ماشین :
محیط درون ماشین : کامپیوتر و عناصر داخلی آن ( حافظه اصلی )
محیط برون ماشین : تجهیزات جانبی peripheral Devices
حافظه های جانبی : Storag Device – Storag Media
مباحث مورد بحث در ذخیره و بازیابی :

• سخت افزار ذخیره و بازیابی ( چگونگی ذخیره سازی اطلاعات )
• روش های ذخیره و بازیابی اطلاعات به /از رسانه ذخیره سازی ساختار فایل و سازماندهی داده ها روی دستگاه ذخیره سازی ثانویه و دستیابی به آنها
Memory (حافظه ): هر وسیله که توانایی ذخیره سازی (نگهداری ) اطلاعات را داشته باشد و در هر لحظه بتوان به آن اطلاعات دسترسی داشته باشیم .
تقسیم بندی حافظه : ۱- درون ماشین ماندگار (غیر فرار ) خواندنی

۲- برون ماشین غیر ماندگار (فرار ) خواندنی – نوشتنی
خصوصیات حافظه :
نوشتن و خواندن ( درج اطلاعات – واکش اطلاعات Fetch )
نشانه پذیری – آدرس دهی
قابلیت دستیابی (Access) دستیابی ممکن است به منظور خواندن از یا نوشتن در حافظه باشد.
ظرفیت (Bit,Byte)

زمان دستیابی : زمان لازم بین لحظه ای که دستور خواندن – نوشتن صادر می شود تا آغاز عملیات (Access Time)
نرخ انتقال یا سرعت انتقال :B/S (Transfer rate) مقدار اطلاعاتی که در واحد زمان از حافظه قابل انتقال است.
دلایل به کار گیری حافظه جانبی :
محدودیت ظرفیت حافظه های درونی
عدم نیاز به تمامی اطلاعات در یک لحظه

گران بودن حافظه های اصلی
برنامه ها اغلب به حافظه ای بیش از حافظه درونی نیازمندند
حجم ذخیره سازی زیاد اطلاعات که مرتب به صورت تصاعدی در حال افزایش است.
غیر پایدار بودن حافظه های اصلی

اشتراک گذاری اطلاعات روی دیسک
الگوریتم طراحی سیستم ذخیره سازی : در هر لحظه چه اطلاعاتی به چه مدتی در چه سطحی از سلسله مراتب نگهداری شود چگونه اطلاعات بین این سطوح انتقال یابند.
انواع حافظه های جانبی از لحاظ تکنولوژی ساخت:
الکترومکانیکی : کارت و نوار منگنه شدنی
الکترومغناطیسی : نوار مغناطیسی – دیسک و درام Drum
الکترواپتک : دیسک نوری
مغناطیس نوری :MD (Magnetic – Optic)
نوار مغناطیسی :

رسانه ای برای پردازش ترتیبی :
ریل به ریل
نوار کاتریج
نوار کاست
نوار صوتی
نحوه ذخیره سازی اطلاعات بر روی نوار: * ۷ شیاره * ۹ شیاره
بیت خطا : * عرضی (به ازاء هر کارکتر) * طولی به ازاء هر بلاک
چگالی : density: تعداد بیت های ذخیره شده در هر اینچ از نوار bpi
گپ Gap : حافظه ی بلا استفاده بین دو گروه از بلاک ها (برای ایستادن نوک هد و حرکت دوباره آن )
سرعت حس : برای آن که هد بتواند اطلاعات روی نوار را بخواند باید به سرعت مناسبی برسد.

= سرعت متوسط

 

فاکتورهای نوار مغناطیسی :
۱- پارامترهای زمانی :
سرعت نوار inch/s
نرخ انتقال b/s
زمان حرکت – توقف (ms)
2- پارامترهای ظرفیتی :
چگالی bpi
طول نوار
اندازه IBG (Inter Bloch Gap)
سوال : طول Gap ثابت است یا می توان آن را کم کرد؟
تعداد Gap را می توان زیاد یا کم کرد اگر طول بلاک ها را زیاد یا کم کنیم چه تغییراتی حاصل می شود؟

دیسک سخت :
اصلی ترین روش برای ذخیره سازی
ویژگی ها : سریع ، قابل اطمینان ، حجم بالا
– جنس صفحه دیسک سخت از آلومینیوم که با مواد فرو مغناطیس پوشیده شده است .(یا شیشه )
– سرعت چرخش صفحات دیسک با واحد(Rotation Per Minute) RPM
– (هر چه سرعت بالاتر باشد مدت زمان درنگ دورانی نیز کمتر خواهد شد

روش های حرکت هد بر روی صفحات :
۱- روش پله ای step motor
2- روش سیم پیچی صوتی و مکانیسم servo
– فاصله هد خواندن نوشتن تا صفحه حدود کمتر ۰٫۱ میکرون . ( میکرون)
– هنگام خاموش کردن هدها باید در ناحیه ای اصطلاحاً پارک شوند. در دیسک های قدیمی ناحیه ای از دیسک به نام landing zone برای این کار استفاده می شد اما این ناحیه بهتر است خارج از صفحه دیسک باشد. (دیسک های جدید به طور اتوماتیک هنگام خاموش شدن هد را پارک می کند).
• دو عامل در پیشرفت تکنولوژی دیسک ها:
۱- گنجایش بیشتر ( افزایش تراکم بیتی (Bit density) یا تراکم سطح (Areal Density)= تعداد بیت ها در هر اینچ از مسیرbpi
2- دستیابی به سرعت بیشتر در انتقال داده ها
ثبت افقی : طول این ناحیه نباید از مقدار معینی کمتر باشد.( طول قلمرو یا اندازه دامنه ) ، ناحیه ای که باید در جهتی خاص مغناطیسی شود. هنگام خواندن این تغییر میدان مغناطیسی است که اطلاعات را ایجاد می کند.
ثبت عمودی : یکی از روش های دستیابی به اندازه قلمرو کوچک
لایه مغناطیس اضافی : لایه ای است که کمترین مقاومت را در مقابل عبور میدان مغناطیسی ایجاد می کند.
روش دیگر برای کاهش قلمرو: کوچک کردن هدها می باشد.
(آدرس دهی CHS) شماره سکتور – شماره سلندر – شماره هد یا صفحه
شماره گذاری سیلندرهاو صفرها از صفر و شماره سکتور از ۱ شروع می شود.
برای افزایش ظرفیت هاردها از روش Multiple zone Recording استفاده می شود که تعداد سکتور بیشتری را در مسیرهای بیرونی درایو قرار می دهد.
سرعت عملکرد درایو:
جنبه های فیزیکی :
زمان جستجوی مسیر به مسیر: زمان مورد نیاز برای انتقال هد از مسیری به مسیر مجاور
میانگین زمان جستجو: میانگین زمان برای انتقال هد به مسیر مورد نظر Average seek time
زمان جستجوی تمام مسیر: زمان لازم برای انتقال هد از یک سمت صفحه به سطح دیگر آن
زمان چرخش : زمانی که طول می کشد تا صفحه بچرخد تا اول اطلاعات به زیر هد برشد.
زمان دستیابی : میانگین زمان جستجو + زمان چرخش
سرعت انتقال از دیسک به بافر
جنبه های منطقی : شماره سکتور ها می تواند پشت سر هم نباشد: (سکتور بینابینی) درایو قبل از رسیدن به سکتور بعدی بتواند بافر را تخلیه کند.
درایو مجهز به حافظه ی نهانگاه : در این درایوها کل مسیر حاوی سکتور خوانده شده در حافظه ی Cache کنترلر قرار می گیرد. بدین ترتیب دیگر احتیاجی به روش بینابینی وجود ندارد.
داده ها در مسیر بعدی قرار نگیرند (زمان لازم برای جابه جایی هد به سیلندر مجاور
داده ها در مسیر هم شماره مربوط به هد بعدی قرار بگیرند. بهتر است داده های متوالی به جای اینکه در دسترس یک هم باشند بر روی یک سیلندر باشند
اریب بودن مسیرها: نقطه شروع مسیرهای هم سیلندر اریب
دیسک مغناطیسی : دسترسی تصادفی به اطلاعات Divect Access Device
انواع دیسک ها :
ثابت با هد خواندن / نوشتن ثابت تک صفحه ۱ دیسک نرم
قابل جابه جایی هد متحرک چند صفحه دیسک سخت
شیار track : به دوایر هم مرکز روی رویه ها – شماره گذاری از ۰,۱, ….. (از بیرونی ترین شیار)
استوانه Sylinder: به شیارهای هم شعاع بر روی های مختلف
قطاع sector: تقسیمات شیار (ظرفیت هر sector، ۵۱۲ می باشد.)

طول سکتورها در شیارهای خارجی بیشتر از شیارهای داخلی میباشد . چگالی سکتور های داخلی بیشتر است.
Zone: شامل تعدادی شیار می باشد که طول سکتور در آن ثابت می باشد.(این سکتورها توسط مدارات برروی hard تنظیم می گردند.
– واحد ردو بدل کردن اطلاعات بین hard و کامپیوتر یک سکتور می باشد. برای خواندن یک Byte سیستم عامل کل سکتور حاوی آن بایت را می خواند در سیستم عامل ها مختلف چند سکتور با هم خوانده می شوند. مثلاً در Dos سیستم عامل فایل ها را بصورت مجموعه ای از کلاسترها (cluster) در نظر می گیرد.
مزیت کلاستر های بزرگ و کوچک:
برای فایلهای بزرگ که پردازش ترتیبی دارند (کلاستر های بزرگ )
برای فایل های کوچک ( کلاسترهای کوچک )
پارامترهای دیسک :
۱- زمانی :
زمان استوانه چوبی seek time : زمان لازم جهت انتقال هد به سیلندرمورد نظر S
زمان درنگ دورانی : زمان لازم برای چرخش دیسک تا اینکه نوک خواندن نوشتن به اول اطلاعات برسد r
نرخ انتقال : تعداد بیتی که در هر ثانیه ز دیسک انتقال داده شود.(۵ mb/s)
2- ظرفیتی :
تعداد رویه ( تعداد هد )، تعداد سیلندر (شیار در رویه )، تعدا سکتور (سکتور در شیار)، اندازه سکتور ۵۱۲B ، چگالی (Track per Inch=TPI) و Bit per Inch(BPI) و یا بیت در اینچ مربع
واحد سرعت چرخش ديسك ها:Rotation per minute (RPM) دور در دقيقه(Floppy :hard 5000 )
-براي آنكه زمان دستيابي به حداقل خود برسد بهتر آن است كه هنگام ذخيره سازي اطلاعات ،فايل ها بر وي يك شيار –بروي يك سيلندر –بروي سيلندرهاي مجاورذخيره شود.
فهرست بندي ديسك ها :
ايجاد سكتور هاي بروي ديسك:
-سخت افزاري:hard sector تقسيم شيارها توسط كارخانه صورت مي گيرد.
-نرم افزاري:soft hard تقسيم شيارها توسط سيستم عامل صورت مي گيرد.
Soft hard در اين روش لازم است در ابتداي هر سكتور اطلاعات مربوط به آن سكتور از قبيل طول آن مشخص شود.
BLOCK 2 GAP ABLOCK1 GAP
GAP … DELA 1 DELETE GAP

فلاپي ديسك:
حجم كمتر نسبت به هارد ديسك ها .در فلاپي ديسك ها ،هد كاملاٌ به سطح فلاپي تماس پيدا مي كند.
Drum :استوانه اي است كه در سطح آن (خارجي) اطلاعات قرار مي كيرد.اغلب براي هر شيار يك هد وجود دارد.(هدثابت) ولي اگر تعداد هد ها از شيارها كمتر باشد هدها متحرك مي شوند.

ديسك هاي نوري :
از نور ليزر جهت ذخيره سازي اطلاعات استفاده مي شود.
CD :مزايا:ظرفيت بالا ،قيمت پايين تر ،دوام آنها
معايب :زمان استوانه جويي و نرخ انتقال آنها پايين است.(Kb/s 150)
(digital video disk ) DVD

MO (نوري مغناطيسي)
ديسك هاي مغناطيسي:سرعت چرخش ثابت (سرعت دوراني ثابت) و سرعت خطي متغير (سرعت خطي در شيارهاي بيروني بيشتر مي باشد) دسترسي به داده ها در ديسك (شماره سكتور ،شماره سيلندر ،شماره هد)
CD :داده ها در CD ها بروي يك شيار حلزوني از مركز تا اطراف CD ذخيره مي شوند (۵KM) با توجه به اينكه CD ها در ابتدا براي ذخيره سازي داده هاي صوتي استفاده شدند خصوصيات زير را دارا شدند:

فضاي ذخيره سازي زياد
-مهم نبودن جستجو و سرعت زياد به آنها ،(۲K/S) سرعت دسترسي به اطلاعات در CD ها
سرعت خطي در CD ها ثابت است (شيارها با سرعت ثابتي از زير هد نوري رد شوند تا اطلاعات خوانده شوند)
براي آن كه سرعت خطي ثابت باشد بايد سرعت چرخش CD هنگام خواندن شيارهاي بيروني كم شود وبالعكس (سرعت زاويه اي ثابت نيست)
مزيت سرعت خطي ثابت در CD ها آن است كه ظرفيت را بالا ميبرد ولي روش مشخصي براي پرش به موقعيتي مشخص ندارد.
آدرس دهي در CD ها :
در CD ها هر ثانيه ،۷۵ سكتور تقسيم بندي مي شود ،هر سكتور ۲KB مي باشد وحداقل ۱ ساعت اطلاعات را ذخيره مي كند.
روش آدرس دهي (سكتور :ثاتيه :دقيقه)
تكنيك هاي ضبط مغناطيسي اطلاعات:
مثبت –منفي – خنثي :از لحاظ مغناطيسي شدن سطح
نحوه ذخیره سازی هارد های با کنترلر IDE
نحوه ذخیره سازی هارد های SATA نحوه عملکرد CD

۱-باز گشت به صفر (Retu rn to zero)RZ
2- بي بازگشت به صفر(Non return to zero)NRZ
3-بازگشت به صفر معكوس(Non Retorn to zero Inverted) NRZI
4-كد كردن فاز (Run length Limit) RLL
5-FM از روش NRZI استفاده شده همراه با تغيير پالس بين هر بت اطلاعاتي
۶- MFM همانند بالا با اين تفاوت كه بت تغيير به طول نيم كلاتك بين دو صفر متوالي صورت مي گيرد.(روش استفاده شده در فلاپي ها )
۷- PE

۱:در اين روش در نقاطي عمل ضبط صورت نمي گيرد ،جريان مثبت نشان دهنده ۱ ،و جريان منفي نشان دهنده صفر مي باشد.
۲:نواحي خنثي در اين روش نداريم ،جريان مثبت ۱،جريان منفي صفر را نشان مي دهند. ( در اين روش يك ها و صفر هاي پي در پي تغييري در شار به وجود نمي آورند)

۳: در اين روش تغيير شار نشان دهنده يك و عدم تغيير شار نشان دهنده صفر مي باشد.

نكته :تعداد تغيير شارها در واحد طول روي چگالي نوار تاثير مي گذارد.هر چه تغيير شارها كمتر باشد چگالي نوار بيشتر است.
۴:كد T : نشان دهنده تغيير وضعيت
كدN :عدم تغيير وضعيت
RLL(2 -7) بين هر T حداقل N2 و حداكثر N7 وجود دارد.(محدوده پايين براي محدود كردن محل تغيير فلوي مغناطيسي و محدوده بالايي براي جلوگيري از دوره هاي طولاني بدون تغيير)

مفاهيم اوليه ذخيره سازي اطلاعات:
۱- كوچكترين واحد معنا دار براي ذخيره سازي فيلد مي باشد.
۲- ركورد:مجموعه اي از فيلد ها-ركورد مجموعه اي از اطلاعات از يك نوع موجوديت از يك محيط عملياتي كه مي خواهيم ذخيره كنيم.
اطلاعاتي درباره يك موجوديت (صفات خاصه):مقدار صفت خاصه ،اسم صفت خاصه
موجوديت:مفهومي كه مي خواهيم در مورد آن اطلاعاتي را ذخيره كنيم.
محيط عملياتي:محيطي كه مي خواهيم براي آن يك سيستم ذخيره بازيابي ايجاد كنيم.
نحوه قرار دادن فيلدها در ركورد:
۱- فيلد با طول ثابت واز قبل تعيين شده :اتلاف حافظه (وجود فضاهاي خالي)،محدود بودن طول فيلد براي داده هاي احتمالي بزرگتر .اين روش براي داده هايي كه طول آنها تغيير نمي كند مناسب است.(معمولي،شماره دانشجويي،….)
RECORD 1
NAME FAMILY TALE ADDRESS
15 20 10 20
2- قرار دادن طول هر فيلد در ابتداي هر فيلد
___۱۵___ __۱۰__
۳- استفاده از كاراكتر ويژه در انتهاي هر فيلد
_______ _______ _______
۴- به كار بردن نام فيلد به همراه داده ي آن(مزيت اين روش :۱-جابجايي فيلدها ۲-در صورت عدم وجود مقدار يك فيلد مي توان آن را ذخيره ننمود.)
WEM FAMILY
_______ __________ ___________
انواع ركورد ها:
۱-ركوردها با طول ثابت و مكاني (تعداد،مكان و طول فيلد ها در نمونه هاي مختلف يكسان است)
۲-ركورد با طول غيرثابت وغيرمكاني(تعداد،مكان و طول فيلدها ممكن است متغير باشند):
الف:تعداد فيلدها در ركوردها ي مختلف يكسان باشد اما طول هر فيلد متفاوت باشد.
ب:ذخيره طول ركورد در اول هر ركورد
ج:استفاده از يك فايل انديس براي نگهداري آدرس شروع ركوردها
د: ذخيره يك علامت ويژه در انتهاي هر ركورد
دلايل متغير بودن طول ركورد :
۱- متغير بودن طول فيلدها
۲- متغير بودن تعداد فيلدها (صفت خاصه)
۳- گروه اطلاع تكرار شونده (تعداد درس گرفته شده توسط شما كه مي خواهيم نام آن را بياوريم)

ديدگاه ركورد:
۱-انتزاعي :نگاه كلي به ركورد به صورت مستقل از جنبه نمايشي آن Abstrective
2-منطقي: ركورد از ديد پردازشگر فايل (ديدگاه برنامه نويس به ركورد)Logical Record
RECORD

۳-فيزيكي:ركورد در سطح محيط ذخيره سازي همانگونه كه ذخيره مي شود Stored Record (بخش كنترلي توسط سيستم فايل به ركورد اضافه مي شود واز ديد برنامه مخفي است)
RECORD NETA SECTION

بخش كنترلي :
طول ركورد :پرچم هاي عملياتي روي ركوردها و اطلاعات وضعيتي و راهنمايي Flog ها(حذف منطقي و فيزيكي)
نوع ركورد:اطلاعات بعضي ساختارها
اشاره گرها:براي ايجاد ارتباط منطقي ركورد ها استفاده ميشود (ركوردها از لحاظ منطقي پشت سر هم مي باشند ولي از لحاظ ذخيره سازي اين گونه نيست)
………
A
B
C

فايل File
فايل دنباله اي از پايت ها ذخيره شده در حافظه جانبي (مجموعه اي از نمونه هاي مختلف يك يا چند ركورد با ساختار مشخص)

بلاك بندي Blocking
بلاك : مجموعه اي از تعدادي ركورد باطول و محدوده معين (واحد مبادله بين رسانه وماشين)
نحوه ي مشخص كردن طول ركورد در بلاك :
۱-ركوردها طول ثابت داشته باشند :در اين حالت بايد يكبار طول ركورد در بلاك ذخيره شود كه اين كار در راهنماي فايل File Directory صورت مي گيرد.
۲- ركوردها طول متغير داشته باشند:درج نشانگر پايان ركورد-درج طول ركورد به عنوان يك فيلد در ابتداي ركورد –ايجاد جدول مكان نما- ذخيره كردن طول ركورد در يك جدول
تعاريف:BF ضريب بلاك بندي :B iocking Fector تعدادركورد هاي موجود در هر بلاك

W :حافظه هرز :
W1: حافظه COP(بلا استفاده به طولC )
W2:حافظه هرز ناشي از نگنجيدن ركورد دربلاك
W3:حافظه هرز ناشي از نگنجيدن ركورد در شيار (يك بلاك را نمي توان بين دو شيار تقسيم كرد)
:WBحافظه هرز به ازاء هر بلاك
WR:حافظه هرز به ازاءهر ركورد
Tf :تعداد بلاك در شيار
n :تعداد ركورد
b: تعداد بلاك ها
B: اندازه هر بلاك (بدون محاسبه حافظه هرز )
R: اندازه هر ركورد(متوسط طول ركورد بدون محاسبه حافظه هرز)