计算机存储

计算机只能看懂1和0组成的语言，所以计算机存储数据的大小就是存储了多少个1和0.

比特位bit（位）

是计算机世界中最小的存储单位，每个1或者0占据1bit，表示二进制位

字节byte

由8个二进制位构成，1字节=8比特位  即  1byte=8bit

一个英文字符占1个字节（8位），一个汉字占2个字节（16位）

1024byte = 1KB，1024KB = 1MB。往上还有GB，TB。

内存和磁盘都使用「字节单位」来存储和读写数据，使用「位单位」则无法读写数据。

对于用二进制数表示的信息，计算机不会区分它是数值、文字，还是某种图片的模式，而是「根据编写程序的各位对计算机发出的指示进行信息的处理」。

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磁盘

磁盘结构

磁盘的表面由一些磁性物质组成，可以用这些磁性物质来记录二进制数据

盘片：硬盘有多个盘片组成，每个盘片正反两面，一般在5片以内。

磁头（head）：读写盘面的设备，每个盘面对应一个磁头。（并不是只有一个磁头）

• 磁道: 同一盘片不同半径的同心圆， 是由磁头在盘片表面划出的圆形轨迹，方便数据存储

• 扇区（Sector）: 磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段，这些弧段便是磁盘的扇区，每个扇区存放512字节的数据（传统的硬盘HDD上扇区大小位512字节），扇区是硬盘的最小存储单位

• 柱面: 不同盘片相同半径构成的圆柱面，由同一半径圆的多个磁道组成

数据读写定位时，首先确定柱面，再确定盘面，最后确定扇区

重点说一下扇区，一个扇区可分为头、数据区域、尾三个部分。各个扇区存放的数据量相同。但是最内侧磁道上的扇区面积最小，因此位密度最大。

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磁盘读写性能

一次磁盘读/写操作需要的时间

寻道时间

分为俩部分：    1.启动磁头臂  2.移动磁头

延迟时间

表示在磁道找到时，中轴带动盘面旋转到目标扇区开头处的时间

传输时间

表示盘面继续转动，实际读取或写入数据的时间

一般来说，寻道时间因为要移动磁臂，所以占用的时间最长。减少寻道时间的算法

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减少寻道时间算法

FCFS先来先服务算法：根据进程请求访问磁盘的先后顺序进行调度

缺点：如果有大量进程竞争使用磁盘，请求访问的磁道很分散，则FCFS在性能上很差，寻道时间长

SSTF最短寻找时间优先：会优先处理与当前磁头最近的磁道(只保证眼前最优，但是总体未必最优)

缺点：可能会产生饥饿现象。磁头在某一个小区域来回移动，导致有些磁道访问请求永远得不到满足

SCAN扫描算法:面向磁道的公平问题

规定：只有磁头移动到最外侧磁道的时候才能往内移动。移动到最内侧磁道时才能往外移动。由于磁头移动很像电梯，也叫电梯算法

优点是解决了饥饿现象，但是

1.只有到达最外边磁道才能改变磁头移动方向。实际上没必要。。

2.对各个位置磁道的响应频率不平均

C-SCAN（一个方向的扫描）：降低磁道差别造成的磁道差异

规定：只有磁头朝某个特定方向移动时才能处理磁道访问的请求。而返回时直接快速移动至起始端不处理任何的磁道请求

缺点：

只有到达最外边磁道才能改变磁头移动方向。实际上没必要。。

LOOK边移动边观察算法：

规定：如果在磁头移动方向上已经没有别的请求。就可以立即改变磁头移动方向

C-LOOK（扫描的范围优化）：结合C-SCAN和LOOK

规定：：如果在磁头移动方向上已经没有别的请求。就可以立即让磁头返回，并且磁头只需要返回到有磁道访问请求的位置。

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空闲盘管理

空闲表法-适用“连续分配方式”

回收磁盘块。分为回收区前后是否有相邻的空闲区。。

空间盘块链

以盘块为单位组成一条空闲链

注意点：操作系统会记录链头和链尾

空间盘区链

以盘区为单位组成一条空闲链

盘区内的第一个盘块会记录该盘区的长度和指向下一个盘区的指针

注意点：操作系统会记录链头和链尾

位示图法

每个二进制位对应一个盘块。0代表盘块空闲，1代表盘块已分配。

可以用字号和位号（行号和列号）来对应一个磁盘块。

unix中使用成组链接法,对磁盘空闲块管理

超级块

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磁盘块

外存会分为一个一个磁盘块，每个磁盘块大小是相等的。且每一个磁盘块应包含2的整数幂个地址，如一个磁盘块包含2^10个地址，即1KB。

操作系统会以“块”为单位为文件分配存储空间，即使文件只有10B，但这个文件依然需要占用1KB存储空间.

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机械硬盘与固态硬盘

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文件系统

文件就是一组有意义的信息、数据集合

文件属性

文件名：对用户来说最重要的属性，同一个目录下不能又重名的文件

标识符，对用户来说无可读性。是操作系统对文件的唯一标识。

文件类型，文件在外存中的位置。

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文件共享

文件共享：多个用户可以共享使用一个文件

硬链接：基于索引结点

索引结点中会有一个属性：链接计数变量count

某个用户删除该文件时，只是把用户目录中与该文件对应的目录项删除，并使索引结点的count值减1

count=0，系统才会真正删除该文件

软链接：基于符号链

创建新的link类型文件，该link型文件记录了文件的存放路径，操作系统就可以根据记录的路径找到共享的文件。如快捷方式

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文件保护

文件保护：不同用户对文件有不同的操作权限

Authenticated users: Windows系统中所有使用用户名、密码登录并通过身份验证的账户

口令保护

口令一般会存放在文件对应的FCB或索引结点

缺点：口令保存在系统中，不够安全

加密保护

用密码对文件加密，用户想要访问文件时，需要提供相同的密码才能正确解密

优点：用户记住密码就行，不需要在系统中存储密码。保密性强

访问控制

访问控制表ACL

读写，执行。添加删除、列表清单

以组为单位，标记各组用户可以对文件有哪些操作

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文件逻辑结构

所谓逻辑结构，就是在用户角度看，文件内部数据是如何组织起来的。

无结构文件：

二进制流或字符流组成，又称“流式文件”。如txt文件

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有结构文件

由一组相似的记录组成，又称为“记录是式文件”

记录又可分为，定长记录和可变长记录

以下只讨论，有结构文件

结构文件，分为顺序文件、索引文件、索引顺序文件。

顺序文件（逻辑上）

每个记录可以是定长记录，也可以是可变长记录。但是在物理结构上可以是顺序存储也可以是链式存储

关键字

串结构：每个记录之间的顺序与关键字无关。通常按照记录存入的时间来决定顺序

顺序结构：每个记录之间的顺序按照关键字排列

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文件物理结构

所谓物理结构，就是在操作系统角度看，文件内部数据是如何组织起来的。

核心问题：怎么把逻辑块号映射为物理块号

连续分配：

要求每个文件在磁盘上占有一组连续的块。

FCB

记录存放的起始块号和长度（占用几个块）

物理块号=逻辑块号+起始块号

优点：连续块，移动磁头所需时间短

缺点：对文件的拓展很不方便，存储空间利率用低，会产生磁盘碎片

链接分配（隐式链接）

FCB记录起始块号和结束块号，且每个磁盘块都会保存指向下一个盘块的指针

访问i号逻辑块，需要i+1次磁盘io。

缺点：只支持顺序访问，不支持随机访问，查找效率低

优点：方便文件扩展，不会有碎片问题，外存利用率高

链接分配（显式链接）

FCB记录起始块号

FAT文件分配表

一个磁盘仅设置一张FAT，开机时会将FAT读入内存，并常驻。

优点：文件方便扩展，外存理论不用高，支持随机访问。地址转换不需要访问磁盘。。

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虚拟文件系统VFS

新的文件系统，必须实现操作系统VFS的要求

UFS文件系统

FAT文件系统

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文件系统类型NTFS

怎么查看电脑磁盘文件系统类型

点击C盘右击选择属性，在弹出的窗口中我们可以看到类型为本地磁盘，文件系统为NTFS格式

 就连我插入的移动机械硬盘都是NTFS

NTFS的优点：安全性和稳定性极其出色，在使用中不易产生文件碎片。它能对用户的操作进行记录，通过对用户权限进行非常严格的限制，使每个用户只能按照系统赋予的权限进行操作，充分保护了系统与数据的安全。

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CPU和GPU

CPU通常是集成化系统的大脑。 CPU包括快速存储信息和执行计算的算术逻辑单元(ALU)，以及用于执行指令序列和分支的控制单元(CU)。 CPU与更多计算机组件(例如内存，输入和输出)进行交互以执行指令。

GPU通常用于在计算机游戏中提供图像处理能力。 GPU的速度比CPU的速度快，并且它强调高吞吐量。它通常与电子设备集成在一起，以便与电子设备共享RAM，这非常适合执行最重要的计算任务。GPU包含的ALU单元多于CPU。

CPU和GPU之间的基本区别是CPU注重低延迟。而GPU强调高吞吐量。

中央处理器	GPU
1。	CPU代表中央处理器。	GPU代表图形处理单元。
2。	CPU比GPU消耗或需要更多的内存。	它消耗或需要的内存少于CPU。
3。	CPU的速度小于GPU的速度。	GPU比CPU的速度快。
4。	CPU包含微小的强大内核。	它包含更多相对弱的内核。
5。	CPU适用于串行指令处理。	而GPU不适合串行指令处理。
6。	CPU不适合并行指令处理。	而GPU适用于并行指令处理。
7。	CPU强调低延迟。	而GPU则强调高吞吐量。