第四讲 存储设备.ppt_第1页
第四讲 存储设备.ppt_第2页
第四讲 存储设备.ppt_第3页
第四讲 存储设备.ppt_第4页
第四讲 存储设备.ppt_第5页
已阅读5页,还剩51页未读 继续免费阅读

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

计算机及外设维修维护 汪凤麟联系方式QQ 18585600EMAIL learningwang Mobil第四讲存储设备 存储器的分类及工作原理半导体存储器磁存储器光存储器 存储器的分类及工作原理 存储器的分类及工作原理 半导体存储器 半导体存储器 DRAM SRAM 半导体存储器 DRAM 硬盘 半导体存储器 ROM用于存储固定数据 如BIOS等通常由生产厂商在出厂前通过专用设备写入 半导体存储器 固态盘存储器SSD SolidStateDisk 没有盘片 读写头 旋转机构 实际上是一种非易失性半导体存储器 起工作原理与内存有相似性 速度快 是普通磁盘的千倍以上成本问题 书上关于其成本高已经解决 三大体系 NOR EEPROM NAND EEPROM 半导体存储器 固态盘存储器 半导体存储器 固态盘存储器 半导体存储器 磁泡存储器主要用于某些特殊领域如航空航天信息处理系统中的大容量数据存储器 要求体积小 功耗低 高可靠 抗恶劣环境 主要有两种材料 铁氧体单晶片或石榴单晶片 铁 钴等与稀土金属Gd的合金非结晶膜 半导体存储器 电荷耦合器件存储器CCD Charge CoupledDevice 半导体器件利用大规模集成电路的工艺制造集成度高 功耗低 工作速度快数码摄影 摄像 半导体存储器 电荷耦合器件存储器 半导体存储器 电荷耦合器件存储器 半导体存储器 电荷耦合器件存储器 磁存储器 磁存储器 磁存储器的特点优点非易失性 可长期存储存储密度高 容量大R W速度快缺点机械部件易磨损存取速度较内存还是有几个数量级的差别功耗大 体积大 磁存储 磁存储原理属于磁表面存储器 以剩磁的状态表示信息 磁表面 在带状或圆片状的载体上涂敷一层薄磁性材料而成 其厚度一般在0 2 0 5微米之间 利用线圈制造磁场 让磁场在次表面上通过 然后在磁表面上留下磁筹 剩磁 读出来的时候就让线圈在磁筹上通过 通过切割磁力线 产生感应电流 从而把数据从磁表面上读出来 硬磁盘存储器 概述工作原理结构组成及工作原理接口硬磁盘适配器磁道格式硬磁盘存储器的发展 1概述 硬磁盘存储器是计算机系统的主要外存储器 世界第一台硬盘驱动器 HDD 是1956年问世的IBM350 它由五十片直径为24英寸的盘片组成 面密度为每平方英寸2KB 存储容量仅5MB 转速为1200转 min 磁头是静压式 工作时需要向盘组压人压缩空气 平均定位时间长达600毫秒 自那以后 硬盘驱动器经历了近40年的发展 技术取得了惊人的进步 硬盘从它诞生的第一天开始就作为计算机的外存储设备 目前尽管受到来自光盘和半导体盘的激烈竞争和挑战 但从数据存储速度和产品价格两方面比较 要把光盘从现在的70 80ms平均存取时间降到HDD现在已经达到的20ms左右的水平 要把现在几十倍于HDD价格的半导体盘降到现在HDD的价格水平 不是一件轻而易举的事 同时HDD的性能 价格比还在飞速提高 因此 HDD在计算机各类外存储设备的统治地位 至少短时期内不会改变 特点存储容量大随机存储数据速率高可靠性好分类按磁头的工作方式分类按磁盘的可换性分类按磁盘尺寸分类按磁层分类按盘片数目分类 硬盘内部结构 2工作原理 磁盘存储器的数据读 写是靠磁头和盘片来实现的 盘片是在圆形盘基表面上涂有一层磁介质而制成的 工作时盘片在主轴电机驱动下匀速旋转 读 写磁头浮动在盘片上 数据是按磁道分布的 盘片上的磁道从外缘向圆心 按0 N顺序编号 磁头通过磁头臂安装在滑动小车上 在驱动和定位机构控制下 磁头沿盘片径向作进 退运动 访问相应磁道 一般盘片的两面都有读 写磁头 多片盘的情况 各片盘上相同编号的磁道组成一个柱面 柱面的编号与磁道号相同 3结构组成及工作原理 磁盘驱动动器主要有盘片 或盘组 主轴驱动机构 磁头 磁头驱动和定位机构 读 写电路接口及控制电路等组成 温式盘的主要特点 1 把磁头 小车 导轨 主轴和盘片等封装在一个腔体内 制成一个整体组件 称之为HDA headdiskassembly 2 采用了质量轻 浮力小的磁头 采取了接触起停方式 又称CSS方式 contactstartstop 3 由于采用了接触起停的方式 磁头与盘面有磨擦 为了延长使用寿命 除了在主轴电机上装有制动机构 缩短停机摩擦过程外 盘面上还涂有一层润滑剂 使CSS的次数由原来的1000次提高到10000次以上 4接口 常用的控制器有4种 ST 506 ST 412接口ESDISCSIIDEEIDE 对IDE的扩展 5硬磁盘适配器 连接主板和硬盘的接口电路 6磁道格式 记录在盘面上的信息是串行排列在磁道上的 以字节为单位 一群相关的字节组成字节组 一系列字节组称为记录 一批相关的记录组成文件 盘面上的信息是遵循一定的规律安排的 并加上了寻址信息 不同类型的磁盘驱动器 由于基本结构上的区别 其寻址方式 磁道格式等都可能不同 就一般移动式磁头的磁盘驱动器而言 当要访问某一个记录时 磁头须从当前所处的磁道运动到指定的目标磁道 再等待被访问的记录块旋转到磁头下 所有盘面上的磁头是装在同一个小车上作同步运动的 也就是说 每一瞬间各盘面上的磁头均处于各自同一序号的磁道上 这些序号相同的磁道组成了一个柱面 与磁道编号一样 零磁道所在的柱面为零柱面 1号磁道所在的柱面为1号柱面 依次类推 7硬磁盘存储器的发展 硬磁盘驱动器的技术进步主要表现在下列几个方面 一 降低浮动磁头的高度60年代后 成功地研制了动压浮动磁头 这种磁头是利用盘片旋转时产生的气流而浮起的 浮动高度从20pm不断地降低到lOOnm 二 采用伺服定位 提高磁道密度最初的硬盘驱动器用油压机构来驱动和机械方法定位磁头 精度差 磁道密度仅为每英寸20道 后来磁头驱动改进为步进电机 直流伺服电机 音圈电机 磁头定位从简单的开环控制到闭环伺服盘控制 数据道的嵌入伺服 光伺服 技术的进步 使磁道密度不断提高 达到了每英寸5000道 甚至17000道 7硬磁盘存储器的发展 三 采用接触起停方式 CSS方式 和温彻斯特技术1973年开始采用CSS技术 1976年出现了用温彻斯特技术制成的硬盘驱动器 由于它的系列优点 把磁盘技术推进到一个新的阶段 四 采用磁阻磁头 MR磁头 提高面密度 为了提高磁记录密度 磁头技术是关键 传统的感应式磁头经历了从铁氧体磁头到MIG整体型磁头 到薄膜磁头 到MR感应薄膜磁头的发展过程 1990 1991年 IBM公司首次将MR磁头应用在磁盘驱动器上 MR磁头是利用磁致电阻效应的磁头 记录密度达到每平方英寸2000MB 目前 容量大于1GB的磁盘驱动器中普遍应用了MR磁头 IBM的扩充式磁组 MRX 磁头等技术使2 5英寸硬盘达到每盘面1 8GB的容量 1994年 又开发了利用旋阀效应 Spin Valve 的改进型巨磁阻效应磁头 GMR磁头 进一步提高了面密度 达到前所未有的每片3 38GB的容量 五 采用先进的通道信号处理技术从通信的观点看 磁记录通道相当于通信系统的信道 由于脉冲拥挤效应而使磁记录通道中的信号产生干扰 把通信技术中的PRML PartialResponseMaximumLikelihood 信号处理方法应用到数字磁记录产品中来是1984年开始的 理论和实践证明 PRML技术很适合于磁记录通道 与传统的 建立在RLLC码和峰值检测基础上的磁记录通道处理方法相比 记录密度有明显提高 1990年 PRMI 技术用到了硬盘驱动器上 与采用MR磁头同时 PRML信号处理方法 可以确保读出信号幅度 降低噪声 使硬盘驱动器的面密度和存储容量提高了30 50 数据传输率提高了30 40 PRML通道技术和MR磁头一起代表了当前大容量计算机磁存储读通道领域的主要技术 六 媒体和盘基的改进媒体的改进经历了涂布媒体 电镀媒体 溅射媒体的过程 盘基从铝合金 玻璃 陶瓷 塑料到碳的发展过程 随着计算机的微小型化 促使磁盘驱动器的微小型化 经历了盘径从14英寸 8英寸 5 25英寸 3 5英寸 2 5英寸 1 8英寸 1 3英寸 驱动器厚度从82mm 41mm 25 4mm 17mm的演变过程 七 驱动器速度的提高主要包括缩短磁头行程 提高主轴转速 扩充读 写控制电路的高速缓冲存储器的容量 改进接口技术 采用冗余磁盘阵列 RAID 等 平均存取时间从最早的600毫秒提高到目前的7 9毫秒 主轴转速从每分钟1200转提高到7200转 甚至12000转以上 数据传输率从每秒8 8KB提高到111MB 磁盘阵列技术 在计算机系统中 主机半导体器件和CPU性能提高得很快 但是I O速度和CPU速度的不匹配一直是高性能计算机长期面临的 日益严重的I O瓶颈问题 作为外存主要设备的磁盘驱动器 尽管在容量上和每Mb 兆位 价格上都有了明显的进步 但磁盘驱动器的平均访问时间 数据传输率等性能均受到盘片转动和磁头臂移动等机械动作的限制 单靠磁盘驱动器本身性能的改进 很难追综主机速度的提高 因此 主机与磁盘子系统之间的瓶颈问题必须要从结构上解决 磁盘阵列技术改变了构成大容量磁盘子系统的传统方法 用多台廉价的小温式磁盘驱动器组成磁盘阵列 将并行处理的控制技术应用到磁盘驱动器一级 改变了以往驱动器级的串行控制方式 一个磁盘阵列相当于一个大容量逻辑磁盘 用户数据按一定的方式分散在阵列中的各个物理磁盘驱动器上 磁盘阵列技术 磁盘阵列技术的优点 1 海量存储能力2 高可靠性3 并行处理能力4 便于维护 RAID容错技术 磁盘阵列是用多台廉价小型磁盘驱动器连接起来组成 个逻辑空间 阵列中的磁盘驱动器越多 故障的概率也越高 丢失数据的可能性就越大 所以没有磁盘冗余结构的阵列是不可靠的 为了提高磁盘阵列工作的可靠性 不得不牺牲阵列的部分容量和I O带宽 通常的作法是采用ECC错误检测和校正 额外增加奇偶校验盘 增加镜像盘 三者结合解决可靠性问题 六种容错结构 1 RAID 0级RAID 0级支持不带任何容错能力的数据分块 它具有最高的I O性能 但可靠性最差 2 RAID 1级RAID 1级使用数据分块 校验是用镜像方式 但采用扇区一级的镜像 它比单纯使用镜像盘的系统性能要好 它的缺点是对镜像的读写降低了由数据分块改善的I O性能 3 RAID 2级RAID 2级的校验方式是海明码方式 即采用海明码错误校验和位交叉技术 把数据按位交叉写到若干个磁盘上 海明码被编到每一个字符的位中 按位进行检查 需要有多个校验盘来检测和校正错误 不像镜像盘结构那样100 的冗余度 其系统冗余度为40 也就是说 对于一个有10个盘的小型阵列 至少需要4个校验盘 RAID 2级可以很好地满足具有大量顺序I O请求的计算以及超级计算 至于微机或服务器则并不适宜 4 RAID 3级RAID 3级采用位交叉 数据校验方式是奇偶校验方式 只用一个奇偶校验盘 同样 数据按位交叉写到几个磁盘上 用一个校验盘来识别一个数据错误 由控制器重构数据 如果校验盘损坏 可以重新计算校验位将其恢复到一个新盘上去 因为只需要一个校验盘 对于有10个盘的阵列 其系统冗余读为1 10 因此实际存储利用率比RAID 1和RAID 2高 成本也较低 但是有奇偶校验盘读写的瓶颈问题 5 RAID 6级RAID 6级是一种采用分块交叉技术和两个磁盘驱动器容错的磁盘阵列 由于它用两个磁盘驱动器存放检错 纠错冗余码 即使发生双盘出错的情况 仍能保证数据的完整性和有效性 所以 RAID 6有很高的数据可靠性 另外 RAID 6中数据和校验信息分块交叉存储在阵列中的各磁盘上 多个磁盘同时读写 I O传输率较高 但是 写性能比RAID 5差 因为每次写入数据时 要对三个驱动器访问两次 一个数据盘驱动器和两个校验盘驱动器 6 RAID 7级RAID 7用一个奇偶校验盘驱动器 阵列中的所有磁盘驱动器 包括奇偶校验盘驱动器同每一个主机接口 可能为多主机接口 间有独立的控制和数据通道 因此可以对每一个驱动器完全独立地进行访问 RAID 7的主要优点是速度快 它通过最小化访问次数 优化读 写请求 并用空间和时间局部性原则平滑集成单个用户的随机请求等 可获得近似主存的I O性能 数据传输能力随阵列中数据盘数量的增加而直线增加 7 RAID 10级RAID 10级采用分块技术和镜像存储 分块技术 使多个磁盘可并行读写 I 性能很高 镜像存储技术使得它的可靠性在所有磁盘阵列中是最高的 RAID 10实际上是RAID 1加上RAID 0 因此综合了RAID 1和RAID 0的优点 它的性能是所有RAID结构中最好的 缺点是每次写入数据时 要对两个互为镜像的磁盘进行写入操作 因此写代价比较高 4 EVENODD结构EVENODD结构是用两个冗余盘存放检错 纠错信息 是一种容双磁盘错的阵列结构 所以为最优冗余方案 光存储器 CD CompactDisk优点 存储密度高 数据传输率高 数据保存时间长 信息位价格低光盘及光盘驱动器的分类光盘存储原理光盘及光盘驱动器的主要参数光盘驱动器结构光盘的预格式化 1 光盘及光盘驱

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论