《存储器3磁表面》PPT课件.ppt

1,第三节 磁表面存储器,4.3.1 存储原理与技术指标,1.读写原理,存储介质：磁层,读/写部件：磁头,（1）写入,在磁头线圈中加入磁化电流（写电流），并使磁层移动，在磁层上形成连续的小段磁化区域（位单元）。演示,（2）读出,磁头线圈中不加电流，磁层移动。当位单元的转变区经过磁头下方时，在线圈两端产生感应电势。,读出信号,磁通变化的区域,2,磁表面存储器的特点：,记录信息可长期保存，属于非易失性存储器。 非破坏性读出，读出不影响所存信息。 记录介质可以重复使用。 由于是连续记录，所以存取方式基本是顺序存取方式，不能如RAM那样随机访问。 由于是连续记录，需要比较复杂的寻址定位系统。 由于在相对运动中进行读写，可靠性低于半导体存储器，需要比较复杂的校验技术。,3,2.技术指标,道密度：,（1）记录密度,（2）存储容量,位密度：,单位长度内的磁道数。,磁道上单位长度内的二进制代码数。,非格式化容量：,格式化容量：,总位数,用位密度计算。,有效位数,用扇区內的数据块长度计算。,（3）速度指标,平均存取时间,带：平均等待时间,盘：平均定位、平均旋转时间,衡量查找速度 ms,数据传输率,衡量读/写速度 b/s、B/s,4,磁记录方式,1.不归零-1制 写0时，写入电流维持原方向不变； 写1时，写入电流方向翻转。,2.调相制 写0，在位单元中间位置让写入电流负跳变，由+I-I 写1，在位单元中间位置让写入电流正跳变，由-I+,5,磁记录方式,.调频制 每个位单元起始处写入电流都改变一次方向，留下一个转变区，作为本位的同步信号 在位单元中间记录数据信息。如果写入，则位单元中间不变；如果写入，则写入电流在位单元中间改变一次方向,.改进型调频制 写时，在位单元中间改变写入电流方向； 写入两个以上时，在它们的交界处改变写入电流方向。,6,4.3.2 磁盘存储器,适用于调用较频繁的场合，常作为主存的直接后援。,磁盘,磁盘控制器,磁盘驱动器,+ 接口,磁盘适配器,盘片、磁头,定位系统、传动系统,1.组成,（1）软盘信息分布与寻址信息,1）信息分布,盘片：,单片，双面记录。,磁道：,盘片旋转一周，磁头的作用区域。,扇区：,磁道上长度相同的区段。,存放数据块。,各道容量相同,各道位密度不同,内圈位密度最高。,7,非格式化容量,=内圈位密度内圈周长道数/面面数,驱动器号、磁头号、磁道号、扇区号、扇区数,2）寻址信息,盘组：,多个盘片，双面记录。,各记录面上相同序号的磁道构成一圆柱面。,圆柱面：,扇区（定长记录格式）,格式化容量,=字节数/扇区扇区数/道道数/面面数,（2）硬盘信息分布与寻址信息,1）信息分布,（柱面数=道数/面）,数据块,记录块（不定长记录格式），,无扇区划分。,8,驱动器号、圆柱面号、磁头号、扇区号（记 录号）、交换量。,2）寻址信息,例：定长记录格式,2.记录格式（磁道格式）,选择磁盘组,选择盘面,选择磁道,选择起始扇区,磁道时间,磁道,索引脉冲,扇区i,标志区：,标志信息、,CRC校验码,数据区：,标志信息、CRC、数据字段,3.磁盘基本操作,寻址操作,寻道：,磁头径向移动,寻找扇区：,盘片旋转,读/写操作,串行读/写,DMA方式传送,（1）,（2）,扇区数,9,磁表面存储器的校验,海明校验,将代码按照一定规律组织为若干小组，分组进行奇偶校验，各组的检错信息组成一个指误字，不仅能检测是否出错，而且在只有一位出错的情况下可指出是哪一位错，从而将该位自动的变反纠错。,10,2.循环校验码CRC,校验规则：让校验码能为某一约定代码所除尽。如果除的尽，表明代码正确；如果除不尽，余数将指明出错位所在位置。,11,光存储原理,4.5.1光存储部件,存储介质：光盘片,读/写部件：光头,（1）写入 将需要写入的数据调制成记录码，形成相应的写入脉冲序列，送入光盘驱动器。在驱动器中，写入脉冲经电流驱动电路变为电流信号，送入光头的半导体激光器。激光光速受写入数据代码的调制，转换为光斑的有无，来表示写入1/0,12,光存储原理,4.5.1光存储部件,（2）读出,读出时，激光器加较低的直流电压，输出一小功率的连续激光束。其功率约为写入时的10%，因此不会破坏光盘上已经写入的信息。读出光束也经透镜、分离器等，聚焦为光斑，扫描光盘。反射光分离后，经数据光检测器将光信号转变为电信号，即读出信号，译码出数据代码。,13,4.5.2光存储原理,光盘（高密度盘，Compact Disc，CD），采用聚焦的氢离子激光束处理记录介质的方法来存储和再生信息，因而又称激光光盘。,CD光盘的最大容量约为700MB，DVD盘片单面4.7GB，最多能刻录约4.38GB的数据。蓝光（BD）光盘则比较大。,14,光盘的记录原理,（1）只读型光盘 （2）可改写型光盘 （3）磁光型光盘,15,4.6.1高速缓冲存储器,1.地址映像 （1）直接映像 每个主存页面只能复制到某一固定的Cache页面中。 当访问主存时，给出的20位主存地址，其中由高11位给出主存页号，低9位给出页内地址。 为了实现与Cache间的地址映像和变换，将高11位进一步分为两部分：高7位给出主存组号，低4位为组内页号。 优点：硬件实现容易，成本很低 缺点：不够灵活，Cache块冲突概率很高,16,直接映像,7位,主存,Cache,0组,1组,127组,7位,4位,9位,主存页号,转换得到Cache地址,17,（2）全相联映像 主存的每一页可以映像到Cache的任何一页。 优点：页面冲突概率最低，Cache空间录用率最高 缺点：硬件比较逻辑的成本增加；不能直接从主存地址码中提取Cache页号 （3）组相联映像 分区分组分页 主存和Cache组数、页数相同 组间采用直接映像方式 组内采用全相联映像方式,18,组相联映像,位,主存,Cache,第0组,第1组,第3组,127组,127区,7位,2位,2位,9位,19,2.替换算法,（1）先进先出算法（FIFO） 按调入Cache的先后顺序决定淘汰的顺序； 淘汰最先调入Cache的页面 易实现，系统开销较小 （2）近期最少使用算法（LRU） 建立LRU目录，并记录页面调用情况； 淘汰最近一段时间内最久没有被使用或使用频率最低的页面 更合理，但系统开销较大,20,Cache的读写过程,（1）读操作 访存时，将主存地址送往主存，同时将主存地址送Cache，按所用映像方式从主存中提取或经过转换得到目标Cache地址。从Cache也中读取内容，并将相应的Cache标记与主存地址中的主存页标记进行比较，如果二者相同，则访问Cache命中，将读出数据送往访存源，不等主存的读操作结束，就可继续下一次访存操作。 如标记不符合，或按映像方式搜索完毕仍未找到相符的Cache标记，表明本次访问Cache失败，只能从主存中读取信息。,21,Cache的读写过程,（2）写操作 标志交换方式先暂时只写入Cache有关单元，并用标志予以注明，直到该页内容需从Cache中被替换出来时，才一次写入到主存对应页面。 写直达法每次写入Cache时也同时写入到对应的主存单元。,22,虚拟存储器,VM容量大大超过可以直接访问的主存，用户可在这个大空间内自由编程，不受主存容量限制，也不必考虑所编程序将来在主存中的实际位置。 可将主存和辅存地址空间统一编址，用户使用虚地址编程。程序和数据在操作系统管理下先送入辅存，然后自动将当前急需运行的部分调入主存。随程序执行的需要，自动按一定替换算法进行调换，将新的存储内容由辅存调入主存，将暂不运行部分由主存调入辅存,23,操作过程,执行程序时，按程序提供的虚地址访问主存。 存储管理硬件判断该地址内容是否在主存中。 若已调入主存，则通过地址变换机制，将程序中的虚地址转换为主存的实地址，据此访问主存的实际单元 若未调入主存，则使用缺页中断程序，以页为单位进行调入，以实现辅存和主存之间的内容更换 该过程对用户程序透明,24,页式虚拟存储器,将虚存空间与主存空间都划分 为若干大小相同的页 虚存虚页 主存实页,虚地址：高位段为虚页号 低位段为页内地址,页表：提供虚实地址变换依据 登记有关页面的控制信息,25,段式虚拟存储器,26,。段页式虚拟存储器,段页式虚拟存储器是段式虚拟存储器和页式虚拟存储器的结合。 它把程序按逻辑单位分段以后，再把每段分成固定大小的页。 程序对主存的调入调出是按页面进行的，但它又可以按段实现共享和保护，兼备页式和段式的优点。 缺点是在映象过程中需要多次查表。 在段页式虚拟存储系统中，每道程序是通过一个段表和一组页表来进行定位的。,27,。段页式虚拟存储器,段表中的每个表目对应一个段，每个表目有一个指向该段的页表起始地址及该段的控制保护信息。由页表指明该段各页在主存中的位置以及是否已装入、已修改等状态信息。 如果有多个用户在机器上运行，多道程序的每一道需要一个基号,由它指明该道程序的段表起始地址。 虚拟地址格式如下：,28,双端口存储器,双端口存储器是指同一个存储器具有两组相互独立的读写控制线路,是一种高速工作的存储器。 它提供了两个相互独立的端口，即左端口右端口。它们分别具有各自的地址线、数据线和控制线，可以对存储器中任何位置上的数据进行独立的存取操作。,29,第四章复习提纲,1.半导体存储器逻辑设计(地址分配、片选逻辑、框图)。,3.磁盘信息分布、寻址信息、指标(速度、容量)。,2. 动态刷新(定义、刷新方式)。,