第四章磁表面存储器

1、4.4磁表面存储器4.4.1 填空题1 磁表面存储器是以 作为记录信息的载体，对信息进行记录和读取的部件是 _答案：磁介质 磁头2 磁盘按盘片的组成材料分为 和 。前者一般使用塑料材质作为基片，单片使用。答案：软盘 硬盘3 硬盘一般由 盘片组成，将其组装在同一个轴上。答案：多个4 对磁盘亡存放信息的访问是通过它所在的 和 实现。答案：磁道号扇区号5 磁盘上由一系列同心圆组成的记录轨迹称为 ，最外圈的轨迹是第 道。答案：磁道 06 磁盘上访问信息的最小物理单位是 。答案：扇区7 磁盘上每个磁道被划分成若干个 ，其上面存储有 数量的数据。答案：扇区 相同8 磁盘格式化就是在磁盘上形成 和 的过程。

2、答案：磁道 扇区9 各磁道起始位置的标志是 标志。答案：索引10常用的磁记录方式有 、 和等。答案：归零制 不归零制 调相制 调频制11磁盘存储设备的主要技术指标包括存储密度、 和数据传输率等。答案： 存储容量 寻址时间12盘存储设备由 、软盘控制器和 _三部分组成。答案：软盘驱动器软磁盘13对活动头磁盘来讲， 磁盘地址是由 、_和组成的，每个区存储一个沿盘半径方向的磁道数称为 ，而磁道单位长度上记录的二进制代码的位数称为，两者总称为 。答案：记录面号 （磁头号 ）磁道号 （柱面号 ）扇区号 记录块 道密度 位密度存储密度14在磁盘的一个记录块中， 所有数据字都存放在 的单元中， 从而使读写整

3、个记录块所需的时间只包括一次 和一次 时间。答案：前后相继 找道 等待15硬磁盘机按盘片结构分成 与 两种；磁头分为 和 两种。答案：可换盘片式 固定盘片式可移动磁头 固定磁头16磁盘存储器是一种以 方式存取的存储器。答案：随机17半导体存储器的速度指标是 ，磁盘存储器的速度指标是 、和 其中 与磁盘的旋转速度有关。答案：存取时间和存取周期平均找道时间 平均等待时间 数据传输率 平均等待时间和数据传输率18评价磁记录方式的基本要素一般有 、 和 。答案：记录密度 同步能力 可靠性19温彻斯特磁盘是一种 磁头的 盘片的磁盘机，它将磁头、盘片、电机驱动部件、读写电路等组装成一个 的机电体化整体，成

4、为最有代表性的 存储器。答案： 可移动 固定 不可拆卸 硬磁盘20磁盘、磁带属于 存储器，特点是 大， 低，记录信息 ，但存取速度慢，因此在计算机系统中作为 存储器使用。答案：磁表面 存储容量 位价格 永久保存 辅助大容量21软磁盘和硬磁盘的 原理与 方式基本相同，但在 和上存在较大的差别。答案：存储 记录 结构 性能22填空：(1) 一个完整的磁盘存储器由 三部分组成。其中 又称磁盘机，它是独立于主机的一个完整设备， 通常是插在主机总线插槽中的一块电路板， 是存储信息的介质。(2) 驱动器的定位系统实现 ；主轴系统的作用是 ，数据控制系统的作用是控制数据的写入和读出，包括 等。(3) 磁盘控

5、制器有两个方向的接口：一个是与 的接口，与主机总线打交道，控制辅存与主机之间交换数据： 另一个是与 的接口， 根据主机命令控制磁盘驱动器操作。(4) 光盘的读写头即光学头比硬盘的磁头 ，光盘的定位速度 ，即寻道时间 ，光盘写入时盘片需旋转 3 圈，以分别实现 ，故光盘的速度 硬盘。答案：(1)驱动器、控制器和盘片驱动器控制器盘片(2) 快速精确的磁头定位带动盘片按额定转速稳定地旋转写电流控制、读出放大、数据分离寻址操作、磁头选择、(3)主机驱动器(4)大且重 低 长擦除、写入和检验低于23.按读写性质分只读型、一次型、重写型三类。MO 属于 型，DVD属于_型，CD-R 属于 型。答案：重写

6、只读一次24. 光盘是近年来发展起来的一种 设备，它是 不可缺少的没备。 按读写性质分，光盘分 型、 型、 型三类。答案：外存 多媒体计算机只读一次重写25. CDROM 中存储数据的基本单元是 ，由 98 个基本单元构成一个 。答案：帧扇区4.4.2 选择题1 软盘驱动器在寻找数据时 。A 盘片不动，磁头运动B 磁头不动，盘片运动C .盘片、磁头都运动D .盘片、磁头都不动答案： C2. 对于磁盘和磁带这两种磁表面介质来说，存取时间与存储单元的物理位置有关。其存取 方式而言， 。A .二者都是顺序存取的B 二者都是随机半顺序存取的C.磁盘是随机半顺序存取的，磁带是顺序存取的D .磁盘是顺序存

7、取，磁带是半顺序存取的答案： C3. 磁盘存储器的记录方式采用 。A .归零制B .不归零制C .改进的调频制D.调相制答案： C4. 具有自同步能力的记录方式是 。A . NRZ0B. NRZ1C. PMD. MFM答案： C 和 D5. 张3. 5英寸软盘的存储容量为 MB，每个扇区存储的固定数据是A. 1. 44MB， 512BB. 1MB， 1024BC. 2MB， 256BD. 1. 44MB， 512KB答案： A6. 磁盘存储器的等待时间通常是指 。A .磁盘旋转半周所需的时间B.磁盘转2/3周所需时间C .磁盘转1 /3周所需时间D.磁盘转一周所需时间答案： A7. 软磁盘、硬

8、磁盘、磁带机、光盘、固态盘属于 设备。A .远程通信B .外存储器C.内存储器D .人机界面的V0答案： B8. 磁盘驱动器向盘片磁层记录数据时采用 方式写入。A .并行B.串行C.并行-串行D .串行-并行答案： B9. 下列外存中，属于顺序存取存储器的是 A .软盘B .磁带C .硬盘D .光盘接口。答案： B10. 为了使设备相对独立， 磁盘控制器的功能全部转到设备中， 主机与设备间采用CESDlB.软盘转速高，存取速度快D.软盘是浮动磁头读写A . SCSIB .专用答案： A11 以下描述中基本概念正确的句子是A 硬盘转速高，存取速度快C 硬盘是接触式读写 答案： A12 下列说法中

9、正确的是 A 硬盘系统和软盘系统可分为固定磁头和可移动磁头两种B. 高数据传输率CD-ROM驱动器运行速度快，但要求很高的容错性和纠错能力C. 随着半导体集成电路的发展，外部设备在硬件系统的价格中所占比重越来越低D 在字符显示器中，点阵存储在VRAM 中答案： B 13在软盘存储器中，软盘适配器是 。A 软盘驱动器与 CPU 进行信息交换的通道口B 存储数据的介质设备C.将信号放大的设备D 抑制干扰的设备答案： A14下列各种操作时间中，不属于活动头硬盘存取时间的是 。A 寻道时间B 旋转延迟时间C 定位时间D 传送时间答案： C15.若磁盘的转速提高一倍，则 。A 平均存取时间减半B平均找道

10、时间减半C存储密度可以提高一倍D平均定位时间不变答案： D16活动头磁盘存储器的平均存驭时间是指 。A 最大找道时间加上最小找道时间B 平均找道时间C 平均找道时间加上平均等待时间D 平均等待时间答案： D17活动头磁盘存储器的找道时间通常是指 。A 最大找道时间B .最小找道时间C最大找道时间与最小找道时间的平均值D 最大找道时间与最小找道时间之和答案： C18. CD-ROM光盘是型光盘，可用作计算机的 存储器和数字化多媒体设备。A .重写，内B .只读，夕卜C .一次，外答案： B19用于笔记本电脑的外存储器是 。A 软磁盘B 硬磁盘C .固态盘D .光盘答案： C20. 一张CD-RO

11、M 光盘的存储容量可达 MB，相当于 多张1 . 44MB的3. 5英寸软盘。A 400 600B 600 400C 200 400D 400 200答案： B4.4.3 判断改错题1外存比内存的存储容量大，存取速度快。 答案：错。外存比内存的存储容量大，但存取速度慢。2内存与外存都能直接向 CPU 提供数据。答案：错。外存不能直接向 CPU 提供数据， CPU 需要数据时向主存发出请求，若主存中无此数据，由存储管理软件从辅存中调入，然后再提供给 CPU 。3选择正确的答案填空，对错误的答案作出解释。磁盘上的磁道是 。在磁盘存储器中查找时间是指 。活动头磁盘存储器的平均存取时间是指 。磁道长短

12、不同，其所存储的数据量 。(1) A .记录密度不同的同心圆B.记录密度相同的同心圆C .阿基米德螺线(2) A .磁头移动到要找的磁道的时间B .在磁道上找到扇区的时间C在扇区中找到数据块的时间(3) A .平均找道时间B .平均找道时间+平均等待时间C平均等待时间(4) A .相同B .长的容量大C短的容量大答案： (1)A(2)A(3)B(4)A(1) 在磁盘上的磁道和唱盘不同，是一圈圈的同心圆，磁盘上的每个磁道容量相同，因 此，每条磁道上的密度不同。(2) 在磁盘上存取数据时，地址由两部分组成：磁道和扇区。把磁头移动到要找的磁道 的时间称为查找时间，找到磁道后把要找的扇区转到磁头下所需

13、的时间称为等待时间。(3) 由(2)可知，查找一个磁盘地址所需时间包括两部分：查找时间和等待时间。这两个 时间不能惟一地确定， 与磁头上次的位置和磁盘上次旋转的位置有关， 因此其存取时间只能 用平均查找时间与平均等待时间的和来计量。4.4.4 简答题1 .简述主存和辅存的区别。答：考虑到计算机的性能价格比， 将存储器分为主存储器和辅助存储器两部分。 主存储 器通常采用半导体存储器， 用于存放正在运行的程序或数据， 它速度快但成本高； 辅助存储 器一般采用磁盘、磁带、光盘等，虽然速度较慢，但存储容量大、成本低。2. 试将硬盘、软盘、磁带、光盘等外存的访问时间、数据传输率按大小(或高低 )排序，

14、并列出各外存突出的优缺点、适用场合及共同的发展趋势。答：硬盘、软盘、磁带、光盘等外存的访问时间由少到多，数据传输率由高到低。突出的优点：硬盘速度快：光盘和软盘的盘片可更换：磁带容量大，便宜且可更换。适用场合：硬盘用于做主有的后援：光盘存资料、文献档案，支持多媒体技术；磁带 为海量后备：软盘用于输入输出传递及小容量备份。共同的发展趋势是提高容量和速度，降低价格，减小体积。3. 简述磁记录的方式。答：磁盘上常用的记录方式可分为归零制(RZ)、不归零制(NRZ )、调相制(PH)和调频制 (FH) 等多种类型。归零制(RZ)的特点：不论某存储单元的代码是0或是1，在记录下一个信息之前记录电流要恢复到

15、零电流。在给磁头线圈送入的脉冲电流中，正脉冲表示1，负脉冲表示 0。不归零制 (NRZ) 的特点：磁头线圈上始终有电流，不是正向电流就是反向电流，正向电流代表 1 ，反向电流代表 0。调相制(PH)记录方式的特点：在一个磁化元的中间位置，利用电流相位的变化实现写“ 1”或者写“ 0”，所以通过磁头中的电流方向一定要改变一次。调频制(FH)的特点：无路记录的代码是1还是0,或者是连续的1或连续的0,相邻的两个存储元交界处电流要改变方向。4. 试推导磁盘存储器读写一块信息所需总时间的公式。解：设读写一块信息所需总时间为Tb,平均找道时间为Ts,平均等待时间为Tl，读写一块信息的传输时间为Tm,则：

16、Tb=Ts+TL+Tm。假设磁盘以每秒 r转速率旋转，每条磁道容量为N个字，则数据传输率=rN个字/秒。又假设每块的字数为n,因而一旦读写头定位在该块始端，就能在 T。Tm(n / rN)秒传输完毕。Tl是磁盘旋转半周的时间，Tl=(1 / 2r)秒，由此可得： Tb=Ts+l / 2r+n / rN秒5. 简述CD-ROM光盘存储信息的原理。答：CD-ROM靠光盘表面的"凹坑”记录数字信息，凹坑端部的前沿和后沿代表1,凹坑和非凹坑平面代表 0。读CD-ROM时，光学头把聚集后的激光束射到光盘表面，利用反射光 读取数据信号。综合题1 .若某磁盘有两个记录面，每面80个磁道，每磁道18

17、扇区，每扇区存512字节，试计算该磁盘的容量为多少 ？解：磁盘容量为： 512B18 80 2=1440KB2. 若某磁盘平均寻道时间为20ms,数据传输速率为 2MB /s,控制器延迟为2ms,转速为5000转/分。试计算读写一个扇区(512个字节)的平均时间。解：平均旋转延时：0.5/5000=6ms传输时间：512B / 2MB / s=0.25ms平均访问时间：平均寻道时间+平均旋转延时+传输时间+控制器延时 =20+6+0.25+2=28.25ms3. 某硬盘有20个磁头，900个柱面，每柱面 46个扇区，每扇区可记录512B。试计算 该硬盘的容量。解：硬盘容量：0.5 20 900

18、 46=414 000KB=414MB4. 某双面磁盘，每面有 220道，己知磁盘转速 r=3000转/分，数据传输率为17 500B / s,求磁盘总容量。解：因为Dr = r Nr=3000转/分=50转/秒所以 N 二 Dr /r = (175000B/s) “(50/s)二 3500B磁盘总容量：3 500B2=1 540 000B5 .已知某磁盘存储器转速为2400转/分，每个记录面道数为200道，平均查找时间为60ms,每道存储容量为 96Kbit，求磁盘的存取时间与数据传输率。解：2400转/分=40转/秒平均等待时间：1/400.5=12.5(ms)磁盘存取时间=60ms+12

19、.5ms=72.5ms数据传输率 Dr=rN=40 96K=3 840Kbit / s6. 某双面磁盘每面有 220道，内层磁道周长 70cm ,位密度400位/ cm,转速3 000转/分， 问：(1) 磁盘存储容量是多少？(2)数据传输率是多少？解：(1)每道信息量=400bit/cm 70cm=28 000bit=3 500B每面信息量=3 500B220=770 000B磁盘总容量=770 000B2=1540 000B(2) 磁盘数据传输率(磁盘带宽)Dr=r*NN为每条磁道容量 N=3500Br为磁盘转速 r=3 000转/60s=50转/s所以 Dr=50/s 3 500B=17

20、5 OOOB/s7 .某磁盘组有4个盘片，5个记录面，每个记录面的内磁道直径为22cm，外磁道直径为33cm,最大位密度为1600bit / cm，道密度为80道/ cm，转速为3600转/分。(1) 磁盘组的总存储容量是多少位(非格式化容量)?(2) 最大数据传输率是多少？(3) 请提供一个表示磁盘信息地址的方案。解：(1) 总容量=每面容量 记录面数每面容量=某一磁道容量磁道数某磁道容量=磁道长本道位密度因此，最内磁道的容量 =1600bit /cm 22cm 3.14=110 528B /道磁道数=存储区域长道密度=(33-22)cm / 2 80道/cm=440道最后得该磁盘组的容量

21、=110 528B /道 440道 5=253 616 000B(2) 最大数据传输率二转速某磁道的容量=3 600r /60s 110 528B=6 631 680B / s(3) 磁盘地址由台号、盘面号、柱面号、扇区号构成，扇区中又以数据块进行组织。由上述计算看出：盘面有 5个，需3位，柱面有440个，需9位，扇区一般为9个，需要4 位地址，台号一般设 2位，故磁盘地址共由18位二进制构成。地址格式如下：1716 15764 30台号柱面(磁道)号盘面(磁头)号扇区号&某磁盘存储器转速为 3 000转/分，共有4个记录面，每毫米5道，每道记录信息为12 288 字节，最小磁道直径为

22、230mm ,共有275道。(1) 磁盘存储器的容量是多少 ？(2) 最高位密度与最低位密度是多少？(3 )磁盘数据传输率是多少 ？(4) 平均等待时间是多少？(5) 给出一个磁盘地址格式方案。解：(1) 每道记录信息容量=12 288字节 每个记录面信息容量 =27512 288字节共有4个记录面，所以磁盘存储器总容量为：4 275 12 288 字节=13 516 800 字节最高位密度D1按最小磁道半径 Ri计算(Rl=115mm)D1=12 288 字节/ 2 R117 字节/ mm最低位密度D 2按最大磁道半径 R2计算只2=尺 (275一 5)=115 55 =170mmD2 =1

23、2 288 字节 /2只2 : 11.5 字节 /mm(3) 磁盘传输率C=r x Nr=3 000/ 60=50 转/秒N=12 288字节(每道信息容量)C=r x N=5012 288=614 400 字节/秒(4) 平均等待时间=1 / 2r=1 / (2 50)=10ms(5) 假定只有一台磁盘存储器，所以可不考虑台号地址。有4个记录面，每个记录面有275个磁道。假定每个扇区记录1024个字节，则需要12288十1024字节:12个扇区。由此可得如下地址格式：146 54 30柱面(磁道)号盘面(磁头)号扇区号9有一台磁盘机，平均寻适时间为30ms,平均旋转等待时间为120ms,数据

24、传输速率为500B/ ms,磁盘机上随机存放着1000块每块3000B的数据。现欲把一块块数据取走，更新后再放回原地。假设一次取出或写入所需时间为：平均寻道时间+平均等待时间+数据传送时间。另外，使用 CPU更新信息所需时间为 4ms，并且更新时间同输入输出操作不相重叠。 试问：(1) 更新磁盘上全部数据需要多少时间？(2) 若磁盘饥旋转速度和数据传输率都提高一倍，更新全部数据需要多少时间？解：(1) 读出/写入1块数据所需时间=3000B十500B/ ms=6ms更新全部数据所需的时间=2 (平均寻道时间+平均等待时间+1000传送1块的时间)+1000 CPU 更新 1 块数据的时间=2(

25、30+120+10006)ms+1000 4ms=16300ms=16.3s(2) 磁盘机旋转速度提高一倍后，平均等待时间为60ms。数据传输率提高一倍后，数据传输速率为1000B / ms。读出/写入1块数据所需时间：3000B十1000B/ms=3ms更新全部数据所需的时间：2(30+60+1000 3)ms+1000 4ms=10180ms=10.18s10软盘驱动器使用双面双密度软盘，每面有80道，每道15扇区，每个扇区存储 512B。已知磁盘转速为 360转/分，假设找道时间为 1040ms。今在一个磁道上写入 4096B，平均 需要多少时间？最长时间是多少？解：每道存储容量 =15

26、 512B=7680B磁盘转速=360转/分=6转/秒数据传输率为：7680B 6转/秒=46080B/秒读出/写入1块数据所需时间为 512B十46080B/ms11.1 ms平均旋转等待时间 =1/6 1000ms 1/2：、83.3ms平均找道时间=(10+40)/2=25ms4096B 有 4096B - 512B=8 个数据块，写入 4096B 平均所需时间：' 83.3 ms+25ms+8 11.1 ms ： 197ms最大等待时间=1/61000ms 166.6ms最大找道时间=40ms4096B 有 4096B - 512B=8 个数据块，写入 4096B 所需最长时间

27、 :166.6ms+40ms+811.1 ms ： 296ms11 已知某软盘及驱动器的规格如下：单面，77道，4条控制磁道，73条数据磁道，每磁道26个扇区，128B/扇区，转速为360r/min，平均旋转等待时间 83ms平均找道时间17ms, 数据传输串256Kbit /s。问：(1) 一张软盘的数据存储容量约为多少字节？(2) 若把平均访问时间定为“平均查找时间+平均等待时间+1个扇区数据的传送时间”，则此软盘每个扇区的平均访问时间是多少？解：(1)数据的存储容量=数据磁道数 每磁道扇区数 每扇区字节数 =73 26 128B ： 242.9KB(2)每个扇医的平均访问时间 =平均查找

28、时间+平均等待时间+1个扇区数据的传送时 间。已知数据传输率是 256Kbit / s, 个扇区有128B，即128 8bit，故一个扇区数据的传 送时间=128 8/ (256 1024)=4ms，每个扇区的平均访问时间 =83+17+4 104ms12. 一台活动头磁盘机的盘片组共有 20个可用的盘面。每个盘面的存储区域外径18英寸, 内径10英寸，已知道密度为 100道/英寸，位密度为1000位/英寸(最内道)并假定各磁道 记录的信息位数相同。试问：(1) 盘片组总容量是多少兆(106 )位？(2) 若要求数据传输率为IMB /s,磁盘机转速每分钟应为多少转？解：(1)有效存储区域=(1

29、8 10)/2=4英寸内层磁道周长=2 3.14 5=31.4英寸每道的信息量=1000位/英寸31.4英寸=31400位海面的信息量=31400 100 4=12560000位盘片组总容量=12560000 20=251200000 位=251.2 兆磁盘每秒转速r=C / NC为磁盘数据传输率，C=1MB /sN为每条磁道容量，N=31400位r=C/N=10000008/31400 : 255 转/秒13. 一台有3个盘片的磁盘组，共有 4个记录面，转速为 7200转/分，盘面有效记录区域 的外径为30cm，内径为20cm，记录位密度为 250bit / mm ,磁道密度为8道/ mm

30、,盘面分 16个扇区，每扇区1024字节，设磁头移动速度为2rn/s。(1)试计算盘组的非格式化容量和格式化容量。计算该磁盘的数据传输率、平均寻道时间和平均旋转等待时间。(3) 若一个文件超出1个磁道容量，余下的部分是存于同一盘面上还是存于同一柱面上-请给出一个合理的磁盘地址方案。解：(1)磁盘的记录区域为(30 20)cm / 2=5cm磁盘的磁道数=5 10mm 8道/ mm=400道每道的非格式化容量 =20 10mm 3.14 250bit/mm=157000bit=19652B每道的格式化容量 =161024B / =16384B盘组的非格式化容量 =4 400 19625B=314

31、00000B=31.4M 盘组的格式化容量=4 400 16384B=26214400B ： 26.2M(2)磁盘的数据传输率 =16384B7200 转/ 60s=1966080B/ s”1.966M /s磁头移动 400 道的时间=50mm /2000mm/s=0.025s=25ms平均寻道时间=25ms / 2=12.5ms转一周的时间=60s/ 7200m8.3ms平均旋转等待时间:8.3ms/2=4.15ms(3) 若一个文件超出一个磁道容量，余下的部分是存于同一柱面上。磁盘地址方案如下：146 54 30磁道号(9位)面号(2位)扇区号(4位)选400个磁道选4个记录面选16个扇区

32、14. 设某磁盘有两个记录面，存储区内径为2.36英寸，外径为5英寸，道密度为1250TP1(磁道数/英寸)，内径处的位密度为 52 400bpi(位/英寸)，转速为2400rpm(转/分)。试问：(1 )每面有多少磁道，每磁道能存储多少字节？(2) 数据传输率是多少？(3) 设找道时间在10ms40ms之间，在一个磁道上写上 8000字节数据，平均需要多少时 间？解：(1) 每面磁道数N=道密度 (外径-内径)/2=1250道/英寸(5-2.36)英寸/2=1250 1.32=1650道C磁道=内圈周长 位密度=2.36 3.14英寸 52400位/英寸十848562字节设数据传输率为 V，

33、贝U V=C磁道 转速=48562字节 2400转/60s=1.94106B/s设读取数据所需的总时间为T ,平均找道时间为 TSEEK,旋转延迟为T ROTATE ,数据读取时间为TREAD，则Tseek = (10 40)ms/2 =25msTrotate 二(60s/ 2400) / 2 = 12.5ms6Tread =8 1024B/1.94 10 B/s： 4.2msT = TSeek Tread Trotate 二 25ms 12.5ms 4.2ms 二 41.7ms15. 磁带机有9个磁道，带长700m,带速2m/s,每个数据块1KB，块间间隔14mm。 若数据传输速率为128K

34、B / s。(1) 求记录位密度。(2) 若带首尾各空2m,求此带最大有效存储容量。解：(1)因为数机传输速率=记录位密度带速，所以记录位密度=数据传输速率/带速=128KB /s+ 2 1000mm / s=64B / mm(2) 传送一个数据块的时间 T=1024B/128000B/s=1/125s一个数据块的长度 L=V T=2m/s l/125s=0.016m块间隔 L1= 0.014m，数据块总数 =(700-4)/(L+L1)=696 /(0.016+0.014)=23200(块) 磁带存储器容量=23200 1KB=23.2MB16. 欲将10011101写入磁表面存储器，请分别画出以下各项的波形图：归零制、不归零制、 调相制、