第8章辅助存储器.ppt

1、第八章辅助存储器，本章要点：外部存储器概括为磁记录原理和记录方式的硬盘存储器(硬盘)硬盘存储器，计算机中的存储器分为主存储器和辅助存储器两种。 主内存用于存储即时使用的程序和数据，要求访问速度快，通常由半导体内存构成。 辅助存储用于存储当前不需要立即使用的信息，并根据需要与主存储进行统一数据交换。 作为主存储的备份和补充，也称为外部存储，因为它是主机的外部设备。 辅助存储的特征是容量大、成本低、通常即使断电也能保存信息的“非易失性”存储，其中大部分在离线时也能保存信息。 辅助存储器的种类、磁表面存储器利用磁介质材料在盘表面的基体上形成记录介质，利用缠绕线圈的磁头和记录介质的相对运动读写信息。

2、光存储器由激光束在具有受光特性的表面上存储信息。 磁表面存储器的技术指标、存储密度磁道密度(TPI ) :磁盘半径方向的单位长度中包含的磁道数位密度(BPI ) :每1磁道的单位长度中能够记录的二进制信息数面密度：单位面积中能够存储的二进制信息量存储容量是磁表面存储器中能够存储的二进制信息的总量磁表面存储器的技术指标、地址时间盘的地址时间由寻道时间Ts等待时间Tw构成的磁带的地址时间：将磁带传送到记录区域的等待时间数据传送速率Dr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错误率磁性表面存储器通过磁头和记录介质的相对运动完成磁性记录介质的写入和读取：涂有薄层磁性材料的信息介质。 -

3、Fe2O3针状粒子材料-磁粉。 磁头：实现电-磁转换的装置。 数据写入：线圈中流过一定方向的电流。 数据读取：磁介质在磁头下等速运动。 写入：将二进制数字序列转换为介质表面的磁化单元序列。 读取：将介质上记录的磁化单元序列转换为电脉冲序列的过程。 读写原理、写入：记录介质等速通过磁头下方，在磁头线圈中流过一定方向和大小的电流，在介质上形成磁化手段。 电流方向不同，磁化方向也不同。 一个磁化方向为“0”，另一个磁化方向为“1”。 读取：如果记录介质等速通过磁头下方，则读取线圈感应电压，如果磁化方向不同，则感应电压不同，如果放大感应电压并整数化，则可以读取“0”或“1”。 磁记录方式(1)、磁记录

4、方式是编码方式。 将一系列二值数字信息按照某一规则转换为磁层对应的磁化反转形式，通过读写控制电路实现该转换规则。 一般方式是，当归零控制(RZ )具有自同步能力记录1时，电流沿正向流动，当记录0时，电流沿反向流动。 在记录两个消息位时，电流为零。 归零制(NRZ )记录1中电流正向流动，电流保持到下一个信息到来，记录0中电流反向流动，电流保持到下一个信息到来。 连续写入“1”或“0”时，写入电流的方向不变。 磁记录方式(2)在-1制(NRZ1)记录1时的电流不为零而改变极性，使磁记录层的磁化方向反转而记录0时，保持原来的写入电流和磁化强度的方向。 也称为一看到1就会反转的不复位零的制度。 调制

5、相位调制(PM，Phasic Model )具有自同步能力，并且也被称为相位编码(PE )。 在一个记录单元内，磁头线圈中的写入电流将记录信息0从负表示为正，将记录信息1从正表示为负。 两者的相位错开了180度。 如果在二进制信息之后出现两个连续的1个或2个连续的0，则在两个记录单元的边界处也发生反转，以保持规则。磁记录方式(3)、频率调制方式(FM、Frequency Model )所具有的自同步能力，在记录单元的开头不管是记录0还是1都改变电流方向，在产生反转的一个记录单元的中间点，在记录1时改变电流方向而产生反转，在记录0时这样，记录部1的频率是记录部0的频率的2倍。 改进型频率调制方式

6、(MFM )中，一旦在二进制信息中连续出现0，则该记录单元的边界反转1次。 其他情况下(0- 1，1-0，1-1 )，该记录单位的边界反转。 在一个记录单元的中间点，在记录1时改变电流方向而引起磁化反转，在记录0时不改变电流方向，不引起磁化反转。 图8.4磁记录方式的波形图(写入电流和磁化)中，读取信号的形成在记录介质等速通过磁头下时，磁性层的磁化变化时，在磁头的读取线圈中感应电压。 不归零方式(NRZ )不归零-1方式(NRZ1)频率调制方式(MFM )、图8.5的3种记录方式的磁化强度和读取信号波形、RLL码、RLL码： Run Length Limited Code-。 将原始数据序列转

7、换为0、1被限制的记录序列，编码规则：将输入二进制信息转换为0游程长度限制码- -任意两个相邻的1之间的0的最大比特数k和最小比特数d被限制的编码，然后，以1的变化不为0的方式进行调制和写入。 通过正确地修正k和d的值，可以获得优异的编码性能。 FM、PM等可以用RLL记述。 GCR代码、GCR代码：组编码记录组代码、RLL代码。 编码规则：将输入信息序列以4比特的长度分组，然后，根据转换规则将4比特的信息码转换为5比特的编码，最后，按照不将编码序列每变化1复位为0的规则调制。 见本表8-1。 另外，在记录方法的性能指标中，从自同步能力读取自单一磁道的脉冲序列中提取同步时钟脉冲是不容易的。 N

8、RZ、NRZ1没有自同步能力。 PM、FM、MFM、GCR和RLL码具有自同步能力。 编码效率使每个磁性层可存储的数据信息位反转。 位密度=最大磁化反转密度读出分辨率相对于磁记录系统的读出信号的分辨率。 磁盘、磁盘存储是计算机系统中最主要的外部存储设备。 硬盘存储器的种类可分为磁头的工作方式：移动磁头、磁盘存储器、固定磁头、磁盘存储器按磁盘是否可更换分类：可更换磁盘、固定磁盘存储器、磁盘的工作原理(1)、数据是盘表面的扇区和轨道黄色部分地段：由卡车组成的扇形表面。 蓝色部分的扇区包含固定数量的字节。 圆柱体：硬盘的各个磁盘面的相同编号的磁道构成圆柱体，磁盘的工作原理(2)，硬盘的低级格式：在磁

9、盘上建立扇区和磁道，各扇区的开始和结束部分被写入到磁盘上，通过这个处理硬盘高级格式：写入文件存储结构，例如将文件分配表写入扇区。 此过程允许硬盘保存文件。 硬盘的管理结构、容量：格式容量=磁头数*柱面数*每个扇区数*扇区的字节数转速目前分别达到7200r/min或9600r/min磁盘直径：5.25英寸、3.5英寸、2.5英寸、1.8 卡车密度40卡车/cm，内层位密度400位/cm，转速2400转/分，查询： 1，有多少汽缸？ 2 .磁盘组的总存储容量是多少？ 3、数据传输率是多少？ 4 .采用固定长度块记录格式，直接寻址的最小单位是什么？用寻址指令如何表示磁盘地址？ 5 .当文件长度超过一

10、个磁道的容量时，记录在同一存储面上，还是记录在同一气缸上，解： 1，可用存储区=33/2-22/2=16.5-11=5.5cm柱面数=道密度*可用区=40道/cm *5.5cm=。2 .内信道周长=3.14*22=69.08cm信道信息量N=400比特/cm*69.08cm=27632比特=3454B画面信息量=3454B*220=759880B盘组容量。 3454 b=40 * 3454=13816 b/s=13.492 k/s 4，最小单位为一个记录块(1个扇区)，其地址方式为5，能够记录在同一个圆筒上的盘的工作原理、盘的工作原理、RAID、廉价RAID被划分为等级0-7)，具有以下三个共

11、同特性的不同配置校正结构RAID是一组物理磁盘驱动器，在OS中被认为是单个逻辑驱动器： 数据分布在一组物理磁盘上，冗馀磁盘空间用于存储奇数奇偶校验信息，以便在磁盘损坏时恢复数据。 (RAID 0不支持此特性)、RAID 0、特性：无冗馀、无检查、无纠错。 主要用于高速数据传输和高速I/O请求。 磁盘0、磁盘1、磁盘2、磁盘3、00102030、0112131、0212232、03132333、RAID 0 Word 0Word 1Word 2Word 3以及阵列RAID 1是镜像磁盘阵列。 安全性高，但磁盘空间的使用率只有50%。 RAID 2、RAID 2和RAID 3均采用并行处理技术。

12、RAID 2是具有纠错汉明码的磁盘阵列。 还有，光盘0、光盘1、光盘2、光盘3、光盘0、光盘1、以及光盘2在大的数据量的传输上具有高性能，而在小的数据量的传输上是不利的。 RAID 3和RAID 3是使用奇偶校验代码和位交叉访问的磁盘阵列。 使用单个磁盘作为磁盘0、磁盘1、磁盘2、磁盘3、磁盘0和奇偶校验，而bi是字。 不利于小数据量，校正算法也需要时间。 RAID 4、RAID 4和RAID 5采用独立的存取技术。 独立的存取阵列可以并行处理个别I/O请求，因为每个成员磁碟的行为是独立的。 RAID 4是奇偶校验码与扇区交叉的磁盘阵列。 磁盘0、磁盘1、磁盘2、磁盘3、磁盘0、Bi是数据块，

13、P(b )是数据块奇偶校验，RAID 5、RAID 5是没有专用奇偶校验磁盘的奇偶磁盘阵列。 parity4812、0parity913、15parity14、2610parity、371115 Parity和RAID 5Blocks是一种在大数据量和小数据量之间进行读写方面具有极好性能的方法，RAID 6、RAID 6是块两个磁盘存储用于错误检测和冗馀代码纠错，即使发生双磁盘错误也可以保持数据的完整性和有效性，但在数据写入时，两次访问三个磁盘驱动器(一个磁盘和两个验证磁盘驱动器) 进行两个不同的奇偶校验校正运算。 磁盘0、磁盘1、磁盘2、磁盘3、磁盘4、磁盘5、04812、159p(1215

14、 )、26P(811)Q(1215 )、RAID 7 RAID 10(RAID 0 RAID 1)由数据块和镜像组成，是所有RAID中性能最高的磁盘阵列，但每次写入时必须写入两个相互镜像的磁盘，因此成本很高。 磁带存储、磁带机结构开放式起停磁带机数据流磁带机种类：1/2英寸开放式和1/4英寸盒式两种。 记录方式开式磁带数据流磁带CRC验证了磁带驱动器的发展方向、磁带和磁盘的差异，盒式磁带的记录介质是涂有磁粉的薄塑料磁带。 硬盘的磁记录介质是高精度的铝板或玻璃板。 在磁带上，读写某一点的信息需要快进或快退。 在硬盘中，磁头在磁带读取/写入时与磁带直接接触，磁带可以随机且迅速地读写某一时刻的信息。

15、 读取/写入硬盘时，磁头飞过磁盘，不接触磁盘。 磁带盒的磁带每秒移动约2英寸(约5.08cm )硬盘的磁盘每秒移动约3，000英寸(约170mph )。硬盘存储在与磁带相比信息相当小的磁性区域。 光盘存储、音频CD和CD-ROM都采用类似的技术，主要区别在于CD-ROM播放器更加牢固，有纠错设备保证数据从光盘正确传输到计算机。 由于当前正产生的各种密度CD-ROM通常其光道节距为1.6m，可记录宽度为32.55mm，所以光道为32550/1.6=20344。 轻轨的长度约为5.27km公里。 CD-ROM的额定线速度为1.2m/s(75扇区)，因此有5270/1.2/60=73.2分钟的播放时

16、间。 因为数据的传输速率为176.4KB/s秒，所以CD-ROM的容量为大约756.59MB(73.260176.4/1024 )。 光盘存储器的种类是只读型光盘(CD-ROM )或制造商预先写入，用户不能写入。 单写入型WORM(write once，read many )用户只能一次写入，可以多次读取。 可重写型可以反复读写。 采用光磁(M-O )可重写技术。 CD-ROM的数据传输速率：单倍速、倍速、4倍速、8倍速、10倍速、48倍速、52倍速。 单倍速=150KB/s，n倍速=n 150KB/s。 表示CD-ROM块格式、Sync :同步字符、开头块。 第一字节包括0，第二到第11字节包括完整1，第