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122外部存储设备 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望2226.2.1 磁盘设备1.磁盘占据着非挥发性存储器的主宰地位 它是存储层次中主存的下一级存储层次，是它是存储层次中主存的下一级存储层次，是 虚拟存储器技术的物质基础；虚拟存储器技术的物质基础；它是操作系统和所有应用程序的驻留介质。它是操作系统和所有应用程序的驻留介质。2.分类 软盘软盘 硬盘硬盘（主要介绍）（主要介绍）6.2 外部存储设备3223.磁盘的结构组成 磁盘的盘片、磁道和扇区磁盘的盘片、磁道和扇区 盘片盘片盘片的数量：盘片的数量：1 11212片片转速：转速：360036001500015000转转盘径：盘径：1.01.0英寸英寸(25.4(25.4厘米厘米)3.53.5英寸英寸(8.9(8.9厘米厘米)磁道和柱面：磁道和柱面：每面每面500050003000030000道道 扇区：扇区：每道每道100100500500个个6.2 外部存储设备422盘片盘片磁道磁道扇间空隙扇间空隙扇区扇区6.2 外部存储设备5224.磁盘的性能 (1)(1)访问时间访问时间 磁盘的工作过程：磁盘的工作过程：l 磁头首先移动到目标磁道上磁头首先移动到目标磁道上l 使期望的扇区旋转到磁头下使期望的扇区旋转到磁头下l 读取扇区中的数据读取扇区中的数据l 工作均在磁盘控制器的控制下完成工作均在磁盘控制器的控制下完成磁盘访问时间磁盘访问时间=寻道时间寻道时间+旋转时间旋转时间+传输时间传输时间 +控制器开销控制器开销6.2 外部存储设备622(2)(2)磁盘容量磁盘容量 磁盘容量与盘片数量和单碟容量有关。磁盘容量与盘片数量和单碟容量有关。受工业标准的限制，硬盘中能安装的盘片数受工业标准的限制，硬盘中能安装的盘片数 目有限：目有限：3 34 4片片 提高单碟容量的途径有两个：提高单碟容量的途径有两个：提高提高道密度道密度和提高和提高位密度位密度 目前的单碟容量几乎都在目前的单碟容量几乎都在20GB20GB以上，主流以上，主流 3.5 3.5英寸硬盘的单碟容量已经达到了英寸硬盘的单碟容量已经达到了80GB80GB。6.2 外部存储设备722(3)(3)数据传输率数据传输率 数据访问过程数据访问过程 从从盘盘面面上上读读出出的的数数据据首首先先要要送送到到磁磁盘盘缓缓冲冲存存储储器器，再再从从缓缓冲冲存存储储器器经经过过接接口口送送到到主主机。机。外部传输率外部传输率l 突发数据传输率突发数据传输率l 计计算算机机通通过过磁磁盘盘接接口口从从硬硬盘盘的的缓缓存存中中将将数数 据读出，交给相应的控制器的速度。据读出，交给相应的控制器的速度。l 外部数据传输率和磁盘的接口有关外部数据传输率和磁盘的接口有关6.2 外部存储设备822 内部传输率内部传输率l 硬盘持续传输率硬盘将数据从盘片上读取出，硬盘持续传输率硬盘将数据从盘片上读取出，交给硬盘上的缓冲存储器的速度；交给硬盘上的缓冲存储器的速度；l 内部传输率等于磁头相对磁盘的线速度与磁内部传输率等于磁头相对磁盘的线速度与磁 盘位密度之积。盘位密度之积。提高内部传输率提高内部传输率l 提高转速提高转速l 提高记录密度：局部响应最大似然提高记录密度：局部响应最大似然PRMLPRML技术技术6.2 外部存储设备922(4)(4)磁盘磁盘Cache Cache 可以弥补磁盘和主存之间的速度差距可以弥补磁盘和主存之间的速度差距 利用被访问数据的局部性原理利用被访问数据的局部性原理l 时间局部性时间局部性l 空间局部性空间局部性 磁盘磁盘CacheCache的管理和实现一般由硬件和软件的管理和实现一般由硬件和软件 共同完成共同完成6.2 外部存储设备1022 磁盘容量的提高通常用面密度来衡量磁盘容量的提高通常用面密度来衡量 面密度面密度为单位面积可以记录的数据位数为单位面积可以记录的数据位数 面密度磁盘面的道密度面密度磁盘面的道密度磁道的位密度磁道的位密度 容量不断提升，每位价格不断下降。容量不断提升，每位价格不断下降。5.磁盘的发展6.2 外部存储设备1122图图6.1 6.1 磁盘价格的变化磁盘价格的变化6.2 外部存储设备1222“访问时间差距访问时间差距”问题问题 磁盘的性能价格比高于主存，但访问速度磁盘的性能价格比高于主存，但访问速度 却要低得多，换句话说，性能价格比与速度要却要低得多，换句话说，性能价格比与速度要 求差距太大。求差距太大。6.2 外部存储设备1322图图6.2 6.2 磁盘和半导体存储器之间的访问时间差距磁盘和半导体存储器之间的访问时间差距6.2 外部存储设备14226.2.2 Flash存储器 工作原理同工作原理同E E2 2PROMPROM，容量比，容量比E E2 2PROMPROM大。大。与磁盘相比的主要特点：与磁盘相比的主要特点：l 功耗小（功耗小（50mw50mw）l 尺寸小尺寸小l 提供与提供与DRAMDRAM相仿的访问速度相仿的访问速度l 价格高价格高 FlashFlash存储器的组织与其存储位元有关存储器的组织与其存储位元有关6.2 外部存储设备15226.2.3 磁带设备 磁盘和磁带磁盘和磁带在性能价格比上的差异在性能价格比上的差异主要取决于主要取决于它们的机械构成。它们的机械构成。磁盘盘片具有有限的存储面积，并且存储介磁盘盘片具有有限的存储面积，并且存储介 质被封装在每个读部件内，提供质被封装在每个读部件内，提供msms级的随机级的随机 访问；访问；磁带绕在可转动轴上，一个读部件可以使用磁带绕在可转动轴上，一个读部件可以使用 多盘磁带多盘磁带(没有长度限制没有长度限制)，但磁带需要顺序，但磁带需要顺序 访问，每次访问都可能需要较长的反绕、访问，每次访问都可能需要较长的反绕、6.2 外部存储设备1622退出和加载时间，等待时间较长退出和加载时间，等待时间较长(数秒数秒)。1.磁带 优点：优点：容量大、技术成熟、单位价格低容量大、技术成熟、单位价格低 缺点：缺点：访问时间较长访问时间较长 用途：用途：磁带成为磁盘的备份技术磁带成为磁盘的备份技术 发展发展l 采用数据压缩技术，提高记录密度和采用数据压缩技术，提高记录密度和 数据传输率；数据传输率；6.2 外部存储设备1722l 采用螺旋扫描技术，提高性能价格比和采用螺旋扫描技术，提高性能价格比和 可靠性；可靠性；l 采用自动管理磁带的大容量磁带库。采用自动管理磁带的大容量磁带库。2.螺旋扫描技术 螺旋扫描磁带（螺旋扫描磁带（Helical Scan TapesHelical Scan Tapes）19631963 年被索尼（年被索尼（SONYSONY）公司首次使用）公司首次使用 主要特点主要特点l 磁带运动方向与磁记录方向成一定角度；磁带运动方向与磁记录方向成一定角度；l 磁鼓高速旋转，其它部件低速运转；磁鼓高速旋转，其它部件低速运转；l具有较高的记录密度和数据传输率；具有较高的记录密度和数据传输率；6.2 外部存储设备1822l 可以解决磁带线速度不稳定，抖动和易可以解决磁带线速度不稳定，抖动和易 磨损等问题。磨损等问题。3.自动磁带库 通过机械手自动地安装和更换磁带，相当于又通过机械手自动地安装和更换磁带，相当于又 提供了一个新的存储器层次。提供了一个新的存储器层次。优点：优点：l 自动换带，加载速度快；自动换带，加载速度快；l 单位数据的价格低；单位数据的价格低；l 通过加大规模，进一步降低成本。通过加大规模，进一步降低成本。缺点：缺点：带宽较低；可靠性差。带宽较低；可靠性差。6.2 外部存储设备19226.2.4 光盘设备 使用使用激光激光作为读出数据手段的设备，无论使用作为读出数据手段的设备，无论使用 磁记录介质还是使用光记录介质。磁记录介质还是使用光记录介质。分类：分类：l 只读光盘只读光盘（如（如CD-ROMCD-ROM、DVD-ROMDVD-ROM等）等）l 可写光盘可写光盘（如（如CD-RCD-R、MOMO等）等）一次性写光盘一次性写光盘CD-RCD-R或或WORMWORM可多次写光盘可多次写光盘CD-RWCD-RW或称为或称为WMRMWMRM6.2 外部存储设备20221.光盘塔 光盘塔光盘塔实际上是多个实际上是多个CD-ROMCD-ROM放在一起，再放在一起，再 加上相应的控制器和网络连接设备，构成加上相应的控制器和网络连接设备，构成 一个网络存储设备。一个网络存储设备。许多光盘机通过标准接口许多光盘机通过标准接口(如如SCSI)SCSI)电缆连电缆连 接起来，一根典型的接起来，一根典型的SCSISCSI接口电缆可以连接口电缆可以连 接接7 7台光盘机，用软件控制读写其中某一台台光盘机，用软件控制读写其中某一台 优点：优点：结构简单、造价低；读取光盘速度快。结构简单、造价低；读取光盘速度快。缺点：缺点：容量较小；手动换盘。容量较小；手动换盘。6.2 外部存储设备21222.光盘库 光盘库光盘库是一种能自动把机框中存放的许多片是一种能自动把机框中存放的许多片 光盘选出并装入光盘机进行读写的设备。光盘选出并装入光盘机进行读写的设备。优点：优点：存储量大，光盘自动更换。存储量大，光盘自动更换。缺点：缺点：机械结构比较复杂，装卸光盘较慢。机械结构比较复杂，装卸光盘较慢。只能同时支持几张光盘的在线访问。只能同时支持几张光盘的在线访问。6.2 外部存储设备22223.光盘阵列 阵列技术：阵列技术：将数据分布到多个光盘机中，并将数据分布到多个光盘机中，并 对数据的冗余信息加以存储。对数据的冗余信息加以存储。光盘阵列技术需要考虑一些特殊的问题光盘阵列技术需要考虑一些特殊的问题l 光盘具有盘片可换的问题光盘具有盘片可换的问题l 阵列管理软件的设计问题阵列管理软件的设计问题l 实现光盘阵列快速响应的关键技术之一实现光盘阵列快速响应的关键技术之一 较大的缓存和优化的调度策略较大的缓存和优化的调度策略6.2 外部存储设备