دانلود مقاله ذخیره و بازیابی اطلاعات

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 : 1- درون ماشین ماندگار (غیر فرار ) خواندنی
2- 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: * 7 شیاره * 9 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 حس : برای آن که هد بتواند اطلاعات روی نوار را بخواند باید به سرعت مناسبی برسد.

= سرعت متوسط فاکتورهای نوار مغناطیسی : پارامترهای زمانی : سرعت نوار inch/s نرخ انتقال b/s زمان حرکت – توقف (ms) 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 : روش پله ای step motor روش سیم پیچی صوتی و مکانیسم servo فاصله هد خواندن نوشتن تا صفحه حدود کمتر 0.1 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: گنجایش بیشتر ( افزایش تراکم بیتی (Bit density) یا تراکم سطح (Areal Density)= تعداد بیت ها در هر اینچ از مسیرbpi 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 1 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 1 دیسک نرم قابل جابه جایی هد متحرک چند صفحه دیسک سخت شیار track : به دوایر هم مرکز روی رویه ها – شماره گذاری از 0,1, .....

(از بیرونی ترین شیار) استوانه Sylinder: به شیارهای هم شعاع بر روی های مختلف قطاع sector: تقسیمات شیار (ظرفیت هر sector، 512 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 : 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.(5 mb/s) ظرفیتی : تعداد رویه ( تعداد هد )، تعداد سیلندر (شیار در رویه )، تعدا سکتور (سکتور در شیار)، اندازه سکتور 512B ، چگالی (Track per Inch=TPI) و Bit per Inch(BPI) و یا بیت در اینچ مربع واحد سرعت چرخش دیسک ها:Rotation per minute (RPM) دور در دقیقه(Floppy :hard 5000 ) -برای آنکه زمان دستیابی به حداقل خود برسد بهتر آن است که هنگام ذخیره سازی اطلاعات ،فایل ها بر وی یک شیار –بروی یک سیلندر –بروی سیلندرهای مجاورذخیره شود.

فهرست بندی دیسک ها : ایجاد سکتور های بروی دیسک: -سخت افزاری:hard sector تقسیم شیارها توسط کارخانه صورت می گیرد.

-نرم افزاری:soft hard تقسیم شیارها توسط سیستم عامل صورت می گیرد.

Soft hard در این روش لازم است در ابتدای هر سکتور اطلاعات مربوط به آن سکتور از قبیل طول آن مشخص شود.

فلاپی دیسک: حجم کمتر نسبت به هارد دیسک ها .در فلاپی دیسک ها ،هد کاملاٌ به سطح فلاپی تماس پیدا می کند.

Drum :استوانه ای است که در سطح آن (خارجی) اطلاعات قرار می کیرد.اغلب برای هر شیار یک هد وجود دارد.(هدثابت) ولی اگر تعداد هد ها از شیارها کمتر باشد هدها متحرک می شوند.

دیسک های نوری : از نور لیزر جهت ذخیره سازی اطلاعات استفاده می شود.

CD :مزایا:ظرفیت بالا ،قیمت پایین تر ،دوام آنها معایب :زمان استوانه جویی و نرخ انتقال آنها پایین است.(Kb/s 150) (digital video disk ) DVD MO (نوری مغناطیسی) دیسک های مغناطیسی:سرعت چرخش ثابت (سرعت دورانی ثابت) و سرعت خطی متغیر (سرعت خطی در شیارهای بیرونی بیشتر می باشد) دسترسی به داده ها در دیسک (شماره سکتور ،شماره سیلندر ،شماره هد) CD :داده ها در CD ها بروی یک شیار حلزونی از مرکز تا اطراف CD ذخیره می شوند (5KM) با توجه به اینکه CD ها در ابتدا برای ذخیره سازی داده های صوتی استفاده شدند خصوصیات زیر را دارا شدند: فضای ذخیره سازی زیاد -مهم نبودن جستجو و سرعت زیاد به آنها ،(2K/S) سرعت دسترسی به اطلاعات در CD ها سرعت خطی در CD ها ثابت است (شیارها با سرعت ثابتی از زیر هد نوری رد شوند تا اطلاعات خوانده شوند) برای آن که سرعت خطی ثابت باشد باید سرعت چرخش CD هنگام خواندن شیارهای بیرونی کم شود وبالعکس (سرعت زاویه ای ثابت نیست) مزیت سرعت خطی ثابت در CD ها آن است که ظرفیت را بالا میبرد ولی روش مشخصی برای پرش به موقعیتی مشخص ندارد.

آدرس دهی در CD ها : در CD ها هر ثانیه ،75 سکتور تقسیم بندی می شود ،هر سکتور 2KB می باشد وحداقل 1 ساعت اطلاعات را ذخیره می کند.

روش آدرس دهی (سکتور :ثاتیه :دقیقه) تکنیک های ضبط مغناطیسی اطلاعات: مثبت –منفی – خنثی :از لحاظ مغناطیسی شدن سطح 1-باز گشت به صفر (Retu rn to zero)RZ 2- بی بازگشت به صفر(Non return to zero)NRZ 3-بازگشت به صفر معکوس(Non Retorn to zero Inverted) NRZI 4-کد کردن فاز (Run length Limit) RLL 5-FM از روش NRZI استفاده شده همراه با تغییر پالس بین هر بت اطلاعاتی 6- MFM همانند بالا با این تفاوت که بت تغییر به طول نیم کلاتک بین دو صفر متوالی صورت می گیرد.(روش استفاده شده در فلاپی ها ) 7- PE 1:در این روش در نقاطی عمل ضبط صورت نمی گیرد ،جریان مثبت نشان دهنده 1 ،و جریان منفی نشان دهنده صفر می باشد.

2:نواحی خنثی در این روش نداریم ،جریان مثبت 1،جریان منفی صفر را نشان می دهند.

( در این روش یک ها و صفر های پی در پی تغییری در شار به وجود نمی آورند) 3: در این روش تغییر شار نشان دهنده یک و عدم تغییر شار نشان دهنده صفر می باشد.

نکته :تعداد تغییر شارها در واحد طول روی چگالی نوار تاثیر می گذارد.هر چه تغییر شارها کمتر باشد چگالی نوار بیشتر است.

4:کد T : نشان دهنده تغییر وضعیت کدN :عدم تغییر وضعیت RLL(2 -7) بین هر T حداقل N2 و حداکثر N7 وجود دارد.(محدوده پایین برای محدود کردن محل تغییر فلوی مغناطیسی و محدوده بالایی برای جلوگیری از دوره های طولانی بدون تغییر) مفاهیم اولیه ذخیره سازی اطلاعات: کوچکترین واحد معنا دار برای ذخیره سازی فیلد می باشد.

رکورد:مجموعه ای از فیلد ها-رکورد مجموعه ای از اطلاعات از یک نوع موجودیت از یک محیط عملیاتی که می خواهیم ذخیره کنیم.

اطلاعاتی درباره یک موجودیت (صفات خاصه):مقدار صفت خاصه ،اسم صفت خاصه موجودیت:مفهومی که می خواهیم در مورد آن اطلاعاتی را ذخیره کنیم.

محیط عملیاتی:محیطی که می خواهیم برای آن یک سیستم ذخیره بازیابی ایجاد کنیم.

نحوه قرار دادن فیلدها در رکورد: فیلد با طول ثابت واز قبل تعیین شده :اتلاف حافظه (وجود فضاهای خالی)،محدود بودن طول فیلد برای داده های احتمالی بزرگتر .این روش برای داده هایی که طول آنها تغییر نمی کند مناسب است.(معمولی،شماره دانشجویی،....) RECORD 1 NAME FAMILY TALE ADDRESS 15 20 10 20 قرار دادن طول هر فیلد