1、2022-6-5北京大学1注意事项注意事项n注意事项注意事项n助教分配已完成，注意看课程网站；助教分配已完成，注意看课程网站；nEmail，电话发给助教；，电话发给助教；n上交作业的格式：标题、学号、姓名；上交作业的格式：标题、学号、姓名；2022-6-5北京大学2内容回顾内容回顾n前讲问题前讲问题n计算机是什么？计算机是什么？n冯诺依曼体系结构是怎样？冯诺依曼体系结构是怎样？n操作系统的基本功能是什么？操作系统的基本功能是什么？第三讲第三讲 信息的编码、存储与管理信息的编码、存储与管理北京大学北京大学 信息科学技术学院信息科学技术学院20222022年年6 6月月5 5日日2022-6-5北
2、京大学4本讲内容本讲内容n数制转换及二进制运算数制转换及二进制运算n数制及数制转换、二进制数的运算n数字化原理数字化原理n声音、图像、视频等信息的编码n信息的输入与输出信息的输入与输出n键盘/鼠标输入、显示打印输出等等n信息存储的原理及设备信息存储的原理及设备n存储介质、存储器及其工作原理n信息的管理信息的管理n文件系统、数据库数制转换及二进制运算数制转换及二进制运算2022-6-5北京大学6数制及数制转换数制及数制转换n数制也称计数制，是指用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法。按进位的方法进行计数，称为进位计数制。计算机系统中几种常用进位计数制：n 十位制十位制(Decimal no
3、tation)n 二进制二进制(Binary notation)n 八进制八进制(Octal notation)n 十六进制数十六进制数(Hexdecimal notation)计算能力等价计算能力等价2022-6-5北京大学7数制及数制转换数制及数制转换n十进制数的特点是用十个数码(09)表示所有的数，基数是10，采用逢十进一的记数方法。n二进制数的特点是用两个数码(01)表示所有的数，基数是2，采用逢二进一的记数方法，n八进制数的特点是用八个数码(07)表示所有的数，基数是8，采用逢八进一的记数方法。n十六进制数的特点是用十六个数码(0F)表示所有的数，基数是16，采用逢十六进一的记数方法
4、。2022-6-5北京大学8数制及数制转换数制及数制转换2022-6-5北京大学9例例: 十进制数十进制数253在不同数制下的表示在不同数制下的表示253 = 2102 + 5101 + 3100 = An2n + A(n-1)2(n-1) + + A121 + A020 = Bm8m + B(m-1)8(m-1) + + B181 + B080 = Ck16k+C(k-1)16(k-1) +C1 161+C0 160AnA(n-1)A1A0 ： 二进制数BmB(m-1)B1B0 ： 十进制数CkC(k-1)C1C0 ： 十六进制数数制及数制转换数制及数制转换2022-6-5北京大学10 不同
5、数制之间的转换，实质是基数间的转换。一般转换的原则是：如果两个有理数如果两个有理数相等，则两数的整数部分和小数部分一定相等，则两数的整数部分和小数部分一定分别相等。分别相等。因此，各数制之间进行转换时，通常对整数部分和小数部分分别进行转换。数制及数制转换数制及数制转换2022-6-5北京大学11整数的转换整数的转换数制及数制转换数制及数制转换十进制数转换成二进制数十进制数转换成二进制数 把十进制数转换为二进制数的方法是：整数转换用“除2取余法”；小数转换用“乘2取整法”。111111012022-6-5北京大学12十进制数转换成二进制数十进制数转换成二进制数 将(0.745)10转换成四位二进
6、制小数，转换过程如下：0.7452 1.490 取出整数取出整数10.4902 0.980 取出整数取出整数00.9802 1.960 取出整数取出整数10.9602 1.920 取出整数取出整数10.920 转换结束转换结束 这里，第四次乘积的小数部分不为0，但已满足题目所要求的精度，所以， (0.745)10 (0.1011)2。显然，在转换过程中，做的乘法次数越多，结果就越精确。小数的转换小数的转换数制及数制转换数制及数制转换2022-6-5北京大学13十进制数转换成八进制数和十六进制数十进制数转换成八进制数和十六进制数 十进制数转换成八进制数的方法是：整数部分转换采用“除8取余法”；小
7、数部分转换采用“乘8取整法”。 十进制数转换成十六进制数的方法是：整数部分转换采用“除16取余法”；小数部分转换采用“乘16取整法”。数制及数制转换数制及数制转换2022-6-5北京大学14二进制与八进制及十六进制之间的转换二进制与八进制及十六进制之间的转换数制及数制转换数制及数制转换2022-6-5北京大学15非十进制数转换成十进制数非十进制数转换成十进制数 非十进制数转换成十进制数的方法是，把各个非十进制数按权展开求和即可。即把二进制数（或八进制数，或十六进制数）写成2（或8或者16）的各次幂之和的形式，然后计算其结果。11111101.1011 = 127 + 126 + 125 + 1
8、24 + 123 + 122 + 021 + 120 + 12-1 + 02-2 + 12-3 + 12-4 = 253.6875(375)8 = 382 + 781 + 580 = 253(FD)16 =D161 + F160 = 253.745精度原因数制及数制转换数制及数制转换2022-6-5北京大学16数制及数制转换数制及数制转换n问题：任意2个数制之间的转换方法？n如15进制数转换为12进制，该如何进行？2022-6-5北京大学17二进制数的运算n在计算机内部，最基本的数制表示是二进制。其运算包括：n算术运算：加、减、乘、除n逻辑运算：与、或、非、异或2022-6-5北京大学18二进
9、制数的算术运算二进制数的算术运算 加法加法减法减法二进制数的运算二进制数的运算2022-6-5北京大学19二进制数的算术运算二进制数的算术运算 乘法乘法除法除法二进制数的运算二进制数的运算(10001111)2(6)10(38)10(6)10(2)102022-6-5北京大学20二进制数的逻辑运算：没有进位，按位运算二进制数的逻辑运算：没有进位，按位运算逻辑非逻辑非 单操作数运算： 1 0； 0 1逻辑或逻辑或 | 双操作数运算：0 | 0 = 0；0 | 1 = 1 1 | 0 = 1；1 | 1 = 1逻辑与逻辑与 & 双操作数运算：0 & 0 = 0；0 & 1 = 0 1 & 0 =
10、0；1 & 1 = 1逻辑异或逻辑异或 双操作数运算：0 0 = 0；0 1 = 1 1 0 = 1；1 1 = 0! 11010 = 00101 11001 | 01101 11101 11001 & 01101 01001 11001 01101 10100二进制数的运算二进制数的运算数字化原理数字化原理2022-6-5北京大学22“冯.偌依曼体系结构” 的基本思路：q 由运算器、存储器、控制器、I/O设备五大部分组成。q 程序与数据预先存入主存，工作时连续自动高速顺序执行。即“存储程序”思想。q 采用二进制形式表示数据和指令。 虽然现实生活中的数据其表现形式多种多样，但在现在虽然现实生活
11、中的数据其表现形式多种多样，但在现在的计算机内部，一律采用二进制表示数据和指令。的计算机内部，一律采用二进制表示数据和指令。数字化原理数字化原理常见的数据类型常见的数据类型计算机内的数据n计算机内的数据采用统一的数据表示法n位(bit): 存储在计算机中的最小数据单位, 0 或1n位模式: 表示数据的位序列, 或位流n字节(byte): 长度为8的位模式称为字节2022-6-5北京大学25q 指令编码q 数值表示q 字符编码q声音编码q 图像编码q 影像编码q 基本编码规则数字化原理数字化原理2022-6-5北京大学26 将计算机内部所能进行的各种基本操作用二进制数表示出来，以便于计算机的识别
12、于运行。如：q 加法加法 00000001q 减法减法 00000010q 乘法乘法 00000011q 除法除法 00000100q 跳转跳转 00000101q 则：1 + 3 可以表示为 00000001 00000001 000000112 * 4 可以表示为 00000010 00000011 00000100每条指令，都用固定每条指令，都用固定长度的二进制数表示长度的二进制数表示数字化原理数字化原理指令的编码指令的编码2022-6-5北京大学27 在计算机内部，由于要运算等因素，并不是直接以原始的二进制数本身来存储的，而是要经过一定的编码，包括：原码、原码、反码和补码反码和补码。有
13、关这三种码的含义及其所表示的数据的方式（整数和浮点数），有兴趣的同学可以在课后阅读有关文献。 此外，计算机内用来表示数据的二进制位数也不是无限的，往往用固定位数固定位数来表示数据，因此，其表达的数据范围是有限有限的的（在“程序设计程序设计”中会涉及）：p 8位：0255（28 - 1） 字节p 16位：065535（216 - 1）p 32位：040亿（232 - 1）p 64位：天文数字（264）数字化原理数字化原理数值的表示数值的表示2022-6-5北京大学28字符的编码字符的编码 ASCII码是美国国家标准信息交换码(American National Standard Code for
14、 Information Interchange)的简称，是目前国际上使用最广泛的字符编码。ASCII码的编码规则为： 每个字符用7位二进制数位二进制数(d6d5d4d3d2d1d0)来表示，7位二进制共有128种状态(27 = 128 )，可表示128个字符，7位编码的取值范围为00000001111111。在计算机内，每个字符的ASCII码用1个字节( 8位)来存放，字节的最高位( d7)为校验位校验位，通常用“ 0”来填充，后7位 (d6d5d4d3d2d1d0)为编码值。7位编码的ASCII码字符集包括了128个字符，称为标准的ASCII码字符集。字符编码：字符编码：ASCII码码20
15、22-6-5北京大学29ASCII码码字符编码：字符编码：ASCII码码A：010000012022-6-5北京大学301、常用汉字有30005000个，无法用一个字节编码无法用一个字节编码。2、我国公布的通用汉字字符集(基本集)及其交换码标准GB2312-80共收集了7445个字符，用两个字节两个字节编码表示一个字符，每个字节最高位为0。GB2312-80编码简称国标码国标码。3、汉字内码内码是汉字在计算机内部存储、处理和传输用的信息编码。它必须与ASCII码兼容但又不能冲突。内码是把国标码两个字节的最高位置“1”得到的。字符编码：汉字编码字符编码：汉字编码2022-6-5北京大学31 声音
16、是随时间变化的声波波形。与颜色类似，对声音波形需要进行离散化采样。声波的离散化采样是在两个维度上独立进行的。从时间维上进行时间的离散化（按一定的均匀时间间隔采样），同时，每一个采样点的高度值（声音波形的振幅）也是经过离散化，纪录为n个bit的整数编码。两者合在一起表示了声音波形的编码文件。这种记录声音的方式称为声音的波形编码波形编码。 声音的编码声音的编码2022-6-5北京大学32 采样点的时间间隔越小，就与原始波形函数越符合。声音编码中的“采样频率”，指得就是单位时间对声音波形的采样次数。采样频率用Hz（赫兹）为单位，每秒钟采样500次即为500Hz。显然，采样频率高的声音记录质量会更好一
17、些，为此所用的存储空间也大一些。 音乐CD的采样频率为44.1KHz。为了存储一首4分钟长的歌曲，假定它是双声道，每声道2字节的采样值，一次采样需要占用32bit。这样每1秒钟的音乐就需要441004160K字节，总计需要460160K36MB。需要的存储容量是非常大的。 声音的编码声音的编码2022-6-5北京大学33以颜色码以颜色码为基础，为基础，将原始连续信息离散化为网格点，记录每个网格点的颜色值。2色色分辨率分辨率图像的编码：点阵表示图像的编码：点阵表示2022-6-5北京大学34图像的编码：点阵表示图像的编码：点阵表示2022-6-5北京大学35 数字化电影（影像）主要是由时间上连续
18、序列的数字化图片再加上数字化声音的合成体。影像是在时间和空间上对活动场景的离散采样。影像中的一张图片是对某一时刻场景的空间离散采样，称为影像的一帧。每秒约每秒约25帧的连续帧采样就形成影像，这是和人眼的视觉效果有关。帧的连续帧采样就形成影像，这是和人眼的视觉效果有关。通常一秒钟需要采样24帧左右，才能在视觉上感知为连续影像。当每秒钟采集的影像帧再减少，视觉上会有断续感，效果变差。如果多于30帧/秒，视觉基本上没有区别了，因为人眼的分辩能力有限。 影像所需要的存储空间非常大。存储10分钟的640480的真彩色连续影像，按照每秒钟25帧计算，不包括声音信息，需要（6404803 byte25帧帧1
19、0分钟分钟60秒）秒）个字节，大约14GB( 13824M) 字节。 与影像相比，动画通常是将矢量图形作为每一帧来存储，数据量比之影像要小很多。影像的编码影像的编码2022-6-5北京大学36目标数据集合大小目标数据集合大小 C C 2k则最小则最小K为编码位数为编码位数（例）大写字母A, B, C, D, , X, Y, Z共26个( 32 = 25)大写字母集合 5 bit的编码集合(0000011001)映射规则：不多不少映射规则：不多不少 , 一一对应一一对应映射的不变量：映射的不变量： 序（大小）保持不变序（大小）保持不变数字化原理数字化原理基本编码规则基本编码规则二进制位数是关键！
20、二进制位数是关键！2022-6-5北京大学37编码的关键是：编码的关键是： 离散对象类离散对象类 的集合分析的集合分析键盘编码 ：分析 构成文字 的基本元素集1. 大小写字母 集合大小 522. 数字和标点符号（ 可打印标点符号）集合 42A B C D E X Y Z a b c d e x y z , ! “ # $ % & ( ) * + - . / 0 .9 : ; ? _ | 一共包括了 94 种不同的可打印符号，二进制编码需要 7 位。数字化原理数字化原理基本编码规则基本编码规则信息的输入与输出信息的输入与输出2022-6-5北京大学39 信息输入工作的实质就是把形式纷繁、丰富多彩
21、的信息形式统统转化为计算机内部二进制数字形式。 计算机系统信息处理的二值特性以及信息的编码方式，决定了硬件的输入设备的基本原理。不同的输入设备，根据其输入信息的编码特点，利用其自身的物理电路特性物理电路特性，完成需采集信息的二进制编码采集二进制编码采集，并通过缆线传输到计算机内部 。信息的输入信息的输入2022-6-5北京大学40输入设备将采集的信息转换成二进制（根据信息的编码规则）信息以二进制形式输入计算机信息的输入信息的输入2022-6-5北京大学41q 输入设备产生信号q 通过连接线路进入计算机q 操作系统与输入设备驱动程序协作，接收输入信号q 应用软件或操作系统本身对输入信号进行解释处
22、理、编码q 应用软件或操作系统将编码后的数据存储到存储设备中q 必要的时候，应用软件或操作系统从存储设备中读取出来，进行解码，并通过相关输出设备显示出来通信线路二进制流输入设备计算机内部硬件的作用软件的作用每种设备都能产生每种设备都能产生自己的二进制信号自己的二进制信号信息的输入信息的输入2022-6-5北京大学42信息的输入信息的输入2022-6-5北京大学43 计算机的输入信息，按其用途，可以分为以下几类：q 计算机程序q 数据：计算机程序处理的对象，如文字、数值、图形图像、声音等等。q 操作命令：与计算机（操作系统）的交互q 用户响应：与应用程序的交互信息的输入信息的输入2022-6-5
23、北京大学44 计算机信息处理所得到的结果应该采取某种形式送往外部世界，供人们使用。计算机的输出就是要把结果信息以方便的形式呈现在人们面前。 “输出”过程要解决的问题是进行信息表示形式的转换，刚好与“输入”过程相反，是要恢复信息的本来面目：即输出设备利用其自身的物理电路特物理电路特性性，将二进制信息变换为人们易于接受和理解的人们易于接受和理解的视听形式（或其他形式）。信息的输出信息的输出2022-6-5北京大学45信息以二进制形式从计算机输出由输出设备将二进制信息展示出来（根据信息的编码还要做适当的转换）信息的输出信息的输出2022-6-5北京大学46q 应用软件或操作系统从存储设备（或其他渠道
24、）中读取信息q 应用软件或操作系统将信息转换成输出设备相关的（人们易于接受）信息形式q 操作系统与输出设备驱动程序协作，产生输出设备所需的输出信号q 通过连接线路进入输出设备q 输出设备接收信号，并以自己的方式展示出来：屏幕、纸、声音等通信线路二进制流输出设备计算机内部硬件的作用软件的作用每种设备都能接收每种设备都能接收自己的二进制信号自己的二进制信号信息的输出信息的输出2022-6-5北京大学47信息的输出信息的输出2022-6-5北京大学48 可视化就是把信息表现为用户阅览思考所适用的形式。 最典型的两种可视输出形式是：q “文本”形式q “图形”形式目前另外一种广泛的非可视输出形式就是“
25、声音”。另外两个输出概念（针对可视输出）：q软拷贝：输出到显示器屏幕q硬拷贝：输出到纸上信息的输出信息的输出计算机信息的表示与存储计算机信息的表示与存储2022-6-5北京大学50计算机信息的表示与存储计算机信息的表示与存储q 计算机通过二进制数0/1序列来表示信息q 计算机存储设备：利用半导体固态材料、磁性材料、光学材料和其他各种可兹利用的物理介质q 根据材料的不同，有些设备需要电源才能保持存储能力（硅半导体存储），有些则不需要（铁磁存储、光存储）q 存储设备（半导体/磁性材料）使用电磁力保持物质状态( 0 or 1)，从而达到存储信息的目的，一般不会由于外界干扰力而丢失，不会因时间而衰亡；
26、q 外界使用 读命令，可以读出其状态 0 or 1，但不破坏原有物质状态；q 外界使用 写命令，可以改变其状态 0 or 1，使其物质状态发生变化（01 or 10）；计算机信息的表示与存储计算机信息的表示与存储2022-6-5北京大学51存储容量的量化单位存储容量的量化单位p 位（bit）：计算存储的基本单位，表示0/1的基本单位 p 字节（Byte）：8个bit为1字节 p 千字节（KB）：存储容量一般使用2的整数幂次，所以1KB表示的是210 = 1024个字节。p 兆字节（MB，Mega Byte）：百万字节，220字节 p 千兆（吉）字节（GB，Giga Byte）：十亿字节，230
27、字节p 兆兆字节（TB，Tera Byte）：万亿字节，240字节 通常在市场上购买存储设备时，其标出的容量单位是按十进制换算的。粗略地1KB1000B，1MB1000KB，1GB1000MB，1TB1000GB。 现在的存储需求已经达到了现在的存储需求已经达到了PBPB级：级：1PB1PB1000TB1000TB。计算机信息的表示与存储计算机信息的表示与存储2022-6-5北京大学52计算机系统基本结构计算机系统基本结构计算机信息的分层存储原计算机信息的分层存储原理理2022-6-5北京大学53与信息存储有关的部件CPU(寄存器）高速缓存高速缓存主存储器外存储器 主存储器里存放正在运行的程序
28、和数据，而在外围存储器（外存，包括硬磁盘、软磁盘、光盘、和磁带等）则存放着更大量的备用信息。计算机系统所需要的系统软件和应用软件都存储在外存储器中。 计算机信息的分层存储原计算机信息的分层存储原理理2022-6-5北京大学54存储器硬件的金字塔结构存储器硬件的金字塔结构寄存器高速缓存主存储器软磁盘硬盘其它外存设备速度越来越快速度越来越快容量越来越大容量越来越大计算机信息的分层存储原计算机信息的分层存储原理理2022-6-5北京大学55寄存器寄存器位于金字塔顶端的是计算机中工作速度最快又最紧缺的存储资源：CPU中的“寄存器”。“寄存器”是高速存储单元，其工作速度与信息处理的运算部件合拍工作速度与
29、信息处理的运算部件合拍，一次存取数据所花费的时间大约是从零点一纳秒到十纳秒零点一纳秒到十纳秒的量级。从信息传输的通路上看，寄存器与处理部件距离最 近，处理部件执行指令时一般都直接对寄存器进行操作。这样的寄存器制作成本很高，一个CPU芯片中通常只配备几十个寄存器（也有的芯片含寄存器数量更多一些）。计算机信息的分层存储原计算机信息的分层存储原理理2022-6-5北京大学56主存储器主存储器从塔尖往下一个层次，是主存储器（常简称为“主存”或“内存”），计算机系统工作时主存里存放着与当前工作有关的程序和数据。主存储器目前采用超大规模集成电路技术制造的半导体存储芯片组成，主存储器访问一次（读写一次）的时
30、间通常在几十纳秒几十纳秒的数量级。今天主存的存储芯片一般被安装制成标准存储模块（俗称“内存条”），以一个（或一组）模块为单位安装到计算机印制电路板（例如微机的主机板）的标准插槽里。有限数量的主板存储模块插槽对计算有限数量的主板存储模块插槽对计算机的主存储器最大容量是一种限制。机的主存储器最大容量是一种限制。计算机系统一个重要功能指标就是主存容量的大小，在其他指标相同的情况下，主存储器大的计算机能够运行更大的程序，速度也更快。计算机信息的分层存储原计算机信息的分层存储原理理2022-6-5北京大学57高速缓存高速缓存q 与 CPU 工作节拍相比，主存储器的速度显得太慢（“速度比”一般是一比十），
31、这种情况使主存访问速度成为制约 CPU 能力发挥的一个主要因素。由于 CPU 每执行一条指令都要由存储器取指令，指令执行中还可能需要存取相关数据。也就是说，在一条指令执行过程中，在一条指令执行过程中，CPU 可能几次访问主存储器可能几次访问主存储器，访问花费的时间当然都是指令执行所花费时间的一部分。由于主存储器跟不上 CPU 的节拍，那就会使 CPU 空闲等待。虽然今天已经有制造速度更高的存储器的技术，但由于生产成本过高，不适宜用于生产大容量的主存储器芯片。q 为了缓和CPU与主存储器之间的速度矛盾，在 CPU 和主存储器之间设置一个缓冲性的高速存储部件（硬件），这个部件称为高速缓存（简称“缓
32、存”，英文词是cache）。q 命中和失误计算机信息的分层存储原计算机信息的分层存储原理理2022-6-5北京大学58外部存储设备外部存储设备金字塔中，位于主存储器下面一个层次的是各种外围存储设备，包括常见的磁盘、磁带、光盘存储器磁盘、磁带、光盘存储器等。这些存储器的共同特点是存储容量大，单位存储价格便宜。外存储器采用磁性的或其他的方式存储信息，其存储方式的一个重要特点就是非易失性非易失性，不需要外部提供能量就可以保持存储媒介上的信息不丢失。另一方面，这类存储设备的数据访问速度比主存储器慢得多。外存储器的这些特点正好与主存互为补充，共同支撑着整个计算机存储体系的有效功能。计算机信息的分层存储原
33、计算机信息的分层存储原理理2022-6-5北京大学59寄存器、高速缓存、主存储器是计算机系统进行信息处理时所需要的临时信息存储设备临时信息存储设备，因此，这类往往需要加载电源才能工作，一旦掉电，就不能保存任何信息。而外存储器则往往具有非易失性，不需要外部提供能量就可以保持存储媒介上的信息不丢失。CPU(寄存器）高速缓存主存储器外存储器计算机信息的分层存储原计算机信息的分层存储原理理外部存储设备的结构特点和工作原理外部存储设备的结构特点和工作原理2022-6-5北京大学61q 软盘及软驱q 硬磁盘q 磁带及磁带机q 光盘及光盘驱动器q 优盘及闪存卡外部存储设备的结构特点和工作原理外部存储设备的结
34、构特点和工作原理2022-6-5北京大学62面surface，道track，扇区sector磁性外部存储设备的基本结构磁性外部存储设备的基本结构 SectorTrack (0,1,)2022-6-5北京大学63读写头硬盘外观硬盘外观硬盘结构硬盘结构n 面surfacen 道trackn 扇区sectorn 柱面cylinder硬盘的外观与结构硬盘的外观与结构2022-6-5北京大学64巨磁电阻效应n1988年，费尔和格林贝格尔各自独立发现了“巨磁电阻”效应：非常弱小的磁性变化就能导致巨大电阻变化。n当硬盘体积不断变小，容量却不断变大时，势必要求磁盘上每一个被划分出来的独立区域越来越小，这些区域
35、所记录的磁信号也就越来越弱。借助“巨磁电阻”效应，人们才得以制造出更加灵敏的数据读出头，使越来越弱的磁信号依然能够被清晰读出，并且转换成清晰的电流变化。n1997年，第一个基于“巨磁电阻”效应的数据读出头问世，并很快引发了硬盘的“大容量、小型化”革命。2007年度诺贝尔物理学奖法国科学家法国科学家阿尔贝阿尔贝费尔费尔德国科学家彼得德国科学家彼得格林贝格尔格林贝格尔硬盘体积越来越小硬盘体积越来越小容量越来越大容量越来越大2022-6-5北京大学65磁带的外观：磁带的外观：盒式盒式与盘式与盘式磁带信息存储方式磁带信息存储方式磁带的外观及信息存储方式2022-6-5北京大学66光盘表面：光盘表面：0
36、/1光盘外观光盘外观光盘驱动器工作原理光盘驱动器工作原理光盘外观及读写工作原理光盘外观及读写工作原理2022-6-5北京大学67 优盘，又称闪存卡，是一种采用闪存（Flash Memory）和USB（Universal Serial Bus）接口技术相结合的存储设备。 闪存是一种学名为EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)的半导体存储设备，微型计算机主板上的BIOS芯片就是一种电可擦写的闪存芯片。 USB是一种能够保证把计算机内部的IDE硬盘总线与外部的存储设备互连互通的接口技术。 优盘类似于磁盘存储，具有非易失
37、的存储特点，在无电源的条件下所存储信息也不会丢失。优盘比软盘和光盘的尺寸更为小巧，便于随身携带，是一种很好的移动存储设备。优盘和闪存卡优盘和闪存卡2022-6-5北京大学68优盘和闪存卡：优盘和闪存卡：16M x G移动硬盘移动硬盘各种优盘和闪存卡各种优盘和闪存卡信息的管理信息的管理2022-6-5北京大学70 外存储设备（硬件）构成了信息存储的物质基础，怎样将物理存储的信息有效地组织和管理起来，便于人们使用，是计算机系统必须面临的一个重要问题。在计算机系统中，是通过文件文件和文件系统文件系统（软件）来组织和管理存储在外存储设备（硬件）上的信息的。 一个文件文件指的是包装在一起的一组信息，这些
38、信息保存在外存储器中，存储在一起，作为一个整体被命名，可以独立地被使用、修改、更新和删除，一个文件通常总是和与它有关的某些应用工作联系在一起的。一个文件的内容可以是一个能运行的应用程序、一篇文章、一个图形、一段数字化的声音信号、或者任何一批相关的有用数据，如此等等。信息的管理信息的管理文件系统文件系统2022-6-5北京大学71 文件是计算机系统的重要资源。在存储时，除了文件本身的信息内容外，系统里还需要存储与文件相关的一些重要属性信息，包括：n 文件名：文件的名字n 类型：所存储的信息类别n 位置：信息在存储器中存放的位置n 大小：文件的长度，用字节数为单位计算 n 其他：文件创建者、创建时
39、间、修改时间，等等文件系统文件系统2022-6-5北京大学72n文件的分类n文本文件：字符n二进制文件：应用程序、图形/图像文件、声音文件、n可执行文件n数据文件：往往与特定的应用软件相关联往往与特定的应用软件相关联n与应用软件匹配的各种类型的数据文件n例如：Word - *.doc 文件系统文件系统2022-6-5北京大学73 文件管理是由“文件系统文件系统”软件（它是操作系统的一个子系统，文件管理也是操作系统的一项基本工作）完成的。文件系统涉及计算机的文件的结构和文件的组织，以及负责管理文件的软件系统，一般把这两者的总和称为计算机的文件系统。文件系统需要解决两个方面的问题：p 一方面要能够
40、有效地利用外存储器硬件的存储能力，适应多种外存储设备的硬件的不同工作方式和特点；p 另一方面，要为文件的管理以及在文件上的各种各样的操作提供有效地支持。 文件系统文件系统2022-6-5北京大学74 目前，在各种操作系统里，都采用同样的方式来分类组织文件：用一种称为目录（Directory）或文件夹（File Folder）的分层树状结构把文件组织起来，使各种文件分散到目录结构的不同位置，以利于对文件的分类管理和使用。 相关概念相关概念p 路径/目录/文件夹（path）p 父目录p 子目录p 文件名n “前缀名”+“.”+“后缀名”，同一个文件夹内，不能有2个同名文件文件的组织结构文件的组织结
41、构2022-6-5北京大学75文件和文件夹（目录）文件和文件夹（目录）2022-6-5北京大学76 对数据进行有效的组织、管理和维护，可以充分发挥数据资源的作用，让它为更多的人所使用。 文件内部数据内容的组织：q 顺序存储：n 内容增加，关系复杂文件更新、维护困难q 更好地表示复杂数据通用数据管理模式n 数据库及数据库管理系统数据库系统数据库系统2022-6-5北京大学77数据库（数据库（Database）：为了满足一定范围里许多用户的需要，在计算机内建立的一组相互关联的数据集合。档案柜抽屉（放资料卡片）卡片（由多项栏目资料组成）卡片上的多项栏目资料数据库（Database）关系表（Relat
42、ion Tables）数据记录（Data Records）数据项（Data Items）数据库系统数据库系统2022-6-5北京大学78学生管理数据库系别表班级表学生表学号 姓名 籍贯 出生年月 00508010 张三 湖北咸宁湖北咸宁 1992年12月 系编号 系名 系主任 班级编号 班级名称 专业 年级 数据库系统数据库系统2022-6-5北京大学79学号姓名期中考试期末考试平时成绩总评总评取整00003008杨绪光76.00 89.00 67.00 77.60 78.00 00110107沙炜85.00 96.00 78.00 86.60 87.00 00110185林艺扬80.00 7
43、1.00 90.00 80.40 80.00 00123008刘志成86.00 81.00 80.00 81.60 82.00 00123017王辉81.00 95.00 80.00 86.20 86.00 00125069连信森93.00 97.00 95.00 95.40 95.00 学生成绩管理表学生成绩管理表数据库系统数据库系统2022-6-5北京大学80数据库管理系统数据库管理系统(Database Management System，DBMS)：支持建立和管理数据库的系统软件，它负责对数据库做严格的管理和控制，以保证数据库安全和数据库内容的完整。q 统一的结构化查询语言(Struc
44、tured Query Language，SQL)q 多层次数据存取访问接口q 运行日志服务q 数据库的维护常见DBMS系统：q dBase、FoxBase、FoxProq Oracle/SQL Server/DB2/Infomix/Sybase/Accessq Excel数据库系统数据库系统2022-6-5北京大学81本讲小结本讲小结n数制转换及二进制运算数制转换及二进制运算n数制及数制转换、二进制数的运算数制及数制转换、二进制数的运算n数字化原理数字化原理n声音、图像、视频等信息的编码声音、图像、视频等信息的编码n信息的输入与输出信息的输入与输出n键盘键盘/鼠标输入、显示打印输出等等鼠标输入、显示打印输出等等n信息存储的原理及设备信息存储的原理及设备n存储介质、存储器及其工作原理存储介质、存储器及其工作原理n信息的管理信息的管理n文件系统、数据库文件系统、数据库
