第19讲_辅存.ppt
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1、计算机组成原理Principles of Computer Organization广义双语教学课程http:/211.64.192.109/skyclass25/青岛理工大学 校级精品课程http:/ 辅助存储器辅助存储器n辅助存储器的种类与技术指标辅助存储器的种类与技术指标n硬磁盘存储器硬磁盘存储器n磁带存储器n光盘存储器n固态盘Chapter 8 Auxiliary MemoryExternal Memory2盛建伦主存用来存放需立即使用的程序和数据,要求存取速度快。主存用来存放需立即使用的程序和数据,要求存取速度快。辅存用于存放当前不需要立即使用的信息,在需要时与主存辅存用于存放当前不
2、需要立即使用的信息,在需要时与主存成批交换数据,是主存的后备和补充。成批交换数据,是主存的后备和补充。保存在辅存上的程序和数据必须首先装入主存,然后才能被保存在辅存上的程序和数据必须首先装入主存,然后才能被CPU使用。使用。辅存的特点是容量大,成本低和非易失性。辅存的特点是容量大,成本低和非易失性。Secondary storage differs from primary storage in that it is not directly accessible by the CPU.The computer usually uses its input/output channels to
3、 access secondary storage and transfers desired data using intermediate area in primary storage.1.辅助存储器的特点辅助存储器的特点3盛建伦辅助存储器的种类辅助存储器的种类硬磁盘存储器硬磁盘存储器软磁盘存储器磁带存储器磁带存储器固态盘固态盘 solid-state drive IC卡卡只读光盘只读光盘CD-ROM可写一次的光盘可写一次的光盘WORM可擦除重写的光盘可擦除重写的光盘CD-RW盘盘磁表面存储器磁表面存储器光盘存储器光盘存储器辅助存储器辅助存储器 磁表面存储器磁表面存储器 Magnetic
4、 Surface Memory 是将磁性材料沉积是将磁性材料沉积在非磁性的盘在非磁性的盘/带基体上形成记录介质,并以绕有线圈的磁头与带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。光盘存储器是利用激光束在具有某种光学特性的介质表面上光盘存储器是利用激光束在具有某种光学特性的介质表面上存储信息。存储信息。半导体存储器半导体存储器48.2 磁记录原理磁记录原理和和记录记录方式方式1磁记录介质磁记录介质 Media 磁记录磁记录介质指的是表面涂有薄层硬磁性材料的信息载体,可介质指的是表面涂有薄层硬磁性材料的信息载体,可以脱机保存。以脱
5、机保存。磁表面存储器使用的记录磁表面存储器使用的记录介质的基底可分为:软性介质(聚介质的基底可分为:软性介质(聚脂材料)和硬性介质(铝合金)。脂材料)和硬性介质(铝合金)。表面的磁性材料为表面的磁性材料为-Fe2O3,具有高的矫顽力和剩磁。具有高的矫顽力和剩磁。好的磁记录介质应该具有:记录密度高,输出信号幅度大,噪声低,薄膜组织紧密,光滑,无麻点,厚薄均匀,对周围环境的温度、湿度不敏感,能长期保持磁化状态等特点。磁带和软磁盘的基底为软性介质,表面涂布磁粉。磁带和软磁盘的基底为软性介质,表面涂布磁粉。硬磁盘的基底为硬性介质,表面镀有连续的磁性薄膜。硬磁盘的基底为硬性介质,表面镀有连续的磁性薄膜。
6、连续膜介质的磁层很薄,剩磁大,输出信号强,表面更加光滑平整,厚薄更加均匀,可以达到更高的记录密度。2磁头磁头 Head 磁头是在一个具有缝磁头是在一个具有缝隙隙的环行导磁体上绕上环行导磁体上绕上线圈构成线圈构成的。其前端极细的工作间隙增大了磁阻磁阻,使导磁体中的磁力线磁力线绕过工作间隙工作间隙g形成漏磁场漏磁场,从而使磁记录磁记录介质磁化介质磁化。写入线圈写入线圈工作间隙工作间隙磁力线磁力线g读出线圈读出线圈磁头按工作方式可分为:接触式磁头和浮动式磁头。接触式磁头和浮动式磁头。接触式磁头在读写时与接触式磁头在读写时与磁记录磁记录介质直接接触介质直接接触,相互摩擦,容易被磨损。磁带机磁带机和软磁
7、盘软磁盘驱动器使用接触式磁头。浮动式磁头在读写时悬浮在介质上方浮动式磁头在读写时悬浮在介质上方,与磁记录介质表面不接触。其机制是介质高速旋转产生的气流在磁头与介质表面之间形介质高速旋转产生的气流在磁头与介质表面之间形成的一层很薄的空气垫,浮动间隙小于成的一层很薄的空气垫,浮动间隙小于1m。具有读写速度快、无磨损、可靠性高等优点。硬磁盘硬磁盘存储器采用浮动式磁头。磁表面存储器通过磁头磁表面存储器通过磁头与记录介质记录介质的相对运动完成数据相对运动完成数据的写写入入或读出。读出。磁记录原理磁记录原理 写入过程写入过程 记录介质在磁记录介质在磁头下匀速通过。头下匀速通过。工作间隙工作间隙v磁力线磁力
8、线g写入线圈写入线圈局部磁化局部磁化 磁头磁头的写入线圈中写入线圈中通入一定方向通入一定方向和大小大小的电流电流,磁头导磁体磁头导磁体被磁化被磁化,建立一定方建立一定方向向和强度强度的磁场。磁场。在磁头在磁头的工作间隙形成漏磁场,将工作间隙下面工作间隙形成漏磁场,将工作间隙下面的记录介质记录介质表面上的微小区域的磁性粒子磁化,形成一个磁化单元。表面上的微小区域的磁性粒子磁化,形成一个磁化单元。7盛建伦 磁头的导磁体是用软磁材料构成的,记录介质表面的磁层是磁头的导磁体是用软磁材料构成的,记录介质表面的磁层是用硬磁材料构成的。当电流形成的漏磁场消失后,磁头仍然是未用硬磁材料构成的。当电流形成的漏磁
9、场消失后,磁头仍然是未磁化状态,而磁层则为剩磁状态。磁化状态,而磁层则为剩磁状态。电流方向不同,磁化后剩磁状态也不同,分别代表数字电流方向不同,磁化后剩磁状态也不同,分别代表数字“1”和和“0”。随着写入电流方向的变化和记录介质的运动,就。随着写入电流方向的变化和记录介质的运动,就可将二进制数字序列转化为介质表面的磁化单元序列。可将二进制数字序列转化为介质表面的磁化单元序列。目前广泛使用巨磁电阻材料制造磁头,其磁电阻变化率是各向异性磁电阻材料AMR的34倍,有利于增加磁头的灵敏度、提高记录面密度。tI1 0 1 1 0 1Head磁记录原理8盛建伦v读出线圈读出线圈局部磁化单元局部磁化单元e
10、读出过程读出过程 读出过程是将介质表面读出过程是将介质表面记录的磁化单元序列还原成记录的磁化单元序列还原成电流脉冲序列的过程。电流脉冲序列的过程。当记录介质在磁头下匀速当记录介质在磁头下匀速通过时,磁头相对记录介通过时,磁头相对记录介质的运动将切割磁力线。质的运动将切割磁力线。在读出线圈的两端产生感应电动势在读出线圈的两端产生感应电动势e。e的幅度与读出线圈的匝数的幅度与读出线圈的匝数n、运动速度运动速度v和剩余磁通和剩余磁通随移动随移动距离距离l的变化率成正比。的变化率成正比。水平磁记录水平磁记录垂直磁记录垂直磁记录9盛建伦磁记录磁记录方式方式 磁记录磁记录方式是一种编码方法方式是一种编码方
11、法,是按照某种规律将一连串二进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制数字信息变换成存储介质磁层的相应磁化翻转形式相应磁化翻转形式,并经读写并经读写控制电路实现这种转换规律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。常见的常见的磁记录磁记录方式有:方式有:归零制RZ,不归零制NRZ,见“1”就翻的不归零制NRZ1,调相制调相制 PM (Phase Modulation),调频制调频制 FM (Frequency Modulation),改进调频制改进调频制 MFM,成组编码成组编码GCR 和和游程长度受限码游程长度受限码RLLC等。等。10盛建
12、伦 磁盘存储器常用的磁记录方式有:调频制磁盘存储器常用的磁记录方式有:调频制FM 和改进调频制和改进调频制MFM。磁带存储器常用的磁记录方式有:调相制磁带存储器常用的磁记录方式有:调相制PM 和成组编码和成组编码GCR。无论采用哪一种磁记录方式,从读出线圈输出的信号幅度都很小,要经过放大电路才能达到逻辑电路所需的电平。11盛建伦8.3 磁盘存储器磁盘存储器 软软磁磁盘盘(Floppy disk)和和硬硬磁磁盘盘的的存存储储原原理理与与记记录录方方式式基基本本相相同,但在结构和性能上存在较大的差别。同,但在结构和性能上存在较大的差别。硬磁盘硬磁盘(Hard disk)的盘片是铝合金的。软磁盘存储
13、器的盘的盘片是铝合金的。软磁盘存储器的盘片是聚脂材料的,属于可更换盘片的磁盘存储器。片是聚脂材料的,属于可更换盘片的磁盘存储器。硬磁盘硬磁盘存储器在工作时,磁头与磁盘是非接触的,无磨损。软磁盘软磁盘存储器在工作时,磁头与磁盘是接触的,有磨损。硬磁盘驱动器硬磁盘驱动器的转速转速一般为数千转数千转/分钟分钟。软磁盘驱动器软磁盘驱动器的转速仅为数百转转速仅为数百转/分钟分钟,所以,硬磁盘存储器硬磁盘存储器的读写速度比软磁读写速度比软磁盘存储器高一个数量级盘存储器高一个数量级。磁表面存储器 Magnetic Surface Memory Mechanically,there are usually t
14、wo types of motion:the constant rate rotation,which passes the data of a track sequentially under a read head,and the radial head motion or seek,which selects the track.电机电机磁头磁头Head盘片盘片磁道磁道Track是存储在介质表面上的信息的磁化轨迹。是存储在介质表面上的信息的磁化轨迹。磁盘上的磁道是一系列同心圆组成的记录轨迹。磁盘上的磁道是一系列同心圆组成的记录轨迹。多个存储面处于同一半径的磁道组成圆柱面多个存储面处于同一
15、半径的磁道组成圆柱面 Cylinder。相邻2条磁道中心线间的距离称为道距。扇区扇区Sector存储面存储面磁盘组磁盘组磁盘上最外圈的磁道是第磁盘上最外圈的磁道是第0道。道。磁道磁道圆柱面圆柱面arm磁道磁道Track,扇区扇区Sector,圆柱面圆柱面Cylinder13盛建伦 磁磁盘盘格格式式化化就是是在在磁磁盘盘上上形形成成磁磁道道和扇扇区区的过程过程。扇区是磁盘扇区是磁盘的最小可寻址单位最小可寻址单位。Hard disks store and organize files using tracks,sectors,and cylinders.When a hard disk is fo
16、rmatted,tracks,sectors,and cylinders are assigned.圆柱面圆柱面 磁盘地址由磁盘机号,磁头号(存磁盘地址由磁盘机号,磁头号(存储面储面/记录面号),磁道号(柱面号),记录面号),磁道号(柱面号),扇区号组成。扇区号组成。磁盘采用CAV(恒角速度恒角速度)伺服伺服 Constant Angular Velocity ServoConstant angular velocity(CAV)keeps the disk spinning at a fixed rate,measured in revolutions per minute(RPM).14盛
17、建伦磁带存储器的磁道是平行于磁带长度方向的直线。磁带存储器的磁道是平行于磁带长度方向的直线。8.4 磁带存储器磁带存储器 Magnetic Tape 磁带存储器的数据按文件、数据块组织,数据块是磁带的最磁带存储器的数据按文件、数据块组织,数据块是磁带的最小可寻址单位。小可寻址单位。在现代计算机系统中,磁带存储器一般作为磁盘存储器的后在现代计算机系统中,磁带存储器一般作为磁盘存储器的后援存储器使用,主要用于数据备份。援存储器使用,主要用于数据备份。数据块数据块数据块数据块间隙间隙BOTEOT数据块数据块Beginning of the tapeEnd of the tape15盛建伦磁带机分类:
18、磁带机分类:1.开盘式启停磁带机开盘式启停磁带机盘式盘式/盒式盒式2.数据流磁带机数据流磁带机1302BOTEOT规格:规格:1/2英寸,英寸,1/4英寸,英寸,4mm,8mm。(。(磁带宽度)磁带宽度)结构:结构:开盘式,盒式。开盘式,盒式。并行道数:并行道数:9,16,18,36,4 等等磁带存储器 Magnetic Tape16盛建伦(1)存储密度存储密度 Recording Density单位长度或单位面积磁层表面所存储的二进制信息量。单位长度或单位面积磁层表面所存储的二进制信息量。磁盘存储器的存储密度分位密度和道密度。磁盘存储器的存储密度分位密度和道密度。磁盘沿盘半径方向单位长度的磁
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