【精品】asp基于bs网上计算机组成原理教学管理系统(开题报告+源代码+论文)
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计算机科学与工程学院 辅助存储器 辅助存储的结构、组成、分类 辅助存储器技术指标 磁记录原理与方法 2 一 . 存储器分类 主存储器存 存放立即使用的程序和数据，要求存取速度快，通常由半导体存储器构成。 辅助存储器 用于存放当前不需立即使用的信息，一旦需要，再和主存成批地交换数据。 它作为主存的后备和补充，是主机的外部设备，因此又称为外存储器 辅助存储器的特点是容量大，成本低，通常在断电后仍能保存信息，是“非易失性”存储器，其中大部分存储介质还能脱机保存信息。 3 二 . 辅助存储器的种类 磁表面存储器 磁表面存储器是将磁性材料沉积在盘片 (或带 )的基体上形成记录介质，并以绕有线圈的磁头与记录介质的相对运动来写入或读出信息。 数字式磁记录：硬盘、软盘、磁带 模拟式磁记录：录音机、录像机 光存储器 光存储器主要是光盘，它是利用激光束在具有感光特性的表面上存储信息的。 4 三 . 磁表面存储器的技术指标 存储密度 面密度：单位面积中存储的二进制信息量； 道密度：单位长度上存储的二进制信息量。 存储容量 格式化容量 非格式化容量 寻址时间 平均寻道时间 +平均等待时间 数据传输率 单位时间内从磁表面存储器所读 /写的信息量。 误码率、价格 5 存储密度 存储密度 是指单位长度或单位面积磁层表面所存储的二进制信息量。 对磁盘存储器用道密度和位密度表示，也可以用两者的乘积 面密度 表示。对磁带存储器，则主要用位密度表示。 磁道 指的是存储在介质表面上的信息的磁化轨迹。 对磁盘存储器，磁道是磁盘表面上的许多同心圆。 沿磁盘半径方向单位长度的磁道数称为 道密度 。道密度的单位是 道 /英寸 (或 道 /毫米 ( 6 存储密度 磁道具有一定的宽度，叫 道宽 。它取决于磁头的工作间隙长度及磁头定位精度等因素。为避免干扰，磁道与磁道之间需保持一定距离，相邻两条磁道中心线之间的距离叫 道距。 单位长度磁道所能记录二进制信息的位数叫 位密度 或线密度，单位是 位 /英寸 (或 位 /毫米 ( 在有多个盘片构成的盘组中，由处在同一半径的磁道组成的一个圆柱面，称为 柱面 。 对于磁带，其磁道是沿着磁带长度方向的直线，存储密度主要用位密度来衡量。 例如，常用磁带的记录密度有8001600250 7 存储容量 存储容量 指磁表面存储器所能存储的二进制信息总量。一般用 字节 为单位。 格式化容量：指按照某种特定的记录格式所能存储信息的总量，也就是用户真正可以使用的容量。 非格式化容量：是磁记录表面可以利用的磁化单元总数。 将磁盘存储器用于计算机系统中，必须首先进行格式化操作，然后才能供用户记录信息，格式化容量一般约为非格式化容量的 60%70%。 8 存储容量 柱面 磁头 基片：采用合金 0磁道 磁性材料 512 扇区柱面磁头容量9 寻址时间 磁盘存储器采取直接存取方式，寻址时间包括两部分： 磁头寻找目标磁道所需的找道时间 找到磁道以后，磁头等待所需要读写的区段旋转到它的下方所需要的等待时间 由于寻找磁道所需的时间不同，磁头等待不同区段所花的时间也不同，因此，取它们的平均值，称作 平均寻址时间 由 平均找道时间 2+(2 磁带存储器采取顺序存取方式，不需要寻找磁道，但需要考虑磁头寻找记录区的等待时间，寻址时间指的是磁带空转到磁头应访问记录区所在位置的时间。 10 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，叫 数据传输率 为确保主机与磁表面存储器之间传输信息不丢失，传输率与存储设备和主机接口逻辑两者有关。 从设备方面考虑，传输率等于记录密度 的乘积。 从主机接口逻辑考虑，应有足够快的传送速度接收 /发送信息，以便主机与辅存之间的传输正确无误。 11 误码率和价格 误码率： 误码率 等于从辅存读出时，出错信息位数和读出的总信息位数之比。 误码率是衡量磁表面存储器出错概率的参数。 价格： 通常用位价格来比较各种存储器。 位价格 是设备价格除以容量，在所有存储设备厂中，磁表面存储器和光盘存储器的位价格是很低的。 12 举例（习题 设磁盘组有 11个盘片，每片有 2个记录面；存储区域内直径 直径 密度为 1250层密度52400速为 2400： （ 1）共有多少存储面可用？共有多少柱面？ 共有可用存储面： 11 20（个） 共有柱面： (2 1250=1650（个） 13 举例（习题 设磁盘组有 11个盘片，每片有 2个记录面；存储区域内直径 直径 密度为 1250层密度52400速为 2400： （ 2）每个磁道存储多少字节？磁盘组总存储容量是多少？ 每道存储容量：( 52400)/8=)B) 磁盘组总存储容量： 20 1650=1564200(B) 14 举例（习题 设磁盘组有 11个盘片，每片有 2个记录面；存储区域内直径 直径 密度为 1250层密度52400速为 2400： （ 3）每扇区存储 2多少扇区？在寻址命令中如何表示磁盘地址？ 每磁道存储 扇区存储 2 每个磁道共有 24个扇区 磁盘组地址格式：盘面号 磁道号 扇区号 5位 11位 5位 15 举例（习题 设磁盘组有 11个盘片，每片有 2个记录面；存储区域内直径 直径 密度为 1250层密度52400速为 2400： （ 4）该磁盘的平均等待时间是多少？数据传输率是多少？ 平均等待时间：60/2400/2=s)=12.5( 数据传输率为 : 2400/60 896(KB/s)B/s) 16 举例（习题 设磁盘组有 11个盘片，每片有 2个记录面；存储区域内直径 直径 密度为 1250层密度52400速为 2400： （ 5）如果某文件长度超过了一个磁道的容量，应将它记录在同一个存储面上，还是记录在同一个柱面上？说明原因。 记录在同一柱面上。因为在找到某一磁道时，同时找到了同一柱面，连续信息记录在同一磁道，找道时间可以忽略，缩短了寻址时间。 17 四 . 磁记录原理 磁记录介质： 涂有薄层磁材料的信息载体。 磁头：实现电 过程：地址译码 寻址（地方） 加写电流和信息 读过程：磁头相对磁介质运动，产生感生电动势 放大、检波、整形等处理 串并转换 送主机 。 水平磁记录 18 四 . 磁记录原理 写入 过程：记录介质在磁头下匀速通过，磁头线圈中通入一定方向和大小的电流，则会在介质上形成一个磁化单元。电流方向不同，则磁化方向也不同。一个磁化方向规定为“ 0”，另一个磁化方向就规定为“ 1”。 读出 过程：记录介质在磁头下匀速通过时，读出线圈会感应出电压，磁化方向不同，则感应电压方向不同，对感应电压进行放大和整型，就可以读出“ 0”或“ 1”。 19 五 . 磁记录方式 磁记录方式是一种编码方式，是按某种规律将一串二进制数字信息变换成磁层的相应磁化翻转形式，并经过读写控制电路实现这种转换规律。 常见磁记录方式： 直接记录法 按位编码记录法 其他编码法 20 直接记录法 归零制（ 记录 1时电流正向流动，记录 0时电流反向流动。在记录 2个信息位之间有一段距离没有电流变化。 缺点： 原有信息对本次信息干扰，写入前须先去磁。 不归零制（ 记录 1时电流正向流动，电流保持到下一个信息到来，记录 0时电流反向流动，并保持到下一个信息到来。 特点： 见变就翻。 不归零 记录 1时电流改变极性，使磁记录层的磁化强度方向发生翻转；记录 0时保持原来的写电流和磁化强度方向。 特点： 见 1就翻。写电流的改变在位中间发生。 21 直接记录法波形图 0 0 1 1 0 1 0 1 2 按位编码记录法 调相制（ 每一位的中间位置由负到正记录信息 1，由正到负记录信息 0。两者的相位相差 180度。当出现连续 2个或 2个以上“ 1”或“ 0”时，在位单元交界处也翻转一次。 用于磁带。 0 0 1 1 0 1 0 1 数据 数据序列 写电流 23 按位编码记录法 调频制（ 位与位之间都要翻转；记录 1时，位中间翻转，记录 0时，位中间不翻转。 用于单密度磁盘 。 实现： 在数据中插入时钟信号，叠加后再以 0 0 1 1 0 1 0 1 数据 时钟 数据序列 记录序列 写电流 24 按位编码记录法 改进型调频制（ 记录 1时，位中间翻转，记录 0时，位中间不翻转； 当出现连续 2个或 2个以上“ 0”时，在位的交界处翻转一次。 用于双密度磁盘 。 实现： 在数据为连续两个或两个以上的零时，在起始时刻插入时钟信号。 0 0 1 1 0 1 0 1 数据 时钟 数据序列 记录序列 写电流 2T 2T T 5 将原始数据序列变换成 0、 1受限的记录序列，编码规则：把输入二进制信息变换成 0游程长度受限码 之间的 0的最大位数 后再用逢 1变化不归零制方式进行调制和写入。正确设计 k和 以获得优良的编码性能。 26 d， h; m， n; r) d 相邻“ 1”之间至少“ 0”的个数 h 相邻“ 1”之间最多“ 0”的个数 m 参加编码前数据序列的位数 m=1 按位编码 n 编码后记录序列的位数 m1 成组编码 r r=1 m， r1 m， n有 分组长度可变的成组编码 调相，调频 属于 (0， 1; 1， 2;1) 改进调频 属于 (1， 3; 1， 2; 1) ) 属于 (0， 2; 4， 5; 1) 3属于 (2， 11; 3， 6; 1) 27 (也是一种 编码规则： 把输入信息序列按 4位长度分组，然后按变换规则把 4位信息码变换成 5位编码，最后再把编码序列用逢 1变化不归零制规则调制。 见书 265页， 表 8 28 六 . 记录方式的性能指标 自同步能力 从单个磁道读出的脉冲序列中提取同步时钟脉冲的难易程度。 自同步能力 =最小磁化翻转间隔 /最大磁化翻转间隔 编码效率 每次磁层翻转所能存储的代码信息。 编码效率 =位密度 /最大磁化翻转密度 00%； 0%。 读出分辨率 磁记录系统对读出信号的分辨能力。 带宽、抗干扰能力等 29 七 . 硬磁盘存储器 根据磁头的工作方式分为： 移动头磁盘存储器 : 存取数据时，磁头在磁盘盘面上径向移动，磁头与盘面不接触，且随气流浮动，称为浮动磁头。 盘片的每面都有一个磁头。 固定头磁盘存储器 : 磁头位置固定，磁盘的每一个磁道都对应一个磁头，盘片也不可更换。 其特点是存取速度快。 省去了磁头沿盘片径向运动找道时间。 根据磁盘可换与否分为： 可换盘存储器 : 指磁盘不用时可以从驱动器中取出脱机保存。 这种磁盘可以在兼容的磁盘存储器间交换数据，由于可脱机保存故便于扩大存储容量。为了达到可靠地交换数据的目的磁盘的道密度要适当降低。 固定盘存储器 : 是指磁盘不能从驱动器中取出，更换时要把整个“头盘组合体”一起更换 30 七 . 硬磁盘存储器 磁盘驱动器 定位驱动机构：驱动磁头径向移动，以寻找磁道的位置。 由驱动部件和运载部件组成。 读写电路： 写入电路包括编码和写入驱动 读出电路包括译码和读放大器 磁头选择电路 31 七 . 硬磁盘存储器 磁盘控制器是主机与磁盘驱动器之间的接口，由于辅助存储器是快速的外部设备，它们与主机之间是成批交换数据的。 采用直接存储器存取 (制方式。 作为主机与驱动器之间交接部件的控制器，需要有 两个接口 ，一个是 与主机 的接口，控制辅存与主机总线之间交换数据，这是系统级接口 ;另一个是 与设备 的接口，根据主机的命令控制设备的操作，这称为设备级别接口。 32 七 . 硬磁盘存储器 接口： 驱动器只完成读写和放大，数据分离和以后的控制逻辑构成磁盘控制器。如 驱动器还要完成数据分离和编码译码操作。如增强型小型设备接口 要进一步完成串 /并转换，格式控制和 小型计算机系统接口 磁盘控制器接口 33 八 . 硬磁盘的新技术 利用 磁致电阻效应 (称 头能在高密度记录的情况下读出信号。 硬磁盘的新技术磁致电阻效应：将某些磁性材料放在磁场中，如果通以一恒定电流，当外加磁场改变时，该材料的电阻率也随之变化。 磁介质中记录的“ 1”或 “ 0”信号来提供“1”或 “ 0”)而变化，这样通过测量电压降便可读出磁介质中记录的信息。 34 八 . 硬磁盘的新技术 磁盘 为了减少存取时间，磁盘驱动器厂家采取了增加磁盘主轴转速，提高 I/进读 /写算法和采用磁盘 根据局部性原理，大多数磁盘驱动器中都使用了预读策略，在磁盘驱动器和 保证大量连续的视频或图像文件的显示。 可由 磁盘般由硬件和软件共同完成。 35 八 . 硬磁盘的新技术 廉价冗余磁盘阵列 （ 称 一种对多盘数据库设计的工业标准。 采用交叉存取技术实现并行存取数据，以提高数据的吞吐量。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。由于阵列中一部分磁盘存有冗余信息，一旦系统中某一磁盘失效，可以利用冗余信息重建用户数据。 根据所采用的容错技术、存取技术和纠错技术， 48 九 . 软盘 与硬盘结构上的不同 格式化容量 存储面数 磁道数 /面 扇区数 /磁道 字节数 /扇区 硬盘 软盘 转速高，存取速度快 转速低，存取速度慢 有固定头，固定盘 活动头，可换盘片 浮动磁头 接触式读写 价格贵，一般不能换盘片 价格低，盘片互换性好 49 九 . 软盘 软磁盘驱动器发展动向 盘径缩小趋向明显。目前微机使用 向薄型化发展。当前薄型 发展大容量光磁软盘驱动器。 13M(司的 2000 50 十 . 磁带存储器 磁带机的结构 开盘式启停磁带机 数据流磁带机 种类： 1/2英寸开盘式和 1/4英寸盒式 两种。 记录方式 开盘式磁带 数据流磁带 技术改进 向多样化，综合化和智能化方向发展 数据流磁带 螺旋扫描技术 51 十一 . 光盘存储器 应用激光在某种介质上写入信息，然后再利用激光读出信息的技术称为 光存储技术。 如果光存储使用的介质是磁性材料，亦即利用激光在磁记录介质上存储信息，就称为磁光存储。 光盘的分类 只读型光盘 ( 只写一次型光盘 ( 可擦写型光盘 光盘库 (光盘自动换盘机 ) 52 十一 . 光盘存储器 是一次性写入的刻录机有 于数据备份或娱乐。 是可擦写的刻录机，可刻录 光盘库 光盘架，存放光盘 15个光盘机 机械手 (换盘机构 ) 控制器 53 十二 . 光盘的读写原理 形变 对 激光束聚焦成直径小于 1其热作用，融化盘表面上的光存储介质薄膜，在薄膜上形成凹坑。 坑的边缘形成“ 1”，无坑的地方或坑底都是“ 0”。 读出时，凹坑边缘反射的光有变化，信息为“ 1”，平坦处 (坑底也是 )反射的光无变化，信息为“ 0”。 由于读出光束的功率只有写入光束功率的 1/10，因此不会融出新的凹坑。 相变 有些光存储介质在激光照射下，晶体结构会发生变化。利用介质处于晶态和非晶态区域的反射特性不同，而记录和读取信息的技术，称之为相变可重写技术( 54 十二 . 光盘的读写原理 磁光 (MO)存储 在一定温度下如果在磁记录介质的表面上加一概强度低于该介质矫顽力的磁场，则不会发生磁通翻转，也就不能记录信息。
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