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数据存储的物理基础

发布时间: 2023-03-17 20:02:39

1. 数据结构的存储方式有哪几种

数据结构的存储方式有顺序存储方法、链接存储方法、索引存储方法和散列存储方法这四种。

1、顺序存储方式:顺序存储方式就是在一块连续的存储区域一个接着一个的存放数据,把逻辑上相连的结点存储在物理位置上相邻的存储单元里,结点间的逻辑关系由存储单元的邻接挂安息来体现。顺序存储方式也称为顺序存储结构,一般采用数组或者结构数组来描述。

2、链接存储方法:它比较灵活,其不要求逻辑上相邻的结点在物理位置上相邻,结点间的逻辑关系由附加的引用字段表示。一个结点的引用字段往往指导下一个结点的存放位置。链接存储方式也称为链接式存储结构,一般在原数据项中增加应用类型来表示结点之间的位置关系。

3、索引存储方法:除建立存储结点信息外,还建立附加的索引表来标识结点的地址。它细分为两类:稠密索引:每个结点在索引表中都有一个索引项,索引项的地址指示结点所在的的存储位置;稀疏索引:一组结点在索引表中只对应一个索引项,索引项的地址指示一组结点的起始存储位置。

4、散列存储方法:就是根据结点的关键字直接计算出该结点的存储地址。

(1)数据存储的物理基础扩展阅读

顺序存储和链接存储的基本原理

在顺序存储中,每个存储空间含有所存元素本身的信息,元素之间的逻辑关系是通过数组下标位置简单计算出来的线性表的顺序存储,若一个元素存储在对应数组中的下标位置为i,则它的前驱元素在对应数组中的下标位置为i-1,它的后继元素在对应数组中的下标位置为i+1。

在链式存储结构中,存储结点不仅含有所存元素本身的信息,还含有元素之间逻辑关系的信息。数据的链式存储结构可用链接表来表示。其中data表示值域,用来存储节点的数值部分。Pl,p2,…,Pill(1n≥1)均为指针域,每个指针域为其对应的后继元素或前驱元素所在结点的存储位置。

在数据的顺序存储中,由于每个元素的存储位置都可以通过简单计算得到,所以访问元素的时间都相同;而在数据的链接存储中,由于每个元素的存储位置保存在它的前驱或后继结点中,所以只有当访问到其前驱结点或后继结点后才能够按指针访问到,访问任一元素的时间与该元素结点在链式存储结构中的位置有关。

2. 数据存储的介质

数据存储介质
凡是仅有两种稳定的物理状态,能方便地检测出处于哪种稳定状态,两种稳定状态又容易相互转换的物质或元器件,都可以用来存储二进制代码“0”和“1”,这样的物质或元器件被称为存储介质或记录介质。存储介质不同,存储信息的机理也不同。信息存储技术在近几年的发展非常迅速,各种新产品、新技术层出不穷,但从总体上看它们呈现出一种类似金字塔的结构,其中塔尖为CPU,距离CPU越近则存储速度越快,每兆字节的存储成本越昂贵,容量也越小;反之,则存储速度越慢,每兆字节的存储成本越低,容量也越大。
计算机的存储设备从体系结构上看可分为内存储器和外存储器。内存储器(即内存)直接与计算机的CPU相连,处于金字塔的最上层。它的存取速度要求能与CPU相匹配,通常由半导体存储器芯片组成,由于成本高,容量通常不太大。而对于大量数据的保存通常要使用外存储器。外存储器又可以分成几个层次。与内存储器相连接的是联机存储器(或称在线存储器),如硬磁盘机、磁盘阵列等。再下一层是后援存储器(或称近线存储器),它由存取速度比硬盘更慢的光盘机、光盘库、磁带库等设备组成。最底层是脱机存储器(或称离线存储器),由磁带机和磁带库等组成仓库,它的存取速度比较慢,仅是数量级,由于存储介质可脱机保存,可以更换,因此容量几乎是无限大。对于普通的个人计算机用户,使用硬盘、软件和光盘等存储介质来进行数据存储就已经够用了,但对于商业用户和一些网络系统来说,磁带 机、磁带库和光盘库则是必不可少的数据存储与备份设备,现在还有正在飞速发展的存储网络,能提供更为方便的数据保存方式。下面,通过不同的存储介质来看一看当今市场上流行的主机信息存储技术,按其存储原理可以分为电存储技术,如内存、闪存等;磁存储技术,如磁带、磁盘等;光存储技术,如光盘、DVD等。

3. 数据存储方式

数据存储方式有以下几种:

(1)顺序存储方法。该方法把逻辑上相邻的结点存储在物理位置上相邻的存储单元里,结点间的逻辑关系由存储单元的邻接关系来体现。由此得到的存储表示称为顺序存储结构 (Sequential Storage Structure ),通常借助程序语言的数组描述。该方法主要应用于线性的数据结构。非线性的数据结构也可通过某种线性化的方法实现顺序存储。

(2)链接存储方法。该方法不要求逻辑上相邻的结点在物理位置上亦相邻,结点间的逻辑关系由附加的指针字段表示。由此得到的存储表示称为链式存储结构(Linked Storage Structure), 通常借助于程序语言的指针类型描述。

(3)索引存储方法。该方法通常在储存结点信息的同时,还建立附加的索引表。 索引表由若干索引项组成。若每个结点在索引表中都有一个索引项,则该索引表称之为稠密索引(Dense Index )。

(4)散列存储方法,该方法的基本思想是根据结点的关键字直接计算出该结点的存储地址。

4. 在数据库中什么是数据物理存储的最主要最基本的单位

表胡弊。b是计算机内部数据储存的最基本单橘吵位。也称比特,是二进制的一裤伍族个数字,如0或1,用bit或b表示,数据在物理层就是通过表进行传输的。

5. 硬盘为什么可以存储数据,物理原理是什么

硬盘存储原理

硬盘是一种采用磁介质的数据存储设备,数据存储在密封于洁净的硬盘驱动器内腔的若干个磁盘片上。这些盘片一般是在以铝为主要成分的片基表面涂上磁性介质所形成,在磁盘片的每一面上,以转动轴为轴心、以一定的磁密度为间隔的若干个同心圆就被划分成磁道(track),每个磁道又被划分为若干个扇区(sector),数据就按扇区存放在硬盘上。在每一面上都相应地有一个读写磁头(head),所以不同磁头的所有相同位置的磁道就构成了所谓的柱面(cylinder)。传统的硬盘读写都是以柱面、磁头、扇区为寻址方式的(CHS寻址)。硬盘在上电后保持高速旋转(5400转/min以上),位于磁头臂上的磁头悬浮在磁盘表面,可以通过步进电机在不同柱面之间移动,对不同的柱面进行读写。所以在上电期间如果硬盘受到剧烈振荡,磁盘表面就容易被划伤,磁头也容易损坏,这都将给盘上存储的数据带来灾难性的后果。
硬盘的第一个扇区(0道0头1扇区)被保留为主引导扇区。在主引导区内主要有两项内容:主引导记录和硬盘分区表。主引导记录是一段程序代码,其作用主要是对硬盘上安装的操作系统进行引导;硬盘分区表则存储了硬盘的分区信息。计算机启动时将读取该扇区的数据,并对其合法性进行判断(扇区最后两个字节是否为0x55AA或0xAA55 ),如合法则跳转执行该扇区的第一条指令。所以硬盘的主引导区常常成为病毒攻击的对象,从而被篡改甚至被破坏。可引导标志:0x80为可引导分区类型标志;0表示未知;1为FAT12;4为FAT16;5为扩展分区等等。

硬盘数据结构
初买来一块硬盘,我们是没有办法使用的,你需要将它分区、格式化,然后再安装上操作系统才可以使用。就拿我们一直沿用到现在的Win9x/Me系列来说,我们一般要将硬盘分成主引导扇区、操作系统引导扇区、FAT、DIR和Data等五部分(其中只有主引导扇区是唯一的,其它的随你的分区数的增加而增加)。
主引导扇区
主引导扇区位于整个硬盘的0磁道0柱面1扇区,包括硬盘主引导记录MBR(Main Boot Record)和分区表DPT(Disk Partition Table)。其中主引导记录的作用就是检查分区表是否正确以及确定哪个分区为引导分区,并在程序结束时把该分区的启动程序(也就是操作系统引导扇区)调入内存加以执行。至于分区表,很多人都知道,以80H或00H为开始标志,以55AAH为结束标志,共64字节,位于本扇区的最末端。值得一提的是,MBR是由分区程序(例如DOS 的Fdisk.exe)产生的,不同的操作系统可能这个扇区是不尽相同。如果你有这个意向也可以自己去编写一个,只要它能完成前述的任务即可,这也是为什么能实现多系统启动的原因(说句题外话:正因为这个主引导记录容易编写,所以才出现了很多的引导区病毒)。
操作系统引导扇区
OBR(OS Boot Record)即操作系统引导扇区,通常位于硬盘的0磁道1柱面1扇区(这是对于DOS来说的,对于那些以多重引导方式启动的系统则位于相应的主分区/扩展分区的第一个扇区),是操作系统可直接访问的第一个扇区,它也包括一个引导程序和一个被称为BPB(BIOS Parameter Block)的本分区参数记录表。其实每个逻辑分区都有一个OBR,其参数视分区的大小、操作系统的类别而有所不同。引导程序的主要任务是判断本分区根目录前两个文件是否为操作系统的引导文件(例如MSDOS或者起源于MSDOS的Win9x/Me的IO.SYS和MSDOS.SYS)。如是,就把第一个文件读入内存,并把控制权交予该文件。BPB参数块记录着本分区的起始扇区、结束扇区、文件存储格式、硬盘介质描述符、根目录大小、FAT个数、分配单元(Allocation Unit,以前也称之为簇)的大小等重要参数。OBR由高级格式化程序产生(例如DOS 的Format.com)。
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文件分配表

FAT
FAT(File Allocation Table)即文件分配表,是DOS/Win9x系统的文件寻址系统,为了数据安全起见,FAT一般做两个,第二FAT为第一FAT的备份, FAT区紧接在OBR之后,其大小由本分区的大小及文件分配单元的大小决定。关于FAT的格式历来有很多选择,Microsoft 的DOS及Windows采用我们所熟悉的FAT12、FAT16和FAT32格式,但除此以外并非没有其它格式的FAT,像Windows NT、OS/2、UNIX/Linux、Novell等都有自己的文件管理方式。
目录区
DIR是Directory即根目录区的简写,DIR紧接在第二FAT表之后,只有FAT还不能定位文件在磁盘中的位置,FAT还必须和DIR配合才能准确定位文件的位置。DIR记录着每个文件(目录)的起始单元(这是最重要的)、文件的属性等。定位文件位置时,操作系统根据DIR中的起始单元,结合FAT表就可以知道文件在磁盘的具体位置及大小了。在DIR区之后,才是真正意义上的数据存储区,即DATA区。
数据区
DATA虽然占据了硬盘的绝大部分空间,但没有了前面的各部分,它对于我们来说,也只能是一些枯燥的二进制代码,没有任何意义。在这里有一点要说明的是,我们通常所说的格式化程序(指高级格式化,例如DOS下的Format程序),并没有把DATA区的数据清除,只是重写了FAT表而已,至于分区硬盘,也只是修改了MBR和OBR,绝大部分的DATA区的数据并没有被改变,这也是许多硬盘数据能够得以修复的原因。但即便如此,如MBR/OBR/FAT/DIR之一被破坏的话,也足够咱们那些所谓的DIY老鸟们忙乎半天了……需要提醒大家的是,如果你经常整理磁盘,那么你的数据区的数据可能是连续的,这样即使MBR/FAT/DIR全部坏了,我们也可以使用磁盘编辑软件(比如DOS下的DiskEdit),只要找到一个文件的起始保存位置,那么这个文件就有可能被恢复(当然了,这需要一个前提,那就是你没有覆盖这个文件……)。
硬盘分区方式
我们平时说到的分区概念,不外乎三种:主分区、扩展分区和逻辑分区。
主分区是一个比较单纯的分区,通常位于硬盘的最前面一块区域中,构成逻辑C磁盘。在主分区中,不允许再建立其它逻辑磁盘。
扩展分区的概念则比较复杂,也是造成分区和逻辑磁盘混淆的主要原因。由于硬盘仅仅为分区表保留了64个字节的存储空间,而每个分区的参数占据16个字节,故主引导扇区中总计可以存储4个分区的数据。操作系统只允许存储4个分区的数据,如果说逻辑磁盘就是分区,则系统最多只允许4个逻辑磁盘。对于具体的应用,4个逻辑磁盘往往不能满足实际需求。为了建立更多的逻辑磁盘供操作系统使用,系统引入了扩展分区的概念。
所谓扩展分区,严格地讲它不是一个实际意义的分区,它仅仅是一个指向下一个分区的指针,这种指针结构将形成一个单向链表。这样在主引导扇区中除了主分区外,仅需要存储一个被称为扩展分区的分区数据,通过这个扩展分区的数据可以找到下一个分区(实际上也就是下一个逻辑磁盘)的起始位置,以此起始位置类推可以找到所有的分区。无论系统中建立多少个逻辑磁盘,在主引导扇区中通过一个扩展分区的参数就可以逐个找到每一个逻辑磁盘。
需要特别注意的是,由于主分区之后的各个分区是通过一种单向链表的结构来实现链接的,因此,若单向链表发生问题,将导致逻辑磁盘的丢失。
数据存储原理
既然要进行数据的恢复,当然数据的存储原理我们不能不提,在这之中,我们还要介绍一下数据的删除和硬盘的格式化相关问题……
文件的读取
操作系统从目录区中读取文件信息(包括文件名、后缀名、文件大小、修改日期和文件在数据区保存的第一个簇的簇号),我们这里假设第一个簇号是0023。
操作系统从0023簇读取相应的数据,然后再找到FAT的0023单元,如果内容是文件结束标志(FF),则表示文件结束,否则内容保存数据的下一个簇的簇号,这样重复下去直到遇到文件结束标志。
文件的写入
当我们要保存文件时,操作系统首先在DIR区中找到空区写入文件名、大小和创建时间等相应信息,然后在Data区找到闲置空间将文件保存,并将Data区的第一个簇写入DIR区,其余的动作和上边的读取动作差不多。
文件的删除
看了前面的文件的读取和写入,你可能没有往下边继续看的信心了,不过放心,Win9x的文件删除工作却是很简单的,简单到只在目录区做了一点小改动――将目录区的文件的第一个字符改成了E5就表示将改文件删除了。
Fdisk和Format的一点小说明
和文件的删除类似,利用Fdisk删除再建立分区和利用Format格式化逻辑磁盘(假设你格式化的时候并没有使用/U这个无条件格式化参数)都没有将数据从DATA区直接删除,前者只是改变了分区表,后者只是修改了FAT表,因此被误删除的分区和误格式化的硬盘完全有可能恢复……

6. 数据存储的实质是利用物理材料的什么实现的(填空题)

数据存储对象包括数据流在加工过程中产生的临时文件或加工过程中需要查找的信息。数据以某种格式记录在计算机内部或外部存储介质上。数据存储要命名,这种命名要反映信息特征的组成含义。数据流反映了系统中流动的数据,表现出动态数据的特征;数据存储反映系统中静止的数据,表现出静态数据的特征