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1、第八章 辅助存储器,8.1 辅助存储器的概述,辅存的特点 容量大、成本低、速度慢、非易失性辅存的分类 磁表面存储器 光存储器主要技术指标,磁盘、磁带数字式、模拟式,存储密度存储容量寻址时间,数据传输率误码率价格,基本概念磁盘机盘面 platter 记录面 surface 磁头 head磁道 track 柱面 cylinder扇区 sector磁盘地址,磁道,扇区,磁头,基本概念磁盘机盘面 platter 记录面 surface 磁头 head磁道 track 柱面 cylinder扇区 sector磁盘地址,磁道,扇区,磁头,相邻数据存放于同一柱面的不同磁道还是同一盘片的不同的磁道,1.存储密
2、度单位长度或面积磁层表面所存储的二进制信息量磁盘-道密度（TPI/TPM)位密度（BPI/BPM)磁带-位密度2.存储容量磁表面存储器所能存储的二进制信息总量(字节）格式化容量 某种特定的记录格式所存信息总量 非格式化容量磁记录表面可用的磁化单元总数,面密度,3.寻址时间磁盘：直接存取 平均寻址时间Ta 平均找道时间tsa 平均等待时间twa Ta(tsmax+tsmin)/2+(twmax+twmin)/2磁带：顺序存取4.数据传输率 磁表面存储器在单位时间内与主机之间传送数据的 位数或字节数 Dr DV D-记录密度(单位距离的位数)V记录介质的运动速度（单位时间的距离）,5.误码率出错信
3、息位数/读出的总信息位数6.价格 位价格=设备价格/容量7.硬盘高速缓存,容量 扇区容量S 磁道容量T 每道扇区数n S 柱面容量C 记录面数m T 单盘容量 P 每面磁道数t T 磁盘容量D m t n S 记录面数每面磁道数每道扇区数每扇区字节数,非格式化D 记录面数 每面磁道数 每道信息量 记录面数道密度环半径位密度道长,速度 寻址时间寻道时间等待时间 访问时间寻址时间存取时间 数据传输率磁道容量 转速,假设一个有 3 个盘片的硬盘，共有 4 个记录面，转速为 7200 转/分，盘面有效记录区域的外直径为 30cm，内直径为 10cm，记录位密度为 250位/mm，磁道密度为 8道/mm
4、，每磁道分16个扇区，每扇区 512字节，则该硬盘的非格式化容量和格式化容量约为_，数据传输率约为_.若一个文件超出一个磁道容量，剩下的部分_。（1）A.120MB和100MB B.30MB和25MB C.60MB和50MB D.22.5MB 和 25MB（2）A.2356KB/s B.3534KB/s C.7069KB/s D.1178KB/s(3)A.存于同一盘面的其它编号的磁道上 B.存于其它盘面的同一编号的磁道上 C.存于其它盘面的其它编号的磁道上 D.存放位置随机,非格式化盘面数每面磁道数每道信息量每面磁道数(（外径内径）/2)道密度 1008道/mm=800道/mm每道信息量内径周
5、长位密度 10cm103.14159250 位/mm 78537.5 位/道 非格式化容量480078537.5/8/1024/102430MB格式化容量盘面数每面磁道数每道扇区数每扇区字节数480016512B/1024/102425MB 格式化容量另一算法 格式化容量非格式化容量0.8=300.824MB,数据传输率(外圈速率内圈速率)/2 外圈速率外径周长位密度转速(30cm103.14159250 位/mm120转/秒)/8/10243451.4539 KB/s 内圈速率内径周长位密度转速(10cm103.14159250 位/mm120转/秒)/8/10241150.4846 KB/
6、s 数据传输率（3451.45391150.4846）/2=2300.9693 KB/s,8.2 磁记录原理与记录方式,1.磁表面存储 磁盘存储器 磁带存储器磁表面存储器的优点存储容量大，位价格低；可以重复使用；非易失性;非破坏性读出，读出无需再生信息。磁表面存储器的缺点存取速度慢;机械结构复杂;对工作环境要求高。,2.磁表面存储器的读写原理电-磁转换:磁头和记录介质的相对运动完成写和读,通过电-磁变换，利用磁头写线圈中的脉冲电流，可把一位二进制代码转换成载磁体存储元的不同剩磁状态；反之，通过磁-电变换，利用磁头读出线圈，可将由存储元的不同剩磁状态表示的二进制代码转换成电信号输出。,3.磁记录
7、介质与磁头磁记录介质涂有薄层磁性材料的信息载体平涂、甩涂感应式磁头接触式：软磁盘、磁带浮动式：硬磁盘薄膜磁头：体积式铁氧体磁头的1/30,重量1/20.MR磁头磁致电阻效应：某些磁性材料，如通以一定电流，当外加磁场发生变化时该材料的电阻率会发生变化。,磁记录方式波形图,3.磁记录方式 记录方式编码方法 按某种规律将一串二进制数字信息变换成磁层中相应的磁化 元状态，用读写控制电路实现这种转换。归零制（RZ）不归零制(NRZ)见1就翻的不归零调相制(PM)调频制(FM)改进调频制(MFM）,评价记录方式的标准：编码效率 指位密度与最大磁化翻转密度之比，也就是指每次磁层状态翻转所存储的数据信息位的多
8、少。FM、PM为50%，MFM、NRZ、NRZ1为100%自同步能力 指从读出数据(脉冲序列)中自动提取同步信号(时间基准信号)的能力。即读出时能将数据分离出来的能力。用最小磁化翻转间隔比最大磁化翻转间隔。NRZ、NRZ1无自同步能力，FM的RFM为 T/2T1/2。,8.3 硬磁盘存储器,1.硬磁盘存储器的种类磁头结构磁盘结构,可换盘存储器：可脱机保存数据，道密度低固定盘存储器：不可脱机保存数据，速度快,移动头磁盘存储器：结构简单，寻道时间长固定头磁盘存储器：结构复杂，无寻道时间,温盘 Winchester,防尘性能好；可靠性高；对使用环境要求不高,最早的硬盘 1956年9月IBM,第一台磁
9、盘存储系统IBM 350 RAMAC（Random Access Method of Accounting and Control）随机存储，5MB，共使用了50个直径为24英寸的磁盘，主要用于飞机预约、自动银行、医学诊断及太空领域内。1968年IBM,“温彻斯特/Winchester”技术“密封、固定并高速旋转的镀磁盘片，磁头沿盘片径向移动，磁头悬浮在高速转动的盘片上方，而不与盘片直接接触”1973年，IBM公司制造出了第一台采用“温彻期特”技术的硬盘，目前硬盘大多是此技术的延伸。,2.硬磁盘的基本结构,磁盘存储器,驱动器HDD,控制器HDC,定位驱动系统主轴系统数据转换系统 写入与读出电路
10、读写转换开关读写磁头,控制逻辑与时序数据并-串变换电路,磁盘驱动器结构示意图,3.磁盘阵列存储器,廉价冗余磁盘阵列(RAID，Redundent Array Of Inexpensive Disk)基于数据分块技术，即在多个磁盘上交错存放数据，使之可以并行存取。在阵列控制器的组织管理下，能实现数据的并行、交叉存储或单独存储操作磁盘冗余阵列 的分类RAID 0级RAID 7级RAID 10级(RAID 0级+RAID 1级),5.硬磁盘驱动器的发展动向,采用浮动磁头，降低浮动高度;MR磁头；(磁致电阻效应，只读，精度高)改进存储介质和盘基，提高记录密度;采用温彻斯特技术;缩短平均存取时间，提高数
11、据传输率;HDD的微小型化。http:/,富士通的8寸硬盘，3600转，2.8GB，92年出品,NEC制造14寸硬盘DKU800，3620转，2.7GB的容量,Seagate 3.25英寸硬盘,8.4 光盘存储器,1.光盘(optical disk)的特点优点 存储密度高，容量大，价格低，寿命长，可替换。缺点 存取时间长，数据传输率低，记录头大重。2.分类 读写性质,只读型写一次型重写型,只读型光盘CD-DA(Compact Disc Digital Audio)数字唱盘 VCD(DigitalVersatileDisk)数字通用光盘 DVD（Digital Video Disc)数字视频光盘
12、 CD-ROM(compact disk-ROM）只读型光盘只写一次型光盘(WORM，write once,read many)CD-R重写型光盘CD-RW：可擦写MO(Magneto Optical)磁光盘光盘塔,3.光盘的读写原理形变相变磁光存储4.光盘存储器的组成盘片控制器驱动器,写一次型光学系统示意图,8.7 辅存综合比较,硬盘：容量大、数据传输率高、等待时间短温彻斯特技术、头盘组合体发展方向：减轻重量、降低功耗、抗撞击技术难度大、各项指标高,软盘：容量小、转速低、速度慢易磨损、容易误码、位密度提高困难装卸灵活、易于携带,磁带：历史悠久，数据传输率低、容量大、价格便宜接触式读写用于磁盘后备存储,光盘：容量大、存储密度高、价格低、寿命长、可替换光驱份量重、体积大、速度慢应用广泛：广播电影电视,固态盘：磁盘接口内存存储体：RAM+电池Nand flash、Nor flash速度快于磁盘、慢于内存,
