计算机基础-数据存储

位和位存储

在计算机中，信息是以0和1的模式编码的。每一个0或者1表示一位。

布尔运算

在布尔运算中，0表示假，1表示真。
基本的布尔运算：AND（与），OR（或），ORX（异或），NOT（非）

门和触发器

门：一种给定布尔运算的输入值，可以得出对应输出值的设备。
每一种布尔运算对应一种类型的门。与门，或门，异或门，非门。
触发器：用若干门组合而成，通过设置，让输出在外界输出的刺激下记住0或者1。
门是用来进行运算，触发器是用来进行储存。

内存

一般采用半导体存储单元，包括随机存储器（RAM），只读存储器（ROM），以及高速缓存（CACHE）。RAM是其中最重要的存储器。

随机存储器（RAM）

也称为主存储器。
随机存储器（random access memory，RAM）是由独立的，可编址的存储单元（cell）组成的。
一个典型存储器的容量是8位。8位为一个字节。
计算机中没有左或者右的概念，但是通常假设存储单位的位是排成一行的。
高位端：行的左端
低位端：行的右端
最高有效位：高位端的最左一位
最低有效位：低位端的最右一位
地址：每个储存单位的编号（从0开始编号）
随机存储特性：可用任何顺序独立访问存储单元，所需要的时间与存储单元所在的位置无关。
注意：电源关闭时RAM不能保留数据，在断电以后保存在上面的数据会自动消失

只读存储器

只读存储器（Read-Only Memory，ROM）。ROM所存数据，一般是装入整机前事先写好的，只能读出，不能写入。ROM所存数据稳定，断电后所存数据也不会改变；其结构较简单，读出较方便，因而常用于存储各种固定程序和数据。

高速缓存

高速缓冲存储器是存在于主存与CPU之间的一级存储器，由静态存储芯片(SRAM)组成，容量比较小但速度比主存高得多，接近于CPU的速度。
组成：

Cache存储体（存放由主存调入的指令与数据块）
地址转换部件（建立目录表以实现主存地址到缓存地址的转换）
替换部件（在缓存已满时按一定策略进行数据块替换，并修改地址转换部件）

外存储器

也称为辅助存储器，或二级存储器。
包括磁盘，CD，DVD，磁带，闪存驱动器，固体硬盘等。

磁系统

代表：磁盘（magnetic disk）或硬盘驱动器（hard disk drive，HDD）
里面是可以旋转的薄盘片，表面有用以存储数据的磁介质涂层。
读/写磁头安装在盘片的上面或下面，当盘片旋转时，每个磁头在盘片上面或现面相对于称为磁道的圆圈转动。通过重定位读/写磁头，可以对各个同心的磁道进行存取。
柱面：一组层叠在一起的磁道
扇区：一小段磁道（所有的扇区包含同样多的位。
性能标准：

寻道时间
旋转延迟（或等待时间）
存取时间
传输速率

光系统

代表：光盘（compact disk，CD）
信息通过反射层上创建偏差的方式记录，可以通过激光检测CD快速旋转时反射层的不规则反射偏差来读取。

闪存驱动器

代表：U盘，固态硬盘，SD卡
在闪存系统中，二进制位通过电信号直接发送到存储介质中。电子信号使得该介质中二氧化硅的微小晶格截获电子，从而转换微电子电路的性质。

信息表示

文本

ASCII使用8位（即一个字节，一个存储单元）表示一个字符。
大小写英文，标点符号，数字0~9，以及某些控制信息（如回车，换行，制表符等）

数值

整数：用二进制计数法表示。
负数：用二进制补码表示，本质上是两符号相反的数相加和为0（二进制为00000000），用一些规则进行二进制的减法运算。
浮点数：
浮点数：由符号位，指数，尾数组成。其中，符号位用来控制正负，指数用来控制小数点浮动多少位（即小数点的位置），尾数是数值。

图像

将图像解释为一组点，每一个点称为一个像素。
然后，对每个像素的显示进行编码，整个图像就表示成了这些编码像素的集合，这个集合称为位图。

声音

按有规律的时间间隔对声波的振幅进行采样，并记录所得到的数值序列。

视频

图像沿时间维度的变换，并加之声音。

数据压缩

无损数据压缩：在压缩过程中不丢失信息
有损数据压缩：在压缩过程中丢失信息

常用的通用压缩

行程长度编码
哈夫曼编码
相对编码
字典编码
自适应字典编码

图像压缩

GIF（有损，字典编码，每个像素用一个字节表示，256种颜色存储在一个字典中）
JPEG（多种模式可选，多种压缩方法）
TIFF（行程编码的变体，存储图片及其相关信息的一个标准格式）

音频和视频压缩

MP3（删除人耳察觉不到的细节）

通信报错

奇偶校验位

在已有可用的编码系统中的模式上添加一个称为奇偶校验位的附加位。
奇校验：每一个正确的模式上都有奇数个1
偶校验：每一个正确的模式上都有偶数个1

纠错码

既能够检测出差错又能够纠正差错