دانلود مقاله محیط درون ماشینی

محیط درون ماشینی: شامل cpu و حافظه اصلی و عناصر داخلی کامپیوتر است.
محیط سیستم کامپیوتری
محیط درون ماشینی : شامل وسایل جانبی آن مثلprinter,hard disk و …
دراینجا با ذخیره سازی اطلاعات برروی وسایل برون ماشینی peripheral devices سرو کار داریم.
حافظه
تعریف حافظه :
به اطلاعات مورد هر دستگاهیکه قادر به نگهداری اطلاعات باشد به نحوی که استفاده کننده از آن بتواند در هر لحظه که لازم باشد نیازش دستیابی داشته باشد حافظه نامیده می شود.
درون ماشینی
حافظه
برون ماشینی
خصوصیات یا ویژگی های کلی حافظه :
1- نوشتن و خواندن : به خواندن اطلاعات اصطلاحاً واکشی یا Fecth گفته می شود.
2- آدرس دهی : هر حافظه ای دارای یک شیوه آدرس دهی می باشد که به کمک آن خانه هایش دستیابی می گردد مثلاً RAM آرایه ای از بایت هاست که هر کدام از یک آدرس (عدد یکتا) دارند یا هارد دیسک به صورت سه جفت عدد شماره هد و شماره سیلندر و شماره سکتور آدرس دهی می شود.
3- فرار یا غیر فرار
4- ظرفیت : که بر حسب بیت یا بایت بیان می گردد
5- قابلیت دستیابی
6- زمان دستیابی (access time) : از لحظه ای که دستور خواندن و نوشتن داده می شود تا لحظه ای که حافظه مورد نظر دستیابی شود.
7- نرخ یا سرعت انتقال (transfer rate) : مقدار اطلاعاتی که در واحد زمان از حافظه قابل انتقال است که بر حسب بایت بر ثانیه بیان می شود.
سلسله مراتب حافظه :
سلسله مراتب حافظه : افزایش سرعت دستیابی و هزینه register catche flash memory magnetic disk (hard disk ) optical disk magnetic tape بعلت محدودیت و گرانی حافظه های درون ماشینی و نیاز برنامه ها به حافظه بیشتر با توجه به حجم برای بهبود کار آیی سیستم.اطلاعات روبه گسترش نیاز به استفاده از حافظه های برون ماشینی و استفاده از ترکیب این دو ضروری است.

انواع حافظه های برون ماشینی تکنولوژی الکترومکانیکی : کارت و نوار منگنه شدنی تکنولوژی الکترومغناطیسی: نوار مغناطیسی و دیسک مغناطیسی و طبله تکنولوژی الکترو اپتیک : دیسک نوری تکنولوژی مغناطیسی نوری : دیسکهایMO نوار مغناطیسی رسانه ایست از جنس نوعی پلاستیک با غشاء فرو مغناطیس و لغزان بر ریلهای .

استفاده قرار می گیرد.فوت طول و نصف اینچ عرض دارد و برای پردازش ترتیبی اطلاعات مورد 2500 ابعاد رایج تر آن از نظر تکنولوژی ساخت به چهار دسته کلی زیر تقسیم می شود.

ریل به ریل نوار کارتریج نوار کاست نوار صوتی تطبیق داده شده با کامپیوتر نحوه ذخیره داده ها بر روی نوار به صورت رشته های بیتی بر روی شیارهایی است که در سطح نوار وجود دارند بیتهای یک شیاره وجود دارد یکی از شیارهای 9 شیاره و 7 کارکتر در عرض نوار ذخیره می شوند از نظر تعداد شیارها دو نوع نوار جهت کنترل خطا بیت پریتی استفاده می شود.

دونوع بیت پریتی عرضی و طولی وجود دارد بیت پریتی عرضی به ازاء هر کاراکتر و طولی به ازاء هر بلاک ذخیره می شود.

چگالی : در اینچ dpi به تعداد بیتهای قابل ضبط در هر اینچ نوار چگالی گفته می شود در نوار با واحد بیت بیان می گردد.

گپ : به فضای بلا استفاده بین دو گروه (blak) از کاراکترها گپ گفته می شود به گپ حافظه هرز نیز گفته می شود.

گپ 2 پلاک پلاک 1 وجود گپ برای ایستادن نوک خواندن نوشتن و یا حرکت دوباره آن لازم است زیرا برای حس برسد.آنکه نوک خوانن نوشتن بتواند داده های ذخیره شده را حس کند باید نوار به سرعتی موسوم سرعت IBG: گپ بین بلاکها V : سرعت حس نحوه ذخیره فایلها در نوار ویک (EOF) فایلها به صورت بلاکهایی پشت سرهم روی نوار ذخیره می شوند برروی نوار می توان چندین دارد فایل را ذخیره کرد دراین حالت هر فایل یک علامت ابتدا (BOF) علامت انتهای.

پارامترهای اساسی نوار عبارتند از: سرعت نوار و چگالی و نرخ انتقال دیسک مغناطیسی رسانه ایست گردان با امکان دستیابی مستقیم به داده ها و به آن اصطلاحاً DASK (Direct Access Device) گفته می شود.

دیسکها را می توان از نظر امکان جابجایی و ثابت یا متحرک بودن هد و تعداد صفحات و جنس صفحه به انواع مختلف تقسیم کرد.

تقسیمات دیسک : شیار(track) : به دوایر هم مرکز برروی رویه ها شیار گفته می شود.

استوانه (cylinder) : به شیارهای هم شعاع بر روی رویه های مختلف استوانه می گویند.

سکتور(sector) : هر شیار از تعدادی سکتور تشکیل شده است.

سه پارامتر مهم زمانی که برروی زمان دستیابی فایل اثر زیادی می گذارند عبارتند از : زمان پیگرد یا استوانه جویی(seektime) : زمان لازم جهت انتقال هد به سیلندر مورد نظر را زمان پیگرد گویند زمان پیگرد اغلب مهمترین عامل زمانی است.

زمان درنگ دورانی یا تاخیر چرخشی(rotational iatency) : پس از آنکه هد به سیلندر مورد نظر رسید زمانی برای چرخش دیسک لازم است تا سکتور مورد نظر در زیر هد قرار بگیرد که به آن درنگ دورانی گویند.

نرخ انتقال (transfer rate) : تعداد بایتی که در هر ثانیه از دیسک منتثل می شود را نزخ انتقال می گویند و واحد آن بایت در ثانیه است.

تذکر : چگالی داده ها در شیارهای بیرونی کمتر از شیارهای داخلی است ولی امروزه تلاش برای یکسان کردن این تراکم وجود دارد.

فرمت بندی دیسک شیارها را می توان به دو صورت سخت افزاری (hard sector) و نرم افزاری(soft sector) تقسیم بندی کرد.

در نوع سخت افزاری تقسیم شیار به سکتورها از قبل توسط کارخانه انجام شده و ثابت باقی می ماند.

ثابت ثابت Dat a2 Cap Dat a1 Cap در نوع نرم افزاری تقسیم بندی سکتورها به صورت نرم افزاری انجام می شود.

Dat a2 Cap Dat a1 اطلاعات مربوط به Data 1 طبله استوانه ایست که در سطح خارجی آن شیارهایی وجود دارد و اغلب برای هر شیار یک هد وجود دارد امروزه از طبله به ندرت استفاده می شود.

دیسک های نوری دلیل فضایی لازم.دراین دیسک ها به جای استفاده مغناطیس از نور برای ذخیره سازی داده ها استفاده می شود به همین جهت ذخیره سازی هر بیت کمتر است این دیسکها انواع متفاوتی دارند.

CD ROM compact Disk –Read Only Memory) مگا تا چند گیگا بایت 500 دارای ظرفیتی از است مزیت CD-ROM ها ظرفیت بالا و بهای کم و دوام آنهاست.

نوع دیگری از دیسکهای نوری به نام DVD (Digital Video Disk) است که دارای ظرفیت بالایی هستند.

دیسکهای مغناطیسی نوری بسیار بالایی هستند .این دیسکها دارای قابلیت پاک شدن و بازنویسی مجدد هستند و همانند دیسکهای نوری دارای ظرفیت موجودیت - رکورد – فیلد موجودیت : هر چیز یا شیی که بخواهیم در مورد آن اطلاعات ذخیره کنیم یک موجودیت است.

فیلد : کوچکترین واحد ما در یک موجودیت فیلد است.

رکورد: از اجتماع تعدادی فیلد یک رکورد بوجود می آید.

هر محیط با مجموعه ای از فعالیتهای مربوط به پردازش داده ها و اطلاعات را که می خواهیم برای آن یک سیستم ذخیره و بازیابی اتوماتیک ایجاد کنیم را محیط عملیاتی گویند.(سیستم ثبت نام در دانشگاه و…) انواع پیاده سازی یک سیستم 1- تکنولوژی پایگاه داده ها و بانکهای اطلاعاتی ذخیره و بازیابی اطلاعات 2- تکنولوژی سیستم فایل صفت Attribut هر نوع موجودیت (E.T) داری مجموعه ای از صفات است که باید با توجه به نیازهای اطلاعاتی،تعدادی از آنها را انتخاب نمود.

هرصفت دارای دو مؤلفه است : (1) اسم صفت خاصه (2)مقادیر صفت خاصه مثال ) نوع موجودیت : دانشجو صفات خاصه : نام، نام خانوادگی،سال ورود، رشته ، سال تولد و… مقدار صفت خاصه اسم صفت خاصه x,y = نام و نام خانوادگی c= رشته انواع پیاده سازی رکوردها از دید پردازشگر طرح با قالب ثابت و مکانی(positional) دراین طرح هر رکورد به مجموعه ای از فیلدها تقسیم بندی می شود که هر فیلد می تواند مقادیر مربوط به یک صفت خاصه آن رکورد را ذخیره کند و مکان فیلد، صفت خاصه را مشخص می کند یعنی این مطلب که مقدار یم فیلد، مربوط به کدام صفت خاصه است، توسط مکان فیلد در تعریف ساختار رکورد مشخص می شود.

دراین طرح طول یک فیلد و تعداد فیلدها درتمام نمونه های رکورد معمولاً ثابت است.

2) طرح با قالب غیر ثابت و غیر مکانی دراین طرح، هر فیلد حاوی اسم صفت خاصه و مقدار آن است و تعداد فیلدها،طول آنها و نیز محل قرار گرفتن آنها در نمونه های مختلف رکورد با یکدیگر برابر نیست.

در شکل(الف)طرح یک رکورد با قالب ثابت و مکانی و در شکل(ب) با قالب غیر ثابت و غیرمکانی داده شده است.

(شکل الف) فیلد مقادیر صفت خاصه A2 فیلد مقادیر صفت خاصه A1 (شکل ب) مقدار صفت خاصه اسم صفت خاصه «دلایل متغیر شدن طول یک رکورد» (الف) طول فیلدها ممکن است با یکدیگر تفاوت داشته باشد،مثلاً نام و نام خانوادگی افراد متغییر است،بنابر این فیلد مربوط به صفت خاصه نام و نام خانوادگی دارای طول متغییر می باشد.

(ب) متفاوت بودن تعداد صفات خاصه برای یک نوع موجودیت برای نمونه های مختلف.

مثال) نوع موجودیت دانشجو می تواند به دو دسته روزانه و شبانه تقسیم شود که دانشجوی شبانه علاوه بر داشتن صفات خاصه مربوط به دانشجوی روزانه ،ممکن دارای صفات خاصه دیگری نیز باشد.

طرح رکورد دانشجوی روزانه طرح رکورد دانشجوی شبانه (ح) گروه اطلاعاتی تکرار شونده (repcating/Group,repacating item) ممکن است چند صفت خاصه در نمونه های مختلف از رکوردهای دارای بیش از یک مقدار باشند،مثلاً در رکورد اطلاعاتی مربوط به دانشجویان یک دانشجو ممکن است در ترم جاری چندین درس داشته باشد.

رکورد منطقی (logical record) ساختار منطقی رکورد : ساختاری است که یک رکورد از نظر یک پردازشگر فایل باید N عنوان یک واحد پردازش فایل مورد پردازش قرار می گیرد .

چگونگی ذخیره سازی فیزیکی رکوردها روی رسانه های ذخیره سازی از نظر ذخیره سازی فیزیکی رکوردها دارای 2 بخش هستند : بخش داده ای همان فیلدهای یک رکورد می باشد .

بخش غیرداده ای از تعدادی فیلد اطلاعاتی مربوط به سیستم ذخیره سازی فایل تشکیل شده است که سیستم فایل جهت ذخیره کردن فیزیکی یک رکورد روی یک رسانه به آنها نیاز دارد .

اطلاعات بخش غیرداده ای در سیستمهای مختلف فایل متفاوت است و از دید پردازشگر فایل پنهان است .

به طور کلی حاوی اطلاعات زیر است : طول رکورد نوع رکورد اشاره گر یا Pointer Flag عملیاتی تعریف فایل ساختار منطقی آن یک فایل عبارتست از مجموعه ای از رکوردها از یک نوع خاص (فایل تک نوعی) یا از چند خاص (فایل چند نوعی) .

ساختار منطقی فایل ، ساختاری است که ارتباط بین رکوردها را از دید پردازشگر فایل نشان می دهد و بر اساس آن رکوردهای یک فایل تحت پردازش قرار می گیرند .

طول رکورد : به دلیل متغیر بودن طول رکوردها ، در هر رکوردباید فیلدی برای شخصی شدن طول آن در نظر گرفت .

نوع رکورد : در فایلهایی چند نوعی فیلدی برای مشخص شدن نوع هر رکورد در نظر گرفته می شود .

در فایلهای تک نوعی به این فیلد نیازی نیست .

اشاره گر (pointer) آدرسی است که باید در یک فیلد از رکورد قرار داده شود و برای پیاده سازی ساختار منطقی فایل جهت استفاده پردازشگر فایل استفاده می شود و مشخص می کند که رکوردها از لحاظ منطقی چگونه در فایل قرار گرفته اند و ترتیب دسترسی منطقی به رکوردها چگونه است و اصطلاحاً یک جوابی منطقی بین رکوردها به وجود می آورد .

جای شکلها ناهمجواری فیزیکی رکوردها در شکل سمت راست بالا (ناهمجواری فیزیکی رکوردها) خطور نبش دار ، نشان دهنده اشاره گرها یا pointer ها هستند .

Flag: عبارت از تعدادی یا بایت حاوی اطلاعاتی که سیستم از آن به منظورهای مختلفی استفاده می کند و اساساً اطلاعات وضعیتی و راهنما تلقی می شود.

بلاکها وسکتورها (Block Scctan) ظرفیت یک track یا شیار، معمولاً‌ بزرگ است؛ بهمین دلیل کپی کردن چنین تعدادی از داده‌ها به داخل حافظه می تواند زمان و فضای زیادی را بخود اختصاص دهد.

مرسوم است که یک track به چندین بلاک تقسیم می شود.

یک بلاک واحدی از داده یا data است که می تواند منتقل شود.

تقسیم بندی یک track به بلاکها می تواند توسط سخت افزار صورت گیرد که چنین واحدهای سخت افزاری را Secton می نامند.

معمولاً‌ در هر شیار (track) تعداد ثابتی Secton وجود دارد که قابلیت نگهداری تعداد ثابتی کاراکتر را دارند.

نوع دیگری از تقسیم بندی track به Secton ها وجود دارد که توسط نرم افزار صورت می گیرد که به این عمل فهرست بندی نرم افزاری گویند و توسط سیستم عامل صورت می گیرد به این نحو که سیستم عامل، علائمی را جهت تعیین مرز بلاکها ردی دیسک می نویسد.

این علائم توسط سخت افزار در حین اعمال read و writeها قابل شناسایی هستند.

عمل تقسیم بندی track ها به بلاکهای ثابت با استفاده از فرصت کردن نرم افزاری را Soft Sectoriog و عمل تقسیم بندی track ها توسط سخت افزار را hard Sectoring گویند.

اگر اندازه hard Sector ها کوچک باشد بهتر است از چند hard Sector به عنوان یک بلاک استفاده کرد.

تعریف بلاک (Block) بلاکهای مجموعه ای از رکوردها است با طول و محدوده مشخص و عملاً کوچکترین واحد داده ایست که در عمل I/O بین محیط فیزیکی بیرون ماشین و درون آن مبادله می شود و به آن رکورد فیزیکی نیز می گویند .

بین هر دو بلاک یک حافظه بلااستفاده به نام IBG (Inter block Gap) وجود دارد.

انواع رکوردهای یک فایل بلاک بندی شده Blocked بلاک بندی نشده Unblock در حالت بلاک بندی بودن رکوردها درون فایل ، اگر طول رکوردها ثابت باشد کافیست طول رکورد یکبار در سیستم فایل و عملاً در راهنمای فایل (File directory) ذخیره شود .

انواع حالاتی که یک بلاک می تواند روی یک دیسک داشته باشد: ترکیبی از چند سکتور سخت افزاری یک سکتور سخت افزاری یک شیار بخش از شیار مشخص شده توسط نرم افزار (سکتور نرم افزاری) Soft Sector (تکنیکهای تعیین محدوده رکورد در بلاک برای رکوردهای با طول متغیر 1ـ درج نشانگر پایان رکورد (End of record marker) 2ـ درج طول (Fength Identifier) 3ـ ایجاد جدول مکان نما (Position table) سه شکل (الف)، (ب) و (ج) به ترتیب این که حالت را نشان میدهد: شکل (الف) در پایان هر رکورد نشانگر پایان رکورد قرار می گیرد.

شکل (ب) هر رکورد دارای یک فیلد طول است.

شکل (ج) جدول مکان نما، حاوی آدرس نبش هر رکورد در بلاک، نسبت به آغاز بلاک است.

تکنیکهای بندی بندی رکوردها قبل از معرفی تکنیکها، نمادهای زیر را معرفی می کنیم: ـ فاکتور بندی بندی یا Bf : تعداد رکوردها در یک بلاک ـ W: میزان حافظه تلآف شده (waste) Tf: (tracking factor) عبارتست از تعداد بلاکها در هر شیار ـ WB: میزان حافظه تلف شده به ازای یک بندی ـ WR: میزان حافظه تلف شده به ازای یک رکورد تکنیک بلاک بندی رکوردها با طول ثابت و به صورت یکپارچه (unspanned) و یا دو پاره (Spanned) در بلاک بندی یکپارچه (unspanned) محتوی همه رکوردها کاملاً در یک بلاک قرار می گیرد.

در بلاک بندی رکوردها با طول ثابت و به صورت یکپارچه داریم: B: طول یک block مخصوص رکوردها R: طول یک رکورد روش اول :طول ثابت B W1 W2×+ Bf W1+= مقدار فضای هدر رفته به ازای هر بلاک روش دوم : متغیر دوپاره L W G P G + + Bf + P × (m+l)= مقدار فضای هدر رفته به ازای هر بلاک روش سوم : متغیر تک پاره G + + Bf (m+l)= مقدار فضای هدر رفته به ازای هر بلاک حال با توجه به مطالب گفته شده به حل دو مسأله می پردازیم : مثال : 1) یک فایل با یک میلیون رکورد 100 بایتی داریم .

می خواهیم این اطلاعات را روی یک نوار مغناطیسی ذخیره کنیم .

چگالی آن bpi 6250 وgap=0.3inch است .

اگر بلاک فاکتور ما یک باشد و یا در وضعیت بعدی Bf = 50 باشد به ازای هر کدام از این وضعیتها چه طولی از این نوار مغناطیسی پر می شود ؟

داده های مسئله رکورد file = 1/000/000 بایت Recad = 100 6250 bpi= چگالی a) Bf=1 b) Bf = 50 حل مسأله طول بلاک به ازای Bf=1 طول بلاک به ازای Bf= 50 در حالت اول زمان جستجو در حالت دوم مثال 2 ) یک دیسک داریم که هر شیار آن 20000 بایت اطلاعات ذخیره می شود .

حجم رکورد هایمان هم 100 بایتی است Gap = 300b است .

به ازای Bf = 60 , Bf=10 در این حالت در هر شیار چند block می توان ذخیره کرد .

داده های مسئله 20000 = اندازه هز شیار بایت = طول هر رکورد Gap = 300 b Bf = 10 Bf= 60 حل مسئله تعداد block ذخیره در هر شیار به ازای Bf = 10 تعداد block ذخیره شده درهر شیار به ازای Bf = 60 تعریف لوکالیتی: میزان همجواری رکورد منطقی بعدی نسبت به رکورد فعلی بر روی حافظه را لوکا‌لیتی گویند .

در یک بلاک باشد = V و 0 = S (s=seektime , r= rotation tim ) روی سیلندر باشد S= 0 , V>0 کلاً شیار ها باهم فر4ق کنند S>0,V=0 حالت بعدی S>0 , V>0 V1V2……….Vn A1=V1A2=V2,….Ai=Vi شماره دانشجویینامآدرسسال ورودرشتهشهریه دروس شماره دانشجویینامآدرسسال ورودرشتهشهریه دروسهزینه خوابگاه Date sectionNon date section R1R2R3R4R5...

R1R2R3