存儲器及其接口PPT教案

1、會計學1存儲器及其接口存儲器及其接口第1頁/共126頁存儲器的計量單位v位：一個cell，記做bitv字節(jié)：8bit，記做Bytev1KB=1024Byte v1MB=1024KBv1GB=1024MB v1TB=1024GBv1PB=1024TB 存儲器概述及分類第2頁/共126頁按存儲介質分類1半導體存儲器以二極管、晶體管或MOS管等半導體器件作為存儲元件。如內存。2磁存儲器采用磁性材料作為存儲介質。如磁芯、磁帶、磁盤等。常用的磁存儲器是磁帶、磁盤等磁表面存儲器，如硬盤、軟盤。3光存儲器采用激光技術在記錄介質上進行讀寫的存儲器。如只讀光盤（CD-ROM）、可讀寫光盤（MO）等。存儲器概述及

2、分類第3頁/共126頁按存取方式分類隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、串行訪問存儲器SAM1隨機存儲器RAM（RandomAccessMemory）按地址存取，存取時間與存儲單元的物理位置無關?？煞譃殡p極型和MOS型。雙極型存儲器：存取速度快，功耗大，集成度小，一般作為容量較小的高速緩沖存儲器。MOS型存儲器：按MOS工藝制成，分為靜態(tài)存儲器（SRAM）和動態(tài)存儲器（DRAM）。動態(tài)存儲器的存儲內容需定時刷新。存儲器概述及分類第4頁/共126頁2只讀存儲器ROM（ReadOnlyMemory）按制作工藝和使用特性可分為：固定只讀存儲器（ROM）、可編程只讀存儲器（PROM）、可擦除可編程只讀

3、存儲器（EPROM）和電擦除可編程只讀存儲器（EEPROM）。 ROM：內容一般是在生產時事先寫入，計算機工作時只能讀出，而不能寫入。 PROM：內容是在使用時由用戶寫入的，一旦寫入不能更改。 EPROM和EEPROM：可進行多次寫入操作。3串行訪問存儲器SAM（SequentialAccessMemory）讀寫操作需按物理位置的先后順序尋找地址。如磁帶。存儲器概述及分類第5頁/共126頁按在計算機中的作用分類主存儲器、輔助存儲器、緩沖存儲器、閃速存儲器（FlashMemory）1.主存儲器簡稱主存、內存，通過內存總線與CPU聯接，用來存放正在執(zhí)行的程序和處理的數據?？梢院虲PU直接交換信息。

4、主要類型：（1）FPM：快速頁面模式內存（2）EDO：擴展數據輸出內存（3）DDRSDRAM：同步雙倍速率傳輸動態(tài)隨機存儲器，主流內存規(guī)范。（4）RDRAM：Rambus（開發(fā)公司名字），運行頻率比SDRAM和DDRSDRAM要高了許多，從300MHz到600MHz。存儲器概述及分類第6頁/共126頁2輔助存儲器輔存、外存，需通過專門的接口電路與主機聯接，不能和CPU直接交換信息，用來存放暫不執(zhí)行或還不被處理的程序或數據。3緩沖存儲器緩沖存儲器簡稱緩存（Cache），在兩個速度不同的部件，如CPU與主存之間，以解決數據傳送速度不匹配問題。4閃速存儲器（FlashMemory）快擦寫存儲器，可在

5、不加電的情況下長期保存信息，具有非易失性，能在線進行快速擦除與重寫，兼具有EEPROM和SRAM的優(yōu)點。其集成度與位價格接近EPROM，是代替EPROM和EEPROM的理想器件，也是未來小型磁盤的替代品。存儲器概述及分類第7頁/共126頁存儲器內部存儲器（內存、主存）外部存儲器（外存、輔存）緩沖存儲器閃速存儲器隨機存儲器（RAM）只讀存儲器（ROM）磁盤磁帶光盤硬盤軟盤MOS型靜態(tài)（SRAM）動態(tài)（DRAM）掩模型ROM（MROM）可編程ROM（PROM）可擦除PROM（EPROM）電可擦除PROM（EEPROM）雙極型存儲器概述及分類第8頁/共126頁一、靜態(tài)RAM的組成由存儲體、地址譯碼電

6、路、讀/寫驅動電路、控制電路、地址寄存器和數據緩沖器組成。隨機存取存儲器RAM第9頁/共126頁1存儲體存儲信息的實體，由若干個能存儲一位二進制數的位存儲單元構成。上圖中的存儲體是一個由6464=4096個六管靜態(tài)存儲電路組成的存儲矩陣。2譯碼電路對來自CPU的地址碼進行譯碼，以選擇地址碼所指定的存儲單元。有單譯碼方式和雙譯碼方式。3I/O電路讀/寫信息。I/O電路還有對讀出的信息進行放大的作用。隨機存取存儲器RAM第10頁/共126頁5地址寄存器接收來自CPU的地址碼，繼而送到行、列地址譯碼器進行地址譯碼。6數據緩沖器控制存儲器與系統數據總線之間的數據輸入/輸出。 4控制電路對存儲芯片進行選

7、擇及對選中的存儲單元進行讀/寫控制。芯片選擇是通過片選信號控制完成的，一般由地址碼的高位譯碼產生。對于選中的芯片的存儲單元的讀/寫操作，由讀/寫控制信號R/確定，高電平信號為讀操作，低電平信號為寫操作。CSW隨機存取存儲器RAM第11頁/共126頁二、靜態(tài)RAM的讀/寫過程1讀出過程 （1）地址碼A0A11加到RAM芯片的地址輸入端，經X與Y地址譯碼器譯碼，產生行選與列選信號，選中某一存儲單元，該單元中存儲的代碼，經一定時間，出現在I/O電路的輸入端。I/O電路對讀出的信號進行放大、整形，送至輸出緩沖寄存器。緩沖寄存器一般具有三態(tài)控制功能，在門控信號無效時，所存數據還不能送到數據總線DB上。（

8、2）在送上地址碼的同時，還要送上讀/寫控制信號（R或、）和片選信號（）。讀出時，使R=1，=0，這時，輸出緩沖寄存器的三態(tài)門將被打開，所存信息送至DB上。于是，存儲單元中的信息被讀出。WRDWRCSWCS隨機存取存儲器RAM第12頁/共126頁2寫入過程（1）地址碼加在RAM芯片的地址輸入端，選中相應的存儲單元，使其可以進行寫操作。（2）將要寫入的數據放在DB上。（3）加上片選信號=0及寫入信號R0。這兩個有效控制信號打開三態(tài)門使DB上的數據進入輸入電路，送到存儲單元的位線上，從而寫入該存儲單元。CSW隨機存取存儲器RAM第13頁/共126頁動態(tài)隨機存儲器（DRAM）一、DRAM基本存儲電路1

9、.結構：由一個MOS管和一個電容組成2.原理：靠電容來存儲信息的，電容充有電荷表示存儲信息“1”，沒有電荷表示存儲信息“0”。當行、列選擇線都為高電平時，存儲元被選中，VT1、VT2管導通。寫操作：寫1，數據線上為高電平，對電容C充電；寫0，數據線上為低電平，電容上的電荷很快被釋放掉。列選擇信號行選擇信號刷 新 放 大器數據線VT1VT2C隨機存取存儲器RAM第14頁/共126頁讀操作：電容上的電荷被泄露掉，是一種破壞性讀出，因此在讀操作后要立即重新寫入原有的信息，以保證所存儲的信息不變。刷新：由于電容上存儲的電荷總存在著泄露，時間一長信息就會丟失，所以需要每隔一定時間（一般2ms）對電容進行

10、一次充電，以補充泄漏掉的電荷，稱為存儲器“刷新”或“再生”。刷新操作是逐行進行的。3.優(yōu)點：內部線路簡單，集成度高，功耗小，價格較便宜。4.缺點：需要刷新電路，外部電路復雜。隨機存取存儲器RAM第15頁/共126頁二、DRAM的結構特點1.由許多基本存儲元排列組成的二維存儲矩陣。2.為了保證足夠高的集成度，減少芯片對外封裝引腳數目和便于刷新，DRAM的結構具有兩個特點：芯片一般都設計成位結構形式，即每個存儲單元只有一個數據位，一個芯片上含有若干字，如8K1b、16K1b、64K1b或256K1b等。芯片引腳上的地址線是復用的，地址總是分成行地址和列地址兩部分，芯片內部設置有行地址鎖存器和列地址

11、鎖存器。在對DRAM進行訪問時，先由行地址選通信號把行地址打入行地址鎖存器，隨后再由列地址選通信號把列地址打入列地址鎖存器，訪問地址分兩次打入，使DRAM芯片的對外地址線引腳大大減少，僅需與行地址相同即可。RASCAS隨機存取存儲器RAM第16頁/共126頁三、DRAM控制電路DRAM工作時，除了正常的讀/寫操作之外，還要定時刷新，因而需要設置專門的控制電路DRAM控制器來管理DRAM芯片的工作。DRAM控制器是CPU和DRAM芯片之間的接口電路，它將CPU的信號變換成適合DRAM芯片的信號。CPU刷新地址計數器地址多路開關刷新定時器仲裁電路時序發(fā)生器DRAM地址總線地址讀/寫RASCASWE

12、隨機存取存儲器RAM第17頁/共126頁地址多路開關：把CPU輸出的內存地址轉換成行地址和列地址，在和信號的控制下，分兩次送入DRAM芯片，實現行、列地址的分時打入。刷新定時器：控制DRAM芯片的刷新定時時間。刷新地址計數器：提供逐行刷新時的刷新地址。仲裁電路：當來自CPU的讀寫請求和來自刷新定時器的刷新請求同時到來時，由仲裁電路對二者的優(yōu)先權進行裁決。時序發(fā)生器：產生行地址選通信號、列地址選通信號、寫信號。RASCASRASCASWE隨機存取存儲器RAM第18頁/共126頁一、掩模式只讀存儲器（MROM，MaskedROM）由生產廠家根據用戶提供的程序和數據，先把要存儲的信息制作成掩模，再經

13、過兩次光刻而制成的，一旦制成后，信息就不能更改。適于大批量生產，成本低，但靈活性差。存儲元可用二極管、MOS管、雙極型晶體管構成。MOS型只讀存儲器功耗小、速度慢，適用于一般微機系統；而雙極型只讀存儲器功耗大、速度快，適用于速度要求較高的微機系統。只讀存儲器ROM第19頁/共126頁44位MOS型只讀存儲器：地址碼A1A0譯碼后輸出4條字選擇線，分別選中4個單元；每個單元有4位數據（D3D0）輸出。在行和列的交叉點上有MOS管的存儲單元的信息是1，沒有MOS管的存儲單元信息為0。地址譯碼器UDD單元0單元1單元2單元3D3D2D1D000011011A1A0單元0的內容為0100單元1的內容為

14、1001單元2的內容為0111單元3的內容為1010只讀存儲器ROM第20頁/共126頁二、可編程只讀存儲器（PROM，ProgrammableROM）出廠時是空白的，允許用戶可以根據自己的需要確定ROM中的內容。有兩種常見的結構：用二極管作為存儲元的結破壞型和用雙極型晶體管作為存儲元的熔絲型。雙極型晶體管組成的熔絲型PROM：每個晶體管的發(fā)射極上串一個熔絲，出廠時所有管子上的熔絲是全部接通的，表示存儲的信息全部為1。用戶編程時，對需要寫0的位通過較大的電流使熔絲熔斷，即該位存入了信息0，熔絲未被熔斷的位仍為1。熔絲一旦燒斷再無法恢復，所以PROM只允許編程一次。熔絲行選擇線Di列選擇線UDD

15、只讀存儲器ROM第21頁/共126頁結構原理：存儲元由一個浮柵管和一個MOS管串接起來。由于柵極周圍被二氧化硅絕緣層包圍成為浮柵，所以原始狀態(tài)的浮柵不帶電荷，浮柵管不導通，位線上是高電平，即存儲的信息為1。當在浮柵管的漏極D和源極S之間加上25 V的高電壓和編程脈沖時，D、S間被瞬時雪崩擊穿，大量電子通過絕緣層注入到浮柵，使浮柵管處于導通狀態(tài)，即存儲的信息為0。由于浮柵被絕緣層包圍，注入的電子不會泄露，保存的信息也就不會丟失。三、可擦除可編程只讀存儲器（EPROM，ErasablePROM）UDD選擇線Di浮柵管只讀存儲器ROM第22頁/共126頁擦除原理：當用紫外線照射EPROM芯片上的石英

16、玻璃窗口時，所有存儲元電路中浮柵管浮柵上的電荷會形成光電流泄露，使電路又恢復成原始狀態(tài)，從而擦除了所有信息，擦除后的EPROM還可以重新編程。優(yōu)點：可以進行多次編程。缺點：不能在線編程。擦除重寫時，必須從系統中拆下來，在紫外線燈下照射20分鐘，擦除原有信息后，再用專門的編程器重新寫入新的程序或數據。EPROM芯片中的信息不能實現部分內容的修改。只讀存儲器ROM第23頁/共126頁四、電擦除可編程只讀存儲器（E2PROM，ElectricallyEPROM）采用加高電壓的方法來擦除芯片中的原有信息?？稍诰€編程和擦除。擦除和編程以字節(jié)為單位，可方便地改寫其中的任一部分內容。既可以在斷電的情況下保持

17、信息不丟失，又可以像RAM那樣隨機地進行改寫，因而兼有RAM和ROM的功能特點，使用起來十分方便。EPROM并不能用來代替RAM，它在正常工作方式中一般是只讀不寫的，擦除一個單元雖然比EPROM要快得多，但與RAM的寫入速度仍相差甚遠。只讀存儲器ROM第24頁/共126頁五、閃速存儲器（FlashMemory）在EPROM的基礎上增加了電擦除和可重復編程能力的設計，采用電來擦除，但只能擦除整個區(qū)或整個器件。比E2PROM的成本更低，密度和可靠性更高。目前價格已低于DRAM，容量已接近于DRAM。是唯一具有大容量、非易失性、低價格、可在線改寫和高速度等特性的存儲器?，F階段，它除了取代EPROM和

18、E2PROM來存放主板和顯卡的BIOS以外，還廣泛應用于便攜式計算機的PC卡存儲器，成為代替磁盤的一種理想工具。只讀存儲器ROM第25頁/共126頁存儲器芯片的擴展每一個存儲器芯片的存儲容量有限，實際的存儲器需由若干個芯片進行相應的連接、擴展而成的。存儲器擴展分為3種情況： 字擴展：存儲芯片容量不能滿足存儲器的要求。如用2K8b的存儲芯片構成16K8b的存儲器。 位擴展：存儲芯片的位數不能滿足存儲器的要求。如用8K8b的存儲芯片構成8K16b的存儲器。 字、位同時擴展：存儲芯片的容量和位數都不能滿足存儲器的要求。如用2K4b的存儲芯片構成8K8b的存儲器。存儲器的容量擴充第26頁/共126頁例

19、：將16K*1位的存儲芯片擴展為16K*8位的存儲器CSWEI/OCSWEA0A13D0A0A13存儲器的容量擴充第27頁/共126頁CSWEI/OA0A13CSWEI/OA0A13I/OCSWED0D1A0A13例：將16K*1位的存儲芯片擴展為16K*8位的存儲器存儲器的容量擴充第28頁/共126頁CSWEI/OA0A13CSWEI/OA0A13CSWEI/OCSWEA0A13D0D1D2A0A13例：將16K*1位的存儲芯片擴展為16K*8位的存儲器存儲器的容量擴充第29頁/共126頁CSWEI/OA0A13CSWEI/OA0A13CSWEI/OA0A13CSWEI/OA0A13CSWE

20、I/OA0A13CSWEI/OA0A13CSWEI/OA0A13CSWEI/OA0A13CSA0A13D0D1D2D3D4D5D6D7WE例：將16K*1位的存儲芯片擴展為16K*8位的存儲器m位n位，需n/m片存儲器的容量擴充第30頁/共126頁存儲器的容量擴充第31頁/共126頁CSWEI/OA0A13例：由16K*8位擴充成64K*8位的存儲器存儲器的容量擴充第32頁/共126頁CSWEI/OA0A13CSWEI/OA0A13例：由16K*8位擴充成64K*8位的存儲器存儲器的容量擴充第33頁/共126頁CSWEI/OA0A13CSWEI/OA0A13CSWEI/OA0A13例：由16K

21、*8位擴充成64K*8位的存儲器存儲器的容量擴充第34頁/共126頁CSWEI/OA0A13CSWEI/OA0A13CSWEI/OA0A13CSWEI/OA0A13WEA0-A13D0 D7例：由16K*8位擴充成64K*8位的存儲器存儲器的容量擴充第35頁/共126頁CSWEI/OA0A13CSWEI/OA0A13CSWEI/OA0A13CSWEI/OA0A13WEA0-A13D0 D7譯碼器A14A15例：由16K*8位擴充成64K*8位的存儲器mknk，需n/m組芯片，每組一片存儲器的容量擴充第36頁/共126頁存儲器的容量擴充第37頁/共126頁CSA0 | A9I/O1-4WECSA

22、0 | A9I/O1-4WECSA0 | A9I/O1-4WECSA0 | A9I/O1-4WECSA0 | A9I/O1-4WECSA0 | A9I/O1-4WECSA0 | A9I/O1-4WECSA0 | A9I/O1-4WEG2A G2B Y3 G1 Y2 C Y1 B Y0 A74138D0 D7A0-A9A14 A13 A12 A11 A10MREQA15WRCPU1K4擴展為4K8存儲器的容量擴充第38頁/共126頁存儲器擴展的基本步驟：1根據存儲器容量和芯片容量，確定應采用的芯片數。芯片數=存儲器容量/芯片容量。2根據芯片的引腳，確定存儲芯片與CPU的連接方式，包括數據線、地址

23、線、讀/寫信號、片選信號的連接。連接的原則：地址線對應連。位擴展時，數據線并行連接；字擴展時，數據線對應連接。讀/寫信號對應連接。位擴展時，各芯片共用片選信號；字擴展時各芯片分用片選信號。片選信號可通地址碼高位部分譯碼獲得。3地址分配，確定各芯片的存儲地址范圍。存儲器的容量擴充第39頁/共126頁【例】用6116芯片構成8K8b的存儲器。分析：6116芯片的地址線為11根，數據線位數為8根，為2K8b的存儲芯片。構成8K8b的存儲器需進行字擴展。6116芯片的讀控制信號為，寫控制信號為，片選信號為，三個控制信號都為低電平有效。OEWECS存儲器的容量擴充第40頁/共126頁解：（1）確定芯片數

24、。芯片數=8K8b/2K8b=4片（2）確定與CPU的連接。 各芯片的8個數據引腳D0D7對應連于數據總線的D0D7上。 地址引腳A0A10連接到地址總線A0A10上，由地址碼的高位A12、A11通過2線-4線譯碼器譯碼得到4個不同的低電平片選信號送到各芯片的片選端，讀/寫信號 和 直接與CPU的讀信號 和寫信號 連接。OEWERDWR存儲器的容量擴充第41頁/共126頁存儲器的容量擴充第42頁/共126頁第一片2K第二片2K第三片2K第四片2KA12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0地址范圍（3）存儲地址分配00000000000000000H001111111111107

25、FFH01000000000000800H01111111111110FFFH10000000000001000H101111111111117FFH11000000000001800H11111111111111FFFH存儲器的容量擴充第43頁/共126頁傳輸數據的位數，以位（bit）為單位。內存帶寬指內存的數據傳輸速率。內存技術發(fā)展第44頁/共126頁3.3V電壓，DDR SDRAM和RDRAM使用2.5 V電壓。DDR內存工作電壓從DDR的2.5V降到1.8V。內存技術發(fā)展第45頁/共126頁。頻率為600MHz、700MHz和800MHz。n內存的時鐘周期TCK由時鐘頻率決定，TCK=

26、1/f，例如對于100MHz的系統來說，一個系統時鐘周期為10ns。內存技術發(fā)展第46頁/共126頁工作，更好地確保系統的穩(wěn)定。內存技術發(fā)展第47頁/共126頁內存技術發(fā)展第48頁/共126頁內存技術發(fā)展第49頁/共126頁內存技術發(fā)展 第50頁/共126頁v DDR SDRAMDDR SDRAM (Double Date Rate SDRAM，雙倍速率SDRAM)?？疵志椭繢DR其實也是SDRAM的一種。DDR內存采用了雙時鐘差分信號等技術，使其在單個時鐘周期內的上、下沿都能進行數據傳輸，所以具有比SDRAM多一倍的傳輸速率和內存帶寬。 可以通過內存條的金手指的“缺口”進行辨別，DDR只

27、有一個缺口，而SDRAM有兩個缺口。 內存技術發(fā)展第51頁/共126頁v DDR的標稱和SDRAM一樣采用頻率?，F在DDR運行頻率主要有100MHz、133MHz、166MHz、200MHz四種，由于DDR內存具有雙倍速率傳輸數據的特性，因此在DDR內存的標識上采用了工作頻率2的方法，也就是DDR200、DDR266、DDR333和DDR400。DDR2 有DDR2 400、DDR2 533、DDR2 667、DDR2 800v DDR內存的標稱還可以用其帶寬來表示。內存帶寬嚴格地說應該分為內存理論帶寬和內存實際帶寬這兩種，這里討論的是內存的理論帶寬，它的計算公式是：內存帶寬內存運行頻率8By

28、te (64bit)。那么DDR266的內存就可以換算為2668Byte2128MB/s，所以DDR266通常也被稱為PC2100，同理DDR200是PC1600，而DDR333是PC2700。用內存的帶寬來表示比用運行頻率表示更能體現內存的性能，但是這里提及的都是理論帶寬。 內存技術發(fā)展第52頁/共126頁v 3RDRAMRDRAM存儲器總線式動態(tài)隨機存取存儲器，也就是Rambus內存。RDRAM的運行頻率比SDRAM和DDR要高了許多，從300MHz、600MHz、800MHz到10660MHz。因為其比較高的工作頻率發(fā)熱量自然不會小，因此RDRAM內存表面都貼上金屬散熱片。如圖4-3所示

29、，這就是我們在市場上?？吹降腞DRAM的樣子。內存技術發(fā)展第53頁/共126頁vRDRAM常見的型號是PC600、PC700、PC800三種，RDRAM可以像DDR一樣在時鐘信號的上下沿都可以傳輸信息，但其數據通道接口帶寬較低，只有16位。RDRAM和SDRAM、DDR相比最大優(yōu)勢在于可以提供更大的內存帶寬。這里以PC800為例，它的實際運行頻率為400MHz，而內存帶寬為8002Byte1.6GB/s。現在RDRAM還支持雙通道技術，也就是說我們可以用兩根同等容量和速度的RDRAM配對使用，形成雙通道架構，這樣雙通道的PC800 RDRAM的帶寬就成了3.2GB/s了，這也是在Intel 8

30、50主板上RDRAM內存需要兩條RDRAM內存同時使用的原因。vRDRAM因為其高頻率可以獲得更大的帶寬，但它還是有它不足的地方。和SDRAM、DDR相比，RDRAM比較大的延遲又在很大程度上削弱了它的優(yōu)勢。所以在需要大量數據傳輸的場合，RDRAM因為其帶寬的優(yōu)勢，其性能更為優(yōu)越；而在普通應用場合，因為零散數據比較多，潛伏周期較短的DDR SDRAM性能則占上風。 內存技術發(fā)展第54頁/共126頁計算機系統的外存儲器主要有磁盤、磁帶和光盤。磁盤存儲器又分為硬磁盤和軟磁盤兩種，分別簡稱為硬盤和軟盤。硬盤、軟盤均屬于磁表面存儲器。磁表面存儲器是在不同形狀的載體上，涂有磁性材料層。工作時，載磁體高速

31、運動，磁頭在磁層上進行讀寫操作。信息被記錄在磁層上，這些信息的軌跡就是磁道。磁盤的磁道是一個個同心圓環(huán)，磁帶的磁道是沿磁帶長度方向的條型區(qū)域。外存儲器磁盤第55頁/共126頁在存儲數據之前，磁表面上的顆粒磁向是隨機的讀寫磁頭磁化磁表面的顆粒。顆粒的正極指向磁頭負極 讀寫磁頭可以翻轉磁表面顆粒的磁向。磁表面顆粒的磁向排列記錄了數據磁表面存儲器的讀寫圖示外存儲器磁盤第56頁/共126頁一、軟盤（FD，FloppyDisk）可移動磁盤存儲器，早期在PC機中作為文件和應用軟件復制的主要載體。特點：與硬盤相比，容量小、速度低、可靠性差。1.發(fā)展：已不作為PC機的基本配置，逐漸被移動硬盤、U盤等取代。2.

32、分類按盤片大小分：5.25英寸軟盤和3.5英寸軟盤。按軟盤的容量可分為：高密度軟盤（1.44MB）和低密度軟盤（720KB）。目前，720KB的低密度軟盤已很少使用。3.構成PC機軟盤系統由軟盤片、軟盤控制器、軟盤驅動器（磁頭位于其上）組成。外存儲器磁盤第57頁/共126頁4.物理外觀：寫保護缺口索引孔（定位孔）磁頭讀寫窗中心軸孔磁頭讀寫窗寫保護口中心軸孔外存儲器磁盤第58頁/共126頁5軟盤驅動器由磁頭、磁頭定位系統、讀寫系統、主軸驅動系統和狀態(tài)檢測部件等構成。軟驅控制電路板主軸電機外存儲器磁盤第59頁/共126頁二、硬盤（HardDisk，也簡稱HD）“溫徹斯特硬盤”：1973年，IBM公

33、司推出。工作時，磁頭懸浮在高速轉動的盤片上方，而不與盤片直接接觸，磁頭沿高速旋轉的盤片上做徑向移動。硬盤及驅動器：由固定面板、控制電路板、磁頭組、盤片組、主軸電機、接口及其它附件組成。磁頭組和盤片組件是構成硬盤的核心，它們被封裝在硬盤的凈化腔體內，包括浮動磁頭組件、磁頭驅動機構、盤片組、主軸驅動裝置及讀寫控制電路幾個部分。外部結構：接口、控制電路板、固定面板三部分。內部結構：盤片組、磁頭驅動機構、磁頭組、主軸電機等部分。外存儲器磁盤第60頁/共126頁產品標簽安裝螺絲透氣孔外存儲器磁盤第61頁/共126頁0磁道一個柱面磁道扇區(qū)盤片之間絕對平行，都固定在一個稱為盤片主軸的旋轉軸上。每個盤片的存儲

34、面上都有一個磁頭，與盤片之間的距離只有0.10.3m。所有的磁頭連在一個磁頭控制器上，由磁頭控制器負責各個磁頭的運動。磁頭沿盤片作經向運動，盤片以每分鐘數千轉的速度高速旋轉，磁頭對盤片上的指定位置進行數據的讀/寫操作。外存儲器磁盤空氣過濾片主軸音圈馬達永磁鐵磁頭臂磁頭磁盤第62頁/共126頁1盤片組（1）盤片是存儲數據的載體，采用鋁金屬薄膜材料制成。（2）盤片組一般是由一片或幾片圓形盤片疊加而成，不同容量的硬盤盤片數是不同的。每個盤片有兩個面，每個面都可以記錄數據。（3）盤片分為面、磁道、扇區(qū)、柱面和著陸區(qū)。面：按照磁盤面的多少，依次稱為0面、1面、2面等。于每個面對應一個讀寫磁頭，稱為0磁頭

35、（head）、1磁頭、2磁頭等。磁頭數和盤面數相同。磁道：盤片表面上以盤片圓心為中心的同心圓環(huán)。從外向內編號。柱面：不同盤片相同半徑的磁道組成的空心圓柱體稱為柱面。柱面數等于每個面的磁道數。外存儲器磁盤第63頁/共126頁格式化過的磁盤被分成很多圓形的磁道磁道上的一個扇區(qū)可以存儲512字節(jié)的數據。小于或等于512字節(jié)的文件存儲在一個扇區(qū)中。大的文件分割存儲在多個扇區(qū)中磁道被分成楔形的扇區(qū)磁盤的外部邊緣和內部邊緣不存儲數據 磁道和扇區(qū)的概念外存儲器磁盤第64頁/共126頁扇區(qū)：每個磁道劃分成若干段，每段稱為一個扇區(qū)。一個扇區(qū)存放512B的數據。硬盤上每個磁道上的扇區(qū)數相同，這樣硬盤存儲容量計算公

36、式為：硬盤容量=柱面數磁頭數每道扇區(qū)數512B著陸區(qū)：硬盤不工作時磁頭停放位置的區(qū)域，通常指定一個靠近主軸的內層柱面作為著陸區(qū)。著陸區(qū)不存儲數據，可以避免硬盤受到震動時以及在開、關電源瞬間磁頭緊急降落時所造成的數據丟失。硬盤在電源關閉時會自動將磁頭停在著陸區(qū)內。外存儲器磁盤第65頁/共126頁2主軸組件主軸組件包括軸承和驅動電機等。驅動電機又可分為滾珠軸承電機和液態(tài)軸承電機兩種。滾珠軸承馬達工作時溫度高，噪聲大，磨損嚴重，轉速相對較慢，但價格較低。液態(tài)軸承馬達以解決了滾珠軸承馬達上的問題同時還有很好的抗震能力，使硬盤壽命延長。3磁頭驅動機構作用是在硬盤尋道時移動磁頭。一般由電磁線圈電機、磁頭驅

37、動小車、防震動裝置構成。4磁頭組件是硬盤中最精密的部件之一，是由讀寫磁頭、傳動手臂、傳動軸三個部分組成。采用了非接觸式磁頭結構，加電后磁頭在高速旋轉的磁盤表面移動，磁頭與盤片之間的間隙只有0.10.3m，這樣可以獲得很好的數據傳輸率、較高的信噪比和數據傳輸的可靠性。外存儲器磁盤第66頁/共126頁1容量 格式化后硬盤的容量由3個參數決定：硬盤容量=磁頭數柱面數扇區(qū)數512 (字節(jié))。硬盤的容量以兆字節(jié)（MB）或千兆字節(jié)（GB）為單位，1GB=1024MB。但硬盤廠商在標稱硬盤容量時通常取1G=1000MB，因此在BIOS中或在格式化硬盤時看到的容量會比廠家的標稱值要小。2單碟容量 單碟容量就是

38、硬盤盤體內每張磁碟的最大容量。每塊硬盤內部有若干張盤片，所有盤片的容量之和就是硬盤的總容量。單碟容量越大，實現大容量硬盤也就越容易，尋找數據所需的時間也相對少一點。同時，單碟容量越大，硬盤的檔次越高，性能越好，其故障率也越低，當然價格也越貴。 硬盤的性能指標外存儲器磁盤第67頁/共126頁外存儲器磁盤第68頁/共126頁4平均訪問時間 平均訪問時間（Average Access Time）是指磁頭從起始位置到達目標磁道位置，并且從目標磁道上找到要讀寫的數據扇區(qū)所需的時間。平均訪問時間體現了硬盤的讀寫速度，它包括了硬盤的尋道時間和等待時間，即：平均訪問時間=平均尋道時間+平均等待時間。 硬盤的平

39、均尋道時間（Average Seek Time）是指硬盤的磁頭移動到盤面指定磁道所需的時間。目前主流硬盤的平均尋道時間通常在9ms左右。 硬盤的等待時間，又叫潛伏期（Latency），是指磁頭已處于要訪問的磁道，等待所要訪問的扇區(qū)旋轉至磁頭下方的時間。對圓形的硬盤來說，潛伏時間最多是轉一圈所需的時間，最少則為0（不用轉），轉速540O rpm（或 7200 rpm），故其Average Latency Time約等于（1/5400）6010002=5.6 ms，其余依此類推。硬盤轉速7200 RPM,潛伏時間4.2 ms。 平均訪問時間通常在11ms到18ms之間。 硬盤的性能指標外存儲器磁盤

40、第69頁/共126頁5傳輸速率 傳輸速率是指硬盤讀寫數據的速度，單位為兆字節(jié)每秒（MB/s）。硬盤數據傳輸速度包括了內部數據傳輸率和外部數據傳輸率。 內部傳輸率也稱為持續(xù)傳輸率，指磁頭至硬盤緩存間的最大數據傳輸率，一般取決于硬盤的盤片轉速和盤片數據線性密度 (指同一磁道上的數據間隔度)。這項指標中常常使用Mb/S或Mbps為單位，這是兆位/秒的意思，如果需要轉換成MB/s（兆字節(jié)/秒），就必須將Mbps數據除以8。例如最大內部數據傳輸率為131Mbps，但如果按MB/S計算就只有16.37MB/s。數據傳輸速度實際上達不到33MB/s，更達不到66MB/s。因此硬盤的內部數據傳輸率就成了整個系

41、統瓶頸中的瓶頸，只有硬盤的內部數據傳輸率提高了，再提高硬盤的接口速度才有實在的意義。 外部傳輸率（External Transfer Rate）也稱為突發(fā)數據傳輸率（Burst Data Transfer Rate）或接口傳輸率，它標稱的是系統總線與硬盤緩沖區(qū)之間的數據傳輸率，外部數據傳輸率與硬盤接口類型和硬盤緩存的大小有關。目前采用Ultra DMA133技術的硬盤，外部數據傳輸率可達133MB/s。硬盤的性能指標外存儲器磁盤第70頁/共126頁 由于內部數據傳輸率才是系統真正的瓶頸，因此在購買時我們要分清這兩個概念。一般來講，硬盤的轉速相同時，單碟容量大的內部傳輸率高；在單碟容量相同時，轉

42、速高的硬盤的內部傳輸率高。應該清楚的是只有內部傳輸率向外部傳輸率接近靠攏，有效地提高硬盤的內部傳輸率才能對磁盤子系統的性能有最直接、最明顯的提升。目前各硬盤生產廠家努力提高硬盤的內部傳輸率，除了改進信號處理技術、提高轉速以外，最主要的就是不斷地提高單碟容量以提高線性密度。由于單碟容量越大的硬盤線性密度越高，磁頭的尋道頻率與移動距離可以相應減少，從而減少了平均尋道時間，內部傳輸速率也就提高了。硬盤的性能指標外存儲器磁盤第71頁/共126頁6 緩存 緩存（Cache）的大小也是影響硬盤性能的一個重要指標。當硬盤接收到CPU指令控制開始讀取數據時，硬盤上的控制芯片會控制磁頭把正在讀取的簇的下一個或者

43、數個簇中的數據讀到緩存中（因為硬盤上數據存儲時是比較連續(xù)的，所以讀取的命中率是很高的），當CPU指令需要讀取下一個或者幾個簇中的數據的時候，磁頭就不需要再次去讀取數據，而是直接把緩存中的數據傳輸過去就行了，由于緩存的速度遠遠高于磁頭的速度，所以能夠達到明顯改善性能的目的。顯然緩存容量越大，硬盤性能越好。目前，主流硬盤的緩存一般是2MB。 硬盤的性能指標外存儲器磁盤第72頁/共126頁7 盤表面溫度 指硬盤工作時產生的溫度使硬盤密封殼溫度上升的情況。這項指標廠家并不提供，一般只能在各種媒體的測試數據中看到。硬盤工作時產生的溫度過高將影響磁頭的數據讀取靈敏度，因此硬盤工作表面溫度較低的硬盤有更穩(wěn)定

44、的數據讀、寫性能。8 MTBF (連續(xù)無故障時間) 指硬盤從開始運行到出現故障的最長時間，單位是小時。一般硬盤的MTBF至少在30000小時以上。這項指標在一般的產品廣告或常見的技術特性表中并不提供，需要時可專門上網到具體生產該款硬盤的公司網址中查詢。 硬盤的性能指標外存儲器磁盤第73頁/共126頁外存儲器磁盤第74頁/共126頁外存儲器磁盤常見硬盤接口第75頁/共126頁常見硬盤接口第76頁/共126頁常見硬盤接口第77頁/共126頁常見硬盤接口第78頁/共126頁常見硬盤接口第79頁/共126頁常見硬盤接口第80頁/共126頁常見硬盤接口第81頁/共126頁外存儲器磁盤第82頁/共126頁

45、外存儲器磁盤第83頁/共126頁第84頁/共126頁8Pick.wps6Jord.doc3Bio.txt起始簇文件名目錄FATJord.doc的最后一簇9999Pick.wps的起始簇和最后一簇9998指向第9簇存儲Jord.doc的其他數據97Jord.doc的起始簇，指向第7簇存儲Jord.doc的其他數據76空05Bio.txt的最后一簇9994Bio.txt的起始簇，指向第4簇存儲Bio.txt的其他數據43操作系統保留12操作系統保留11注釋狀態(tài)簇1. 目錄是一個操作系統創(chuàng)建的文件，包含了磁盤上的文件列表以及每個文件起始簇的編號。目錄和FAT表一起可確定文件的位置2. 目錄中顯示一個

46、名為“Jord.doc”的文件從第6簇開始3. 文件分配表是操作系統管理的文件，用于明確磁盤上文件的物理位置4. FAT中每一簇都有個數字指示該簇的狀態(tài)。如果狀態(tài)是“1”，那么該簇被保留，如果狀態(tài)是“0”，該簇是空的，可以存放數據。如果狀態(tài)是“999”，那么該簇包含了文件的結束符。其他的狀態(tài)值說明了保存了文件數據的其他簇5. 在FAT中第6簇，看到文件“Jord.doc”后續(xù)內容保存在第7簇中6. 第7簇指出文件“Jord.doc”后續(xù)內容保存在第9簇中。7. 第9簇的狀態(tài)說明文件在該簇結束外存儲器磁盤第85頁/共126頁第86頁/共126頁第87頁/共126頁 無碎片磁盤當磁盤進行碎片整理后

47、，每個文件的簇變成連續(xù)的。由于磁頭和盤片的移動減到了最小，數據訪問的性能提高了 碎片磁盤在這個有碎片的盤上，紫色、黃色和藍色文件存放在不連續(xù)的簇中。訪問這些文件的簇性能不高，因為它們需要更多的移動磁頭和磁盤 整理磁盤的碎片第88頁/共126頁三、光盤 光存儲設備的信息載體。 厚度為1.2mm、直徑為120mm或80mm的圓盤片，最常見的是直徑120mm的光盤。 外存儲器光盤第89頁/共126頁v 光存儲器：使用激光在存儲介質表面上燒蝕出數據。燒蝕在介質表面微小的凸凹模式表示了數據。u光學介質上的數據可以永久保存u使用光學介質不像使用磁介質那樣可以容易地改變它存儲的數據u光驅使用激光從光盤上讀數

48、據，這時使用的激光強度小于往光盤上燒蝕數據的激光強度。外存儲器光盤第90頁/共126頁數據軌道是一條由里向外，順時針方向的螺旋漸開線，其軌道的各個區(qū)域尺寸和密度都一樣，這條線為光盤軌道。用刻錄機在光盤軌道上刻出一個個極小的凹點，這些不同的凹點與平面被激光照射時，產生不同的反射光，形成對應的數據0和1。（1） CD軌道 （2） DVD軌道外存儲器光盤第91頁/共126頁外存儲器光盤第92頁/共126頁光盤種類： 1CD 光盤（Compact Disc） CD-DA ：CD數字音樂光盤，光盤的始祖。 CD-ROM ：CD只讀式光盤，使用最廣泛的一種光盤。容量大、價格低。 CD-ROM有Mode-1

49、與Mode-2兩種形式。每張Mode-1CD-ROM的容量為650MB。每張Mode-2CD-ROM的容量為742MB。印刷面無數據。 CD-R ：CD可記錄式光盤，可用光盤刻錄機將數據一次寫入光盤中，寫入后的數據不能更改和刪除，安全性高。 CD-R的工作原理是利用大功率激光束的熱效應使激光焦點照射記錄層的有機染料產生不可逆的物理化學變化，形成具有與CD-ROM光盤凹點相同的光學反射特性。外存儲器光盤第93頁/共126頁 CD-RW： CD重復擦寫式光盤。光盤上的數據可自由更改或刪除，目前使用壽命可達1000次左右。使用彈性比CD-R更大，但價格比CD-R高得多。2 DVD 光盤 （Digit

50、al Video Disc） （1）DVD光盤特點 雙面存儲。由兩層厚度分別為0.6mm盤片組成，每個盤片都有兩個記錄面存放數據。一張DVD-5的存儲容量可達4.7GB，是CD-ROM存儲容量的7倍。 軌道間距與坑點長度比CD-ROM短，數據存儲密度大。 速度高。DVD的1X1.35MB/s，而CD的1X150KB/s。 兼容性好。所有DVD驅動器都可以讀取CD光盤。外存儲器光盤第94頁/共126頁外存儲器光盤第95頁/共126頁（2）DVD光盤種類DVDAudio：DVD音樂光盤，支持視頻、字幕、菜單、屏保等。DVDVideo：DVD視頻光盤，DVD影碟。DVD-ROM：DVD只讀光盤，用來

51、存儲計算機數據、文件的只讀光盤，是CD-ROM光盤的換代產品，可以存放任何的數據信息。DVD-R：DVD可記錄式光盤，數據寫入后就不能修改，稱為一次性寫入式DVD光盤?？啥啻巫x寫DVD光盤DVD-RAM：可以重寫100000次以上，但兼容性較差，價格昂貴。DVD-RW：兼容性好。DVD+RW：速度快，價格高。外存儲器光盤第96頁/共126頁第97頁/共126頁 光盤托架音量旋鈕強制彈出孔指示燈播放/向后搜索鍵打開/關閉/停止鍵耳機插孔1、光驅的前面板第98頁/共126頁 數字音頻輸出連接口模擬音頻輸出連接口數據線插座電源插座主盤/從盤/CSEL 盤模式跳線2、光驅的后面板第99頁/共126頁第

52、100頁/共126頁第101頁/共126頁外存儲器光盤第102頁/共126頁第103頁/共126頁外存儲器光盤第104頁/共126頁外存儲器光盤第105頁/共126頁外存儲器光盤第106頁/共126頁外存儲器U盤第107頁/共126頁第108頁/共126頁外存儲器U盤第109頁/共126頁外存儲器U盤第110頁/共126頁外存儲器U盤第111頁/共126頁存儲性能要求存儲容量要大存取速度要快成本要低。實際矛盾半導體存儲器存取速度較快，但容量有限、價格高；磁盤、光盤存儲器存儲容量大，但存取速度慢；解決辦法存儲體系結構（存儲系統）綜合利用各種存儲器的優(yōu)勢，將兩個或兩個以上速度、容量、價格各不相同的

53、存儲器通過軟件、硬件或軟硬件相結合的方法連接起來成為一個系統。存儲系統的速度與其中速度最快的存儲器接近，存儲容量與其中存儲容量最大的存儲器相等，單位容量的價格接近最便宜的存儲器的價格。高速緩沖存儲器和虛擬存儲器第112頁/共126頁Cache主存輔存位價越來越低容量越來越大現代的計算機系統幾乎都具有這兩個以上存儲層次，構成了緩存、主存、輔存三級存儲系統。緩存主存：速度接近于緩存，高于主存；容量和位價卻接近于主存。主存輔存：速度接近于主存，容量接近于輔存，平均位價也接近于輔存位價。高速緩沖存儲器和虛擬存儲器第113頁/共126頁速度成本低磁帶磁盤半導體主存儲器Cache寄存器外存平均訪問時間ms級硬盤910ms光盤80120ms內存平均訪問時間ns級SRAM Cache15nsSDRAM內存610ns高速緩沖存儲器和虛擬存儲器第114頁/共126頁位于CPU和主存之間的一種高