[計算機概論] 第一講、Data Storage (1)

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[計算機概論] 第一講、Data Storage (1)
臺大科學教育發展中心CASE

課後感想

前陣子在 Gigabyte 做轉職後第一份軟體工程師的工作，因為部門負責的臉部辨識及人型偵測應用程式，除了軟體外，也很吃硬體效能，常常聽到同事說：

「記憶體位置、

    記憶體多少、

    用了多少、

    剩多少、

    看一下 RAM、

    你電腦有兩個 RAM、

    這塊板子要裝 SATA、

    看一下 rpm...」

想當然耳，我根本都聽不懂，Google 這些單一名詞之後，努力把他們的定義背下來，大概知道他們可以幹嘛，在幹嘛，然後過一陣子就忘記了，這堂課在 Main Memory, Mass Memory 的部分很幫我解惑。

還多知道了公司的名字 Gigabyte 原來是 2 ^ 30 ，有趣XD

另外檔案系統中，資料是分散存取的，而飛連續，所以有 pointer 有 value，資料間有 link，像是 5 Mb 的檔案 1 Mb 存在 A、2 Mb 存在 B、 2 Mb 存在 C。讓我想起寫程式時用到的資料結構： linked list，程式碼裡的 pointer & value，真的是息息相關！

然而資料不連續地儲存，難免儲存空間會產生 fragmentation problem，所以需要格式化，但是記憶體存取的次數是固定的，超過一定次數後就會壞掉😱，以後不敢沒事就格式化。

聽完這門課後，終於覺得從單點知識變成線了。

. . . . . -> 雖然還是斷斷續的線 - - - ---- -- - ---

期待他們繼續慢慢從點，變線，最後變成一幅畫～

簡記課程內容

Data Storage

二進制

好處：

• Simple 
• Logical
• unambiguous: 0, 1, only

這個世界是一個 Binary world，由 0, 1 組成。

二進制會讓表示太長

例如：要表示記憶體位置 0010111010110101 （這裡才 16 bits，現在很多都 64 bits 更長）

太冗長，所以有 16 進制

十六進制 Hexadecimal (Hex)

上面的位置就可以透過 16 進制表，表示成 2EB5，簡單多了

0010 | 1110 | 1011 | 0101

    2       E        B         5

Main Memory 主記憶體

bit 太小，通常用 cells or 1 bytes

8 bits = 1 bytes

_ _ _ _ _ _ _ _

Flip-Flop

存取資料

set 0 set 1

random accessible

現在儲存資料都是 random

循序的有例如錄音帶，錄影帶，不能跳過，要快轉

Memory Techniques

RAM (Random Access Memory)

SRAM (Static, flip-flop)

DRAM (Dynamic)

SDRAM (Synchronous DRAM)

DDR (Double Date Rate)

Dual channel（差兩個 RAM，資料寫入 2 個 bytes 時，可以各寫入一個，速度變兩倍） 

Capacity

Kilobyte: 2 ^ 10 bytes

Megabyte: 2 ^ 20 bytes

Gigabyte: 2 ^ 30 bytes

Terabyte: 2 ^ 40 bytes

現在很多硬碟出的 2T 就是 Tera

Mass Storage 硬碟

相對主記憶體，存取速度非常慢，但更穩定（不接電）

Magnetic Disk Storage System

• Access time = seek time + rotation delay

找資料的時間

seek time 是找到資料的讀寫頭，找到後資料可能不在頭，在後面，所以還要繼續轉到後面(rotation delay)

rpm 就跟 rotation delay 有關，5400 轉, 7200 轉... 越快，讀得越快

找到資料後會進入 buffer，buffer 越大也越快，資料在 buffer 整理好後才會傳給電腦

• Transfer rate: SATA 硬碟傳輸的一種標準

Representation with 0 and 1

用 0, 1 表達世界上一切的東西 => 編碼

文字

ASCII: 7 (or 8) bits（2^7 可以表達 128 個符號，後來不夠用，才有後面的衍生）

Unicode: 16 bits

ISO standard: 32 bits

數字

十進制  901

  9        0       1     representation

10^2 10^1 10^0   position's quantity

二進制 1011

  1     0    1     1      representation

2^3 2^2 2^1 2^0    position's quantity

• 把 1011 換成 10 進制：

2^3 + 2^1 + 2^0 = 8 + 2 + 1 = 11

• 把 11 變成 2 進制：一直除以 2，直到商為 0 

11 / 2 = 5...1

第一位放 1: 1

5 / 2 = 2... 1

第二位放 1: 11

2 / 2 = 1... 0 

第三位放 0: 011

1 / 2 = 0... 1

第四位放 1: 1011

圖像

• Bit Map techniques
• Pixel: Picture element 點位
• colors: RGB, HSV
• LCD, Scanner
• Vector techniques
• Scalabel
• True Type