Единицы хранения данных
При хранении данных решаются две проблемы: как сохранить данные в наиболее компактном виде и как обеспечить к ним удобный и быстрый доступ (если доступ не обеспечен, то это не хранение).
В качестве единицы хранения данных принят объект переменной длины, называемый файлом. Файл – это последовательность произвольного числа бай- тов, обладающая уникальным собственным именем. Обычно в отдельном
файле хранят данные, относящиеся к одному типу. В этом случае тип данных определяет тип файла.
Проще всего представить себе файл в виде безразмерного канцелярского досье, в которое можно по желанию добавлять содержимое или извлекать его оттуда. Поскольку в определении файла нет ограничений на размер, можно
представить себе файл, имеющий 0 байтов (пустой файл), и файл, имеющий любое число байтов.
В определении файла особое внимание уделяется имени. Оно фактически несет в себе адресные данные, без которых данные, хранящиеся в файле, не
станут информацией из-за отсутствия метода доступа к ним. Кроме функций, связанных с адресацией, имя файла может хранить и сведения о типе данных, заключенных в нем. Для автоматических средств работы с данными это важно,
поскольку по имени файла они могут автоматически выбрать наиболее адек-
ватный метод для извлечения информации из него.
Понятие о файловой структуре
Требование уникальности имени файла очевидно — без этого невозможно гарантировать однозначность доступа к данным. В средствах вычислительной
техники требование уникальности имени обеспечивается автоматически — соз-
дать файл с именем, тождественным уже имеющемуся, нельзя.
Хранение файлов организуется в иерархической структуре, которая в дан-
ном случае называется файловой структурой. В качестве вершины структуры служит имя носителя, на котором сохраняются файлы. Далее файлы группиру- ются в каталоги (папки), внутри которых могут быть созданы вложенные ка- талоги (папки). Путь доступа к файлу начинается с имени устройства и вклю- чает все имена каталогов (папок), через которые он проходит. В качестве разде- лителя используется символ «\» (обратная косая черта).
Уникальность имени файла обеспечивается тем, что полным именем файла считается собственное имя файла вместе с путем доступа к нему. Понятно,
что в этом случае на одном носителе не может быть двух файлов с тождествен-
ными полными именами.
<Путь доступа к файлу> \ <Имя . расширение>
Пример записи полного имени файла:
<имя носителя>\<имя каталога- 1>\...\<имя каталога-N>\<собственное имя файла>
Вот пример записи двух файлов, имеющих одинаковое собственное имя и размещенных на одном носителе, но отличающихся путем доступа, то есть полным именем. Для наглядности имена каталогов (папок) напечатаны пропис-
ными буквами.
С:\Мои документы\Лекции\Информатика\Лекция 1.doc
С:\Мои документы\ Лекции\История\Лекция 1.doc
В данных примерах мы имеем два файла с одинаковым собственным име- нем Лекция.doc. Однако это разные файлы. Они различаются полными имена- ми, в состав которых кроме собственного имени входит также и путь доступа.
Забегая вперед, скажем, что не только на одном носителе, но и на одном ком- пьютере не может быть двух файлов с одинаковыми полными именами, так как все носители имеют разные имена. А если заглянуть дальше, в Интернет, то можно сказать, что и во всем мире не может быть двух файлов с одинаковыми полными именами, так как в масштабах Всемирной сети каждый компьютер имеет уникальный адрес.
О том, как на практике реализуются файловые структуры, мы узнаем не- сколько позже, когда познакомимся со средствами вычислительной техники и с понятием файловой системы.
Контрольные вопросы
1. Назовите наиболее важные характеристики запоминающих устройств.
2. Какие запоминающие устройства являются внутренними?
3. Какие устройства относятся к внутренним запоминающим устройствам?
4. Что такое внутренняя память процессора?
5. Что такое кэш-память?
6. Какие запоминающие устройства являются внешними?
7. Что является наименьшей единицей представления данных?
8. Что такое байт?
9. Что такое слово?
10. Что такое удвоенное слово?
11. Что является наименьшей единицей измерения данных?
12. Какие единицы измерения данных вы знаете?
13. Что является единицей хранения данных?
14. Назовите минимальный размер файла?
15. Что такое файловая структура?
16. Что является вершиной файловой структуры?
17. Что представляет собой путь доступа к файлу?
18. Что понимается под полным именем файла?
Лекция 4. Общие принципы построения современных
ЭВМ
Основным принципом построения всех современных ЭВМ является прин- цип программного управления (ППУ). Все вычисления, предписанные алго- ритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, со- стоящей из последовательности команд. Каждая команда содержит указания на конкретную выполняемую операцию и место нахождения (адреса) операндов. Операнды – переменные, значения которых участвуют в операциях преобразо- вания данных.
ППУ реализуется за счет наличия в компьютере устройства управления
(УУ) и развитого запоминающего устройства. В ЗУ хранятся данные и про-
граммы.
Большинство современных ЭВМ базируется на принципах, предложенных
Джоном фон Нейманом (американский математик, в 1946 году обосновавший состав устройств ЭВМ и принципы ее работы) и имеет структуру, ставшую к настоящему времени классической.
Обобщенная структурная схема ЭВМ первых поколений, отвечающая про-
граммному принципу управления, представлена на рис. 4.1.
Рис. 4.1. Структурная схема ЭВМ первого и второго поколений
В любой ЭВМ имеются устройства ввода информации (УВв), с помощью которых пользователь вводит в ЭВМ программы и данные. Введенная инфор- мация полностью или частично сначала запоминается в оперативном запоми- нающем устройстве (ОЗУ), а затем переносится во внешнее запоминающее уст- ройство (ВЗУ), предназначенное для длительного хранения информации в виде файла.
При использовании файла в вычислительном процессе его содержимое пе- реносится в ОЗУ. Затем программа команда за командой считывается в устрой- ство управления (УУ).
Устройство управления предназначается для автоматического выполнения программ путем синхронизации всех остальных устройств ЭВМ. Управляющие сигналы показаны на рис. 4.1 штриховыми линиями. Вызываемые из ОЗУ ко- манды дешифрируются устройством управления: определяется код операции,
которую необходимо выполнить следующей, и адреса операндов, принимаю-
щих участие в данной операции.
Все команды программы выполняются последовательно, команда за ко- мандой, в том порядке, как они записаны в памяти ЭВМ (естественный порядок следования команд). Этот порядок характерен для линейных программ, т. е. программ, не содержащих разветвлений.
АЛУ выполняет арифметические и логические операции над данными. Ре- зультаты выполнения отдельных операций сохраняются для последующего ис- пользования в одном из регистров АЛУ или записываются в память. Результа-
ты, полученные после выполнения всей программы вычислений, передаются на устройства вывода (УВыв). В качестве УВыв могут использоваться экран дис- плея, принтер, графопостроитель и др.
Связь между устройствами ЭВМ осуществляется с помощью сопряжений, которые в ВТ называются интерфейсом. Интерфейс представляет собой сово- купность стандартизованных аппаратных и программных средств, обеспечи-
вающих обмен информацией между устройствами. В основе построения интер-
фейсов лежит унификация и стандартизация.
В персональных компьютерах, относящихся к ЭВМ четвертого поколения,
используется структура с шинным интерфейсом: все устройства компьютера обмениваются информацией и управляющими сигналами через шину. Шина представляет собой систему функционально объединенных проводов, обеспе- чивающих передачу трех потоков: данных, адресов и управляющих сигналов (рис. 4.2).
Количество проводов в системной шине, предназначенных для передачи данных, называется разрядностью шины. Разрядность шины определяет число
битов информации, которые могут передаваться по шине одновременно. Коли- чество проводов для передачи адресов, или адресных линий, определяет, какой объем оперативной памяти может быть адресован.
Единая система аппаратурных соединений значительно упростила струк- туру, сделав ее более децентрализованной. Все передачи данных по шине осу- ществляются под управлением сервисных программ.