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1、磁荷随机存储器,快速电擦除可编程只读存储器,存储器,第4章 教 学 内 容4.1 概述4.2 主存储器 4.3 高速缓冲存储器4.4 辅助存储器 一、磁表面存储器 1、磁记录原理 2、磁记录方式 3、磁表面存储器指标 二、硬盘存储器 1、硬磁盘类型 2、硬磁盘结构 3、硬磁盘记录格式 4、硬磁盘发展 三、软盘、磁带、光盘存储器*,辅存在现代计算机的层次存储器系统中的地位,特点：容量大、速度慢、价格低、非易失、后备,硬盘磁盘软盘光盘 U盘,铁氧体,线圈,电流,磁记录介质,1、磁记录原理,磁头，软磁材料导磁率高，饱和磁感应强度大矫顽力小，剩余磁感应强度小,磁记录材料，硬磁材料记录密度高，记录信息时
2、间长输出信号幅度大，噪声低表面组织紧密、光滑、无麻点 薄厚均匀，温度、湿度影响小,一、磁表面存储器,写：信息电流磁化记录介质，磁层表面磁化极性方向区别01读：记录介质均匀移动，在磁头中感应出电动势，形成读出电流，剩磁方向决定01,2、磁记录方式,一种编码方法，即按某种规律将一串二进制信息，通过读写电路变换成磁层介质中的磁化翻转序列,一、磁表面存储器,（1）定义：,（2）常见编码方式：,归零制（RZ）线圈中正脉冲电流为“1”，负脉冲电流表示“0”，两位信息位之间线圈中无电流。,RZ,位信息 1 0 1 1 1 0 0 0 1,不归零制（NRZ）线圈中一直有正或负脉冲电流，相邻两位信息位代码不同才
3、改变电流方向。,见1翻转的不归零制（NRZ1）线圈中始终脉冲电流，只有见到“1”才改变电流的方向，记录“0”时电流方向保持不变。,NRZ,位信息 1 0 1 1 1 0 0 0 1,位信息 1 0 1 1 1 0 0 0 1,NRZ1,一、磁表面存储器,一、磁表面存储器,调相制（PM/PE）相位编码。用脉冲边沿来表示,记录“0”由负变正，记录“1”由正变负。相同相邻信息间要变方向，不同相邻信息间不变方向。,调频制（FM）频率编码。“1”:高频记录，位周期中心翻转；“0”:低频记录，位周期中心不翻转；位与位之间都翻转。,位信息 1 0 1 1 1 0 0 0 1,PM,位信息 1 0 1 1 1
4、 0 0 0 1,FM,改进的调频制（MFM）倍密度频率编码。“1”:高频记录，位周期中心翻转；“0”:低频记录，位周期中心不翻转；位与位只有连续两个(2以上)的“0”时才在位周期起始位置翻转,MFM,二次改进的调频制（M2FM）成组编码（GCR）游程长度受限码（RLL）,一、磁表面存储器,高编码效率：位密度与磁化翻转密度比值，高好。高自同步能力：从单个磁道读出的脉冲序列中提取同步脉冲时钟的难易程度，用最小磁化翻转间隔与最大磁化翻转间隔比值衡量，高好。高信息独立性：某一位读出误码不影响后续位的正确性，高好。高读分辨力高抗干扰力低电路复杂度宽频带宽度,（3）记录方式的评价指标：,一、磁表面存储器
5、,一、磁表面存储器,3、磁表面存储器指标,磁盘道密度：沿半径方向单位长度磁道数，tpm/tpi,磁带/磁盘位密度：单位长度磁道记录的比特数bpm/bpi,记录密度,存储容量,磁表面存储器所能存储的二进制信息的总量，Byte,一、磁表面存储器,平均寻址时间,磁盘访问过程直接存取方式(1)寻道：将读写磁头移动到正确的磁道上(2)寻找扇区：等待磁盘旋转到需要访问的扇区(3)数据传输：读写数据（1个或多个扇区）,磁带访问过程顺序存取方式 磁头不动，磁带移动，不寻道但需要等待。,一、磁表面存储器,数据传输率,误码率,常用循环冗余码CRC来发现和纠正传输错误,记录介质运动速度,记录密度,数据传输率,一、磁
6、表面存储器,二、硬盘存储器,1、硬磁盘类型,温彻斯特盘:可移动磁头固定盘片,2、硬磁盘结构,二、硬盘存储器,主 机,磁盘控制器,磁盘驱动器,盘 片,下面以目前最有代表性的温切斯特磁盘存储器为例：,（1）磁盘驱动器,主轴系统：盘片、传动机构、磁头、读写臂、小车、电机驱动定位系统：位置检测、比较、放大电路数据控制部分：地址接收、记录电流形成、读放大、译码,二、硬盘存储器,（2）磁盘控制器,一块硬件插板，接收主机命令，转换为磁盘驱动器的控制命令，常见控制器-驱动器界面：,ST506硬盘接口,ESDI/SMD硬盘接口,SCSI硬盘接口,二、硬盘存储器,驱动器,驱动器,驱动器,SCSI接口信号线,（3）
7、盘片,一组存储信息的磁表面载体，按格式记录数据,3、硬磁盘记录格式,（1）定长记录格式,01,字节,记录块,记录,文件,台号：系统挂接的硬盘个数,双盘,多盘,定长记录磁盘地址,二、硬盘存储器,磁道号：磁盘一面含的圈数，在n面的同一半径的磁道形成圆柱面，柱面信息被移动磁头组同时读出，故也叫柱面号。,扇段号：每个盘面分为若干扇区，每条磁道被分割为若干扇段。如右ISOT盘扇段内格式：,盘面号：每个硬盘中一组磁盘的盘面数，一般2n-2面,二、硬盘存储器,二、硬盘存储器,定长记录格式中磁盘地址构成：,定长记录格式寻址次序：决定操作的硬盘 台号确定硬盘的柱面磁道号选定组中某磁头盘面号旋转磁盘找扇区扇段号,
8、=寻道时间+旋转延迟+传输时间+磁盘控制器延迟,定长记录格式中访存时间：,例题1：P135例4.12例题2：P136例4.13,二、硬盘存储器,寻道时间：将磁头移动到正确的磁道上 与每面磁道数、磁盘直径、磁头组速度有关旋转延迟：等待磁盘上扇区旋转到磁头下 与磁盘组旋转速度、扇区数、当前扇段位置有关 传输时间：真正的数据读/写时间 与旋转速度、存储密度、数据传输率有关,例题3：平均寻道时间=12ms;旋转速度=5400rpm磁盘控制器延迟：2ms；传输速度=5MB/S扇区大小=512 bytes。读取一页（8KB）需要多少时间？,旋转延迟：平均旋转延迟应为磁盘旋转半周的时间。旋转1周=1/540
9、0min=11.1ms，周用时5.6 ms读1个扇区时间=12ms+5.6ms+0.5K/5MB/S+2ms=19.7ms读1页的时间=12ms+5.6ms+8K/5MB/S+2ms=21.2ms,解：,二、硬盘存储器,（2）不定长记录格式,不定长记录格式可以根据文件长度需要来决定记录块的长度，如IBM2311盘磁道格式为：,注解：数据区长度不定，由计数区数据长约定；数据串行存储，字节间无间隙也无校验。,二、硬盘存储器,4、硬磁盘的发展,二、硬盘存储器,(1)半导体盘Flash Memory盘,(2)高密度盘磁头记录密度、读写防干扰、磁头浮动、编码、介质、基板等技术改进,(3)高速度盘主轴转速
10、改进、硬盘Cache技术,二、硬盘存储器,Strip0,Strip4,Strip8,Strip1,Strip5,Strip9,Strip2,Strip6,Strip10,Strip3,Strip7,Strip11,Strip11,Strip7,Strip3,Strip2,Strip6,Strip10,Strip1,Strip5,Strip9,Strip0,Strip4,Strip8,核心技术：采用分条stripping、分块declustering、交叉存取interleaving等方式对数据和数据校验组合处理,(4)大容量盘磁盘阵列(RAID，Redundant Arrays of Inex
11、pensive Disks)，将并行处理技术引入磁盘系统，将多台小型温盘组成同步化磁盘阵列，数据展开分放，操作与单台盘一样，但数据传输时间为单台盘的1/n。,三、软盘、磁带、光盘存储器*,自学：软磁盘存储器、磁带存储器（Page138-144）,简介：光盘存储器（Page147-150）,光盘分类,结构组成,写：在光存储介质盘上，用高能激光束烧出1微米的小凹光点代表“1”，未经过烧制的凸点代表“0”。在磁光存储介质盘上利用激光温度的热磁效应写入信息，磁通方向代表“0”、“1”【P148图4.79】,读写原理,读：光盘用低能激光管发出激光照射（或强光分离）在“流动”的凹区和凸区上。从凹、凸区反射激光强弱（或反射光波长不同）区别信息“0”、“1”。磁光盘利用感应读出信息。,
