单元 1.1.3 输入、输出和存储
主存储器是易失性存储器，[1] 设计用于 CPU 快速访问。 它由寄存器、高速缓存和 RAM 组成。 通常体积小，运行速度极快（高速缓存运行速度几乎与处理器相同）。
一种非常快速的形式的易失性存储器，它由许多存储位置组成，每个存储位置都存储一个二进制数，并由一个唯一的地址标识。 RAM 是一种直接存储器，这意味着可以随时跳转到存储器中的任何位置。 RAM 用于存储当前正在使用的程序，通常比 ROM 的容量更大。
非易失性存储器，只能从中读取，不能写入。 它通常用于存储计算机系统中的 BIOS、固件和引导程序，并在引入可重写存储器之前在启动过程中使用，以替代大多数主板，以便为消费者更新 BIOS 变得更加简单。
另一种高速易失性存储器，高速缓存存储器旨在以接近处理器速度的速度运行。 它非常小，并保存最常访问的数据，以减少处理器等待数据和指令的时间。
计算机同时具有 ROM 和 RAM 内存。
(a) 简要描述这两种类型内存之间的区别。 [2]
(b) 举例说明这两种类型内存中合理存储的内容。 [2]
(c) 访问计算机文件可能是顺序的，也可能是随机的。 使用示例描述这两种类型的访问。 [4]
答案
(a) ROM 意味着数据在制造过程中是固定的，或者说是永久性的，不能被删除或修改，而 RAM 允许添加、修改或删除数据。 2
认可 ROM 是非易失性的，RAM 是易失性的，但没有解释非易失性和易失性的含义。
(b) ROM 中数据的示例将是引导加载程序、其他系统软件或硬件（系统）设置/BIOS 1
RAM 中数据的示例将是正在运行的程序，例如应用程序或操作系统。 1
(c) 顺序文件必须从头开始读取 1
示例：存储在磁带上
随机访问文件可以访问任何点 1
示例：RAM 1
[问题总计 8]
在某些情况下，如果机器的主内存不足，它需要一种方法来扩展它，以便容纳更多信息或程序。 这是通过虚拟内存来完成的，因为物理硬件无法扩展。 这是当辅助存储器的一部分被保留用于存储原来在 RAM 中的项目时。 当需要数据时，它将从该区域复制到 RAM，并且如果它在一段合理的时间内没有被需要，它将被复制到辅助存储器。
分页的优点在于它允许计算机即使在 RAM 已满的情况下也能继续运行； 但是，它也有缺点，因为从辅助存储器读取到 RAM 的速度明显慢于直接从 RAM 读取。 这意味着计算机在读取数据源之间时，可能会显得缓慢且对某些任务无响应。 此外，如果这种读写过程发生很多次，辅助存储器将不断被读取，这会使系统速度更慢，因为磁盘会不断寻找它需要的文件。 这种效应被称为磁盘抖动。
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 即使 RAM 已满，也能使系统继续运行。 | 需要更频繁地从辅助存储器读取。 |
| 允许非常大的文件被加载到“内存”中并按需访问。 | 限制了驱动器上的可用空间，因为必须为页面文件保留一部分空间。 |
| 提供了更高效的主内存利用率。 | 如果 RAM 不断被填满，那么辅助存储器将需要执行许多快速读取操作，这会使系统速度变慢，并使硬盘驱动器保持运行状态（磁盘抖动）。 |
也称为后备存储器，辅助存储器是非易失性存储器，[2] 用于永久存储数据，例如操作系统和用户文件。
磁带、硬盘、软盘
磁性存储使用微小的磁化点，每个小部分都被磁化成南北极，以指示位是 1 还是 0。这些点由读/写头读取。 在硬盘中，读/写头使用旋转的盘片在簇上填充扇区。 通常，硬盘上的数据不会被永久删除，只是指针被删除。 但是，已删除的数据可以被覆盖，从而永久删除它。
优点
- 通常按位计算成本最低（与固态存储器和光学存储器相比）
- 快速访问数据（当不 碎片化）
缺点
- 由于存在活动部件，磁性硬盘驱动器明显比固态硬盘驱动器慢。
- 活动部件最终会失效
CD、CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD 和蓝光光盘
光学介质使用激光照射旋转的反射盘。凹坑和凸起用于指示位是 1 还是 0。光传感器检测由凹坑引起的反射。
优点
- 生产和购买成本低廉
- 便携
缺点
- 容易划伤 - 这可能会导致部分文件无法读取
- 存储容量远低于固态和磁性存储
- 数据访问速度相对较慢
SSD、RAM、闪存
固态和闪存存储使用晶体管栅极存储数据。如果晶体管单元为高电平，则表示二进制 1，如果为低电平，则表示 0。
优点
- 与磁性驱动器中的旋转磁盘不同，固态存储没有移动部件。
- 可靠且快速的存储
- 晶体管可以非常小 - 例如，今天许多智能手机和相机中都可以找到 64 GB 的微型 SD 卡。
缺点
- 价格昂贵
- 制造难度大
一位六年级学生使用不同类型的辅助存储介质与她的计算机系统交互。对于以下每种辅助存储介质，说明学生可能使用它做什么。在每种情况下，确定介质的特性使其适合该用途。
(i) 硬盘 [2]
用途
特性
(ii) DVD-ROM [2]
用途
特性
(iii) 固态U盘 [2]
用途
特性
答案
存储软件/操作系统/数据文件
大容量/快速访问数据
[2]
导入软件/百科全书...
不可写入/信息不可更改（取决于第一点）。
[2]
将工作从学校带回家/备份数据 小巧/轻便/大容量/便携/可在任何机器上使用/耐用
[2]
虚拟存储是指实际上并不存在但由软件创建以使其看起来存在的存储。它是一种对逻辑存储和物理存储进行抽象/分离的方式。
这是将数据“存储在云端”的概念。实际的数据存储过程是通过互联网将数据传输到外部在线存储设施，该设施保存数据，并可从任何地方访问。它可以用于自动备份或文件共享，并且通常具有非常大的存储容量。虚拟存储可以帮助您降低成本，因为它可以避免您需要大型服务器来存储大量数据。缺点是您不再能够控制自己的安全，因此可能更容易受到攻击。但是，需要注意的是，云存储的安全措施通常非常强大。
通常，局域网有一个集中的存储。当用户访问某些文件时，它们似乎被保存到设备上，但实际上它们可能存储在服务器硬盘驱动器中。
数据被保存到多个磁盘驱动器中，以提高性能/冗余性
一家在线音乐商店允许客户下载音乐、电影和其他文件。登录后，客户可以查看过去的下载内容并更改联系方式和付款信息。如果没有合适的预防措施，这些数据中的一部分可能会受到意外或恶意损坏。
(a) 定义意外损坏和恶意损坏这两个术语。描述哪些人可能导致在线音乐商店存储的数据出现这两种类型的损坏。[4]
(b) 详细描述商店应采取的程序，以确保数据在损坏后可以恢复。[2]
答案
(a) 意外损坏是指数据被无意更改或删除 1
可能导致在线音乐商店存储的数据意外损坏的人员包括客户或商店员工，他们无意中删除或更改了数据 1
恶意损坏是指数据被有意更改或删除 1
可能导致在线音乐商店存储的数据恶意损坏的人员包括黑客（或类似人员）或心怀不满的商店员工，他们故意删除或更改数据 1
(b) 商店应采取的程序，以确保数据在损坏后可以恢复
- 服务器应定期备份 1
- 备份应存储在安全的位置/异地 1
- 可以利用“云计算” 1
- 输入
- 键盘
- 鼠标
- 触摸屏
- 操纵杆
- 键盘
- 麦克风
- 相机
- 网络摄像头
- 输出
- 警报器
- 信标/灯光
- LED
- VDU/显示器
- 打印机
- 扬声器
- 电视
- 加热器
- 执行器
一个水箱里装着热带鱼。水必须保持在恒温。一个计算机系统用于维持水的所需温度。
(i) 说明系统中将使用的一个输入设备及其用途。
[2]
(ii) 说明系统中将使用的一个输出设备及其用途。
[2]
(iii) 说明系统中将使用的存储设备以及它将保存的数据。
[2]
答案
答案/指示性内容
(i)
- 温度传感器 热传感器/热敏电阻
- 用于读取水温（输入到处理器）。
(ii)
- 键盘
- 允许用户更改所需的温度。
(iii)
- 加热器
- 用于提高水温 - 执行器 - 用于控制加热器开关 - 屏幕/显示器 - 用于显示当前温度
(iii)
- 固态存储/闪存卡/硬盘。
- 用于存储运行系统的程序/用于存储参数