Модели данных. Файловая система

Размещено на http://www.allbest.ru/

«Тихоокеанский государственный университет»

Кафедра Вычислительная техника

Контрольная работа

по дисциплине: Информатика

Студент: Чекмазов Роман

Преподаватель: Соловьев С. В.

Хабаровск, 2012 г.

Оглавление

• 1. Типы и структуры данных
• 2. Организация данных на устройствах с прямым и последовательным доступом
• 3. Файловая система
• 4. Носители информации и технические средства для хранения данных
• 5. Представление информации в цифровых автоматах (ЦА)
• 1. Типы и структуры данных
• Основные типы данных. Данные, хранящиеся в памяти ЭВМ представляют собой совокупность нулей и единиц (битов). Биты объединяются в последовательности: байты, слова и т.д. Каждому участку оперативной памяти, который может вместить один байт или слово, присваивается порядковый номер (адрес).
• Какой смысл заключен в данных, какими символами они выражены - буквенными или цифровыми, что означает то или иное число - все это определяется программой обработки. Все данные необходимые для решения практических задач подразделяются на несколько типов, причем понятие тип связывается не только с представлением данных в адресном пространстве, но и со способом их обработки.
• Любые данные могут быть отнесены к одному из двух типов: основному (простому), форма представления которого определяется архитектурой ЭВМ, или сложному, конструируемому пользователем для решения конкретных задач.
• Данные простого типа это - символы, числа и т.п. элементы, дальнейшее дробление которых не имеет смысла. Из элементарных данных формируются структуры (сложные типы) данных.
• Некоторые структуры:
• · Массив (функция с конечной областью определения) - простая совокупность элементов данных одного типа, средство оперирования группой данных одного типа. Отдельный элемент массива задается индексом. Массив может быть одномерным, двумерным и т.д. Разновидностями одномерных массивов переменной длины являются структуры типа кольцо, стек, очередь и двухсторонняя очередь.
• · Запись (декартово произведение) - совокупность элементов данных разного типа. В простейшем случае запись содержит постоянное количество элементов, которые называют полями. Совокупность записей одинаковой структуры называется файлом. (Файлом называют также набор данных во внешней памяти, например, на магнитном диске). Для того, чтобы иметь возможность извлекать из файла отдельные записи, каждой записи присваивают уникальное имя или номер, которое служит ее идентификатором и располагается в отдельном поле. Этот идентификатор называют ключом.
• Такие структуры данных как массив или запись занимают в памяти ЭВМ постоянный объем, поэтому их называют статическими структурами. К статическим структурам относится также множество.
• Имеется ряд структур, которые могут изменять свою длину - так называемые динамические структуры. К ним относятся дерево, список, ссылка.
• Важной структурой, для размещения элементов которой требуется нелинейное адресное пространство, является дерево. Существует большое количество структур данных, которые могут быть представлены как деревья. Это, например, классификационные, иерархические, рекурсивные и др. структуры.
• Рис. 1.1 Классификация типов данных.
• Обобщенные структуры или модели данных. Выше мы рассмотрели несколько типов структур, являющихся совокупностями элементов данных: массив, дерево, запись. Более сложный тип данных может включать эти структуры в качестве элементов. Например, элементами записи может быть массив, стек, дерево и т.д.
• Существует большое разнообразие сложных типов данных, но исследования, проведенные на большом практическом материале, показали, что среди них можно выделить несколько наиболее общих. Обобщенные структуры называют также моделями данных, т.к. они отражают представление пользователя о данных реального мира.
• Любая модель данных должна содержать три компоненты:
• 1. структура данных - описывает точку зрения пользователя на представление данных.
• 2. набор допустимых операций, выполняемых на структуре данных. Модель данных предполагает, как минимум, наличие языка определения данных (ЯОД), описывающего структуру их хранения, и языка манипулирования данными (ЯМД), включающего операции извлечения и модификации данных.
• 3. ограничения целостности - механизм поддержания соответствия данных предметной области на основе формально описанных правил.
• В процессе исторического развития в СУБД использовалось следующие модели данных:
• · иерархическая,
• · сетевая,
• · реляционная.
• В последнее время все большее значение приобретает объектно-ориентированный подход к представлению данных.

2. Организация данных на устройствах с прямым и последовательным доступом

Метод доступа. По методу доступа к информации накопители разделяются на:

§ Устройства с последовательным доступом (например, магнитные ленты).

§ Устройства с произвольным доступом (RAM) (например, оперативная память).

§ Устройства с прямым доступом (например, жесткие магнитные диски).

§ Устройства с ассоциативным доступом (специальные устройства, для повышения производительности БД)

3. Файловая система

доступ носитель файл диск

Файловая система (ФС) - функциональная часть ОС, т.е. это порядок хранения и - организации файлов на диске

Виды файловой структуры: 1) Одноуровневая ФС - линейная последовательность имен файлов, используется для дисков с небольшим количеством файлов; 2) Многоуровневая иерархическая ФС - представляет собой древовидную структуру, служит для хранения сотни и тысячи файлов. Каталог (Папка) верхнего уровня содержит вложенные папки 1уровня, которые могут содержать папки 2 уровня и тд

Для хранения информации каждый диск разбивается на 2 области: 1) каталог (directory) или папка - содержит названия файлов и указание на начало их размещения на диске; 2) область хранения файлов, содержит текст.

Чтобы найти файл надо знать: 1)имя файла; 2) где храниться файл

например: C:\GAMES\CHESS\zena.exe

Имя диска - С

папка 1уровня -GAMES

папка 2уровня -CHESS; имя файла - zena.exe

В процессе работы наиболее часто над файлами производят следующие операции: копирование, перемещение, удаление, переименование.

4. Носители информации и технические средства для хранения данных

Носитель информации (информационный носитель) -- любой материальный объект или среда, содержащий (несущий)информацию (И), способный достаточно длительное время сохранять в своей структуре занесённую в/на него информацию -- камень, дерево, бумага, металл, пластмассы, кремний (и другие виды полупроводников), лента с намагниченным слоем (в бобинах и кассетах), пластик со специальными свойствами (для оптической записи И -- CD, DVDи т. д.), ЭМИ (электромагнитное излучение) и т. д. и т. п.

Носителем информации может быть любой объект, с которого возможно (но не обязательно) чтение имеющейся (записанной) информации.

Зачастую сам носитель информации помещается в защитную оболочку, повышающую его сохранность и, соответственно, надёжность сохранения И (к примеру: бумажные листы -- в обложку, микросхему памяти -- в пластик (смарт-карта), магнитную ленту -- в корпус и т. д.).

Носители информации в быту, науке (библиотеки), технике (скажем, для нужд связи), общественной жизни (СМИ) применяются для:

§ записи

§ хранения

§ чтения

§ передачи (распространения)

§ создания произведений компьютерного искусства

К техническим средствам накопления и хранения данных относятся различные соответствующие устройства, например, микрофильмирования.

В компьютерных информационных технологиях это магнитные, оптические, магнитооптические и твёрдотельные носители электронных данных. Они используются как локально (на отдельных компьютерах и иных электронных устройствах), так и для организации обработки, передачи, накопления и хранения данных в различных компьютерных сетях. В зависимости от области использования к ним предъявляются соответствующие требования быстродействия, надёжности, защищённости, доступности, а также климатические, санитарно-гигиенические, противопожарные, технические, технологические и другие требования по их эксплуатации и хранению.

Микрофильмирование - обслуживание пользователей микрокопиями документов.

Изображение обычной страницы документа формата А4 в микрокопии может занимать площадь менее 1 кв. см.

Такое обслуживание связано с обеспечением организаций специальным оборудованием для микрофильмирования, например, читательными и читательно-копировальными аппаратами для чтения микрофильмов и микрофиш.

Первые микрофильмы появились в 1920-1930-х годах на нитратной основе. Затем, в 1930-1940-е годы, появляются микрофильмы на основе ацетатов целлюлозы. С 1980-х годов западные фирмы (Kodak и др.) начали выпускать пленки на полиэфирной (polyester) основе.

Под микрофильмированием понимается совокупность процессов изготовления, хранения и использования микроносителей информации.

Микроносители - это уменьшенные в десятки и сотни раз копии (микрофильмы) с различных оригиналов, полученные фотографическим способом.

Микроформы характеризуются документальностью, надёжностью, значительной ёмкостью, простотой использования и копирования. Применение микроносителей в среднем на 90-95% приводит к сокращению размеров хранилищ, обеспечивает доступность широкого круга читателей к редким изданиям, способствует сохранению подлинников документов, исключая возможность их повреждения от частого пользования, позволяет оперативно размножать копии микрофильма и печатать с него копии документов.

Микроформа может представлять как полноразмерную копию, так и с уменьшением в масштабе от 1:9 до 1:30. Микроформы изготавливаются в виде рулонных плёнок длиной до 30 м, плёнок в отрезках длиной до 150 мм и микрофиш размером 105х148 мм.

5. Представление информации в цифровых автоматах (ЦА)

В процессе переработки информации цифровые ЭВМ - компьютеры, оперируют числами, которые представляются в некоторой системе счисления.

Система счисления - это совокупность приемов и правил для записи чисел цифровыми знаками. Запись числа в некоторой системе счисления часто называют кодом числа.

Элементы (символы) алфавита, которые используются для записи чисел в некоторой системе счисления, принято называть цифрами. Каждой цифре данного числа однозначно сопоставляется ее количественный (числовой) эквивалент.

Различают позиционные и непозиционные системы счисления.

Непозиционная система счисления - это система, для которой значение символа, т.е. цифры, не зависит от его положения в числе. К таким системам относится, в частности, римская система (правда с некоторыми оговорками). Здесь, например, символ V всегда означает пять, вне зависимости от места его появления в записи числа. Есть и другие современные непозиционные системы. Позиционная система счисления - это система, в которой значение каждой цифры зависит от ее числового эквивалента и от ее места (позиции) в числе, т.е. один и тот же символ (цифра) может принимать различные значения.

Наиболее известной позиционной системой счисления является десятичная система счисления. Например, в десятичном числе 555 первая цифра справа означает 5 единиц, соседняя с ней - 5 десятков, а левая - 5 сотен.

В связи с тем, что в цифровых автоматах в основном используются позиционные системы счисления, то мы в дальнейшем будем рассматривать только их.

Любая позиционная система счисления характеризуется основанием.

Основание или базис q естественной позиционной системы счисления это количество знаков или символов, используемых для изображения числа в данной системе.

Когда мы представляем, т.е. записываем некоторое число в позиционной системе счисления, мы размещаем соответствующие цифры числа по отдельным нужным позициям, которые принято называть разрядами числа в данной позиционной системе счисления. Количество разрядов в записи числа называется разрядностью числа и совпадает с его длиной.

В позиционной системе счисления справедливо равенство:

Aq = anqn + an-1qn-1 + ... + a1q1 + a0q0 + a-1q-1 + ... + a-mq-m, (2.1)

или

где A это произвольное число, записанное в системе счисления с основанием q; anq - коэффициенты ряда, т.е. цифры системы счисления; n, m - количество целых и дробных разрядов соответственно.

Для обработки информации в компьютере обычно используется двоичная система счисления. Это объясняется, в частности, тем, что для размещения чисел (операндов) в компьютерах используются регистры и ячейки памяти, состоящие из триггеров, т.е “переключателей”, у которых может быть два положения: “включено” и “выключено”. “Включено” обозначает 1, “выключено” - 0. Таким образом, 1 регистр представляет 1 бит. Восемь бит есть байт.

Длина числа - это количество позиций (или разрядов) в записи числа.

б) Форматы представления чисел с плавающей запятой.

Для представления чисел с плавающей точкой (далее ЧПТ) используется полулогарифмическая форма записи числа:

N = ± mq ^{± p}

где q- основание системы счисления, p - порядок числа, m - мантисса числа N.

Положение точки определяется значением порядка p. С изменением порядка точка перемещается (плавает) влево или вправо. Пример.

125₁₀=12.5*10¹=1.25*10²=0.125*10³=0.0125*10⁴=...

Для установления однозначности при записи чисел принята нормализованная форма записи числа. Мантисса нормализованного числа может изменяться в диапазоне: 1/q ? | m | < 1. Таким образом в нормализованных числах цифра после точки должна быть значащей.

Пример.

Для представления чисел в машинном слове выделяют группы разрядов для изображения мантиссы, порядка, знака числа и знака порядка: а) представление чисел в формате полуслова (16 бит):

б) представление чисел в формате слова (32 бита):

Наиболее типично представление ЧПТ в формате слова. Пример. Число А=-3.5₁₀=-11.1₂=-0.111·10¹⁰

Максимальным числом представимым в формате слова будет A=(0.1111...1·10^1111111)₂(1·2¹²⁷)₁₀.

Таким образом, числа с плавающей точкой позволяют увеличить диапазон обрабатываемых чисел, но при этом точность изображения чисел определяется только разрядами мантиссы и уменьшается по сравнению с числами с фиксированной точкой.

Размещено на Allbest.ru