Armazenamento.

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1 Armazenamento

2 Armazenamento de dados e instruções em memória
Máquina de von Neumann Armazenamento de dados e instruções em memória 9278 9279 9280 9281 9282 9283 9284 9285 9286 dado instrução

3 Máquina de von Neumann 9278 dado 9279 9280 9281 9282 9283 9284 9285
9286 dado instrução Instruções acessam e manipulam dados, ambos previamente carregados na memória Volátil

4 Armazenamento Secundário
Instruções e dados: armazenados em meio não volátil Diferentemente da memória, não se perde quando há queda da energia elétrica Benefícios Espaço Confiabilidade Conveniência Economia

5 Espaço Armazenam o equivalente a uma sala cheia de dados em discos menores que ocupam um pequeno espaço. Um disquete pode conter aproximadamente 500 páginas impressas. Um disco óptico pode conter o equivalente a 500 livros.

6 Confiabilidade Dados guardados em armazenamento secundário estão relativamente seguros. O armazenamento secundário é confiável Maior problema: as pessoas

7 Conveniência Fácil localização das informações – Recuperação
Gravação de forma rápida – Armazenamento

8 Economia Menos dispendioso armazenar dados em disco do que comprar e abrigar armários de arquivo. Dados confiáveis e seguros têm uma manutenção menos dispendiosa. Maior velocidade e conveniência para arquivar e recuperar dados.

9 Armazenamento em Memória Secundária
Memórias secundárias – memórias lentas, baratas e grandes – Não voláteis Utilizadas para armazenar grande quantidade de dados que a memória principal não é capaz de suportar

10 Armazenamento em Fita Magnética
Fita similar à usada em cassetes de música. Usado principalmente para backup de dados armazenados em sistemas de disco.

11 Armazenamento em Fita Magnética
Primeiro tipo de memória secundária existente A fita é enrolada em um rolo alimentador, passa por uma cabeça de gravação e chega a um rolo receptor. Na cabeça de gravação informações são gravadas na fita em forma de pequenos pontos magnetizados.

12 Armazenamento em Disco Magnético
Um disco é um pedaço metal com cobertura magnetizável aplicada durante sua fabricação, geralmente de ambos os lados. Dados são representados por pontos magnetizados na superfície do disco rotativo.

13 Discos Flexíveis Em desuso. Revestidos com óxido de ferro.
Possuem a proteção de uma jaqueta de plástico rígido. Um disquete de 3,5 polegadas contém 1,44 MB de dados. Variações de alta capacidade: O HiFD, da Sony, contém 200 MB. O SuperDisk, da Imation, está disponível nas versões de 120 e 240 MB. O Zip drive, da Iomega, está disponível nas versões de 100, 250 e 750 MB.

14 Discos Rígidos Lâmina rígida revestida com óxido magnético:
Diversas lâminas podem ser combinadas em uma única pilha de discos. Cada lâmina tem seu próprio braço de acesso com uma cabeça de leitura/gravação. A cabeça é suficientemente pequena para ler ou gravar informações exatamente em uma trilha.

15 Discos Rígidos - Lendo e Escrevendo Dados
O braço de acesso movimenta a cabeça de leitura/gravação sobre uma localização em particular. A cabeça de leitura /gravação paira alguns milionésimos de polegada acima da lâmina. Se a cabeça tocar a lâmina, haverá um crash, e dados serão destruídos.

16 Discos Rígidos - Trilha
Trilha - porção circular da superfície do disco, sobre a qual passa a cabeça de leitura/gravação. Disco flexível - 80 trilhas em cada superfície Disco rígido ou mais trilhas em cada superfície de cada lâmina

17 Discos Rígidos - Setor Cada trilha é dividida em setores que contêm um número fixo de bytes. Tipicamente, 512 bytes por setor. A gravação por zonas atribui mais setores às trilhas que estão nas zonas externas do que àquelas que estão nas zonas internas.

18 Discos Rígidos - Cluster
Cluster - número fixo de setores adjacentes tratados como uma unidade de armazenamento.

19 Discos Rígidos - Cilindro
A trilha sobre cada superfície, que está sob a cabeça de leitura/gravação, em determinada posição das cabeças de leitura/gravação. Quando o arquivo é maior do que a capacidade de uma única trilha, o sistema operacional procura armazena-lo em trilhas que fazem parte do mesmo cilindro.

20 Discos Rígidos - Acesso a Disco
Para especificar um acesso a disco e sua uma transferência para memória o programa deve fornecer as seguintes informações: O cilindro e a superfície, que juntos definem uma única trilha; O número do setor onde começa a informação; O número de palavras a serem transferidas; O endereço na memória principal de onde a informação vem ou para onde vai; Se a informação é para ser lida do disco ou se é para ser escrita nele.

21 Discos Rígidos - Velocidade de Acesso a Disco
Tempo de acesso – tempo necessário para acessar dados no disco. Dependência de três fatores: Tempo de busca Comutação de cabeças Retardo rotacional Assim que os dados são encontrados, o passo seguinte é a transferência de dados.

22 Discos Rígidos - Tempo de Busca
Tempo necessário para que o braço de acesso se posicione sobre uma trilha em particular. Todos os braços de acesso se movem como uma unidade. Todos se posicionam simultaneamente sobre um conjunto de trilhas que compõe um cilindro.

23 Discos Rígidos - Comutação de Cabeças
A ativação de uma cabeça de leitura/ gravação em particular sobre uma trilha em particular. Todos os braços de acesso se movem juntos, mas somente uma cabeça de leitura/ gravação pode operar em determinado momento.

24 Discos Rígidos - Retardo Rotacional
O tempo necessário para que os dados desejados na trilha passem sob a cabeça de leitura e gravação.

25 Discos Rígidos - Transferência de Dados
O processo de transferir dados entre sua localizaçao na trilha do disco e a memória. Tempo médio de acesso: Aproximadamente 10 milissegundos

26 Armazenamento em Disco Ótico
Possuem uma capacidade de armazenamento muito superior aos discos magnéticos e devido a esta capacidade, os discos óticos têm sido objeto de grande pesquisa e vêm sofrendo uma evolução incrivelmente rápida. Armazenamento barato e compacto com maior capacidade. Um feixe laser varre o disco e capta reflexos de luz da superfície do disco.

27 Armazenamento em Disco Ótico – 1ª geração
CD-ROMs (Compact Disk Read Only Memory) Informações em um CD-ROM são escritas como um espiral único contínuo não possuindo trilhas e cilindros. Utilizados na distribuição de grandes bases de dados. Os CD-ROMs não são escrevíveis, o que limita sua utilidade como dispositivos de armazenamento de computadores.

28 Armazenamento em Disco Ótico – 2ª geração
Discos óticos WORM (Write Once Read Many) Este dispositivo permite que os usuários escrevam informações nos discos óticos, mas isso só pode ser feito uma vez. A sobreposição de arquivos não é possível, pode-se apenas acrescentar novos arquivos até que o disco esteja cheio.

29 Armazenamento em Disco Ótico – 3ª geração
Discos óticos apagáveis - RW Possibilita que os arquivos sejam escritos e apagados quando solicitado pelo usuário

30 Armazenamento em Memória Flash
A memória Flash é um chip EEPROM (electrically erasable programmable read-only memory, ou memória apenas de leitura programável e apagável eletricamente). Possui uma grade de colunas e linhas formando uma célula com dois transistores em cada interseção.

31 Armazenamento em Memória Flash
Existem dois tipos de memória flash – NAND e NOR que diferem no método de leitura e gravação de dados. NAND permite apenas acesso seqüencial aos dados. Nela, o endereçamento é mais simples e o acesso, mais rápido. NOR, geralmente usada nos chips de BIOS dos microcomputadores e nos telefones celulares, possibilita acesso arbitrário e individual a cada bloco de dados.

32 Armazenamento em Memória Flash
Os dois transistores são separados um do outro por uma fina camada de óxido. Um dos transistores é conhecido como porta flutuante e o outro é a porta de controle.

33 Armazenamento em Memória Flash
Em uma memória flash vazia (não gravada), todas as células estão com um bit 1 Bit 1 - poucos elétrons presos na porta flutuante e com passagem de corrente de uma porta a outra quando aplicadas as tensões convenientes.

34 Armazenamento em Memória Flash
Para alterar a célula (gravar o bit 0), é necessário aplicar uma tensão de 10 a 13 volts sobre a porta flutuante por meio da linha de bits. Essa tensão irá crescendo na porta flutuante, do dreno para a fonte, empurrando elétrons para o outro lado da camada de óxido. Esses elétrons (presos aí) produzem uma neutralização parcial ou mesmo total de uma eventual polarização entre a porta de controle e a fonte, de modo a não deixar ou dificultar a passagem de corrente.

35 Armazenamento em Memória Flash
Para apagar a célula, fazendo-a voltar ao estado natural (com o bit 1), é preciso neutralizar a camada de elétrons “presos” na porta flutuante. Para tal submete-se a porta de controle a uma tensão elevada.

36 Armazenamento em Memória Flash
Se o dispositivo flash estiver totalmente desligado, sem nada conectado a qualquer uma de suas células, ainda assim os elétrons permanecem “presos” na porta flutuante em cada célula. Para “ler” a informação (bit) presente na célula, é preciso aplicar uma tensão específica na porta de controle. A corrente resultante vai depender da quantidade e do arranjo dos elétrons na porta flutuante, caracterizando o dado armazenado.

37 Sistemas de Backup Imperativo ter cópias de dados importantes armazenadas longe do computador: Discos falham, ocasionalmente. Instalação de software pode causar pane no computador. Usuários cometem erros ao introduzir dados. Fita é uma mídia de backup ideal: Pode copiar o disco rígido inteiro para uma única fita em minutos. O backup pode ser programado para quando o sistema não estiver em uso.

38 Arquivos Consiste da representação da informação dentro de um computador na forma de Bits. Informações podem representar instruções ou dados. Podem ser armazenados em diversos dispositivos físicos. Um arquivo é identificado por NOME. A identificação de um arquivo é composto por duas partes separadas por um ponto, a parte após o ponto é chamada extensão que identifica o conteúdo do arquivo.

39 Organização de Arquivos
O modo como seus dados estão internamente armazenados. Quando o arquivo é criado define-se que organização será adotada.

40 Método de acesso a Arquivos
Três fatores importantes da organização de arquivos de dados determinam a forma como os arquivos serão acessado no dispositivo de armazenamento secundário: Sequencial Direta Indexada

41 Organização Sequencial de Arquivos
Os dados são armazenados em ordem sequencial: Se um registro em especial for desejado, todos os registros anteriores devem ser lidos primeiro. O armazenamento em fita magnética usa a organização sequencial. Se a fita está posicionada no início, para ler o registro n é necessário ler antes os registros físicos de 1 a n-1, um de cada vez.

42 Organização Sequencial de Arquivos
readme.txt prova.doc Aula.pdf 1 2 3 4 5 6 7 Leitura sequencial até o arquivo procurado

43 Organização Direta de Arquivos
Também chamada de acesso aleatório. Vá diretamente ao registro desejado usando uma chave: O computador não precisa ler todos os registros anteriores. Usado em armazenamentos em disco.

44 Organização Direta de Arquivos
arquivo inicio readme.txt prova.doc Aula.pdf 1 2 3 4 5 6 7

45 Organização Indexada de Arquivos
O arquivo deve possuir uma área de índice onde existam ponteiros para os diversos registros e a partir desta informação realiza-se um acesso direto. O arquivo contém um índice. O índice armazenado sequencialmente contém a chave do registro. Dados acessados pela chave do registro.

46 Organização Indexada de Arquivos
readme.txt prova.doc Aula.pdf arquivo inicio #blocos Índice

47 Sistema de Arquivos Um sistema de arquivos é um conjunto de estruturas lógicas e de rotinas, que permitem ao sistema operacional controlar o acesso ao disco rígido. Diferentes sistemas operacionais usam diferentes sistemas de arquivos.

48 Sistema de Arquivos Existem diversos sistemas de arquivos diferentes, que vão desde sistemas simples como o FAT16 até sistemas como o NTFS, EXT3 e ReiserFS, que incorporam recursos mais avançados. Para Windows, temos três sistemas de arquivos: FAT16, FAT32 e NTFS. Para Linux. temos uma variedade muito grande de sistemas de arquivos diferentes que incluem o EXT2, EXT3, ReiserFS, XFS, JFS e muitos outros.

49 Sistema de Arquivos FAT16
Sistema de arquivos utilizado pelo MS-DOS. Neste sistema existe uma Tabela de Alocação de Arquivos (File Allocation Table, FAT) que na verdade é um mapa de utilização do disco. A FAT mapeia a utilização do espaço do disco e permite que o sistema operacional saiba onde determinado arquivo se localiza no disco.

50 Sistema de Arquivos FAT16
Existem várias posições na FAT, sendo que cada posição aponta a uma área do disco. Cada posição na FAT-16 utiliza uma variável de 16 bits 216 = posições na FAT Se em cada setor cabem apenas 512 bytes, concluímos que, teoricamente, poderíamos ter discos somente de até x 512 bytes = bytes ou 32 MB. Por este motivo, o sistema FAT-16 não trabalha com setores, mas sim com clusters, que são conjuntos de setores.

51 Sistema de Arquivos FAT16
Em vez de cada posição da FAT apontar a um setor, cada posição aponta para um cluster, que é um conjunto de setores que poderá representar 1, 2, 4 ou mais setores do disco. O tamanho do cluster é definido automaticamente pelo sistema operacional quando o disco é formatado.

52 Sistema de Arquivos FAT16
Um cluster não é compartilhado entre arquivos. Um cluster só será alocado para um arquivo. Quando um arquivo de tamanho 100 KB é armazenado no disco rígido com clusters de 8 KB, este arquivo ocupará 13 clusters, ou 104 KB Desperdício de 4 KB. Conclusão: Quanto maior o tamanho do cluster, maior o desperdício.

53 Sistema de Arquivos FAT16
Outro problema: o sistema de arquivos FAT-16 não reconhece discos maiores que 2 GB. Solução: particioná-los em partições menores que 2 GB.

54 Sistema de Arquivos FAT32
Usado nas versões Windows 95 e Windows 98. O tamanho dos clusters é no FAT32 é bem menor, o que faz com que haja bem menos desperdício. 232 = posições na FAT X 512 bytes = bytes Este sistema permite que discos rígidos de até 2 terabytes sejam reconhecidos e acessados diretamente, sem a necessidade de particionamento.

55 Sistema de Arquivos NTFS
NTFS - New Technology File System Usado a partir do Windows NT. Neste sistema de arquivo não há grandes desperdícios em disco pois a menor unidade de alocação é o próprio setor de 512 bytes. A desvantagem: só podem ser utilizados em conjunto com os seus sistemas operacionais. Não pode ser usado no Windows 95, MSDOS, etc...

56 Sistema de Arquivos NTFS - MFT
Utiliza a tabela MFT (Master File Table) para registrar a utilização de cada cluster de um disco. A MFT substitui a FAT, armazenando as localizações de todos os arquivos e diretórios, incluindo os arquivos referentes ao próprio sistema de arquivos. Mapeamento: Cada entrada de arquivo ou diretório no MFT possui 2 KB, onde são armazenados o nome do arquivo e seus atributos. Sobra então uma pequena área de dados, geralmente de 1500 bytes (dependendo do espaço ocupado pelo nome e pelos atributos do arquivo) que é usada para guardar o início do arquivo. Arquivo seja muito pequeno, podem ser armazenado diretamente na entrada no MFT. Caso contrário, serão armazenados apenas os números dos clusters ocupados pelo arquivo.

57 Setores do Disco Rígido
Disco rígido formatado e dividido em clusters Setor de Boot Setores reservados para o Sistema de Arquivos Setores do Diretório Raiz Diretório raiz: Armazena nome, extensão, data de criação ou modificação, tamanho em bytes e número do cluster inicial de cada arquivo ou diretório do disco.

58 Tipos de Dados

59 Tipos de Dados Define a forma como um dado deve ser armazenado ou recuperado, bem como os possíveis valores que ele pode assumir ou as operações que podem ser efetuadas sobre os mesmos.

60 Tipos de dados Um tipo de dados determina a classe de valores que podem ser: armazenados em uma variável passados como parâmetro resultantes de uma expressão; Definição de tipos em linguagens de programação: preveni ou detecta construções incorretas em um programa determina os métodos de representação e manipulação de dados no computador

61 Tipos estruturados São tipos compostos a partir de outros tipos de dados homogêneos: todos os componentes pertencem ao mesmo tipo heterogêneos: os componentes podem ser de tipos de dados diferentes

62 Tipos Primitivos Inteiro (int, unsigned int, etc.);
Real (float, double, etc.); Lógico (bool); Caracter (char).

63 Inteiros Operações numéricas contidas no conjunto dos números inteiros: Soma, subtração, multiplicação, divisão inteira, resto da divisão; Permitem comparações de igualdade e/ou de desigualdade.

64 Reais Satisfaz as operações e comparações possíveis com tipos inteiros; Operações numéricas contidas no conjunto dos números reais: Soma, subtração, multiplicação, divisão.

65 Lógicos Permite operações lógicas (booleanas): E, OU, NÃO.

66 Caracteres Permite a representação de um único caracter;
Uma letra, dígito ou caracter especial; Operações de igualdade e desigualdade.

67 Tipos Coleções Vetor; Matriz; Campo; Registro; Conjunto.

68 Vetor Estrutura de dados homogênea unidimensional.
Coleção de dados homogêneos indexados que pode ser acessados por meio de um índice numérico.

69 Estrutura de dados homogênea Estrutura de dados do tipo CARACTER
Vetor Alunos Conjunto de Alunos = Estrutura de dados homogênea Estrutura de dados do tipo CARACTER Rosa Ana Pedro Joana José João

70 Estrutura de dados homogênea Estrutura de dados do tipo INTEIRO
Vetor Idades Conjunto de Idades = Estrutura de dados homogênea Estrutura de dados do tipo INTEIRO 23 38 47 19 26 52 29

71 Alunos Idades Índices 1. Rosa 2. Ana 3. Pedro 4. Joana 5. José 6. Ana
Vetor Alunos Idades Índices 1. Rosa 2. Ana 3. Pedro 4. Joana 5. José 6. Ana 7. João 1. 23 2. 38 3. 47 4. 19 5. 26 6. 52 7. 29

72 Matriz Matriz = Estrutura de dados homogênea multidimensional.
Coleção de dados onde cada elemento é identificado por um par de índices (linha e coluna). Linha 0 Linha 1 Linha 2 Linha 3 Coluna 0 Coluna 1 Coluna 2 Matriz =

73 Notas de 7 alunos por 5 disciplinas
Matriz Notas de 7 alunos por 5 disciplinas 1. 7,5 2. 8,0 3. 4,5 4. 9,0 5. 10,0 5,0 7. 10,0 Notas Índices 1. 2. 3. 4. 5. Disciplinas

74 Campo Um conjunto de caracteres relacionados.
Descreve uma característica de uma pessoa, lugar ou coisa. Para uma universidade, o nome de um estudante seria armazenado em um campo. Seu CPF seria armazenado em outro campo. Campo-chave – um identificador único de um registro.

75 Registro Coleção de dados heterogênea cujas informações podem ser acessadas por meio de um campo. Para uma universidade, todos os campos referentes a um aluno constituem um registro. Seus dados são logicamente relacionados mas podem ter diferentes tipos (inteiro, real, string, etc) Elementos de um registro são chamados de Campos. Aluno Nome Nascimento Curso ...

76 Registro Exemplo de associação de nomes de campos a uma dupla (inteiro , real): pessoa ( idade : inteiro , peso : real ) nota_fiscal ( quant : inteiro , valor : real) referência: pessoa.idade , pessoa.peso Uma estrutura de registro pode ser representada em uma estrutura hierárquica nome do tipo estruturado corresponde à raiz de uma árvore cada uma das folhas deve ser um tipo primitivo pessoa idade peso

77 Registro

78 Arquivo Uma coleção de registros relacionados.
Para uma universidade, todos os registros de estudantes compõem um arquivo.

79 Banco de Dados Uma coleção de arquivos relacionados armazenados com mínima redundância (duplicação). Para uma universidade, o arquivo de alunos, o arquivo de bolsistas, o arquivo do corpo docente/staff, o arquivo de cursos, o arquivo financeiro etc. comporiam um banco de dados.