《輔助存儲(chǔ)器》PPT課件.ppt

第八章 輔助存儲(chǔ)器,8.1 輔助存儲(chǔ)器的概述,輔存的特點(diǎn) 容量大、成本低、速度慢、非易失性 輔存的分類 磁表面存儲(chǔ)器 光存儲(chǔ)器 主要技術(shù)指標(biāo),磁盤、磁帶 數(shù)字式、模擬式,存儲(chǔ)密度 存儲(chǔ)容量 尋址時(shí)間,數(shù)據(jù)傳輸率 誤碼率 價(jià)格,基本概念 磁盤機(jī) 盤面 platter 記錄面 surface 磁頭 head 磁道 track 柱面 cylinder 扇區(qū) sector 磁盤地址,磁道,扇區(qū),磁頭,基本概念 磁盤機(jī) 盤面 platter 記錄面 surface 磁頭 head 磁道 track 柱面 cylinder 扇區(qū) sector 磁盤地址,磁道,扇區(qū),磁頭,相鄰數(shù)據(jù)存放于同一柱面的不同磁道還是同一盤片的不同的磁道,1. 存儲(chǔ)密度 單位長(zhǎng)度或面積磁層表面所存儲(chǔ)的二進(jìn)制信息量 磁盤 - 道密度（TPI/TPM) 位密度（BPI/BPM) 磁帶- 位密度 2. 存儲(chǔ)容量 磁表面存儲(chǔ)器所能存儲(chǔ)的二進(jìn)制信息總量(字節(jié)） 格式化容量 某種特定的記錄格式所存信息總量 非格式化容量磁記錄表面可用的磁化單元總數(shù),面密度,3. 尋址時(shí)間 磁盤：直接存取 平均尋址時(shí)間Ta 平均找道時(shí)間tsa 平均等待時(shí)間twa Ta (tsmax+tsmin)/2 + (twmax+twmin)/2 磁帶 ：順序存取 4. 數(shù)據(jù)傳輸率 磁表面存儲(chǔ)器在單位時(shí)間內(nèi)與主機(jī)之間傳送數(shù)據(jù)的 位數(shù)或字節(jié)數(shù) Dr DV D - 記錄密度 (單位距離的位數(shù)) V記錄介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)速度 （單位時(shí)間的距離）,5. 誤碼率 出錯(cuò)信息位數(shù)/讀出的總信息位數(shù) 6. 價(jià)格 位價(jià)格=設(shè)備價(jià)格/容量 7.硬盤高速緩存,容量 扇區(qū)容量S 磁道容量T 每道扇區(qū)數(shù)n S 柱面容量C 記錄面數(shù)m T 單盤容量 P 每面磁道數(shù)t T 磁盤容量D m t n S 記錄面數(shù)每面磁道數(shù)每道扇區(qū)數(shù)每扇區(qū)字節(jié)數(shù),非格式化D 記錄面數(shù) 每面磁道數(shù) 每道信息量 記錄面數(shù)道密度環(huán)半徑位密度道長(zhǎng),速度 尋址時(shí)間尋道時(shí)間等待時(shí)間 訪問(wèn)時(shí)間尋址時(shí)間存取時(shí)間 數(shù)據(jù)傳輸率磁道容量 轉(zhuǎn)速,假設(shè)一個(gè)有 3 個(gè)盤片的硬盤，共有 4 個(gè)記錄面，轉(zhuǎn)速為 7200 轉(zhuǎn)/分，盤面有效記錄區(qū)域的外直徑為 30cm，內(nèi)直徑為 10cm，記錄位密度為 250位/mm，磁道密度為 8道/mm，每磁道分16個(gè)扇區(qū)，每扇區(qū) 512字節(jié)，則該硬盤的非格式化容量和格式化容量約為_(kāi)，數(shù)據(jù)傳輸率約為_(kāi). 若一個(gè)文件超出一個(gè)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.存于同一盤面的其它編號(hào)的磁道上 B.存于其它盤面的同一編號(hào)的磁道上 C.存于其它盤面的其它編號(hào)的磁道上 D.存放位置隨機(jī),非格式化盤面數(shù)每面磁道數(shù)每道信息量 每面磁道數(shù)(（外徑內(nèi)徑）/2)道密度 1008道/mm=800道/mm 每道信息量?jī)?nèi)徑周長(zhǎng)位密度 10cm103.14159250 位/mm 78537.5 位/道 非格式化容量480078537.5/8/1024/102430MB 格式化容量盤面數(shù)每面磁道數(shù)每道扇區(qū)數(shù)每扇區(qū)字節(jié)數(shù) 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,數(shù)據(jù)傳輸率(外圈速率內(nèi)圈速率)/2 外圈速率外徑周長(zhǎng)位密度轉(zhuǎn)速 (30cm103.14159250 位/mm120轉(zhuǎn)/秒)/8/1024 3451.4539 KB/s 內(nèi)圈速率內(nèi)徑周長(zhǎng)位密度轉(zhuǎn)速 (10cm103.14159250 位/mm120轉(zhuǎn)/秒)/8/1024 1150.4846 KB/s 數(shù)據(jù)傳輸率（3451.45391150.4846）/2=2300.9693 KB/s,8.2 磁記錄原理與記錄方式,1.磁表面存儲(chǔ) 磁盤存儲(chǔ)器 磁帶存儲(chǔ)器 磁表面存儲(chǔ)器的優(yōu)點(diǎn) 存儲(chǔ)容量大，位價(jià)格低； 可以重復(fù)使用； 非易失性; 非破壞性讀出，讀出無(wú)需再生信息 。 磁表面存儲(chǔ)器的缺點(diǎn) 存取速度慢; 機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜; 對(duì)工作環(huán)境要求高。,2.磁表面存儲(chǔ)器的讀寫原理 電-磁轉(zhuǎn)換: 磁頭和記錄介質(zhì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)完成寫和讀,通過(guò)電- 磁變換，利用磁頭寫線圈中的脈沖電流，可把一位二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換成載磁體存儲(chǔ)元的不同剩磁狀態(tài)； 反之，通過(guò)磁 - 電變換，利用磁頭讀出線圈，可將由存儲(chǔ)元的不同剩磁狀態(tài)表示的二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。,3. 磁記錄介質(zhì)與磁頭 磁記錄介質(zhì) 涂有薄層磁性材料的信息載體 平涂、甩涂 感應(yīng)式磁頭 接觸式：軟磁盤、磁帶 浮動(dòng)式：硬磁盤 薄膜磁頭：體積式鐵氧體磁頭的1/30,重量1/20. MR磁頭 磁致電阻效應(yīng)：某些磁性材料，如通以一定電流，當(dāng)外加磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)該材料的電阻率會(huì)發(fā)生變化。,磁記錄方式波形圖,3. 磁記錄方式 記錄方式編碼方法 按某種規(guī)律將一串二進(jìn)制數(shù)字信息變換成磁層中相應(yīng)的磁化 元狀態(tài)，用讀寫控制電路實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。 歸零制（RZ） 不歸零制(NRZ) 見(jiàn)1就翻的不歸零 調(diào)相制(PM) 調(diào)頻制(FM) 改進(jìn)調(diào)頻制(MFM）,評(píng)價(jià)記錄方式的標(biāo)準(zhǔn)： 編碼效率 指位密度與最大磁化翻轉(zhuǎn)密度之比，也就是指每次磁層狀態(tài)翻轉(zhuǎn)所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息位的多少。 FM、PM為50%， MFM、NRZ、NRZ1為100% 自同步能力 指從讀出數(shù)據(jù)(脈沖序列)中自動(dòng)提取同步信號(hào)( 時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào))的能力。即讀出時(shí)能將數(shù)據(jù)分離出來(lái)的能力。用最小磁化翻轉(zhuǎn)間隔比最大磁化翻轉(zhuǎn)間隔。 NRZ、 NRZ1無(wú)自同步能力， FM的RFM為 T/2T1/2。,8.3 硬磁盤存儲(chǔ)器,1.硬磁盤存儲(chǔ)器的種類 磁頭結(jié)構(gòu) 磁盤結(jié)構(gòu),可換盤存儲(chǔ)器：可脫機(jī)保存數(shù)據(jù)，道密度低 固定盤存儲(chǔ)器：不可脫機(jī)保存數(shù)據(jù)，速度快,移動(dòng)頭磁盤存儲(chǔ)器：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尋道時(shí)間長(zhǎng) 固定頭磁盤存儲(chǔ)器：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無(wú)尋道時(shí)間,溫盤 Winchester,防塵性能好；可靠性高； 對(duì)使用環(huán)境要求不高,最早的硬盤 1956年9月IBM, 第一臺(tái)磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)IBM 350 RAMAC（Random Access Method of Accounting and Control） 隨機(jī)存儲(chǔ)，5MB，共使用了50個(gè)直徑為24英寸的磁盤， 主要用于飛機(jī)預(yù)約、自動(dòng)銀行、醫(yī)學(xué)診斷及太空領(lǐng)域內(nèi)。 1968年IBM, “溫徹斯特/Winchester”技術(shù) “密封、固定并高速旋轉(zhuǎn)的鍍磁盤片，磁頭沿盤片徑向移動(dòng)，磁頭懸浮在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的盤片上方，而不與盤片直接接觸” 1973年，IBM公司制造出了第一臺(tái)采用“溫徹期特”技術(shù)的硬盤，目前硬盤大多是此技術(shù)的延伸。,2. 硬磁盤的基本結(jié)構(gòu),磁盤存儲(chǔ)器,驅(qū)動(dòng)器 HDD,控制器 HDC,定位驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 主軸系統(tǒng) 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng) 寫入與讀出電路 讀寫轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) 讀寫磁頭,控制邏輯與時(shí)序 數(shù)據(jù)并-串變換電路,磁盤驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖,3. 磁盤陣列存儲(chǔ)器,廉價(jià)冗余磁盤陣列 (RAID ， Redundent Array Of Inexpensive Disk) 基于數(shù)據(jù)分塊技術(shù)，即在多個(gè)磁盤上交錯(cuò)存放數(shù)據(jù)，使之可以并行存取。在陣列控制器的組織管理下，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行、交叉存儲(chǔ)或單獨(dú)存儲(chǔ)操作 磁盤冗余陣列 的分類 RAID 0級(jí)RAID 7級(jí) RAID 10級(jí)(RAID 0級(jí)+RAID 1級(jí)),5. 硬磁盤驅(qū)動(dòng)器的發(fā)展動(dòng)向,采用浮動(dòng)磁頭，降低浮動(dòng)高度; MR磁頭；(磁致電阻效應(yīng)，只讀，精度高) 改進(jìn)存儲(chǔ)介質(zhì)和盤基，提高記錄密度; 采用溫徹斯特技術(shù); 縮短平均存取時(shí)間，提高數(shù)據(jù)傳輸率; HDD的微小型化。 /05/0830/14/1SDLBTHN0016191G_17.html,富士通的8寸硬盤，3600轉(zhuǎn)，2.8GB，92年出品,NEC制造 14寸硬盤DKU800， 3620轉(zhuǎn)，2.7GB的容量,Seagate 3.25英寸硬盤,8.4 光盤存儲(chǔ)器,1.光盤(optical disk)的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 存儲(chǔ)密度高，容量大，價(jià)格低，壽命長(zhǎng)，可替換。 缺點(diǎn) 存取時(shí)間長(zhǎng)，數(shù)據(jù)傳輸率低，記錄頭大重。 2.分類 讀寫性質(zhì),只讀型 寫一次型 重寫型,只讀型光盤 CD-DA ( Compact Disc Digital Audio )數(shù)字唱盤 VCD ( Digital Versatile Disk) 數(shù)字通用光盤 DVD （Digital Video Disc ) 數(shù)字視頻光盤 CD-ROM (compact disk-ROM）只讀型光盤 只寫一次型光盤(WORM，write once, read many) CD-R 重寫型光盤 CD-RW：可擦寫 MO (Magneto Optical )磁光盤 光盤塔,3.光盤的讀寫原理 形變 相變 磁光存儲(chǔ) 4.光盤存儲(chǔ)器的組成 盤片 控制器 驅(qū)動(dòng)器,寫一次型光學(xué)系統(tǒng)示意圖,8.7 輔存綜合比較,硬盤： 容量大、數(shù)據(jù)傳輸率高、等待時(shí)間短 溫徹斯特技術(shù)、頭盤組合體 發(fā)展方向：減輕重量、降低功耗、抗撞擊 技術(shù)難度大、各