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第八章 辅助存储器

第八章 辅助存储器. 8.1 辅助存储器的概述. 辅存的特点 容量大、成本低、速度慢、非易失性 辅存的分类 磁表面存储器 光存储器 主要技术指标. 磁盘、磁带 数字式、模拟式. 存储密度 存储容量 寻址时间. 数据传输率 误码率 价格. 基本概念 磁盘机 盘面 platter 记录面 surface 磁头 head 磁道 track 柱面 cylinder 扇区 sector 磁盘地址. 磁道. 磁头. 扇区. 基本概念 磁盘机 盘面 platter 记录面 surface

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第八章 辅助存储器

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Presentation Transcript

  1. 第八章 辅助存储器

  2. 8.1 辅助存储器的概述 • 辅存的特点 容量大、成本低、速度慢、非易失性 • 辅存的分类 磁表面存储器 光存储器 • 主要技术指标 磁盘、磁带 数字式、模拟式 • 存储密度 • 存储容量 • 寻址时间 • 数据传输率 • 误码率 • 价格

  3. 基本概念 • 磁盘机 • 盘面 platter 记录面 surface 磁头 head • 磁道 track 柱面 cylinder • 扇区 sector • 磁盘地址 磁道 磁头 扇区

  4. 基本概念 • 磁盘机 • 盘面 platter 记录面 surface 磁头 head • 磁道 track 柱面 cylinder • 扇区 sector • 磁盘地址 磁道 磁头 扇区 相邻数据存放于同一柱面的不同磁道还是同一盘片的不同的磁道

  5. 1. 存储密度 • 单位长度或面积磁层表面所存储的二进制信息量 • 磁盘 -- 道密度（TPI/TPM) 位密度（BPI/BPM) 磁带-- 位密度 2. 存储容量 • 磁表面存储器所能存储的二进制信息总量(字节） • 格式化容量 —某种特定的记录格式所存信息总量 非格式化容量－磁记录表面可用的磁化单元总数 面密度

  6. 3. 寻址时间 • 磁盘：直接存取 平均寻址时间Ta ＝平均找道时间tsa＋平均等待时间twa Ta＝ (tsmax+tsmin)/2 + (twmax+twmin)/2 • 磁带 ：顺序存取 4. 数据传输率 • 磁表面存储器在单位时间内与主机之间传送数据的 位数或字节数 • Dr ＝D×V D -- 记录密度 (单位距离的位数) V－记录介质的运动速度 （单位时间的距离）

  7. 5. 误码率 出错信息位数/读出的总信息位数 6. 价格 位价格=设备价格/容量 7.硬盘高速缓存

  8. 容量 扇区容量S 磁道容量T ＝每道扇区数n × S 柱面容量C ＝记录面数m× T 单盘容量 P ＝每面磁道数t ×T 磁盘容量D ＝m × t× n × S ＝记录面数×每面磁道数×每道扇区数×每扇区字节数 非格式化D ＝记录面数× 每面磁道数 × 每道信息量 ＝ 记录面数×道密度×环半径×位密度×道长

  9. 速度 寻址时间＝寻道时间＋等待时间 访问时间＝寻址时间＋存取时间 数据传输率＝磁道容量 × 转速

  10. 假设一个有 3 个盘片的硬盘，共有 4 个记录面，转速为 7200 转/分，盘面有效记录区域的外直径为 30cm，内直径为 10cm，记录位密度为 250位/mm，磁道密度为 8道/mm，每磁道分16个扇区，每扇区 512字节，则该硬盘的非格式化容量和格式化容量约为____，数据传输率约为____. 若一个文件超出一个磁道容量，剩下的部分___。（1） A.120MB和100MB B.30MB和25MB C. 60MB和50MB D.22.5MB 和 25MB （2） A.2356KB/s B.3534KB/s C.7069KB/s D.1178KB/s (3) A.存于同一盘面的其它编号的磁道上B.存于其它盘面的同一编号的磁道上C.存于其它盘面的其它编号的磁道上D.存放位置随机

  11. 非格式化＝盘面数×每面磁道数×每道信息量每面磁道数＝(（外径－内径）/2)×道密度非格式化＝盘面数×每面磁道数×每道信息量每面磁道数＝(（外径－内径）/2)×道密度 ＝100×8道/mm=800道/mm每道信息量＝内径周长×位密度 ＝10cm×10×3.14159×250 位/mm ＝78537.5 位/道 非格式化容量＝4×800×78537.5/8/1024/1024＝30MB格式化容量＝盘面数×每面磁道数×每道扇区数×每扇区字节数＝4×800×16×512B/1024/1024＝25MB 格式化容量另一算法 格式化容量＝非格式化容量×0.8=30×0.8＝24MB

  12. 数据传输率＝(外圈速率＋内圈速率)/2 外圈速率＝外径周长×位密度×转速＝(30cm×10×3.14159×250 位/mm×120转/秒)/8/1024＝3451.4539 KB/s 内圈速率＝内径周长×位密度×转速＝(10cm×10×3.14159×250 位/mm×120转/秒)/8/1024＝1150.4846 KB/s 数据传输率＝（3451.4539＋1150.4846）/2=2300.9693 KB/s

  13. 8.2 磁记录原理与记录方式 1.磁表面存储 磁盘存储器 磁带存储器 • 磁表面存储器的优点 • 存储容量大，位价格低； • 可以重复使用； • 非易失性; • 非破坏性读出，读出无需再生信息 。 • 磁表面存储器的缺点 • 存取速度慢; 机械结构复杂; 对工作环境要求高。

  14. 2.磁表面存储器的读写原理 电--磁转换: 磁头和记录介质的相对运动完成写和读 通过电- 磁变换，利用磁头写线圈中的脉冲电流，可把一位二进制代码转换成载磁体存储元的不同剩磁状态； 反之，通过磁 - 电变换，利用磁头读出线圈，可将由存储元的不同剩磁状态表示的二进制代码转换成电信号输出。

  15. 3. 磁记录介质与磁头 • 磁记录介质 • 涂有薄层磁性材料的信息载体 • 平涂、甩涂 • 感应式磁头 • 接触式：软磁盘、磁带 • 浮动式：硬磁盘 • 薄膜磁头：体积式铁氧体磁头的1/30,重量1/20. • MR磁头 • 磁致电阻效应：某些磁性材料，如通以一定电流，当外加磁场发生变化时该材料的电阻率会发生变化。

  16. 磁记录方式波形图 • 3. 磁记录方式 • 记录方式—编码方法 • 按某种规律将一串二进制数字信息变换成磁层中相应的磁化 • 元状态，用读写控制电路实现这种转换。 • 归零制（RZ） • 不归零制(NRZ) • 见1就翻的不归零 • 调相制(PM) • 调频制(FM) • 改进调频制(MFM）

  17. 评价记录方式的标准： • 编码效率 指位密度与最大磁化翻转密度之比，也就是指每次磁层状态翻转所存储的数据信息位的多少。 FM、PM为50%， MFM、NRZ、NRZ1为100% • 自同步能力 指从读出数据(脉冲序列)中自动提取同步信号( 时间基准信号)的能力。即读出时能将数据分离出来的能力。用最小磁化翻转间隔比最大磁化翻转间隔。 NRZ、 NRZ1无自同步能力， FM的RFM为 T/2÷T＝1/2。

  18. 8.3 硬磁盘存储器 1.硬磁盘存储器的种类 • 磁头结构 • 磁盘结构 移动头磁盘存储器：结构简单，寻道时间长 固定头磁盘存储器：结构复杂，无寻道时间 可换盘存储器：可脱机保存数据，道密度低 固定盘存储器：不可脱机保存数据，速度快 温盘 Winchester 防尘性能好；可靠性高； 对使用环境要求不高

  19. 最早的硬盘 1956年9月IBM, 第一台磁盘存储系统IBM 350 RAMAC（Random Access Method of Accounting and Control） 随机存储，5MB，共使用了50个直径为24英寸的磁盘， 主要用于飞机预约、自动银行、医学诊断及太空领域内。 • 1968年IBM, “温彻斯特/Winchester”技术 “密封、固定并高速旋转的镀磁盘片，磁头沿盘片径向移动，磁头悬浮在高速转动的盘片上方，而不与盘片直接接触” • 1973年，IBM公司制造出了第一台采用“温彻期特”技术的硬盘，目前硬盘大多是此技术的延伸。

  20. 2. 硬磁盘的基本结构 磁盘存储器 驱动器 HDD 控制器 HDC 定位驱动系统 主轴系统 数据转换系统 写入与读出电路 读写转换开关 读写磁头 控制逻辑与时序 数据并-串变换电路

  21. 磁盘驱动器结构示意图

  22. 3. 磁盘阵列存储器 • 廉价冗余磁盘阵列 (RAID ， Redundent Array Of Inexpensive Disk) 基于数据分块技术，即在多个磁盘上交错存放数据，使之可以并行存取。在阵列控制器的组织管理下，能实现数据的并行、交叉存储或单独存储操作 • 磁盘冗余阵列 的分类 • RAID 0级~RAID 7级 • RAID 10级(RAID 0级+RAID 1级)

  23. 5. 硬磁盘驱动器的发展动向 • 采用浮动磁头，降低浮动高度; • MR磁头；(磁致电阻效应，只读，精度高) • 改进存储介质和盘基，提高记录密度; • 采用温彻斯特技术; • 缩短平均存取时间，提高数据传输率; • HDD的微小型化。 http://digi.163.com/05/0830/14/1SDLBTHN0016191G_17.html

  24. NEC制造 14寸硬盘DKU800， 3620转，2.7GB的容量 • 富士通的8寸硬盘，3600转，2.8GB，92年出品

  25. Seagate 3.25英寸硬盘

  26. 8.4 光盘存储器 1.光盘(optical disk)的特点 • 优点 存储密度高，容量大，价格低，寿命长，可替换。 • 缺点 存取时间长，数据传输率低，记录头大重。 2.分类 读写性质 只读型 写一次型 重写型

  27. 只读型光盘 • CD-DA (Compact Disc Digital Audio )数字唱盘 • VCD(Digital Versatile Disk)数字通用光盘 • DVD （Digital Video Disc ) 数字视频光盘 • CD-ROM (compact disk-ROM）只读型光盘 • 只写一次型光盘(WORM，write once, read many) • CD-R • 重写型光盘 • CD-RW：可擦写 • MO (Magneto –Optical )磁光盘 • 光盘塔

  28. 3.光盘的读写原理 • 形变 • 相变 • 磁光存储 4.光盘存储器的组成 • 盘片 • 控制器 • 驱动器

  29. 写一次型光学系统示意图

  30. 8.7 辅存综合比较 • 硬盘： • 容量大、数据传输率高、等待时间短 • 温彻斯特技术、头盘组合体 • 发展方向：减轻重量、降低功耗、抗撞击 • 技术难度大、各项指标高

  31. 软盘： • 容量小、转速低、速度慢 • 易磨损、容易误码、位密度提高困难 • 装卸灵活、易于携带

  32. 磁带： • 历史悠久，数据传输率低、容量大、价格便宜 • 接触式读写 • 用于磁盘后备存储

  33. 光盘： • 容量大、存储密度高、价格低、寿命长、可替换 • 光驱份量重、体积大、速度慢 • 应用广泛：广播电影电视

  34. 固态盘： • 磁盘接口 • 内存存储体： • RAM+电池 • Nand flash、Nor flash • 速度快于磁盘、慢于内存

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