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計算機概論

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計算機概論. 第 06 章 記憶單元. 6-1 記憶體分類. 依照 CPU 可否直接存取來分 主記憶體 輔助記憶體 依照存取方式來分 循序存取 隨機存取. 6-2 主記憶體種類. 用來存放正要執行程式與資料的處所。 磁蕊 唯讀記憶體 隨機存取記憶體. 6-2-1 磁蕊. 在半導體記憶體發明前,大部分電腦中的主記憶體,由王安博士發明。 磁蕊屬於非揮發性 (non-volatile) 記憶體,沒有驅動電流時,其磁性仍能保持,故資料不會消失。 磁蕊屬於破壞性讀取 (DRO , destructive read out) 記憶體,讀取後會破壞原有資料。.

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slide1

計算機概論

第06章 記憶單元

slide2
6-1記憶體分類
  • 依照CPU可否直接存取來分
    • 主記憶體
    • 輔助記憶體
  • 依照存取方式來分
    • 循序存取
    • 隨機存取
slide3
6-2主記憶體種類
  • 用來存放正要執行程式與資料的處所。
  • 磁蕊
  • 唯讀記憶體
  • 隨機存取記憶體
6 2 1
6-2-1磁蕊
  • 在半導體記憶體發明前,大部分電腦中的主記憶體,由王安博士發明。
  • 磁蕊屬於非揮發性(non-volatile)記憶體,沒有驅動電流時,其磁性仍能保持,故資料不會消失。
  • 磁蕊屬於破壞性讀取(DRO,destructive read out)記憶體,讀取後會破壞原有資料。
6 2 3
6-2-3隨機存取記憶體
  • 這種記憶體中的資料可用一般電壓讀寫,同時切斷電源後資料會消失,屬於揮發性(volatile)記憶體。
  • 記憶體存取週期
  • DRAM種類
    • SDRAM(Synchronous DRAM)
    • DRDRAM(Direct Rambus DRAM)
    • DDR SDRAM(Double Data Rate SDRAM)
    • DDR2
slide7
6-3輔助記憶體種類
  • 磁碟機
  • 硬碟機
  • 磁鼓
  • 磁帶機
  • 光碟機
  • 磁泡
6 3 1
6-3-1磁碟機
  • 為目前常見的輔助記憶裝置。一般可分為抽取式的軟式磁碟機與分抽取式的硬碟機。
6 3 1 1
6-3-1-1磁碟機的儲存方式
  • 磁碟儲存單位如下:
  • 磁軌
  • 磁區
  • 磁柱
  • 表面
  • 磁簇
6 3 1 2
6-3-1-2軟碟機
  • 置入軟性磁片,容量小但可隨時更壞。
  • 部位名稱
    • 中央孔
    • 記錄窗
    • 防寫缺口
    • 索引孔
  • 磁軌密度單位
    • 48TPI:360KB,5.25”
    • 96TPI:1.28MB,5.25”
    • 135TPI:1.44MB/720KB,3.5”
6 3 1 3
6-3-1-3磁軌儲存密度
  • 單密度磁片
  • 雙密度磁片
  • 高密度磁片
6 3 1 5
6-3-1-5磁碟容量
  • 5.25”雙面雙密度(2DD)
    • 360KB=2面*40軌/面*9區/軌*512位元組/區
  • 5.25”雙面高密度(2HD)
    • 1.2MB=2面*80軌/面*15區/軌*512位元組/區
  • 3.5”雙面雙密度(2DD)
    • 720KB=2面*80軌/面*9區/軌*512位元組/區
  • 3.5”雙面高密度(2HD)
    • 1.44MB=2面*80軌/面*18區/軌*512位元組/區
6 3 1 6
6-3-1-6格式化
  • 空白磁片必須在磁碟上將磁區劃分出來,才能開始儲存資料。
6 3 1 7
6-3-1-7虛擬磁碟
  • 在主記憶體中劃分一塊區域,模擬成磁碟機,就是虛擬磁碟機。
6 3 1 8
6-3-1-8高容量軟碟
  • LS-120
    • 1.44MB、120MB
  • ZIP
    • 100MB、250MB
  • Jaz
    • 1GB
6 3 2
6-3-2硬碟機
  • 硬碟機的磁碟片通常由平行的數片硬碟密封在金屬盒中,每一面上皆有一個讀寫頭可以存取資料,但是進行讀寫之前還是需要移動讀寫頭到正確磁軌上,才能存取磁區的資料。
6 3 2 1
6-3-2-1硬碟機的種類
  • 可移磁碟組(removable-pack disk)
    • 可由硬碟機中取出更換的磁碟組(diskpack)。
  • 溫徹斯特磁碟(Winchester disk)
    • 磁碟是固定不可更換的硬碟(fixed disk)。
6 3 2 2
6-3-2-2硬碟的讀寫方式
  • 固定碟頭(fixed head)
    • 讀寫頭不能移動,每一磁軌有一特定磁頭。
  • 移動磁頭(moving head)
    • 每一磁碟表面一個磁頭,磁頭可以在其表面上移動到任一磁軌存取資料。
6 3 2 3
6-3-2-3磁碟存取速度
  • 磁碟存取時間=搜尋+旋轉+資料傳輸時間
    • 搜尋時間(seek time)
    • 旋轉時間(rotation time)
    • 資料傳輸時間(data transfer time)
  • 資料傳輸率
    • 單位時間內可以從磁碟讀寫之資料量
  • RPM或RPS
    • 磁碟的轉速單位,以每秒或每分旋轉幾圈。
6 3 2 4
6-3-2-4磁碟的優缺點
  • 優點:
    • 儲存容量大,目前可以到數個甚至數十GB。
    • 存取速度快且可以隨機存取(random access)。
    • 可以讀取與寫入同時進行。
    • 資料損壞時,可以進行修復。
  • 缺點:
    • 設備成本高。
    • 儲存環境比其他設備要求嚴格。
6 3 2 5
6-3-2-5常見磁碟機與光碟機介面標準
  • IDE
    • 早期經濟的磁碟機介面,速率只到3MB/sec
    • 一條排線只能接兩台硬碟機,容量在504MB。
    • EIDE為加強後的新標準,容量可達2.1GB以上。
    • EIDE支援LBA,讓存取高容量磁碟成為可能。
  • SCSI
    • 價格較貴,但擴充性強,傳輸速率佳。
    • 可連接7至15個外接裝置,且硬碟大小不受限制。
    • WIDE Ultra SCSI:40MB/sec
    • Wide Ultra2 SCSI:80MB/sec
  • SATA
    • 為新一代的傳輸規格,速度快,價格低廉。
6 3 3
6-3-3磁鼓
  • 這是一種比較老舊的記憶裝置,在一金屬圓柱體的周圍表面上分佈有多條平行的磁軌(track),每條磁軌又可等分為固定數量的磁區(sector),在圓柱體表面可以磁頭讀取磁區資料,讀寫方式與磁碟相似,其讀寫頭型態也分成固定與移動兩種形式。
6 3 4
6-3-4磁帶機
  • 這是在一條寬1/2英吋的膠帶(Mylar)表面上塗上磁性物質來記憶資料。
6 3 4 1
6-3-4-1磁帶形式
  • 盤式(reel)
  • 匣式(cartridge)
  • 卡式(cassette)
6 3 4 2 7 9
6-3-4-2有7到9條磁軌
  • 通常一條磁帶上有7到9條磁軌,以讀寫頭同時存取,可以記錄EBCDIC或ASCII碼。
6 3 4 3
6-3-4-3循序存取裝置
  • 磁帶是一種循序存取裝置,其上所儲存之記錄必須依照循序方式寫入磁帶。
6 3 4 4 bpi
6-3-4-4 bpi
  • 指每一英吋磁帶所能儲存的位元組個數,這是磁帶的儲存密度單位。常見的磁帶有800bpi與1600bpi,最高可達6250bpi。
6 3 4 5irg
6-3-4-5IRG
  • 也可稱為IBG(Inter-Block Gap),是指磁帶上連續的兩記錄間保留不儲存的空間,用做磁帶的起動與停止之緩衝距離。IRG的長度一般在1/4~3/4英吋之間。
6 3 4 6
6-3-4-6區段編組
  • 就是將數個邏輯記錄(logical record)合併而成實體記錄(physical record或稱為block)再寫入磁帶;讀取時則以相反程序處理。其中的邏輯記錄是指所使用資料檔案中的記錄,而實體記錄則是實際存取磁帶時的大小。利用這種方式可以減少IBG在整個磁帶中所佔之比例,以提高磁帶的使用率。
6 3 4 7
6-3-4-7區段因子
  • 一個實體記錄中所含之邏輯記錄數目,稱之為區段因子。區段因子愈大,磁帶的使用率愈高。
6 3 4 8
6-3-4-8磁帶上常用的保護措施
  • 內部標頭標記(internal hearder label)
    • 在磁帶開頭寫入一個標記,記錄識別標記,以防止掛錯磁帶。
  • 檔案保護環(file protect ring)
    • 將磁帶中央的保護環取下時,則磁帶具有防寫功能,無法進行寫入之工作。
6 3 4 9
6-3-4-9磁帶的優缺點
  • 優點
    • 儲存量大,成本低,適合當成備份儲存裝置。
    • 可以重覆使用。
    • 區段編組可以使存取速度加快。
  • 缺點:
    • 只能循序存取。
    • 若有資料損壞,則會影響其中資料的存取,且不易修復。
    • 內容更新時,必須將整個磁帶中的資料抄到另一個磁帶上。
6 3 5
6-3-5光碟機
  • 這是用光學雷射原理儲存高密度之儲存裝置,在光碟機的運用規格上,「X」是傳輸率倍數的意思,所謂的幾倍速則是和第一代的CD-ROM或是DVD-ROM相比。
6 3 5 1cd rom compact disk rom
6-3-5-1CD-ROM(Compact Disk ROM)
  • 是一種唯讀式的光碟機,以螺狀軌道(spiral groove)儲存資料,資料都是儲存在高能雷射所燒的小孔上,目前一般的廠商出版的VCD幾乎都是以這種方式製作。
6 3 5 2worm write once read many
6-3-5-2WORM(Write-Once-Read-Many)
  • 這是一種只能寫入一次,讀取多次的光碟,又稱為CD-R或可抹除式光碟機(CD-recorder),CD-R碟片根據記錄層使用的有機染料不同可分爲三種:綠片、金片和藍片。
6 3 5 3wmra write many read always
6-3-5-3WMRA(Write-Many-Read-Always)
  • 這是一種可以寫入多次,讀取多次的光碟,又稱Rewritable Optical Disk或可抹除式光碟機(CD-RW),可以重複燒錄 1000 次左右。
6 3 5 4mo disk
6-3-5-4MO-Disk
  • 這是一種可讀寫的光碟機,常見容量為230MB、640MB等,甚至可以到5.2GB,其存取速度較快,但是一般所用MO碟片單價較高。
6 3 5 5dvd
6-3-5-5DVD
  • 就是數位影音光碟,這是一種光碟儲存標準,使用頻率較高、波長較短的雷射光,以便讀取較小的凹洞,故儲存密度較一般CD-ROM為高。
6 3 6
6-3-6磁泡
  • 這是一種較為特殊的新型儲存裝置,磁泡的存取速度很快,且停止電源之後資料仍可保持。磁泡記憶裝置通常都被包裝成晶片形式,常應用在終端機、桌上電腦機器人和通訊裝置上。
slide43
6-4記憶體階層
  • 記憶體層次
  • 存取方式
  • 特點
6 4 3
6-4-3特點
  • 愈上層的記憶體存取速度愈快。
  • 愈上層的記憶體成本愈高,因此基於成本考量,通常容量較小,因此用來存放較常用的少量資料,以提高平均存取速度。