計算機概論

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。

6-2-2唯讀記憶體

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

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磁軌儲存密度 • 單密度磁片 • 雙密度磁片 • 高密度磁片

6-3-1-4儲存表面 • 單面 • 雙面

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高容量軟碟 • LS-120 • 1.44MB、120MB • ZIP • 100MB、250MB • Jaz • 1GB

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磁帶形式 • 盤式（reel） • 匣式（cartridge） • 卡式（cassette）

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 • 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 • 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) • 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) • 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) • 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 • 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 • 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。

6-3-5-5DVD

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。

6-4記憶體階層 • 記憶體層次 • 存取方式 • 特點

6-4-1記憶體層次

6-4-2存取方式

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。

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