第八章 輔助存貯器

1、7/10/20211第八章 輔助存儲(chǔ)器一、輔助存儲(chǔ)器的種類與技術(shù)指標(biāo)輔助存儲(chǔ)器主要有：磁表面存儲(chǔ)器和光存儲(chǔ)器主要技術(shù)指標(biāo)：1、存儲(chǔ)密度： 磁盤存儲(chǔ)器有道密度位密度面密度磁道：磁化軌跡，對磁盤形成了許多同心圓。道密度(Dt)：沿磁盤半徑方向單位長度的磁道數(shù)。位密度：單位長度磁道所能記錄二進(jìn)制信息的位數(shù)。道距(P)：相鄰兩磁道中心線之間的距離。Dt1/P2、存儲(chǔ)容量：磁表面存儲(chǔ)器所能存儲(chǔ)的二進(jìn)制信息總量。格式化容量：按某種特定的記錄格式所能存儲(chǔ)的信息總量。非格式化容量：磁表面可以利用的磁化單元總數(shù)。面密度：道密度與位密度的乘積。7/10/202123、尋址時(shí)間：找道時(shí)間Ts： 磁頭尋找目標(biāo)磁道所需

2、的時(shí)間。等待時(shí)間Tw： 找到磁道后，磁頭等待所需要讀寫區(qū)段旋轉(zhuǎn)到磁頭下方需用的時(shí)間。平均尋址時(shí)間Ta ：由平均找道時(shí)間加上平均等待時(shí)間組成。Ta Tsa Twa (Tsamax Tsamin)/2 (Twamax Twamin )/2 4、數(shù)據(jù)傳輸率Dr：單位時(shí)間內(nèi)向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)或字節(jié)數(shù)。Dr DV (D：記錄密度；V：介質(zhì)的速度)5、誤碼率：6、價(jià)格：讀出時(shí)，出錯(cuò)信息位數(shù)和讀出總信息量位數(shù)之比。位價(jià)格：設(shè)備價(jià)格除以容量。7/10/20213二、磁記錄原理與記錄方式磁記錄原理：寫入線圈Iw局部磁化讀出線圈e磁力線工作間隙vv局部磁化單元后間隙磁頭：記錄介質(zhì)：7/10/20214記錄方式：

3、常見記錄方式的寫入電流波形位周期 T數(shù)據(jù)序列 1 0 1 1 1 0 0 0 1RZNRZNRZ1PMFMMFM7/10/20215(1)、歸零制（RZ）：正脈沖表示“1”，負(fù)脈沖表示“0”，在兩位信息之間，線圈電流為零。(2)、不歸零制（NRZ）： 線圈里如果沒有正向電流就必有反向電流，而沒有無電流的狀態(tài)。(3)、見“1”就翻的不歸零制（NRZ1）：記錄信息時(shí)，磁頭線圈中始終有電流通過。但流經(jīng)磁頭的電流只有在記錄“1”時(shí)變化方向，使磁層磁化方向翻轉(zhuǎn)。記錄“0”時(shí)，電流方向不變。(4)、調(diào)相制（PM）：利用兩個(gè)相位相差180度的磁化翻轉(zhuǎn)方向代表數(shù)據(jù)“0”和“1”。當(dāng)連續(xù)出現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上“1”

4、或“0”時(shí)，應(yīng)在位周期起始處也要翻轉(zhuǎn)一次。(5)、調(diào)頻制（FM）： 記錄“1”時(shí)，在位周期中心磁化翻轉(zhuǎn)一次，且在位與位之間也必須翻轉(zhuǎn)一次。記錄“0”時(shí)，位周期中心不產(chǎn)生磁化翻轉(zhuǎn)，但在位與位之間的邊界翻轉(zhuǎn)。(5)、改進(jìn)調(diào)頻制（MFM）：記錄“1”時(shí)，在位周期中心磁化翻轉(zhuǎn)一次，記錄“0”時(shí)，位周期中心不產(chǎn)生磁化翻轉(zhuǎn)，只有在連續(xù)記錄兩個(gè)或兩個(gè)以上“0”時(shí)，才在位周期的起始位置翻轉(zhuǎn)一次。7/10/20216自同步能力，從單磁道的脈沖序列提取同步時(shí)鐘信號(hào)的難易程度 編碼效率，數(shù)據(jù)位密度與磁翻轉(zhuǎn)次數(shù) 的比7/10/20217磁盤驅(qū)動(dòng)器 7/10/20218 7/10/20219磁盤控制器器接口7/10/2

5、02110硬磁盤存儲(chǔ)器（固定盤，可換盤）Wenchester Disk 溫盤-移動(dòng)磁頭固定盤片，目前最廣泛應(yīng)用的技術(shù)軟磁盤存儲(chǔ)器磁盤存儲(chǔ)器簡稱軟盤，因?yàn)檐洿疟P片是用類似于塑料薄膜唱片的柔性材料制成的。磁盤陣列存儲(chǔ)器廉價(jià)冗余磁盤陣列(Redundant Array Of Inexpensive Disk，簡稱RAID)是用多臺(tái)磁盤存儲(chǔ)器組成的大容量外存儲(chǔ)子系統(tǒng)。其基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)分塊技術(shù)，即在多個(gè)磁盤上間隔存放數(shù)據(jù)，使之可以并行存取。在陣列控制器的組織管理下，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行、交叉存儲(chǔ)或單獨(dú)存儲(chǔ)操作。由于陣列中的一部分磁盤存有冗余信息，一旦系統(tǒng)中某一磁盤失效，可以利用冗余信息重建用戶數(shù)據(jù)。7/10/2

6、02111RAID 0級(jí)(無冗余和無校驗(yàn)的數(shù)據(jù)分塊，區(qū)帶存儲(chǔ))與其他級(jí)相比，具有最高的I/O性能和磁盤空間利用率，但無容錯(cuò)能力，增加了系統(tǒng)出故障的幾率，其安全性甚至低于常規(guī)的硬盤系統(tǒng)。RAID 1級(jí)(鏡像磁盤陣列，區(qū)帶存取基礎(chǔ)上的鏡像)由磁盤對組成，每一個(gè)工作盤都有對應(yīng)的鏡像盤，上面保存著與工作盤完全相同的數(shù)據(jù)，安全性高，但磁盤空間的利用率只有50%。RAID 2級(jí)(具有糾錯(cuò)海明碼的磁盤陣列)(數(shù)據(jù)分散為位或塊)采用海明碼糾錯(cuò)技術(shù)和位間隔(interleaving)技術(shù)，用戶需增加足夠的校驗(yàn)盤來提供單糾錯(cuò)和雙驗(yàn)錯(cuò)功能。當(dāng)陣列內(nèi)有G個(gè)數(shù)據(jù)盤時(shí)，則所需的校驗(yàn)盤數(shù)C要滿足公式： 2CG+C+1，如果

7、有10個(gè)數(shù)據(jù)盤，則需要4個(gè)校驗(yàn)盤。對數(shù)據(jù)的訪問涉及到磁盤陣列中的每一個(gè)盤，對大數(shù)據(jù)量傳送有較高性能，但不利于小數(shù)據(jù)量的傳送。RAID 2很少使用。RAID 3級(jí)(采用奇偶校驗(yàn)盤和位間隔存取的磁盤陣列)RAID 4級(jí)(采用奇偶校驗(yàn)盤和扇區(qū)間隔存取的磁盤陣列)7/10/202112RAID 5級(jí)(無專用校驗(yàn)盤的奇偶校驗(yàn)磁盤陣列)RAID 6級(jí)(采用分塊間隔技術(shù)和雙磁盤容錯(cuò)的磁盤陣列)RAID 7級(jí)(獨(dú)立接口的磁盤陣列)每一個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器與每一主機(jī)接口有獨(dú)立的控制和數(shù)據(jù)通道的磁盤陣列，因此主機(jī)可完全獨(dú)立地對每個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行訪問。RAID 10級(jí)(RAID 0級(jí)+RAID 1級(jí)) 在磁盤陣列的技術(shù)上,

8、從RAID 1到RAID 5,不停機(jī)，即表示在工作時(shí)如發(fā)生磁盤故障系統(tǒng)能持續(xù)工作而不停頓,仍然可作磁盤的存取,正常的讀寫數(shù)據(jù);而容錯(cuò)則表示即使磁盤故障,數(shù)據(jù)仍能保持完整,可讓系統(tǒng)存取到正確的數(shù)據(jù),而SCSI的磁盤陣列更可在工 作中抽換磁盤,并可自動(dòng)重建故障磁盤的數(shù)據(jù)。磁盤陣列之所以能做到容錯(cuò)及不停機(jī), 是因?yàn)樗腥哂嗟拇疟P空間可資利用,這也就是Redundant的意義。 7/10/202113光盤存儲(chǔ)器光盤(optical disk)利用光學(xué)方式進(jìn)行讀寫信息計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所使用的光盤存儲(chǔ)器是從激光視頻唱片(又叫電視光盤)和數(shù)字音頻唱片(又叫激光唱片)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。60年代初發(fā)明了激光，70年

9、代半導(dǎo)體激光器出現(xiàn)后開始了高密度光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的研究工作。應(yīng)用激光在某種介質(zhì)上寫入信息，然后再利用激光讀出信息的技術(shù)稱為光存儲(chǔ)技術(shù)。如果光存儲(chǔ)使用的介質(zhì)是磁性材料，亦即利用激光在磁記錄介質(zhì)上存儲(chǔ)信息，就稱為磁光存儲(chǔ)。由于激光的特點(diǎn)光束直徑小于1m，因此采用激光寫入的每位信息所占的面積小于1平方微米，據(jù)稱光盤面記錄密度可以達(dá)到108位cm2，在現(xiàn)有的存儲(chǔ)器中是最高的，已成為很有競爭力的輔助存儲(chǔ)器。(CD-ROM.WORM,M-O)7/10/202114光盤的讀寫原理1. 形變(CD)對于只讀型和只寫一次型光盤寫入時(shí)，將激光束聚焦成微小光點(diǎn)，以其熱作用，融化盤表面上的光存儲(chǔ)介質(zhì)薄膜，在薄膜上形成小洞(凹坑)。有洞的位置表示記錄了“1”，沒有洞的位置表示“0”。2. 相變(PD)有些光存儲(chǔ)介質(zhì)在激光照射下，晶體結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化。利用介質(zhì)處于晶態(tài)和非晶態(tài)