第七章 外围设备 - 复件

1、第七章 外围设备n7.1 外围设备概述外围设备概述n7.2 磁盘存储设备磁盘存储设备n7.3 磁盘存储设备的技术发展磁盘存储设备的技术发展n7.5 光盘和磁光盘存储设备光盘和磁光盘存储设备外围设备的分类n计算机中除计算机中除CPU、主存外的设备称外围设备。、主存外的设备称外围设备。第七章 外围设备n7.1 外围设备概述外围设备概述n7.2 磁盘存储设备磁盘存储设备n7.3 磁盘存储设备的技术发展磁盘存储设备的技术发展n7.5 光盘和磁光盘存储设备光盘和磁光盘存储设备磁介存储器n硬盘硬盘n软盘软盘n磁带磁带硬盘n硬盘：在衬底涂有一层磁性材料的圆盘，衬底用铝合金或玻璃制硬盘：在衬底涂有一层磁性材料

2、的圆盘，衬底用铝合金或玻璃制成。成。n1968年年IBM公司提出了公司提出了“温彻斯特温彻斯特/Winchester”技术，探讨对技术，探讨对硬盘技术做重大改造的可能性。硬盘技术做重大改造的可能性。“温彻斯特温彻斯特”技术的精隋是：技术的精隋是：“密封、固定并高速旋转的镀磁盘片，磁头沿盘片径向移动，磁密封、固定并高速旋转的镀磁盘片，磁头沿盘片径向移动，磁头悬浮在高速转动的盘片上方，而不与盘片直接接触头悬浮在高速转动的盘片上方，而不与盘片直接接触”，这也是，这也是现代绝大多数硬盘的原型。现代绝大多数硬盘的原型。 （http:/ resistive,MR）传感器组成，）传感器组成，MR材料的电阻大

3、材料的电阻大小取决于在它下方运动的介质的磁化方向，检测通过小取决于在它下方运动的介质的磁化方向，检测通过MR材料材料的电流即可得到数据。的电流即可得到数据。MR磁头支持更高的存储密度和更快的磁头支持更高的存储密度和更快的操作速度。操作速度。感应式写/磁阻式读的磁头磁盘数据组织磁盘驱动器硬盘的动态特性硬盘的磁道格式低级格式化：创建磁道和扇区，标记每个扇区的起点和终点低级格式化：创建磁道和扇区，标记每个扇区的起点和终点高级格式化：清除硬盘上的数据、生成引导区信息、初始化高级格式化：清除硬盘上的数据、生成引导区信息、初始化FAT表、表、标注逻辑坏道标注逻辑坏道 （http:/ per inch)n位

4、密度：单位长度磁道能记录二进制位数位密度：单位长度磁道能记录二进制位数(bit per inch)n面密度：位密度面密度：位密度*道密度道密度n存储容量存储容量nC=nksnn:盘面数，盘面数，k:柱面数，柱面数，s：每磁道可记录的位数：每磁道可记录的位数n平均寻道时间平均寻道时间n数据传输率：单位时间硬盘向主机传送数据的位数数据传输率：单位时间硬盘向主机传送数据的位数n误码率：误码率：CRC校验检测误码校验检测误码硬盘访问速度n硬盘访问速度由磁头的寻道时间和盘片的转动速度决定。硬盘访问速度由磁头的寻道时间和盘片的转动速度决定。nTa：平均存取时间：平均存取时间nTs：平均寻道时间：平均寻道时

5、间nr：盘片旋转速度（转：盘片旋转速度（转/秒）秒）nb：传送的字节数：传送的字节数nN：每磁道字节数：每磁道字节数rNbrTsTa2110ms4.2ms硬盘的数据传输速率n单位时间内向主机传送的字节数称为数据传输速率。单位时间内向主机传送的字节数称为数据传输速率。n数据传输速率的决定因素有数据传输速率的决定因素有n硬盘与主机的接口逻辑硬盘与主机的接口逻辑n硬盘内磁盘的读写速度硬盘内磁盘的读写速度nDr=nN（n:转转/秒，秒，N：字节：字节/磁道）磁道）nDr=Dv（D：位密度，：位密度，V磁盘旋转的线速度）磁盘旋转的线速度）例题第七章 外围设备n7.1 外围设备概述外围设备概述n7.2 磁

6、盘存储设备磁盘存储设备n7.3 磁盘存储设备的技术发展磁盘存储设备的技术发展n7.5 光盘和磁光盘存储设备光盘和磁光盘存储设备硬盘cachen利用程序访问的局部性原理，在硬盘驱动器上设置利用程序访问的局部性原理，在硬盘驱动器上设置cache，暂存最近使用过的数据及其地址相邻的数据。，暂存最近使用过的数据及其地址相邻的数据。访问硬盘时，若命中访问硬盘时，若命中cache，则可直接从，则可直接从cache中获中获取数据，而不需要访问磁盘，大大提高访问速度。取数据，而不需要访问磁盘，大大提高访问速度。磁盘冗余阵列：RAIDnRedundant Array of Inexpensive（Indepen

7、dent） Disksn单硬盘的限制：容量、速度、安全单硬盘的限制：容量、速度、安全n多硬盘：容量？速度？安全？多硬盘：容量？速度？安全？n若一个磁盘有若一个磁盘有xGB容量，数据传输速率为容量，数据传输速率为yMB/snn个磁盘组合使用理论上可达到容量个磁盘组合使用理论上可达到容量nxGB，数据传输速率，数据传输速率nyMB/sn数据在不同磁盘上存储多个备份（冗余），可提高安全性。数据在不同磁盘上存储多个备份（冗余），可提高安全性。nRAID工业标准方案：工业标准方案：RAID 06nRAID0nRAID1nRAID5n非标准非标准RAID等级（产家自定义）等级（产家自定义）RAID0nRA

8、ID0：将连续的一块数据以：将连续的一块数据以条带条带为单位分布存储在为单位分布存储在多个硬盘上多个硬盘上(至少两个盘至少两个盘)n通过通过RAID控制卡（或控制软件），使得多个物理硬盘控制卡（或控制软件），使得多个物理硬盘被当成一个逻辑硬盘使用。被当成一个逻辑硬盘使用。RAID0阵列的数据映射RAID0特点n速度快：多个磁盘可并发操作（顺序读写？随速度快：多个磁盘可并发操作（顺序读写？随机读写？）机读写？）n安全性比单盘低：有一个磁盘损坏，其它磁盘安全性比单盘低：有一个磁盘损坏，其它磁盘上的数据全部无法使用上的数据全部无法使用RAID1n同一份数据存储在两个磁盘上同一份数据存储在两个磁盘上n

9、特点特点n读速率理想值为单盘的两倍读速率理想值为单盘的两倍n写速率与单盘一样写速率与单盘一样n安全性高安全性高RAID 0+1n以以RAID0的方式组织的方式组织n个磁盘，以个磁盘，以RAID1的方式复制的方式复制扩展新的扩展新的n个磁盘，构成一个个磁盘，构成一个2n个磁盘阵列个磁盘阵列n具有具有RAID0的快速性和的快速性和RAID1的安全性的安全性RAID5n同一同一”行行”有有n个条带，其中一个条带用于保存其余的个条带，其中一个条带用于保存其余的n-1个条带的奇偶校验值个条带的奇偶校验值RAID5特点n可并发读取多个盘的数据可并发读取多个盘的数据n写入写入A1的操作过程的操作过程n读读A

10、1,Apn分析写入的每一位值与分析写入的每一位值与A1对应位值是否相等，若不等，则对应位值是否相等，若不等，则Ap的相应位应该翻转的相应位应该翻转n写写A1,Apn写并发性较差，最优时同一时刻可并发写写并发性较差，最优时同一时刻可并发写n/2个条带个条带的数据，如的数据，如A1(disk0,3)，B2(disk1,2)n安全性：可容忍一个盘损坏安全性：可容忍一个盘损坏RAID参考资料nWilliam Stallings.计算机组织与体系结构（第计算机组织与体系结构（第7版）版）.清华大学出版社清华大学出版社.P143n/wiki/JBOD#Conca

11、tenation_.28JBOD_or_SPAN.29第七章 外围设备n7.1 外围设备概述外围设备概述n7.2 磁盘存储设备磁盘存储设备n7.3 磁盘存储设备的技术发展磁盘存储设备的技术发展n7.5 光盘和磁光盘存储设备光盘和磁光盘存储设备光盘存储器n光存储技术：利用激光在某种介质上写入信息，再利光存储技术：利用激光在某种介质上写入信息，再利用激光把这种信息读出的技术称为光存储技术。用激光把这种信息读出的技术称为光存储技术。n按存储方式和介质分类按存储方式和介质分类n形变型光盘：凹坑形变型光盘：凹坑/平坦平坦.检测激光反射率检测激光反射率n磁光型光盘：磁化单元，磁化方向，检测反射光线偏振方向

12、磁光型光盘：磁化单元，磁化方向，检测反射光线偏振方向n按读写功能分类按读写功能分类n只读型（只读型（CD-ROM）n只写一次型（只写一次型（CD-W）n可擦写型可擦写型(CD-RW)CD-ROM工作原理n制作：用精密聚焦的高强度激光束制造一个制作：用精密聚焦的高强度激光束制造一个母盘母盘，数字信息用树脂的形，数字信息用树脂的形变表示，以母盘为模板压印出复制品变表示，以母盘为模板压印出复制品n读取：激光在台和凹坑处的读取：激光在台和凹坑处的反射率反射率不同，可解码出数字信息不同，可解码出数字信息n为实现更大储存容量，光盘使用一条为实现更大储存容量，光盘使用一条螺旋渐近线螺旋渐近线组织信息（从中心

13、向外组织信息（从中心向外扩展），每个扇区长度相同，激光头以扩展），每个扇区长度相同，激光头以恒定线速度恒定线速度读取数据（读数据时读取数据（读数据时需要不断调整光盘旋转速度，扇区的定位需要更长的时间需要不断调整光盘旋转速度，扇区的定位需要更长的时间打印机电热式喷墨打印机（气泡式）n电热式随机喷墨方式则采用一种发热电阻。当电信号作用时, 它迅速产生热量, 使喷嘴底部的一薄层墨水, 在480以上的温度下保持百万分之几秒汽化, 随着汽化气泡的增大, 墨水从喷嘴喷出。当发热电阻冷却时, 气泡自行溃灭, 气泡溃灭时产生的吸力把新的墨水从储墨盒中吸到喷头, 等待下一步的工作。压电管型喷墨打印机n打印机的喷墨机构有3 个关键部件, 即压电管、墨水管道和喷嘴机构。喷嘴机构中可容纳数个乃至数十个喷嘴。n这种喷墨系统所使用的电压脉冲幅度, 一般在60200 V 之间, 具体数值取决于实际结构。生成墨滴的周期, 大约需要200s 左右。扫描器n扫描器的作用是把调制过的激光束反射到光导鼓上, 以形成字符或图形。电摄影转印系统n电摄影转印系统由光导体(也称硒鼓或光导鼓)、电晕放电装置、静电显影装置、定影装置等组成。光导体n光导体的基本特性是, 在暗的状态下为绝缘体