第八章 辅助存储器PPT讲稿.ppt

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1、第八章 辅助存储器第1页，共16页，编辑于2022年，星期三8.18.1辅助存储器的种类与技术辅助存储器的种类与技术一、种类：磁表面存储器和光表面存储器一、种类：磁表面存储器和光表面存储器1 1、磁表面存储器：、磁表面存储器：是将磁性材料沉积在盘片是将磁性材料沉积在盘片(或带或带)的基体上形成记录介质，并以绕有线圈的磁头与的基体上形成记录介质，并以绕有线圈的磁头与记录介质的相对运动来写入或读出信息。记录介质的相对运动来写入或读出信息。2 2、光表面存储器：、光表面存储器：利用激光束在具有感光特性的表面上存储信息的。光盘的容量比磁盘的容量大，是很有发展利用激光束在具有感光特性的表面上存储信息的。

2、光盘的容量比磁盘的容量大，是很有发展前途的新型辅助存储器。前途的新型辅助存储器。二、技术指标二、技术指标1 1、存储密度：、存储密度：指单位长度或单位面积磁层表面所存储二进制信息量。指单位长度或单位面积磁层表面所存储二进制信息量。道密度：沿磁盘半径方向单位长度磁道的磁道数。道密度：沿磁盘半径方向单位长度磁道的磁道数。道距：相邻两条磁道中心之间的距离。道距：相邻两条磁道中心之间的距离。第2页，共16页，编辑于2022年，星期三位密度：又称线密度，单位长度磁道所纪录二进制信息的位。位密度：又称线密度，单位长度磁道所纪录二进制信息的位。柱面：所有记录块上半径相等的磁道的集合。一个磁盘组的柱面数等于柱

3、面：所有记录块上半径相等的磁道的集合。一个磁盘组的柱面数等于 其中一个记录面上的磁道数。其中一个记录面上的磁道数。2 2、存储容量、存储容量 外存储设备所能容纳的二进制信息的总量及存储容量。外存储设备所能容纳的二进制信息的总量及存储容量。非格式化容量：是磁记录表面可利用的磁化单元总数。非格式化容量：是磁记录表面可利用的磁化单元总数。非格式化容量非格式化容量=纪录面数纪录面数*每面的磁道数每面的磁道数*磁道容量，单位为磁道容量，单位为KB或或MB 格式化容量：是可按照某个特定记录格式利用的磁化单元数，也是格式化容量：是可按照某个特定记录格式利用的磁化单元数，也是 真正可利用的容量。真正可利用的容

4、量。格式化容量格式化容量=纪录面纪录面*每面的磁道数每面的磁道数*扇区数扇区数*纪录块的字节数，单位纪录块的字节数，单位 为为KB或或MB 举例举例8.1.1 若某磁盘有两个纪录面若某磁盘有两个纪录面,每面每面80个磁道个磁道,每磁道每磁道18扇区扇区,每扇区存每扇区存512字节字节,试计算该磁盘的容量为多少试计算该磁盘的容量为多少?解解:磁盘容量为磁盘容量为 512B*18*80*2=1440KB第3页，共16页，编辑于2022年，星期三3 3、平均存取时间：、平均存取时间：从读写命令发出后，磁头从某一起始位置触发移动到新的记录为止，到开始从盘从读写命令发出后，磁头从某一起始位置触发移动到新

5、的记录为止，到开始从盘片读出或写出信息所需要的时间。包括寻道时间和等待时间。片读出或写出信息所需要的时间。包括寻道时间和等待时间。寻道时间：将磁头定位到所要求的磁道上所需要的时间。寻道时间：将磁头定位到所要求的磁道上所需要的时间。平均寻道时间平均寻道时间=（最大找道时间（最大找道时间+最小找道时间）最小找道时间）/2/2等待时间：等待磁道上需要访问的信息到达磁头下的时间。等待时间：等待磁道上需要访问的信息到达磁头下的时间。平均等待时间平均等待时间=磁盘旋转一周所需时间的一半磁盘旋转一周所需时间的一半平均存取时间平均存取时间=寻道时间寻道时间+等待时间等待时间4 4、数据传输速率、数据传输速率:

6、磁表面存储器在单位时间向主机传送数据的字节数。磁表面存储器在单位时间向主机传送数据的字节数。若磁盘的旋转速度为每秒若磁盘的旋转速度为每秒n n转，每条磁道的容量为转，每条磁道的容量为N N个字节，则数个字节，则数 据传输速率据传输速率Dr=nNDr=nN 第4页，共16页，编辑于2022年，星期三8.2 8.2 磁记录原理与记录方式磁记录原理与记录方式一、磁记录原理：一、磁记录原理：磁表面存储器通过磁头和记录介质的相对运动完成写入和读出，磁表面存磁表面存储器通过磁头和记录介质的相对运动完成写入和读出，磁表面存储器中信息的写入和读出过程就是电和磁之间的转换过程。储器中信息的写入和读出过程就是电和

7、磁之间的转换过程。第5页，共16页，编辑于2022年，星期三二、磁记录介质与磁头二、磁记录介质与磁头1 1、磁记录介质：、磁记录介质：是涂有薄层磁性材料的信息载体。可以脱机保存信息，并且可以作是涂有薄层磁性材料的信息载体。可以脱机保存信息，并且可以作为不同系统之间信息交换的手段。因此又称为磁记录媒体。为不同系统之间信息交换的手段。因此又称为磁记录媒体。根据记录介质的基底不同，主要有：根据记录介质的基底不同，主要有：(1)(1)软性介质软性介质(磁带和软磁盘片磁带和软磁盘片)(2)(2)硬性介质硬性介质(硬磁盘片硬磁盘片)按照涂布工艺方式的不同可以分成两种：按照涂布工艺方式的不同可以分成两种：(

8、1)(1)平涂工艺平涂工艺 (2)(2)甩涂工艺甩涂工艺2 2、感应式磁头（自学）、感应式磁头（自学）3 3、MRMR磁头（自学）磁头（自学）第6页，共16页，编辑于2022年，星期三三、磁记录方式三、磁记录方式 磁记录方式是一种编码方法，指的是按照某种规律将一连串二进制数字信息变换磁记录方式是一种编码方法，指的是按照某种规律将一连串二进制数字信息变换成存储介质磁层的相应磁化翻转形式，并经读写控制电路实现这种转换规律。成存储介质磁层的相应磁化翻转形式，并经读写控制电路实现这种转换规律。采用高效可靠的记录方式，是提高记录密度的有效途径之一。采用高效可靠的记录方式，是提高记录密度的有效途径之一。1

9、 1、归零制（、归零制（RZ)RZ)：给磁头写入线圈送入的一串脉冲电流中，正脉冲表示给磁头写入线圈送入的一串脉冲电流中，正脉冲表示“1”“1”，负脉冲表示，负脉冲表示“0”“0”，从而使磁层在记录从而使磁层在记录“1”“1”时从未磁化状态转变到某一方向的饱和磁化状态，而在记录时从未磁化状态转变到某一方向的饱和磁化状态，而在记录“0”“0”时从未磁化状态转变到另一方向的饱和磁化状态。在两位信息之间，线圈里的电时从未磁化状态转变到另一方向的饱和磁化状态。在两位信息之间，线圈里的电流为零，这是归零制的特点。流为零，这是归零制的特点。第7页，共16页，编辑于2022年，星期三2 2、不归零制（、不归零

10、制（NRZ)NRZ)在记录信息时，磁头线圈里如果没有正向电流就必有反向电流，而没有无电流的在记录信息时，磁头线圈里如果没有正向电流就必有反向电流，而没有无电流的状态，为不归零制。状态，为不归零制。3 3、见、见“1”“1”就翻的不归零制就翻的不归零制(NRZ1)(NRZ1)和不归零制一样，记录信息时，磁头线圈中始终有电流通过。不同之处和不归零制一样，记录信息时，磁头线圈中始终有电流通过。不同之处在于，流过磁头的电流只有在记录在于，流过磁头的电流只有在记录“1”“1”时变化方向，使磁层磁化方向翻转；时变化方向，使磁层磁化方向翻转；记录记录“0”“0”时，电流方向不变，磁层保持原来的磁化方向。时，

11、电流方向不变，磁层保持原来的磁化方向。第8页，共16页，编辑于2022年，星期三4 4、调相制、调相制(PM)(PM)调相制又称相位编码调相制又称相位编码(PE)(PE)，它是利用两个相位相差，它是利用两个相位相差180180的磁化翻转方向的磁化翻转方向代表数据代表数据“0”“0”和和“1”“1”。也就是说，假定记录数据。也就是说，假定记录数据“0”“0”时，规定磁化翻转时，规定磁化翻转的方向由负变为正，则记录数据的方向由负变为正，则记录数据“1”“1”时从正变为负。当连续出现两个或两时从正变为负。当连续出现两个或两个以上个以上“1”“1”或或“0”“0”时，为了维持上述原则，在位周期起始处也

12、要翻转一次。时，为了维持上述原则，在位周期起始处也要翻转一次。5 5、调频制、调频制(FM)(FM)调频制的记录规则是，记录调频制的记录规则是，记录“1”“1”时，不仅在位周期的中心产生磁化翻转，而且在位与时，不仅在位周期的中心产生磁化翻转，而且在位与位之间也必须翻转。记录位之间也必须翻转。记录“0”“0”时，位周期中心不产生磁化翻转，但位与位之间的边界处要时，位周期中心不产生磁化翻转，但位与位之间的边界处要翻转一次。由于记录数据翻转一次。由于记录数据“1”“1”时磁化翻转的频率为记录数据时磁化翻转的频率为记录数据“0”“0”时的两倍，因此又称时的两倍，因此又称“倍倍频制频制”。第9页，共16

13、页，编辑于2022年，星期三6 6、改进调频制改进调频制(MFM)(MFM)这种记录方式基本上与调频制相同，即记录数据这种记录方式基本上与调频制相同，即记录数据“1”“1”时在位周期中心磁化时在位周期中心磁化翻转一次，记录数据翻转一次，记录数据“0”“0”时不翻转。区别在于只有连续记录两个或两个以上时不翻转。区别在于只有连续记录两个或两个以上“0”“0”时，才在位周期的起始位置翻转一次，而不是在每个位周期的起始处都翻时，才在位周期的起始位置翻转一次，而不是在每个位周期的起始处都翻转。转。第10页，共16页，编辑于2022年，星期三 注注 评定磁记录方式的优劣标准评定磁记录方式的优劣标准 自同步

14、能力：是指从单个磁道读出的脉冲中提取同步时钟的难易程度。自同步能力：是指从单个磁道读出的脉冲中提取同步时钟的难易程度。外同步：同步信号可以从专门设置用来记录同步信号的磁道中取得。外同步：同步信号可以从专门设置用来记录同步信号的磁道中取得。自同步：直接从磁盘读出的信号中提取同步信号。自同步：直接从磁盘读出的信号中提取同步信号。自同步能力的大小自同步能力的大小 可以用最小磁化翻转间隔与最大磁化翻转间隔的比值可以用最小磁化翻转间隔与最大磁化翻转间隔的比值R R来衡量。来衡量。比值比值R R越大，自同步能力越强。其中，越大，自同步能力越强。其中，PMPM、FMFM、MFMMFM记录方式记录方式 是有自

15、同步能力。是有自同步能力。编码效率：指位密度与最大磁化翻转密度之比。编码效率：指位密度与最大磁化翻转密度之比。位密度位密度/最大磁化翻转密度最大磁化翻转密度 读分辨率：即磁记录系统对读出信号的分辨能力。读分辨率：即磁记录系统对读出信号的分辨能力。信息的相关性：即漏读或错读一位是否能传播误码。信息的相关性：即漏读或错读一位是否能传播误码。第11页，共16页，编辑于2022年，星期三8.3 8.3 硬磁盘存储器硬磁盘存储器一、硬磁盘存储器的种类一、硬磁盘存储器的种类1 1、根据磁头的工作方式分类根据磁头的工作方式分类 移动头磁盘存储器：存取数据时磁头在磁盘盘面上径向移动，磁头与盘移动头磁盘存储器：

16、存取数据时磁头在磁盘盘面上径向移动，磁头与盘面不接触，且随气流浮动，称为浮动磁头。这种存储器可以由一个盘片或多面不接触，且随气流浮动，称为浮动磁头。这种存储器可以由一个盘片或多个盘片组成，装在主轴上。盘片的每面都有一个磁头。这种结构的硬磁盘存个盘片组成，装在主轴上。盘片的每面都有一个磁头。这种结构的硬磁盘存储器应用很广，其典型结构为温彻斯特磁盘。储器应用很广，其典型结构为温彻斯特磁盘。固定头磁盘存储器：它的磁头位置固定，磁盘的每一个磁道都对应一个固定头磁盘存储器：它的磁头位置固定，磁盘的每一个磁道都对应一个磁头，磁头，盘片也不可更换。其特点是存取速度快，省去了磁头沿盘片径向运盘片也不可更换。其

17、特点是存取速度快，省去了磁头沿盘片径向运动找磁道的时间，磁头处于工作状态即可开始读写。动找磁道的时间，磁头处于工作状态即可开始读写。2、根据磁盘可换与否分类、根据磁盘可换与否分类 可换盘存储器是指磁盘不用时可以从驱动器中取出脱机保存。这种磁盘可换盘存储器是指磁盘不用时可以从驱动器中取出脱机保存。这种磁盘可以在兼容的磁盘存储器间交换数据，由于可脱机保存，故便于扩大存储容可以在兼容的磁盘存储器间交换数据，由于可脱机保存，故便于扩大存储容量。为了达到可靠地交换数据的目的，磁盘的道密度要适当降低，从而使可量。为了达到可靠地交换数据的目的，磁盘的道密度要适当降低，从而使可换磁盘记录密度的提高受到限制换磁

18、盘记录密度的提高受到限制。第12页，共16页，编辑于2022年，星期三 固定盘存储器是指磁盘不能从驱动器中取出，更换时要把整个固定盘存储器是指磁盘不能从驱动器中取出，更换时要把整个“头盘组合体头盘组合体”一一起更换。这种结构的磁盘存储器称为温彻斯特磁盘起更换。这种结构的磁盘存储器称为温彻斯特磁盘(Winchester Disk)(Winchester Disk)。二、硬磁盘驱动器二、硬磁盘驱动器(HDD)(HDD)及硬磁盘控制器及硬磁盘控制器(HDC)(HDC)1 1、磁头定位驱动系统、磁头定位驱动系统2 2、主轴系统与数据控制系统、主轴系统与数据控制系统3 3、盘组、盘组4 4、硬磁盘控制器

19、、硬磁盘控制器 硬盘控制器是主机与磁盘驱动器之间的借口，由于辅助存储器是快速的硬盘控制器是主机与磁盘驱动器之间的借口，由于辅助存储器是快速的外部设备，它们与主机之间是成批交换数据，采用外部设备，它们与主机之间是成批交换数据，采用DMADMA控制方式。控制方式。三、磁盘三、磁盘CacheCache 磁盘磁盘cachecache是为了弥补慢速磁盘和主存之间的速度差异。是为了弥补慢速磁盘和主存之间的速度差异。写入操作和写入操作和CPUCPU中的中的cachecache类似，有类似，有“直写直写”和和“写回写回”两种方法。两种方法。高速缓存利用了被访问数据的空间局部性和时间局部性规则高速缓存利用了被访

20、问数据的空间局部性和时间局部性规则 第13页，共16页，编辑于2022年，星期三因此现在大多数磁盘驱动器中都使用了预读策略，即根据局部性规则预取一些不因此现在大多数磁盘驱动器中都使用了预读策略，即根据局部性规则预取一些不久将可能读入的数据并把它读入到高速缓存中。预读策略对顺序读操作特别有效，久将可能读入的数据并把它读入到高速缓存中。预读策略对顺序读操作特别有效，因此在光盘驱动器和因此在光盘驱动器和CD-ROMCD-ROM中通常使用大容量预读中通常使用大容量预读cachecache，以保证大量连续的视，以保证大量连续的视频或图像文件的显示。频或图像文件的显示。四、磁盘阵类存储器（自学）四、磁盘阵

21、类存储器（自学）五、硬磁盘驱动器的发展动向（自学）五、硬磁盘驱动器的发展动向（自学）8.4 8.4 软磁盘存储器软磁盘存储器8.5 8.5 磁带存储器磁带存储器8.6 8.6 光盘存储器光盘存储器8.7 8.7 硬盘、软盘、磁带盒光盘的综合比较硬盘、软盘、磁带盒光盘的综合比较 第14页，共16页，编辑于2022年，星期三思考题思考题1 1、设磁盘组有、设磁盘组有1111个盘片，每片有两个记录面；存储区域内直径个盘片，每片有两个记录面；存储区域内直径2.362.36英寸，英寸，外直径外直径5.005.00英寸；道密度为英寸；道密度为1 250TPI1 250TPI，内层位密度，内层位密度52 4

22、00bpi52 400bpi，转速为，转速为2 2 400rpm400rpm。问：。问：(TPI(TPI表示每英寸磁道数，表示每英寸磁道数，bpibpi表示每英寸位数表示每英寸位数)(1)(1)共有多少个存储面可用共有多少个存储面可用?(2)(2)共有多少柱面共有多少柱面?(3)(3)每道存储多少字节每道存储多少字节?盘组总存储容量是多少盘组总存储容量是多少?(4)(4)数据传输率是多少数据传输率是多少?2 2、设高密软盘，每面、设高密软盘，每面8080个磁道，每磁道个磁道，每磁道1515扇区，每扇区存储扇区，每扇区存储512B512B。已知。已知磁盘的转速为磁盘的转速为360rpm360rp

23、m，今在一个磁道上写入，今在一个磁道上写入4096B4096B数据，平均需要多少时数据，平均需要多少时间间?最长时间是多少最长时间是多少?(?(假设找道时间为假设找道时间为10ms-40ms)10ms-40ms)。第15页，共16页，编辑于2022年，星期三3 3、填空、填空(1)(4)(1)(4)中的中的A A、B B、C C和和D D是各不相关的是各不相关的)：(1)(1)一个完整的磁盘存储器由一个完整的磁盘存储器由(A)(A)三部分组成。其中三部分组成。其中(B)(B)又称磁盘机是独立于又称磁盘机是独立于主机的一个完整设备，主机的一个完整设备，(C)(C)通常是插在主机总线插槽中的一块电

24、路板，通常是插在主机总线插槽中的一块电路板，(D)(D)是是存储信息的介质。存储信息的介质。(2)(2)驱动器的定位驱动系统实现驱动器的定位驱动系统实现(A)(A)；主轴系统的作用是；主轴系统的作用是(B)(B)；数据控制；数据控制系统的作用是控制数据的写入和读出，包括系统的作用是控制数据的写入和读出，包括(C)(C)等。等。(3)(3)磁盘控制器有两个方向的接口，一是与磁盘控制器有两个方向的接口，一是与(A)(A)的接口，与主机总线打交的接口，与主机总线打交道，控制辅存与主机之间交换数据；另一个方向是与道，控制辅存与主机之间交换数据；另一个方向是与(B)(B)的接口，根据主的接口，根据主机命令控制磁盘驱动器操作。机命令控制磁盘驱动器操作。(4)(4)光盘的读写头即光学头比硬盘的磁头光盘的读写头即光学头比硬盘的磁头(A)A)，光盘的定位速度，光盘的定位速度(B)(B)，即找，即找道时间道时间(C)(C)，光盘写入时盘片需旋转三圈，以分别实现，光盘写入时盘片需旋转三圈，以分别实现(D)(D)，故光盘的，故光盘的速度速度(E)(E)硬盘硬盘第16页，共16页，编辑于2022年，星期三