计算机组成原理与系统结构 (18).ppt

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1、2N/2w i=j mod m(Tag)CPUN=(s+w)i=j mod mCache2N/2w 2N/2w Cache磁盘原理磁盘原理磁盘原理磁盘原理及及及及 数据组织数据组织数据组织数据组织计算机组成原理与系统结构2N/2w i=j mod m(Tag)CPUN=(s+w)i=j mod mCache2N/2w 2N/2w Cache磁盘原理CacheCache是指在非磁性材料制成衬底的圆盘表面涂有一层可被磁化的磁性材料，可进行信息存储的存储器磁盘磁盘2N/2w i=j mod m(Tag)CPUN=(s+w)i=j mod mCache2N/2w 2N/2w Cache磁盘原理Cach

2、eCache磁性材料一般是氧化铁磁化时极性不同的原理来记录数据 读写数据时通过磁头来完成写磁头一般是导电线圈 读写操作时，磁头固定，盘片进行高速旋转衬底使用铝或铝合金材料以及玻璃制造2N/2w i=j mod m(Tag)CPUN=(s+w)i=j mod mCache2N/2w 2N/2w Cache磁盘读写机制数据的记录和读出都是通过一个叫做磁头的导电线圈进行的可以采用一个磁头进行读写，也可以采用两个独立的磁头在读写操作期间，磁头固定不动，盘片在做高速旋转2N/2w i=j mod m(Tag)CPUN=(s+w)i=j mod mCache2N/2w 2N/2w Cache写机制电流通过

3、导线线圈产生磁场正负不同的电流会产生不同的样式的磁场这个磁场也会在磁表面上磁化出一个小区域，磁场不同，磁化的方向也就不同，可以对应代表0或者1不同的磁化模式就被记录磁表面上当盘片相对运动时，就可以连续写入一连串的二进制信息基于电流通过线圈时会产生磁场这个效应来完成2N/2w i=j mod m(Tag)CPUN=(s+w)i=j mod mCache2N/2w 2N/2w Cache传统的读机制磁盘相对线圈运动时在线圈中会产生电流不同极性的磁场产生相反方向的电流当盘面某个磁化区域在磁头下通过时，会产生一个与记录数据时电流极性相同的电流同一个磁头既可以用于读也可以用于写感应速度比较慢2N/2w

4、i=j mod m(Tag)CPUN=(s+w)i=j mod mCache2N/2w 2N/2w Cache现代的读机制单独的读磁头，紧靠写磁头读磁头由部分被屏蔽的磁阻式(MR)传感器组成MR 材料的电阻大小取决于它下面运动介质的磁化方向电流不变时，传感器上的电压大小不同，通过检测传感器的电阻电压就能确定出磁化的方向允许高频操作更高的存储密度与更快的操作速度2N/2w i=j mod m(Tag)CPUN=(s+w)i=j mod mCache2N/2w 2N/2w Cache磁阻式读/感应式写磁头2N/2w i=j mod m(Tag)CPUN=(s+w)i=j mod mCache2N/

5、2w 2N/2w Cache磁盘的数据组织每个同心圆环被称为磁道，每个磁道与磁头同宽数据组织呈现一组同心式圆环的形状数据组织呈现一组同心式圆环的形状磁道与磁道之间一定要有间隙以防止数据干扰减小间隙可以提高容量普通磁盘每个磁道具有相同的位数以简化电路设计2N/2w i=j mod m(Tag)CPUN=(s+w)i=j mod mCache2N/2w 2N/2w Cache磁盘的数据组织扇区是磁盘数据存储及访问的最小单位磁道被分为多个扇区磁道被分为多个扇区每个扇区只能为一个文件所占用每个磁道通常有几十或上百个扇区512B几乎是通用的扇区大小相邻扇区之间也留有间隙2N/2w i=j mod m(T

6、ag)CPUN=(s+w)i=j mod mCache2N/2w 2N/2w Cache磁盘数据分布2N/2w i=j mod m(Tag)CPUN=(s+w)i=j mod mCache2N/2w 2N/2w Cache恒定角速度(CAV)磁盘的盘面布局CacheCache磁盘以恒定角速度(CAV)旋转靠近旋转盘中心的位经过一固定点的速率要比盘外沿的位慢（v=r）增大不同磁道扇区的间隔来实现磁头以相同的速度读写所有位让内外道存放的扇区数相同,外道扇区间的间隙更大,外道数据密度更低2N/2w i=j mod m(Tag)CPUN=(s+w)i=j mod mCache2N/2w 2N/2w C

7、ache恒定角速度(CAV)磁盘的盘面布局CacheCache优点能以磁道号和扇区号来直接寻址各个数据块磁头径向移动到指定磁道，不需要调整转速缺点存储容量受限于最内圈磁道所能达到的最大数据密度内道外道数据存储量相同外道数据密度较低外道存在空间浪费2N/2w i=j mod m(Tag)CPUN=(s+w)i=j mod mCache2N/2w 2N/2w Cache多带式记录磁盘的盘面布局CacheCache提高外道的存储密度将盘面划分为几个带（典型16带）在每个带中，各磁道的位数（扇区）是恒定的远离中心的带比靠近中心的带容纳的位数（扇区）更多磁头由一个带移动到另一个带时，需要调速2N/2w

8、i=j mod m(Tag)CPUN=(s+w)i=j mod mCache2N/2w 2N/2w Cache多带式记录磁盘的盘面布局CacheCache优点外道的空间利用率高，存储密度更大磁盘容量更大缺点更加复杂的控制电路2N/2w i=j mod m(Tag)CPUN=(s+w)i=j mod mCache2N/2w 2N/2w Cache磁盘格式化需要某种方式找到一个磁道内的扇区位置为什么要进行磁盘格式化？为什么要进行磁盘格式化？必须标识磁道的起点和扇区起点及终点需要在磁盘上加入控制数据2N/2w i=j mod m(Tag)CPUN=(s+w)i=j mod mCache2N/2w 2N/2w Cache磁盘格式化加入仅被磁盘驱动器使用而不被用户存取的额外数据（控制数据）磁盘格式化的效果磁盘格式化的效果标识出磁道与扇区2N/2w i=j mod m(Tag)CPUN=(s+w)i=j mod mCache2N/2w 2N/2w Cache温彻斯特式磁盘磁道格式(希捷 ST506)