نحوه ذخیره و بازیابی در حافظه های جانبی

مقدمه به هر وسیله ای که توانایی حفظ و نگهداری اطلاعات را داشته باشد به گونه ای که کاربر بتواند در هر زمان به داده ها ی آن دستیابی ( access ) داشته باشد را حافظه می گویند .
حافظه ها به دو دسته کلی تقسیم می شوند : 1- حافظه اولیه (اصلی – درون ماشینی) که پردازنده جهت اجرای برنامه ها مستقیما با آن سر و کار دارد .2- حافظه ثانویه ( جانبی- برون ماشین ) که جهت ضبط اطلاعات فایل ها به کار می روند .ما در این مقاله تنها با حافظه های جانبی سر و کار داریم و از یک نظر می توان گفت سیستم های کامپیوتری از دو بخش محیط درون ماشینی و محیط برون ماشینی تشکیل یافته اند . منظور از محیط درون ماشینی پردازنده . حافظه اصلی و عناصر داخلی کامپیوتر است و منظور از محیط درون ماشینی تجهیزات جانبی آن مثل هارد دیسک پرینتر و غیره می باشد .
ما در این مقاله با ذخیره سازی اطلاعات بر روی تجهیزات برون ماشینی سر و کار داریم .


ویژگی های کلی حافظه
فرار و غیر فرار : حافظه هایی که با رفتن برق اطلاعات آنها از بین می رود حافظه های فرار
( Volatile ) و آنهایی که با رفتن برق داده های خود را حفظ می کنند غیر فرار ( non volatile ) می باشند و حافظه های اصلی اغلب فرار و حافظه های جانبی غیر فرار می باشند.
خواندنی یا نوشتنی : بعضی حافظه ها مثل RAM یا هارد دیسک خواندنی نوشتنی هستند . ولی بعضی دیگر مثل CD_ROM فقط خواندنی هستند . به خواندن اطلاعات از حافظه اصطلاحا واکشی یا fetch گفته می شود .
آدرس دهی : هر حافظه ای دارای یک شیوه آدرس دهی می باشد که به کمک آن خانه هایش دستیابی می گردد . مثلا حافظه RAM آرایه ای از بایتهاست که هر کدام یک آدرس ( عدد یکتا ) دارند . یا هارد دیسک به صورت سه جفت عدد ( شماره هد- شماره سیلندر – شماره سکتور ) آدرس دهی می شوند .
ظرفیت : ظرفیت حافظه بر حسب بیت یا بایت بیان می گردد .
زمان دستیابی ( Access time ) : از لحظه ای که دستور خواندن و نوشتن داده می شود تا هنگامی که حافظه مورد نظر مورد دستیابی قرار می گیرد را زمان دستیابی گویند . مثلا زمان دستیابی حافظه RAM حدود 120 نانو ثانیه و زمان دستیابی دیسک حدود 30 میلی ثانیه است . یعنی از این نظر RAM در حدود 250 برابر سریعتر از دیسک می باشد . نرخ یا سرعت انتقال ( Transfer rate ): مقدار اطلاعاتی است که در واحد زمان از حافظه قابل انتقال است و یکی از واحد های آن بایت در ثانیه است .
سلسله مراتب حافظه ها :
در کامپیوتر های امروزی عموما سلسله مراتبی از حافظه ( مثل cache ,RAM و دیسک ) استفاده می شود . چند علت برای این امر عبارت است از :
1- حافظه اصلی RAM در حال حاضر همچنان محدودیت ظرفیتی دارند ( مثلا حدود 256MB یا 1GB )
2- فقط بخشی از اطلاعات برنامه های در حال اجرا لازم است در حافظه اصلی قرار گیرد و لازم نیست تمام بخشهای همه برنامه ها به حافظه RAM آورده شود .
3- حافظه های سریع گران هستند .
4- اندازه اطلاعاتی که انسان امروزی زخیره می کند خیلی زیاد است و به صورت تصاعدی نیز زیادتر می شود . این حجم عظیم داده ها را نمی توان در حافظه اصلی نگهداری کرد .
5- حافظه های درون ماشینی اغلب فرار هستند و داده های آنها با رفتن برق از بین می رود .
6- بسیاری از برنامه ها به حافظه ای بیشتر از RAM نیاز دارند . در این حال مثلا از بخشی از دیسک به عنوان حافظه مجازی استفاده می کنند .
7- هنگامی که چندین پردازنده می خواهند به صورت موازی به اطلاعاتی دسترسی داشته باشند می توان آن اطلاعات را مثلا بر روی دیسک به اشتراک گذاشت.
پس در عمل جهت به کارگیری مزایای حافظه های درون ماشینی ( سرعت زیاد ) و برون ماشینی ( ظرفیت بالا و هزینه کم و ماندگار بودن ) ترکیبی از آن دو در کامپیوتر ها استفاده کرد .
در لیستی از حافظه که در زیر آمده به ترتیب ظرفیت ها افزایش یافته و سرعت و هزینه ها کاهش می یابد :
1-ثبات 2-حافظه های cache یا نهان 3- حافظه اصلی 4- حافظه فلاش (Flash ) 5- دیسک مغناطیسی 6- دیسک نوری 7- نوار مغناطیسی
منظور از ذخیره و بازیابی اطلاعات(ساختار فایل)
منظور از ساختار فایل سازماندهی داده ها روی دستگاههای ذخیره سازی ثانویه است . به عبارت دیگر نحوه ذخیره داده ها در فایل ها و عملیات لازم برای دستیابی به داده ها بر روی حافظه های جانبی . بهینه کردن طراحی ساختار فایل ها ممکن است باعث گردد تا برنامه ها صدها بار سریعتر اجرا گردند . امروزه اغلب برای ذخیره و بازیابی از حافظه دیسک استفاده می گردد و مشکل اصلی در طراحی ساختار فایل زمان نسبتا زیادی است که برای بازیابی اطلاعات از دیسک لازم است . مهمترین فاکتور در طراحی ساختار فایلها به حداقل رساندن تعداد دستیابی به دیسک و به حداکثر رساندن احتمال وجود اطلاعات مورد نیاز در حافظه اصلی است .
در این طراحی سعی بر آن است که اطلاعات مورد نیاز را در صورت امکان تنها با یک بار مراجعه به دیسک بدست آوریم . زمانی که محتویات فایلها تغییر نمی کند رسیدن به این هدف چندان سخت نیست ولی هنگامی که فایلها بر اثر حذف و اضافه کوچک و بزرگ می شوند حفظ این ویژگی مشکل می گردد .
بدیهی است که قبل از بررسی انواع ساختار فایلها لازم است که شناخت کافی از حافظه های مورد نیاز برای فایلها را داشته باشیم .
اگر فایلها فقط در حافظه اصلی نگهداری می شدند نیازی به علم ساختار فایلها نبود . این نیاز از آنجا ناشی می شود که زمان دستیابی در حافظه جانبی بسیار بیشتر از زمان دستیابی به حافظه اصلی است و از طرف دیگر زمان دستیابی برای همه داده ها در حافظه جانبی یکسان نمی باشد .
تاریخچه طراحی ساختار فایل
در ابتدا فایلها بر روی رسانه نوار ذخیره می شدند و بدین دلیل دستیابی به صورت ترتیبی بود و زمان دستیابی متناسب با اندازه فایل زیاد می شد . امروزه با گسترش دیسکها از نوارها تنها جهت بایگانی استفاده می گردد .
یکی از روشهای بهبود زمان دستیابی استفاده از اندیسهایی بود که به فایلها اضافه می شدند . بدین ترتیب لیستی از کلیدها و یا اشاره گر ها در یک فایل کوچک ذخیره می شوند که جستجو در آن با سرعت بیشتری انجام می پذیرد . این اندیسها ساده مشابه فایل های داده ای طبیعی ترتیبی داشته و با رشد فایله اندیسها نیز رشد کرده و مدیریت آنها مشکل می گردد .
در دهه 1960 ساختار درختی مطرح و استفاده گردید . ولی درخت ها با حذف و اضافه شدن رکوردها ممکن است به صورت نا مناسبی رشد کرده و در نتیجه باعث گردد که جستجوی یک رکورد به دستیابی های متعددی به دیسک نیاز داشته باشد .
در سال 1963 درخت دودویی خود تنظیم ( AVL ) برای اطلاعات موجود در حافظه ابداع شد . بعد ازآن سعی شد این ساختار به نحوی برای فایلها نیز استفاده گردد . مشکل اصلی آن بود که حتی با یک درخت AVL دها دستیابی برای جست و جوی یک رکورد حتی در یک فایل با اندازه متوسط مورد نیاز است . ده سال بعد این مشکل با ابداع درخت B (B-tree ) بر طرف گردید . هر چند که سرعت دستیابی درخت B خیلی خوب است ولی دستیابی ترتیبی در آن کارآمد نمی باشد . این مشکل با اضافه کردن یک لیست پیوندی به سطح پایینی درخت B بر طرف گردید . ترکیب درخت B و لیست پیوندی را درخت B می گویند . سیستم های تجاری زیادی بر مبنای درختهای B و B+ پدید آمدند .
استفاده از درخت B تضمین می کند که جستجوی یک رکورد از میان میلیون ها رکورد تنها با سه یا چهار بار مراجعه به دیسک امکان پذیر است . همچنین با استفاده از درخت B با حذف و اضافه رکوردها کارآیی تغییر نمی کند .
با آنکه توانایی جستجوی اطلاعات با 3 یا 4 بار دستیابی خیلی خوب است ولی اگر بخواهیم داده ها را با یک دستیابی بدست آوریم از روش در هم سازی ( hashing ) استفاده می کنیم . روش درهم سازی برای فایلهایی که چندان تغییر نمی کنند مناسب است . البته با در هم سازی پویا می توان اطلاعات را با یک یا حداکثر دو بار دستیابی به دیسک بدست آورد و این ربطی به اندازه فایل ندارد .
انواع حافظه های جانبی
انواع حافظه های جانبی را از نظر تکنولوژی ساخت می توان به چهار دسته زیر تقسیم کرد :
1- تکنولوژی الکترو مکانیکی: کارت و نوار منگنه شدنی
2- تکنولوژی الکترومغناطیسی : نوار مغناطیسی و دیسک و طبله
3- تکنولوژی الکترو ابتیک : دیسک نوری
4- تکنولوژی مغناطیسی نوری : دیسکهای MD
در ادامه ویژگی های کلی حافظه نوار کاغذی و دیسک نوری و CD و DVD و حافظه های مغناطیسی را برسی می کنیم .
نوار مغناطیسی
نوار مغاطیسی اصولا برای پردازش ترتیبی یا پی در پی اطلاعات استفاده می گردد . از نظر تکنولوژی ساخت نوارها را می توان به 4 دسته زیر تقسیم کرد
1- ریل به ریل 2- نوار کارتریج 3- نوار کاست 4- نوار صوتی ( منطبق شده با کامپیوتر)
فرق نوار کارتریج با نوار ریل به ریل آن است که کارتریج ها در یک محفظه پلاستیکی قرار داده شده اند تا در مقابل گرد و خاک محافظت گردند .
نحوه ذخیره داده ها بر روی نوار به صورت رشته های بیتی بر روی شیارهایی است که در سطح نوار وجود دارد . بیتهای یک کاراکتر در عرض نوار ذخیره می گردند . از نظر تعداد شیارها دو نوع نوار 7 شیاره و 9 شیاره وجود دارند . یکی از شیارهای نوار جهت کنترل خطا ( بیت پریتی ) استفاده می شود البته درنوار دو نوع پریتی وجود دارد یکی بیت پریتی عرضی و دیگری بیت پریتی طولی . شکل زیر این موضوع را نشان می دهد .





بیت پریتی عرضی به ازاء هر کاراکتر و بیت پریتی طولی به ازاء هر بلوک ذخیره می شوند
چگالی : به تعداد بیتهای قابل ضبط در هر اینج نوار چگالی گفته می شود . چگالی در نوار با واحد بیت در اینچ بیان می گردد که با توجه به نحوه ی ذخیره عرضی کاراکترها در شیارها معادل همان بایت در اینچ یا کاراکتر در اینچ می باشد
گپ: به فضای بلا استفاده بین دو گروه ( بلاک ) از کاراکترها گپ گفته می شود .به گپ حافظه هرز نیز گفته می شود در شکل زیر بین دو بلوک B1,B2 حافظه هرز IBG وجود دارد :


برای آنکه هد بتواند داده های موجود بر روی نوار را بخواند لازم است به سرعت مناسب و یکنواختی به نام سرعت حس برسد از طرف دیگر همان توقف فضایی جهت رسیدن سرعت حس به سرعت صفر مورد نیاز است . در واقع حافظه ی Gap جهت توقف هد یا حرکت دوباره آن استفاده می شود .
با در نظر گرفتن شکلهای زیر:
فایل به صورت بلاکهایی به صورت پشت سر هم روی نوار ذخیره می شوند . هر بلوک مجموعه ای از رکوردها می باشد . بر روی یک نوار می توان چندین فایل را ذخیره کرد که در این حالت هر فایل یک علامت ابتدای فایل و یک علامت پایان فایل دارد . پارامترهای اساسی یک نوار عبارتند از :سرعت نوار – چگالی و نرخ انتقال
از یک نظر پارامترهای یک نوار را می توان به دو دسته کلی زیر تقسیم کرد :
الف) پارامترهای ظرفیتی که عبارتند از 1- چگالی 2- طول نوار ( غالبا با واحد فوت )3- اندازه ها که معمولا بین 3/ تا75/ اینچ هستند
ب) پارامترهای زمانی که عبارتند از :
1- سرعت لغزش نوار( اینچ در ثانیه )
2- نرخ انتقال ( بایت در ثانیه )
3- اندازه حرکت – توقف بر حسب میلی ثانیه
نرخ انتقال به دو صورت اسمی و واقعی بیان می شود نرخ اسمی توسط کارخانه سازنده بیان شده و نرخ انتقال واقعی یا مؤثر قابل محاسبه می باشد .
دستیابی ترتیبی در نوارها سریع است . نوارها فشرده بوده و شرایط محیطی مختلف را به خوبی تحمل می کنند . حمل و انتقال و نگهداری آنها ساده است و ارزانتر از دیسکها هستند .
همانطور که قبلا گفتیم امروزه از نوارها تنها برای ارشیو و بایگانی استفاده می شود . به عبارت دیگر نوارها یکی از انواع حافظه ها ی نوع سوم به شمار می آیند .
دیسک مغناطیسی
از آنجا که نحوه دستیابی به صورت تصادفی می باشد اصطلاحا به آن DASD یا Direct Access
Device گفته می شود . از جنبه های مختلفی می توان دیسک را به صورت های زیر تقسیم بندی کرد :
الف: از نظر توانایی جا بهجا شدن دیسکها به دو دسته ثابت (fixed) و قابل جابه جایی تقسیم می شوند.
ب: از نظر نوع هد به دو دسته هد ثابت (Fixed head) و هد متحرک تقسیم می شوند . در اغلب دیسکهای امروزی بازوی هد می تواند در راستای شعاع حرکت کند و از شیاری به شیار دیگر برود . در دیسکهائی با هد ثابت هر شیار برای خود هدی دارد و بدین ترتیب بازوی هد حرکت نمی کند . دیسکهای با هد ثابت سریعتر و گرانتر می باشند.
ج: از نظر جنس صفحه به دو دسته دیسک سخت و فلاپی تقسیم می شوند . در دیسک سخت صفحات از جنس المنیوم بوده و در فلاپی از نوع پلاستیک می باشند .
د: از نظر تعداد صفحات به دو دسته تک صفحه ای و چند صفحه ای تقسیم می شوند .دیسکهای چند صفحه ای را گاهی اوقات پک می نامند . دیسکی با n صفحه تعداد 2n رویه دارد که گاهی رویه های بالایی و پایینی جهت حفاظت استفاده شده و 2n-2 رویه دیگر جهت ذخیره سازی به کار می روند . در بعضی از دیسکها تما 2n رویه برای ضبط اطلاعات استفاده می شود .
تقسیمات دیسک
دیسکها از تقسیمات زیر استفاده می کنند :
شیار : به دوایر هم مرکز بر روی رویه ها شیار گفته می شود .
استوانه:به شیارهای هم شعاع بر روی رویه های مختلف استوانه گویند .
قطاع یا سکتور :هر شیار از تعدادی سکتور تشکیل می شود .
شیارها معمولا از بیرون به سمت داخل و از صفر شماره گذاری می شوند . در شیارهای داخلی بیتها به همدیگر نزدیکتراند . در هر سکتور اغلب نیم کیلو یا 512 بایت اطلاعات ذخیره می شود .


فرمت بندی دیسک
شیارها را می توان به دو صورت سخت افزاری و نرم افزاری تقسیم بندی کرد . در نوع سخت افزاری تقسیم شیار به سکتور ها از قبل توسط کارخانه سازنده انجام شده و ثابت باقی می ماند :

ولی در قالب بندی نرم افزاری تقسیم بندی سکتور ها به صورت نرم افزاری (اغلب توسط سیستم عامل ) انجام می پذیرد و در این حال لازم است که در ابتدا ی هر سکتور مشخصاتی کنترلی نظیر طول هر سکتور ذخیره گردد :

فلاپی دیسکها

فلاپی دیسکها قابل انتقال بوده و سرعت و حجم به مراتب کمتری نسبت به هارد دیسکها دارند . در هارد دیسکها هد فاصله کمی با سطح دیسک دارد و در این فاصله اندک هوای تصفیه شده در جریان است . ولی در فلاپی ها هد با سطح دیسک در تماس می باشد . دیسکتها می توانند یکطفه یا دو طرفه باشند . در بعضی دیسکتها سکتور صفر با روش سخت افزاری (مثل سوراخی که در دیسکهای 25/5 اینچی وجود دارد ) مشخص شده و بقیه سکتورها به صورت نرم افزاری تعیین می گردند . دیسکتها در اندازه های مختلف 8 و 25/5 و 5/3 اینچی و در ظرفیتهای مختلف ساخته می شوند . فلاپی دیسکها مانند نوار جهت پشتیبان و یا نقل و انتقال داده ها استفاده می شوند .
طبله (Drum)
طبله استوانه ای است که در سطح خارجی آن شیارهایی وجود دارد و اغلب برای هر شیار یک هد تعبیه شده است . به عبارت دیگر طبله را می توان معادل یک دیسک با هد ثابت در نظر گرفت . شکل کلی آن به صورت زیر است :

ممکن است تعداد هد ها از شیارها کمتر باشد که در این حالت بازوی هدها متحرک خواهد بود . در طبله تعداد استوانه همواره برابر یک و زمان استوانه جویی برابر صفر است . طبله از دیسک و نوار سریعتر است ولی ظرفیت آن کمتر است . امروزه به ندرت از طبله استفاده می شود .
دیسکهای نوری (Optical disk)
در این دیسکها به جای مغناطیس از نور لیزر جهت ذخیره سازی اطلاعات استفاده می شود . در این تکنولوژی فضای لازم جهت ذخیره سازی یک بیت خیلی کمتر بوده و بدین دلیل استفاده از دیسکهای نوری باعث کاهش فضای ذخیره سازی می گردد . این دیسکها انواع متفاوتی دارند .
CD_ROM دارای ظرفیتی از 500 مگا تا چند گیگا بایت است . این دیسکها فقط خواندنی بوده و از این نظر به آن WORMنیز می گویند . اغلب این دیسک جهت ذخیره سازی فایلهائی که تغییر نمی کند مثل برنامه استفاده می شود . مزیت CD_ROM ها ظرفیت بالا و بها ی کم و دوام آنها است . ولی نقطه ضعف آنها زماناستوانه جویی و نرخ انتقال پایین است . زمان جستجو در CD_ROM کمتر از دیسک مغناطیسی بوده و غالبا هر جست و جو نیم تا یک ثانیه طول می کشد و نرخ انتقال استاندارد نیز حدود 150 کیلو بایت در ثانیه است . به دلیل سرعت کم CD ها طراحی ساختار فایل در آنها نسبت به دیسک مشکل تر بوده و امروزه اغلب جهت آرشیو و پشتیبان گیری و تکثیر و ارائه برنامه استفاده می شود .
در ابتدا CDها جهت اجرای موسیقی طراحی شده بودند و نه برای دستیابی سریع و مستقیم به داده ها . در واقع به این دلیل است که CDها ظرفیت بالا و سرعت متوسطی را دارند . وجود فضای زیاد بر روی CDها امکان ساخت اندیسها و یا ساختارهای دیگری را جهت جستجوی سریع پدید آورده و بدین ترتیب تا حدی برخی از محدودیتهای مربوط به بالا بودن زمان جستجو کاهش می یابد .
نوع دیگری از دیسکهای نوری به نام DVD نیز برای ذخیره سازیفیلم ها ابداع شده است که می توان آنها را برای ذخیره سازی فایلها هم استفاده کرد . DVD ها با ظرفیت بیش از 10 گیگا بایت نیز ساخته شده اند .
CDها ی اولیه فقط یکطرفه بودند ولی بعضی DVD ها به صورت دو طفه نیز ساخته می شوند .
در دیسکهای MOاز دو تکنولوژی نوری و مغناطیسی استفاده می گردد و قابلیت خواندن و نوشتن را دارا می باشند .
اطلاعات بر روی بعضی Cdها به نام CD_RW یاEOD قابل پاک شدن و نوشتن مجدد می باشد .
نحوه ذخیره داده ها در CDها
همان طور که می دانید ساختار دیسکها به شکل زیر بوده و دیسکها با سرعت ثابتی می چرخند یعنی سرعت زاویه ای ثابتی دارند (‍Constant Angular Velocity=CAV) .
شیارها مجزا و متحدالمرکز بوده و چگالی داده ها در شیارهای خارجی کمتر از شیارهای داخلی است . دیسک برای همه موقعیتهای هد با سرعت یکسانی می چرخد .
در شکل فوق آدرس دهی به کمک سه عدد ( شماره هد و شماره سیلندر و شماره سکتور ) انجام پذیرفته و جست و جوی یک سکتور خاص به سرعت انجام می گیرد . سرعت خطی در شیارهای بیرونی بیشتر از شیارهای داخلی می باشد . ولی ساختارذخیره سازی داده ها بر روی CD_ROM به شکل حلزونی زیر می باشد :

به عبارت دیگر داده ها ی CD_ROM بر روی یک شیار یکتا و مارپیچ ذخیره می گردد که از مرکز تا لبه دیسک حدود 5 کیلومتر طول دارد . توجه داشته باشید که CD_ROM در اصل و در ابتدا برای ذخیره داده های صوتی استفاده شده است . این داده ها فضای ذخیره سازی زیادی می خواهند ولی جست و جو و سرعت در آنها زیاد مهم نیست بلکه این داده ها باید از ابتدا تا انتها بدون وقفه نواخته شوند و ساختار حلزونی این نیاز را به طور کامل بر طرف می سازد . بر خلاف ساختار دیسکها در CD_ROM ها اندازه یک سکتور در مرکز دیسک به اندازه یک سکتور در لبه دیسک است .
برای خواندن داده ها از روی CD_ROM می بایست شیار با سرعت ثابتی از زیر پیکاپ نوری رد شود . به عبارت دیگر سرعت خطی باید ثابت باشد( Constant Angular Velocity=CAV) .
برای آنکه سرعت خطی ثابت باشد می بایست سرعت چرخش دیسک هنگام خواندن لبه بیرونی کندتر از هنگام خواندن لبه های داخلی باشد یعنی سرعت زاویه ای دیگر ثابت نیست . در این ساختار مارپیچی چگالی داده ها در کل شیار ثابت است . اگر در CD_ROM ها به جای CLVاز آرایش CAV(مشابه دیسکها) استفاده می شد آنگاه ظرفیت آن قدری بیشتر از نصف ظرفیت موجود کنونی می شد .
با آنکه CLV باعث بالا رفتن ظرفیت می شود ولی از طرف دیگر سرعت پیگرد را کاهش می دهد چرا که در CLV روش سریعی برای پرش به موقعیتی مشخص ( مشابه دیسکها ) وجود ندارد .
نحوه آدرس دهی در CD_ROM
در ساختار CLV دیگر آدرس سه عددی ( شماره هد و شماره سیلندر و شماره سکتور ) کاربردی ندارد . در CD_ROM ها جهت آدرس دهی از تکنیک دیگری استفاده می شود که در آن هر ثانیه از زمان اجرای موسیقی به 75 سکتور تقسیم می گردد که هر سکتور 2 کیلو بایت اطلاعات را ذخیره می سازد . طبق قرارداد اولیه هر CD حداقل باید بتواند یک ساعت موسیقی را ذخیره سازد . به عبارت دیگر هر CDحداقل باید بتواند 540000 کیلو بایت داده را نگهداری کند
KB 540000 = K2 *75*3600
به این دلیل است که حداقل ظرفیت CDها 540 کگا بایت می باشد .
هر سکتور در CD_ROM بت سه عدد (سکتور :ثانیه : دقیقه ) مشخص می گردد .
مثلا سکتور 27 در ثانیه 43 از دقیقه 18 به صورت (18:43:27)نمایش داده می شود .
حافظه های جانبی :
از حافظه های جانبی برای ذخیره اطلاعات استفاده می شود . این نوع حافظه ها چون برای ذخیره عناصر غیر الکترونیکی ساخته شده اند از حافظه های اصلی ارزان تر و کندتر هستند . گفتنی است که معمولا حافظه های اصلی بر روی برد اصلی رایانه و حافظه های جانبی خارج از برد اصلی یا خارج از رایانه قرار دارند ، این نوع حافظه ها مستقیما نمی توانند با CPU کار کنند و همان طور که قبلا نیز گفته شد اطلاعات مورد پردازش و استفاده CPU باید اول به حافظه اصلی (RAM) منتقل شود اطلاعات را در این نوع حافظه ها می توان بدون صرف هیچ گونه انرژی به مدت طولانی برای استفاده های مجدد نگهداری کرد . البته برای ثبت اطلاعات در این حافظه ها نیاز به انرژی داریم به همین علت است که قطع برق موجب از بین رفتن اطلاعات موجود در آنها نمی شود . حافظه های مکمی به چند دسته تقسیم می شوند که مهمترین آنها حافظه های غیر مغناطیسی و حافظه های مغناطیسی هستند . حافظه های مغناطیسی از پدیده مغناطیسی برای ذخیره اطلاعات استفاده می کنند .
حافظه غیر مغناطیسی :
1- کارت و نوار کاغذی : از کارت های رنگ شده و منگنه شده و نوارهای کاغذی سوراخ ( پانچ) شده به عنوان محلی برای ذخیره اطلاعات استفاده می شد لیکن امروزه جز در موارد خاص از این حافظه ها استفاده نمی شود . برای مثال از کارت های رنگ شده ( سیاه ) شده در آزمون های چند جوابی مثل کنکور و مسابقات استفتده می شود . کارت به وسیله دستگاهی به نام کارت خوان خوانده می شود و سپس به حافظه کامپیوتر منتقل می گردد .
2- دیسک های نوری : دیسک های نوری ، نوع دیگری از حافظه های غیر مغناطیسی است ، برای خواندن و نوشتن اطلاعات در این نوع دیسک ها ، از اشعه لیزر استفاده می شود .
3- الف : CD – این دیسک ها از صفحه دایره شکلی به قطر 12 سانتی متر ساخته شده اند می توانند تا حدود 650 مگابایت اطلاعات را نگهداری کنند . به نوع متداول آن که فقط قابل خواندن است « دیسک فشرده فقط خواندنی یا سی – دی- رام » ( CD-Rom ) می گویند .
ب : DVD – نوع جدیدتری از دیسک های نوری به نام DVD- Rom در حال گسترش است این دیسک ظاهر و اندازه ای شبیه سی – دی دارد ، ولی برای آن ظرفیت های 5/4 GB ( یک رو – یک لایه ) 9/7 GB ( یک رو – دولایه ) 8/15 GB ( دو رو – دو لایه) در نظر گرفته شده است .
حافظه های مغناطیسی :
در این نوع حافظه ها می توان اطلاعات را به صورت نقاط مغناطیسی شده نوشت ( ذخیره کرد ) و یا خواند ( بازیابی نمود ) . این اعمال به وسیله شاخک های خاصی که به آنها هد می گویند ، انجام می پذیرد . هد از یک سیستم پیچ هسته دار کوچک تشکیل شده است برای جلوگیری از پاک شدن و از بین رفتن اطلاعات حافظه های مغناطیسی باید آنها را دور از میدان مغناطیسی نگهداری کرد .
حافظه های اصلی :
دیکته دستور العمل ها و داده ها ، برای این که مورد اجرا و پردازش قرار گیرند اول باید به حافظه اصلی رایانه منتقل گردند و نتایج پردازش نیز به آنجا فرستاده شود حافظه اصلی رایانه از جنس نیمه هادی ( الکترونیکی ) است و در نتیجه سرعت دسترسی به اطلاعات موجود در آنها در مقایسه با انواع حافظه بالاست و قیمت آن ها نیز گران تر است . حافظه های اصلی نیز به دو دسته تقسیم می شوند .
حافظه های فقط خواندنی ( ROM) :
CPU معمولا اطلاعات موجود در این نوع حافظه ها را تغییر نمی دهد بلکه فقط می تواند اطلاعات آن را بخواند . هنگام خاموش شدن نیز این اطلاعات از بین نمی رود و ثابت می ماند . برنامه BIOS که وظیفه آزمایش و راه اندازی قسمت های مختلف رایانه را به هنگام روشن شدن سیستم بر عهده دارد در این نوع حافظه ها قرار داده می شود حافظه های فقط خواندنی انواع مختلفی دارد .
PROM : در این نوع حافظه فقط خواندنی ، داده ها و دستورالعمل ها را می توانیم روی آن فقط یکبار به وسیله دستگاه مخصوص ذخیره کنیم اما بعد از آن اطلاعات قابل تغییر نیستند .
EPROM : این حافظه در واقع PROM قابل پاک شدن است . به کمک اشعه فرا بنفش می توان اطلاعات روی آن را پاک کرد و سپس مانند PROM ، آن را برنامه ریزی نمود . این عمل می تواند بارها تکرار شود .
Flash Rom / EEPRom : نوع جدیدی از EPRom است با این تفاوت که پاک کردن آن به وسیله اعمال پالس الکتریکی صورت می گیرد . و مزیت آن نسبت به انواع دیگر این است که پاک کردن و برنامه ریزی آن بدون جدا کردن تراشه (LC) از برد اصلی رایانه صورت می گیرد . اکثر rom های مورد استفاده در قسمت های مختلف رایانه های امروزی از این نوع هستند .
حافظه های خواندنی / نوشتنی , Ram) ( R/wm :
همان طور که از نام این نوع حافظه پیداست واحد پردازش گر می تواند هم در این نوع حافظه ها بنویسد و هم از آنها بخواند . به طور کلی ، برنامه ها و دستورالعمل ها و داده هایی در این حافظه قرار می گیرند که پردازش گر بخواهد روی آنها کاری انجام دهد . به این نوع حافظه ها ، « حافظه های فرار » نیز می گویند . زیرا با با قطع برق محتویات آن ها از بین می رود .پس باید قبل از خاموش کردن رایانه اطلاعات و اده های مورد نیاز را در حافظه های کمکی که می تواند اطلاعات را بعد از قطع جریان برق نیز در خود نگهداری کنند ، ذخیره کرد . RAMها اغلب به دو نوع عمده تقسیم می شوند . « پویا » یا دینامیک ( DRAM ) و « ایستا » یا استاتیک (SRAM) .
RAM دینامیکی (DRAM) :
در این نوع حافظه اطلاعات باید به طور مرتب تجدید (refresh) شود وگرنه از بین خواهند رفت ( البته رایانه خود به صورت اتوماتیک اطلاعات را تجدید می کند ) به دلیل چگالی بیشتر داده ها وارزان تر بودن RAM دینامیک نسبت به RAM استاتیک از این نوع RAM به عنوان حافظه اصلی رایانه استفاده می کنند .
RAM استاتیک ( SRAM) :
سرعت این نوع حافظه بیشتر از نوع دینامیک است . از این نوع RAM در حافظه پنهان یا کش (cache) که بین حافظه اصلی و پردازشگر قرار دارد به منظور بالا بردن سرعت انتقال داده ها و دستورالعمل ها ، استفاده می کنند . وقتی پردازشگر درخواست داده و دستور العملمی نماید آنها ( چون در کش موجود نیستند ) از حافظه اصلی در مقایسه با سرعت پردازشگر بسیار کند است آورده می شوند این اطلاعات و مقداری از اطلاعات بعد از آن در حافظه پنهان (cache) هم ذخیره می شوند . در مواقعی که پردازشگر نیاز به داده ها و دستورالعمل پیدا می کند اول کش جستجو می شود و در صورت موجود بودن می تواند آنها را با سرعتی که بسیار بالاتر از برداشتن آنها از حافظه اصلی است بردارد البته کش ، آن قدر بزرگ نیست که که بتواند همه چیز را نگه دارد . اما شانس بسیار زیادی وجود دارد که اقلام مورد استفاده تکراری بوده و در کش وجود داشته باشد .