(加粗的為原話)
摘要:
我們首先要學習的是在計算機科學中信息如何編碼和存儲。第一步,我們要討論計算機數(shù)據(jù)存儲設備的基礎知識,然后進一步研究如何進行信息編碼并存儲到系統(tǒng)內部。我們還將探討現(xiàn)如今數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的各個分支,以及如何用數(shù)據(jù)壓縮、糾錯等技術來克服其不足。
接下來將從上面提到的幾個方面進行論述。
基礎
電位可分為高低電平,能夠用來表征0和1兩個數(shù)值。不同的高低電平的輸入在經過不用的門結構,如與門,非門,亦或門,或是有上述幾個門結合組成的觸發(fā)器等,能夠得到相應的輸出。而觸發(fā)器正是現(xiàn)代計算機中存儲二進制位的一種方法。計算機主存儲器是以存儲單元組織起來的,一個存儲單位的典型值為8位。不同的組存儲單元都具有屬于它們的地址。通過這些地址能夠訪問這些存儲單位中的內容。
數(shù)據(jù)存儲
計算機的主存儲器RAM,在斷電的情況下,各個電路中由于沒有電位信號,因此剛斷電發(fā)生時,RAM中的內容會發(fā)生清空,計算機啟動后與運行過程中,其內的電平信號會發(fā)生變化。而ROM由于事先已經將程序的內容定了下來,當計算機啟動通電后,所存儲的內容不隨計算機具體的運行而改變。(自己的理解)
數(shù)據(jù)的存儲除了RAM,ROM還有海量存儲器,如磁盤,CD,DVD,磁帶,閃存等。
磁盤
磁盤里面是薄的、可以旋轉的盤片,表面有磁介質的圖層用以存儲數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)在磁盤中的存儲方式是以同心圓的方式進行存儲的。磁頭在磁盤表面走一圈的軌跡稱為道,道可以被劃分為若干個小弧區(qū)稱為扇區(qū)。磁盤上所有的扇區(qū)包含相同數(shù)目的二進制位(一般在512個字節(jié)到幾KB之間)。在最簡單的磁盤存儲系統(tǒng)里,每個道具有相同的扇區(qū)。因此,盤片邊緣扇區(qū)上存儲的位密度要小于靠近盤片中心道上存儲的位。在大容量磁盤系統(tǒng)中,可以分為幾個區(qū),在每個區(qū)中每個道具有相同數(shù)目的扇區(qū)。道和扇區(qū)的位置不是磁盤物理結構的固定部分,它們是通過稱為磁盤格式化的過程磁化形成的。
CD
CD上的信息是存儲在一條道上,它呈螺旋形由內向外纏繞在CD上。螺旋形道上靠外邊緣的環(huán)道存放的信息比內部的環(huán)道多,因此,如果盤片旋轉一整圈,激光束在掃描螺旋形道外邊時讀到的扇區(qū)個數(shù)比里邊多,為了獲取同意的數(shù)據(jù)傳輸速率,CD驅動器必須適應數(shù)據(jù)傳輸速率的變化。
閃存
閃存系統(tǒng)里,用電子信號將二進制位直接送到存儲介質中,電子信號使得二氧化硅的微小晶格截獲電子,從而轉換微電子電路的性質。
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question: 使用字處理程序修改文檔時,有時添加一段文本都不會很明顯地增加海量存儲器中文件的大小,而有時一個符號的增加就會使文件增加幾百個字節(jié)。為什么?
answer: 存儲空間是以物理扇區(qū)為單元分配的(事實上,在大多數(shù)情況下是以扇區(qū)組為單元)。如果最后一個物理扇區(qū)沒有被寫滿,可以再添加新的文本,而不需要增加此文檔的存儲空間。如果最后一個物理扇區(qū)已經被寫滿,那么無論要給該文檔添加什么內容,都需要分配額外的物理扇區(qū)。
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聲音
聲音是一種連續(xù)信號,在計算機中存儲時,是通過一定頻率進行采樣,而后進行存儲。
數(shù)據(jù)壓縮
行程長度編碼的壓縮技術:將一組相同的數(shù)據(jù)成分替換成一個代碼,指出重復的成分以及其在序列中出現(xiàn)的次數(shù)。例如,指出一個為模式中包括253個1,接著是118個0,接著是87個1。
頻率相關編碼:這個系統(tǒng)中,用于表示數(shù)據(jù)項目的位模式長度與這個項目使用頻率是相反的。如英文中,字母e,t,a,i使用的頻率大于z,q,x。因此,可以使用短位模式表示前面的字母,長位模式表示后面的字母,就能夠節(jié)省空間。
LZW編碼:如 xyx xyx xyx xyx可以解析為121343434
GIF:提供一個像素顏色只有256種的調色板,將圖像中的每個像素的顏色都用256種顏色中的一種表示,將3個字節(jié)表示成一種顏色轉化成了一個字節(jié)表示一種顏色,這是一種有損的方式。
JPEG基線標準的圖像壓縮:利用人眼的局限性,相對于顏色的變化,人眼對亮度的變化更加敏感。對于色度和光照編碼的圖像,將色度在2*2的像素方格中去均值,色度信息減少,而保留亮度信息。后續(xù)還有復雜的處理。
MP3:將人耳覺察不到的細節(jié)刪除,1.暫時模糊,巨大聲響后,短時間內,人耳覺察不到本可以聽見的輕柔的聲音。2. 頻率模糊,某一頻率的聲音能夠掩蓋相近頻率的輕柔的聲音。
糾錯
奇偶效驗位。