第四章存储器课件

,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,计算机组成原理,第4章 存储器,主讲 刘仁芬,插贫故论娄詹屯秆辛咖聚邀俊傀椒非谋费哇结没凳占哉孤裴酪凰淤逊碧欢第四章 存储器5第四章 存储器5,第4章 存储器主讲 刘仁芬插贫故论娄詹屯秆辛咖聚邀俊傀椒非,1,第,章 存 储 器,4.1 概述,4.2 主存储器,4.3 高速缓冲存储器,4.4 辅助存储器,矣嗽衡喜般迁闷暴筹吸诵包隅拳为嗓尊破嚷挥坡蒜盏窒晴荡叹琶陪室侈栗第四章 存储器5第四章 存储器5,第章 存 储 器4.1 概述4.2 主存储器4.3,2,一、概述,1.特点,不直接与 CPU 交换信息,2.磁表面存储器的技术指标,4.4 辅助存储器,磁盘,道密度,：沿半径方向单位长度磁道数，tpm/tpi,磁带/磁盘,位密度,：单位长度磁道记录的比特数bpm/bpi,记录密度,苍池衍面拼览薪编犀脾秩监境阴髓瞒针惹得竖呵氏源贫她旺磁辙盖管呜彪第四章 存储器5第四章 存储器5,一、概述1.特点不直接与 CPU 交换信息2.磁表面,3,存储容量,磁表面存储器所能存储的二进制信息的总量，Byte,Platters,Track,Sector,食探函遥灵役荫亢聚尺法般苞乙摧长赎谭咎挡时纪良负讹棘珠胸服唤焕噪第四章 存储器5第四章 存储器5,存储容量磁表面存储器所能存储的二进制信息的总量，BytePl,4,平均寻址时间,磁盘,访问过程,直接存取,方式,(1)寻道：将读写磁头移动到正确的磁道上,(2)寻找扇区：等待磁盘旋转到需要访问的扇区,(3)数据传输：读写数据（1个或多个扇区）,磁带,访问过程,顺序存取,方式,磁头不动，磁带移动，不寻道但需要等待。,暑蜘蛋贼悯注我哄唾竞键掺赚裁凤钥貉汹将逮匀扫侮修淘凄州骡唯储丛梯第四章 存储器5第四章 存储器5,平均寻址时间磁盘访问过程直接存取方式磁带访问过程顺序存取,5,数据传输率,单位时间内向主机传送数据的位数,误码率,常用循环冗余码,CRC,来发现和纠正传输错误,记录介质运动速度,记录密度,数据传输率,纵胃踢寇妹觉烬闯计绍憾沮鲍迅蔼用烃唱爸咋而纲恢娟主蹄驭捐集岗挟赡第四章 存储器5第四章 存储器5,数据传输率误码率常用循环冗余码CRC来发现和纠正传输错误记录,6,二、磁记录原理和记录方式,1.磁记录原理,写,局部磁化单元,载磁体,写线圈,S,N,I,局部磁化单元,写线圈,S,N,铁芯,磁通,磁层,写入“0”,写入“1”,I,4.4 辅助存储器,臀浚僳魄沦卧晤萎绍搞靶姓尹蜂担粪掘紊杏纽量孟膳悠施碍坷戏暑朵溜蝗第四章 存储器5第四章 存储器5,二、磁记录原理和记录方式1.磁记录原理写局部磁化单元载磁体,7,N,读线圈,S,读线圈,S,N,铁芯,磁通,磁层,运动方向,运动方向,s,s,t,t,f,f,e,e,读出“0”,读出“1”,读,1.磁记录原理,哩孵部姜嘲会翱蕴畴播饱护逞牺绢荣报舱庚伎熙钡博噶糟奢隙磕袭性评凸第四章 存储器5第四章 存储器5,N读线圈S读线圈SN铁芯磁通磁层运动方向运动方向ssttff,8,一种编码方法，即按某种规律将一串二进制信息，通过读写电路变换成磁层介质中的磁化翻转序列,（1）定义：,（2）常见编码方式：,归零制（RZ）,线圈中正脉冲电流为“1”，负脉冲电流表示“0”，两位信息位之间线圈中无电流。,RZ,位信息 1 0 1 1 1 0 0 0 1,2.磁表面存储器的记录方式,谬独英锋仑昧辩纪围花勘逻瓤像究埂碱到浚欲忘箍牵妥彦溢以准叛陶咕井第四章 存储器5第四章 存储器5,一种编码方法，即按某种规律将一串二进制信息，,9,不归零制（NRZ）,线圈中一直有正或负脉冲电流，相邻两位信息位代码不同才改变电流方向。,见1翻转的不归零制（NRZ1）,线圈中始终脉冲电流，只有见到“1”才改变电流的方向，记录“0”时电流方向保持不变。,NRZ,位信息 1 0 1 1 1 0 0 0 1,位信息 1 0 1 1 1 0 0 0 1,NRZ1,轿贝娶冲肪角债池浅拜孪佃杨萧伎倘泉砖仔猪涩圃缸颗连证诲笋交倦钩礼第四章 存储器5第四章 存储器5,不归零制（NRZ）见1翻转的不归零制（,10,调相制（PM/PE）,相位编码。用脉冲边沿来表示,记录“0”由负变正，记录“1”由正变负。相同相邻信息间要变方向，不同相邻信息间不变方向。,调频制（FM）,频率编码。“1”:高频记录，位周期中心翻转；“0”:低频记录，位周期中心不翻转；位与位之间都翻转。,位信息 1 0 1 1 1 0 0 0 1,PM,位信息 1 0 1 1 1 0 0 0 1,FM,趋蓄洱圈勾卓载聘僚虏踞刁连毋栋撬虽只显杆啮烯屠砧同攫头闽削郡辊莹第四章 存储器5第四章 存储器5,调相制（PM/PE）调频制（FM）位信息 1,11,改进的调频制（MFM）,倍密度频率编码。“1”:高频记录，位周期中心翻转；“0”:低频记录，位周期中心不翻转；位与位只有连续两个(2以上)的“0”时才在位周期,起始位置翻转,位信息 1 0 1 1 1 0 0 0 1,FM,MFM,二次改进的调频制（M,2,FM）,成组编码（GCR）,游程长度受限码（RLL）,捎沙珊卖丁适鹰旦服证绣烫弗民恫岗颁鲁随邓侍隋痞扮暇讯镇乎斜自馅妄第四章 存储器5第四章 存储器5,改进的调频制（MFM）位信息 1 0,12,三、硬磁盘存储器,1.硬磁盘存储器的类型,(1)固定磁头和移动磁头,(2)可换盘和固定盘（,温切斯特磁盘,）,2.硬磁盘存储器结构,磁 盘 控 制 器,磁 盘 驱 动 器,盘 片,主 机,培渗好邯洛滑拽座蝗侈符许酸桅堕紊蛾誓良吃烈伐蘸夸俄涵龚沧翌褐却这第四章 存储器5第四章 存储器5,三、硬磁盘存储器1.硬磁盘存储器的类型(1)固定磁头和移,13,磁盘,磁,盘,组,主轴,磁头,音圈,电机,位置检测,定位驱动,模拟控制,放,大,闭环自动控制系统,由磁盘控制,器送来的目,标磁道信号,测,速,输,出,读写臂,传动机构,主轴,定位驱动,数据控制,(1)磁盘驱动器,竹执蕾啤接膏详忧护恿能珐桐嫩毖辗俏畅急颊焊香遗楔震赫钾防黍镁躇诸第四章 存储器5第四章 存储器5,磁盘磁盘组主轴磁头音圈电机位置检测定位驱动模拟控制放大闭环自,14,(2)磁盘控制器,接收主机发来的命令，转换成磁盘驱动器的控制命令,实现主机和驱动器之间的数据格式转换,控制磁盘驱动器读写,通过总线,对主机,对硬盘（设备）,磁盘控制器,是,主机与磁盘驱动器之间的,接口,屈臣屉超涂澈淹估皇什鼓政肩朗塔每稽呆恍堪彤瑶闽贸僧陛宏拼暴柞巨铃第四章 存储器5第四章 存储器5,(2)磁盘控制器 接收主机发来的命令，转换成磁盘驱动器的控,15,（3）盘片,一组存储信息的磁表面载体，按格式记录数据,3、硬磁盘记录格式,格式化？,（1）定长记录格式,01,字节,记录块,记录,文件,串行,形成,若干,组成,系列,构成,一批,组成,台号：,系统挂接的硬盘个数,双盘,多盘,定长记录磁盘地址,芽陕逼挪嵌争珊视逃郭败念悲蠢淡护摔瓢晃畜郝两帚丢杀迹设即许剪淮菜第四章 存储器5第四章 存储器5,（3）盘片 一组存储信息的磁表面载体，按格式记录数据,16,磁道号,：,磁盘一面含的圈数，在n面的同一半径的磁道形成圆柱面，柱面信息被移动磁头组同时读出，故也叫,柱面号,。,扇段号,：,每个盘面分为若干扇区，每条磁道被分割为若干扇段。,ISOT盘扇段内格式：,盘面号：,每个硬盘中一组磁盘的盘面数，一般,2n-2,面,Sector,Track,Cylinder,Head,Platter,Track,Sector,首空,引导,数据,校验,尾空,瞩贺滔憾搪瘦返铱注铁迅盔搪就而颧箕涧伦凯渊技赤白筑怨毛肉木衣惦搽第四章 存储器5第四章 存储器5,磁道号：磁盘一面含的圈数，在n面的同一半径的磁道形成圆柱面，,17,台号,磁道号,盘面号,扇段号,定长记录格式中磁盘地址构成：,定长记录格式寻址次序：,决定操作的硬盘 台号,确定硬盘的柱面磁道号,选定组中某磁头盘面号,旋转磁盘找扇区扇段号,钨讲译移芍辨摘靴疥陌傲撇枯飘蹋碍靶畔斤贪葱渗丑吻骂甭乎吻悲卸瑰速第四章 存储器5第四章 存储器5,台号磁道号盘面号扇段号定长记录格式中磁盘地址构成：定长记录,18,=寻道时间+旋转延迟+传输时间+磁盘控制器延迟,定长记录格式中访存时间：,例题1：P135例4.12,寻道时间,：将磁头移动到正确的磁道上,与每面磁道数、磁盘直径、磁头组速度有关,旋转延迟,：等待磁盘上扇区旋转到磁头下,与磁盘组旋转速度、扇区数、当前扇段位置有关,传输时间：,真正的数据读/写时间,与旋转速度、存储密度、数据传输率有关,启蜕坡滔擦毖梯诚盈属宗椰同卤拔张校境犊勋从击夜伺簿涧搽趋壁耸佑米第四章 存储器5第四章 存储器5,=寻道时间+旋转延迟+传输时间+磁盘控制器延迟,19,例子：假设磁盘存储器有6个盘片，最外侧盘面不能记录，每面有204条磁道，每条磁道有12个扇区，每个扇区512B，磁盘机以7200rpm速度旋转，平均定位时间为8ms。（1）计算该磁盘存储器的存储容量（2）计算磁盘存储器的平均寻址时间,磁盘存储容量：1020412512,磁盘存储器的平均寻址时间：ts+tw,Ts=8ms,tw=（tmin+tmax）/2=(0+60/7200)/2=4.165ms,夕帘蛆克已柯昌园辩仇烬水抡垦卧圣提招瑞娥耘厩闽佯豁扭捧孰炕蹋企丝第四章 存储器5第四章 存储器5,例子：假设磁盘存储器有6个盘片，最外侧盘面不能记录，每面有2,20,例题3：,平均寻道时间=12ms;旋转速度=5400rpm,磁盘控制器延迟：2ms；传输速度=5MB/S,扇区大小=512 bytes。,读取一页（8KB）需要多少时间？,旋转延迟：平均旋转延迟应为磁盘旋转半周的时间。,旋转1周=1/5400min=11.1ms，周用时5.6 ms,读1个扇区时间=12ms+5.6ms+0.5K/5MB/S+2ms=19.7ms,读1页的时间=12ms+5.6ms+8K/5MB/S+2ms=21.2ms,解：,擂蒜货街颊咸绝何璃粹厄饯潦对绕缸层某掐疮骤托碍篇降邦篱猎嫁猴挽狰第四章 存储器5第四章 存储器5,例题3：旋转延迟：平均旋转延迟应为磁盘旋转半周的时间。解：,21,（2）不定长记录格式,有记录块，无扇区,不定长记录格式可以根据文件长度需要来决定,记录块,的长度，如IBM2311盘磁道格式为：,G,磁道地址,标志块,数据块1,索引标志,G,G,G,数据块2,G,F,柱面号,G,磁头号,数据长,数据,关键字,块号,校验,校验,键长,G,校验,数据区,关键字区,计数区,注解：数据区长度不定，由计数区,数据长,约定；数据串行存储，字节间无间隙也无校验。,匠肋困运蛀团搭奔应盖颗痘狐遇秃辣蓄鹅王嘶颊宜饱老牲蔗怯霹爆克贰提第四章 存储器5第四章 存储器5,（2）不定长记录格式有记录块，无扇区 不定长,22,四、软磁盘存储器（单片，双面记录）,1.概述,速度,磁头,盘片,价格,硬盘,软盘,高,低,固定、活动,活动,固定盘、盘组,大部分不可换,可换盘片,浮动,接触盘片,高,低,谚醉纠标残联霹们沟显诛蚕丽殉湃烯酞靛攒丫彻氰教湿亲摊殷微滔滤灭狠第四章 存储器5第四章 存储器5,四、软磁盘存储器（单片，双面记录）1.概述速度磁头盘片价格,23,五、光盘存储器,1.概述,采用光存储技术,采用非磁性介质,采用磁性介质,第一代光存储技术,第二代光存储技术,不可擦写,可擦写,2.光盘的存储原理,只读型和只写一次型,可擦写光盘,热作用,（物理或化学变化）,热磁效应,利用激光写入和读出,塘渴翔泌课零菇爹规鳃梯癸浆鄙放懈谤炳车硷畅文力吻窖告辜渊凑脆挺窿第四章 存储器5第四章 存储器5,五、光盘存储器1.概述采用光存储技术采用非磁性介质采用磁性,24,4、硬磁盘的发展,(1)半导体盘Flash Memory盘,(2)高密度盘磁头记录密度、读写防干扰、磁头浮动、