9月26日-计算机导论-课程内容(3)

9.26 3rd class content

1，主储存器
2，海量存储器
3，位模式信息

---

1，主储存器(main memory)

计算机中包含大量的电路，每隔电路能够储存一个位，这种储存器被称为计算机的主储存器。
主储存器是有称为储存单元(cell)的可管理单位组成的，没个储存单元的容量是一个字节。因为一个8位的串称为一个字节(byte)。
我们假定储存单元的位是排成一排的，该行的最左端位称为高端位(high-order end)，最左一位称为最高有效位(most significant bit)。最右端位称为低端位(low-order end)，最低端最右一位称为最低有效位(least significant bit)。
为了区分主储存器中的各储存单元，每一个储存单元都赋予了一个地址(address)，地址从0开始，连续(uniquely)且唯一(consecutively)，许多储存单元组成一个储存区(memory block)

• 书上p19页题目记得看。

其他电路通过电信号请求从储存器中得到指定地址的操作为读操作(read)，请求把某个位模式放到指定地址的储存单元的操作称为写操作(write)。
计算机的主储存器又称随机存取储存器(random access memory,RAM)，因为其可以以任何顺序访问储存单元。相对还有只读存储器(read-only memory)，关机后不像RAM一样清除数据，而是一直存在，并且用户无法改变其内容。
需要附加电路（刷新电路）将位存储为可快速消散的电荷，并让RAM高度小型化，响应时间更短，具有不稳定性的储存器称为动态储存器(dynamic memory)，动态RAM称为DRAM(读作DEE-ram)，同步动态RAM的取出信息速度更短，被称为SDRAM(读作ES-DEE-ram)。
同步动态RAM需要同步时钟来工作，所有的动态RAM都需要刷新电路来保证数据不丢失。

• 储存器的容量度量

数据单位	转换关系
位（bit）	/
字节（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，海量存储器(mass storage)

海量存储器又称二级存储器，包括磁盘，CD，DVD，磁带，闪存驱动器和固态硬盘。海量存储器比主存储器更加稳定，容量大，价格低，并且在大多数情况下都能取下作为存储媒介。但是海量存储器一般都需要机械运动，并且花费时间更长，与固态系统相比，带移动部件的存储系统更容易出现机械故障。

1. 磁系统
   磁盘(magnetic disk)和硬盘驱动器(hard disk drive,HDD)内部是可以旋转的薄盘片，表面有用于存储数据的磁介质涂层。盘片的上面或者下面（有时候都有）有读写磁头，盘片上有一圈一圈的磁道(track)，通过重定位磁道，可以对磁道进行存取。通常，一个磁盘中包括若干个盘片，若干个读写磁头，他们被装在一根轴上，所有读写磁头都一起移动，每当读写磁头重定位时，都可以访问一组新磁道，这组磁道称为柱面(cylinder)。
   因为一个磁道可以包含的信息比我们每一次想要处理的多，所以每个磁道又被划分成若干个称为扇区(sector)的小弧区，每个扇区都可以作为独立的位串进行存储。，磁盘上所有扇区都包含相同数目的二进制位，通常是512KB起，且每个磁道包含的扇区数相同。
   ZBR区位记录(zone-bit recording)：利用磁道长度，让外围的磁道包含更多的扇区。使用区位记录时，一些相邻的磁道会被统称为区，每个区的磁道上扇区的数目相同，但是外面区域的区中磁道包含的扇区数要比靠内区的磁道包含的扇区数多，这样是为了充分利用磁盘表面空间，且盘片旋转一次，外区磁道传递的数据量要多于内区磁道。
   盘片高速转动时，读写磁头是不接触盘片的，所以如果有小物件卡在其中，都可能造成磁头划伤(head crash)。
   磁盘系统需要物理运动，速度比不上电子电路。
   软盘驱动器和磁带要花费大量时间倒带和快进，但因为它低成本和大容量的特性，还是被广泛应用于线性存储。
   评估磁盘系统性能的方法：

• 寻道时间(seek time)：读写磁头在磁道中转移的时间。
• 旋转延迟(rotation delay)/等待时间(latency time):盘片旋转一周所需时间。
• 存取时间(access time)：寻道时间和旋转延迟之和。
• 传输速度(tranfer time)：在磁盘上读出或写入数据的速率。

2. 光系统
   光盘(compact disk)直径为12厘米，由涂着光洁保护层的反射材料制成，可以通过激光检测CD快速旋转时反射层的不给泽反射偏差来读取。
   CD技术最早用于音频记录，记录格式叫做数字音频光盘(compact disk-digital audio,CD-DA)，现在的光盘实质上也使用的这种格式。CD由从内到外的磁道构成，每个磁道被分为储存大小相同的扇区，容量为2KB，可以录制1/75秒的音乐。
   光盘的外边缘磁道间距要比内磁道宽，但是因为信息是按照统一的线性密度存储（有助于增加CD的存储能力），所以外部环道的信息比内部环道的多。
   传统CD的存储容量是600～700MB，但是多功能光碟(digital versatile disk , DVD)有几个GB容量，而蓝光光碟(blu-ray diak , BD)又是DVD的五倍多。

3. 闪存驱动器
   闪存(flash memory)系统中，二进制位是由电子信号直接发送到存储介质中的，并使介质中二氧化硅的微小晶格节或点支，从而转换微电子电路。闪存技术非常适合存储可移植的、非易失性数据。
   闪存的存储原理和RAM差不多，但是RAM工作时要反复擦除，这会破坏闪存系统的二氧化硅晶格，所以闪存只适合使用于合理水平的应用中，例如手机，相机等。
   闪存设备叫做闪存驱动器(flash drive)，容量达几百GB，即U盘，因为它的工作原理，长期存储不如光盘可靠。
   较大的闪存驱动器叫做固态硬盘(solid-state disk , SSD)，相比机械硬盘，固态硬盘的抗震防摔性能更好，运行时更加安静，存储时间更短，但是价格也更高。通过耗损均衡(wear-leveling)技术频繁地改变数据块重定位到驱动器中使用次数最少的位置少，可以相对延长固态硬盘寿命。
   闪存技术的另一应用是安全数字存储卡(secure digital , SD)，简称SD。SD卡有2GB容量，大小和邮票差不多，也有更小的版本。其中**安全数字高容量存储卡(secure digital high capacity ,SDHC)容量可达32GB，新一代的安全数字扩展容量存储卡(secure digital extended capacity , SDXC)**容量可超过1TB。

3，位模式信息

1. 图像
   图像可以被解释为一组点，每一个点就是一个像素(pixel , picture element)。计算机对每个像素显示进行编码，整个图案就表示成了这些像素的集合，这个集合叫做位图(bit map)，图像的像素总数叫做图像分辨率。
   每一个像素用RGB来表示(即蓝绿红)，每一个原色都有8位，即256种，所以所有颜色种类为256³(2²⁴)种。24位图像便是真彩色，深度为24。BMP格式是最清晰的(注意区分灰色图和黑白图，灰色图有256种颜色，黑白只有两种。)
   为了避免图像缩放导致的不清楚，用解析几何模式来将图像编码成几何结构的集合是一种解决方法，这种图像广泛用于CAD(computer-aid design , 计算机辅助设计)中。
2. 声音
   对音频信息进行编码的最常用方法是按规律时间对振幅进行采样(sampling)。.wav拓展名代表的是未压缩的声音，声音数字化的过程是采样**(ampling)，量化(quantization)，编码(encode)。采样单位是kHz，如22.05kHz为每秒记录22050次。CD中重现有质量的声音，至少要44.1kHz，用16位形式记录，而立体声要用32位。
   乐器数字化接口(musical instrument digital interface , MIDI)**是一种编码系统，用乐器进行输入。
3. 文字
   由一长串根据ASCII或Unicode编码符号组成的文件称为文本文件**(text file)，共有以下两类：文本编辑器(text editor)，字处理程序(word processor)**。