计算机组成与结构课件-第八章--辅助存储器

第八章第八章 辅助存储器辅助存储器w前言前言w8.1 辅助存储器的种类与技术指标辅助存储器的种类与技术指标w8.2 磁记录原理与记录方式磁记录原理与记录方式w8.3 硬磁盘存储器硬磁盘存储器w8.4 软磁盘存储器软磁盘存储器w8.5 光盘存储器光盘存储器w8.6 磁盘存储器与光盘存储器的比较磁盘存储器与光盘存储器的比较1前前 言言 按存放信息的不同存储器分为两种：按存放信息的不同存储器分为两种：主存储器和辅助存储器。主存储器用来主存储器和辅助存储器。主存储器用来存放存放CPU正在使用的数据和程序，辅助正在使用的数据和程序，辅助存储器用来放目前不使用的信息。存储器用来放目前不使用的信息。辅助存储器的辅助存储器的特点特点是：容量大，速是：容量大，速度较慢，成本低，断电后还能保存信息，度较慢，成本低，断电后还能保存信息，属于非易失性存储器。大部分辅助存储属于非易失性存储器。大部分辅助存储器脱机后还能保存信息。器脱机后还能保存信息。28.1 辅助存储器的种类与技术指标辅助存储器的种类与技术指标 8.1.1 辅助存储器的种类辅助存储器的种类 目前常用的辅助存储器主要有两类：目前常用的辅助存储器主要有两类：磁表面存储器和光存储器。磁表面存储器和光存储器。1、磁表面存储器、磁表面存储器 把磁性材料沉积在基体上形成记录介把磁性材料沉积在基体上形成记录介质，分两类：数字磁记录和模拟磁记录。质，分两类：数字磁记录和模拟磁记录。工作原理工作原理：磁性材料沉积在基体上形：磁性材料沉积在基体上形成记录介质，通过磁头与记录介质的相对成记录介质，通过磁头与记录介质的相对运动来读写信息。运动来读写信息。3优点优点：容量大，位价低容量大，位价低 记录介质可重复使用记录介质可重复使用 信息可长期保存甚至可脱机保存信息可长期保存甚至可脱机保存 非破坏性读出非破坏性读出缺点缺点：速度慢速度慢 对工作环境要求高对工作环境要求高 4 2、光存储器、光存储器 记录原理记录原理：用激光在具有感光特性：用激光在具有感光特性的介质上非接触地记录高密度信息，以的介质上非接触地记录高密度信息，以介质材料的光学性质的变化来表示介质材料的光学性质的变化来表示0或或1。优点优点：容量大。：容量大。缺点缺点：速度慢。：速度慢。5 8.1.2 辅助存储器的技术指标辅助存储器的技术指标 主要技术指标有存储密度、存储容量和主要技术指标有存储密度、存储容量和寻址时间。寻址时间。1、存储密度、存储密度 定义定义：单位长度或单位面积磁层表面：单位长度或单位面积磁层表面所存储的二进制信息量。对磁盘存储器来所存储的二进制信息量。对磁盘存储器来说可以用道密度或位密度来表示。说可以用道密度或位密度来表示。道密度道密度：沿磁盘半径方向单位长度的：沿磁盘半径方向单位长度的磁道数，单位是道磁道数，单位是道/英寸或道英寸或道/毫米。毫米。位密度位密度：单位长度磁道能记录的二进制：单位长度磁道能记录的二进制信息的位数，又叫线密度。单位是位信息的位数，又叫线密度。单位是位/英寸英寸或位或位/毫米。毫米。6 2、存储容量、存储容量 定义定义：存储器所能存储的二进制信息存储器所能存储的二进制信息总量。一般以字节为单位。总量。一般以字节为单位。磁盘存储器有格式化和非格式化两个磁盘存储器有格式化和非格式化两个容量，格式化容量指的是用户可以使用的容量，格式化容量指的是用户可以使用的容量，一般为非格式化容量的容量，一般为非格式化容量的80%。格式化格式化分高级格式化和低级格式化。分高级格式化和低级格式化。高级格式化高级格式化：清除硬盘上的数据，生清除硬盘上的数据，生成引导信息，初始化成引导信息，初始化FAT表，标注逻辑坏表，标注逻辑坏道等。道等。7 低级格式化低级格式化是将硬盘划分出柱面和磁是将硬盘划分出柱面和磁道，再将磁道划分为若干个扇区，每个扇道，再将磁道划分为若干个扇区，每个扇区又划分出标识部分区又划分出标识部分ID、间隔区和数据区、间隔区和数据区DATA等。等。低级格式化是高级格式化之前的一件低级格式化是高级格式化之前的一件工作，每块硬盘在出厂前都进行了低级格工作，每块硬盘在出厂前都进行了低级格式化。低级格式化是一种损耗性操作，对式化。低级格式化是一种损耗性操作，对硬盘寿命有一定的负面影响。硬盘寿命有一定的负面影响。8 三种文件系统：三种文件系统：FAT、FAT32和和NTFS。FAT：文件分配表（：文件分配表（File Allocation Table），是硬盘对其上文件分配管理的一），是硬盘对其上文件分配管理的一种系统，它记录着硬盘的容量，文件配置种系统，它记录着硬盘的容量，文件配置的情况，哪些扇区己被数据占用，哪些扇的情况，哪些扇区己被数据占用，哪些扇区没有被数据占用区没有被数据占用。FAT适用范围：适用范围：DOS、WIN3.X。WIN95使用的是扩展文件分配表使用的是扩展文件分配表(VFAT)，支持长文件名。支持长文件名。9 FAT32 FAT32支持的文件大小可以达支持的文件大小可以达到到4GB。FAT32支持的磁盘容量达到支持的磁盘容量达到2048GB，而，而FAT只能支持只能支持2GB的磁的磁盘大小。基于盘大小。基于FAT32的的Win 2000可可以支持分区最大为以支持分区最大为32GB。支持这一磁盘分区格式的操作支持这一磁盘分区格式的操作系统有系统有win 98和和win 2000、win XP，向下兼容。基于，向下兼容。基于FAT16的的Win 2000支持的分区最大为支持的分区最大为4GB。10 NTFS 新技术文件系统，新技术文件系统，NTFS支持文支持文件加密管理功能，可为用户提供更高件加密管理功能，可为用户提供更高层次的安全保证。层次的安全保证。NTFS可以支持的可以支持的文件大小可以达到文件大小可以达到64GB。支持支持NTFS的系统有的系统有win 2000、win NT和和win XP。NTFS可以支持的可以支持的分区大小可以达到分区大小可以达到2TB。11 3、寻址时间、寻址时间 磁盘存储器用直接存取方式，寻址磁盘存储器用直接存取方式，寻址时间包括两部分：磁头寻找目标磁道所需时间包括两部分：磁头寻找目标磁道所需的找道时间和找到磁道后磁头等待所需要的找道时间和找到磁道后磁头等待所需要读写的区段旋转到磁头下方的等待时间。读写的区段旋转到磁头下方的等待时间。平均寻址时间平均寻址时间=平均找道时间平均找道时间+平均等平均等待时间待时间 平均等待时间与磁盘转速有关，用磁平均等待时间与磁盘转速有关，用磁盘旋转一周所需时间的一半来表示。盘旋转一周所需时间的一半来表示。12 4、数据传输率（外部）、数据传输率（外部）定义定义：磁表面存储器的缓存在单位时磁表面存储器的缓存在单位时间内与主机之间传送数据的位数或字节数。间内与主机之间传送数据的位数或字节数。单位单位bps。硬盘内部数据传输率：磁头与硬盘硬盘内部数据传输率：磁头与硬盘cache之间的数据传输率。之间的数据传输率。5、误码率、误码率 衡量磁表面存储器的出错概率，等衡量磁表面存储器的出错概率，等于出错信息的位数和读出的总信息位数比。于出错信息的位数和读出的总信息位数比。13 例题例题1：某软盘有两个记录面，每面有：某软盘有两个记录面，每面有80个磁道，每个磁道分个磁道，每个磁道分15个扇区，每个扇区可记个扇区，每个扇区可记录录512字节的信息，转速为字节的信息，转速为360转每分，求此盘转每分，求此盘的容量及平均等待时间。的容量及平均等待时间。解：容量解：容量=512*15*80*2=1.2MB 旋转一圈需要的时间为旋转一圈需要的时间为1/360=0.167秒秒 平均等待时间为平均等待时间为0.167/2=83ms14盘片盘片15 例题例题2：磁盘组有：磁盘组有6片磁盘，每片有两个记片磁盘，每片有两个记录面，最上最下两面不用，存储区域内径录面，最上最下两面不用，存储区域内径22cm，外径，外径33cm，道密度为，道密度为40道道/cm，内层位，内层位密度为密度为400位位/cm，转速为，转速为2400转转/分，问：分，问：（1）共有多少个存储面可用？）共有多少个存储面可用？（2）共有多少柱面？）共有多少柱面？（3）盘组总容量是多少？）盘组总容量是多少？（4）数据传输率是多少？）数据传输率是多少？（5）采用定长数据块记录格式，直接寻址）采用定长数据块记录格式，直接寻址的最小单位是什么？寻址命令中如何表示磁盘的最小单位是什么？寻址命令中如何表示磁盘地址？（每扇区地址？（每扇区1KB）（6）如果某文件长度超过一个磁道的容量，）如果某文件长度超过一个磁道的容量，应将它记录在同一个存储面上还是同一个柱面应将它记录在同一个存储面上还是同一个柱面上？上？16 磁盘的数据传输率磁盘的数据传输率（内部数据传输（内部数据传输率）：磁头与硬盘率）：磁头与硬盘cache之间的数据传输之间的数据传输率率 Dr，取决于硬盘的转速和道容量。，取决于硬盘的转速和道容量。假设磁盘转数为假设磁盘转数为n转转/秒，每条磁道秒，每条磁道的容量为的容量为N个字节，则个字节，则Dr=n*N，单位字，单位字节节/秒。秒。172002年程序员试题年程序员试题w某某硬硬盘盘中中共共有有9个个盘盘片片，16个个记记录录面面，每每个个记记录录面面上上有有2100个个磁磁道道，每每个个磁磁道道分分为为64个个扇扇区区，每每扇扇区区为为512字字节节，则则该该硬硬盘盘的的存存储储容容量量为为 (58)。磁磁盘盘的的位位密密度度随随着着磁磁道道从从内内向向外外而而 (59)。w(58)A、590.6MB B、9225MB C、1050MB D、1101MBw (59)A、减少、减少 B、不变、不变 C、增加、增加 D、视磁盘而定视磁盘而定 CA182002年高程试题年高程试题w假设一个有假设一个有 3 个盘片的硬盘，共有个盘片的硬盘，共有 4 个记录面，个记录面，转速为转速为 7200 转转/分，盘面有效记录区域的外直径分，盘面有效记录区域的外直径为为 30cm，内直径为，内直径为 10cm，记录位密度为，记录位密度为 250位位/mm，磁道密度为，磁道密度为 8道道/mm，每磁道分，每磁道分16个扇区，个扇区，每扇区每扇区 512字节，则该硬盘的非格式化容量和格字节，则该硬盘的非格式化容量和格式化容量约为式化容量约为_(58)_，数据传输率约为，数据传输率约为_(59)_若一个文件超出一个磁道容量，剩下的若一个文件超出一个磁道容量，剩下的部分部分_(60)_。(58)A.120MB和和100MB B.30MB和和25MB C.60MB和和50MB D.22.5MB 和和 25MB (59)A.2356KB/s B.3534KB/s C.7069KB/s D.1178KB/s BD198.2 磁记录原理与记录方式磁记录原理与记录方式 8.2.1 磁记录原理磁记录原理 磁表面存储器通过磁头和记录介磁表面存储器通过磁头和记录介质的相对运动完成读写。质的相对运动完成读写。磁表面存储器中的信息的读写过磁表面存储器中的信息的读写过程是电和磁的相互转换过程。程是电和磁的相互转换过程。20 1、写、写 磁头线圈通一电流，磁头中将产磁头线圈通一电流，磁头中将产生磁场，在磁头前隙处磁力线通过磁生磁场，在磁头前隙处磁力线通过磁表面形成一个闭合回路，因此磁表面表面形成一个闭合回路，因此磁表面被磁化。当电流被撤走后，剩磁形成被磁化。当电流被撤走后，剩磁形成了磁化小区域，即电信号转化成了磁了磁化小区域，即电信号转化成了磁信号。信号。线圈中电流方向不同，则剩磁状线圈中电流方向不同，则剩磁状态不同，可用来记录态不同，可用来记录0或或1。21 2、读、读 磁表面和磁头之间相对运动，事先磁表面和磁头之间相对运动，事先被磁化了的区域经过磁头前隙时，磁力被磁化了的区域经过磁头前隙时，磁力线穿过磁头并被切割，磁头中的磁通发线穿过磁头并被切割，磁头中的磁通发生变化，线圈中产生感应电动势，磁通生变化，线圈中产生感应电动势，磁通正向增大时，磁头线圈中产生一个负的正向增大时，磁头线圈中产生一个负的电动势；磁通变小时则产生正的感应电电动势；磁通变小时则产生正的感应电动势，即产生负、正脉冲动势，即产生负、正脉冲磁信号转磁信号转换成电信号。换成电信号。2223 8.2.2 磁记录介质与磁头磁记录介质与磁头 1、磁记录介质、磁记录介质 磁记录介质指的是涂有薄层磁性材料的磁记录介质指的是涂有薄层磁性材料的信息载体。信息载体。根据记录介质的基体不同可分软性介质根据记录介质的基体不同可分软性介质和硬性介质。基底和磁性材料都会影响记录和硬性介质。基底和磁性材料都会影响记录介质的性能。介质的性能。常用的磁性介质是磁粉。不同的涂布工常用的磁性介质是磁粉。不同的涂布工艺方式（平涂工艺和甩涂工艺）产生的记录艺方式（平涂工艺和甩涂工艺）产生的记录介质的质量也不同。介质的质量也不同。24 2、磁头、磁头 磁头是实现电磁相互转换的装置。磁头是实现电磁相互转换的装置。Iw25 感应式磁头感应式磁头 采用电磁感应原理读记录信号。采用电磁感应原理读记录信号。按工作方式分为接触式磁头和浮动式磁头。按工作方式分为接触式磁头和浮动式磁头。接触式磁头：接触式磁头：磁头与记录介质直接接触。磁头与记录介质直接接触。浮动式磁头：浮动式磁头：介质高速运动时产生的气流介质高速运动时产生的气流在磁头与介质表面之间形成一层空气薄膜，在磁头与介质表面之间形成一层空气薄膜，使磁头与介质表面脱离接触。使磁头与介质表面脱离接触。MR磁头磁头 磁头利用磁致电阻效应可在高密度记录下磁头利用磁致电阻效应可在高密度记录下读出信息。专用于读出的磁头，不能写。读出信息。专用于读出的磁头，不能写。26 8.2.3 磁记录方式磁记录方式 定义定义：是一种编码方法，按某种规是一种编码方法，按某种规律将一串二进制数字信息变换成存储介质律将一串二进制数字信息变换成存储介质磁层的相应磁化翻转形式，并经读写控制磁层的相应磁化翻转形式，并经读写控制电路实现这种转换规律。电路实现这种转换规律。常用的编码方法有：常用的编码方法有：归零制归零制(RZ)不归零制不归零制(NRZ)见见1就翻的就翻的NRZ1 调相制调相制(PM)调频制调频制(FM)改进调频制改进调频制(MFM)278.3 硬磁盘存储器硬磁盘存储器 1956年美国年美国IBM公司研制出第一个商公司研制出第一个商品化的磁盘。品化的磁盘。磁盘基本知识磁盘基本知识：引导记录区（引导记录区（Root Record）：开机时）：开机时BIOS就会先去执行硬盘第就会先去执行硬盘第0面，第面，第0磁道，磁道，第第1扇区的引导记录区的程序，把有关硬扇区的引导记录区的程序，把有关硬盘内部的记录（磁柱面总数、扇区大小、盘内部的记录（磁柱面总数、扇区大小、FAT表、目录大小）和系统的基本数据表、目录大小）和系统的基本数据（COMMAND.COM，IO.SYS，MSDOSSYS）载入内存，完成开机启动的基本）载入内存，完成开机启动的基本操作操作。28 BIOS：Basic Input/output System的缩写，基本输入的缩写，基本输入/输出系统，输出系统，它是操作系统和硬件之间连接的桥它是操作系统和硬件之间连接的桥梁。是一个固件，即以硬件形式提梁。是一个固件，即以硬件形式提供的软件产品。供的软件产品。BIOS实质是一组程序而且包含实质是一组程序而且包含了一组缺省参数。了一组缺省参数。BIOSROMEPROME2 PROM29 CMOS：是一个能存储：是一个能存储128字节的芯片，字节的芯片，用来存放用来存放BIOS的初始参数的初始参数日期、时钟、日期、时钟、内存容量、显示设备类型等等。由内部电池内存容量、显示设备类型等等。由内部电池供电，断电后仍能保存信息。供电，断电后仍能保存信息。即即CMOS是一是一RAM，存储，存储BIOS设置程设置程序设置的一些参数。序设置的一些参数。30 BIOS是一组操纵计算机芯片的控制程序，是一组操纵计算机芯片的控制程序，是计算机最基本的操纵程序，任何操作系统是计算机最基本的操纵程序，任何操作系统都建立在其基础之上。都建立在其基础之上。BIOS程序包括自检及程序包括自检及初始化、硬件中断服务和初始化、硬件中断服务和BIOS设置。设置。1、自检及初始化、自检及初始化 （1）自检）自检 当电源接通后，系统硬件生成一条执行命当电源接通后，系统硬件生成一条执行命令，启动令，启动BIOS自检程序运行。对各硬件进行自检程序运行。对各硬件进行检测，如果发现故障，则以代码或响声来报检测，如果发现故障，则以代码或响声来报告。因为程序用汇编语言编写，所以不能用告。因为程序用汇编语言编写，所以不能用文字显示说明。文字显示说明。31 （2）初始化）初始化 通过检测通过检测CMOS RAM里的内容来识别系里的内容来识别系统的硬件配置，并根据这些配置信息进行初统的硬件配置，并根据这些配置信息进行初始化。始化。（3）系统自举）系统自举 BIOS完成自检和初始化后，将系统主引完成自检和初始化后，将系统主引导扇区的内容读到内存，并启动主引导程序。导扇区的内容读到内存，并启动主引导程序。2、硬件中断服务程序、硬件中断服务程序 操作系统与硬件打交道是通过中断服务程操作系统与硬件打交道是通过中断服务程序实现的，中断服务程序包括：磁盘中断服序实现的，中断服务程序包括：磁盘中断服务程序、通信中断服务程序、键盘中断服务务程序、通信中断服务程序、键盘中断服务程序、显示中断服务程序、打印中断服务程程序、显示中断服务程序、打印中断服务程序、磁道中断服务程序等等。序、磁道中断服务程序等等。32 3、BIOS设置设置 可进行日期、时间、硬盘驱动可进行日期、时间、硬盘驱动器参数、软盘驱动器参数、各芯片器参数、软盘驱动器参数、各芯片功能的启用和关闭等项。功能的启用和关闭等项。338.3.1 硬磁盘存储器的种类及基本结构硬磁盘存储器的种类及基本结构 硬磁盘存储器指的是记录介质为硬磁盘存储器指的是记录介质为硬质圆形盘片的辅助存储器系统。以硬质圆形盘片的辅助存储器系统。以铝合金为基底，上面涂有磁粉，采用铝合金为基底，上面涂有磁粉，采用甩涂工艺。甩涂工艺。1、根据磁头的工作方式分类、根据磁头的工作方式分类 可分成移动头磁盘存储器和固定可分成移动头磁盘存储器和固定头磁盘存储器。头磁盘存储器。固定头磁盘存储器中每一个磁道固定头磁盘存储器中每一个磁道都对应一个磁头，省去了找道时间。都对应一个磁头，省去了找道时间。34 2、根据磁盘可换与否分类、根据磁盘可换与否分类 可分成可换盘存储器与固定盘存储器。可分成可换盘存储器与固定盘存储器。可换盘存储器可换盘存储器是指磁盘不用时可以脱是指磁盘不用时可以脱机保存，如现用的软盘。机保存，如现用的软盘。固定盘存储器固定盘存储器是指磁盘不能从驱动器是指磁盘不能从驱动器中取出来，更换时要把整个头盘组合体一中取出来，更换时要把整个头盘组合体一起换。起换。温盘温盘是可移动磁头固定盘片的磁盘存是可移动磁头固定盘片的磁盘存储器，采用的温彻斯特技术。储器，采用的温彻斯特技术。35 3、硬磁盘的基本结构、硬磁盘的基本结构 硬盘由驱动器（硬盘由驱动器（HDD）和控制器）和控制器（HDC）组成。）组成。硬盘驱动器又称磁盘机或磁盘子系硬盘驱动器又称磁盘机或磁盘子系统，是独立于主机外的一个装置。统，是独立于主机外的一个装置。硬盘控制器一般指插在主机总线插硬盘控制器一般指插在主机总线插槽中的一块电路板，它的作用是接受主机槽中的一块电路板，它的作用是接受主机发送的命令和数据，并转换成驱动器的控发送的命令和数据，并转换成驱动器的控制命令和驱动器可以接受的数据格式，控制命令和驱动器可以接受的数据格式，控制驱动器的读写。制驱动器的读写。36硬盘基本结构硬盘基本结构37 8.3.2 HDD与与HDC 1、HDD HDD的主要组成部分是定位驱动系统、的主要组成部分是定位驱动系统、数据控制系统、主轴系统和盘组。数据控制系统、主轴系统和盘组。定位驱动系统定位驱动系统 是驱动磁头沿盘面径向位置运动以寻是驱动磁头沿盘面径向位置运动以寻找目标磁道位置的机构。由驱动部件和运找目标磁道位置的机构。由驱动部件和运载部件组成。载部件组成。目前目前HDD普遍采用音圈电机和伺服盘普遍采用音圈电机和伺服盘定位。音圈电机直接驱动磁头运动。定位。音圈电机直接驱动磁头运动。38 工作过程：工作过程：（1）位置检测电路检测出磁头当前位置位置检测电路检测出磁头当前位置 （2）控制器送来目标磁道位置控制器送来目标磁道位置 （3）逻辑电路求出目标位置与磁头当前位）逻辑电路求出目标位置与磁头当前位置的差值。置的差值。（4）模拟控制电路根据差值及磁头现在的）模拟控制电路根据差值及磁头现在的运行速度求出磁头运动方向和速度。运行速度求出磁头运动方向和速度。（5）功率放大器把信号放大为驱动磁头运）功率放大器把信号放大为驱动磁头运动的电流动的电流 （6）音圈电机推动小车到预定位置）音圈电机推动小车到预定位置39 主轴系统主轴系统 作用是安装盘片，并驱动他们以额定的作用是安装盘片，并驱动他们以额定的转速稳定旋转。转速稳定旋转。数据控制系统数据控制系统 作用是控制数据的读写。作用是控制数据的读写。（1）写入数据）写入数据 a、接收选头选址信号，并把硬盘地址信、接收选头选址信号，并把硬盘地址信号发到地址寄存器中号发到地址寄存器中 b、根据控制器发来的写命令及、根据控制器发来的写命令及CPU 中中DR的数据开始写入信息的数据开始写入信息 c、写电流由头选信号、写命令和文件保、写电流由头选信号、写命令和文件保护信号控制流入选定的磁头线圈护信号控制流入选定的磁头线圈 d、由检测电路检查是否有错误、由检测电路检查是否有错误40 （2）读出数据）读出数据 读出电路接收磁盘表面的磁通变化，作读出电路接收磁盘表面的磁通变化，作为磁头的激磁电压，即在磁头线圈内产生感为磁头的激磁电压，即在磁头线圈内产生感应电动势。应电动势。a、执行寻址操作并选择磁头、执行寻址操作并选择磁头 b、磁头读出信号送放大器、磁头读出信号送放大器 c、读放大器输出送译码电路、读放大器输出送译码电路 盘组盘组 由盘片组成，每个盘片有两个记录面，由盘片组成，每个盘片有两个记录面，但盘组的最上和最下两个记录面不用。但盘组的最上和最下两个记录面不用。41 2、HDC 硬盘控制器是主机与磁盘驱动器之间硬盘控制器是主机与磁盘驱动器之间的接口，与主机之间成批交换数据，采用的接口，与主机之间成批交换数据，采用DMA控制方式。控制方式。主机与驱动器之间的交接部件的控制主机与驱动器之间的交接部件的控制器有两个接口，一个是与主机之间的接口器有两个接口，一个是与主机之间的接口（系统级接口），另外一个是与设备的接（系统级接口），另外一个是与设备的接口。目前常见的系统级硬盘接口有二种，口。目前常见的系统级硬盘接口有二种，它们分别是它们分别是IDE接口、接口、SCSI接口接口。42 IDE即即Integrated Drive Electronics，它，它的本意是指把控制器与盘体集成在一起的硬的本意是指把控制器与盘体集成在一起的硬盘驱动器，我们常说的盘驱动器，我们常说的IDE接口，也叫接口，也叫ATA（Advanced Technology Attachment）接口。接口。SCSI(SmallComputerSystemInterface，小型计算机，小型计算机系统接口系统接口)原是一种广泛应用于小型机上的高原是一种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术，现在越来越多地出现在速数据传输技术，现在越来越多地出现在PC服务器上，服务器上，SCSI接口正在成为接口正在成为PC服务器的服务器的标准接口。速度快，转数高。磁盘标准接口。速度快，转数高。磁盘cache容量容量大。大。438.3.3 磁盘上信息的分布磁盘上信息的分布 磁道的编址由外向内依次编号，从磁道的编址由外向内依次编号，从零开始，最里面一个磁道内的圆面积不零开始，最里面一个磁道内的圆面积不用来记录信息。扇区号从用来记录信息。扇区号从1开始，可连开始，可连续编号，也可以间隔编号。记录面的面续编号，也可以间隔编号。记录面的面号从号从0开始。开始。所以磁盘地址由记录面号、磁道号所以磁盘地址由记录面号、磁道号和扇区号组成。和扇区号组成。448.3.4 磁盘磁盘cache 1、基本概念、基本概念 主存与磁盘的读取速度差距太大，主存与磁盘的读取速度差距太大，为弥补主存与磁盘之间的速度差距可为弥补主存与磁盘之间的速度差距可采用增加磁盘主轴转速、提高采用增加磁盘主轴转速、提高I/O总总线速度、采用磁盘线速度、采用磁盘cache等方法。等方法。磁盘磁盘cache就是为了弥补主存与就是为了弥补主存与磁盘之间的速度差距。磁盘之间的速度差距。45 2、磁盘、磁盘cache的工作原理的工作原理 cache行：磁盘行：磁盘cache中一些数据块组中一些数据块组成的一个基本单位称为成的一个基本单位称为cache行。行。缓存是硬盘与外部总线交换数据的场缓存是硬盘与外部总线交换数据的场所。硬盘的读数据的过程是将磁信号转化所。硬盘的读数据的过程是将磁信号转化为电信号后，通过缓存一次次地填充与清为电信号后，通过缓存一次次地填充与清空，再填充，再清空，一步步按照空，再填充，再清空，一步步按照PCI总总线的周期送出，可见，缓存的作用是相当线的周期送出，可见，缓存的作用是相当重要的。在接口技术已经发展到一个相对重要的。在接口技术已经发展到一个相对成熟的阶段的时候，缓存的大小与速度是成熟的阶段的时候，缓存的大小与速度是直接关系到硬盘的传输速度的重要因素。直接关系到硬盘的传输速度的重要因素。46 目前主流硬盘的缓存主要有目前主流硬盘的缓存主要有512KB和和2MB等几种。其类型一般是等几种。其类型一般是EDO DRAM或或SDRAM，目前一般以，目前一般以SDRAM为主。根据写为主。根据写入方式的不同，有写通式和回写式两种。写入方式的不同，有写通式和回写式两种。写通式在读硬盘数据时，系统先检查请求指令，通式在读硬盘数据时，系统先检查请求指令，看看所要的数据是否在缓存中，如果在的话看看所要的数据是否在缓存中，如果在的话就由缓存送出响应的数据，这个过程称为命就由缓存送出响应的数据，这个过程称为命中。这样系统就不必访问硬盘中的数据，由中。这样系统就不必访问硬盘中的数据，由于于SDRAM的速度比磁介质快很多，因此也就的速度比磁介质快很多，因此也就加快了数据传输的速度。回写式就是在写入加快了数据传输的速度。回写式就是在写入硬盘数据时也在缓存中写，如果找到就由缓硬盘数据时也在缓存中写，如果找到就由缓存就数据写入盘中，现在的多数硬盘都是采存就数据写入盘中，现在的多数硬盘都是采用的回写式硬盘，这样就大大提高了性能。用的回写式硬盘，这样就大大提高了性能。47 8.3.5 磁盘阵列存储器磁盘阵列存储器 廉价冗余磁盘阵列（廉价冗余磁盘阵列（RAID）是用多）是用多台磁盘储存器组成的大容量外存储子系统。台磁盘储存器组成的大容量外存储子系统。由美国加州大学伯克利分校提出。由美国加州大学伯克利分校提出。最初的研制磁盘，以目的是为了组合小的最初的研制磁盘，以目的是为了组合小的廉价磁盘来代替大的昂贵降低大批量数据廉价磁盘来代替大的昂贵降低大批量数据存储的费用，同时也希望采用冗余信息的存储的费用，同时也希望采用冗余信息的方式，使得磁盘失效时不会使对数据的访方式，使得磁盘失效时不会使对数据的访问受损失，从而开发出一定水平的数据保问受损失，从而开发出一定水平的数据保护技术，并且能适当的提升数据传输速度。护技术，并且能适当的提升数据传输速度。48 1、RAID原因原因 （1）CPU速度增长幅度远远超过磁速度增长幅度远远超过磁盘驱动器数据传输率的增长。盘驱动器数据传输率的增长。（2）小盘径磁盘比大盘径磁盘成本）小盘径磁盘比大盘径磁盘成本低，功耗低。低，功耗低。（3）数据的可靠性高。）数据的可靠性高。49 2、RAID的工作原理的工作原理 RAID按照实现原理的不同分为不同的按照实现原理的不同分为不同的级别，不同的级别之间工作模式是有区别级别，不同的级别之间工作模式是有区别的。整个的的。整个的RAID结构是一些磁盘结构，通结构是一些磁盘结构，通过对磁盘进行组合达到提高效率，减少错过对磁盘进行组合达到提高效率，减少错误的目的。误的目的。3、RAID 的实现的实现 RAID实现有两种方法，一种是用专实现有两种方法，一种是用专门的控制芯片来完成，控制芯片可以做成门的控制芯片来完成，控制芯片可以做成RAID卡的形式，也可以集成在主板上。另卡的形式，也可以集成在主板上。另一种方法是用软件的方法来实现，比如一种方法是用软件的方法来实现，比如WIN2000就含有软件就含有软件RAID的功能。的功能。508.3.6 硬磁盘驱动器的发展动向硬磁盘驱动器的发展动向 容量几乎每年翻一倍，采用的措容量几乎每年翻一倍，采用的措施是提高记录密度和增加内装盘片数施是提高记录密度和增加内装盘片数量。量。发展动向：微型化、轻量化、大发展动向：微型化、轻量化、大容量、速度快、供耗小、成本低。容量、速度快、供耗小、成本低。518.3.7 硬盘参数硬盘参数 1、容量 2、转数（转/分）3、磁盘cache528.4 软磁盘存储器软磁盘存储器 8.4.1 概述概述 软磁盘的基体是用柔性材料制造的，所以称为软磁盘，简称软盘（floppy disk）。一、与硬盘比较 同：（1）存储原理（2）记录方式 异：（1）转速低（2）接触磁头（3）成本低53 二、种类 按盘径大小分 1.8英寸、2.5英寸、3.5英寸、5.25英寸、8英寸。三、盘片 索引孔作用：检测盘片的转速和划分盘片的区段。四、软盘组成 软盘由三个部分组成：软盘驱动器、软盘控制器与盘片。其中驱动器分为驱动机构、定位机构、磁头和读写电路四个部分。54 软盘驱动器（软驱）是一个相对独立的装置，软盘控制器是插在主机总线槽中的接口板，作用是完成主机与软盘驱动器之间数据的传输与控制。目前使用较多的是1.44MB、3.5英寸的软盘片。高端电脑开始告别软盘，用U盘（闪盘）替代。55 8.4.2 软磁盘片软磁盘片 基体是聚酯薄膜，磁粉氧化铁。8.4.3 软磁盘的记录格式软磁盘的记录格式 记录格式指的是磁盘表面上信息的存储格式。目前常用软分段格式。56 8.4.4 其他移动辅存其他移动辅存 即插即用，可用USB接口。USB：通用串行总线（Universal Serial Bus）的缩写，Windows 98及以上版本的操作系统都内置了对USB接口的支持。1、移动硬盘 容量较大，可达80G。2、U盘（闪盘）U盘容量较小，目前常用64M、128M。578.5 光盘存储器光盘存储器 光盘指的是用激光技术进行读写的存储器。8.5.1 光盘种类光盘种类 按性能和用途来分，光盘可分为三类：1、只读型光盘 具有ROM特性，只读不能写。2、只写一次型光盘 只能写一次，写人后不能修改。3、可擦写型光盘 可以重复读写。588.5.2 光盘的读写原理光盘的读写原理 根据激光束及反射光的强弱不同完成信息的读写，记录原理有形变、相变和磁光存储等。1、形变 写：激光束聚焦成微小光点，以其热作用，融化盘表面上的介质，在其上形成小洞，有小洞的地方表示信息1，无则表示信息0。读：有小洞和无小洞的介质表面对光的反射强度不同，因为读出光束的功率低，所以读的时候不会打出新的小洞。59 2、相变 光存储介质在光照下，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来记录或读出信息。3、磁光存储（MO）利用激光在磁性薄膜上产生磁效应来记录信息。608.6 磁盘存储器与光盘存储器的比较磁盘存储器与光盘存储器的比较 两种存储器的记录原理、组成部分等方面都是相同的。在计算机中它们各有自己的特点与功能。1、硬盘驱动器 容量大、数据传输率高、等待时间短。2、软盘驱动器 容量小、数据传输率低、平均寻址时间长。61 3、光盘驱动器 存储密度高、容量大、价格低。但是光盘与主机的速度不匹配所以不能作为中间存储器，即不能替代硬盘。62 作业：作业：8.5 请写清楚单位 8.963个人观点供参考，欢迎讨论！