表示 二進制記數(shù)法二進制記數(shù)法（binary notationbinary notation）是一種只使用數(shù)字）是一種只使用數(shù)字0 0和和1 1來表示數(shù)值的方法。來表示數(shù)值的方法。 當所記錄的信息只是數(shù)值的時候，采用字符編碼當所記錄的信息只是數(shù)值的時候，采用字符編碼(ACSII(ACSII碼碼) )的形式存儲信息效率比較低，要使用的形式存儲信息效率比較低，要使用1616位二進制數(shù)。位二進制數(shù)。例如：例如：2525用用ASCIIAS

35、CII碼碼存儲為：存儲為： 00110010 0011010100110010 00110101 2525用用二進制記數(shù)法二進制記數(shù)法為：為：1100111001用位模式表示信息2. 2. 數(shù)值的表示數(shù)值的表示 如果如果用用ASCIIASCII編碼表示編碼表示十進制的數(shù)值數(shù)據(jù)，十進制的數(shù)值數(shù)據(jù)，1616個二進制位能個二進制位能存放的最大數(shù)值是多少？存放的最大數(shù)值是多少？ 如果如果用二進制記數(shù)法表示用二進制記數(shù)法表示十進制的數(shù)值數(shù)據(jù)，十進制的數(shù)值數(shù)據(jù)，1616個二進制個二進制位能存放的最大數(shù)值是多少？位能存放的最大數(shù)值是多少？ 因此，因此，數(shù)值數(shù)據(jù)通常是采用二進制記數(shù)法的形式存儲的，數(shù)值數(shù)據(jù)通常

36、是采用二進制記數(shù)法的形式存儲的，而不是用符號編碼。而不是用符號編碼。用位模式表示信息3. 3. 圖像的表示圖像的表示l 位圖技術(shù)位圖技術(shù)（bit map techniquesbit map techniques）。位圖的方法將圖像看成是點的集）。位圖的方法將圖像看成是點的集合，每個點稱為一個合，每個點稱為一個像素像素（pixelpixel，是，是picture elementpicture element的縮寫）。的縮寫）。l問題問題：如何創(chuàng)建位圖？如何創(chuàng)建位圖？JPGJPG文件是位圖文件嗎？文件是位圖文件嗎？如何用位圖技術(shù)將一幅黑白（二值）圖像進行編碼，并存儲到計算機如何用位圖技術(shù)將一幅黑白

37、（二值）圖像進行編碼，并存儲到計算機中？中？如何用位圖技術(shù)將一幅彩色圖像進行編碼，并存儲到計算機中？如何用位圖技術(shù)將一幅彩色圖像進行編碼，并存儲到計算機中？一幅一幅 N N* *M M 的位圖占用存儲空間大小的計算的位圖占用存儲空間大小的計算l位圖的缺點：縮放后會失真位圖的缺點：縮放后會失真用位模式表示信息3. 3. 圖像的表示圖像的表示l矢量技術(shù)矢量技術(shù)（vector techniquesvector techniques）。將圖像表示成一些幾何結(jié)構(gòu)的）。將圖像表示成一些幾何結(jié)構(gòu)的集合。一張圖像表示為一組直線和曲線的集合。集合。一張圖像表示為一組直線和曲線的集合。l廣泛用在字處理系統(tǒng)和廣泛用

38、在字處理系統(tǒng)和CADCAD中。如：中。如：TrueType/PostScript.TrueType/PostScript.l矢量技術(shù)提供了一種解決這種縮放問題的方法。矢量技術(shù)提供了一種解決這種縮放問題的方法。l但是矢量圖還不能提供照片級質(zhì)量的圖像，而位圖可以。但是矢量圖還不能提供照片級質(zhì)量的圖像，而位圖可以。用位模式表示信息 4. 4. 聲音的表示聲音的表示l對音頻信息進行編碼以便計算機儲存和操作的最普通的方法是，對音頻信息進行編碼以便計算機儲存和操作的最普通的方法是，按按照固定的時間間隔對聲波的振幅進行照固定的時間間隔對聲波的振幅進行采樣采樣，并記錄所得到的值序，并記錄所得到的值序列。列。l

39、這一技術(shù)早在計算機誕生之前就已經(jīng)被人們所使用這一技術(shù)早在計算機誕生之前就已經(jīng)被人們所使用編碼的聲波編碼的聲波振幅振幅用序列用序列0、1.5、2.0、1.5、2.0、3.0、4.0、3.0、0表示的聲波表示的聲波 用位模式表示信息4. 4. 聲音的表示聲音的表示l 電話系統(tǒng)的采樣頻率是每秒電話系統(tǒng)的采樣頻率是每秒80008000次。次。l 音樂音樂CDCD的音質(zhì)較好，每秒采樣的音質(zhì)較好，每秒采樣4410044100次，每次采樣得到的數(shù)次，每次采樣得到的數(shù)據(jù)用據(jù)用1616位二進制數(shù)表示（立體聲需要位二進制數(shù)表示（立體聲需要3232位），每秒種立體聲位），每秒種立體聲音樂的錄制需要上百萬個二進制位。

40、音樂的錄制需要上百萬個二進制位。用位模式表示信息4. 4. 聲音的表示聲音的表示l樂器數(shù)字化接口樂器數(shù)字化接口（Musical Instrument Digital InterfaceMusical Instrument Digital Interface，MIDIMIDI），它廣泛用在電子鍵盤的音樂合成器中，用來制作視頻游戲），它廣泛用在電子鍵盤的音樂合成器中，用來制作視頻游戲的音樂和網(wǎng)站的聲效。的音樂和網(wǎng)站的聲效。l是對樂譜編碼的一種方法。是對樂譜編碼的一種方法。用位模式表示信息P P2929 問題與練習問題與練習復習題 P471 1、2 2、5 5、6 6、8 8、10 10、11 11、13 13、14 14、16 16、17 17、2424二進制系統(tǒng) 1. 1. 二進制記數(shù)法二進制記數(shù)法（a）十進制）十進制（b）二進制）二進制表示表示位置的量值位置的量值表示表示位置的量值位置的量值