計算機(jī)組成原理(第七章-new)

1、計算機(jī)組成原理第七章第七章 外存與外存與I/O設(shè)備設(shè)備課程教學(xué)要求本章內(nèi)容本章內(nèi)容： 7.1 7.1 外圍設(shè)備概述外圍設(shè)備概述 7.2 7.2 磁盤存儲設(shè)備磁盤存儲設(shè)備 7.3 7.3 磁盤存儲設(shè)備的技術(shù)發(fā)展磁盤存儲設(shè)備的技術(shù)發(fā)展 7 7.4 .4 磁帶存儲設(shè)備磁帶存儲設(shè)備 7.5 7.5 光盤存儲設(shè)備光盤存儲設(shè)備 7 7.6 .6 顯示設(shè)備顯示設(shè)備 7 7.7 .7 輸入設(shè)備和打印設(shè)備輸入設(shè)備和打印設(shè)備7.1 外圍設(shè)備概述外圍設(shè)備概述 1 1 外圍設(shè)備的一般功能外圍設(shè)備的一般功能 2 2 外圍設(shè)備的分類外圍設(shè)備的分類外圍設(shè)備外圍設(shè)備1 外圍設(shè)備的一般功能外圍設(shè)備的一般功能 外圍設(shè)備的定義：外

2、圍設(shè)備的定義： 除了除了CPU和主存外，計算機(jī)系統(tǒng)的其它和主存外，計算機(jī)系統(tǒng)的其它部件部件都視為外圍設(shè)都視為外圍設(shè)備。備。 外圍設(shè)備的功能：外圍設(shè)備的功能： 在計算機(jī)與其它機(jī)器之間、計算機(jī)與用戶之間建立起交互在計算機(jī)與其它機(jī)器之間、計算機(jī)與用戶之間建立起交互關(guān)系。關(guān)系。 外圍設(shè)備的基本組成：外圍設(shè)備的基本組成： (1) 物理介質(zhì)：外設(shè)組成介質(zhì)的物理特征。物理介質(zhì)：外設(shè)組成介質(zhì)的物理特征。 (2) 驅(qū)動裝置：用于移動或驅(qū)動外設(shè)的物理裝置。驅(qū)動裝置：用于移動或驅(qū)動外設(shè)的物理裝置。 (3) 控制電路：用于對數(shù)據(jù)交換的控制電路?？刂齐娐罚河糜趯?shù)據(jù)交換的控制電路。外圍設(shè)備外圍設(shè)備外部設(shè)備外部設(shè)備鍵盤鍵

3、盤鼠標(biāo)器鼠標(biāo)器掃描儀掃描儀數(shù)碼相機(jī)數(shù)碼相機(jī)語音文字輸入語音文字輸入輸入設(shè)備輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸出設(shè)備顯示系統(tǒng)顯示系統(tǒng)打印機(jī)打印機(jī)硬盤存儲器硬盤存儲器外存儲設(shè)備外存儲設(shè)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)備多媒體設(shè)備多媒體設(shè)備外圍設(shè)備的基本類別：外圍設(shè)備的基本類別：2 外圍設(shè)備的分類外圍設(shè)備的分類 計算機(jī)的五大類外圍設(shè)備請參看教材計算機(jī)的五大類外圍設(shè)備請參看教材P210. CAI演示演示。中央部分中央部分為為主機(jī)主機(jī)，主機(jī)通過總線與各設(shè)備的適配器，主機(jī)通過總線與各設(shè)備的適配器(接口接口)相連，并通過接口中的控制器，與外圍設(shè)備建立起聯(lián)系。相連，并通過接口中的控制器，與外圍設(shè)備建立起聯(lián)系。外圍設(shè)備包括：外圍設(shè)備包括：輸入

4、設(shè)備輸入設(shè)備、輸出設(shè)備輸出設(shè)備、外存設(shè)備外存設(shè)備、數(shù)據(jù)通數(shù)據(jù)通信設(shè)備信設(shè)備和和過程控制設(shè)備過程控制設(shè)備幾大類，各類外設(shè)的工作模式、信息類幾大類，各類外設(shè)的工作模式、信息類型、處理速度和控制方式等都各自不同。型、處理速度和控制方式等都各自不同。計算機(jī)中的主要計算機(jī)中的主要I/O設(shè)備介紹，見教材設(shè)備介紹，見教材P210，表，表7.1。外圍設(shè)備外圍設(shè)備思考題（教材思考題（教材P211）：）： I/O設(shè)備為什么不能與主機(jī)直接連接？設(shè)備為什么不能與主機(jī)直接連接？ 各種各種I/O設(shè)備的控制器結(jié)構(gòu)相同嗎？設(shè)備的控制器結(jié)構(gòu)相同嗎？7.2 磁盤存儲設(shè)備磁盤存儲設(shè)備1 1 磁記錄原理磁記錄原理2 2 硬磁盤機(jī)的基

5、本組成和分類硬磁盤機(jī)的基本組成和分類 3 3 硬磁盤驅(qū)動器和控制器硬磁盤驅(qū)動器和控制器4 4 磁盤上信息的分布磁盤上信息的分布5 5 磁盤存儲器的技術(shù)指標(biāo)磁盤存儲器的技術(shù)指標(biāo)外圍設(shè)備外圍設(shè)備(教材教材P215218 自閱自閱）7.2.1 磁記錄原理磁記錄原理所謂所謂磁表面存儲磁表面存儲: : 用某些磁性材料薄薄地涂在金屬鋁或用某些磁性材料薄薄地涂在金屬鋁或塑料表面作載磁體來存儲信息。塑料表面作載磁體來存儲信息。硬盤就是一個典型實例硬盤就是一個典型實例。外圍設(shè)備外圍設(shè)備（固定硬盤）（固定硬盤）硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)：磁表面存儲設(shè)備磁表面存儲設(shè)備是是計算機(jī)外存儲器的主要形式之一。計算機(jī)外存儲器的主要形式之一

6、。優(yōu)點優(yōu)點: : ( (教材教材P211)P211)(1)(1)存儲容量大，位價格低；存儲容量大，位價格低；( (如：磁盤、磁帶如：磁盤、磁帶) ) (2)(2)記錄介質(zhì)無損耗，可以長期重復(fù)使用；記錄介質(zhì)無損耗，可以長期重復(fù)使用； (3)(3)記錄信息可以脫機(jī)存檔，并且可以長期保存記錄信息可以脫機(jī)存檔，并且可以長期保存 而不丟失；而不丟失； (4)(4)非破壞性讀出，讀出時無需刷新信息。非破壞性讀出，讀出時無需刷新信息。 廣泛用于廣泛用于系統(tǒng)軟件、大型文件、數(shù)據(jù)庫等系統(tǒng)軟件、大型文件、數(shù)據(jù)庫等大量數(shù)據(jù)和文件的存儲或備份大量數(shù)據(jù)和文件的存儲或備份。磁表面存儲器的缺點磁表面存儲器的缺點： 存取速度

7、較慢，機(jī)械控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對工作環(huán)存取速度較慢，機(jī)械控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對工作環(huán)境境要求較高等。要求較高等。 由于其由于其存儲容量大，內(nèi)容非易失、位成本低存儲容量大，內(nèi)容非易失、位成本低等等特點顯著，現(xiàn)代計算機(jī)系統(tǒng)中仍是構(gòu)成輔助大容量特點顯著，現(xiàn)代計算機(jī)系統(tǒng)中仍是構(gòu)成輔助大容量存儲器的主要部件之一。存儲器的主要部件之一。 存儲原理分析存儲原理分析磁性材料的磁滯回線圖：磁性材料的磁滯回線圖： H-Br+Br1.1.磁性材料的物理特性磁性材料的物理特性外圍設(shè)備外圍設(shè)備撤銷磁化電流撤銷磁化電流0剩磁剩磁Br0撤銷磁化電流撤銷磁化電流 從磁滯回線可以看出，磁性材料被磁化以后，存在從磁滯回線可以看出，磁性材料被

8、磁化以后，存在Br兩個穩(wěn)定的剩磁狀態(tài)。兩個穩(wěn)定的剩磁狀態(tài)。 如果規(guī)定用如果規(guī)定用+Br狀態(tài)表示代碼狀態(tài)表示代碼“1”，-Br狀態(tài)表示代碼狀態(tài)表示代碼“0”，則：磁性材料上呈現(xiàn)剩磁狀態(tài)可記錄一位二進(jìn)制代碼，則：磁性材料上呈現(xiàn)剩磁狀態(tài)可記錄一位二進(jìn)制代碼信息。信息。2.2.記錄方式記錄方式 （略）（略）形成不同寫入電流波形的方式，稱為形成不同寫入電流波形的方式，稱為記錄方式記錄方式。記錄方式。記錄方式是一種編碼方式，它按某種規(guī)律將一串二進(jìn)制數(shù)字信息變換成是一種編碼方式，它按某種規(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)，用讀寫控制電路實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。磁層中相應(yīng)的磁化元狀態(tài)，用讀寫控制電路實

9、現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。在磁表面存儲器中，由于寫入電流的幅度、相位、頻率變在磁表面存儲器中，由于寫入電流的幅度、相位、頻率變化不同，從而形成了不同的記錄方式化不同，從而形成了不同的記錄方式( (見教材見教材P252 P252 圖圖7-117-11）。）。 常用記錄方式可分為常用記錄方式可分為不歸零制不歸零制(NRZ)(NRZ)，調(diào)相制調(diào)相制(PM)(PM)，調(diào)頻制調(diào)頻制(FM)(FM)幾大類。這些記錄方式中代碼幾大類。這些記錄方式中代碼0 0或或1 1的寫入電流波形見文字的寫入電流波形見文字教材的圖教材的圖7.117.11。 外圍設(shè)備外圍設(shè)備不歸零制不歸零制(NRZ(NRZ0 0) )： 其特點是磁頭線圈

10、中始終有電流，不其特點是磁頭線圈中始終有電流，不是正向電流是正向電流( (代表代表1)1)就是反向電流就是反向電流( (代表代表0)0)，因此不歸零制記錄，因此不歸零制記錄方式的抗干擾性能較好。方式的抗干擾性能較好。見見“1 1”就翻不歸零制就翻不歸零制(NRZ(NRZ1 1) ) 與與 NRZNRZ0 0制的相同處制的相同處：磁頭線：磁頭線圈中始終有電流通過。不同處：記錄圈中始終有電流通過。不同處：記錄“0 0”時電流方向不變，只時電流方向不變，只有遇到有遇到1 1時才改變方向。時才改變方向。 調(diào)相制調(diào)相制(PM)(PM)：其特點是在一個位周期的中間位置，電流由其特點是在一個位周期的中間位置

11、，電流由負(fù)到正為負(fù)到正為1 1，由正到負(fù)為，由正到負(fù)為0 0，即利用電流相位的變化進(jìn)行寫，即利用電流相位的變化進(jìn)行寫“1 1”和和“0 0”，所以通過磁頭中的電流方向一定要改變一次，這種記，所以通過磁頭中的電流方向一定要改變一次，這種記錄方式中錄方式中“1 1”和和“0 0”的讀出信號相位不同，抗干擾能力較強(qiáng)。的讀出信號相位不同，抗干擾能力較強(qiáng)。另外讀出信號經(jīng)分離電路可提取自同步定時脈沖，所以具有自另外讀出信號經(jīng)分離電路可提取自同步定時脈沖，所以具有自同步能力。磁帶存儲器中一般采用這種記錄方式。同步能力。磁帶存儲器中一般采用這種記錄方式。外圍設(shè)備外圍設(shè)備調(diào)頻制調(diào)頻制(FM)(FM) 其特點如下

12、：其特點如下：(1)(1)無論記錄的代碼是無論記錄的代碼是1 1或或0 0，或，或者連續(xù)寫者連續(xù)寫“1 1”或?qū)懟驅(qū)憽?0 0”，在相鄰兩個存儲元交界處電流都要，在相鄰兩個存儲元交界處電流都要改變方向；改變方向；(2)(2)記錄記錄1 1時電流一定要在位周期中間改變方向，寫時電流一定要在位周期中間改變方向，寫“1 1”電流的頻率是寫電流的頻率是寫“0 0”電流頻率的電流頻率的2 2倍，故稱為倍頻法。這倍，故稱為倍頻法。這種記錄方式的優(yōu)點是記錄密度高，具有自同步能力。種記錄方式的優(yōu)點是記錄密度高，具有自同步能力。FMFM可用于可用于單密度磁盤存儲器。單密度磁盤存儲器。改進(jìn)調(diào)頻制改進(jìn)調(diào)頻制(MFM

13、)(MFM) 與調(diào)頻制的區(qū)別在于只有連續(xù)記錄兩個與調(diào)頻制的區(qū)別在于只有連續(xù)記錄兩個或兩個以上或兩個以上“0 0”時，才在位周期的起始位置翻轉(zhuǎn)一次，而不是時，才在位周期的起始位置翻轉(zhuǎn)一次，而不是在每個位周期的起始處都翻轉(zhuǎn)，因而進(jìn)一步提高了記錄密度。在每個位周期的起始處都翻轉(zhuǎn)，因而進(jìn)一步提高了記錄密度。MFMMFM可用于雙密度磁盤存儲器?？捎糜陔p密度磁盤存儲器。除了上述幾種記錄方式外，還有游程長度受限碼除了上述幾種記錄方式外，還有游程長度受限碼RLLCRLLC、成、成組編碼組編碼GCRGCR等記錄方式。等記錄方式。外圍設(shè)備外圍設(shè)備評價一種記錄方式優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)評價一種記錄方式優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)：編碼效率、自同

14、步能力、：編碼效率、自同步能力、 檢讀分辨力、信息相關(guān)性、抗干擾能力、信道帶寬、編碼譯碼檢讀分辨力、信息相關(guān)性、抗干擾能力、信道帶寬、編碼譯碼電路的復(fù)雜性等。電路的復(fù)雜性等。編碼效率編碼效率 是指位密度與最大磁化翻轉(zhuǎn)密度之比，也就是是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)指每次磁層狀態(tài)翻轉(zhuǎn) 所存儲的數(shù)據(jù)信息位的多少。所存儲的數(shù)據(jù)信息位的多少。自同步能力自同步能力 是指從讀出數(shù)據(jù)是指從讀出數(shù)據(jù)( (脈沖序列脈沖序列) )中自動提取同步中自動提取同步信號信號( ( 時間基準(zhǔn)信號時間基準(zhǔn)信號) )的能力。自同步能力的大小可以用最小的能力。自同步能力的大小可以用最小磁化翻轉(zhuǎn)間隔與最大

15、磁化翻轉(zhuǎn)間隔的比值磁化翻轉(zhuǎn)間隔與最大磁化翻轉(zhuǎn)間隔的比值R R來衡量。來衡量。R R越大，自越大，自同步能力越高。同步能力越高。檢讀分辨力檢讀分辨力 是指磁記錄系統(tǒng)對讀出信號的分辨能力。是指磁記錄系統(tǒng)對讀出信號的分辨能力。信息相關(guān)性信息相關(guān)性 是指漏讀或錯讀一位是否會傳播誤碼，所以是指漏讀或錯讀一位是否會傳播誤碼，所以是衡量精度的指標(biāo)。是衡量精度的指標(biāo)。外圍設(shè)備外圍設(shè)備3.3.磁表面存儲器的讀寫原理磁表面存儲器的讀寫原理在磁表面存儲器中，利用一種在磁表面存儲器中，利用一種“磁頭磁頭”的裝置來形成和的裝置來形成和檢測磁層中的不同磁化狀態(tài)。檢測磁層中的不同磁化狀態(tài)。(1)(1)寫操作寫操作外圍設(shè)備外

16、圍設(shè)備局部磁化單元局部磁化單元載磁體載磁體寫線圈寫線圈SNI局部磁化單元局部磁化單元寫線圈寫線圈SN鐵芯鐵芯磁通磁通磁層磁層寫入寫入“0”寫入寫入“1”I 當(dāng)在線圈里通入不同方向的脈沖磁化電流，就可在當(dāng)在線圈里通入不同方向的脈沖磁化電流，就可在載磁載磁體表面體表面得到具有不同剩磁極性的磁化元。（得到具有不同剩磁極性的磁化元。（信息的寫入信息的寫入） 顯然，一個磁化元就是一個存儲元，可以存儲一位二顯然，一個磁化元就是一個存儲元，可以存儲一位二進(jìn)制信息。進(jìn)制信息。 當(dāng)載磁體相對于磁頭運動時當(dāng)載磁體相對于磁頭運動時 ，就可以連續(xù)寫入一連串，就可以連續(xù)寫入一連串的二進(jìn)制信息。的二進(jìn)制信息。(2)(2)

17、讀操作讀操作外圍設(shè)備外圍設(shè)備N讀線圈讀線圈S讀線圈讀線圈SN鐵芯鐵芯磁通磁通磁層磁層運動方向運動方向運動方向運動方向ssttffee讀出讀出 “0”讀出讀出 “1”dtdkef f 不同的剩磁讀會產(chǎn)生出極性不同的e-ee相應(yīng)的電動勢相應(yīng)的電動勢e e，其值為：，其值為：不同方向的感應(yīng)電勢經(jīng)讀出放大器放大鑒別，就可判不同方向的感應(yīng)電勢經(jīng)讀出放大器放大鑒別，就可判知讀出的信息是知讀出的信息是“1 1”還是還是“0 0”。 （信息的讀出信息的讀出）dtdkef f 磁表面存儲器存取信息的原理：電磁表面存儲器存取信息的原理：電- -磁變換磁變換7.2.2 磁盤的基本組成和分類磁盤的基本組成和分類硬磁盤

18、硬磁盤：記錄介質(zhì)為硬質(zhì)圓形盤片的磁表面存：記錄介質(zhì)為硬質(zhì)圓形盤片的磁表面存儲器。儲器。 它主要由它主要由磁記錄介質(zhì)磁記錄介質(zhì)、磁盤控制器磁盤控制器、磁盤驅(qū)動器磁盤驅(qū)動器三大部分組成。三大部分組成。 其邏輯結(jié)構(gòu)圖請參見教材其邏輯結(jié)構(gòu)圖請參見教材P213。 CAI演示演示外圍設(shè)備外圍設(shè)備磁磁 盤盤 控控 制制 器器磁磁 盤盤 驅(qū)驅(qū) 動動 器器盤盤 片片主主 機(jī)機(jī)磁盤控制器磁盤控制器包括包括: : 控制邏輯與時序、數(shù)據(jù)并控制邏輯與時序、數(shù)據(jù)并- -串變換、串串變換、串- -并變換電路。并變換電路。磁盤驅(qū)動器磁盤驅(qū)動器包括包括: : 寫入電路與讀出電路、讀寫轉(zhuǎn)換開關(guān)、讀寫磁頭與磁頭寫入電路與讀出電路、

19、讀寫轉(zhuǎn)換開關(guān)、讀寫磁頭與磁頭定位伺服系統(tǒng)等。定位伺服系統(tǒng)等。磁盤系統(tǒng)基本組成：硬磁盤分類硬磁盤分類： 按盤片結(jié)構(gòu)分成按盤片結(jié)構(gòu)分成可換盤片可換盤片式與式與固定盤片固定盤片式兩種；磁頭也分式兩種；磁頭也分為可移動磁頭和固定磁頭兩種。為可移動磁頭和固定磁頭兩種。 (1) (1) 可移動磁頭固定盤片的磁盤機(jī)可移動磁頭固定盤片的磁盤機(jī) 特點：特點：一組盤片固定在主軸上，盤片不可更換一組盤片固定在主軸上，盤片不可更換 。盤片每。盤片每面有一個磁頭，存取數(shù)據(jù)時磁頭沿盤面徑向方向移動。面有一個磁頭，存取數(shù)據(jù)時磁頭沿盤面徑向方向移動。 (2) (2) 固定磁頭磁盤機(jī)固定磁頭磁盤機(jī) 特點：特點：磁盤的每一個磁道

20、對應(yīng)一個磁頭，磁頭位置固定，磁盤的每一個磁道對應(yīng)一個磁頭，磁頭位置固定，盤片不可更換。優(yōu)點是存取速度快，省去磁頭找道時間，缺點盤片不可更換。優(yōu)點是存取速度快，省去磁頭找道時間，缺點是磁頭多、結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜。是磁頭多、結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜。外圍設(shè)備外圍設(shè)備 (3)(3)可移動磁頭可換盤片的磁盤機(jī)可移動磁頭可換盤片的磁盤機(jī) 盤片可以更換，磁頭可沿盤面徑向移動。優(yōu)點是盤片可以盤片可以更換，磁頭可沿盤面徑向移動。優(yōu)點是盤片可以脫機(jī)保存，同種型號的盤片具有互換性。脫機(jī)保存，同種型號的盤片具有互換性。 (4)(4)溫徹斯特磁盤機(jī)溫徹斯特磁盤機(jī) 溫徹斯特磁盤簡稱溫盤，是一種采用先進(jìn)技術(shù)研制的溫徹斯特磁盤簡稱溫盤，是一

21、種采用先進(jìn)技術(shù)研制的可移可移動磁頭固定多盤片動磁頭固定多盤片的磁盤機(jī)。它是一種密封組合式的硬磁盤，的磁盤機(jī)。它是一種密封組合式的硬磁盤，即磁頭、盤片、電機(jī)等驅(qū)動部件乃至讀寫電路等組裝成一個不即磁頭、盤片、電機(jī)等驅(qū)動部件乃至讀寫電路等組裝成一個不可隨意拆卸的整體。可隨意拆卸的整體。 優(yōu)點是防塵性能好，可靠性高，對使用環(huán)境要求不高。優(yōu)點是防塵性能好，可靠性高，對使用環(huán)境要求不高。外圍設(shè)備外圍設(shè)備7.2.3 硬磁盤驅(qū)動器和控制器硬磁盤驅(qū)動器和控制器1.1.磁盤驅(qū)動器磁盤驅(qū)動器各類磁盤驅(qū)動器的具體結(jié)構(gòu)雖然有差別，但基本結(jié)構(gòu)相同，各類磁盤驅(qū)動器的具體結(jié)構(gòu)雖然有差別，但基本結(jié)構(gòu)相同，主要由定位驅(qū)動系統(tǒng)、主

22、軸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)組成，是一種精主要由定位驅(qū)動系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)組成，是一種精密的電子和機(jī)械裝置。密的電子和機(jī)械裝置。2.2.磁盤控制器磁盤控制器磁盤控制器是主機(jī)與磁盤驅(qū)動器之間的磁盤控制器是主機(jī)與磁盤驅(qū)動器之間的接口接口。磁盤與主機(jī)之。磁盤與主機(jī)之間采用成批交換數(shù)據(jù)方式。間采用成批交換數(shù)據(jù)方式。 磁盤控制器需要有兩個方面的接口：磁盤控制器需要有兩個方面的接口：與主機(jī)的接口（稱為與主機(jī)的接口（稱為系統(tǒng)級接口系統(tǒng)級接口），控制外存與主機(jī)總線之間交換數(shù)據(jù)；），控制外存與主機(jī)總線之間交換數(shù)據(jù)； 與設(shè)備的與設(shè)備的接口接口( (稱為稱為設(shè)備級接口設(shè)備級接口) )，根據(jù)主機(jī)命令控制設(shè)備的操作。

23、（見后，根據(jù)主機(jī)命令控制設(shè)備的操作。（見后圖）圖）主機(jī)與磁盤驅(qū)動器交換數(shù)據(jù)的控制邏輯如圖所示：主機(jī)與磁盤驅(qū)動器交換數(shù)據(jù)的控制邏輯如圖所示：以數(shù)據(jù)讀出為例以數(shù)據(jù)讀出為例：磁盤上的信息經(jīng)讀磁頭讀出、信號放大；磁盤上的信息經(jīng)讀磁頭讀出、信號放大； 進(jìn)行串進(jìn)行串- -并變換、格式變換；并變換、格式變換； 送入數(shù)據(jù)緩沖器；送入數(shù)據(jù)緩沖器； 按成組數(shù)據(jù)傳送控制方式，將數(shù)據(jù)并行傳送按成組數(shù)據(jù)傳送控制方式，將數(shù)據(jù)并行傳送 到主機(jī)。到主機(jī)。外圍設(shè)備外圍設(shè)備磁磁盤盤主主機(jī)機(jī)每塊每塊盤片的上下兩面都能記錄信息，通常把盤片表面稱為盤片的上下兩面都能記錄信息，通常把盤片表面稱為記記錄面錄面。記錄面上一系列同心圓稱為記錄

24、面上一系列同心圓稱為磁道磁道。每個盤片表面通常有幾每個盤片表面通常有幾十到幾百個磁道。十到幾百個磁道。每個磁道又分為若干個每個磁道又分為若干個扇區(qū)扇區(qū)，“扇區(qū)扇區(qū)”是磁盤上的最小記錄單位是磁盤上的最小記錄單位。 各記錄面上的同號磁道各記錄面上的同號磁道構(gòu)成一個構(gòu)成一個柱面柱面。 當(dāng)某文件長度超過一個當(dāng)某文件長度超過一個磁道的容量，通常將它記磁道的容量，通常將它記錄在錄在同一個柱面同一個柱面上。上。 (為什么？為什么？) 可減少磁頭移動、加可減少磁頭移動、加速存取速度。速存取速度。 7.2.4 磁盤上信息的分布磁盤上信息的分布 （教材教材P215）每塊盤片有每塊盤片有2個記錄面?zhèn)€記錄面 磁道的編

25、址是從外向內(nèi)依次編號，最外一個同心圓叫磁道的編址是從外向內(nèi)依次編號，最外一個同心圓叫0 0磁道，磁道，最里面的一個同心圓叫最里面的一個同心圓叫n n磁道。磁道。 因此，對活動頭磁盤組（如圖）來說，因此，對活動頭磁盤組（如圖）來說，磁盤地址格式為：磁盤地址格式為： 在磁道上，信息是按扇區(qū)在磁道上，信息是按扇區(qū)存放的，每個扇區(qū)中存放一定存放的，每個扇區(qū)中存放一定數(shù)量的字或字節(jié)，并且，數(shù)量的字或字節(jié)，并且，每個每個扇區(qū)存放的字或字節(jié)數(shù)是相同扇區(qū)存放的字或字節(jié)數(shù)是相同的的。 內(nèi)磁道的存儲密度比外磁內(nèi)磁道的存儲密度比外磁道的存儲密度大道的存儲密度大. .外圍設(shè)備外圍設(shè)備盤面盤面（磁頭）（磁頭）號號柱面柱

26、面（磁道）（磁道）號號扇區(qū)號扇區(qū)號 磁盤存儲器的每個扇區(qū)記錄定長的數(shù)據(jù)（磁盤存儲器的每個扇區(qū)記錄定長的數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊)，是串行、，是串行、逐位進(jìn)行讀逐位進(jìn)行讀/寫操作的。數(shù)據(jù)在磁盤上的記錄格式如下：寫操作的。數(shù)據(jù)在磁盤上的記錄格式如下：（教材教材P216P216) ) 每個扇區(qū)開始時由磁盤控制器產(chǎn)生一個扇標(biāo)脈沖。扇標(biāo)脈每個扇區(qū)開始時由磁盤控制器產(chǎn)生一個扇標(biāo)脈沖。扇標(biāo)脈沖的出現(xiàn)即標(biāo)志一個扇區(qū)的開始，以方便識別。沖的出現(xiàn)即標(biāo)志一個扇區(qū)的開始，以方便識別。外圍設(shè)備外圍設(shè)備7.2.5 磁盤存儲器的技術(shù)指標(biāo)磁盤存儲器的技術(shù)指標(biāo) （教材（教材P216, 自閱自閱）磁盤存儲器的主要指標(biāo)包括存儲密度、存儲

27、容量、存取時磁盤存儲器的主要指標(biāo)包括存儲密度、存儲容量、存取時間及數(shù)據(jù)傳輸率。間及數(shù)據(jù)傳輸率。 1、存儲密度存儲密度： 存儲密度分為存儲密度分為道密度道密度、位密度位密度和和面密度面密度。道密度道密度：是沿磁盤半徑方向單位長度上的磁道數(shù)，單位為道：是沿磁盤半徑方向單位長度上的磁道數(shù)，單位為道/ / 英寸。英寸。位密度位密度：是磁道單位長度上能記錄的二進(jìn)制代碼位數(shù)，單位為：是磁道單位長度上能記錄的二進(jìn)制代碼位數(shù)，單位為 位位/ /英寸。英寸。面密度面密度：位密度：位密度道密度道密度 單位：位單位：位/ /平方英寸。平方英寸。2、存儲容量存儲容量： 一個磁盤存儲器所能存儲的字節(jié)總數(shù)，一個磁盤存儲器

28、所能存儲的字節(jié)總數(shù)，稱為磁盤存儲器的存儲容量。稱為磁盤存儲器的存儲容量。格式化容量格式化容量和和非格式化非格式化容量容量： 磁盤存儲器必須首先進(jìn)行格式化操作，然后才能供用磁盤存儲器必須首先進(jìn)行格式化操作，然后才能供用戶記錄信息。戶記錄信息。 格式化容量是指按照某種特定的記錄格式所能存儲信格式化容量是指按照某種特定的記錄格式所能存儲信息的總量，也就是用戶可以真正使用的容量。息的總量，也就是用戶可以真正使用的容量。 格式化容量一般是非格式化容量的格式化容量一般是非格式化容量的60%70%。目前，。目前，3.5英寸的硬盤機(jī)容量已達(dá)幾百英寸的硬盤機(jī)容量已達(dá)幾百G。外圍設(shè)備外圍設(shè)備3 3、平均存取時間平

29、均存取時間： ( (見教材見教材P217-7.2P217-7.2式式) ) 磁盤平均存取時間磁盤平均存取時間通常由三個數(shù)值所決定通常由三個數(shù)值所決定: : （1 1）是將磁頭定位至所要求的磁道上所需的時間，稱為）是將磁頭定位至所要求的磁道上所需的時間，稱為定位定位時間時間或或找道時間找道時間；（2 2）是找道完成后，磁道上需要訪問的信息到達(dá)磁頭下的時）是找道完成后，磁道上需要訪問的信息到達(dá)磁頭下的時間，稱為間，稱為等待時間等待時間。（3 3）數(shù)據(jù)）數(shù)據(jù)傳送完成時間傳送完成時間外圍設(shè)備外圍設(shè)備 目前，平均找道時間為目前，平均找道時間為1015ms。平均等待時間和磁盤轉(zhuǎn)。平均等待時間和磁盤轉(zhuǎn)速有關(guān)

30、，它用磁盤旋轉(zhuǎn)一周所需時間的一半來表示。若磁盤轉(zhuǎn)速有關(guān)，它用磁盤旋轉(zhuǎn)一周所需時間的一半來表示。若磁盤轉(zhuǎn)速為速為10000轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/分，則平均等待時間約為分，則平均等待時間約為3ms左右。左右。 4、數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率: 磁盤在單位時間內(nèi)向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，稱為磁盤在單位時間內(nèi)向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，稱為數(shù)據(jù)傳數(shù)據(jù)傳輸率輸率。 假設(shè)：磁盤旋轉(zhuǎn)速度為每秒假設(shè)：磁盤旋轉(zhuǎn)速度為每秒n n轉(zhuǎn)，每條磁道容量轉(zhuǎn)，每條磁道容量為為 N個字個字節(jié)，則節(jié)，則數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率: Dr=nN (B/s)。 或：或：Dr=Dv (B/s) 其中其中: D為位密度，為位密度，v為磁盤旋轉(zhuǎn)的線速度。為磁盤旋轉(zhuǎn)的線速度

31、。 目前磁盤存儲器的數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)幾十目前磁盤存儲器的數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)幾十幾百幾百MB/s。外圍設(shè)備外圍設(shè)備 【例例】 磁盤組有磁盤組有6片磁盤，每片有兩個記錄面，最上最片磁盤，每片有兩個記錄面，最上最下兩個面不用。存儲區(qū)域內(nèi)（直）徑下兩個面不用。存儲區(qū)域內(nèi)（直）徑22cm ，外（直）徑，外（直）徑33cm，道密度為道密度為40道道/cm，內(nèi)層位密度，內(nèi)層位密度400位位/cm，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速6000轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/分。問：分。問： （教材（教材P217-218） （自閱（自閱) (1)共有多少柱面共有多少柱面? (2)盤組總存儲容量是多少盤組總存儲容量是多少? (3)數(shù)據(jù)傳輸率多少數(shù)據(jù)傳輸率多少? (4)(

32、4)* * 采用定長數(shù)據(jù)塊記錄格式，直接尋址的最小單位是什采用定長數(shù)據(jù)塊記錄格式，直接尋址的最小單位是什么么? ? 尋址命令中如何表示磁盤地址尋址命令中如何表示磁盤地址? ? (5) (5)* * 如果某文件長度超過一個磁道的容量，應(yīng)將它記錄在如果某文件長度超過一個磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一個存儲面上，還是記錄在同一個柱面上同一個存儲面上，還是記錄在同一個柱面上? ?【解解】：(1) 有效存儲區(qū)域徑長：有效存儲區(qū)域徑長：33/2-22/2=16.5-11=5.5(cm) 已知：道密度已知：道密度=40道道/cm， 405.5=220道道 即：每個記錄面上有即：每個記錄面上有220條磁道。條磁

33、道?？芍嚎芍?磁盤組應(yīng)當(dāng)共有磁盤組應(yīng)當(dāng)共有 220個柱面。個柱面。 (2) (2) 已知：內(nèi)層磁道位密度：已知：內(nèi)層磁道位密度：400位位/cm，內(nèi)層磁道周長為：內(nèi)層磁道周長為：2R=23.1411= 69.08(cm) 每道信息量：每道信息量：N=400位位/cm69.08cm=27632位位=3454 B 每面信息量每面信息量=3454B220=759880 B 盤組總?cè)萘勘P組總?cè)萘?759880B10=7598800 B （約為（約為7.5GB) (3) 磁盤數(shù)據(jù)傳輸率磁盤數(shù)據(jù)傳輸率Dr=nN其中：其中：N為每條磁道容量為每條磁道容量, n為磁盤轉(zhuǎn)速。為磁盤轉(zhuǎn)速。 已知：已知：N=3

34、454 B，n=6000轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/60秒秒=100轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/秒秒 故：故：Dr=nN=1003454B=345400 B/s 345 KB/s (4) * 采用定長數(shù)據(jù)塊格式時，直接尋址的最小單位是一個采用定長數(shù)據(jù)塊格式時，直接尋址的最小單位是一個記錄塊記錄塊(一個扇區(qū)一個扇區(qū))，每個記錄塊記錄固定字節(jié)數(shù)目的信息。，每個記錄塊記錄固定字節(jié)數(shù)目的信息。 若若假設(shè)：共分為假設(shè)：共分為16個扇區(qū)，且已知有個扇區(qū)，且已知有10個記錄面、個記錄面、220條磁道。條磁道。 本例磁盤組的編址應(yīng)當(dāng)為如下格式：本例磁盤組的編址應(yīng)當(dāng)為如下格式： 那么，那么，本例磁盤組的最大磁盤空間多大？本例磁盤組的最大磁盤空間多大？ 1

35、6個記錄面，每面可含個記錄面，每面可含256個磁道，每道有個磁道，每道有16個扇區(qū)個扇區(qū)。15 1211 43 0 盤面（磁頭）號盤面（磁頭）號柱面（磁道）號柱面（磁道）號扇區(qū)號扇區(qū)號（4位）位）（8位）位）（4位）位） (5) 如果某文件長度超過一個磁道的容量，如果某文件長度超過一個磁道的容量， 顯然，應(yīng)將它記錄在顯然，應(yīng)將它記錄在同一個柱面同一個柱面上，這樣就上，這樣就不需要重新找不需要重新找道道，減少磁頭移動，減少磁頭移動，進(jìn)而可加快數(shù)據(jù)的讀進(jìn)而可加快數(shù)據(jù)的讀/寫速度寫速度。該如何存放該如何存放？磁頭的機(jī)磁頭的機(jī)械移動速械移動速度慢！度慢！7.3 7.3 磁盤存儲設(shè)備的技術(shù)發(fā)展磁盤存儲設(shè)

36、備的技術(shù)發(fā)展1、磁盤磁盤Cache 用用Cache彌補(bǔ)磁盤與主存之間的速度差異。彌補(bǔ)磁盤與主存之間的速度差異。 核心思想核心思想：程序訪問的局部性原理。：程序訪問的局部性原理。2、磁盤陣列磁盤陣列RAID（廉價冗余磁盤陣列廉價冗余磁盤陣列） (多臺小容量磁盤組成的大容量外部存儲器多臺小容量磁盤組成的大容量外部存儲器)核心思想核心思想：數(shù)據(jù)分塊技術(shù)、并行或交叉存儲技術(shù)、冗余存儲：數(shù)據(jù)分塊技術(shù)、并行或交叉存儲技術(shù)、冗余存儲技術(shù)等，使用技術(shù)等，使用RAID可以達(dá)到單個的磁盤驅(qū)動器數(shù)倍的速率，可以達(dá)到單個的磁盤驅(qū)動器數(shù)倍的速率，并具有數(shù)據(jù)自恢復(fù)能力。并具有數(shù)據(jù)自恢復(fù)能力。 在大型計算機(jī)系統(tǒng)中普遍使用。

37、在大型計算機(jī)系統(tǒng)中普遍使用。3、可移動存儲設(shè)備可移動存儲設(shè)備: 軟盤已經(jīng)淘汰，各類較大容量的移動硬盤、軟盤已經(jīng)淘汰，各類較大容量的移動硬盤、U盤盤等，應(yīng)用日趨普及。等，應(yīng)用日趨普及。(自閱自閱)（U盤、移動硬盤）盤、移動硬盤）7.4 磁帶存儲設(shè)備磁帶存儲設(shè)備 （略）（略）外圍設(shè)備外圍設(shè)備7.5 光盤存儲設(shè)備光盤存儲設(shè)備（略）（略） 7.4.1 磁帶機(jī)的分類和結(jié)構(gòu)磁帶機(jī)的分類和結(jié)構(gòu)磁帶的分類磁帶的分類：按帶寬分有按帶寬分有1/41/4英寸和英寸和1/21/2英寸；英寸；按帶長分有按帶長分有24002400英尺、英尺、12001200英尺和英尺和600600英尺；英尺；按外形分有開盤式磁帶和盒式磁

38、帶；按外形分有開盤式磁帶和盒式磁帶；按記錄密度分有按記錄密度分有800800位位/ /英寸、英寸、16001600位位/ /英寸、英寸、62506250位位/ /英寸；英寸；按帶面并行記錄的磁道數(shù)分有按帶面并行記錄的磁道數(shù)分有9 9道、道、1616道等。道等。計算機(jī)系統(tǒng)中多采用計算機(jī)系統(tǒng)中多采用1/21/2英寸開盤磁帶和英寸開盤磁帶和1/41/4英寸盒式磁帶，英寸盒式磁帶，它們是標(biāo)準(zhǔn)磁帶。它們是標(biāo)準(zhǔn)磁帶。外圍設(shè)備外圍設(shè)備磁帶機(jī)的分類磁帶機(jī)的分類：按磁帶機(jī)規(guī)模分，有標(biāo)準(zhǔn)半英按磁帶機(jī)規(guī)模分，有標(biāo)準(zhǔn)半英1/21/2磁帶機(jī)、盒式磁帶機(jī)、海量磁帶機(jī)、盒式磁帶機(jī)、海量寬磁帶存儲器。寬磁帶存儲器。按磁帶機(jī)走

39、帶速度分，有高速磁帶機(jī)按磁帶機(jī)走帶速度分，有高速磁帶機(jī)(4(45m/s)5m/s)、中速磁、中速磁帶機(jī)帶機(jī)(2(23m/s3m/s）、低速磁帶機(jī)）、低速磁帶機(jī)(2m/s(2m/s以下以下) )。磁帶機(jī)的數(shù)據(jù)傳。磁帶機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸率為輸率為C=DC=Dv v，其中，其中D D為記錄密度，為記錄密度，v v為走帶速度。帶速快則傳為走帶速度。帶速快則傳輸率高。輸率高。按磁帶的記錄格式分類，有啟停式和數(shù)據(jù)流式。按磁帶的記錄格式分類，有啟停式和數(shù)據(jù)流式。磁帶機(jī)為了尋找記錄區(qū)，必須驅(qū)動磁帶正走或反走，讀磁帶機(jī)為了尋找記錄區(qū)，必須驅(qū)動磁帶正走或反走，讀寫完畢后又要使磁頭停在兩個記錄區(qū)之間。因此要求磁帶機(jī)寫完畢

40、后又要使磁頭停在兩個記錄區(qū)之間。因此要求磁帶機(jī)在結(jié)構(gòu)和電路上采取相應(yīng)措施，以保證磁帶以一定的速度平在結(jié)構(gòu)和電路上采取相應(yīng)措施，以保證磁帶以一定的速度平衡地運動和快速啟停。衡地運動和快速啟停。外圍設(shè)備外圍設(shè)備數(shù)據(jù)流磁帶機(jī)數(shù)據(jù)流磁帶機(jī)：數(shù)據(jù)流磁帶機(jī)是將數(shù)據(jù)連續(xù)地寫在磁帶上，每個數(shù)據(jù)塊間數(shù)據(jù)流磁帶機(jī)是將數(shù)據(jù)連續(xù)地寫在磁帶上，每個數(shù)據(jù)塊間插入記錄間隙，使磁帶機(jī)在數(shù)據(jù)塊間不啟停。它用電子控制代插入記錄間隙，使磁帶機(jī)在數(shù)據(jù)塊間不啟停。它用電子控制代替機(jī)械控制從而簡化了磁帶機(jī)的結(jié)構(gòu)，降低了成本，提高了可替機(jī)械控制從而簡化了磁帶機(jī)的結(jié)構(gòu)，降低了成本，提高了可靠性?？啃?。數(shù)據(jù)流磁帶機(jī)有數(shù)據(jù)流磁帶機(jī)有1/21/2

41、英寸開盤式和英寸開盤式和1/41/4英寸盒式兩種。盒式英寸盒式兩種。盒式磁帶的結(jié)構(gòu)類似于錄音帶和錄像帶，盒帶內(nèi)部裝有供帶盤和收磁帶的結(jié)構(gòu)類似于錄音帶和錄像帶，盒帶內(nèi)部裝有供帶盤和收帶盤，磁帶的長度主要有帶盤，磁帶的長度主要有450450英尺、英尺、600600英尺兩種，容量分別為英尺兩種，容量分別為45MB45MB，60MB60MB。數(shù)據(jù)流磁帶機(jī)的讀寫機(jī)構(gòu)和啟停式磁帶機(jī)不同，后者是多數(shù)據(jù)流磁帶機(jī)的讀寫機(jī)構(gòu)和啟停式磁帶機(jī)不同，后者是多位并行讀寫，而前者是類似于磁盤的串行讀寫方式，因而決定位并行讀寫，而前者是類似于磁盤的串行讀寫方式，因而決定了兩者的記錄格式不同。了兩者的記錄格式不同。外圍設(shè)備外圍

42、設(shè)備7.4.2 磁帶的記錄格式磁帶的記錄格式 1/21/2英寸英寸9 9道啟停式磁帶是一種國際上通用的標(biāo)準(zhǔn)磁帶。其道啟停式磁帶是一種國際上通用的標(biāo)準(zhǔn)磁帶。其記錄格式如下：記錄格式如下：每盤帶均設(shè)有每盤帶均設(shè)有始端標(biāo)記始端標(biāo)記BOTBOT和和末端標(biāo)記末端標(biāo)記EOTEOT。標(biāo)記用一塊矩。標(biāo)記用一塊矩形金屬反光薄膜制成，光電檢測元件可得到這兩個標(biāo)記，表示形金屬反光薄膜制成，光電檢測元件可得到這兩個標(biāo)記，表示記錄的開始和結(jié)束，磁帶上留有間隙記錄的開始和結(jié)束，磁帶上留有間隙G(3.75G(3.75英寸英寸) )或或g(0.6g(0.6英英寸寸) )，后者為數(shù)據(jù)塊間的間隙，它們?nèi)Q于磁帶機(jī)的快啟停性，后者

43、為數(shù)據(jù)塊間的間隙，它們?nèi)Q于磁帶機(jī)的快啟停性能。能。外圍設(shè)備外圍設(shè)備信息可用兩種形式存儲信息可用兩種形式存儲。一種是。一種是文件形式文件形式，一盤帶可記錄，一盤帶可記錄若干個文件，一個文件又分若干數(shù)據(jù)塊若干個文件，一個文件又分若干數(shù)據(jù)塊BiBi。每個文件始末有文。每個文件始末有文件頭標(biāo)和文件尾標(biāo)。卷頭標(biāo)、索引、文件頭標(biāo)、文件尾標(biāo)均為件頭標(biāo)和文件尾標(biāo)。卷頭標(biāo)、索引、文件頭標(biāo)、文件尾標(biāo)均為80B80B，其內(nèi)容視操作系統(tǒng)而定。第二種是，其內(nèi)容視操作系統(tǒng)而定。第二種是數(shù)據(jù)塊形式數(shù)據(jù)塊形式，磁帶可，磁帶可在數(shù)據(jù)塊之間啟停，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在在數(shù)據(jù)塊之間啟停，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在9 9道帶中，道帶中，8 8位是

44、數(shù)據(jù)磁位是數(shù)據(jù)磁道，存儲一個字節(jié)道，存儲一個字節(jié) ，另一位是這一字節(jié)的奇偶校驗位，叫做，另一位是這一字節(jié)的奇偶校驗位，叫做橫向奇偶校驗碼。在每一數(shù)據(jù)塊橫向奇偶校驗碼。在每一數(shù)據(jù)塊BiBi內(nèi)部，沿走帶方向每條磁道內(nèi)部，沿走帶方向每條磁道還有還有CRCCRC校驗碼。校驗碼。外圍設(shè)備外圍設(shè)備1/41/4英寸盒式數(shù)據(jù)流磁帶也是一種通用的標(biāo)準(zhǔn)磁帶。其中英寸盒式數(shù)據(jù)流磁帶也是一種通用的標(biāo)準(zhǔn)磁帶。其中9 9道磁帶記錄格式括前同步、數(shù)據(jù)塊標(biāo)志道磁帶記錄格式括前同步、數(shù)據(jù)塊標(biāo)志(1B)(1B)、用戶數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)(512B)(512B)、地址號地址號(4B)(4B)、CRCCRC校驗碼校驗碼(2B)(2B)和后

45、同步。如下圖所示：和后同步。如下圖所示：注意注意 數(shù)據(jù)流磁帶機(jī)是串行逐道記錄，其讀寫順序類似于磁盤。數(shù)據(jù)流磁帶機(jī)是串行逐道記錄，其讀寫順序類似于磁盤。記錄信息時，從記錄信息時，從0 0號磁道開始，偶數(shù)磁道從磁帶首端號磁道開始，偶數(shù)磁道從磁帶首端BOTBOT到磁帶到磁帶末端末端EOTEOT，而奇數(shù)磁道則從，而奇數(shù)磁道則從EOTEOT到到BOTBOT，且要依次首尾相接。這，且要依次首尾相接。這種方式稱做種方式稱做蛇形串行記錄蛇形串行記錄。外圍設(shè)備外圍設(shè)備 【例例5 5】現(xiàn)有半英寸現(xiàn)有半英寸(1(1英寸英寸=25=254mm)94mm)9道磁帶機(jī)，記錄密道磁帶機(jī)，記錄密度為每英寸度為每英寸6250B

46、6250B，帶速，帶速3m/s3m/s，啟停，啟停 時間時間5ms5ms，帶長，帶長900m900m，按，按塊記錄文件；每條記錄長塊記錄文件；每條記錄長128B128B，塊化系數(shù)為，塊化系數(shù)為1616，塊間間隔為，塊間間隔為10mm10mm。 求：求： (1)(1)磁帶記錄密度每毫米多少字節(jié)；磁帶記錄密度每毫米多少字節(jié)； (2)(2)數(shù)據(jù)傳輸率；數(shù)據(jù)傳輸率； (3)(3)每個塊占磁帶長度；每個塊占磁帶長度； (4)(4)整盤帶可容納的記錄條數(shù)；整盤帶可容納的記錄條數(shù)； (5)(5)讀出讀出160 000160 000條記錄所需的時間。條記錄所需的時間。外圍設(shè)備外圍設(shè)備【解解】： (1) (1)

47、 因為已知記錄密度因為已知記錄密度d=6250B/d=6250B/英寸，所以磁帶記錄密英寸，所以磁帶記錄密度度d=6250B/25.4mm=246B/mmd=6250B/25.4mm=246B/mm (2) (2) 根據(jù)公式根據(jù)公式c=dc=dv v，已知，已知v=3m/s,d=246B/mmv=3m/s,d=246B/mm，則數(shù)據(jù)傳輸率則數(shù)據(jù)傳輸率c=246B/mmc=246B/mm3 31000mm/s=7381000mm/s=738千字節(jié)千字節(jié)/s/s (3) (3) 每塊所占磁帶長度包括兩部分：一是記錄一塊數(shù)據(jù)每塊所占磁帶長度包括兩部分：一是記錄一塊數(shù)據(jù)的長度，二是塊間間隔。的長度，二

48、是塊間間隔。 一塊數(shù)據(jù)所占字節(jié)數(shù)一塊數(shù)據(jù)所占字節(jié)數(shù)=(=(字節(jié)數(shù)字節(jié)數(shù)/ /每個記錄每個記錄) )塊化系數(shù)塊化系數(shù) =128=12816=204816=2048字節(jié)字節(jié) 20482048字節(jié)占有的帶長字節(jié)占有的帶長=2048/=2048/記錄密度記錄密度=2048/246=8mm=2048/246=8mm 每塊占磁帶長度每塊占磁帶長度=8mm+10mm=18mm=8mm+10mm=18mm外圍設(shè)備外圍設(shè)備 (4) (4) 一盤帶能存儲的記錄塊數(shù)一盤帶能存儲的記錄塊數(shù)= =總帶長總帶長/ /一個塊長一個塊長 =900=9001000mm/18mm=501000mm/18mm=5010103 3塊

49、塊 所以，整盤帶可容納的記錄條數(shù)所以，整盤帶可容納的記錄條數(shù)= =塊化系數(shù)塊化系數(shù)塊數(shù)塊數(shù) =16=16505010103 3=800,000=800,000條記錄條記錄 (5) 160 000(5) 160 000條記錄需要的記錄塊數(shù)條記錄需要的記錄塊數(shù)=160,000/=160,000/塊化系數(shù)塊化系數(shù) =160,000/16=10=160,000/16=1010103 3塊塊 讀出讀出160,000160,000條記錄所需時間條記錄所需時間: : t= t=啟停時間啟停時間(t1)+(t1)+有效時間有效時間(t2)+(t2)+間隔時間間隔時間(t3)(t3) 外圍設(shè)備外圍設(shè)備啟停時間啟

50、停時間t1t1：讀出：讀出160 000160 000條記錄需啟停一次磁帶機(jī)的時條記錄需啟停一次磁帶機(jī)的時間，已知間，已知t1=5ms;t1=5ms; 有效時間有效時間t2t2：不包括塊間間隔，：不包括塊間間隔，160 000160 000條記錄的讀出時條記錄的讀出時間，已求出傳輸率為間，已求出傳輸率為738738千字節(jié)千字節(jié)/s/s，故：，故： t2=(160 000t2=(160 000128)/738=27s128)/738=27s； 間隔時間間隔時間t3t3：計算出總的塊間隔長度，然后除以帶速。：計算出總的塊間隔長度，然后除以帶速。 因因160 000160 000條記錄共分條記錄共分

51、10 00010 000塊，塊間隔共長塊，塊間隔共長100m100m， 故：故：t3=33st3=33s因此總時間：因此總時間： t=5ms+27s+33s=60.005st=5ms+27s+33s=60.005s外圍設(shè)備外圍設(shè)備7.5 光盤存儲設(shè)備光盤存儲設(shè)備 7.5.1 光盤的分類光盤的分類7.5.2 磁光盤存儲設(shè)備磁光盤存儲設(shè)備 外圍設(shè)備外圍設(shè)備7.5.1 光盤的分類光盤的分類光存儲器簡稱光存儲器簡稱光盤光盤，是近年來頗受重視的一種外存設(shè)備，是近年來頗受重視的一種外存設(shè)備，更是多媒體計算機(jī)不可缺少的設(shè)備。光盤采用聚焦激光束在盤更是多媒體計算機(jī)不可缺少的設(shè)備。光盤采用聚焦激光束在盤式介質(zhì)上

52、非接觸地記錄高密度信息，以介質(zhì)材料的光學(xué)性質(zhì)式介質(zhì)上非接觸地記錄高密度信息，以介質(zhì)材料的光學(xué)性質(zhì)( (如反射率、偏振方向如反射率、偏振方向) )的變化來表示所存儲信息的的變化來表示所存儲信息的“1 1”或或“0 0”。光盤的優(yōu)點：光盤的優(yōu)點： 激光可聚焦到激光可聚焦到1m1m以下，從而記錄的面密度可以下，從而記錄的面密度可達(dá)到達(dá)到645Mb/645Mb/平方英寸，高于一般的磁記錄水平。一張平方英寸，高于一般的磁記錄水平。一張CD-ROMCD-ROM盤盤片的存儲容重可達(dá)片的存儲容重可達(dá)600MB600MB，相當(dāng)于，相當(dāng)于400400多張多張1.44MB1.44MB的的3.53.5英寸軟英寸軟盤片

53、。盤片。光盤的缺點：光盤的缺點： 存取時間長，數(shù)據(jù)傳輸率低。存取時間長，數(shù)據(jù)傳輸率低。按讀寫性質(zhì)來分，光盤分為按讀寫性質(zhì)來分，光盤分為只讀型、一次型、重寫型只讀型、一次型、重寫型三類。三類。外圍設(shè)備外圍設(shè)備 只讀型光盤只讀型光盤只讀型光盤是廠商以高成本制作出母盤后大批重壓制出來只讀型光盤是廠商以高成本制作出母盤后大批重壓制出來的光盤。這種模壓式記錄使光盤發(fā)的光盤。這種模壓式記錄使光盤發(fā) 生永久性物理變化，記錄的生永久性物理變化，記錄的信息只能讀出，不能被修改。典型的產(chǎn)品有：信息只能讀出，不能被修改。典型的產(chǎn)品有：LD 俗稱影碟，記錄模擬視頻和音頻信息，可放演俗稱影碟，記錄模擬視頻和音頻信息，可

54、放演60分鐘分鐘全帶全帶 寬的寬的PAL制電視。制電視。CD-DA 數(shù)字唱盤，記錄數(shù)字化音頻信息，可存儲數(shù)字唱盤，記錄數(shù)字化音頻信息，可存儲74分鐘數(shù)分鐘數(shù)字立體聲信息字立體聲信息 。VCD 俗稱小影碟，記錄數(shù)字化視頻和音頻信息?？纱鎯λ追Q小影碟，記錄數(shù)字化視頻和音頻信息?？纱鎯?4分鐘按分鐘按MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼的動態(tài)圖像信息。標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼的動態(tài)圖像信息。DVD 數(shù)字視盤。單記錄層容量為數(shù)字視盤。單記錄層容量為4.7GB，可存儲，可存儲135分鐘分鐘按按MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼的相當(dāng)于高清晰度電視的視頻圖像信標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼的相當(dāng)于高清晰度電視的視頻圖像信息和音頻信息。息和音頻信息。CD-R

55、OM 主要用作計算機(jī)外存儲器，記錄數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，也可主要用作計算機(jī)外存儲器，記錄數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，也可同時記錄數(shù)字化視頻和音頻信息。同時記錄數(shù)字化視頻和音頻信息。外圍設(shè)備外圍設(shè)備 一次型光盤一次型光盤用戶可以在這種光盤上記錄信息，但記錄信息會使介質(zhì)用戶可以在這種光盤上記錄信息，但記錄信息會使介質(zhì)的物理特性發(fā)生永久性變化，因此只的物理特性發(fā)生永久性變化，因此只 能寫一次。寫后的信能寫一次。寫后的信息不能再改變，只能讀。典型產(chǎn)品是息不能再改變，只能讀。典型產(chǎn)品是CD-R光盤。用戶可在光盤。用戶可在專用的專用的CD- R刻錄機(jī)上向空白的刻錄機(jī)上向空白的CD-R盤寫入數(shù)據(jù)，制作好盤寫入數(shù)據(jù)，制作好的的CD-R光盤

56、可放在光盤可放在CD-ROM驅(qū)動器中讀出。驅(qū)動器中讀出。 外圍設(shè)備外圍設(shè)備 重寫型光盤重寫型光盤用戶可對這類光盤進(jìn)行隨機(jī)寫入、擦除或重寫信息。典型用戶可對這類光盤進(jìn)行隨機(jī)寫入、擦除或重寫信息。典型的產(chǎn)品有兩種：的產(chǎn)品有兩種：MO 磁光盤。利用熱磁效應(yīng)寫入數(shù)據(jù)：當(dāng)激光束將磁光介磁光盤。利用熱磁效應(yīng)寫入數(shù)據(jù)：當(dāng)激光束將磁光介質(zhì)上的記錄點加熱到居里點溫度質(zhì)上的記錄點加熱到居里點溫度 以上時，外加磁場作用改變記以上時，外加磁場作用改變記錄點的磁化方向，而不同的磁化方向可表示數(shù)字錄點的磁化方向，而不同的磁化方向可表示數(shù)字“0”和和“1” 。利用磁光克爾效應(yīng)讀出數(shù)據(jù)：當(dāng)激光來照射到記錄點時，記錄利用磁光克

57、爾效應(yīng)讀出數(shù)據(jù)：當(dāng)激光來照射到記錄點時，記錄點的磁化方向不同，會引起點的磁化方向不同，會引起 反射光的偏振面發(fā)生左旋或右旋，反射光的偏振面發(fā)生左旋或右旋，從而檢測出所記錄的數(shù)據(jù)從而檢測出所記錄的數(shù)據(jù)“1”或或“0”。PC 相變盤。利用相變材料的晶態(tài)和非晶態(tài)來記錄信息。相變盤。利用相變材料的晶態(tài)和非晶態(tài)來記錄信息。寫入時，強(qiáng)弱不同的激光束對記錄點加熱再快速冷卻后，記錄寫入時，強(qiáng)弱不同的激光束對記錄點加熱再快速冷卻后，記錄點分別呈現(xiàn)為非晶態(tài)和晶態(tài)。讀出時，用弱激光來掃描相變盤點分別呈現(xiàn)為非晶態(tài)和晶態(tài)。讀出時，用弱激光來掃描相變盤 ，晶態(tài)反射率高，非晶態(tài)反射率低，根據(jù)反射光強(qiáng)弱的變化即可晶態(tài)反射率高

58、，非晶態(tài)反射率低，根據(jù)反射光強(qiáng)弱的變化即可檢測出檢測出“1”或或“0”。無論是磁光盤還是相變盤，介質(zhì)材料發(fā)生的物理特性改變無論是磁光盤還是相變盤，介質(zhì)材料發(fā)生的物理特性改變都是可逆變化，因此是可重寫的。都是可逆變化，因此是可重寫的。外圍設(shè)備外圍設(shè)備7.5.2 磁光盤存儲設(shè)備磁光盤存儲設(shè)備1.CD-ROM光盤存儲機(jī)理光盤存儲機(jī)理光盤是直徑為光盤是直徑為120mm厚度為厚度為1.2mm的單面記錄盤片。的單面記錄盤片。只讀型光盤系統(tǒng)的原理：只讀型光盤系統(tǒng)的原理：即光盤上的信息以坑點形式分布，有坑點表示為即光盤上的信息以坑點形式分布，有坑點表示為“1”，無，無坑點表示為坑點表示為“0”，一系列的坑點，

59、一系列的坑點(存儲元存儲元)形成信息記錄道。對形成信息記錄道。對數(shù)據(jù)存儲用的數(shù)據(jù)存儲用的CD-ROM光盤來講，這種坑點分布作為數(shù)字光盤來講，這種坑點分布作為數(shù)字“1”、“0”代碼的寫入或讀出標(biāo)志。由于只讀型光盤是生產(chǎn)廠家制造，代碼的寫入或讀出標(biāo)志。由于只讀型光盤是生產(chǎn)廠家制造，為了大量復(fù)制，需要制作母盤，為此將存儲信息以表面坑點形為了大量復(fù)制，需要制作母盤，為此將存儲信息以表面坑點形式記錄在母盤上。式記錄在母盤上。光盤的記錄信息以凹坑方式永久性存儲。讀出時，當(dāng)激光光盤的記錄信息以凹坑方式永久性存儲。讀出時，當(dāng)激光束聚焦點照射在凹坑上時將發(fā)生衍射，反射率低；而聚焦點照束聚焦點照射在凹坑上時將發(fā)生

60、衍射，反射率低；而聚焦點照射在凸面上時大部分光將返回。根據(jù)反射光的光強(qiáng)變化并進(jìn)行射在凸面上時大部分光將返回。根據(jù)反射光的光強(qiáng)變化并進(jìn)行光光-電轉(zhuǎn)換，即可讀出記錄信息。電轉(zhuǎn)換，即可讀出記錄信息。外圍設(shè)備外圍設(shè)備2.2.光盤的扇區(qū)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)光盤的扇區(qū)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)信息記錄的軌跡稱為信息記錄的軌跡稱為光道光道。光道上劃分出一個個扇區(qū)，它。光道上劃分出一個個扇區(qū)，它是光盤的最小可尋址單位。扇區(qū)的結(jié)構(gòu)如圖：是光盤的最小可尋址單位。扇區(qū)的結(jié)構(gòu)如圖：光盤扇區(qū)分為光盤扇區(qū)分為4個區(qū)域。個區(qū)域。2個全個全0字節(jié)和字節(jié)和10個全個全1字節(jié)組成同字節(jié)組成同步步(SYNC)區(qū)，標(biāo)志著扇區(qū)的開始。區(qū)，標(biāo)志著扇區(qū)的開始。4字節(jié)的