Информатика: аппаратные средства персонального компьютера - Владимир Яшин

• иерархическая;

• сетевая.

В математических и других дисциплинах могут использоваться такие структуры данных, как массив (структурированный тип данных, состоящий из некоторого числа элементов одного типа), запись (совокупность элементов данных разного типа), множество (тип данных, состоящий из однотипных неповторяющихся элементов) и т. д.

6.3. Организация данных на устройствах с прямым и последовательным доступом

Под организацией данных на устройствах с прямым и последовательным доступом понимается способ их размещения (запись) на соответствующих носителях информации в этих устройствах с последующим доступом для их считывания.

Рис. 6.1. Окно утилиты «Проводник»

В качестве таких устройств в компьютере используются запоминающие устройства (ЗУ), которые реализуют одну из основных операций над данными – хранение. Цель хранения данных состоит в обеспечении их сохранности в течение некоторого интервала времени и последующего считывания или записи этих данных на другие ЗУ.

Один из основных классификационных признаков ЗУ – способ доступа к данным. При этом под доступом здесь следует понимать возможность чтения или записи данных в любых типах ЗУ, поскольку существует также такое понятие, как удаленный доступ, определяющий возможность взаимодействия между элементами компьютерной сети.

По этому признаку ЗУ делятся на устройства с прямым, последовательным и ассоциативным доступом.

Прямой доступ (direct access) означает, что чтение и запись определенных данных возможны без чтения и записи других данных, т. е. такой доступ реализует возможность непосредственного обращения к элементам памяти ЗУ по их адресам.

Последовательный доступ (sequential access) означает последовательный просмотр (чтение) существующих данных на ЗУ, чтобы осуществить операцию чтения этих данных или запись новых.

Ассоциативный доступ означает, что чтение и запись данных в таком ЗУ производится по некоторому признаку, характерному для данного типа памяти.

Прежде чем дать различие между ЗУ по способу доступа к данным, проведем их классификацию по основным типам.

Различают следующие основные типы ЗУ: внутренние (представляют собой интегральные микросхемы, размещенные на системной плате компьютера) и внешние (отдельные конструктивные блоки, размещенные вне системной платы компьютера).

В свою очередь внутренние ЗУ можно подразделить на регистровые, ЗУ основной памяти и ЗУ кэш-памяти.

Регистровые ЗУ входят в состав микропроцессора или других устройств компьютера и предназначены для кратковременного хранения небольшого объема данных. Они участвуют в вычислительных процессах и процессах обмена данными в устройствах ввода-вывода компьютера.

ЗУ основной памяти подразделяются на два вида: ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) и ПЗУ (постоянное запоминающее устройство). Эти устройства предназначены для оперативного хранения и обмена данными. Например, в ПЗУ находится программа для запуска и тестирования операционной системы, установленной на компьютере. Конструктивно данный тип ЗУ выполнен в виде микросхем.

ЗУ кэш-памяти представляют собой быстродействующие запоминающие устройства для хранения небольшого объема информации в виде данных, используемых в текущих операциях обмена.

Внешние ЗУ предназначены для долговременного хранения, как правило, больших объемов данных. Они позволяют автономно сохранять данные для последующего их использования независимо от того, включен или выключен компьютер. Внешние ЗУ используют различные физические принципы хранения информации: магнитный, оптический, магнитооптический, электронный и т. д. Характерной особенностью внешних ЗУ является то, что они оперируют блоками информации, в отличие от ОЗУ, где информация может быть представлена байтами или машинными словами. Эти блоки обычно имеют фиксированный размер, кратный степени числа 2. Внешние ЗУ могут иметь сменные или фиксированные носители информации. Применение сменных носителей позволяет хранить неограниченный объем информации, а если носитель и формат записи стандартизованы, то они позволяют и обмениваться информацией между компьютерами.

В качестве внешних ЗУ в современном компьютере могут использоваться накопители информации:

• на гибких магнитных дисках (НГМД);

• на жестких магнитных дисках (НЖМД);

• на основе флэш-памяти (Flash-memory);

• на оптических дисках (CD – Compact Disk и DVD – Digital Versatile Disk);

• магнитооптические (MO);

• ленточные (стримеры).

В табл. 6.1 показано, какие из перечисленных ЗУ преимущественно относятся к устройствам с прямым, последовательным или ассоциативным доступом (принадлежность отмечена знаком «+»).

Для сравнительной оценки приведенных выше способов доступа и самих ЗУ, реализующих эти способы, перечислим основные характеристики ЗУ, определяющие информационные и временные свойства таких устройств:

• информационный объем памяти (информационная емкость);

• время доступа;

• время считывания и время записи информации или скорость считывания и записи информации.

Информационный объем памяти определяет максимально возможный объем хранимой информации и выражается в соответствующих единицах измерения – битах, байтах, килобайтах, мегабайтах и т. д. Например, информационный объем памяти накопителя на жестком магнитном диске равен 40 Гбайт, информационный объем памяти накопителя на гибком магнитном диске равен 1,44 Мбайт и т. д. Информационный объем памяти для различных типов ЗУ может быть различным, т. е. зависит от конкретного типа ЗУ и может варьироваться в достаточно широких пределах от единиц байт до сотен и тысяч гигабайт.

Время доступа (access time) определяется как усредненный интервал от выдачи запроса на передачу блока данных до фактического начала передачи и также различно для различных типов ЗУ (от долей микросекунд до сотен миллисекунд).

Скорость считывания и записи информации является скоростью передачи информации (transfer rate) и определяется как производительность обмена данными, измеряемая после выполнения поиска данных. Для различных ЗУ эта характеристика различна. В качестве единицы измерения скорости считывания и записи информации принята единица бит в секунду (бит/с, Кбит/с, Мбит/с и т. д.), однако часто используется в качестве единицы измерения скорости считывания и записи и байт в секунду (байт/с, Кбайт/с, Гбайт/с и т. д.). Скорость считывания и записи информации для различных ЗУ может варьироваться в пределах от десятков килобайт в секунду до гигабайт в секунду.

Существуют также и другие характеристики ЗУ – стоимость одного бита информации, потребляемая мощность и т. д.

Таким образом, если проводить различие между ЗУ с разными способами доступа к данным, то основное различие будет определяться временем доступа: для ЗУ с прямым и ассоциативным доступом оно минимально, для ЗУ с последовательным доступом – максимально.

6.4. Файлы данных

Данные в компьютере хранятся в файлах. Файл является основной структурной единицей организации и хранения данных в компьютере. Существует достаточно много определений понятия файла, сущность которых сводится к следующему: файл есть определенное количество информации (файл может содержать компьютерную программу, текстовый документ, числовые данные, закодированный рисунок и т. д.), имеющее имя и хранящееся на внешнем ЗУ. Имя файла состоит из двух частей, разделенных точкой: первая часть это непосредственно имя файла, вторая – его расширение, определяющее его тип, т. е. то, что хранится в конкретном файле (компьютерная программа, графические данные и т. д.). Имя файлу присваивает пользователь (если пользователь по каким-то причинам не назначает имя файла, то компьютерная программа после завершения работы сама назначит имя по умолчанию), а тип файла может задаваться принудительно пользователем или приложением (компьютерной программой) автоматически при его создании. В табл. 6.2 приведены некоторые типы файлов и соответствующие им расширения, звездочкой обозначены возможные имена файлов.

Кроме имени файла существует такое понятие, как «формат файла», который определяет способ хранения информации (структуру данных) в файле и отображения файла на экране или при печати. Формат файла определяет правила написания имен файлов и зависит от файловой системы, поддерживаемой операционной системой (ОС), установленной на компьютере. Например, в ОС MS DOS имя файла должно содержать не более восьми букв латинского алфавита, а расширение состоит из трех латинских букв – primer.txt, prim.txt, priml.txt и т. д. В ОС семейства Windows имя файла может иметь до 255 символов, при этом можно использовать и русский алфавит – album, jpg, пример. сюс и т. д. Эти правила в ОС MS DOS и ОС семейства Windows запрещают при назначении имен файлов использовать следующие знаки и символы: / : *? < >|.