計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)第八章

第八章輔助存儲(chǔ)器前言8.1輔助存儲(chǔ)器的種類(lèi)與技術(shù)指標(biāo)8.2磁記錄原理與記錄方式8.3硬磁盤(pán)存儲(chǔ)器8.4軟磁盤(pán)存儲(chǔ)器8.5磁帶存儲(chǔ)器8.6光盤(pán)存儲(chǔ)器8.7硬盤(pán)、軟盤(pán)、磁帶和光盤(pán)存儲(chǔ)器的綜合比較8.8固態(tài)盤(pán)前言

按存放信息的不同存儲(chǔ)器分為兩種：主存儲(chǔ)器和輔助存儲(chǔ)器。主存儲(chǔ)器用來(lái)存放需要立即使用的數(shù)據(jù)和程序，輔助存儲(chǔ)器用來(lái)放當(dāng)前不需立即使用的信息。輔助存儲(chǔ)器的特點(diǎn)是：容量大，成本低，斷電后還能保存信息，屬于非易失性存儲(chǔ)器。大部分存儲(chǔ)介質(zhì)脫機(jī)后還能保存信息。8.1輔助存儲(chǔ)器的種類(lèi)與技術(shù)指標(biāo)

一.輔助存儲(chǔ)器的種類(lèi)

常用輔助存儲(chǔ)器主要有兩類(lèi)：磁表面存儲(chǔ)器和光存儲(chǔ)器。1、磁表面存儲(chǔ)器分兩類(lèi)：數(shù)字磁記錄和模擬磁記錄。數(shù)字式磁記錄：硬盤(pán)、軟盤(pán)和磁帶。模擬式磁記錄：錄音和攝像設(shè)備。

工作原理：磁性材料沉積在基體上形成記錄介質(zhì)，通過(guò)磁頭與記錄介質(zhì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)讀寫(xiě)信息。

2、光存儲(chǔ)器用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的光存儲(chǔ)器主要是光盤(pán)。

光盤(pán)的記錄原理：利用激光束在具有感光特性的表面上存儲(chǔ)信息。

二.輔助存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)

主要技術(shù)指標(biāo)：存儲(chǔ)密度、存儲(chǔ)容量和尋址時(shí)間。1、存儲(chǔ)密度

定義：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度或單位面積磁層表面所存儲(chǔ)的二進(jìn)制信息量。對(duì)磁盤(pán)存儲(chǔ)器來(lái)說(shuō)可以用道密度或位密度來(lái)表示，也可用兩者的乘積——面密度表示。對(duì)于磁帶，其磁道是沿著磁帶長(zhǎng)度方向的直線，存儲(chǔ)密度主要用位密度來(lái)衡量。

道密度：沿磁盤(pán)半徑方向單位長(zhǎng)度的磁道數(shù)，單位是道/英寸或道/毫米。

位密度：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度磁道能記錄的二進(jìn)制信息的位數(shù)，又叫線密度。單位是位/英寸或位/毫米。

2、存儲(chǔ)容量

定義：磁表面存儲(chǔ)器所能存儲(chǔ)的二進(jìn)制信息總量。一般以字節(jié)為單位。

磁盤(pán)存儲(chǔ)器有格式化和非格式化兩個(gè)指標(biāo)。

格式化容量：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(hù)真正可以使用的容量，一般為非格式化容量的60%~70%。

非格式化容量：磁記錄表面可以利用的磁化單元總數(shù)。

將磁盤(pán)存儲(chǔ)器用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，必須首先進(jìn)行格式化操作，然后才能供用戶(hù)記錄信息。

3、尋址時(shí)間

磁盤(pán)存儲(chǔ)器用直接存取方式，尋址時(shí)間包括兩部分：磁頭尋找目標(biāo)磁道所需的找道時(shí)間和找到磁道后磁頭等待所需要讀寫(xiě)的區(qū)段旋轉(zhuǎn)到磁頭下方的等待時(shí)間。平均尋址時(shí)間=平均找道時(shí)間+平均等待時(shí)間（平均等待時(shí)間是磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)半圈所需的時(shí)間）

磁帶存儲(chǔ)器用順序存取方式，其尋址時(shí)間是磁帶空移到磁頭應(yīng)訪問(wèn)記錄區(qū)所在位置的時(shí)間。它比硬盤(pán)的尋址時(shí)間長(zhǎng)得多。4、數(shù)據(jù)傳輸率

定義：磁表面存儲(chǔ)器的緩存在單位時(shí)間內(nèi)與主機(jī)之間傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)或字節(jié)數(shù)。

傳輸率=記錄密度D*記錄介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)速度V5、誤碼率

定義：衡量磁表面存儲(chǔ)器的出錯(cuò)概率的參數(shù)。誤碼率=出錯(cuò)信息的位數(shù)/讀出的總信息位數(shù)。6、價(jià)格

通常用位價(jià)格來(lái)比較各種存儲(chǔ)器。位價(jià)格=設(shè)備價(jià)格/容量8.2磁記錄原理與記錄方式8.2.1磁記錄原理

磁表面存儲(chǔ)器通過(guò)磁頭和記錄介質(zhì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)完成讀寫(xiě)。磁表面存儲(chǔ)器中的信息的讀寫(xiě)過(guò)程是電和磁的相互轉(zhuǎn)換過(guò)程。

1、寫(xiě)磁頭線圈通一電流，磁頭中將產(chǎn)生磁場(chǎng)，在磁頭前隙處磁力線通過(guò)磁表面形成一個(gè)閉合回路，因此磁表面被磁化。當(dāng)電流被撤走后，剩磁形成了磁化小區(qū)域，即電信號(hào)轉(zhuǎn)化成了磁信號(hào)。線圈中電流方向不同，剩磁狀態(tài)不同，可用來(lái)記錄0或1。

2、讀磁表面和磁頭之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)，事先被磁化了的區(qū)域經(jīng)過(guò)磁頭前隙時(shí)，磁力線穿過(guò)磁頭并被切割，磁頭中的磁通發(fā)生變化，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，磁通正向增大時(shí)，磁頭線圈中產(chǎn)生一個(gè)負(fù)的電動(dòng)勢(shì)；磁通變小時(shí)則產(chǎn)生正的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，即產(chǎn)生負(fù)、正脈沖——磁信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。垂直記錄是利用磁頭磁場(chǎng)的垂直分量，在具有各向異性的記錄介質(zhì)上寫(xiě)入信息，從而在介質(zhì)上形成垂直于磁層表面的小磁化區(qū)。垂直記錄與水平記錄相比具有更高的存儲(chǔ)密度。目前的磁盤(pán)一般采用水平記錄技術(shù)。

8.2.2磁記錄介質(zhì)與磁頭

1、磁記錄介質(zhì)

磁記錄介質(zhì)指的是涂有薄層磁性材料的信息載體，可以脫機(jī)保存信息，是不同系統(tǒng)之間信息交互的手段，又稱(chēng)磁記錄媒體。根據(jù)記錄介質(zhì)的基底不同可分軟性介質(zhì)和硬性介質(zhì)。基底和磁性材料都會(huì)影響記錄介質(zhì)的性能。常用的磁性介質(zhì)是磁粉。不同的涂布工藝方式（平涂工藝和甩涂工藝）產(chǎn)生的記錄介質(zhì)的質(zhì)量也不同。

2、磁頭磁頭是實(shí)現(xiàn)電磁相互轉(zhuǎn)換的裝置。磁頭的性能對(duì)讀寫(xiě)、清除、記錄密度和讀出速度等均有影響。

①感應(yīng)式磁頭采用電磁感應(yīng)原理讀記錄信號(hào)。按工作方式分為接觸式磁頭和浮動(dòng)式磁頭。接觸式磁頭：磁頭與記錄介質(zhì)直接接觸。

浮動(dòng)式磁頭：介質(zhì)高速運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的氣流在磁頭與介質(zhì)表面之間形成一層空氣薄膜，使磁頭與介質(zhì)表面脫離接觸。

②MR磁頭磁頭利用磁致電阻效應(yīng)可在高密度記錄下讀出信息。專(zhuān)用于讀出的磁頭，不能寫(xiě)。磁致電阻效應(yīng)：將某些磁性材料放在磁場(chǎng)中，如果通以一恒定電流，當(dāng)外加磁場(chǎng)改變時(shí)，該材料的電阻率也隨之改變。8.2.3磁記錄方式

定義：是一種編碼方法，按某種規(guī)律將一串二進(jìn)制數(shù)字信息變換成存儲(chǔ)介質(zhì)磁層的相應(yīng)磁化翻轉(zhuǎn)形式，并經(jīng)讀寫(xiě)控制電路實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換規(guī)律。

常用的編碼方法有：歸零制(RZ)不歸零制(NRZ)見(jiàn)1就翻的不歸零制（NRZ1）調(diào)相制(PM)調(diào)頻制(FM)改進(jìn)調(diào)頻制(MFM)8.3硬磁盤(pán)存儲(chǔ)器

8.3.1硬磁盤(pán)存儲(chǔ)器的種類(lèi)及基本結(jié)構(gòu)

硬磁盤(pán)存儲(chǔ)器指的是記錄介質(zhì)為硬質(zhì)圓形盤(pán)片的輔助存儲(chǔ)器系統(tǒng)。以鋁合金為基底，上面涂有磁粉，采用甩涂工藝。根據(jù)磁頭的工作方式分類(lèi)可分成移動(dòng)頭磁盤(pán)存儲(chǔ)器和固定頭磁盤(pán)存儲(chǔ)器。固定頭磁盤(pán)存儲(chǔ)器中每一個(gè)磁道都對(duì)應(yīng)一個(gè)磁頭，省去了找道時(shí)間。移動(dòng)盤(pán)存儲(chǔ)器為浮動(dòng)磁頭，存取數(shù)據(jù)時(shí)磁頭在磁盤(pán)盤(pán)面上徑向移動(dòng)。

磁盤(pán)存儲(chǔ)器由驅(qū)動(dòng)器（HDD）和控制器（HDC）組成。磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器又稱(chēng)磁盤(pán)機(jī)或磁盤(pán)子系統(tǒng)，是獨(dú)立于主機(jī)外的一個(gè)裝置。硬盤(pán)控制器一般指插在主機(jī)總線插槽中的一塊電路板。它的作用是接受主機(jī)發(fā)送的命令和雙向傳送數(shù)據(jù)，將主機(jī)命令轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)器的命令，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成對(duì)方可以接受的格式，以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器的讀寫(xiě)操作。

8.3.2HDD與HDC

1、HDD（硬磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器）

HDD的主要組成部分是定位驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)和盤(pán)組（或盤(pán)片）。

1、磁頭定位驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

磁頭定位驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是驅(qū)動(dòng)磁頭沿盤(pán)面徑向位置運(yùn)動(dòng)以尋找目標(biāo)磁道位置的機(jī)構(gòu)。定位驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)部件和運(yùn)載部件組成。磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器普遍采用音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)和伺服盤(pán)定位。音圈電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)磁頭運(yùn)動(dòng)。磁盤(pán)機(jī)音圈電機(jī)控制系統(tǒng)工作過(guò)程：（1）位置檢測(cè)電路檢測(cè)出磁頭當(dāng)前位置（2）控制器送來(lái)目標(biāo)磁道位置（3）邏輯電路求出目標(biāo)位置與磁頭當(dāng)前位置的差值。（4）模擬控制電路根據(jù)差值及磁頭現(xiàn)在的運(yùn)行速度求出磁頭運(yùn)動(dòng)方向和速度。（5）功率放大器把信號(hào)放大為驅(qū)動(dòng)磁頭運(yùn)動(dòng)的電流（6）音圈電機(jī)推動(dòng)小車(chē)到預(yù)定位置2、主軸系統(tǒng)與數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)

主軸系統(tǒng)的作用是安裝盤(pán)片，并驅(qū)動(dòng)他們以額定的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。主要部件是主軸電機(jī)和有關(guān)控制電路。

數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)的作用是控制數(shù)據(jù)的寫(xiě)入和讀出。主要包括磁頭，磁頭選擇電路，讀寫(xiě)電路和索引區(qū)標(biāo)電路等。（1）寫(xiě)入數(shù)據(jù)過(guò)程a、接收選頭選址信號(hào)，并把硬盤(pán)地址信號(hào)發(fā)到地址寄存器中完成尋址操作。b、根據(jù)控制器發(fā)來(lái)的寫(xiě)命令及數(shù)據(jù)開(kāi)始寫(xiě)入信息c、寫(xiě)電流由頭選信號(hào)、寫(xiě)命令和文件保護(hù)信號(hào)控制流入選定的磁頭線圈。d、由檢測(cè)電路檢查是否出錯(cuò)。

（2）讀出數(shù)據(jù)過(guò)程讀出電路接收磁盤(pán)表面的磁通變化，作為磁頭的激磁電壓，即在磁頭線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。a、執(zhí)行尋址操作并選擇磁頭b、磁頭讀出信號(hào)送放大器c、讀放大器輸出送譯碼電路，如果采用自同步記錄方式，在此將讀出信號(hào)分為兩路，一路為數(shù)據(jù)脈沖，一路為同步脈沖。

3、盤(pán)組（或盤(pán)片）

盤(pán)片的上下兩面都能記錄信息，通常將盤(pán)片表面成為記錄面，記錄面上一系列同心圓稱(chēng)為磁道。

磁盤(pán)地址由記錄面號(hào)（或稱(chēng)磁頭號(hào)）、磁道號(hào)和扇區(qū)號(hào)組成，一次讀寫(xiě)操作至少讀寫(xiě)一個(gè)磁道上的一個(gè)扇區(qū)的數(shù)據(jù)。

一個(gè)磁盤(pán)存儲(chǔ)器所能存儲(chǔ)的字節(jié)總數(shù)，稱(chēng)為存儲(chǔ)容量，存儲(chǔ)容量有格式化容量和非格式化容量之分。格式化容量一般是非格式化容量的60%--70%。4、HDC（硬磁盤(pán)控制器）

磁盤(pán)控制器是主機(jī)與磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器之間的接口，由于輔助存儲(chǔ)器是快速的外部設(shè)備，它們與主機(jī)之間是成批交換數(shù)據(jù)的。采用直接存儲(chǔ)器存?。―MA）控制方式。作為主機(jī)與驅(qū)動(dòng)器之間交接部件的控制器，有兩個(gè)接口，一個(gè)是與主機(jī)之間的接口（系統(tǒng)級(jí)接口），控制輔存與主機(jī)總線之間交換數(shù)據(jù)；另外一個(gè)是與設(shè)備的接口（設(shè)備級(jí)接口），根據(jù)主機(jī)的命令控制設(shè)備的操作。目前常見(jiàn)的系統(tǒng)級(jí)硬盤(pán)接口有ESDI接口、SMD接口、IDE接口、SCSI接口。

8.3.3磁盤(pán)cache

1、磁盤(pán)cache概念

主存與磁盤(pán)的讀取速度差距太大，為彌補(bǔ)主存與磁盤(pán)之間的速度差距可采用增加磁盤(pán)主軸轉(zhuǎn)速、提高I/O總線速度、采用磁盤(pán)cache等方法。磁盤(pán)cache就是為了彌補(bǔ)主存與磁盤(pán)之間的速度差距。

2、磁盤(pán)cache的工作原理

cache行：在磁盤(pán)cache中，由一些數(shù)據(jù)塊組成的一個(gè)基本單位。

當(dāng)一個(gè)I/O請(qǐng)求送到磁盤(pán)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(xiě)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(pán)介質(zhì)中讀出。寫(xiě)入操作和CPU中的cache類(lèi)似，有“寫(xiě)通”和“寫(xiě)回”兩種方法。

CPU與主存之間的高速緩存用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。磁盤(pán)cache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(pán)驅(qū)動(dòng)器一般都帶有高速緩存，可由SRAM和DRAM組成。然而SRAM和DRAM為易失性存儲(chǔ)器，斷電后，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)會(huì)丟失，存在隱患。因此在網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)領(lǐng)域，不少大型磁盤(pán)陣列自身帶有不間斷電源設(shè)備，以保證陣列的緩存中數(shù)據(jù)的安全。

8.3.4磁盤(pán)陣列存儲(chǔ)器

獨(dú)立冗余磁盤(pán)陣列（RAID）是用多臺(tái)磁盤(pán)儲(chǔ)存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(pán)上交錯(cuò)存放數(shù)據(jù)，使之可以并行存取。促進(jìn)磁盤(pán)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(pán)驅(qū)動(dòng)器數(shù)據(jù)傳輸率的增長(zhǎng)。（2）小盤(pán)徑陣列磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器與大型驅(qū)動(dòng)器相比具有成本低，功耗小和性能好等優(yōu)點(diǎn)。（3）能保證極高的可靠性和數(shù)據(jù)的可用性。RAID0級(jí)：無(wú)冗余和無(wú)校驗(yàn)的數(shù)據(jù)分塊RAID1級(jí)：鏡像磁盤(pán)陣列RAID2級(jí)：采用糾錯(cuò)海明碼和位交叉存取的磁盤(pán)陣列RAID3級(jí)：采用奇偶校驗(yàn)碼和位交叉存取的磁盤(pán)陣列RAID4級(jí)：采用奇偶校驗(yàn)碼和塊交叉存取的磁盤(pán)陣列RAID5級(jí)：采取奇偶校驗(yàn)碼和塊交叉存取的磁盤(pán)陣列RAID6級(jí)：采取塊交叉技術(shù)和兩種奇偶校驗(yàn)碼的磁盤(pán)陣列RAID7級(jí)：獨(dú)立接口的磁盤(pán)陣列RAID10級(jí)：RAID0級(jí)+RAID1級(jí)8.3.5硬磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的發(fā)展動(dòng)向向微小型，輕量化，大容量，快速，小功耗和價(jià)格低方向發(fā)展。磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器主要采取了以下技術(shù)措施來(lái)提高其性能：（1）采用浮動(dòng)磁頭，降低浮動(dòng)高度。（2）采用伺服機(jī)構(gòu)，提高磁道密度。（3）采用溫徹斯特技術(shù)。（4）采用MR磁頭和PRML信號(hào)處理方法。（5）改進(jìn)存儲(chǔ)介質(zhì)和盤(pán)基，提高記錄密度。（6）縮短平均儲(chǔ)存時(shí)間，提高數(shù)據(jù)傳輸速率。（7）HDD的微小型化。8.4軟磁盤(pán)存儲(chǔ)器

8.4.1概述軟磁盤(pán)存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱(chēng)軟盤(pán)。軟磁盤(pán)存儲(chǔ)器由軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、軟磁盤(pán)控制器與軟磁盤(pán)片三部分組成。一、軟磁盤(pán)存儲(chǔ)器與硬磁盤(pán)存儲(chǔ)器比較

同：（1）存儲(chǔ)原理（2）記錄方式異：（1）硬盤(pán)轉(zhuǎn)速高，存取速度快；軟盤(pán)轉(zhuǎn)速低，存取速度慢（2）軟盤(pán)磁頭是接觸式讀寫(xiě)，硬盤(pán)磁頭不接觸盤(pán)片（3）軟盤(pán)造價(jià)低，盤(pán)片保管方便，使用靈活,且具有互換性（4）硬盤(pán)有固定磁頭，固定盤(pán)，盤(pán)組等結(jié)構(gòu)。軟盤(pán)都是活動(dòng)頭，可換盤(pán)片結(jié)構(gòu)。8.4.2軟磁盤(pán)的記錄格式記錄格式指的是磁盤(pán)表面上信息的存儲(chǔ)格式,也稱(chēng)為記錄格式。目前常用軟分段格式。每個(gè)磁道數(shù)據(jù)的記錄格式如下所示：

8.4.3軟磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器和控制器

軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器主要由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、磁頭及定位機(jī)構(gòu)和讀寫(xiě)電路組成。軟盤(pán)控制器的功能是解釋來(lái)自主機(jī)的命令并向軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器發(fā)出何種控制信號(hào)，同時(shí)檢測(cè)驅(qū)動(dòng)器的狀態(tài)，按規(guī)定的數(shù)據(jù)格式向驅(qū)動(dòng)器讀寫(xiě)數(shù)據(jù)等。集體操作包括以下幾項(xiàng)：（1）尋道操作。（2）地址檢測(cè)。（3）讀數(shù)據(jù)。（4）寫(xiě)數(shù)據(jù)。（5）初始化。8.4.4軟磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器發(fā)展動(dòng)向1.盤(pán)徑縮小趨勢(shì)明顯2.軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器向薄型化發(fā)展3.發(fā)展大容量光磁軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器8.5磁帶存儲(chǔ)器磁帶存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)工作原理基本上與磁盤(pán)存儲(chǔ)器相同，因其存儲(chǔ)信息的媒體呈帶狀看，故成為磁帶。磁盤(pán)存儲(chǔ)器，無(wú)論是硬盤(pán)還是軟盤(pán)，都屬于直接存取設(shè)備，因?yàn)槭侵灰o出信息所在的盤(pán)面、磁道和扇區(qū)，磁頭就能直接運(yùn)動(dòng)到那個(gè)位置存取信息。而磁帶存儲(chǔ)器是順序設(shè)備，磁帶上的文件只能依次存放。磁帶存儲(chǔ)器的發(fā)展趨勢(shì)也是提高傳輸率，提高記錄密度，改善機(jī)械結(jié)構(gòu)，提高可靠性，提高性能價(jià)格比。提高密度的關(guān)鍵是磁頭技術(shù)。在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，簡(jiǎn)化了啟停機(jī)構(gòu)，發(fā)展了數(shù)據(jù)流磁帶機(jī)，數(shù)據(jù)流磁帶機(jī)已成為計(jì)算機(jī)中主要的后備存儲(chǔ)設(shè)備。書(shū)上標(biāo)題下的簡(jiǎn)介8.5.1磁帶機(jī)的結(jié)構(gòu)磁帶機(jī)工作時(shí)，磁頭固定，磁帶移走。磁帶的運(yùn)動(dòng)方向與磁盤(pán)不同。磁盤(pán)只在一個(gè)方向上作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。而磁帶機(jī)為了尋找記錄區(qū)，必須驅(qū)動(dòng)磁帶正走或反走，有的磁帶機(jī)讀寫(xiě)完畢后又要使磁頭停在兩個(gè)記錄區(qū)之間。因此，為了保證磁帶以一定的速度平穩(wěn)地運(yùn)動(dòng)以及快速啟停，在磁帶機(jī)結(jié)構(gòu)和電路上都應(yīng)采取相應(yīng)的技術(shù)措施。不同種類(lèi)的磁帶機(jī)差別很大。下面介紹傳統(tǒng)的開(kāi)盤(pán)式啟停磁帶機(jī)和數(shù)據(jù)流磁帶機(jī)的結(jié)構(gòu)。1.開(kāi)盤(pán)式啟停磁帶機(jī)的結(jié)構(gòu)開(kāi)盤(pán)式磁帶指的是磁帶纏繞在圓形的帶盤(pán)上，而且磁帶的首端可以出去的磁帶。開(kāi)盤(pán)式磁盤(pán)機(jī)有有手動(dòng)裝帶和自動(dòng)裝帶兩種結(jié)構(gòu)。開(kāi)盤(pán)式啟停磁帶機(jī)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜看，主要由走帶機(jī)構(gòu)，磁帶緩沖機(jī)構(gòu)，帶盤(pán)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及磁頭等組成。走帶機(jī)構(gòu)有雙壓輪式和真空機(jī)主動(dòng)輪式兩種，其作用是帶動(dòng)磁盤(pán)運(yùn)動(dòng)，以完成讀寫(xiě)操作。緩沖機(jī)構(gòu)的作用是減小磁帶運(yùn)動(dòng)中的慣性，以便使磁帶快速地啟停。緩沖機(jī)構(gòu)有擺桿式和真空帶箱兩種。雙壓輪真空積帶箱式磁帶機(jī)如圖所示：2.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(xiě)在磁帶上，每個(gè)數(shù)據(jù)塊間插入記錄間隙，使磁帶機(jī)在數(shù)據(jù)塊間不啟停，從而簡(jiǎn)化了磁帶機(jī)的結(jié)構(gòu)。盒式磁帶的結(jié)構(gòu)類(lèi)似于錄音帶和錄像帶，盒帶內(nèi)部裝有供帶盤(pán)和收帶盤(pán)。數(shù)據(jù)流磁帶機(jī)的讀寫(xiě)機(jī)構(gòu)與啟停式磁帶機(jī)區(qū)別較大。傳統(tǒng)的啟停式磁帶機(jī)是多位并行讀寫(xiě)，而數(shù)據(jù)流磁帶機(jī)采用類(lèi)似于磁盤(pán)的串行讀寫(xiě)方式，決定了兩者之間的記錄格式不同。8.5.2磁帶的記錄格式國(guó)際上通用的1/2英寸9道啟停式磁帶和1/4英寸盒式數(shù)據(jù)流磁帶的記錄格式，這是兩種最常用的標(biāo)準(zhǔn)磁帶。在1/4英寸磁帶中，QIC-24是一種標(biāo)準(zhǔn)記錄格式。QIC-24記錄格式有4道和9道兩種基本格式。注意：數(shù)據(jù)流磁盤(pán)機(jī)是串行隧道記錄，其讀寫(xiě)順序類(lèi)似于磁盤(pán)。這種方式叫作蛇形記錄。8.5.3循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）外部設(shè)備中的數(shù)據(jù)，在存儲(chǔ)與傳送過(guò)程中，可能產(chǎn)生錯(cuò)誤，通常用奇偶校驗(yàn)碼來(lái)發(fā)現(xiàn)1個(gè)或奇數(shù)個(gè)錯(cuò)誤。對(duì)于磁表面存儲(chǔ)器，可能會(huì)出現(xiàn)多個(gè)錯(cuò)誤碼，通常采用循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）來(lái)發(fā)現(xiàn)并糾正錯(cuò)誤。下面以磁帶機(jī)為例來(lái)說(shuō)明利用CRC對(duì)一個(gè)記錄塊進(jìn)行糾錯(cuò)的方法。假設(shè)采用寬度為1/2英寸的標(biāo)準(zhǔn)磁帶，有9條磁道，其中8條磁道記錄信息（一個(gè)字節(jié)）；一條磁道記錄橫向奇偶校驗(yàn)碼，對(duì)每一行信息進(jìn)行奇偶校驗(yàn)。通常采用奇校驗(yàn)。磁帶上每個(gè)記錄塊的末行數(shù)據(jù)之后留有三行空白行，接著是一行CRC碼，在CRC之后又有三行空白行，然后是一行縱向奇偶校驗(yàn)碼，對(duì)每一磁道上的信息（包括CRC）在內(nèi)進(jìn)行校驗(yàn)，本例采用偶校驗(yàn)。由于在多個(gè)磁道上同時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤的可能性很小，也就是說(shuō)，錯(cuò)誤一般發(fā)生在同一磁道上，CRC能發(fā)現(xiàn)僅在一個(gè)磁道出錯(cuò)的多個(gè)錯(cuò)誤碼。并能將它們糾正。寫(xiě)入磁帶是按行（9位，并行）進(jìn)行的，行與行之間是串行的。圖7.22表示循環(huán)冗余碼的形成和糾錯(cuò)過(guò)程。糾錯(cuò)原理是：用循環(huán)碼的規(guī)律和專(zhuān)門(mén)線路指出產(chǎn)生錯(cuò)誤的磁道Ｘ，然后用橫向奇偶校驗(yàn)碼檢測(cè)每一行是否有錯(cuò)。如有錯(cuò)，就錯(cuò)在該行的Ｘ磁道，取該位的反碼，錯(cuò)誤即得到糾正。參看圖7.22（a），寫(xiě)入磁帶的數(shù)據(jù)（8位）先形成奇校驗(yàn)位，連同原數(shù)據(jù)（共9位）一起寫(xiě)入磁帶，并且同時(shí)送入循環(huán)冗余校驗(yàn)寄存器CRCR，如此重復(fù)，直到所有的數(shù)據(jù)全部寫(xiě)入磁帶，然后將CRCR中的內(nèi)容（即校驗(yàn)碼）也寫(xiě)入磁帶，寫(xiě)帶過(guò)程結(jié)束。CRCR由一個(gè)移位寄存器（9位）和13個(gè)異或門(mén)組成，上圖為其示意圖，該圖中循環(huán)碼所用的生成多項(xiàng)式為：

G(X)=Ｘ９+Ｘ６+Ｘ５+Ｘ４+Ｘ３+１

=1001111001循環(huán)冗余校驗(yàn)寄存器CRCR和錯(cuò)誤模式寄存器EPR8.5.4磁帶機(jī)的發(fā)展動(dòng)向

圖中R表示觸發(fā)器，每送入一次數(shù)據(jù)同時(shí)完成循環(huán)移位和異或操作，其中有４位還經(jīng)過(guò)兩個(gè)異或門(mén)。當(dāng)一組數(shù)據(jù)寫(xiě)入完畢后，CRCR再進(jìn)行一次操作，但此時(shí)輸入數(shù)據(jù)為全“0”，因此在圖上部的4個(gè)異或門(mén)參與下，完成了一次循環(huán)移位操作。這時(shí)在CRCR中的數(shù)據(jù)即為循環(huán)冗余碼。把它寫(xiě)入磁帶。8.6光盤(pán)存儲(chǔ)器光盤(pán)（OpticalDisk）指的是利用光學(xué)方式進(jìn)行讀寫(xiě)信息的圓盤(pán)。應(yīng)用激光在某種介質(zhì)上寫(xiě)入信息，然后再利用激光讀出信息的技術(shù)稱(chēng)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(chēng)為磁光存儲(chǔ)。70年代研究出半導(dǎo)體激光器，解決了光源問(wèn)題；又解決了讀出微小信息位的光學(xué)伺服系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，使光存儲(chǔ)技術(shù)達(dá)到了實(shí)用化水平。8.6.1 光盤(pán)存儲(chǔ)器種類(lèi)根據(jù)性能和用途的不同，光盤(pán)存儲(chǔ)器可分為三種類(lèi)型：（1）只讀型光盤(pán)（CD-ROM）這種光盤(pán)的盤(pán)片是由生產(chǎn)廠家預(yù)先寫(xiě)入數(shù)據(jù)或程序，出廠后用戶(hù)只能讀取，而不能寫(xiě)入修改。在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域主要用于檢索文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)或其它數(shù)據(jù)庫(kù)，也可用于計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)等。由于這種光盤(pán)具有ROM的性質(zhì)，因此又稱(chēng)為CD-ROM。屬于第一代光存儲(chǔ)技術(shù)產(chǎn)品。（2）只寫(xiě)一次型光盤(pán)（WROM）這種光盤(pán)可以由用戶(hù)寫(xiě)入一次信息，寫(xiě)入后可以多次讀出，但不能修改。因此它被稱(chēng)為“寫(xiě)一次型”WROM。主要用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的文件存檔或?qū)懭氲男畔⒉恍杞?jīng)常修改的場(chǎng)合。屬于第一代光存儲(chǔ)技術(shù)產(chǎn)品。（3）可擦寫(xiě)型光這種光盤(pán)類(lèi)似于磁盤(pán)，可以重復(fù)讀寫(xiě)，是很有發(fā)展前途的輔助存儲(chǔ)器。8.6.2光盤(pán)的讀寫(xiě)原理

根據(jù)激光束及反射光的強(qiáng)弱不同完成信