計(jì)算機(jī)組成_第8章外圍設(shè)備

1、第第8章章 外圍設(shè)備外圍設(shè)備第第1節(jié)節(jié) 外圍設(shè)備概述外圍設(shè)備概述第第2節(jié)磁盤存儲(chǔ)設(shè)備節(jié)磁盤存儲(chǔ)設(shè)備 第第3節(jié)磁帶存儲(chǔ)設(shè)備節(jié)磁帶存儲(chǔ)設(shè)備第第4節(jié)節(jié) 光盤和磁光盤存儲(chǔ)設(shè)備光盤和磁光盤存儲(chǔ)設(shè)備一、一、 外圍設(shè)備的一般功能外圍設(shè)備的一般功能外圍設(shè)備的定義：外圍設(shè)備的定義： 外圍設(shè)備涉及到相當(dāng)廣泛的計(jì)算機(jī)部件。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的每一部分都可作為一個(gè)外圍設(shè)備來(lái)看待。 外圍設(shè)備的功能：外圍設(shè)備的功能： 在計(jì)算機(jī)和其他機(jī)器之間，以及計(jì)算機(jī)與用戶之間提供聯(lián)系的“橋梁”。 外圍設(shè)備的基本組成：外圍設(shè)備的基本組成： (1)存儲(chǔ)介質(zhì)，它具有保存信息的物理特征。 (2)驅(qū)動(dòng)裝置。 (3)控制電路，它向存儲(chǔ)介質(zhì)發(fā)送數(shù)據(jù)或從存儲(chǔ)

2、介質(zhì)接受數(shù)據(jù)。二、外圍設(shè)備的分類二、外圍設(shè)備的分類 一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配備什么樣的外圍設(shè)備，是根據(jù)實(shí)際需要來(lái)決定的。中央部分是中央部分是CPUCPU和主存（主機(jī)）和主存（主機(jī)），通過(guò)總線總線與第二層的適適配器配器( (接口接口) )部件相連，第三層是各種外圍設(shè)外圍設(shè)備控制器備控制器，最外層則是。 外圍設(shè)備可分為幾大類。每一種外圍設(shè)備，都是在它自己的設(shè)備控制器控制下進(jìn)行工作，而設(shè)備控制器則通過(guò)適配器和主機(jī)連接，并受主機(jī)控制.一、一、 磁記錄原理與記錄方式磁記錄原理與記錄方式 計(jì)算機(jī)的外存儲(chǔ)器又稱。所謂磁表面存儲(chǔ)，是用某些磁性材料薄薄地涂在金屬鋁或塑料表面作載磁體來(lái)存儲(chǔ)信息。均屬于磁表面存儲(chǔ)器。磁表面

3、存儲(chǔ)器的優(yōu)點(diǎn)：(1)存儲(chǔ)容量大，位價(jià)格低；(2)記錄介質(zhì)可以重復(fù)使用；(3)記錄信息可以長(zhǎng)期保存而不丟失，甚至可以脫機(jī)存檔；(4)非破壞性讀出，讀出時(shí)不需要再生信息 。 磁表面存儲(chǔ)器的缺點(diǎn)：存取速度較慢，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)工作環(huán)境要求較高。 磁表面存儲(chǔ)器由于存儲(chǔ)容量大，位成本低，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中作為輔助大容量存儲(chǔ)器使用，用以存放系統(tǒng)軟件、大型文件、數(shù)據(jù)庫(kù)等大量程序與數(shù)據(jù)信息。 通過(guò)寫入電流變化產(chǎn)生不同的磁化狀態(tài)來(lái)表示信息。磁性材料上呈現(xiàn)剩磁狀態(tài)的地方形成了一個(gè)磁化元磁化元或存儲(chǔ)元存儲(chǔ)元，它是記錄一個(gè)二進(jìn)制信息位的最小單位。它是記錄一個(gè)二進(jìn)制信息位的最小單位。 通過(guò)電電- -磁變換磁變換，利用磁頭寫

4、線圈中的脈沖電流寫線圈中的脈沖電流，可把轉(zhuǎn)換成載磁體存儲(chǔ)元的不同剩磁狀態(tài)；反之，通過(guò)，利用，可將由存儲(chǔ)元的不同剩磁狀態(tài)表示的二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。 運(yùn)動(dòng)方向記錄方式記錄方式。記錄方式是一種編碼方式，它按某種規(guī)律將一串二進(jìn)制數(shù)字信息變換成磁層中相應(yīng)的磁化元狀態(tài)，用讀寫控制電路實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。在磁表面存儲(chǔ)器中，由于寫入電流的幅度、相位在磁表面存儲(chǔ)器中，由于寫入電流的幅度、相位、頻率變化不同，從而形成了不同的記錄方式。、頻率變化不同，從而形成了不同的記錄方式。常用記錄方式可分為RZ歸零制、不歸零制(NRZ)，調(diào)相制(PM)，調(diào)頻制(FM)幾大類。(具體細(xì)節(jié)雙學(xué)位同學(xué)部要求)RZ歸零制歸零制 正脈

5、沖表示“1”，負(fù)脈沖表示“0”。兩位信息之間線圈里的電流為0，這是歸零制的特點(diǎn)。NRZ不歸零制不歸零制 正向電流表示“1”；反向電流表示“0”。對(duì)于連續(xù)記錄 “1”或“0”寫電流的方向不變。此方法比規(guī)零的方法減少了磁化翻轉(zhuǎn)的次數(shù)。PM調(diào)相制調(diào)相制利用兩個(gè)相位相差180的磁化翻轉(zhuǎn)方向代表數(shù)據(jù)“0”和“1”。FM調(diào)頻制調(diào)頻制在紀(jì)錄“1”時(shí)，不僅在位周期中心產(chǎn)生磁化翻轉(zhuǎn)，在位與位之間也翻轉(zhuǎn)。記錄“0”，在位周期中心不產(chǎn)生磁化翻轉(zhuǎn)，但在位與位之間也翻轉(zhuǎn)。MFM記錄“1”，在位周期中心產(chǎn)生磁化翻轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生磁化翻轉(zhuǎn)，記錄記錄“0”，不翻轉(zhuǎn)。記錄兩個(gè)或兩個(gè)以上的不翻轉(zhuǎn)。記錄兩個(gè)或兩個(gè)以上的“0”，位與位之間

6、，位與位之間才翻轉(zhuǎn)。才翻轉(zhuǎn)。 硬磁盤機(jī)硬磁盤機(jī)是指記錄介質(zhì)為硬質(zhì)圓形盤片的磁表面存儲(chǔ)器。它主要由磁記錄介質(zhì)磁記錄介質(zhì)、磁盤控制器磁盤控制器、磁盤驅(qū)磁盤驅(qū)動(dòng)器動(dòng)器三大部分組成。 磁盤控制器磁盤控制器 包括控制邏輯與時(shí)序、數(shù)據(jù)并-串變換電路和串-并變換電路。 包括寫入電路與讀出電路、讀寫轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、讀寫磁頭與磁頭定位伺服系統(tǒng)等。硬磁盤機(jī)通常按以下方法分類：按盤片結(jié)構(gòu)分成可換盤片式與固定盤片式兩種；磁頭也分為可移動(dòng)磁頭和固定磁頭兩種。 二、硬磁盤機(jī)的基本組成和分類二、硬磁盤機(jī)的基本組成和分類磁盤驅(qū)動(dòng)器磁盤驅(qū)動(dòng)器定位,讀寫電路1.1.磁盤驅(qū)動(dòng)器磁盤驅(qū)動(dòng)器主要由定位驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)組成。

7、2.磁盤控制器磁盤控制器 主機(jī)主機(jī)與與磁盤驅(qū)動(dòng)器磁盤驅(qū)動(dòng)器。由于磁盤存儲(chǔ)器是高速外存設(shè)備，故與主機(jī)之間采用成批交換數(shù)據(jù)方式。作為主機(jī)與驅(qū)動(dòng)器之間的控制器，它需要有兩個(gè)方面的接口：，控制外存與主機(jī)總線之間交換數(shù)據(jù)；另一個(gè)是與設(shè)備的接口，另一個(gè)是與設(shè)備的接口，根據(jù)主機(jī) 命令控制設(shè)備的操作。前者稱為系統(tǒng)級(jí)接口，后者稱為設(shè)備級(jí)接口。 四、磁盤上信息的分布四、磁盤上信息的分布 盤片的上下兩面都能記錄信息，記錄面上一系列同心圓稱為。每個(gè)盤片表面通常有幾十到幾百個(gè)磁道，每個(gè)磁道又分為若干個(gè)。磁道的編址是從外向內(nèi)依次編號(hào)，最外一個(gè)同心圓叫0磁道，最里面的一個(gè)同心圓叫n磁道，n磁道里面的圓面積并不用來(lái)記錄信息。

8、對(duì)活動(dòng)頭磁盤組來(lái)說(shuō)，0磁磁道道扇區(qū)扇區(qū)n磁磁道道圓柱面圓柱面 在一個(gè)盤組中，各記錄面上相同編號(hào)（位置）的諸磁道在一個(gè)盤組中，各記錄面上相同編號(hào)（位置）的諸磁道構(gòu)成一個(gè)圓柱面。例如，某驅(qū)動(dòng)器有構(gòu)成一個(gè)圓柱面。例如，某驅(qū)動(dòng)器有4片片8面，則面，則8個(gè)個(gè)0號(hào)磁號(hào)磁道構(gòu)成道構(gòu)成0號(hào)圓柱面，號(hào)圓柱面，8個(gè)個(gè)1號(hào)磁道構(gòu)成號(hào)磁道構(gòu)成1號(hào)圓柱面，號(hào)圓柱面，。硬。硬盤的圓柱面數(shù)等于一個(gè)記錄面上的磁道數(shù)，圓柱面號(hào)即對(duì)盤的圓柱面數(shù)等于一個(gè)記錄面上的磁道數(shù)，圓柱面號(hào)即對(duì)應(yīng)的磁道號(hào)。應(yīng)的磁道號(hào)。0n五、磁盤存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)五、磁盤存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo) 磁盤存儲(chǔ)器的主要指標(biāo)包括。 存儲(chǔ)密度存儲(chǔ)密度 : 分道密度、位密度和面密

9、度分道密度、位密度和面密度。 是沿磁盤半徑方向沿磁盤半徑方向上的磁道數(shù)，上的磁道數(shù)，單位為道/英寸。 是磁道磁道上能記錄的二進(jìn)制代碼位上能記錄的二進(jìn)制代碼位數(shù)，數(shù)， 單位為位/英寸。 是位密度和道密度的乘積，單位為位/平方英寸。 存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量 一個(gè)磁盤存儲(chǔ)器所能存儲(chǔ)的字節(jié)總數(shù)，稱為磁盤存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量。 存儲(chǔ)容量有格式化容量格式化容量和非格式化容量非格式化容量之分: 格式化容量是指按照某種特定的記錄格式所能存儲(chǔ)信息的總量，也就是用戶可以真正使用的容量。非格式化容量是磁記錄表面可以利用的磁化單元 總數(shù)。平均存取時(shí)間平均存取時(shí)間 存取時(shí)間是指從發(fā)出讀寫命令后，磁頭從某一起始位置移動(dòng)至新的記錄位

10、置，到開(kāi)始從盤片表面讀出或?qū)懭胄畔⑺枰臅r(shí)間。 磁頭定位至所要求的磁道上所需的時(shí)間定位時(shí)間或找道時(shí)間； 找道完成后至磁道上需要訪問(wèn)的信息到達(dá)磁頭下的時(shí)間，稱為等待時(shí)間， 這兩個(gè)時(shí)間 (找道時(shí)間、等待時(shí)間)都是隨機(jī)變化的， 因此往往使用平均值來(lái)表示。 等于、之和。平均找道時(shí)間是最大找道時(shí)間與最小找道時(shí)間的平均值。Ta=Ts+ 1/2r+b/(rN)平均找道時(shí)間平均等待時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間 r 為磁盤旋轉(zhuǎn)速率，轉(zhuǎn)/秒；N為每磁道字節(jié)數(shù)目前平均找道時(shí)間為1020ms。平均等待時(shí)間和磁盤轉(zhuǎn)速有關(guān)，它用磁盤旋轉(zhuǎn)一周所需時(shí)間的一半來(lái)表示。目前固定頭盤轉(zhuǎn)速高達(dá)6000轉(zhuǎn)/分，故平均等待時(shí)間為5ms。 數(shù)據(jù)傳輸

11、率 磁盤存儲(chǔ)器在單位時(shí)間內(nèi)向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，叫，傳輸率與存儲(chǔ)設(shè)備和主機(jī)接口邏輯有關(guān)。 從存儲(chǔ)設(shè)備考慮，假設(shè)磁盤旋轉(zhuǎn)速度為每秒n轉(zhuǎn)，每條磁道容量為N個(gè)字節(jié)，則數(shù)據(jù)傳輸率Dr=nN(字節(jié)/秒)。也可以寫成Dr=Dv(字節(jié)/秒)，其中D為位密度，v為磁盤旋轉(zhuǎn)的線速度。 平均存取時(shí)間雖然包括數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間雖然包括數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間，但這一時(shí)間相對(duì)平均找道時(shí)間和平均等待時(shí)間來(lái)說(shuō)可以忽略不計(jì)。所以磁盤的平均存取時(shí)間Ta ，近似地由平均找道時(shí)間Ts 和平均等待時(shí)間Tw 組成： Ta=Ts+Tw=Tsmax+Tsmin 2Twmax+Twmin 2+【例例】磁盤組有6片磁盤，每片有兩個(gè)記錄面，最上最下兩個(gè)面不用

12、。存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)徑22cm ，外徑33cm，道密度為40道/cm，內(nèi)層位密度400位/cm，轉(zhuǎn)速2400轉(zhuǎn)/分。問(wèn)（） (1)共有多少柱面? (2)盤組總存儲(chǔ)容量是多少? (3)數(shù)據(jù)傳輸率多少? (4)采用定長(zhǎng)數(shù)據(jù)塊記錄格式，直接尋址的最小單位是什么?尋址命令中如何表示磁盤地址? (5)如果某文件長(zhǎng)度超過(guò)一個(gè)磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一個(gè)存儲(chǔ)面上，還是記錄在同一個(gè)柱面上? (1)有效存儲(chǔ)區(qū)域有效存儲(chǔ)區(qū)域=16.5-11=5.5(cm) 因?yàn)榈烂芏纫驗(yàn)榈烂芏?40道道/cm，所以，所以405.5=220道，即道，即220個(gè)圓柱面?zhèn)€圓柱面(2)內(nèi)層磁道周長(zhǎng)為內(nèi)層磁道周長(zhǎng)為2R=23.1411=69.0

13、8(cm) 每道信息量每道信息量=400位位/cm69.08cm=27632位位=3454B 每面信息量每面信息量=3454B220=759880B 盤組總?cè)萘勘P組總?cè)萘?759880B10=7598800B(3)磁盤數(shù)據(jù)傳輸率磁盤數(shù)據(jù)傳輸率Dr=rN, N為每條磁道容量，為每條磁道容量， N=3454B,r為磁盤轉(zhuǎn)速，為磁盤轉(zhuǎn)速， r=2400轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/60秒秒=40轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/秒秒 Dr=rN=403454B=13816B/s (4)采用定長(zhǎng)數(shù)據(jù)塊格式，直接尋址的最小單位是一采用定長(zhǎng)數(shù)據(jù)塊格式，直接尋址的最小單位是一個(gè)記錄塊個(gè)記錄塊(一個(gè)扇區(qū)一個(gè)扇區(qū))，每個(gè)記錄塊記錄固定字節(jié)數(shù)，每個(gè)記錄塊記錄固定字

14、節(jié)數(shù)目的信息，在定長(zhǎng)記錄的數(shù)據(jù)塊中，活動(dòng)頭磁盤組目的信息，在定長(zhǎng)記錄的數(shù)據(jù)塊中，活動(dòng)頭磁盤組的編址方式可用如下格式的編址方式可用如下格式(5)如果某文件長(zhǎng)度超過(guò)一個(gè)磁道的容量，應(yīng)將它記如果某文件長(zhǎng)度超過(guò)一個(gè)磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一個(gè)柱面上，因?yàn)椴恍枰匦抡业?，?shù)據(jù)讀錄在同一個(gè)柱面上，因?yàn)椴恍枰匦抡业?，?shù)據(jù)讀/寫速度快。寫速度快。六六 磁盤存儲(chǔ)設(shè)備的技術(shù)發(fā)展磁盤存儲(chǔ)設(shè)備的技術(shù)發(fā)展1磁盤磁盤cache(1) 磁盤磁盤cache的概念的概念磁盤驅(qū)動(dòng)器的存取時(shí)間仍停留在毫秒(ms)級(jí) ;主存的存取時(shí)間為納秒(ns)級(jí);兩者速度差別十分突出。兩者速度差別十分突出。 改進(jìn)方法:增加磁盤主軸轉(zhuǎn)速，提高

15、I/O總線速度，改進(jìn)該讀/寫算法和采用磁盤磁盤cache等措施。 高速緩存(cache)是增強(qiáng)相對(duì)慢速存儲(chǔ)設(shè)備存取速度的暫存存儲(chǔ)器。在主存儲(chǔ)器和CPU之間設(shè)置的cache是為了彌補(bǔ)主存和CPU之間速度的差別；同樣磁盤cache是為了彌補(bǔ)慢速磁盤和主存之間的速度差異。所以硬盤和內(nèi)存之間的所以硬盤和內(nèi)存之間的Cache就叫做就叫做磁盤高速緩存磁盤高速緩存。磁。磁盤盤cache一次存取的數(shù)量大，數(shù)據(jù)集中，速度要求比一次存取的數(shù)量大，數(shù)據(jù)集中，速度要求比CPU高速緩存低，而且大容量緩存管理工作較復(fù)雜，因高速緩存低，而且大容量緩存管理工作較復(fù)雜，因此此磁盤磁盤cache的管理和實(shí)現(xiàn)一般由硬件和軟件共同完

16、成的管理和實(shí)現(xiàn)一般由硬件和軟件共同完成。 目前的磁盤驅(qū)動(dòng)器一般都帶有高速緩存，容量在目前的磁盤驅(qū)動(dòng)器一般都帶有高速緩存，容量在1MB幾幾 MB之間，可由之間，可由 SRAM或或DRAM組成。組成。這項(xiàng)技術(shù)可使計(jì)算機(jī)讀寫時(shí)的存儲(chǔ)系統(tǒng)平均數(shù)據(jù)傳輸率提高510倍，適應(yīng)了當(dāng)前激增的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求。 (2)磁盤磁盤cache的工作原理的工作原理在磁盤cache中，由一些數(shù)據(jù)塊組成的一個(gè)基本單位稱為。當(dāng)一個(gè)I/O請(qǐng)求送到磁盤驅(qū)動(dòng)器時(shí)，首先搜索驅(qū)動(dòng)器上的高速緩存行是否已被寫上，數(shù)據(jù)如果是讀操作，且要讀的數(shù)據(jù)已在cache中，則為命中，可從cache中讀出數(shù)據(jù)否則需從磁盤介質(zhì)上讀出。寫入操作和CPU中的ca

17、che類似，有“直寫”和“寫回”兩種方法。 緩存利用了被訪問(wèn)數(shù)據(jù)的空間局部性和時(shí)間局部性空間局部性和時(shí)間局部性規(guī)則。空間局部性是指當(dāng)某些數(shù)據(jù)被存取時(shí)，該數(shù)據(jù)附近的其他數(shù)據(jù)可能也將很快被存??；時(shí)間局部性是指當(dāng)某些數(shù)據(jù)被存取后，不久這些數(shù)據(jù)還可能被再次存取 。 2 磁盤陣列存儲(chǔ)器磁盤陣列存儲(chǔ)器RAID 廉價(jià)冗余磁盤陣列廉價(jià)冗余磁盤陣列(Redundent Array Of Inexpensive Disk，簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱RAID)是是用多臺(tái)磁盤存儲(chǔ)器組成的大容量外存儲(chǔ)子系統(tǒng)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)磁盤上交錯(cuò)存放數(shù)據(jù)使之其基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)分塊技術(shù)，即在多個(gè)磁盤上交

18、錯(cuò)存放數(shù)據(jù)使之可以并行存取?？梢圆⑿写嫒?。在陣列控制器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)。促進(jìn)磁盤陣列技術(shù)快速發(fā)展的因素主要有以下三點(diǎn)：(1)CPU速度的增長(zhǎng)大大超過(guò)了磁盤驅(qū)動(dòng)器數(shù)據(jù)傳輸率的增長(zhǎng)。速度的增長(zhǎng)大大超過(guò)了磁盤驅(qū)動(dòng)器數(shù)據(jù)傳輸率的增長(zhǎng)。(2)小盤徑陣列磁盤驅(qū)動(dòng)器與大型驅(qū)動(dòng)器相比具有成本低、功耗小、性能好小盤徑陣列磁盤驅(qū)動(dòng)器與大型驅(qū)動(dòng)器相比具有成本低、功耗小、性能好等優(yōu)點(diǎn)。等優(yōu)點(diǎn)。(3)能保證極高的可靠性和數(shù)據(jù)的可用性。能保證極高的可靠性和數(shù)據(jù)的可用性。 RAID標(biāo)準(zhǔn)分

19、為7級(jí)(RAID0-6),這些標(biāo)準(zhǔn)指出了不同存儲(chǔ)容量、可靠性、數(shù)據(jù)傳輸能力、 I/O請(qǐng)求速率的應(yīng)用需求。 其中RAID0是低成本的標(biāo)準(zhǔn)，未使用校驗(yàn)技術(shù)，可靠性級(jí)別低。 RAID 0可以把多塊硬盤連接在一起形成一個(gè)容量更大的存儲(chǔ)設(shè)備。最簡(jiǎn)單的RAID 0技術(shù)只是提供更多的磁盤空間，把4塊磁盤組合在一起形成一個(gè)獨(dú)立的邏輯驅(qū)動(dòng)器，容量相當(dāng)于任何一塊單獨(dú)硬盤的4倍。圖中彩色區(qū)域所示，數(shù)據(jù)被依次寫入到各磁盤中。當(dāng)一塊磁盤的空間用盡時(shí)，數(shù)據(jù)就會(huì)被自動(dòng)寫入到下一塊磁盤中。這種設(shè)置方式只有一個(gè)好處這種設(shè)置方式只有一個(gè)好處，那就是可以增加磁盤的容量。 也可以通過(guò)設(shè)置，使用RAID 0來(lái)提高磁盤的性能和吞吐量。R

20、AID0沒(méi)有冗余或錯(cuò)誤修復(fù)能力，但是實(shí)現(xiàn)成本是最低的。 與“多體交叉存儲(chǔ)器”類似，通過(guò)創(chuàng)建條帶集，在同一時(shí)間內(nèi)向多塊磁盤寫入數(shù)據(jù)。所有用戶的數(shù)據(jù)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)可以被看成邏輯的條帶，存儲(chǔ)于邏輯盤。物理磁盤也可以用條帶劃分，每個(gè)條帶是一些物理的塊、扇區(qū)或其他單位。數(shù)據(jù)條帶以輪轉(zhuǎn)方式連續(xù)存于于磁盤陣列。 具體如圖所示: 圖中可以清楚的看到通過(guò)建立帶區(qū)集，原先順序?qū)懭氲臄?shù)據(jù)被分散到所有的四塊硬盤中同時(shí)進(jìn)行讀寫。四塊硬盤的并行操作使同一時(shí)間內(nèi)磁盤讀寫的速度提升了4倍。 RAID 0的數(shù)據(jù)映射補(bǔ)充閱讀ppt40-46 考試不要求RAID1 亦稱鏡像盤，使用雙備份磁盤。亦稱鏡像盤，使用雙備份磁盤。 每當(dāng)數(shù)據(jù)寫入

21、一個(gè)磁盤時(shí)，將該數(shù)據(jù)也寫到另一個(gè)冗余每當(dāng)數(shù)據(jù)寫入一個(gè)磁盤時(shí)，將該數(shù)據(jù)也寫到另一個(gè)冗余盤，形成信息的兩份復(fù)制品。盤，形成信息的兩份復(fù)制品。 特點(diǎn)：昂貴、系統(tǒng)可靠性高、效率低特點(diǎn)：昂貴、系統(tǒng)可靠性高、效率低(冗余度太大冗余度太大)RAID3 位交叉奇偶校驗(yàn)盤陣列，是單盤容錯(cuò)并行傳輸?shù)年嚵?。位交叉奇偶校?yàn)盤陣列，是單盤容錯(cuò)并行傳輸?shù)年嚵小?數(shù)據(jù)以位或字節(jié)交叉的方式存于各盤，冗余的奇偶校驗(yàn)信息數(shù)據(jù)以位或字節(jié)交叉的方式存于各盤，冗余的奇偶校驗(yàn)信息存儲(chǔ)在一臺(tái)專用盤上。存儲(chǔ)在一臺(tái)專用盤上。 將磁盤分組，讀寫要訪問(wèn)組中所有盤，每組中有一個(gè)盤作為將磁盤分組，讀寫要訪問(wèn)組中所有盤，每組中有一個(gè)盤作為校驗(yàn)盤。校驗(yàn)盤

22、。RAID2 位交叉式海明編碼陣列。位交叉式海明編碼陣列。 特點(diǎn)特點(diǎn): 原理上比較優(yōu)越，但冗余信息的開(kāi)銷太大。原理上比較優(yōu)越，但冗余信息的開(kāi)銷太大。補(bǔ)充閱讀 校驗(yàn)盤一般采用奇偶校驗(yàn)法，當(dāng)一個(gè)磁盤出故障時(shí)，可校驗(yàn)盤一般采用奇偶校驗(yàn)法，當(dāng)一個(gè)磁盤出故障時(shí)，可以通過(guò)奇偶校驗(yàn)磁盤中的校驗(yàn)和來(lái)恢復(fù)出錯(cuò)數(shù)據(jù)。以通過(guò)奇偶校驗(yàn)磁盤中的校驗(yàn)和來(lái)恢復(fù)出錯(cuò)數(shù)據(jù)。 簡(jiǎn)單理解為：先將分布在各個(gè)數(shù)據(jù)盤上的一組數(shù)據(jù)加起簡(jiǎn)單理解為：先將分布在各個(gè)數(shù)據(jù)盤上的一組數(shù)據(jù)加起來(lái)，將和存放在冗余盤上。一旦某一個(gè)盤出錯(cuò)，只要將冗來(lái)，將和存放在冗余盤上。一旦某一個(gè)盤出錯(cuò)，只要將冗余盤上的和減去所有正確盤上的數(shù)據(jù)，得到的差就是出錯(cuò)余盤上的和

23、減去所有正確盤上的數(shù)據(jù)，得到的差就是出錯(cuò)的盤上的數(shù)據(jù)。的盤上的數(shù)據(jù)。 缺點(diǎn)：恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)缺點(diǎn)：恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)RAID4 專用奇偶校驗(yàn)獨(dú)立存取盤陣列。專用奇偶校驗(yàn)獨(dú)立存取盤陣列。 數(shù)據(jù)以塊數(shù)據(jù)以塊(塊大小可變塊大小可變)交叉的方式存于各盤，冗余的奇交叉的方式存于各盤，冗余的奇偶校驗(yàn)信息存在一臺(tái)專用盤上。偶校驗(yàn)信息存在一臺(tái)專用盤上。特點(diǎn)特點(diǎn): 允許獨(dú)立存取，多個(gè)訪問(wèn)請(qǐng)求可同時(shí)進(jìn)行允許獨(dú)立存取，多個(gè)訪問(wèn)請(qǐng)求可同時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充閱讀RAID3 RAID4RAID5 塊交叉分布式奇偶校驗(yàn)盤陣列。塊交叉分布式奇偶校驗(yàn)盤陣列。 數(shù)據(jù)以塊交叉的方式存于各盤，無(wú)專用校驗(yàn)盤，冗余的奇數(shù)據(jù)以塊交叉的方式存于各盤，無(wú)專用校驗(yàn)

24、盤，冗余的奇偶校驗(yàn)信息均勻分布于所有盤。偶校驗(yàn)信息均勻分布于所有盤。 特點(diǎn)特點(diǎn): 無(wú)瓶頸盤，多個(gè)寫訪問(wèn)請(qǐng)求可同時(shí)進(jìn)行無(wú)瓶頸盤，多個(gè)寫訪問(wèn)請(qǐng)求可同時(shí)進(jìn)行RAID3 和 RAID4159131721.2610141822.3711151925.P0P1P2P3P4P5.04812P420.159P31621.26P2131722.3P110141825.P07111519P5.RAID5048121620.補(bǔ)充閱讀RAID6（P+Q） 雙維奇偶校驗(yàn)獨(dú)立存取盤陣列。雙維奇偶校驗(yàn)獨(dú)立存取盤陣列。 數(shù)據(jù)以塊數(shù)據(jù)以塊(塊大小可變塊大小可變)交叉的方式存于各盤，冗余的檢、交叉的方式存于各盤，冗余的檢、糾錯(cuò)信

25、息均勻地分布在所有磁糾錯(cuò)信息均勻地分布在所有磁 盤上。盤上。 每次寫入數(shù)據(jù)都要訪問(wèn)一個(gè)數(shù)據(jù)盤和兩個(gè)校驗(yàn)盤，可容忍每次寫入數(shù)據(jù)都要訪問(wèn)一個(gè)數(shù)據(jù)盤和兩個(gè)校驗(yàn)盤，可容忍雙盤出錯(cuò)。雙盤出錯(cuò)。RAID7 采用采用Cache和異步技術(shù)的和異步技術(shù)的RAID6，提高響應(yīng)速度和傳輸速，提高響應(yīng)速度和傳輸速率率(可達(dá)每秒幾十兆字節(jié)可達(dá)每秒幾十兆字節(jié))。 補(bǔ)充閱讀(1) 各級(jí)各級(jí)RAID的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)RAID級(jí)級(jí)數(shù)據(jù)磁數(shù)據(jù)磁盤數(shù)盤數(shù)可正常工作的最多失可正常工作的最多失效盤數(shù)效盤數(shù)檢測(cè)磁盤檢測(cè)磁盤數(shù)數(shù)0 非冗余非冗余8001 鏡像鏡像8182 存儲(chǔ)器式存儲(chǔ)器式ECC8143 位交叉奇偶校驗(yàn)位交叉奇偶校驗(yàn)811

26、4 塊交叉奇偶校驗(yàn)塊交叉奇偶校驗(yàn)8115 塊交叉分布奇偶?jí)K交叉分布奇偶校驗(yàn)校驗(yàn)8116 P+Q冗余冗余8227 Cache + 異步異步822(2) 實(shí)現(xiàn)盤陣列的三種方式實(shí)現(xiàn)盤陣列的三種方式 軟件方式軟件方式 由主機(jī)實(shí)現(xiàn)陣列管理軟件。由主機(jī)實(shí)現(xiàn)陣列管理軟件。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): 成本低成本低 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 陣列卡方式陣列卡方式 把把RAID管理軟件固化在管理軟件固化在I/O控制卡上，從而可不占用主控制卡上，從而可不占用主機(jī)時(shí)間。機(jī)時(shí)間。 子系統(tǒng)方式子系統(tǒng)方式 一種基于通用接口總線的開(kāi)放式平臺(tái)，可用于各種一種基于通用接口總線的開(kāi)放式平臺(tái)，可用于各種主機(jī)平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。主機(jī)平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。一、磁帶機(jī)的原理

27、、分類 在所有磁存儲(chǔ)介質(zhì)中，磁帶是單位存儲(chǔ)信息成本最低、容量最大的存儲(chǔ)介質(zhì)，常用來(lái)做數(shù)據(jù)備份常用來(lái)做數(shù)據(jù)備份。 整個(gè)磁帶機(jī)的組成包括：磁頭、磁帶及基本的硬件結(jié)構(gòu)。下面將對(duì)磁帶機(jī)的工作原理、磁帶機(jī)所采用技術(shù)、磁帶和磁帶機(jī)的分類作以介紹。（1）磁帶機(jī)的工作原理）磁帶機(jī)的工作原理一般磁帶機(jī)的主要組成部分有：走帶機(jī)構(gòu)、磁帶盤驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、走帶機(jī)構(gòu)、磁帶盤驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、磁帶緩沖機(jī)構(gòu)、讀磁帶緩沖機(jī)構(gòu)、讀/寫裝置和自動(dòng)裝、卸帶機(jī)構(gòu)寫裝置和自動(dòng)裝、卸帶機(jī)構(gòu)等。磁帶機(jī)工作時(shí)，其磁頭固定不動(dòng)，磁帶在磁頭下面作恒速運(yùn)動(dòng)，磁頭在讀/寫電路作用下對(duì)磁帶作寫入或讀出操作。 磁帶機(jī)中磁帶讀寫簡(jiǎn)圖磁帶機(jī)中磁帶讀寫簡(jiǎn)圖（3）磁帶和磁帶

28、機(jī)的分類）磁帶和磁帶機(jī)的分類 磁帶的種類很多，可以分為6種規(guī)格。 有2 2種規(guī)格的磁帶種規(guī)格的磁帶采用螺旋掃描讀寫方式，他們適用于DAT（4mm）磁帶機(jī)和8mm磁帶機(jī)。 另外的磁帶，都采用數(shù)據(jù)流存儲(chǔ)技術(shù)（2）磁帶機(jī)采用的技術(shù)）磁帶機(jī)采用的技術(shù)根據(jù)磁帶的讀寫工作原理，讀寫工作原理，可將磁帶機(jī)所采用的技術(shù)分為：螺旋掃描技術(shù)線性記錄（數(shù)據(jù)流）技術(shù)DLT(數(shù)碼線性磁帶)技術(shù)LTO技術(shù)(LTO（Linear Tape-Open，開(kāi)放線性磁帶） 磁帶機(jī) DLT 3480/3490 DC6000 Travan 8mm DAT 4mm DAT 螺旋掃描磁帶機(jī)機(jī) 數(shù)據(jù)流磁帶機(jī) 1/4 英寸（QIC） 1/2 英

29、寸 磁帶機(jī)的分類QIC（Quarter Inch Cartridge：1/4英寸帶卷）磁帶：它包括DC6000和DC2000兩種規(guī)格。DAT（Digital Audio Tape）磁帶8mm磁帶1/2英寸磁帶：又分為DLT（Digital L i n e a r T a p e ） 磁 帶 和IBM3480/3490/3590系列磁帶兩類。 HP DAT40磁帶機(jī)DAT40是HP公司的DAT格式磁帶機(jī)，是螺旋記錄格式螺旋記錄格式中體積最小巧的產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用在各種服務(wù)器中。小巧的4mm磁帶具有40GB的單盤容量，足以滿足典型局域網(wǎng)環(huán)境下的備份要求。DAT40磁帶機(jī)傳輸率達(dá)到6MB/s，40GB數(shù)

30、據(jù)的備份在兩小時(shí)之內(nèi)即可完成。SDLT320壓縮容量達(dá) 320GB* 壓縮性能達(dá) 115GB/h* HP Ultrium(傲群）460（LTO磁帶機(jī)) HP Ultrium磁帶機(jī)是世界上最快的磁帶機(jī)之一，單盤磁帶的容量目前已經(jīng)達(dá)到200GB，持續(xù)傳輸率30 MB/s（壓縮），支持Ultra SCSI LVD（低壓差分）或Ultra 2 SCSI，5.25英寸全高設(shè)計(jì)可以方便地安裝在各種服務(wù)器中。Ultrium的單軸磁帶采用了先進(jìn)的線性記錄技術(shù)（目前支持Ultrium-1記錄格式），在半高磁帶介質(zhì)上形成8通道線性螺旋形記錄。數(shù)據(jù)流磁帶機(jī)數(shù)據(jù)流磁帶機(jī)：數(shù)據(jù)流磁帶機(jī)是將數(shù)據(jù)連續(xù)地寫在磁帶上，每個(gè)數(shù)據(jù)

31、塊間插入記錄間隙，使磁帶機(jī)在數(shù)據(jù)塊間不啟停。它用電子控制代替機(jī)械控制從而簡(jiǎn)化了磁帶機(jī)的結(jié)構(gòu)，降低了成本，提高了可靠性。 數(shù)據(jù)流磁帶機(jī)有1/2英寸開(kāi)盤式開(kāi)盤式和1/4英寸盒式盒式兩種。盒式磁帶的結(jié)構(gòu)類似于錄音帶和錄像帶，盒帶內(nèi)部裝有供帶盤和收帶盤， 二、磁帶的記錄格式二、磁帶的記錄格式 數(shù)據(jù)流磁帶機(jī)是串行逐道記錄，其讀寫順序類似于磁盤。記錄信息時(shí)，從0號(hào)磁道開(kāi)始，偶數(shù)磁道從磁帶首端BOT到磁帶末端EOT，而奇數(shù)磁道則從EOT到BOT，且要依次首尾相接。這種方式稱做蛇形串行記錄蛇形串行記錄。 1/4英寸盒式數(shù)據(jù)流磁帶也是一種通用的標(biāo)準(zhǔn)磁帶。其中9道磁帶記錄格式括:前同步、數(shù)據(jù)塊標(biāo)志(1B)、用戶數(shù)

32、據(jù)(512B)、地址號(hào)(4B)、CRC校驗(yàn)碼(2B)和后同步。數(shù)據(jù)流磁帶數(shù)據(jù)流磁帶3210例例5* 不要求不要求,僅供參考僅供參考 現(xiàn)有半英寸(1英寸=25.4mm)9道磁帶機(jī)，記錄密度為每英寸6250B，帶速3m/s，啟停 時(shí)間5ms，帶長(zhǎng)900m，按塊記錄文件；每條記錄長(zhǎng)128B，塊化系數(shù)為16(磁帶的塊化系數(shù)是指每個(gè)數(shù)據(jù)塊所容納的記錄條數(shù))，塊間間隔為10mm。 求： (1)磁帶記錄密度每毫米多少字節(jié)； (2)數(shù)據(jù)傳輸率； (3)每個(gè)塊占磁帶長(zhǎng)度； (4)整盤帶可容納的記錄條數(shù)； (5)讀出160 000條記錄所需的時(shí)間。9個(gè)磁道對(duì)應(yīng)個(gè)磁道對(duì)應(yīng)9個(gè)磁頭個(gè)磁頭磁道號(hào)9磁道號(hào)1.(1) 因?yàn)?/p>

33、已知記錄密度因?yàn)橐阎涗浢芏萪=6250B/英寸，所以磁帶記錄密英寸，所以磁帶記錄密度度d=6250B/25.4mm=246B/mm (2) 根據(jù)公式根據(jù)公式c=dv，已知，已知v=3m/s,d=246B/mm，則數(shù)據(jù)傳輸率則數(shù)據(jù)傳輸率c=246B/mm31000mm/s=738千字節(jié)千字節(jié)/s(3) 每塊所占磁帶長(zhǎng)度包括兩部分：一是記錄一塊數(shù)據(jù)每塊所占磁帶長(zhǎng)度包括兩部分：一是記錄一塊數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，二是塊間間隔。的長(zhǎng)度，二是塊間間隔。一塊數(shù)據(jù)所占字節(jié)數(shù)一塊數(shù)據(jù)所占字節(jié)數(shù)=(字節(jié)數(shù)字節(jié)數(shù)/每個(gè)記錄每個(gè)記錄)塊化系數(shù)塊化系數(shù)=12816=2048字節(jié)字節(jié)2048字節(jié)占有的帶長(zhǎng)字節(jié)占有的帶長(zhǎng)=2048

34、/(記錄密度記錄密度)=2048/246=8mm 每塊占磁帶長(zhǎng)度每塊占磁帶長(zhǎng)度=8mm+10mm=18mm(4) 一盤帶能存儲(chǔ)的記錄塊數(shù)一盤帶能存儲(chǔ)的記錄塊數(shù)=總帶長(zhǎng)總帶長(zhǎng)/一個(gè)塊長(zhǎng)一個(gè)塊長(zhǎng)=9001000mm/18mm=50103塊塊 所以，整盤帶可容納的記錄條數(shù)所以，整盤帶可容納的記錄條數(shù)=塊化系數(shù)塊化系數(shù)塊數(shù)塊數(shù)=1650103=800 000條記錄條記錄(5) 160 000條記錄需要的記錄塊數(shù)條記錄需要的記錄塊數(shù)=160 000/塊化系數(shù)塊化系數(shù)=160 000/16=10103塊塊 讀出讀出160 000條記錄所需時(shí)間條記錄所需時(shí)間t=啟停時(shí)間啟停時(shí)間(t1)+有效時(shí)間有效時(shí)間(t

35、2)+間隔時(shí)間間隔時(shí)間(t3) 啟停時(shí)間啟停時(shí)間t1：讀出：讀出160 000條記錄需啟停一次磁帶機(jī)的時(shí)條記錄需啟停一次磁帶機(jī)的時(shí)間，已知間，已知t1=5ms;有效時(shí)間有效時(shí)間t2：不包括塊間間隔，：不包括塊間間隔，160 000條記錄的讀出時(shí)間條記錄的讀出時(shí)間，已求出傳輸率為，已求出傳輸率為738千字節(jié)千字節(jié)/s，故，故 t2=(160 000128)/(738*1024/s)=27s；間隔時(shí)間間隔時(shí)間t3：計(jì)算出總的塊間隔長(zhǎng)度，然后除以帶速。因：計(jì)算出總的塊間隔長(zhǎng)度，然后除以帶速。因160 000條記錄共分條記錄共分10 000塊，塊間隔共長(zhǎng)塊，塊間隔共長(zhǎng)100m，故，故t3=33.333

36、s ,因此總時(shí)間因此總時(shí)間t=5ms+27s+33.333s=60.338s 第第4節(jié)節(jié) 光盤和磁光盤存儲(chǔ)設(shè)備光盤和磁光盤存儲(chǔ)設(shè)備一、光盤存儲(chǔ)設(shè)備一、光盤存儲(chǔ)設(shè)備二、磁光盤存儲(chǔ)設(shè)備二、磁光盤存儲(chǔ)設(shè)備一、光盤存儲(chǔ)設(shè)備一、光盤存儲(chǔ)設(shè)備 光存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱光盤光盤，是近年來(lái)頗受重視的一種外存設(shè)備，更是多媒體計(jì)算機(jī)不可缺少的設(shè)備。光盤采用聚焦激光束在盤式介質(zhì)上非接觸地記錄高密度信息，以介質(zhì)材料的光學(xué)性質(zhì)(如反射率、偏振方向)的變化來(lái)表示所存儲(chǔ)信息的“1”或“0”。 只讀類只讀類( (如如CD-ROM(CD-ROM(只讀只讀) )、DVD-ROMDVD-ROM等等) ) 可寫類可寫類( (如如CD-R(CD-

37、R(寫一次寫一次) )、CD-RW(CD-RW(可讀寫可讀寫) )、MO(MO(磁光磁光盤盤, ,多次寫多次寫) )等等) ) 只讀型光盤，它由生產(chǎn)廠家預(yù)先寫入數(shù)據(jù)和程序，只讀型光盤，它由生產(chǎn)廠家預(yù)先寫入數(shù)據(jù)和程序，使用時(shí)用戶只能讀出，不能修改或?qū)懭胄聝?nèi)容。使用時(shí)用戶只能讀出，不能修改或?qū)懭胄聝?nèi)容。 這種光盤是以燒孔的形式記錄信息的，首先要精這種光盤是以燒孔的形式記錄信息的，首先要精心制作母盤，然后通過(guò)母盤壓制出復(fù)制盤。在光盤的心制作母盤，然后通過(guò)母盤壓制出復(fù)制盤。在光盤的記錄薄膜上有小孔表示記錄記錄薄膜上有小孔表示記錄“1”，無(wú)小孔表示記錄，無(wú)小孔表示記錄“0”。 CD是通過(guò)在涂有玻璃表層的主盤上，用高能紅外激光束燒出0.8毫米直徑的小孔制成的。用這種主盤做成模子，上面帶有燒好的激光孔，然后往模子上注入熔化的多種碳酸鹽脂，使