ذخیره و بازیابی اطلاعات

تعریف حافظه

هر دستگاهی که قادر به نگهداری اطلاعات باشد به نحوی که استفاده کننده از آن بتواند به اطلاعات مورد نیاز در هر لحظه ای که لازم باشد دسترسی داشته باشد .حافظه ها به دو دسته تقسیم می شوند:

1- حافظه های درون ماشینی که پردازنده مستقیما با آن ارتباط دارد.

2- حافظه های برون ماشینی.

خصوصیات و ویژیگیهای انواع حافظه

1- نوشتن و خواندن: هر حافظه باید این قابلیت را داشته باشد که در آن بتوان اطلات را نوشت ( درج کرد) و یا بتوان از آن اطلاعات را خواند ( بازیابی کرد) مانند رمها و هارد دیسک .

2- قابلیت دستیابی پذیری : هر حافظه را می توان با استفاده از مکانیزم ادرس دهی مورد دستیابی قرار داد . دستیابی ممکن است به منظور خواندن یا نوشتن در حافظه صورت گیرد . مدت زمانی را بین لحظه دستور خواندن یا نوشتن در حافظه و زمانیکه داده دستیابی می شود را زمان دستیابی یا access time گفته می شود.

3- آدرس پذیر بودن : هر حافظه مجهز به یک مکانیزم آدرس است به تعبیر دیگر می توان به کمک این قابلیت به مکانهایی از حافظه دسترسی پیدا کرد .

4- نرخ انتقال یا سرعت انتقال : به میزان اطلاعاتی که در واحد زمان در حافظه قابل انتقال است نرخ انتقال گفته می شود و واحد آن بایت در ثانیه است .

5- ظرفیت : هر حافظه دارای ظرفیتی است که با بیت یا بایت یا با آدرس پارامترهای وابسته بیان می شود .

6- مانا یا نامانا بودن اطلاعات : برخی از حافظه ها اطلاعات را بصورت دائمی اطلاعات را نگهداری میکند ( مانا) . و برخی حافظه ها اطلاعات را بصورت ناموقت در خود ذخیره میکند ( نامانا )

ذخیره و بازیابی اطلاعات

دلایل بکار گیری انواع مختلف رسانه های ذخیره سازی

1- حافظه های درون ماشینی دارای حافظه های محدود می باشند .

2- لزومی ندارد که همه اطلاعات مورد نیاز برای یک محیط عملیاتی همیشه در حافظه درون ماشینی باشد بلکه باید آن دسته از اطلاعات که مورد نیاز برای اجرای برنامه باشد در حافظه درون ماشینی وجود اشته باشد.

3- رسانه های ذخیره سازی سریع ” حافظه های درون ماشینی “غالبا گران هستند.

4- حجم اطلاعات ذخیره سازی روز به روز به صورت تصاعدی در حال افزایش است و ما نمی توانیم این حجم عظیم اطلاعات را در حافظه نگهداری نماییم.

5- حافظه های درون ماشینی معمولا نامانا هستند و اطلاعات را نمی توان بصورت دائم در خود نگهداری نمایند.

مقایسه حافظه های درون ماشینی و برون ماشینی

1- ظرفیت حافظه های برون ماشینی نسبت به حافظه های درون ماشینی بیشتر است.

2- هزینه یک بایت اطلاعات در حافظه درون ماشینی بسیار بیشتر از هزینه حافظه های برون ماشینی می باشد.

3- سرعت دسترسی به اطلاعات در حافظه های درون ماشینی بسیار بیشتر از حافظه های بیرون ماشینی می باشد.

رده بندی حافظه ها ( سلسله مراتب حافظه ها) بر اساس افزایش ظرفیت و کاهش

سرعت و هزینه

1- ثبات

2- حافظه نهان ( cash)

3- ram

4- دیسک سخت

5- دیسک نوری

6- دیسک مغناطیسی

انواع حافظه های برون ماشینی

1-کارت و نوار منگنه شدنی

2- نوار مغناطیسی

3- دیسک مغناطیسی

4- طبله یا درام

5- دیسک نوری

6- دیسک نوری مغناطیسی

که دانشنامه تی تیل  در ادامه به بررسی برخی از این موارد خواهد پرداخت

نوار مغناطیسی

رسانای است از جنس پلاستیک با غشای مغناطیسی اطلاعات بر روی شیارهایی که در سطوح نوار قرار گرفته شده اند ذخیره می شود . نوار مغناطیسی توسط دستگاه نوار خوان به حرکت در می اید هر دستگاه نوا رخوان دارای یک نوک خواندن و نوشتن می باشد . نوار مغناطیسی اصولا برای پردازش ترتیبی یا پی در پی اطلاعات استفاده می گردد.

نکته : در نوار برای هر کاراکتر یک بیت parity وجود دارد که به ان parity عرضی یا کاراکتری می گویند . و برای هر بلاک نیز یک بیت parity وجود دارد که به آن بیت   parity طولی می گویند.

 دیسک نوار خوان مجهز به نوک نوشتن و خواندن است که می تواند اطلاعات را بر روی نوار بخواند و بنویسد.

چگالی نوار

تعدادبیت قابل ضبط در هر اینچ را چگالی نوار می گویند . چگالی را با واحد بیت در اینچ ( bpi) تعریف می کنند.

گپ gap

فضایی است بلااستفاده (هرز) بین دو رکورد یا دو بلاگ که برای تنظیم سرعت حرکت هد خواندن و نوشتن استفاده می شود.به فضای هرز بین دو رکورد irg ( inter record gap) به فضای هرز بین دو بلاگ ibg ( inter block gap ) گفته می شود .

نکته : در فضای گپ هیچ اطلاعاتی خوانده یا نوشته نمی شود.

پارامترهای اساسی نوار

1-سرعت

2- چگالی

3 -نرخ انتقال

که در واقع می توان دسته بندی دیگری نیز بیان کرد :

1- پارامتر های ظرفیتی (چگالی ,طول نوار)

2 – پارامتر های زمانی(سرعت ,نرخ انتقال,زمان حرکت و توقف)

دیسک مغناطیسی

نوار مغناطیسی دارای محدودیت هایی است که یکی از انها قرار گرفتن داده ها به صورت ترتیبی روی نوار می باشند که امکان دسترسی مستقیم به اطلاعات را مقدور نمی سازند. دیسک مغناطیسی رسانه ای است با امکان دسترسی مستقیم به داده های ذخیره شده . دیسک مغناطیسی دارای صفحه ای است دوار حول یک محور عمودی بر روی این صفحه دوایر با شیار های متحدالمرکزی وجود دارد که داده ها به صورت سریالی در این شیار ها قرار می گیرند . اطلاعات بر روی این شیار ها توسط بازوی خواندن و نوشتن نوشته یا از ان خوانده می شود .

دسته بندی دیسک ها

دیسک ها را از نظر نقطه نظر های مختلفی رده بندی می کنیم

1 – از نظر جا به جا شدن : دیسک های ثابت و دیسک های جا به جا شدنی

2 – از نظر ثابت بودن یا متحرک بودن  : هد خواندن و نوشتن که به دو دسته دیسک ها با نوک ثابت و دیسک ها با نوک متحرک تقسیم می شوند .

در دیسک ها با نوک ثابت بازویی که نوک خواندن و نوشتن به ان متصل است در ان حرکت نمی کند و در دیسک هایی با نوک متحرک این بازو بر روی رویی دیسک در مسیر شعاع دیسک از شیاری به شیار دیگر حرکت می کند .در دیسک ها با نوک ثابت هر شیار هد خواندن و نوشتن مخصوص خوئد را دارد و دیگر نیازی به حرکت بازو از شیار به شیار دیگر نیست . این گونه دیسک ها سریع تر و البته گرانترند .

3 – از نظر تعداد صفحاتی که روی محور عمود قرار میگیرند به دو دسته تقسیم می شوند :دیسک های تک صفحه ای ,دیسک های چند صفحه ای به دیسک های چند صفحه ای اصطلاحا  پک می گویند . یک پک با n  صفحه دارای 2n رویه است که 2n-2 رویه برای ذخیره سازی اطلاعات و 2 روییه بالایی و پایینی برای حفاظت و کنترل بیت ها استفاده می شود .

4 – از نظر جنس صفحه : به دو دسته دیسک سخت و دیسک انعطاف پذیر  (فلاپی دیسک ) تقسیم می شوند  .

تقسیمات دیسک

1- استوانه یا سیلندر : شیارهای هم شعاع بر روی صفحهای هم مرکز بر روی رویه های مختلف سیلندر می گویند .

2- شیار یا )tark) : به دوایر متحدالمرکز که اطلاعات بر روی انها در قالب 01 ذخیره می شود شیار گفته می شود.

3- سکتور یا قطاع : تقسیماتی  از شیار به اندازهای مساوی را سکتور می گویند.

دو نوع سکتور وجود دارد

1- سکتور سخت افزاری که توسط سازنده دیسک ایجاد می شود .

2- سکتور نرم افزاری  توسط سیستم فایل با سیستم عامل ایجاد می گردد و ضریبی از سکتور سخت افزاری است .

همانطور که از تعریف بالا بر می آید با توجه به دایره ای بودن شیارها ممکن است این مطلب استنباط گردد که سکتورهای خارجی به دلیل طول بیشتر میزان اطلاعات ذخیره شده ( چگالی اطلاعات)  بیشتری نسبت به شیارهای داخلی دارد در حالیکه این مطلب صحت نداشته و در تمام شیارها میزان اطلاعات ذخیره شده یکسان می باشد و فقط در شیارهای بیرونی فضای هر زبیشتری خواهیم داشت . البته در دیسکهای امروزی شیارهای بیرونی به تعداد سکتورهای بیشتری نسبت به شیارهای درونی تقسیم می شوند که این امر موجب به هدر رفتن کمتر اطلاعات می شود .

پارامترهای دیسک را به دو دسته کلی تقسیم می کنند

1- پارامترهای ظرفیتی: شامل سکتور در شیار ,تعداد شیارهای هر رویه یا صفحه ، تعداد صفحات دیسک ،

2- پارامترهای زمانی : زمان استوانه جویی، زمان انتظار دورانی، سرعت گردش دیسک و نرخ انتقال.

زمان استوانه جویی

زمانی است که جهت رسیدن نوک خواندن و نوشتن و قرار گرفتن بر روی استوانه ای که اطلاعات مورد نظر ما بر روی آن قرار دارد صرف می شود و آنرا با s نمایش می دهند و واحد آن میلی ثانیه می باشد.

زمان انتظار دورانی

زمانیکه پس از رسیدن نوک خواندن و نوشتن بر روی استوانه مورد نظر باید سپری شود تا داده مورد نظر به زیر نوک خواندن و نوشتن برسد و واحد آن ملی ثانیه است . و متوسط ان را r نمایش می دهیم که نصف زمان لازم برای یک دور دیسک (2r)  می باشد.

سرعت گردش دیسک

مقدار دورهای دیسک در دقیقه می باشد و با rpm (rotation per minut( نمایش داده می شود و واحد ان دور در دقیقه است.

نرخ انتقال

تعداد بایتی که در یک ثانیه به رسانه منقل یا از رسانه به سیستم منتقل می شود .

  فرمت بندی شیارها در دیسک

این فرمت بندی در سیستمهای مختلف متفاوت است . بطور کلی دو دسته فرمت بندی داریم :

1- سخت افزار ی( hard sector)

2- نرم افزاری ( soft sector)

در فرمت بندی سخت افزاری تقسیم بندی های دیسک از قبیل شیار و سکتور از قبل مشخص شده است و توسط شرکت سازنده تایین می گردد و قابل تعغیر نمی باشد . در حالی که در فرمت بندی نرم افزاری این تنظیمات را از طریق نرم افزار انجام می دهیم که اطلاعات موجود در مورد هر داده می تواند شامل اطلاعات حفاظتی طول داده بیت های پریتی و غیره باشد .

دیسک نوری

در این دیسک ها برای ذخیره سازی اطلاعات از نور لیزر به جای مغناطیسی کردن استفاده می گردد استفاده از این روش این مزیت را دارد که فضای کمتری برای ذخیره سازی یک بیت مصرف می شود .

  برای خواندن اطلاعات ذخیره شده بازوی اپتیکی تعغیرات بازتاب را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند . یک عدسی در داخل بازو پرتو کم توان لیزر را به لکه کوچک نوری بر روی مثیر متمرکز می کند و همچنین نور بازتاب شده از دیسک را مجددا به اشکار ساز نوری هدایت می کند .خروجی اشکار ساز نوری بر اساس توضیع  گودال های طول مثیر تعغیر می کند و سیگنال الکتریکی به دست می دهد که می توان سیگنال صدا تصویر و یا داده ها را دوباره به دست اورد .

طبله یا درام

رسانه ایست معادل با دیسک البته با نوک ثابت در واقع یک استوانه است که بر روی سطح ان دارای شیار هایی است و اطلاعات بر روی این شیار ها ذخیره می گردد .برای خواندن اطلاعات در این دستگاه برای هر شیار یک نوک خواندن و نوشتن وجود دارد بنابر این در این رسانه زمان استوانه جویی برابر صفر است .

منبع : دانشنامه تی تیل , ذخیره و بازیابی اطلاعات