七章-存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件

第七章存儲(chǔ)器系統(tǒng)7.1存儲(chǔ)器系統(tǒng)概述7.2主存儲(chǔ)器7.3新型存儲(chǔ)器7.4高速緩沖存儲(chǔ)器7.5輔助存儲(chǔ)器7.1存儲(chǔ)器系統(tǒng)概述7.1.1存儲(chǔ)器分類7.1.2存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)7.1.3程序訪問局部性原理7.1.4存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)7.1.1存儲(chǔ)器分類1．按存儲(chǔ)介質(zhì)分類2．按存取方式分類3．按存儲(chǔ)器的讀寫功能分4．按信息的可保存性分

5．按在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中作用分類存儲(chǔ)器分類表靜態(tài)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器高速緩沖存儲(chǔ)器隨機(jī)存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器磁盤磁帶光盤不可改寫ROM一次可改寫ROM（PROM）可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（EPROM）多次電可改寫ROM（EEPROM）掩膜型只讀存儲(chǔ)器（MROM）快擦型存儲(chǔ)器（Flash-memory）輔助存儲(chǔ)器動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器

7.1.2存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)1．基本存儲(chǔ)單元2．存儲(chǔ)體3．地址譯碼器

(1)．單譯碼

(2)．雙譯碼4．片選與讀／寫控制電路5．I/O電路6．集電極開路或三態(tài)輸出緩沖器7．其它外圍電路

7.1.3程序訪問局部性原理1、時(shí)間局部性(temporalLocality)：如果一個(gè)存儲(chǔ)項(xiàng)被訪問，則可能該項(xiàng)會(huì)很快被再次訪問。即在最近的未來要用到的信息很可能是現(xiàn)在正在使用的信息，這主要是程序循環(huán)造成的，即循環(huán)中的語句要被重復(fù)的執(zhí)行。2、空間局部性(SpatialLocality)：如果一個(gè)存儲(chǔ)項(xiàng)被訪問，則該項(xiàng)及其鄰近的項(xiàng)也可能很快被訪問。即在最近的未來要用到的信息很可能與現(xiàn)在正在使用的信息，在程序空間上是相鄰或相近的，這主要是由于指令通常是順序執(zhí)行的，以及數(shù)據(jù)一般是以向量、陣列、樹形、表格等形式簇聚地存儲(chǔ)所致。7.1.4存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)問題的提出速度越快，每位價(jià)格就越高；容量越大，每位價(jià)格就越低；容量越大，速度越慢。解決存儲(chǔ)器容量和速度矛盾的辦法應(yīng)用了訪問局部性原理，把存儲(chǔ)體系設(shè)計(jì)成為層次化的結(jié)構(gòu)（MemoryHierarchy）以滿足使用要求。 在這個(gè)層次化存儲(chǔ)系統(tǒng)中，一般由寄存器、高速緩存(Cache)、主存(內(nèi)存)、外存(硬盤等)組成,而不只是依賴單一的存儲(chǔ)部件或技術(shù)。7.2主存儲(chǔ)器7.2.1主存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)7.2.2計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)部件7.2.3隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器(RAM)

7.2.4只讀存儲(chǔ)器(ROM)7.2.5主存儲(chǔ)器的組織

7.2.1主存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)位/秒，字節(jié)/秒數(shù)據(jù)傳輸速率技術(shù)指標(biāo)

單位時(shí)間里存儲(chǔ)器所存取的信息量,存儲(chǔ)器帶寬ｎｓ主存的速度連續(xù)啟動(dòng)兩次操作所需間隔的最小時(shí)間存儲(chǔ)周期ｎｓ主存的速度啟動(dòng)到完成一次存儲(chǔ)器操作所經(jīng)歷的時(shí)間存取時(shí)間字?jǐn)?shù)，字節(jié)數(shù)存儲(chǔ)空間的大小在一個(gè)存儲(chǔ)器中可以容納的存儲(chǔ)單元總數(shù)存儲(chǔ)容量單位表現(xiàn)含義指標(biāo)7.2.2計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)部件1半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類2半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片的基本結(jié)構(gòu)

1半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類2.只讀存貯器ROM(1)掩模工藝ROM(2)可一次編程ROM(3)可擦去的PROM按照工作方式的不同，半導(dǎo)體存貯器分為讀寫存貯器(RAM)和只讀存貯器(ROM)。1.讀寫存貯器RAM(1)雙極型RAM(2)金屬氧化物(MOS)RAM2半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片的基本結(jié)構(gòu)圖7-6半導(dǎo)體存儲(chǔ)器組成框圖

（1）存儲(chǔ)體（2）外圍電路1)地址譯碼電路2)讀/寫控制電路（3）地址譯碼方式

1)單譯碼方式2)雙譯碼方式單譯碼方式雙譯碼方式7.2.3隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器(RAM)7.2.3.1靜態(tài)RAM(SRAM)7.2.3.2動(dòng)態(tài)RAM（DRAM）7.2.3.1靜態(tài)RAM(SRAM)（1）靜態(tài)RAM(SRAM)的基本存儲(chǔ)電路圖7-9六管靜態(tài)RAM存儲(chǔ)電路

（2）Intel2114SRAM芯片圖7-10Intel2114內(nèi)部結(jié)構(gòu)

Intel2114引腳及邏輯符號(hào)(a)引腳；(b)邏輯符號(hào)7.2.3.2

動(dòng)態(tài)RAM（DRAM）（1）動(dòng)態(tài)RAM的基本存儲(chǔ)電路1)四管動(dòng)態(tài)RAM基本存儲(chǔ)電路2)單管動(dòng)態(tài)RAM基本存儲(chǔ)電路3)動(dòng)態(tài)RAM的刷新圖7-14(a)集中刷新方式

圖7-14(b)分散刷新方式

圖7-14(c)

異步刷新方式

（2）Intel2174A動(dòng)態(tài)RAM芯片圖7-15Intel2164A內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

Intel2174A引腳與邏輯符號(hào)(a)引腳；(b)邏輯符號(hào)(3)靜態(tài)RAM與動(dòng)態(tài)RAM的比較

目前,動(dòng)態(tài)RAM比靜態(tài)RAM的應(yīng)用要廣得多。主要原因是：l

在同樣大小的芯片中，動(dòng)態(tài)RAM的集成度遠(yuǎn)高于靜態(tài)RAM，如動(dòng)態(tài)RAM的基本單元電路為一個(gè)MOS管，靜態(tài)RAM的基本單元電路為6個(gè)MOS管；l

動(dòng)態(tài)RAM行、列地址按先后順序輸送，減少了芯片引腳，封裝尺寸也減少；l

動(dòng)態(tài)RAM的功耗僅為靜態(tài)RAM的1/6；l

動(dòng)態(tài)RAM的價(jià)格僅為靜態(tài)RAM的1/4。因此隨著動(dòng)態(tài)RAM容量不斷擴(kuò)大，速度不斷提高，它被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)的主存。動(dòng)態(tài)RAM也有缺點(diǎn)：

由于使用動(dòng)態(tài)元件（電容），因此它的速度比靜態(tài)RAM低；

動(dòng)態(tài)RAM需要再生，因此需要配制再生電路，也需要消耗一部分功率。通常，容量不大的高速存儲(chǔ)器大多用靜態(tài)RAM實(shí)現(xiàn)。

7.2.4只讀存儲(chǔ)器(ROM)

1．ROM的分類

2．掩膜式只讀存儲(chǔ)器(MROM)

3．可編程只讀存儲(chǔ)器(PROM)

4．可擦除、可再編程的只讀存儲(chǔ)器PROM

2．掩膜式只讀存儲(chǔ)器(MROM)圖7-17掩膜式ROM示意圖

3．可編程只讀存儲(chǔ)器(PROM)圖7-18PROM存儲(chǔ)電路示意圖

4、可擦除、可再編程的只讀存儲(chǔ)器PROM目前，根據(jù)擦除芯片內(nèi)已有信息的方法不同，可擦除、可再編程ROM可分為兩種類型：紫外線擦除PROM(簡(jiǎn)稱EPROM)

電擦除PROM(簡(jiǎn)稱EEPROM或E2PROM)(1)EPROM和E2PROM簡(jiǎn)介(a)?SIMOS管結(jié)構(gòu)；(b)?SIMOSEPROM元件電路

圖7-19SIMOS型EPROM(2)Intel2716EPROM芯片

1)2716的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳

2)2716的工作方式

引腳方式PD/PGM數(shù)據(jù)總線狀態(tài)讀出00+5輸出未選中×1+5高阻待機(jī)1×+5高阻編程輸入寬52ms的正脈沖1+25輸入校驗(yàn)編程內(nèi)容00+25輸出禁止編程01+25高阻VPP/V3)常用的EPROM芯片

型號(hào)容量結(jié)構(gòu)最大讀出時(shí)間/ns制造工藝需用電源/V管腳數(shù)27081?K×8?bit350~450NMOS5，+122427162?K×8?bit300~450NMOS+5242732A4?K×8?bit200~450NMOS+52427648K×8bit200~450HMOS+5282712816K×8?bit250~450HMOS+5282725632?K×8?bit200~450HMOS+5282751264?K×8?bit250~450HMOS+528275134×64?K×8?bit250~450HMOS+528(3)Intel2816E2PROM芯片

引腳方式CEOEVPP/V數(shù)據(jù)線狀態(tài)讀出00+4+6輸出待機(jī)(備用)1×+4+6高阻字節(jié)擦除01+21輸入為全1字節(jié)寫入01+21輸入整片擦除0+9+15V+21輸入為全1擦寫禁止1×+4+22高阻表7-52816的工作方式

7.2.5主存儲(chǔ)器的組織

1．

存儲(chǔ)器芯片與CPU的連接2．

存儲(chǔ)器芯片的擴(kuò)展3、存儲(chǔ)器的讀、寫周期4、

主存儲(chǔ)器組成實(shí)例

1．

存儲(chǔ)器芯片與CPU的連接存儲(chǔ)器芯片與CPU之間的連接，實(shí)質(zhì)上就是其與系統(tǒng)總線的連接，包括：

地址線的連接；

數(shù)據(jù)線的連接；

控制線的連接；在連接中要考慮的問題(1)CPU總線的負(fù)載能力(2)CPU的時(shí)序和存儲(chǔ)器的存取速度之間的配合問題(3)存儲(chǔ)器的地址分配和片選問題(4)控制信號(hào)的連接2．

存儲(chǔ)器芯片的擴(kuò)展

(1)存儲(chǔ)器芯片的位擴(kuò)充

位擴(kuò)展是指增加存儲(chǔ)字長(zhǎng)，這種方法的適用場(chǎng)合是存儲(chǔ)器芯片的容量滿足存儲(chǔ)器系統(tǒng)的要求，但其字長(zhǎng)小于存儲(chǔ)器系統(tǒng)的要求。例2用1K×4的2114芯片構(gòu)成lK×8的存儲(chǔ)器系統(tǒng)。分析：

由于每個(gè)芯片的容量為1K，故滿足存儲(chǔ)器系統(tǒng)的容量要求。但由于每個(gè)芯片只能提供4位數(shù)據(jù)，故需用2片這樣的芯片，它們分別提供4位數(shù)據(jù)至系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線，以滿足存儲(chǔ)器系統(tǒng)的字長(zhǎng)要求。

用2114組成1K×8的存儲(chǔ)器連線

(2)存儲(chǔ)器芯片的字?jǐn)U充

字?jǐn)U展是指增加存儲(chǔ)器字的數(shù)量，這種方式的適用場(chǎng)合是存儲(chǔ)器芯片的字長(zhǎng)符合存儲(chǔ)器系統(tǒng)的要求，但其容量太小。例3用2K×8的2716Ａ存儲(chǔ)器芯片組成8K×8的存儲(chǔ)器系統(tǒng)。分析：由于每個(gè)芯片的字長(zhǎng)為8位，故滿足存儲(chǔ)器系統(tǒng)的字長(zhǎng)要求。但由于每個(gè)芯片只能提供2K個(gè)存儲(chǔ)單元，所以需要用4片這樣的芯片，以滿足存儲(chǔ)器系統(tǒng)的容量要求。

用2716組成8K×8的存儲(chǔ)器連線

(3)同時(shí)進(jìn)行位擴(kuò)充與字?jǐn)U充

字、位擴(kuò)展是指既增加存儲(chǔ)字的數(shù)量，又增加存儲(chǔ)字長(zhǎng)，這種方法的適用場(chǎng)合是：存儲(chǔ)器芯片的字長(zhǎng)和容量均不符合存儲(chǔ)器系統(tǒng)的要求，這時(shí)就需要用多片這樣的芯片同時(shí)進(jìn)行位擴(kuò)充和字?jǐn)U充，以滿足系統(tǒng)的要求。

例4用1K×4的2114芯片組成2K×8的存儲(chǔ)器系統(tǒng)。

分析：由于芯片的字長(zhǎng)為4位，因此首先需用采用位擴(kuò)充的方法，用兩片芯片組成1K×8的存儲(chǔ)器。再采用字?jǐn)U充的方法來擴(kuò)充容量，使用兩組經(jīng)過上述位擴(kuò)充的芯片組來完成。

用2114組成2K×8的存儲(chǔ)器連線

3、存儲(chǔ)器的讀、寫周期

讀周期:讀周期與讀出時(shí)間是兩個(gè)不同的概念。讀出時(shí)間是從給出有效地址到外部數(shù)據(jù)總線上穩(wěn)定地出現(xiàn)所讀出的數(shù)據(jù)信息所經(jīng)歷的時(shí)間。讀周期時(shí)間則是存儲(chǔ)片進(jìn)行兩次連續(xù)讀操作時(shí)所必須間隔的時(shí)間，它總是大于或等于讀出時(shí)間。寫周期:要實(shí)現(xiàn)寫操作，要求片選和寫命令信號(hào)都為低，并且信號(hào)與信號(hào)相“與”的寬度至少應(yīng)為tW。

4．主存儲(chǔ)器組成實(shí)例

采用W4006AF構(gòu)成的80386主存儲(chǔ)器7.3新型存儲(chǔ)器

7.3.1閃速存儲(chǔ)器

7.3.2雙端口存儲(chǔ)器7.3.3多模塊交叉存儲(chǔ)器7.3.4相聯(lián)存儲(chǔ)器7.3.5幾種新型存儲(chǔ)器簡(jiǎn)介1．什么是閃速存儲(chǔ)器？閃速存儲(chǔ)器(FlashMemory)是1983年由Intel公司首先推出的，其商品化于1988年。閃速存儲(chǔ)器是一種高密度、非易失性的讀/寫半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，它突破了傳統(tǒng)的存儲(chǔ)器體系，改善了現(xiàn)有存儲(chǔ)器的特性，因而是一種全新的存儲(chǔ)器技術(shù)。就其本質(zhì)而言，F(xiàn)lash存儲(chǔ)器屬于E2PROM類型，在不加電的情況下能長(zhǎng)期保持存儲(chǔ)的信息。F1ash存儲(chǔ)器之所以被稱為閃速存儲(chǔ)器，是因?yàn)橛秒姴脸夷芡ㄟ^公共源極或公共襯底加高壓實(shí)現(xiàn)擦除整個(gè)存儲(chǔ)矩陣或部分存儲(chǔ)矩陣，速度很快，與E2PROM擦除一個(gè)地址(一個(gè)字節(jié)或16位字)的時(shí)間相同。閃速存儲(chǔ)器（FlashMemory）是一類非易失性存儲(chǔ)器NVM（Non-VolatileMemory）即使在供電電源關(guān)閉后仍能保持片內(nèi)信息；而諸如DRAM、SRAM這類易失性存儲(chǔ)器，當(dāng)供電電源關(guān)閉時(shí)片內(nèi)信息隨即丟失。Flash與傳統(tǒng)存儲(chǔ)技術(shù)的主要特性比較2．閃速存儲(chǔ)器的工作原理除了指令寄存器在內(nèi)的控制和定時(shí)邏輯，閃速存儲(chǔ)器的邏輯結(jié)構(gòu)與一般半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)相似。閃速存儲(chǔ)器是在EPROM功能基礎(chǔ)上增加了電路的電擦除和重新編程能力。

Flash存儲(chǔ)器既有MROM和RAM兩者的性能，又有MROM、DRAM一樣的高密度、低成本和小體積。它是目前惟一具有大容量、非易失性、低價(jià)格、可在線改寫和較高速度幾個(gè)特性共存的存儲(chǔ)器。同DRAM比較，F(xiàn)1ash存儲(chǔ)器有兩個(gè)缺點(diǎn)：可擦寫次數(shù)有限和速度較慢。所以從目前看，它還無望取代DRAM，但它是一種理想的文件存儲(chǔ)介質(zhì)，特別適用于在線編程的大容量、高密度存儲(chǔ)領(lǐng)域。

由于Flash存儲(chǔ)器的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在一些較新的主板上采用FlashROMBIOS，會(huì)使得BIOS升級(jí)非常方便，在Pentium微機(jī)中已把BIOS系統(tǒng)駐留在Flash存儲(chǔ)器中。Flash存儲(chǔ)器亦可用做固態(tài)大容量存儲(chǔ)器。由于FlashMemory集成度不斷提高，價(jià)格降低，使其在便攜機(jī)上取代小容量硬盤已成為可能。3．

閃速存儲(chǔ)器與CPU的連接

容量不同的閃速存儲(chǔ)器芯片，其差別主要體現(xiàn)在芯片外部地址線的數(shù)目上。但由于閃速存儲(chǔ)器的高密度特征，使芯片內(nèi)部在電路結(jié)構(gòu)上基本相同。閃速存儲(chǔ)器的這種電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，大大簡(jiǎn)化了對(duì)存儲(chǔ)器系統(tǒng)實(shí)施電路更新所需要的接口電路，也簡(jiǎn)化了存儲(chǔ)器和CPU的連接。中間部分是接口電路。三部分通過三組信號(hào)線進(jìn)行連接，其中地址總線和控制總線由CPU發(fā)向存儲(chǔ)器和接口邏輯，數(shù)據(jù)總線為雙向總線。地址總線的寬度決定了存儲(chǔ)器的尋址空間（存儲(chǔ)容量），數(shù)據(jù)總線的寬度決定了存儲(chǔ)器的字長(zhǎng)。和依靠DRAM/后援磁盤來實(shí)現(xiàn)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)相比，閃速存儲(chǔ)器能提供高性能、低功耗、高可靠性以及瞬時(shí)啟動(dòng)能力，因而有可能使現(xiàn)有的存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)發(fā)生一次革命性的變化。由于Flash存儲(chǔ)器的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在一些較新的主板上采用FlashROMBIOS，會(huì)使得BIOS升級(jí)非常方便，在Pentium微機(jī)中已把BIOS系統(tǒng)駐留在Flash存儲(chǔ)器中。Flash存儲(chǔ)器亦可用做固態(tài)大容量存儲(chǔ)器。由于FlashMemory集成度不斷提高，價(jià)格降低，使其在便攜機(jī)上取代小容量硬盤已成為可能。加速CPU和存儲(chǔ)器之間有效傳輸?shù)奶厥獯胧?.3.2雙端口存儲(chǔ)器1．雙端口存儲(chǔ)器的邏輯結(jié)構(gòu)

2．無沖突讀寫控制

3．有沖突的讀寫控制

1．雙端口存儲(chǔ)器的邏輯結(jié)構(gòu)雙端口存儲(chǔ)器是指同一個(gè)存儲(chǔ)器具有兩組相互獨(dú)立的讀寫控制線路,是一種高速工作的存儲(chǔ)器。它提供了兩個(gè)相互獨(dú)立的端口，即左端口右端口。它們分別具有各自的地址線、數(shù)據(jù)線和控制線，可以對(duì)存儲(chǔ)器中任何位置上的數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立的存取操作。2．無沖突讀寫控制當(dāng)兩個(gè)端口的地址不相同時(shí)，在兩個(gè)端口上進(jìn)行讀寫操作，一定不會(huì)發(fā)生沖突。當(dāng)任一端口被選中驅(qū)動(dòng)時(shí)，就可對(duì)整個(gè)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取，每一個(gè)端口都有自己的片選控制和輸出驅(qū)動(dòng)控制。3．有沖突的讀寫控制當(dāng)兩個(gè)端口同時(shí)存取存儲(chǔ)器同一存儲(chǔ)單元時(shí)，便發(fā)生讀寫沖突。為解決此問題，特設(shè)置了BUSY標(biāo)志。由片上的判斷邏輯決定對(duì)哪個(gè)端口優(yōu)先進(jìn)行讀寫操作，而暫時(shí)關(guān)閉另一個(gè)被延遲的端口。7.3.3 多模塊交叉存儲(chǔ)器1．存儲(chǔ)器的模塊化組織

2．多模塊交叉存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)

圖7-31四模塊交叉存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)框圖

圖7-32流水線方式存取示意圖

7.3.4相聯(lián)存儲(chǔ)器1.相聯(lián)存儲(chǔ)器的基本原理

2.相聯(lián)存儲(chǔ)器的組成7.3.5幾種新型存儲(chǔ)器簡(jiǎn)介1．同步動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器SDRAM(SynchronousDRAM)

2．雙數(shù)據(jù)傳輸率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器DDRDRAM(DoubleDataRateDRAM)３．接口動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器DRDRAM(DirectRambusDRAM)4．帶高速緩存動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器CDRAM(CachedDRAM)

5．虛擬通道存儲(chǔ)器VCM(VirtualChannelMemory)6．快速循環(huán)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器FCRAM(FastCycleRAM)7.4高速緩沖存儲(chǔ)器7.4.1高速緩沖存儲(chǔ)器組織7.4.2高速緩沖存儲(chǔ)器調(diào)度與替換7.4.1高速緩沖存儲(chǔ)器組織1．

問題的提出

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的內(nèi)部存儲(chǔ)器通常采用動(dòng)態(tài)RAM構(gòu)成，具有價(jià)格低，容量大的特點(diǎn)，但由于動(dòng)態(tài)RAM采用MOS管電容的充放電原理來表示與存儲(chǔ)信息，其存取速度相對(duì)于CPU的信息處理速度來說較低。這就導(dǎo)致了兩者速度的不匹配，也就是說，慢速的存儲(chǔ)器限制了高速CPU的性能，影響了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行速度，并限制了計(jì)算機(jī)性能的進(jìn)一步發(fā)揮和提高。

2．

存儲(chǔ)器訪問的局部性利用這一原理，只要將CPU近期要用到的程序和數(shù)據(jù)提前從主存送到Cache，就可以做到CPU在一定時(shí)間內(nèi)只訪問Cache。

一般Cache采用高速的SRAM制作，其價(jià)格比主存貴，但因其容量遠(yuǎn)小于主存，因此能較好地解決速度和價(jià)格的矛盾。

3．

Cache-主存存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)圖7-33主存-Cache層次示意圖

Cache存儲(chǔ)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

4、

Cache-主存存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的命中率命中率指CPU所要訪問的信息在Cache中的比率，相應(yīng)地將所要訪問的信息不在Cache中的比率稱為失效率。Cache的命中率除了與Cache的容量有關(guān)外，還與地址映象的方式有關(guān)。目前，Cache存儲(chǔ)器容量主要有256KB和512KB等。這些大容量的Cache存儲(chǔ)器，使CPU訪問Cache的命中率高達(dá)90％至99％，大大提高了CPU訪問數(shù)據(jù)的速度，提高了系統(tǒng)的性能。5、

兩級(jí)Cache-主存存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)CPU內(nèi)部的Cache與主機(jī)板上的Cache就形成兩級(jí)Cache結(jié)構(gòu)。CPU工作時(shí)，首先在第一級(jí)Cache(微處理器內(nèi)的Cache)中查找數(shù)據(jù)，如果找不到，則在第二級(jí)Cache(主機(jī)板上的Cache)中查找，若數(shù)據(jù)在第二級(jí)Cache中，Cache控制器在傳輸據(jù)的同時(shí)，修改第一級(jí)Cache；如果數(shù)據(jù)既不在第一級(jí)Cache也不在第二級(jí)Cache中，Cache控制器則從主存中獲取數(shù)據(jù)，同時(shí)將數(shù)據(jù)提供給CPU并修改兩級(jí)Cache。兩級(jí)Cache結(jié)構(gòu)，提高了命中率，加快了處理速度，使CPU對(duì)Cache的操作命中率高達(dá)98％以上。

7.4.2高速緩沖存儲(chǔ)器調(diào)度與替換1．

Cache的基本操作2．

地址映象及其方式3．

替換策略4．PIII中采用的Cache技術(shù)1．

Cache的基本操作(1)讀操作當(dāng)CPU發(fā)出讀操作命令時(shí)，要根據(jù)它產(chǎn)生的主存地址分兩種情形：一種是需要的數(shù)據(jù)已在Cache存儲(chǔ)器中，那么只需直接訪問Cache存儲(chǔ)器，從對(duì)應(yīng)單元中讀取信息到數(shù)據(jù)總線；另一種是所需要的數(shù)據(jù)尚未裝入Cache存儲(chǔ)器，CPU在從主存讀取信息的同時(shí)，由Cache替換部件把該地址所在的那塊存儲(chǔ)內(nèi)容從主存拷貝到Cache中。Cache存儲(chǔ)器中保存的字塊是主存相應(yīng)字塊的副本。

(2)寫操作當(dāng)CPU發(fā)出寫操作命令時(shí)，也要根據(jù)它產(chǎn)生的主存地址分兩種情形：1)命中時(shí)，不但要把新的內(nèi)容寫入Cache存儲(chǔ)器中，必須同時(shí)寫入主存，使主存和Cache內(nèi)容同時(shí)修改，保證主存和副本內(nèi)容一致，這種方法稱寫直達(dá)法或稱通過式寫(Write-through，簡(jiǎn)稱通寫法)。2)未命中時(shí)，許多微機(jī)系統(tǒng)只向主存寫入信息，而不必同時(shí)把這個(gè)地址單元所在的主存中的整塊內(nèi)容調(diào)入Cache存儲(chǔ)器。

CPU對(duì)cache的寫入更改了cache的內(nèi)容?？蛇x用寫操作策略使cache內(nèi)容和主存內(nèi)容保持一致。1)寫回法當(dāng)CPU寫cache命中時(shí)，只修改cache的內(nèi)容，而不立即寫入主存；只有當(dāng)此行被換出時(shí)才寫回主存。這種方法減少了訪問主存的次數(shù),但是存在不一致性的隱患。實(shí)現(xiàn)這種方法時(shí)，每個(gè)cache行必須配置一個(gè)修改位，以反映此行是否被CPU修改過。2)全寫法當(dāng)寫cache命中時(shí)，cache與主存同時(shí)發(fā)生寫修改，因而較好地維護(hù)了cache與主存的內(nèi)容的一致性。當(dāng)寫cache未命中時(shí)，直接向主存進(jìn)行寫入。cache中每行無需設(shè)置一個(gè)修改位以及相應(yīng)的判斷邏輯。缺點(diǎn)是降低了cache的功效。

3)寫一次法基于寫回法并結(jié)合全寫法的寫策略,寫命中與寫未命中的處理方法與寫回法基本相同，只是第一次寫命中時(shí)要同時(shí)寫入主存。這便于維護(hù)系統(tǒng)全部cache的一致性。

2．

地址映象及其方式主存與Cache之間的信息交換，是以數(shù)據(jù)塊的形式來進(jìn)行的，為了把信息從主存調(diào)入Cache，必須應(yīng)用某種函數(shù)把主存塊映象到Cache塊，稱作地址映象。當(dāng)信息按這種映象關(guān)系裝入Cache后，系統(tǒng)在執(zhí)行程序時(shí)，應(yīng)將主存地址變換為Cache地址，這個(gè)變換過程叫做地址變換

(1)直接映象每個(gè)主存塊映象到Cache中的一個(gè)指定塊的方式稱為直接映象。在直接映象方式下，主存中某一特定存儲(chǔ)塊只可調(diào)入Cache中的一個(gè)指定位置，如果主存中另一個(gè)存儲(chǔ)塊也要調(diào)入該位置，則將發(fā)生沖突。地址映象的方法：將主存塊地址對(duì)Cache的塊號(hào)取模，即可得到Cache中的塊地址，這相當(dāng)于將主存的空間按Cache的大小進(jìn)行分區(qū)，每區(qū)內(nèi)相同的塊號(hào)映象到Cache中相同的塊的位置。

圖7-35直接映像示意圖(2)全相聯(lián)映象它允許主存中的每一個(gè)字塊映象到Cache存儲(chǔ)器的任何一個(gè)字塊位置上，也允許從確實(shí)已被占滿的Cache存儲(chǔ)器中替換出任何一個(gè)舊字塊當(dāng)訪問一個(gè)塊中的數(shù)據(jù)時(shí)，塊地址要與Cache塊表中的所有地址標(biāo)記進(jìn)行比較以確定是否命中。在數(shù)據(jù)塊調(diào)入時(shí)，存在著一個(gè)比較復(fù)雜的替換策略問題，即決定將數(shù)據(jù)塊調(diào)入Cache中什么位置，將Cache中哪一塊數(shù)據(jù)調(diào)出到主存。

圖7-36全相聯(lián)映像示意圖(3)組相聯(lián)映象 組相聯(lián)映象方式是全相聯(lián)映象和直接映象的一種折衷方案。這種方法將存儲(chǔ)空間分成若干組，各組之間是直接映象，而組內(nèi)各塊之間則是全相聯(lián)映象。如圖7-37所示，在組相聯(lián)映象方式下，主存中存儲(chǔ)塊的數(shù)據(jù)可調(diào)入Cache中一個(gè)指定組內(nèi)的任意塊中。它是上述兩種映象方式的一般形式，如果組的大小為1時(shí)就變成了直接映象；如果組的大小為整個(gè)Cache的大小時(shí)就變成了全相聯(lián)映象。

圖7-37組相聯(lián)映像示意圖3．

替換策略常用的兩種替換策略是：先進(jìn)先出(FIFO)策略和近期最少使用(LRU)策略。(1)先進(jìn)先出(FIFO)策略

FIFO（FirstInFirstOut）策略總是把一組中最先調(diào)入Cache存儲(chǔ)器的字塊替換出去，它不需要隨時(shí)記錄各個(gè)字塊的使用情況，所以實(shí)現(xiàn)容易，開銷小。但其缺點(diǎn)是可能把一些需要經(jīng)常使用的程序（如循環(huán)程序）塊也作為最早進(jìn)入Cache的塊而被替換出去。

(2)近期最少使用(LRU)策略LRU(LeastRecentlyUsed)策略是把一組中近期最少使用的字塊替換出去，這種替換策略需隨時(shí)記錄Cache存儲(chǔ)器中各個(gè)字塊的使用情況，以便確定哪個(gè)字塊是近期最少使用的字塊。LRU替換策略的平均命中率比FIFO要高，并且當(dāng)分組容量加大時(shí)，能提高該替換策略的命中率。

4．PIII中采用的Cache技術(shù)PentiumIII也是基于PentiumPro結(jié)構(gòu)為核心，它具有32kB非鎖定L1Cache和512kB非鎖定L2Cache。L2可擴(kuò)充到1～2MB，具有更合理的內(nèi)存管理，可以有效地對(duì)大于L2緩存的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行處理，使CPU、Cache和主存存取更趨合理，提高了系統(tǒng)整體性能。在執(zhí)行視頻回放和訪問大型數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，高效率的高速緩存管理使PIII避免了對(duì)L2Cache的不必要的存取。由于消除了緩沖失敗，多媒體和其它對(duì)時(shí)間敏感的操作性能更高了。對(duì)于可緩存的內(nèi)容，PIII通過預(yù)先讀取期望的數(shù)據(jù)到高速緩存里來提高速度，這一特色提高了高速緩存的命中率，減少了存取時(shí)間。為進(jìn)一步發(fā)揮Cache的作用，改進(jìn)內(nèi)存性能并使之與CPU發(fā)展同步來維護(hù)系統(tǒng)平衡，一些制造CPU的廠家增加了控制緩存的指令。Intel公司也在PentiumIII處理器中新增加了70條3D及多媒體的SSE指令集，其中有很重要的一組指令是緩存控制指令。AMD公司在K6-2和K6-3中的3DNow多媒體指令中，也有從L1數(shù)據(jù)Cache中預(yù)取最新數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)預(yù)取指令(Prefetch)。

PentiumIII處理器有兩類緩存控制指令。一類是數(shù)據(jù)據(jù)預(yù)存取(Prefetch)指令，能夠增加從主存到緩存的數(shù)據(jù)流；另一類是內(nèi)存流優(yōu)化處理(MemoryStreaming)指令，能夠增加從處理器到主存的數(shù)據(jù)流。這兩類指令都賦予了應(yīng)用開發(fā)人員對(duì)緩存內(nèi)容更大的控制能力，使他們能夠控制緩存操作以滿足其應(yīng)用的需求，同時(shí)也提高了Cache的效率。7.5輔助存儲(chǔ)器7.5.1磁記錄原理與記錄方式7.5.2硬磁盤存儲(chǔ)器7.5.3軟磁盤存儲(chǔ)器7.5.4磁帶存儲(chǔ)器7.5.5光存儲(chǔ)器7.5.1磁記錄原理與記錄方式磁表面存儲(chǔ)是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(chǔ)信息。主要優(yōu)點(diǎn)：(1)存儲(chǔ)容量大，位價(jià)格低；(2)記錄介質(zhì)可以重復(fù)使用；(3)記錄信息可以長(zhǎng)期保存而不丟失，甚至可以脫機(jī)存檔；(4)非破壞性讀出，讀出時(shí)不需要再生信息。主要缺點(diǎn):主要是存取速度較慢，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)工作環(huán)境要求較高。主要內(nèi)容1.磁性材料的物理特性2.磁表面存儲(chǔ)器的記錄方式3.評(píng)價(jià)記錄方式的主要指標(biāo)4.磁表面存儲(chǔ)器的讀寫原理5.磁表面存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo)1.磁性材料的物理特性計(jì)算機(jī)中用于存儲(chǔ)設(shè)備的磁性材料是一種具有矩形磁滯回線的磁性材料。這種磁性材料在外加磁場(chǎng)的作用下，其磁感應(yīng)強(qiáng)度B與外加磁場(chǎng)H的關(guān)系，可用矩形磁滯回線來描述。

+BrBmtI寫“1”電流寫“0”電流H-Bm-BrB圖7-39磁性材料的磁滯回線2．磁表面存儲(chǔ)器的記錄方式（1）不歸零制(NRZ0)（2）見“1”就翻不歸零制(NRZ1)（3）調(diào)相制(PM)（4）調(diào)頻制(FM)（5）改進(jìn)調(diào)頻制(MFM)圖7-40磁表面存儲(chǔ)器常用記錄方式

3．評(píng)價(jià)記錄方式的主要指標(biāo)(1)

編碼效率

(2)

自同步能力(3)

其它４．磁表面存儲(chǔ)器的讀寫原理(1)寫操作當(dāng)寫線圈中通過一定方向的脈沖電流時(shí)，鐵芯內(nèi)就產(chǎn)生一定方向的磁通。由于鐵芯是高導(dǎo)磁率材料，而鐵芯空隙處為非磁性材料，故在鐵芯空隙處集中很強(qiáng)的磁場(chǎng)。在這個(gè)磁場(chǎng)作用下，載磁體就被磁化成相應(yīng)極性的磁化位或磁化元。若在寫線圈里通入相反方向的脈沖電流，就可得到相反極性的磁化元。如果我們規(guī)定按圖中所示電流方向?yàn)閷憽?”，那么寫線圈里通以相反方向的電流時(shí)即為寫“0”。上述過程稱為寫入。顯然，一個(gè)磁化元就是一個(gè)存儲(chǔ)元，一個(gè)磁化元中存儲(chǔ)一位二進(jìn)制信息。當(dāng)載磁體相對(duì)于磁頭運(yùn)動(dòng)時(shí)，就可以連續(xù)寫入一連串的二進(jìn)制信息。(2)讀操作當(dāng)磁頭經(jīng)過載磁體的磁化元時(shí)，由于磁頭鐵芯是良好的導(dǎo)磁材料，磁化元的磁力線很容易通過磁頭而形成閉合磁通回路。不同極性的磁化元在鐵芯里的方向是不同的。當(dāng)磁頭對(duì)載磁體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于磁頭鐵芯中磁通的變化，使讀出線圈中感應(yīng)出相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)e。歸納起來磁表面存儲(chǔ)器存取信息的原理是通過電-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。５．磁表面存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo)（1）存儲(chǔ)密度

存儲(chǔ)密度指單位長(zhǎng)度所存儲(chǔ)的二進(jìn)制信息量。存儲(chǔ)密度分道密度、位密度和面密度。道密度是沿磁盤半徑方向單位長(zhǎng)度上的磁道數(shù)，單位為道/英寸（TPI，TrackPerInch）。位密度是磁道單位長(zhǎng)度上能記錄的二進(jìn)制代碼位數(shù)，單位為位/英寸（bpm,bitsperinch）。面密度是位密度和道密度的乘積，單位為位/平方英寸。磁盤存儲(chǔ)器用道密度，磁帶存儲(chǔ)器用位密度表示。為了避免干擾，磁道與磁道之間需要保持一定的距離，相鄰兩條磁道中心線之間的距離叫道距，因此道密度Dt等于道距P的倒數(shù)。（2）存儲(chǔ)容量

一個(gè)磁盤存儲(chǔ)器所能存儲(chǔ)的二進(jìn)制信息總位數(shù)，稱為磁盤存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量，一般以位或字節(jié)為單位。以磁盤存儲(chǔ)器為例，存儲(chǔ)容量可按下式計(jì)算：其中C為存儲(chǔ)總?cè)萘?，n為存放信息的盤面數(shù)，k為每個(gè)盤面的磁道數(shù)，s為每條磁道上記錄的二進(jìn)制代碼數(shù)。

（3）平均存取時(shí)間存取時(shí)間是指從發(fā)出讀寫命令后，磁頭從某一起始位置移動(dòng)至新的記錄位置，到開始從盤片表面讀出或?qū)懭胄畔⑺枰臅r(shí)間。這段時(shí)間由兩個(gè)數(shù)值所決定：一個(gè)是將磁頭定位至所要求的磁道上所需的時(shí)間，稱為定位時(shí)間或找道時(shí)間；另一個(gè)是找道完成后至磁道上需要訪問的信息到達(dá)磁頭下的時(shí)間，稱為等待時(shí)間，這兩個(gè)時(shí)間都是隨機(jī)變化的，

因此往往使用平均值來表示。平均存取時(shí)間等于平均找道時(shí)間與平均等待時(shí)間之和。平均找道時(shí)間是最大找道時(shí)間與最小找道時(shí)間的平均值，目前平均找道時(shí)間為10—20ms。平均等待時(shí)間和磁盤轉(zhuǎn)速有關(guān)，它用磁盤旋轉(zhuǎn)一周所需時(shí)間的一半來表示。目前固定頭盤轉(zhuǎn)速高達(dá)6000轉(zhuǎn)/分，故平均等待時(shí)間為5ms。

(4)數(shù)據(jù)傳輸率磁盤存儲(chǔ)器在單位時(shí)間內(nèi)向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，叫數(shù)據(jù)傳輸率，傳輸率與存儲(chǔ)設(shè)備和主機(jī)接口邏輯有關(guān)。從主機(jī)接口邏輯考慮，應(yīng)有足夠快的傳送速度向設(shè)備接收/發(fā)送信息。從存儲(chǔ)設(shè)備考慮，假設(shè)磁盤旋轉(zhuǎn)速度為每秒n轉(zhuǎn)，每條磁道容量為N個(gè)字節(jié)，則數(shù)據(jù)傳輸率Dr=nN(字節(jié)/秒)。也可以寫成Dr=D·v(字節(jié)/秒)，其中D為位密度，v為磁盤旋轉(zhuǎn)的線速度。目前磁盤存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)幾十兆字節(jié)/秒。（5）誤碼率誤碼率是衡量磁表面存儲(chǔ)器出錯(cuò)概率的參數(shù)，它等于從輔存讀出時(shí)，出錯(cuò)信息位數(shù)和讀出的總信息位數(shù)之比。為了減少出錯(cuò)率，磁表面存儲(chǔ)器通常采用循環(huán)冗余碼來發(fā)現(xiàn)并糾正錯(cuò)誤。7.5.2硬磁盤存儲(chǔ)器1．

硬盤的作用2．硬磁盤存儲(chǔ)器的分類

3．

硬盤的組成4．硬磁盤驅(qū)動(dòng)器和控制器5．

磁盤上信息的分布1．

硬盤的作用（1）硬盤是電腦最基本存儲(chǔ)設(shè)備。我們編寫的文檔、從網(wǎng)絡(luò)上下載的歌曲，或者是自己創(chuàng)作的動(dòng)畫，都把硬盤作為自己“落腳”的地方，存儲(chǔ)在盤片上面；（2）硬盤提供電腦運(yùn)算時(shí)所必需的信息。我們使用電腦的時(shí)候，需要調(diào)用數(shù)據(jù)文件，而硬盤則提供了程序調(diào)用所需要的數(shù)據(jù)文件；（3）操作系統(tǒng)存儲(chǔ)在什么地方呢？很明顯，硬盤還充當(dāng)了電腦系統(tǒng)所有的程序和數(shù)據(jù)文件的存儲(chǔ)的任務(wù)。大家都知道，軟件是運(yùn)行在硬件之上的，反過來。如果硬件離開了軟件，那么硬件就失去了它存在的價(jià)值。而硬盤作為電腦大容量存儲(chǔ)的中心，它必須擔(dān)負(fù)起系統(tǒng)文件和應(yīng)用文件存儲(chǔ)的雙重任務(wù)。2．硬磁盤存儲(chǔ)器的分類 按盤片結(jié)構(gòu)分成可換盤片式與固定盤片式兩種；磁頭也分為可移動(dòng)磁頭和固定磁頭兩種。(1)可移動(dòng)磁頭固定盤片的磁盤機(jī)(2)固定磁頭磁盤機(jī)(3)可移動(dòng)磁頭可換盤片的磁盤機(jī)

(4)溫徹斯特磁盤機(jī)

圖7-41常見硬盤外觀

3．

硬盤的組成（1）電子部分（2）機(jī)械部分

圖7-43（a）

常見硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖7-43(b)硬盤內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)圖7-44硬盤盤片結(jié)構(gòu)

圖7-45磁頭飛行和常規(guī)顆粒大小直徑比較圖圖7-46硬盤存儲(chǔ)器邏輯結(jié)構(gòu)圖4．硬磁盤驅(qū)動(dòng)器和控制器（1）磁盤驅(qū)動(dòng)器（2）磁盤控制器5．

磁盤上信息的分布（1）

定長(zhǎng)紀(jì)錄格式

（1）

（2）不定長(zhǎng)記錄格式圖7-50IBM2311盤的不定長(zhǎng)度磁道記錄格式7.5.3軟磁盤存儲(chǔ)器1．

軟磁盤存儲(chǔ)器與硬磁盤存儲(chǔ)器的異同(1)硬盤轉(zhuǎn)速高，每分鐘可達(dá)6000轉(zhuǎn)，存取速度快；軟盤轉(zhuǎn)速低，每分鐘只有300轉(zhuǎn)，存取速度慢。(2)硬盤有固定頭、固定盤、盤組等結(jié)構(gòu)；軟盤都是活動(dòng)頭，是可換盤片結(jié)構(gòu)。(3)硬盤是浮動(dòng)磁頭讀寫，磁頭不接觸盤片；軟盤磁頭是接觸式讀寫。(4)硬盤系統(tǒng)及硬盤片價(jià)格都比較貴，大部分盤片不能互換；軟盤造價(jià)低，盤片保管方便，使用靈活，且具有互換性。(5)硬盤對(duì)環(huán)境要求苛刻，要有超凈措施；軟盤則對(duì)環(huán)境要求不太嚴(yán)格。

2．軟磁盤片常見軟磁盤外觀3．軟盤的記錄格式

為了正確存儲(chǔ)信息，必須將盤片劃分成磁道和扇區(qū)(區(qū)段)，它們稱做磁盤地址。這些信息必須寫到盤片上，還要加上同步標(biāo)志、校驗(yàn)信息、間隔等。這些信息一起構(gòu)成磁盤的軟分段信息。所謂軟分段，就是以索引孔做為定位基準(zhǔn)，將扇區(qū)的劃分由通過軟件寫入的標(biāo)志來實(shí)現(xiàn)。索引孔用來檢測(cè)盤片的轉(zhuǎn)速和劃分盤片的扇區(qū)區(qū)段。當(dāng)盤片上的小孔轉(zhuǎn)到與塑料封套上小孔的位置相對(duì)時(shí)，軟盤機(jī)上的傳感元件可測(cè)得一個(gè)脈沖信號(hào)，作為盤片旋

轉(zhuǎn)一周的開始標(biāo)志，以此作為扇區(qū)劃分的起點(diǎn)。盤片在出廠前都要進(jìn)行預(yù)格式化，即完成軟分段工作。用戶再根據(jù)不同的機(jī)型和操作系統(tǒng)，用格式化程序重新格式化(或叫初始化)。

圖7-52(a)每個(gè)磁道的記錄格式圖7-52(b)一個(gè)扇區(qū)的數(shù)據(jù)記錄格式

圖7-52(c)扇區(qū)地址格式4．

軟磁盤驅(qū)動(dòng)器和控制器(1)找道操作

(2)地址檢測(cè)

(3)讀數(shù)據(jù)

(4)寫數(shù)據(jù)

(5)初始化

7.5.4磁帶存儲(chǔ)器1．概述（1）磁帶的分類：按帶寬分有1/4英寸和1/2英寸；按帶長(zhǎng)分有2400英尺、1200英尺和600英尺；按外形分有開盤式磁帶和盒式磁帶；按記錄密度分有800位/英寸、1600位/英寸、6250位/英寸；按帶面并行記錄的磁道數(shù)分有9道、16道等。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中多采用1/2英寸開盤磁帶和1/4英寸盒式磁帶，它們是標(biāo)準(zhǔn)磁帶。

（2）磁帶機(jī)的分類：按磁帶機(jī)規(guī)模分，有標(biāo)準(zhǔn)半英1/2磁帶機(jī)、盒式磁帶機(jī)、海量寬磁帶存儲(chǔ)器。按磁帶機(jī)走帶速度分，有高速磁帶機(jī)(4—5m/s)、中速磁帶機(jī)(2—3m/s）、低速磁帶機(jī)(2m/s以下)。磁帶機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸率為C=D·v，其中D為記錄密度，v為走帶速度。帶速快則傳輸率高。按磁帶的記錄格式分類，有啟停式和數(shù)據(jù)流式。

2．

磁帶的記錄格式圖7-531/2英寸磁帶標(biāo)準(zhǔn)格式圖7-541/4英寸數(shù)據(jù)流九道磁帶格式7.5.5光存儲(chǔ)器1．概述按讀寫性質(zhì)來分:光盤分為只讀型、一次型、重寫型三類。（1）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60分鐘全帶

寬的PAL制電視。CD-DA數(shù)字唱盤，記錄數(shù)字化音頻信息，可存儲(chǔ)74分鐘數(shù)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?chǔ)74分鐘按MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼的動(dòng)態(tài)圖像信息。DVD數(shù)字視盤。單記錄層容量為4.7GB，可存儲(chǔ)135分鐘按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息和音頻信息。CD-ROM主要用作計(jì)算機(jī)外存儲(chǔ)器，記錄數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，也可同時(shí)記錄數(shù)字化視頻和音頻信息。（2）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(huì)使介質(zhì)的物理特性發(fā)生永久性變化，因此只

能寫一次。寫后的信息不能再改變，只能讀。典型產(chǎn)品是CD-R光盤。用戶可在專用的CD-R刻錄機(jī)上向空白的CD-R盤寫入數(shù)據(jù)，制作好的CD-R光盤可放在CD-ROM驅(qū)動(dòng)器中讀出。

（3）重寫型光盤用戶可對(duì)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：MO磁光盤。利用熱磁效應(yīng)寫入數(shù)據(jù)：當(dāng)激光束將磁光介質(zhì)上的記錄點(diǎn)加熱到居里點(diǎn)溫度

以上時(shí)，外加磁場(chǎng)作用改變記錄點(diǎn)的磁化方向，而不同的磁化方向可表示數(shù)字“0”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(diǎn)時(shí)，記錄點(diǎn)的磁化方向不同，會(huì)引起

反射光的偏振面發(fā)生左旋或右旋，從而檢測(cè)出所記錄的數(shù)據(jù)“1”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。寫入時(shí)，強(qiáng)弱不同的激光束對(duì)記錄點(diǎn)加熱再快速冷卻后，記錄點(diǎn)分別呈現(xiàn)為非晶態(tài)和晶態(tài)。讀出時(shí)，用弱激光來掃描相變盤

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