Данные (вычисления) - Data (computing)

Различные типы данных, которые можно визуализировать с помощью компьютерного устройства.

Данные (рассматривается как единственное, множественное число или как массовое существительное ) - любая последовательность из одного или нескольких символов. Datum представляет собой единый символ данных. Данные требуют интерпретации, чтобы стать Информация.

Цифровые данные это данные, представленные с помощью двоичное число система единиц (1) и нулей (0), в отличие от аналог представление. В современных (после 1960 г.) компьютерных системах все данные являются цифровыми. Данные в компьютере, в большинстве случаев, перемещается как параллельные данные. Данные, перемещаемые на компьютер или с компьютера, в большинстве случаев, перемещается как последовательные данные. Данные, полученные от аналогового устройства, такого как датчик температуры, могут быть преобразованы в цифровые с помощью аналого-цифровой преобразователь.

Данные, представляющие количество, символы или символы, операции с которыми выполняет компьютер находятся хранится и записанный на магнитный, оптический, электронные или механические носители записи, и переданный в виде цифровых электрических или оптических сигналов.^[1]

А программа это данные в виде закодированных инструкций для управления работой компьютера или другой машины.^[2] Физический память компьютера элементы состоят из адреса и байта / слова хранения данных. Цифровые данные часто хранятся в реляционные базы данных, подобно столы или базы данных SQL, и обычно могут быть представлены в виде абстрактных пар ключ / значение.

Данные могут быть организованы по разным типам структуры данных, включая массивы, графики, и объекты. Структуры данных могут хранить данные самых разных типы, включая числа, струны и даже другие структуры данных. Передача данных на компьютер и обратно через периферийные устройства.

При альтернативном использовании двоичные файлы (которые не человек читаемый ) иногда называют "данными" в отличие от "удобочитаемых"текст ".^[3] Общий объем цифровых данных в 2007 году оценивался в 281 миллиард гигабайты (= 281 эксабайты ).^[4]^[5]Цифровые данные входит в эти три состояния: данные в состоянии покоя, данные в пути и данные в использовании.

Характеристики

Чтобы преобразовать данные в информацию, необходимо учитывать несколько известных факторов. Вовлеченные факторы определяются создателем данных и желаемой информацией. Метаданные это данные о данных. Метаданные могут быть подразумеваемыми, указанными или предоставленными. Данные, относящиеся к физическим событиям или процессам, также будут иметь временную составляющую. Практически во всех случаях подразумевается этот временной компонент. Это тот случай, когда устройство, такое как логгер температуры, получает данные от температуры датчик. Когда температура получена, предполагается, что данные имеют временную привязку сейчас же. Таким образом, устройство записывает дату, время и температуру вместе. Когда регистратор данных сообщает температуру, он также должен сообщать дату и время (метаданные ) для каждого показания температуры.

В самом важном случае единичные данные - это значение, хранящееся в определенном месте.

По сути, компьютеры следуют последовательности инструкций, которые им даны в форме данных. Набор инструкций для выполнения данной задачи (или задач) называется "программа ". В номинальном случае программа, как казнен компьютером, будет состоять из двоичный Машинный код. Элементы место хранения манипулируется программой, но фактически не выполняется ЦПУ, также являются данными. Инструкции программы и данные, которыми она манипулирует, хранятся одинаково. Следовательно, компьютерные программы могут работать с другими компьютерными программами, манипулируя их программными данными.

Граница между программой и данными может стать размытой. An устный переводчик, например, это программа. Входные данные для интерпретатора - это сама программа, а не та, которая выражена в собственном языке. машинный язык. Во многих случаях интерпретируемая программа будет удобочитаемой. текстовый файл, которым манипулируют с помощью Текстовый редактор программа (чаще ассоциируется с простой текст данные). Метапрограммирование аналогично вовлекаются программы, манипулирующие другими программами как данными. Такие программы, как компиляторы, линкеры, отладчики, программы обновления, сканеры вирусов и такие используют другие программы в качестве своих данных.

Для хранения данных байты в файле они должны быть сериализованный в "формат файла ". Обычно программы хранятся в специальных типы файлов, отличается от тех, которые используются для других данных. Исполняемые файлы содержат программы; все остальные файлы также Дата файлы. Однако исполняемые файлы могут также содержать «встроенные» данные, встроенные в программу. В частности, некоторые исполняемые файлы имеют сегмент данных, который номинально содержит константы и начальные значения (оба данные).

Например: a Пользователь может сначала проинструктировать Операционная система загрузить текстовый редактор программу из одного файла, а затем отредактируйте документ хранится в другом файле с программой текстового процессора. В этом примере документ будет считаться данными. Если в текстовом редакторе есть программа проверки орфографии, то словарь (список слов) для проверки орфографии также будет считаться данными. В алгоритмы используется средством проверки правописания для предложения исправлений, либо Машинный код данные или текст в некоторой интерпретируемой язык программирования.

Ключи и значения данных, структуры и постоянство

Ключи в данных обеспечивают контекст для значений. Независимо от структуры данных всегда есть ключ компонент присутствует. Ключи данных в данных и структурах данных важны для придания значения значениям данных. Без ключа, который прямо или косвенно связан со значением или набором значений в структуре, значения теряют смысл и перестают быть данными. То есть должен быть по крайней мере ключевой компонент, связанный с компонентом значения, чтобы он считался данными. Данные могут быть представлены на компьютерах разными способами, как показано в следующих примерах:

баран

Оперативная память хранит данные, к которым процессор (ы) компьютера имеет прямой доступ. Компьютерный процессор (ЦПУ ) может управлять данными только внутри себя (Регистр процессора ) или память. Это отличается от хранилища данных, когда процессор (ы) должен перемещать данные между устройством хранения (диск, лента ...) и памятью. баран представляет собой массив из одного (1) или нескольких блоков линейных смежных местоположений, которые процессор может читать или записывать, предоставляя адрес для операции чтения или записи. «Случайная» часть ОЗУ означает, что процессор может работать в любом месте памяти в любое время в любом порядке. (Также см Блок управления памятью ). В ОЗУ самым маленьким элементом данных является двоичный Кусочек ". Возможности и ограничения доступа к ОЗУ зависят от процессора. В целом основная память или же баран устроен как массив "наборов электронные выключатели " или же локации начиная с адреса 0 (шестнадцатеричный 0). Каждое место может хранить обычно 8, 16, 32 или 64 параллельных бита в зависимости от процессора (ЦПУ ) архитектура. Следовательно, любое значение, хранящееся в байте в ОЗУ, имеет соответствующую ячейку, выраженную как смещение от первой ячейки памяти в массиве памяти, то есть 0 + n, где n - это смещение в массиве ячеек памяти.

Ключи

Ключи данных не обязательно должен быть прямым аппаратным адресом в памяти. Косвенный, коды абстрактных и логических ключей могут храниться в ассоциации со значениями для формирования структура данных. Структуры данных имеют заранее определенные смещения (или ссылки или пути) от начала структуры, в которой хранятся значения данных. Следовательно, ключ данных состоит из ключа структуры и смещения (или ссылок, или путей) в структуре. Когда такая структура повторяется, сохраняя вариации [значений данных и ключей данных] внутри одной и той же повторяющейся структуры, результат можно считать похожим на стол, в котором каждый элемент повторяющейся структуры рассматривается как столбец, а каждое повторение структуры рассматривается как строка таблицы. При такой организации данных ключ данных обычно представляет собой значение в одном (или совокупность значений в нескольких) столбцах.

Организованные повторяющиеся структуры данных

В табличный Представление о повторяющихся структурах данных - лишь одна из многих возможностей. Можно организовать повторяющиеся структуры данных иерархически, так что узлы связаны друг с другом в каскаде родительско-дочерних отношений. С узлами связаны значения и потенциально более сложные структуры данных. Таким образом, узловая иерархия обеспечивает ключ для адресации структур данных, связанных с узлами. Это представление можно рассматривать как перевернутое дерево. Например. Современная компьютерная операционная система файловые системы являются типичным примером; и XML Другой.

Отсортированные или упорядоченные данные

У данных есть некоторые особенности, когда они отсортировано по ключу. Все значения для подмножеств ключа отображаются вместе. При последовательном прохождении групп данных с одним и тем же ключом или подмножества ключевых изменений это называется в кругах обработки данных разрывом или разрывом. контрольный перерыв. Это особенно облегчает агрегирование значений данных по подмножествам ключа.

Периферийное хранилище

До появления энергонезависимая память компьютера подобно USB-накопители, постоянное хранение данных традиционно достигалось путем записи данных в внешние блочные устройства, такие как магнитная лента и дисководы. Эти устройства обычно ищут место на магнитном носителе, а затем читают или записывают блоки данных заданного размера. В этом случае местом поиска на носителе является ключ данных, а блоки - значения данных. Ранние файловые системы данных или дисковые операционные системы, используемые для резервирования смежный блоки на дисководе для Дата файлы. В этих системах файлы могли быть заполнены, не имея места для данных до того, как в них были записаны все данные. Таким образом, много неиспользуемого пространства данных было зарезервировано непродуктивно, чтобы избежать возникновения такой ситуации. Это было известно как необработанный диск. Позже представлены файловые системы перегородки. Они зарезервировали блоки дискового пространства данных для разделов и более экономно использовали выделенные блоки, динамически назначая блоки раздела для файла по мере необходимости. Чтобы достичь этого, файловая система должна была отслеживать, какие блоки использовались или не использовались файлами данных в каталоге или таблице размещения файлов. Хотя это позволило лучше использовать пространство данных диска, это привело к фрагментации файлов на диске и сопутствующим накладным расходам производительности из-за задержки. Современные файловые системы динамически реорганизуют фрагментированные файлы для оптимизации времени доступа к файлам. Дальнейшие разработки в файловые системы привело к виртуализация дисков, то есть где логический диск может быть определен как разделы из нескольких физических дисков.

Проиндексированные данные

Получение небольшого подмножества данных из гораздо большего набора подразумевает поиск данных последовательно. Это неэкономично. Индексы - это способ скопировать ключи и адреса расположения из структур данных в файлах, таблицах и наборах данных, а затем организовать их с помощью перевернутое дерево структуры, чтобы сократить время, необходимое для получения подмножества исходных данных. Для этого ключ подмножества извлекаемых данных должен быть известен до начала извлечения. Самые популярные индексы - это B-дерево и динамичный хэш ключевые методы индексации. Индексирование - это еще одна дорогостоящая операция по хранению и извлечению данных. Есть и другие способы организации индексов, например сортировка ключей или корректировка количеств (или даже ключа и данных вместе) и использование двоичный ищите по ним.

Абстракция и косвенность

Ориентация объекта использует две основные концепции для понимания данных и программного обеспечения: 1) Таксономическая ранговая структура программно-кодовые классы, который является примером иерархической структуры данных; и 2) Во время выполнения создание ссылок ключа данных на структуры данных в памяти объектов, которые были созданы из библиотека классов. Только после создания экземпляра существует исполняемый объект указанного класса. После того, как ссылка на ключ объекта обнуляется, данные, на которые ссылается этот объект, перестают быть данными, поскольку ссылка на ключ данных имеет значение null; и поэтому объект также перестает существовать. Ячейки памяти, в которых хранились данные объекта, затем называются мусор и реклассифицируются как неиспользуемая память, доступная для повторного использования.

Данные базы данных

Появление базы данных представил еще один слой абстракции для постоянного хранения данных. Базы данных используют метаданные, а структурированный язык запросов протокол между клиент и сервер системы, обменивающиеся данными по сети, используя двухфазная фиксация система регистрации для обеспечения транзакционный полнота при сохранении данных.

Параллельная распределенная обработка данных

Современные масштабируемые / высокопроизводительные технологии сохранения данных полагаются на массовую параллельную распределенную обработку данных на многих обычных компьютерах в сети с высокой пропускной способностью. Примером одного из них является Apache Hadoop. В таких системах данные распределяются между несколькими компьютерами, и поэтому любой конкретный компьютер в системе должен быть представлен в ключе данных, прямо или косвенно. Это позволяет различать два идентичных набора данных, каждый из которых одновременно обрабатывается на другом компьютере.