計(jì)算機(jī)組成原理-存儲(chǔ)器

磁荷隨機(jī)存儲(chǔ)器快速電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器第4章教學(xué)內(nèi)容§4.1概述§4.2主存儲(chǔ)器§4.3高速緩沖存儲(chǔ)器§4.4輔助存儲(chǔ)器一、磁表面存儲(chǔ)器

1、磁記錄原理

2、磁記錄方式

3、磁表面存儲(chǔ)器指標(biāo)二、硬盤(pán)存儲(chǔ)器

1、硬磁盤(pán)類(lèi)型

2、硬磁盤(pán)結(jié)構(gòu)

3、硬磁盤(pán)記錄格式

4、硬磁盤(pán)發(fā)展三、軟盤(pán)、磁帶、光盤(pán)存儲(chǔ)器*輔存在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的層次存儲(chǔ)器系統(tǒng)中的地位ControlDatapathSecondaryStorage(Disk)ProcessorRegistersMainMemory(DRAM)SecondLevelCache(SRAM)On-ChipCache1nsMillisecondsGBSpeed:10nsKB-MB50-100nsMB-GBBSize:TertiaryStorage(Disk)SecondsTB特點(diǎn)：容量大、速度慢、價(jià)格低、非易失、后備硬盤(pán)磁盤(pán)軟盤(pán)光盤(pán)

U盤(pán)鐵氧體線圈電流磁記錄介質(zhì)1、磁記錄原理磁頭，軟磁材料導(dǎo)磁率高，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度大矯頑力小，剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度小磁記錄材料，硬磁材料記錄密度高，記錄信息時(shí)間長(zhǎng)輸出信號(hào)幅度大，噪聲低表面組織緊密、光滑、無(wú)麻點(diǎn)薄厚均勻，溫度、濕度影響小一、磁表面存儲(chǔ)器寫(xiě)：信息電流磁化記錄介質(zhì)，磁層表面磁化極性方向區(qū)別01讀：記錄介質(zhì)均勻移動(dòng)，在磁頭中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，形成讀出電流，剩磁方向決定012、磁記錄方式一種編碼方法，即按某種規(guī)律將一串二進(jìn)制信息，通過(guò)讀寫(xiě)電路變換成磁層介質(zhì)中的磁化翻轉(zhuǎn)序列一、磁表面存儲(chǔ)器（1）定義：（2）常見(jiàn)編碼方式：歸零制（RZ）

線圈中正脈沖電流為“1”，負(fù)脈沖電流表示“0”，兩位信息位之間線圈中無(wú)電流。RZ位信息101110001不歸零制（NRZ）

線圈中一直有正或負(fù)脈沖電流，相鄰兩位信息位代碼不同才改變電流方向。見(jiàn)1翻轉(zhuǎn)的不歸零制（NRZ1）

線圈中始終脈沖電流，只有見(jiàn)到“1”才改變電流的方向，記錄“0”時(shí)電流方向保持不變。NRZ位信息101110001位信息101110001NRZ1一、磁表面存儲(chǔ)器一、磁表面存儲(chǔ)器調(diào)相制（PM/PE）

相位編碼。用脈沖邊沿來(lái)表示,記錄“0”由負(fù)變正，記錄“1”由正變負(fù)。相同相鄰信息間要變方向，不同相鄰信息間不變方向。調(diào)頻制（FM）頻率編碼。“1”:高頻記錄，位周期中心翻轉(zhuǎn)；“0”:低頻記錄，位周期中心不翻轉(zhuǎn)；位與位之間都翻轉(zhuǎn)。位信息101110001PM位信息101110001FM改進(jìn)的調(diào)頻制（MFM）倍密度頻率編碼?！?”:高頻記錄，位周期中心翻轉(zhuǎn)；“0”:低頻記錄，位周期中心不翻轉(zhuǎn)；位與位只有連續(xù)兩個(gè)(2以上)的“0”時(shí)才在位周期起始位置翻轉(zhuǎn)位信息101110001FMMFM二次改進(jìn)的調(diào)頻制（M2FM）成組編碼（GCR）游程長(zhǎng)度受限碼（RLL）一、磁表面存儲(chǔ)器高編碼效率：位密度與磁化翻轉(zhuǎn)密度比值，高好。高自同步能力：

從單個(gè)磁道讀出的脈沖序列中提取同步脈沖時(shí)鐘的難易程度，用最小磁化翻轉(zhuǎn)間隔與最大磁化翻轉(zhuǎn)間隔比值衡量，高好。高信息獨(dú)立性：

某一位讀出誤碼不影響后續(xù)位的正確性，高好。高讀分辨力高抗干擾力低電路復(fù)雜度寬頻帶寬度（3）記錄方式的評(píng)價(jià)指標(biāo)：一、磁表面存儲(chǔ)器一、磁表面存儲(chǔ)器3、磁表面存儲(chǔ)器指標(biāo)磁盤(pán)道密度：沿半徑方向單位長(zhǎng)度磁道數(shù)，tpm/tpi磁帶/磁盤(pán)位密度：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度磁道記錄的比特?cái)?shù)bpm/bpi記錄密度存儲(chǔ)容量磁表面存儲(chǔ)器所能存儲(chǔ)的二進(jìn)制信息的總量，BytePlattersTrackSector一、磁表面存儲(chǔ)器平均尋址時(shí)間磁盤(pán)訪問(wèn)過(guò)程—直接存取方式

(1)尋道：將讀寫(xiě)磁頭移動(dòng)到正確的磁道上

(2)尋找扇區(qū)：等待磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)到需要訪問(wèn)的扇區(qū)

(3)數(shù)據(jù)傳輸：讀寫(xiě)數(shù)據(jù)（1個(gè)或多個(gè)扇區(qū)）磁帶訪問(wèn)過(guò)程—順序存取方式磁頭不動(dòng)，磁帶移動(dòng)，不尋道但需要等待。一、磁表面存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)傳輸率誤碼率常用循環(huán)冗余碼CRC來(lái)發(fā)現(xiàn)和糾正傳輸錯(cuò)誤記錄介質(zhì)運(yùn)動(dòng)速度記錄密度數(shù)據(jù)傳輸率一、磁表面存儲(chǔ)器1、硬磁盤(pán)類(lèi)型3、硬磁盤(pán)記錄格式4、硬磁盤(pán)發(fā)展二、硬盤(pán)存儲(chǔ)器2、硬磁盤(pán)結(jié)構(gòu)二、硬盤(pán)存儲(chǔ)器固定磁頭磁盤(pán)移動(dòng)磁頭磁盤(pán)Ⅰ磁頭工作方式可換盤(pán)片磁盤(pán)頭盤(pán)固定磁盤(pán)

Ⅱ磁盤(pán)可換性1、硬磁盤(pán)類(lèi)型溫徹斯特盤(pán):可移動(dòng)磁頭固定盤(pán)片2、硬磁盤(pán)結(jié)構(gòu)二、硬盤(pán)存儲(chǔ)器主機(jī)磁盤(pán)控制器磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器盤(pán)片下面以目前最有代表性的溫切斯特磁盤(pán)存儲(chǔ)器為例：（1）磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器主軸系統(tǒng)：盤(pán)片、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、磁頭、讀寫(xiě)臂、小車(chē)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)定位系統(tǒng)：位置檢測(cè)、比較、放大電路數(shù)據(jù)控制部分：地址接收、記錄電流形成、讀放大、譯碼二、硬盤(pán)存儲(chǔ)器檢測(cè)比較放大磁頭磁盤(pán)組主軸通風(fēng)機(jī)取數(shù)臂定位驅(qū)動(dòng)器速度傳感器小車(chē)主電機(jī)傳動(dòng)皮帶濾塵器密封罩（1）磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器磁盤(pán)控制器信號(hào)（2）磁盤(pán)控制器一塊硬件插板，接收主機(jī)命令，轉(zhuǎn)換為磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的控制命令，常見(jiàn)控制器-驅(qū)動(dòng)器界面：ST506硬盤(pán)接口ESDI/SMD硬盤(pán)接口SCSI硬盤(pán)接口二、硬盤(pán)存儲(chǔ)器驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器串并轉(zhuǎn)換格式控制數(shù)據(jù)緩沖DMA控制串并轉(zhuǎn)換讀放大器寫(xiě)放大器讀時(shí)鐘產(chǎn)生器數(shù)據(jù)譯碼數(shù)據(jù)編碼器總線SCSI接口信號(hào)線（3）盤(pán)片一組存儲(chǔ)信息的磁表面載體，按格式記錄數(shù)據(jù)3、硬磁盤(pán)記錄格式（1）定長(zhǎng)記錄格式01字節(jié)記錄塊記錄文件串行形成若干組成系列構(gòu)成一批組成臺(tái)號(hào)：系統(tǒng)掛接的硬盤(pán)個(gè)數(shù)雙盤(pán)多盤(pán)①定長(zhǎng)記錄磁盤(pán)地址二、硬盤(pán)存儲(chǔ)器磁道號(hào)：磁盤(pán)一面含的圈數(shù)，在n面的同一半徑的磁道形成圓柱面，柱面信息被移動(dòng)磁頭組同時(shí)讀出，故也叫柱面號(hào)。扇段號(hào)：每個(gè)盤(pán)面分為若干扇區(qū)，每條磁道被分割為若干扇段。如右ISOT盤(pán)扇段內(nèi)格式：盤(pán)面號(hào)：每個(gè)硬盤(pán)中一組磁盤(pán)的盤(pán)面數(shù)，一般2n-2面SectorTrackCylinderHeadPlatterTrackSector首空引導(dǎo)數(shù)據(jù)校驗(yàn)尾空……二、硬盤(pán)存儲(chǔ)器二、硬盤(pán)存儲(chǔ)器臺(tái)號(hào)磁道號(hào)盤(pán)面號(hào)扇段號(hào)定長(zhǎng)記錄格式中磁盤(pán)地址構(gòu)成：②定長(zhǎng)記錄格式尋址次序：決定操作的硬盤(pán)——臺(tái)號(hào)確定硬盤(pán)的柱面——磁道號(hào)選定組中某磁頭——盤(pán)面號(hào)旋轉(zhuǎn)磁盤(pán)找扇區(qū)——扇段號(hào)=尋道時(shí)間+旋轉(zhuǎn)延遲+傳輸時(shí)間+磁盤(pán)控制器延遲③定長(zhǎng)記錄格式中訪存時(shí)間：例題1：P135例4.12例題2：P136例4.13二、硬盤(pán)存儲(chǔ)器尋道時(shí)間：將磁頭移動(dòng)到正確的磁道上與每面磁道數(shù)、磁盤(pán)直徑、磁頭組速度有關(guān)旋轉(zhuǎn)延遲：等待磁盤(pán)上扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下與磁盤(pán)組旋轉(zhuǎn)速度、扇區(qū)數(shù)、當(dāng)前扇段位置有關(guān)

傳輸時(shí)間：真正的數(shù)據(jù)讀/寫(xiě)時(shí)間與旋轉(zhuǎn)速度、存儲(chǔ)密度、數(shù)據(jù)傳輸率有關(guān)例題3：平均尋道時(shí)間=12ms;旋轉(zhuǎn)速度=5400rpm磁盤(pán)控制器延遲：2ms；傳輸速度=5MB/S扇區(qū)大小=512bytes。讀取一頁(yè)（8KB）需要多少時(shí)間？旋轉(zhuǎn)延遲：平均旋轉(zhuǎn)延遲應(yīng)為磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)半周的時(shí)間。旋轉(zhuǎn)1周=1/5400min=11.1ms，?周用時(shí)5.6ms讀1個(gè)扇區(qū)時(shí)間=12ms+5.6ms+0.5K/5MB/S+2ms=19.7ms讀1頁(yè)的時(shí)間=12ms+5.6ms+8K/5MB/S+2ms=21.2ms解：二、硬盤(pán)存儲(chǔ)器（2）不定長(zhǎng)記錄格式不定長(zhǎng)記錄格式可以根據(jù)文件長(zhǎng)度需要來(lái)決定記錄塊的長(zhǎng)度，如IBM2311盤(pán)磁道格式為：G磁道地址標(biāo)志塊…數(shù)據(jù)塊1索引標(biāo)志GGG數(shù)據(jù)塊2GF柱面號(hào)G磁頭號(hào)數(shù)據(jù)長(zhǎng)數(shù)據(jù)關(guān)鍵字塊號(hào)校驗(yàn)校驗(yàn)鍵長(zhǎng)G校驗(yàn)數(shù)據(jù)區(qū)關(guān)鍵字區(qū)計(jì)數(shù)區(qū)注解：數(shù)據(jù)區(qū)長(zhǎng)度不定，由計(jì)數(shù)區(qū)數(shù)據(jù)長(zhǎng)約定；數(shù)據(jù)串行存儲(chǔ)，字節(jié)間無(wú)間隙也無(wú)校驗(yàn)。二、硬盤(pán)存儲(chǔ)器4、硬磁盤(pán)的發(fā)展二、硬盤(pán)存儲(chǔ)器

(1)半導(dǎo)體盤(pán)——FlashMemory盤(pán)

(2)高密度盤(pán)——磁頭記錄密度、讀寫(xiě)防干擾、磁頭浮動(dòng)、編碼、介質(zhì)、基板等技術(shù)改進(jìn)(3)高速度盤(pán)——主軸轉(zhuǎn)速改進(jìn)、硬盤(pán)Cache技術(shù)二、硬盤(pán)存儲(chǔ)器Strip0Strip4Strip8Strip1Strip5Strip9Strip2Strip6Strip10Strip3Strip7Strip11Strip11Strip7Strip3Strip2Strip6Strip10Strip1Strip5Strip9Strip0Strip4Strip8核心技術(shù)：采用分條stripping、分塊declustering、交叉存取interleaving等方式對(duì)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)校驗(yàn)組合處理(4)大容量盤(pán)——磁盤(pán)陣列(RAID，RedundantArraysofInexpensiveDisks)

，將并行處理技術(shù)引入磁盤(pán)系統(tǒng)，將多臺(tái)小型溫盤(pán)組成同步化磁盤(pán)陣列，數(shù)據(jù)展開(kāi)分放，操作與單臺(tái)盤(pán)一樣，但數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間為單臺(tái)盤(pán)的1/n。三、軟盤(pán)、磁帶、光盤(pán)存儲(chǔ)器*自學(xué)：軟磁盤(pán)存儲(chǔ)器、磁帶存儲(chǔ)器（144）存貯系統(tǒng)軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器（簡(jiǎn)稱(chēng)為軟驅(qū)）是微機(jī)常用的外部存儲(chǔ)設(shè)備。它由軟驅(qū)、軟磁盤(pán)和軟盤(pán)控制卡（接口電路）等三部分構(gòu)成完整的軟盤(pán)存儲(chǔ)系統(tǒng)。[軟驅(qū)規(guī)格]從存儲(chǔ)容量上分，軟驅(qū)規(guī)格有5.25英寸軟驅(qū)和3.5英寸軟驅(qū)。前者的存儲(chǔ)容量為1.2MB，后者的存儲(chǔ)容量為1.44MB。5.25英寸軟驅(qū)是486微機(jī)以前的產(chǎn)物，現(xiàn)已基本淘汰。3.5英寸軟驅(qū)是586微機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置，主要用于初始化微機(jī)時(shí)的系統(tǒng)啟動(dòng)和文件信息的備份。[軟磁盤(pán)]軟磁盤(pán)也分為5.25英寸和3.5英寸。單張存儲(chǔ)容量分別為1.2MB和1.44MB。5.25英寸軟盤(pán)容量較小，體積較大，且外殼為軟封裝不便攜帶，淘汰。3.5英寸軟磁盤(pán)外殼為硬塑料封裝，體積較小，便于攜帶。磁盤(pán)讀寫(xiě)窗有金屬片保護(hù)，不易進(jìn)灰塵。簡(jiǎn)介：光盤(pán)存儲(chǔ)器（150）光盤(pán)分類(lèi)只讀光盤(pán)（CD-ROM）可刻寫(xiě)光盤(pán)（CD-R

）可擦寫(xiě)光盤(pán)（CD-RW）音頻光盤(pán)（CD-Audio）視頻光盤(pán)（VCD、DVD-Video、LD）圖文光盤(pán)（Photo-CD）