《計(jì)算機(jī)組成原理》第四章存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件

第四章存儲(chǔ)器系統(tǒng)7/26/20231本章學(xué)習(xí)內(nèi)容存儲(chǔ)器的分類及分層結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類和半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的組織輔助存儲(chǔ)器的分類及工作原理7/26/202324、1存儲(chǔ)器概述一、存儲(chǔ)器的分類1．按與CPU的連接和功能分類(1)主存儲(chǔ)器

CPU能夠直接訪問(wèn)的存儲(chǔ)器。用于存放當(dāng)前運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)。主存儲(chǔ)器設(shè)在主機(jī)內(nèi)部，所以又稱內(nèi)存儲(chǔ)器。簡(jiǎn)稱內(nèi)存或主存。(2)輔助存儲(chǔ)器為解決主存容量不足而設(shè)置的存儲(chǔ)器，用于存放當(dāng)前不參加運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)。當(dāng)需要運(yùn)行程序和數(shù)據(jù)時(shí)，將它們成批調(diào)入內(nèi)存供CPU使用。CPU不能直接訪問(wèn)輔助存儲(chǔ)器。輔助存儲(chǔ)器屬于外部設(shè)備，所以又稱為外存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱外存或輔存。7/26/20233(3)高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）

是一種介于主存與CPU之間用于解決CPU與主存間速度匹配問(wèn)題的高速小容量的存儲(chǔ)器。Cache用于存放CPU立即要運(yùn)行或剛使用過(guò)的程序和數(shù)據(jù)。7/26/202342、按存取方式分(1)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)

存儲(chǔ)器任何單元的內(nèi)容均可按其地址隨機(jī)地讀取或?qū)懭?，且存取時(shí)間與單元的物理位置無(wú)關(guān)。RAM主要用于組成主存。(2)只讀存儲(chǔ)器(ROM)

存儲(chǔ)器任何單元的內(nèi)容只能隨機(jī)地讀出而不能隨便寫入和修改。ROM可以作為主存的一部分，用于存放不變的程序和數(shù)據(jù)，與RAM分享相同的主存空間。ROM還可以用作其它固定存儲(chǔ)器，如存放微程序的控制存儲(chǔ)器、存放字符點(diǎn)陣圖案的字符發(fā)生器等。7/26/20235(3)順序存取存儲(chǔ)器(SAM)

存儲(chǔ)器所存信息的排列、尋址和讀寫操作均是按順序進(jìn)行的，并且存取時(shí)間與信息在存儲(chǔ)器中的物理位置有關(guān)。如磁帶存儲(chǔ)器，信息通常是以文件或數(shù)據(jù)塊形式按順序存放，信息在載體上沒(méi)有唯一對(duì)應(yīng)的地址，完全按順序存放或讀取。(4)直接存取存儲(chǔ)器（DAM）

介于RAM和SAM之間的存儲(chǔ)器。也稱半順序存儲(chǔ)器。典型的DAM如磁盤，當(dāng)進(jìn)行信息存取時(shí)，先進(jìn)行尋道，屬于隨機(jī)方式，然后在磁道中尋找扇區(qū)，屬于順序方式。7/26/202363、按存儲(chǔ)介質(zhì)分存儲(chǔ)介質(zhì)：具有兩個(gè)穩(wěn)定物理狀態(tài)，可用來(lái)記憶二進(jìn)制代碼的物質(zhì)或物理器件。目前，構(gòu)成存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)介質(zhì)主要是半導(dǎo)體器件和磁性材料。(1)磁存儲(chǔ)器

采用磁性材料制成存儲(chǔ)器。磁存儲(chǔ)器是利用磁性材料的的兩個(gè)不同剩磁狀態(tài)存放二進(jìn)制代碼“0”和“1”。早期有磁芯存儲(chǔ)器?，F(xiàn)多為磁表面存儲(chǔ)器，如磁盤、磁帶等。(2)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器

用半導(dǎo)體器件組成的存儲(chǔ)器。根據(jù)工藝不同，可分為雙極型和MOS型。7/26/20237(3)光存儲(chǔ)器利用光學(xué)原理制成的存儲(chǔ)器，它是通過(guò)能量高度集中的激光束照在基體表面引起物理的或化學(xué)的變化，記憶二進(jìn)制信息。如光盤存儲(chǔ)器。4.按信息的可保存性分類(1)易失性存儲(chǔ)器電源掉電后，信息自動(dòng)丟失。如半導(dǎo)體RAM。(2)非易失性存儲(chǔ)器電源掉電后，信息仍能繼續(xù)保存。如ROM、磁盤、光盤等。7/26/20238二、主存的組成與操作1.幾個(gè)概念⑴存儲(chǔ)元件（存儲(chǔ)元、存儲(chǔ)位）能夠存儲(chǔ)一位二進(jìn)制信息的物理器件。如一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)半導(dǎo)體電路、一個(gè)CMOS晶體管或一個(gè)磁性材料的存儲(chǔ)元等。存儲(chǔ)元是存儲(chǔ)器中最小的存儲(chǔ)單位。作為存儲(chǔ)元件的條件：①有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。即可以存儲(chǔ)“0”、“1”。②在外界的激勵(lì)下，能夠進(jìn)入要求的狀態(tài)。即可以寫入“0”、“1”。③能夠識(shí)別器件當(dāng)前的狀態(tài)。即可以讀出所存的“0”、“1”。7/26/20239⑵存儲(chǔ)單元：可以同時(shí)進(jìn)行讀寫操作的一組存儲(chǔ)元件的集合。⑶存儲(chǔ)體（存儲(chǔ)陣列）：把大量存儲(chǔ)單元電路按一定形式排列起來(lái)，即構(gòu)成存儲(chǔ)體。存儲(chǔ)體一般都排列成陣列形式，所以又稱存儲(chǔ)陣列。⑷存儲(chǔ)單元的地址：存儲(chǔ)體中每個(gè)存儲(chǔ)單元被賦予的一個(gè)唯一的編號(hào)。存儲(chǔ)單元的地址用于區(qū)別不同的存儲(chǔ)單元。要對(duì)某一存儲(chǔ)單元進(jìn)行存取操作，必須首先給出被訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元的地址。7/26/202310⑸存儲(chǔ)單元的編址編址單位：存儲(chǔ)器中可尋址的最小單位。①按字節(jié)編址：相鄰的兩個(gè)單元是兩個(gè)字節(jié)。②按字編址：相鄰的兩個(gè)單元是兩個(gè)字。7/26/2023112、主存的基本組成7/26/202312（1）地址寄存器：用于存放所要訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元的地址。要對(duì)某一單元進(jìn)行存取操作，首先應(yīng)通過(guò)地址總線將被訪問(wèn)單元地址存放到地址寄存器中。（2）地址譯碼與驅(qū)動(dòng)電路：用于對(duì)地址寄存器中的地址進(jìn)行譯碼，通過(guò)對(duì)應(yīng)的地址選擇線到存儲(chǔ)陣列中找到所要訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元，并提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)其完成指定的存取操作。（3）讀寫電路：根據(jù)CPU發(fā)出的讀寫控制命令，控制對(duì)存儲(chǔ)單元的讀寫。（4）數(shù)據(jù)寄存器：暫存需要寫入或讀出的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)寄存器是存儲(chǔ)器與計(jì)算機(jī)其它功能部件聯(lián)系的橋梁。7/26/202313（5）時(shí)序控制電路：用于接收來(lái)自CPU的讀寫控制信號(hào)，產(chǎn)生存儲(chǔ)器操作所需的各種時(shí)序控制信號(hào)，控制存儲(chǔ)器完成指定的操作。如果存儲(chǔ)器采用異步控制方式，當(dāng)一個(gè)存取操作完成后，該控制電路還應(yīng)給出存儲(chǔ)器操作完成（MFC）信號(hào)。7/26/2023143、主存與CPU的連接及主存的操作

讀：寫：

被讀單元的地址MAR被寫單元的地址MAR

發(fā)讀命令要寫入的數(shù)據(jù)MDR

讀出的數(shù)據(jù)MDR發(fā)寫命令MARMDR地址總線(k位）數(shù)據(jù)總線（n位）CPU主存2k﹡n位R/WMFC7/26/202315三、主存的主要技術(shù)指標(biāo)衡量主存的性能指標(biāo)主要有：1．存儲(chǔ)容量：存儲(chǔ)器所能存儲(chǔ)的二進(jìn)制信息總量。存儲(chǔ)容量的表示：①用存儲(chǔ)單元數(shù)與每個(gè)單元的位數(shù)的乘積表示。如：512k×16位，表示主存有512k個(gè)單元，每個(gè)單元為16位。②在以字節(jié)為編址單位的機(jī)器中，常用字節(jié)表示存儲(chǔ)容量，例如4MB、16MB分別表示主存可容納4兆個(gè)字節(jié)(MB)信息和16兆個(gè)字節(jié)信息。7/26/202316存儲(chǔ)容量的主要計(jì)量單位：

1K＝210＝10241M＝220＝1024K＝10485761G＝230＝1024M＝1073741824容量與存儲(chǔ)器地址線的關(guān)系1K＝210

需要10根地址線1M＝220需要20根地址線256M＝228

需要28根地址線7/26/2023172、速度由于主存的速度慢于CPU速度，所以主存速度直接影響著CPU執(zhí)行指令的速度。因此，速度是主存的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)。⑴取數(shù)時(shí)間（存儲(chǔ)器訪問(wèn)時(shí)間TA）

從啟動(dòng)一次存儲(chǔ)器存取操作到完成該操作所需的全部時(shí)間。即從接到CPU發(fā)出的讀/寫命令和地址信號(hào)到數(shù)據(jù)讀入MDR/從MDR寫入MEM所需的時(shí)間。讀出時(shí)間：從存儲(chǔ)器接到有效地址開始到產(chǎn)生有效輸出所需的時(shí)間。寫入時(shí)間：從存儲(chǔ)器接到有效地址開始到數(shù)據(jù)寫入被選中單元為止所需的時(shí)間。7/26/202318⑵存取周期（存儲(chǔ)周期、讀寫周期TM）存儲(chǔ)器相鄰兩次存取操作所需的最小時(shí)間間隔。由于存儲(chǔ)器一次存取操作后，需有一定的恢復(fù)時(shí)間，所以存儲(chǔ)周期TM大于取數(shù)時(shí)間TA。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器

TM＝TA＋一定的恢復(fù)時(shí)間MOS型存儲(chǔ)器的TM約100ns雙極型TTL存儲(chǔ)器的TM約10ns7/26/202319⑶帶寬（存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)傳輸率、頻寬Bm）存儲(chǔ)器單位時(shí)間所存取的二進(jìn)制信息的位數(shù)。帶寬等于存儲(chǔ)器總線寬度除以存取周期。W：存儲(chǔ)器總線的寬度，對(duì)于單體存儲(chǔ)器，W就是數(shù)據(jù)總線的根數(shù)。帶寬的單位：兆字節(jié)/秒提高存儲(chǔ)器速度的途徑①提高總線寬度W，如采用多體交叉存儲(chǔ)方式。②減少TM，如引入Cache。7/26/2023203、價(jià)格存儲(chǔ)器的價(jià)格常用每位的價(jià)格來(lái)衡量。設(shè)存儲(chǔ)器容量為S位，總價(jià)格為C總，每位價(jià)格為cc＝C總/SC總不僅包含存儲(chǔ)器組件本身的價(jià)格，也包括為該存儲(chǔ)器操作服務(wù)的外圍電路的價(jià)格。存儲(chǔ)器的總價(jià)格與存儲(chǔ)容量成正比，與存儲(chǔ)周期成反比。除上述三個(gè)指標(biāo)外，影響存儲(chǔ)器性能的還有功耗、可靠性等因素。7/26/202321三、存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)7/26/2023224、2半導(dǎo)體存儲(chǔ)器一、靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器工作原理及其芯片結(jié)構(gòu)1、靜態(tài)MOS存儲(chǔ)器單元電路2、存儲(chǔ)器芯片的兩種結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器芯片（存儲(chǔ)器組件）把存儲(chǔ)體及其外圍電路（包括地址譯碼與驅(qū)動(dòng)電路、讀寫放大電路及時(shí)序控制電路等)）集成在一塊硅片上，稱為存儲(chǔ)器芯片。存儲(chǔ)器芯片一般做成雙列直插形式，有若干引腳引出地址線、數(shù)據(jù)線、控制線及電源與地線等。7/26/202323半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片的基本結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片一般有兩種結(jié)構(gòu)：字片式結(jié)構(gòu)和位片式結(jié)構(gòu)譯碼驅(qū)動(dòng)存儲(chǔ)矩陣讀寫電路片選線讀/寫控制線地址線…數(shù)據(jù)線…7/26/2023240,015,015,70,7

讀/寫控制電路

地址譯碼器

字線015……16×8矩陣………07D07D位線讀/寫選通A3A2A1A0……00000,00,7…0…07…D07D讀/寫選通

讀/寫控制電路

字片式結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器芯片（64字×8位)7/26/202325位片式結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器芯片（4K×1位）A3A2A1A0A40,310,031,031,31

Y地址譯碼器

X地址譯碼器

32×32

矩陣……A9I/OA8A7A56AY0Y31X0X31D讀/寫……00000000000,031,00,31……I/OD0,0讀7/26/202326字片式結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器芯片（64字×8位7/26/202327位片式結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器芯片（4K×1位）7/26/2023283、存儲(chǔ)器芯片舉例--Intel2114芯片

Intel2114是1K×4位的靜態(tài)MOS存儲(chǔ)器芯片。采用N—MOS工藝制作，雙列直插式封裝。共18個(gè)引腳。A9～A0：10根地址線，用于尋址1024個(gè)存儲(chǔ)單元I/O4～I(xiàn)/O1：4根雙向數(shù)據(jù)線CS：片選信號(hào)線WE：讀/寫控制線+5V：5V電源線GND：地線7/26/202329三態(tài)門X0X63Y0Y157/26/2023307/26/2023312114的讀、寫周期在與CPU連接時(shí)，CPU的控制信號(hào)與存儲(chǔ)器的讀、寫周期之間的配合問(wèn)題是非常重要的。對(duì)于已知的RAM存儲(chǔ)片，讀寫周期是已知的。⑴

讀周期讀出時(shí)間tA：從給出有效地址后，經(jīng)過(guò)譯碼、驅(qū)動(dòng)電路的延遲，到讀出選中單元的內(nèi)容，再經(jīng)過(guò)I/O電路延遲后，在外部數(shù)據(jù)總線上穩(wěn)定出現(xiàn)所讀數(shù)據(jù)信息所需的時(shí)間。片選到數(shù)據(jù)輸出延遲時(shí)間tco：從CS給出并有效(低電平)，到存儲(chǔ)器讀出的數(shù)據(jù)穩(wěn)定地送到外部數(shù)據(jù)總線上所需要的時(shí)間。7/26/202332讀周期tRC

：存儲(chǔ)芯片進(jìn)行兩次連續(xù)讀操作時(shí)所必須間隔的時(shí)間。tRC≥tACPU訪問(wèn)存儲(chǔ)器讀數(shù)據(jù)時(shí)，從給出地址有效起，只有經(jīng)過(guò)tA長(zhǎng)的時(shí)間才能在數(shù)據(jù)總線上可靠的獲得數(shù)據(jù)，而連續(xù)的讀數(shù)操作必須保留間隔時(shí)間tRC。否則存儲(chǔ)器無(wú)法正常工作，CPU的讀數(shù)操作就失效。7/26/202333⑵寫周期要使數(shù)據(jù)總線上的信息能夠可靠地寫入存儲(chǔ)器，必須要求片選

CS和寫命令

WE信號(hào)都為低。其相“與”的寬度至少應(yīng)為tW寫數(shù)時(shí)間tW：片選CS和寫命令

WE信號(hào)均為低的時(shí)間。滯后時(shí)間tAW：在有效寫入數(shù)據(jù)出現(xiàn)前，RAM的數(shù)據(jù)線上存在著前一時(shí)刻的數(shù)據(jù)DOUT，故在地址線發(fā)生變化后，CS、WE均需滯后tAW才能有效，以避免將無(wú)效數(shù)據(jù)寫入到RAM中。寫恢復(fù)時(shí)間tWR：WE變?yōu)楦唠娖胶螅柙俳?jīng)過(guò)tWR時(shí)間，地址信號(hào)才允許改變。為了保證有效數(shù)據(jù)的可靠地寫入，地址有效的時(shí)間至少應(yīng)為

tAW＋tW＋tWR。7/26/202334寫周期tWC：對(duì)芯片進(jìn)行連續(xù)兩次寫操作的最小間隔時(shí)間。

tWC＝tAW＋tW＋tWR為保證數(shù)據(jù)可靠寫入，CPU送至RAM的寫入數(shù)據(jù)DIN必須在CS、WE失效前的tDW時(shí)刻出現(xiàn)，并延續(xù)一段時(shí)間tDH（此刻地址線仍有效，tWR＞tDH）。7/26/202335例：SRAM的寫入時(shí)序圖。其中R/W是讀/寫命令控制線，當(dāng)R/W線為低電平時(shí)，存儲(chǔ)器按給定地址把數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)器。請(qǐng)指出圖中寫入時(shí)序中的錯(cuò)誤，并畫出正確的寫入時(shí)序圖。

7/26/202336解：寫入存儲(chǔ)器的時(shí)序信號(hào)必須同步。通常，當(dāng)R/W線加負(fù)脈沖時(shí)，地址線和數(shù)據(jù)線的電平必須是穩(wěn)定的。當(dāng)R/W線達(dá)到低電平時(shí)，數(shù)據(jù)立即被存儲(chǔ)。因此，當(dāng)R/W線處于低電平時(shí)，如果數(shù)據(jù)線改變了數(shù)值，那么存儲(chǔ)器將存儲(chǔ)新的數(shù)據(jù)⑤。同樣，當(dāng)R/W線處于低電平時(shí)地址線如果發(fā)生了變化，那么同樣數(shù)據(jù)將存儲(chǔ)到新的地址②或③。7/26/202337二、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器工作原理及其芯片結(jié)構(gòu)1、動(dòng)態(tài)MOS存儲(chǔ)器單元電路2、動(dòng)態(tài)MOS存儲(chǔ)器芯片舉例—TMS4116讀出時(shí)數(shù)據(jù)線有電流為“1”數(shù)據(jù)線CsT字線01寫入時(shí)CS

充電為“1”

放電為“0”T無(wú)電流有電流7/26/202338時(shí)序與控制行時(shí)鐘列時(shí)鐘寫時(shí)鐘WERASCAS

A'6A'0存儲(chǔ)單元陣列基準(zhǔn)單元行譯碼列譯碼器再生放大器列譯碼器讀出放大基準(zhǔn)單元存儲(chǔ)單元陣列行譯碼

I/O緩存器數(shù)據(jù)輸出驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)輸入寄存器

DINDOUT~行地址緩存器列地址緩存器③單管動(dòng)態(tài)RAM4116(16K×

1位)外特性DINDOUTA'6A'0~7/26/2023397/26/2023407/26/2023417/26/2023424116芯片的讀過(guò)程

讀放大器

讀放大器

讀放大器………………………06364127128根行線Cs01271128列選擇讀/寫線數(shù)據(jù)輸入I/O緩沖輸出驅(qū)動(dòng)DOUTDINCs…63000I/O緩沖輸出驅(qū)動(dòng)OUTD7/26/2023434116芯片的寫過(guò)程

讀放大器

讀放大器

讀放大器………………………06364127128根行線Cs01271128列選擇讀/寫線數(shù)據(jù)輸入I/O緩沖輸出驅(qū)動(dòng)DOUTDINCs…數(shù)據(jù)輸入I/O緩沖I/O緩沖DIN讀出放大器

讀放大器6307/26/202344讀出再生放大器電路7/26/2023457/26/2023467/26/202347典型RAM芯片實(shí)例

7/26/202348動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器芯片舉例—16M*1位DRAM&時(shí)鐘發(fā)生器2#列地址緩存器刷新控制器刷新地址計(jì)數(shù)器行地址緩存器時(shí)鐘發(fā)生器1#數(shù)據(jù)輸入緩存數(shù)據(jù)輸入緩存列地址譯碼器4096個(gè)讀出再生放大器4096*4096存儲(chǔ)陣列行地址譯碼器………WECASA0:A11RASDinDout7/26/2023493、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的刷新因?yàn)殡娙蓦姾傻男狗艜?huì)引起信息的丟失，因此動(dòng)態(tài)MOS存儲(chǔ)器每隔一定時(shí)間需進(jìn)行一次刷新操作。刷新的間隔時(shí)間主要根據(jù)電容電荷泄放速度決定。1.)刷新最大周期（刷新最大間隔）設(shè)存儲(chǔ)電容為C，其兩端電壓為u，電荷Q＝C?u，則泄漏電流為7/26/202350

刷新間隔為:△u：電容兩端的電壓變化I：泄露電流C：存儲(chǔ)電容若C＝0.2pf，△u＝1V，I＝0.1nA則刷新間隔為說(shuō)明動(dòng)態(tài)MOS元件每隔2ms必須刷新一次△t就是刷新最大間隔，即刷新最大周期。7/26/2023512.)刷新方法按行進(jìn)行刷新.每次由刷新地址計(jì)數(shù)器給出刷新的行地址，每刷新一行，刷新地址計(jì)數(shù)器加1。3)刷新方式以16K的4116芯片為例，存儲(chǔ)體排成128×128陣列，需要刷新128行。為保證在2MS鐘內(nèi)，128行每行都刷新一遍，有下列幾種方式：7/26/202352⑴集中式刷新在允許的最大刷新間隔(2ms)內(nèi)，按照存儲(chǔ)器芯片容量的大小集中安排刷新時(shí)間。在刷新時(shí)間內(nèi)，存儲(chǔ)器停止讀/寫操作，而對(duì)所有存儲(chǔ)電路進(jìn)行刷新。例如對(duì)16k×1位芯片，存儲(chǔ)矩陣為128×128，每個(gè)存儲(chǔ)單元電路都刷新一次需128個(gè)周期，因此在2ms內(nèi)，留出128個(gè)周期專用于刷新。CPU的“死區(qū)”：停止讀/寫操作的刷新時(shí)間。7/26/202353設(shè)存儲(chǔ)器周期為500ns，則在2ms內(nèi)有64μs專用于刷新，其余1936μs為讀寫時(shí)間。集中式刷新的優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)的存取周期不受刷新工作的影響，讀寫操作和刷新工作在最大刷新周期內(nèi)分開進(jìn)行，控制簡(jiǎn)單。集中式刷新的缺點(diǎn)：在“死區(qū)”內(nèi)CPU必須停止訪存操作，CPU利用率低。7/26/202354⑵分散式刷新

加大CPU的總線周期，使其中包含一個(gè)刷新周期。即把系統(tǒng)周期分為兩段，前段用來(lái)讀/寫操作，后段用于刷新操作，每次刷新一行。分散式刷新的優(yōu)點(diǎn)：沒(méi)有“死區(qū)”，每一系統(tǒng)周期都可進(jìn)行讀/寫操作。分散式刷新的缺點(diǎn)：沒(méi)有充分利用所允許的最大刷新間隔(2ms)，且刷新過(guò)于頻繁，降低了系統(tǒng)的速度。7/26/202355以128×128陣列、存取周期為500ns的存儲(chǔ)器為例。采用分散式刷新時(shí)，系統(tǒng)總線周期為存取周期的兩倍，即1μs。這樣每隔128μs就將存儲(chǔ)器全部刷新一遍。7/26/202356⑶異步式刷新每隔一段時(shí)間刷新一行。異步式刷新是前兩種刷新方式的折衷。以128×128陣列、存取周期為500ns為例，因?yàn)?ms內(nèi)所有128行都刷新一遍，所以只要每隔2ms/128＝15.6μs的時(shí)間刷新一行即可。取周期的整數(shù)，則15.5μs刷新一次，一次刷新一行。在15.5μs中前15μs即30個(gè)存取周期用于讀/寫操作，后0.5μs用于刷新。（4）透明式刷新利用主存的空閑時(shí)間進(jìn)行刷新。這是一種理想的刷新方式，但由于控制復(fù)雜，所以目前應(yīng)用最多的是分散式刷新方式。7/26/2023574、內(nèi)存條結(jié)構(gòu)及常用的DRAM芯片技術(shù)1）內(nèi)存條結(jié)構(gòu)：有兩種結(jié)構(gòu)和三種規(guī)格（1）SIMM

單列直插存儲(chǔ)模塊，有30線和72線兩種規(guī)格。容量如1MX8位（30線）、4MX32位（72線）。（2）DIMM（近幾年問(wèn)世的產(chǎn)品）雙列直插存儲(chǔ)模塊，有72線（4MX32位）和168線（16MX64位）兩種。7/26/2023582）幾種常用的DRAM芯片技術(shù)（1）快速頁(yè)式DRAM（FPMDRAM）當(dāng)連續(xù)訪問(wèn)同一行的所有列時(shí)，即可一次性送行地址并使RAS有效，然后只需送列地址即可訪問(wèn)不同的存儲(chǔ)單元，從而減少了送行地址的時(shí)間，提高了存儲(chǔ)器的訪問(wèn)速度。（2）擴(kuò)展數(shù)據(jù)輸出DRAM（EDODRAM）通過(guò)在存儲(chǔ)器輸出端設(shè)置鎖存器，暫存讀出的數(shù)據(jù)，從而使一個(gè)讀寫周期結(jié)束之前即可啟動(dòng)下一個(gè)讀寫周期的操作。從而使速度提高1/3左右。7/26/202359(3)同步DRAM(SDRAM)將CPU與DRAM采用一個(gè)相同的時(shí)鐘鎖在一起,使RAM與CPU共享一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，以相同的速度同步工作。每個(gè)時(shí)鐘上升沿開始傳遞數(shù)據(jù)，使CPU不需等待了，速度比EDO提高了50%。7/26/202360三、半導(dǎo)體只讀存儲(chǔ)器1、只讀存儲(chǔ)器的用途

1）存放固定程序，如操作系統(tǒng)的核心部分。

2）作控制存儲(chǔ)器，存放微程序。

3）用作函數(shù)發(fā)生器。

4）存放固定數(shù)據(jù)，如漢字庫(kù)，字符發(fā)生器。2、只讀存儲(chǔ)器的主要類型

1）固定掩膜只讀存儲(chǔ)器

2）PROM3）EPROM4)EEPROM(E2PROM)5)Flash存儲(chǔ)器（閃爍存儲(chǔ)器）7/26/202361四、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器組織由于一塊存儲(chǔ)器芯片的容量總是有限的，因此一個(gè)存儲(chǔ)器總是由一定數(shù)量的存儲(chǔ)器芯片構(gòu)成。要組成一個(gè)主存儲(chǔ)器，需要考慮的問(wèn)題：①如何選擇芯片根據(jù)存取速度、存儲(chǔ)容量、電源電壓、功耗及成本等方面的要求進(jìn)行芯片的選擇。②所需的芯片數(shù)量

③如何把許多芯片連接起來(lái)。通常存儲(chǔ)器芯片在單元數(shù)和位數(shù)方面都與實(shí)際存儲(chǔ)器要求有很大差距，所以需要在字方向和位方向兩個(gè)方面進(jìn)行擴(kuò)展。

7/26/2023621．位擴(kuò)展當(dāng)芯片的單元數(shù)滿足存儲(chǔ)器單元數(shù)的要求，但單元中的位數(shù)不滿足要求時(shí)，需要進(jìn)行位擴(kuò)展。位擴(kuò)展：只進(jìn)行位數(shù)擴(kuò)展（加大字長(zhǎng)）。采用位擴(kuò)展時(shí)，芯片的單元數(shù)（字?jǐn)?shù)）與存儲(chǔ)器的單元數(shù)是一致的。位擴(kuò)展的連接方式：①將所有存儲(chǔ)器芯片的地址線、片選信號(hào)線和讀/寫控制線均對(duì)應(yīng)的并接在一起，連接到地址和控制總線的對(duì)應(yīng)位上。②將各芯片的數(shù)據(jù)線單獨(dú)列出，分別接到數(shù)據(jù)總線的對(duì)應(yīng)位。7/26/202363例：用2114存儲(chǔ)器芯片構(gòu)成1K×8位的存儲(chǔ)器。2114為1K×4位的芯片，現(xiàn)存儲(chǔ)器要求容量為1K×8位，單元數(shù)滿足，位數(shù)不滿足，需要1K×8/1K×4＝2片2114來(lái)構(gòu)成存儲(chǔ)器。1K×8位的存儲(chǔ)器共需8根數(shù)據(jù)線D7～D0，兩片2114各自的4根數(shù)據(jù)線分別用于連接D7～D4和D3～D0。2114本身具有10根地址線，稱為片內(nèi)地址線，與存儲(chǔ)器要求的10根地址線一致，所以只要將他們并接起來(lái)即可。電路中CPU的讀/寫控制線（R/W）與2114的WE信號(hào)并接。MREQ為CPU的訪存請(qǐng)求信號(hào)，作為2114的片選信號(hào)連接到CS上。7/26/2023647/26/2023652．字?jǐn)U展當(dāng)芯片單元中的的位數(shù)滿足存儲(chǔ)器位數(shù)的要求，但芯片的單元數(shù)不滿足存儲(chǔ)器單元數(shù)要求時(shí)，需要進(jìn)行字?jǐn)U展。字?jǐn)U展：僅是單元數(shù)（字?jǐn)?shù)）擴(kuò)展，而位數(shù)不變。采用字?jǐn)U展時(shí)，芯片單元中的位數(shù)與存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)位數(shù)是一致的。字?jǐn)U展的連接方式：①將所有芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、讀/寫控制線均對(duì)應(yīng)地并接在一起，連接到地址、數(shù)據(jù)、控制總線的對(duì)應(yīng)位上。②由片選信號(hào)區(qū)分被選芯片。片選信號(hào)：通常由高位地址經(jīng)譯碼進(jìn)行控制。高位地址：存儲(chǔ)器總地址減去芯片內(nèi)部尋址的地址得到的地址。7/26/202366例：用16K×8位的存儲(chǔ)器芯片構(gòu)成64K×8位的存儲(chǔ)器。16K×8位的芯片，可以滿足64K×8位的存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)位的要求，但不滿足單元數(shù)的要求。需要4片16K×8位的芯片采用字?jǐn)U充方式來(lái)構(gòu)成存儲(chǔ)器。64K×8位的存儲(chǔ)器需要16位地址線A15～A0，而16K×8位的芯片的片內(nèi)地址線為14根，所以用16位地址線中的低14位A13～A0進(jìn)行片內(nèi)尋址，高兩位地址A15、A14用于選擇芯片，即選片尋址。設(shè)存儲(chǔ)器從0000H開始連續(xù)編址，則四塊芯片的地址分配：第一片地址范圍為：0000H～3FFFH

第二片地址范圍為：4000H～7FFFH

第三片地址范圍為：8000H～BFFFH

第四片地址范圍為：C000H～FFFFH7/26/202367A15A14A13A12………A2A1A0

000000000000000000111111111111110000H～3FFFH第一片

010000000000000001111111111111114000H～7FFFH第二片

100000000000000010111111111111118000H～BFFFH第三片

11000000000000001111111111111111C000H～FFFFH第四片片內(nèi)地址片選地址7/26/2023687/26/2023693．字和位同時(shí)擴(kuò)展當(dāng)芯片的單元數(shù)和單元的數(shù)據(jù)位均不滿足存儲(chǔ)器的要求時(shí)需要進(jìn)行字和位的同時(shí)擴(kuò)展。字和位同時(shí)擴(kuò)展：按位擴(kuò)展和字?jǐn)U展的方法分別在位方向和字方向進(jìn)行擴(kuò)展。字和位同時(shí)擴(kuò)展的連接方式：①所有芯片的片內(nèi)地址線、讀/寫控制線均對(duì)應(yīng)地并接在一起，連接到地址和控制總線的對(duì)應(yīng)位上。②同一地址區(qū)域內(nèi)，不同芯片的片選信號(hào)連在一起，接到片選譯碼器的同一輸出端；不同地址區(qū)域內(nèi)的芯片的片選信號(hào)分別接到片選譯碼器的不同輸出端。7/26/202370③不同地址區(qū)域內(nèi)，同一位芯片的數(shù)據(jù)線對(duì)應(yīng)地并接在一起，連接到數(shù)據(jù)總線的對(duì)應(yīng)位上。不同位芯片的數(shù)據(jù)線分別連接到數(shù)據(jù)總線的不同位上。7/26/202371例1：用2114芯片組成8K×8位存儲(chǔ)器需用16片2114芯片構(gòu)成8K×8位存儲(chǔ)器。16片芯片排成8行×2列，每行按位擴(kuò)展方法連接，每列按字?jǐn)U展方法連接。存儲(chǔ)器地址線A12～A0，芯片片內(nèi)地址A9～A0，高三位地址A12、A11、A10用于選片尋址。存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)線D7～D0，芯片數(shù)據(jù)線I/O3～I(xiàn)/O0，兩片芯片的數(shù)據(jù)線一同構(gòu)成存儲(chǔ)器的8位數(shù)據(jù)線。7/26/202372A12A11A10A9………A2A1A0

000000000000000011111111110000H～03FFH第一組

001000000000000111111111110400H～07FFH第二組

010000000000001011111111110800H～0BFFH第三組

011000000000001111111111110C00H～0FFFH第四組

100000000000010011111111111000H～13FFH第五組

101000000000010111111111111400H～17FFH第六組

110000000000011011111111111800H～1BFFH第七組

111000000000011111111111111C00H～1FFFH第八組7/26/2023737/26/202374例：某微機(jī)系統(tǒng)有16根地址線，8根數(shù)據(jù)線，地址空間安排為：16K系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)，用ROM芯片，安排在地址最低區(qū)；接著留出16K的設(shè)備地址空間；其后的32K作為用戶程序區(qū)，采用RAM芯片。給定芯片如下，請(qǐng)畫出連線圖，給出各存儲(chǔ)區(qū)的地址范圍。ROMD7～D0A13A0CSOE…RAMD7～D0A13A0CSRD…WR7/26/202375ROM區(qū)：16K×8位，需1片16K×8位ROM芯片RAM區(qū)：32K×8位，需2片16K×8位RAM芯片I/O區(qū)：16K×8位，主存不應(yīng)使用A15A14A13A12………A2A1A0

000000000000000000111111111111110000H～3FFFHROM區(qū)

010000000000000001111111111111114000H～7FFFHI/O區(qū)

100000000000000010111111111111118000H～BFFFHRAM區(qū)1

11000000000000001111111111111111C000H～FFFFHRAM區(qū)27/26/202376ROMA13～A0CSDERAMD7～D0A15A14CSRDWRRAMY0CSRDWR地址譯碼器MEMRY2Y3Y1R/W7/26/202377地址分配與片選的關(guān)系存儲(chǔ)空間>片內(nèi)空間擴(kuò)容三種方法：1.線選法片外的高地址直接（或經(jīng)反相器）分別接到各存儲(chǔ)器芯片的CS引腳。特點(diǎn)：無(wú)需外加邏輯電路，但僅適用于芯片較少的場(chǎng)合。7/26/2023782.全譯碼法片外的高地址全部接到譯碼器的輸入端，譯碼器輸出為片選信號(hào)。特點(diǎn)：芯片的地址范圍確定，連續(xù)，無(wú)重疊存儲(chǔ)區(qū)，對(duì)譯碼電路要求較高。3.部分譯碼法片外的高地址部分地與譯碼器相連，譯碼器輸出為片選信號(hào)。（選片內(nèi)地址多？還是地址少？）7/26/202379多種數(shù)據(jù)位輸出的組織問(wèn)題。1.多種輸出的情況可輸出8位、16位、32位等。2.芯片與片選控制信號(hào)的安排

CPU增加控制信號(hào)，控制不同數(shù)據(jù)的輸出。7/26/202380請(qǐng)用2K8bit的SRAM設(shè)計(jì)一個(gè)8K16bit的存儲(chǔ)器，并畫出存儲(chǔ)器與CPU的連接原理圖。要求：當(dāng)B=0時(shí)訪問(wèn)16位數(shù)據(jù)；當(dāng)B=1時(shí)訪問(wèn)8位數(shù)據(jù)，兩列存儲(chǔ)芯片按地址交叉方式編址。

B控制信號(hào)由CPU給出，此外CPU還有MREQ（低電平有效）、R/W等控制信號(hào)（高電平讀、低電平寫）。SRAM除地址、數(shù)據(jù)線外，有CS（低電平有效）、WE等控制線（高電平讀、低電平寫）。其他的輔助芯片（譯碼器、門電路）自選，但要說(shuō)明它們的功能。7/26/202381地址線的安排8K16bit=8K28bit-空間2148bit-地址線14根由于交叉編址和整數(shù)邊界的要求，故A0用于8位、16位的控制（與B組合）A11-A1用于片內(nèi)地址A13、A12用于2:4譯碼7/26/202382邏輯表達(dá)式BA0PEvenPOdd0001хх10х11х7/26/202383Peven=A0Podd=A0

BY0Y1Y2Y3A13A127/26/202384CS0=Y0+PevenCS1=Y0+PoddCS2=Y1+PevenCS3=Y1+PoddCS4=Y2+PevenCS5=Y2+PoddCS6=Y3+PevenCS7=Y3+Podd（畫出連接圖）7/26/202385思考題請(qǐng)用2K8bit的SRAM設(shè)計(jì)一個(gè)8K32bit的存儲(chǔ)器，并畫出存儲(chǔ)器與CPU的連接原理圖。要求：當(dāng)B1B0=00時(shí)訪問(wèn)32位數(shù)據(jù)；當(dāng)B1B0=01時(shí)訪問(wèn)16位數(shù)據(jù)；

當(dāng)B1B0=10時(shí)訪問(wèn)8位數(shù)據(jù)。提示：注意整數(shù)邊界地址的安排7/26/2023867/26/2023877/26/202388例4.1某1M×1頁(yè)模式DRAM的tRC＝165ns，tRAC＝85ns，tPC＝50ns則該DRAM芯片有1024頁(yè)，每頁(yè)有1024位，訪問(wèn)一頁(yè)所需的時(shí)間為：tRAC＋1023×tPC＝85ns＋1023×50n7/26/2023897/26/2023907/26/2023917/26/202392例4.2某1M×1靜態(tài)列模式DRAM的tRC＝165ns，tRAC＝85ns，tSC＝50ns則訪問(wèn)一行所需的時(shí)間為：tRAC＋1023×tSC＝85ns＋1023×50ns＝51235n4)7/26/2023937/26/2023947/26/2023957/26/202396例1:用2114芯片構(gòu)成4K*8位存儲(chǔ)器.例2:用256K*1位的存儲(chǔ)器芯片構(gòu)成2MB的存儲(chǔ)器(存儲(chǔ)器按字節(jié)編址)。則共需選（）塊芯片。在這些芯片中，其中（）塊芯片的A1地址線應(yīng)對(duì)應(yīng)地接在一起；（）塊芯片的讀寫控制線WE應(yīng)接在一起；每（）塊芯片的片選信號(hào)CS線應(yīng)接在一起；每（）塊芯片的數(shù)據(jù)輸入線DIN應(yīng)接在一起。該存儲(chǔ)器地址總線至少()位，其中（）位用于選片尋址，（）位用于片內(nèi)尋址。若存儲(chǔ)器按芯片容量劃分若干個(gè)地址區(qū)域且從0連續(xù)編址，則第一個(gè)地址區(qū)域的最后一個(gè)地址為（）H，最后一個(gè)地址區(qū)域的第一個(gè)地址為（）H。該存儲(chǔ)器應(yīng)選擇具有（）個(gè)輸入（）個(gè)輸出的譯碼器用于選片，一個(gè)輸出端控制（）塊芯片的（）信號(hào)。7/26/202397例3：已知某模型機(jī)地址總線為17位（A16~0），數(shù)據(jù)總線8位（D7~0）（雙向），MREQ為訪存請(qǐng)求信號(hào)（低電位有效），R/W為讀寫控制信號(hào)（低電位寫，高電位讀）。已知該機(jī)的I/O設(shè)備與主存統(tǒng)一編址,若地址空間從0連續(xù)編址,其地址空間分配如下：最低16K為系統(tǒng)程序區(qū)，用ROM芯片構(gòu)成，接著是32K的備用區(qū)，暫不連接芯片；接著76K為用戶程序區(qū)，用RAM芯片構(gòu)成；最后4K為I/O設(shè)備區(qū)?，F(xiàn)給定下列芯片，試畫出存儲(chǔ)器連接圖和地址分配表。ROM:16K*8位，其中CS為片選信號(hào)，低電位有效；OE為讀出有效信號(hào)，低電位有效。靜態(tài)RAM：16K*8位，其中CS為片選信號(hào)，低電位有效；WE為寫控制信號(hào)，低電位為寫，高電位為讀。7/26/202398

3—8譯碼器：輸出為低電位有效。EN為譯碼器使能信號(hào)，低電位譯碼器工作有效。另外根據(jù)需要可選擇相應(yīng)的門電路。

例4：用16K*8位的存儲(chǔ)器芯片構(gòu)成64K*16位的存儲(chǔ)器。要求存儲(chǔ)器有兩種數(shù)據(jù)輸出，由CPU控制信號(hào)B控制，并規(guī)定B=0為字輸出，B=1為字節(jié)輸出，A0=0為低位字節(jié)，A1=1為高位字節(jié)。MREQ為訪存請(qǐng)求信號(hào)（低電位有效），R/W為讀寫控制信號(hào)（低電位寫，高電位讀）。試畫出存儲(chǔ)器的連接圖。16K*8位ROM16K*8位RAM3—8譯碼器D7~0D7~0A13~0CSOEA13~0CSWEY7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0ABCEN7/26/2023994.3輔助存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器作為主存儲(chǔ)器的后援存儲(chǔ)器，用于存放CPU當(dāng)前暫時(shí)不用的程序和數(shù)據(jù)。當(dāng)CPU需要時(shí)，再將數(shù)據(jù)成批地調(diào)入主存。從輔存所處的部位和與主機(jī)交換信息的方式看，它屬于外部設(shè)備的一種。輔存的特點(diǎn)：容量大，成本低，可以脫機(jī)保存信息。輔存主要有磁表面存儲(chǔ)器和光存儲(chǔ)器兩類，如磁盤、磁帶、光盤等。7/26/2023100一、磁表面存儲(chǔ)器的基本原理磁表面存儲(chǔ)器把某些磁性材料均勻地涂敷在載體的表面上，形成厚度為0.3～5μm的磁層，將信息記錄在磁層上，構(gòu)成磁表面存儲(chǔ)器。1、磁表面存儲(chǔ)器存儲(chǔ)信息的原理—電磁轉(zhuǎn)換1）基本原理—電磁轉(zhuǎn)換利用磁性材料在不同方向的磁場(chǎng)作用下，形成的兩種穩(wěn)定的剩磁狀態(tài)來(lái)記錄信息。7/26/20231012）記錄介質(zhì)—磁層3）讀寫元件—磁頭：磁頭是由鐵氧化體或坡莫合金等高導(dǎo)磁率的材料制成的電磁鐵，磁頭上繞有讀寫線圈，可以通過(guò)不同方向的電流。7/26/20231022、磁表面存儲(chǔ)器的讀寫過(guò)程磁表面存儲(chǔ)器的讀/寫操作是通過(guò)磁頭與磁層相對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的。一般都采用磁頭固定，磁層作勻速平移或高速旋轉(zhuǎn)。由磁頭縫隙對(duì)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)的磁層進(jìn)行讀/寫操作。(1)寫操作當(dāng)寫線圈中通過(guò)一定方向的脈沖電流時(shí)，鐵芯內(nèi)就產(chǎn)生一定方向的磁通。由于鐵芯是高導(dǎo)磁率材料，而鐵芯空隙處為非磁性材料，故在鐵芯空隙處集中很強(qiáng)的磁場(chǎng)。在這個(gè)磁場(chǎng)的作用下，磁層就被磁化成相應(yīng)極性的磁化單元或磁化位。若在寫線圈里通入相反方向的脈沖電流，就可得到相反極性的磁化單元。7/26/2023103例如我們規(guī)定某電流方向?yàn)閷憽?”，那么寫線圈里通以相反方向的電流時(shí)即為寫“0”。這個(gè)過(guò)程稱為“寫入”。一個(gè)磁化單元就是一個(gè)存儲(chǔ)元，一個(gè)磁化單元中存儲(chǔ)一位二進(jìn)制信息。當(dāng)載體相對(duì)于磁頭運(yùn)動(dòng)時(shí)，就可以連續(xù)寫入一連串的二進(jìn)制信息。7/26/2023104寫入過(guò)程7/26/2023105(2)讀操作讀出時(shí)，被磁化了的磁層相對(duì)磁頭高速移動(dòng)，處于剩磁狀態(tài)的磁化單元經(jīng)過(guò)磁頭縫隙，使磁層與磁頭交鏈的磁路中發(fā)生磁通變化，于是此變化的磁通在讀磁頭線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，不同的剩磁狀態(tài)產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)的方向不同。感應(yīng)電勢(shì)經(jīng)讀出放大電路放大和整形，在選通脈沖的選通下，讀出原寫入的信息。7/26/2023106讀出過(guò)程7/26/2023107

3、磁記錄方式磁記錄方式：如何根據(jù)所要記錄的信息，在磁頭的寫入線圈上加入何種寫入電流。1）歸零制（RZ）若寫入“1”，則加正向?qū)懭朊}沖；若寫入“0”，則加負(fù)向?qū)懭朊}沖。每寫完一位信息，電流歸零。2）非歸零制（NRZ）若寫入“1”，則加正向?qū)懭朊}沖；若寫入“0”，則加負(fù)向?qū)懭朊}沖。寫完一位信息后，電流不歸零。3）非歸零—1制（NRZ—1）若寫入“1”，則寫入電流改變一次方向；若寫入“0”，則寫入電流方向維持不變。非歸零—1制也稱為見(jiàn)1就翻法。7/26/20231084）調(diào)相制（PM）若寫入“1”，則在一個(gè)寫入周期中間使寫入電流從正變負(fù)（或相反）；若寫入“0”，則在一個(gè)寫入周期中間使寫入電流從負(fù)變正（或相反）。若連續(xù)寫多個(gè)“0”或多個(gè)“1”，則在兩個(gè)位周期交界處，寫入電流改變一次方向。5）調(diào)頻制（FM）若寫入“1”，則在一個(gè)寫入周期中間使寫入電流改變一次方向（不管原來(lái)方向如何）；若寫入“0”，則在一個(gè)寫入周期中間寫入電流方向不變。不論寫“0”、寫“1”，在兩個(gè)位周期交界處，寫入電流總要改變一次方向。7/26/20231096）改進(jìn)調(diào)頻制（MFM）若寫入“1”，則在一個(gè)寫入周期中間使寫入電流改變一次方向（不管原來(lái)方向如何）。若寫入“0”，則在一個(gè)寫入周期間寫入電流方向不變。若連續(xù)寫多個(gè)“0”，則在兩個(gè)“0”的位周期交界處，寫入電流改變一次方向。除了上述基本記錄方式外，為了提高記錄密度，還可對(duì)基本方式進(jìn)行改進(jìn)，成為高密度磁帶、磁盤的記錄方式。

1）成組編碼法：把待寫入的信息序列按4位長(zhǎng)度進(jìn)行分組，然后按某一確定規(guī)則將4位信息編碼為5位碼字，再把編碼字序列按NRZ—1制記錄方式記錄在磁層中。讀出時(shí)再把讀出的編碼字序列進(jìn)行譯碼，以讀出原存信息。7/26/20231102）游程長(zhǎng)度受限碼（RLLC碼）：把待輸入的信息序列變換為“0”游程長(zhǎng)度受限碼，即任何兩位相鄰的“1”之間的“0”的最大位數(shù)k和最小位數(shù)d均受到限制的新編碼，然后再用NRZ—1方式進(jìn)行寫入。其實(shí)質(zhì)就是把原始數(shù)據(jù)序列變換成“0”、“1”受限制的記錄序列。正確地設(shè)計(jì)k、d值，可以獲得優(yōu)良的編碼性能。RLLC碼已廣泛用于高密度磁盤中。綜上所述:寫入線圈上的電流取決于記錄方式和所要記錄的信息.7/26/2023111各種磁記錄方式的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)⑴自同步能力從讀出的脈沖信號(hào)序列中提取同步時(shí)鐘信號(hào)的能力。同步信號(hào)：從讀出信號(hào)中分離出數(shù)據(jù)信息所需的時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)。磁表面存儲(chǔ)器為了從讀出信號(hào)中分離出數(shù)據(jù)信息必須要有時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)。同步信號(hào)的取得方法①外同步：從專門設(shè)置用來(lái)記錄同步信號(hào)的磁道中取得。②內(nèi)同步（自同步）：直接從讀出信號(hào)中提取同步信號(hào)。NRZ、NRZ—1：無(wú)自同步能力。PM、FM、MFM：有自同步能力。7/26/2023112同步能力的大小可以用最小磁化翻轉(zhuǎn)間隔與最大磁化翻轉(zhuǎn)間隔的比值R來(lái)衡量。比值R越大，自同步能力越強(qiáng)。例：調(diào)頻制（FM）記錄方式中，最小磁化翻轉(zhuǎn)間隔是T/2，最大磁化翻轉(zhuǎn)間隔是T，其中T為位周期。因此

RFM＝＝0.57/26/2023113⑵編碼效率（記錄效率）指每次磁層磁化翻轉(zhuǎn)所存儲(chǔ)信息的位數(shù)。編碼效率是位密度與磁化翻轉(zhuǎn)密度的比值。η也說(shuō)明了記錄一位信息的最大磁化翻轉(zhuǎn)次數(shù)。FM、PM記錄方式：存儲(chǔ)一位信息磁層最大磁化翻轉(zhuǎn)次數(shù)為2次，編碼效率為50％。NRZ、NRZ—1、MFM記錄方式：存儲(chǔ)一位信息磁層磁化翻轉(zhuǎn)次數(shù)為1次，編碼效率為100％。除編碼效率和自同步能力外，還有讀出信號(hào)的分辨能力、頻帶寬度、抗干擾能力以及編碼譯碼電路的復(fù)雜性等。它們都影響記錄方式的取舍評(píng)價(jià)。7/26/2023114除上述討論的幾種記錄方式外，還有改進(jìn)的改進(jìn)調(diào)頻制M2FM，成組編碼法GCR．游程長(zhǎng)度受限碼RLLC等記錄方式，它們已廣泛用于高密度磁帶和磁盤中。成組編碼法：把待寫入的信息序列按4位長(zhǎng)度進(jìn)行分組，然后按某一確定規(guī)則將4位信息編碼為5位碼字，再把編碼字序列按NRZ—1制記錄方式記錄在磁層中。讀出時(shí)再把讀出的編碼字序列進(jìn)行譯碼，以讀出原存信息。采用這種編碼可使磁帶機(jī)存儲(chǔ)密度提高到6250位/英寸(bpi)。7/26/2023115RLLC碼：把待輸入的信息序列變換為“0”游程長(zhǎng)度受限碼，即任何兩位相鄰的“1”之間的“0”的最大位數(shù)k和最小位數(shù)d均受到限制的新編碼，然后再用NRZ—1方式進(jìn)行寫入。其實(shí)質(zhì)就是把原始數(shù)據(jù)序列變換成“0”、“1”受限制的記錄序列。正確地設(shè)計(jì)k、d值，可以獲得優(yōu)良的編碼性能。RLLC碼已廣泛用于高密度磁盤中。7/26/2023116磁頭固定，每磁道一個(gè)磁頭，環(huán)境要求高，沒(méi)有磁頭運(yùn)動(dòng)，速度快?？尚侗P組，可卸下保存。一個(gè)磁頭運(yùn)動(dòng)尋道，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。固定盤組采用密封方式，環(huán)境要求不高。如溫盤。二、磁盤存儲(chǔ)器1.磁盤的分類7/26/20231177/26/2023118磁盤存儲(chǔ)器由驅(qū)動(dòng)器、控制器和盤片三部分組成。1）磁盤驅(qū)動(dòng)器磁盤驅(qū)動(dòng)器又稱磁盤機(jī)或磁盤子系統(tǒng)：用于控制磁頭與盤片的運(yùn)動(dòng)及讀寫。是獨(dú)立于主機(jī)之外的完整裝置。驅(qū)動(dòng)器內(nèi)包含有旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)部件、磁頭定位部件、讀寫電路和數(shù)據(jù)傳送電路等。主機(jī)盤片2.磁盤存儲(chǔ)器的組成及邏輯結(jié)構(gòu)磁盤控制器磁盤驅(qū)動(dòng)器7/26/2023119旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)部件：其作用是安裝盤片，并驅(qū)動(dòng)它們以額定轉(zhuǎn)速穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。主要部件包括主軸電機(jī)和有關(guān)控制電路。磁頭定位部件：驅(qū)動(dòng)磁頭沿盤面徑向位置運(yùn)動(dòng)以尋找目標(biāo)磁道位置的機(jī)構(gòu)。由驅(qū)動(dòng)部件、傳動(dòng)部件、運(yùn)載部件（磁頭小車）組成。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)：其作用是控制數(shù)據(jù)的寫入和讀出。包括磁頭、磁頭選擇電路、讀寫電路以及索引、區(qū)標(biāo)電路等。磁盤讀寫時(shí)，由磁頭定位部件在步進(jìn)電機(jī)或音圈電機(jī)（直流電機(jī)）的驅(qū)動(dòng)下作徑向運(yùn)動(dòng)尋道，旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)部件使盤組旋轉(zhuǎn)尋找扇區(qū)，讀寫控制電路控制讀寫。7/26/2023120磁盤驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)7/26/20231212）讀寫電路7/26/2023122寫入時(shí)，將主機(jī)并行送來(lái)的數(shù)據(jù)取至并

—串轉(zhuǎn)換寄存器，變?yōu)榇袛?shù)據(jù)，然后一位一位地由寫電流驅(qū)動(dòng)器作功率放大并加到寫磁頭線圈上產(chǎn)生電流，從而在盤片磁層上形成按位的磁化存儲(chǔ)單元。讀出時(shí)，當(dāng)記錄介質(zhì)相對(duì)磁頭運(yùn)動(dòng)時(shí)，位磁化存儲(chǔ)單元形成的空間磁場(chǎng)在讀磁頭線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，讀出信息經(jīng)放大檢測(cè)，就可還原成原來(lái)存入的數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)是一位一位串行讀出的，故要送至串—并轉(zhuǎn)換寄存器轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，再并行送至主機(jī)。7/26/20231233）磁盤控制器磁盤控制器是主機(jī)與磁盤驅(qū)動(dòng)器之間的接口，通常是插在主機(jī)總線插槽中的一塊印刷電路板。磁盤控制器的作用：接受主機(jī)發(fā)出的命令與數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)器的控制命令和數(shù)據(jù)格式，控制驅(qū)動(dòng)器操作。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。磁盤控制器上的接口：①

與主機(jī)的接口，控制外存與主機(jī)總線之間交換數(shù)據(jù)。稱為系統(tǒng)級(jí)接口。②與設(shè)備的接口，根據(jù)主機(jī)命令控制設(shè)備的操作。稱為設(shè)備級(jí)接口。一個(gè)控制器可以控制一臺(tái)或多臺(tái)驅(qū)動(dòng)器。例如微機(jī)內(nèi)的磁盤控制卡一般可控制兩臺(tái)軟盤驅(qū)動(dòng)器和一臺(tái)溫盤驅(qū)動(dòng)器。7/26/2023124主機(jī)與磁盤驅(qū)動(dòng)器交換數(shù)據(jù)的控制邏輯7/26/2023125磁盤上的信息經(jīng)讀磁頭讀出以后送入讀出放大器，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)與時(shí)鐘的分離，再進(jìn)行串—并轉(zhuǎn)換、格式轉(zhuǎn)換，最后送入數(shù)據(jù)緩沖器，經(jīng)DMA(直接存儲(chǔ)器傳送)控制將數(shù)據(jù)傳送到主機(jī)數(shù)據(jù)總線?？刂破髋c驅(qū)動(dòng)器之間的的交界面劃分有多種方式。①接口交界面設(shè)在A處，驅(qū)動(dòng)器只完成讀寫和放大，因而數(shù)據(jù)分離以后的控制邏輯構(gòu)成磁盤控制器。如ST506磁盤控制器，它是插在PC機(jī)總線上的一塊電路板，控制器與設(shè)備之間就采用了A形式的接口。7/26/2023126②接口交界面設(shè)在B處，驅(qū)動(dòng)器中包含數(shù)據(jù)分離器，而磁盤控制器僅由串—并變換、格式控制等邏輯構(gòu)成。如ESDI接口屬于這種形式。③接口交界面設(shè)在C處，磁盤控制器的功能全部轉(zhuǎn)移到設(shè)備中，主機(jī)與設(shè)備之間采用標(biāo)準(zhǔn)的通用接口。如SCSI(小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口)屬于這種形式。隨著技術(shù)進(jìn)步，C種接口越來(lái)越多地被采用，以增強(qiáng)設(shè)備的功能，使設(shè)備相對(duì)獨(dú)立。7/26/20231273.磁盤信息記錄格式及其讀寫7/26/2023128記錄面：磁盤片表面稱為記錄面。盤片的上下兩面都能記錄信息。磁道：記錄面上一系列同心圓。每個(gè)盤片表面通常有幾十到幾百個(gè)磁道。磁道的編址：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磁道里面的圓面積不用來(lái)記錄信息。扇區(qū)：將盤面沿垂直于磁道的方向劃分成若干個(gè)扇區(qū)。扇區(qū)的編號(hào)方法：可以連續(xù)編號(hào)，也可間隔編號(hào)。7/26/2023129扇段：每條磁道在扇區(qū)內(nèi)的部分稱為扇段，每個(gè)扇段存儲(chǔ)等量的信息。扇段是磁盤信息的基本單位。由于各條磁道的半徑不同，各條磁道的存儲(chǔ)密度不同。外圈存儲(chǔ)密度低，內(nèi)圈存儲(chǔ)密度高?；顒?dòng)頭磁盤組磁盤記錄的編址：記錄面的面號(hào)(也稱磁頭號(hào))＋磁道號(hào)＋扇區(qū)號(hào)柱面（圓柱面）：n個(gè)面上位于同一半徑的磁道形成一個(gè)圓柱面。磁盤組的圓柱面數(shù)等于一個(gè)盤面的磁道數(shù)。在讀/寫過(guò)程中，各個(gè)盤面的磁頭總是處于同一個(gè)圓柱面上。存取信息時(shí)，可按圓柱面順序地進(jìn)行操作。7/26/2023130磁盤地址的表示：例如，若某盤片組有8個(gè)記錄面，每個(gè)盤面分成256條磁道，8個(gè)扇區(qū)；當(dāng)主機(jī)要訪問(wèn)其中第5個(gè)記錄面上，第65條磁道，第7個(gè)扇區(qū)的信息時(shí)，則主機(jī)應(yīng)向磁盤控制器提供如下的地址信息：

0100000l101111為進(jìn)行讀/寫操作，必須定出磁道的起始位置。索引：磁道的起始位置。索引標(biāo)志在傳感器檢索下產(chǎn)生脈沖信號(hào)，再通過(guò)磁盤控制器處理，便可定出磁道起始位置。圓柱面號(hào)盤面號(hào)扇區(qū)號(hào)7/26/2023131磁道的索引和扇段地址的確定方法：在盤片上設(shè)置缺口或孔，通過(guò)光源和光敏元件，使盤片每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生一個(gè)索引脈沖和若干個(gè)扇標(biāo)脈沖(硬分段)。索引脈沖標(biāo)志了磁道信息的起點(diǎn)，此后的第一個(gè)扇區(qū)為0扇區(qū)，第二個(gè)為1扇區(qū)(連續(xù)編址)等等。再利用扇標(biāo)脈沖作為定時(shí)時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)一個(gè)計(jì)數(shù)器，根據(jù)計(jì)數(shù)器的內(nèi)容即可確定磁道上的扇段編號(hào)。7/26/2023132如果主機(jī)配有幾臺(tái)磁盤驅(qū)動(dòng)器，磁盤地址信息還應(yīng)給出驅(qū)動(dòng)器編號(hào)，用來(lái)選擇所需的驅(qū)動(dòng)器，此時(shí)磁盤信息的地址格式為：當(dāng)盤片為單片單面結(jié)構(gòu)時(shí)，將上述地址格式中的圓柱面號(hào)改為磁道號(hào)。驅(qū)動(dòng)器號(hào)圓柱面號(hào)盤面號(hào)扇區(qū)號(hào)7/26/2023133磁盤存儲(chǔ)器的每個(gè)扇段記錄定長(zhǎng)的數(shù)據(jù)，讀/寫操作是以扇段為單位一位一位串行進(jìn)行的。每一個(gè)扇段記錄一個(gè)記錄塊。一個(gè)扇段的記錄格式扇段的記錄格式7/26/2023134每個(gè)扇區(qū)段由頭部空白、序標(biāo)、數(shù)據(jù)、校驗(yàn)字、尾部空白等字段組成。頭部和尾部空白段：用于作為地址定位緩沖，便于磁盤控制器作好讀寫準(zhǔn)備。序標(biāo)部分：指出本扇區(qū)的地址，并可作為磁盤控制器的同步定時(shí)信號(hào)。數(shù)據(jù)部分：本扇區(qū)記錄的數(shù)據(jù)。校驗(yàn)字：用來(lái)校驗(yàn)讀出數(shù)據(jù)是否正確，一般采用循環(huán)校驗(yàn)碼。7/26/2023135IBM37408寸軟盤的數(shù)據(jù)記錄格式7/26/2023136磁盤的讀寫磁盤讀/寫操作總是從扇區(qū)的邊界開始，由磁盤控制器產(chǎn)生的扇標(biāo)脈沖標(biāo)志著一個(gè)扇區(qū)的開始。每次交換一個(gè)扇段的信息。如果寫入的內(nèi)容不滿一個(gè)扇段，則在該扇段的余下部分重復(fù)數(shù)據(jù)的最后一位。磁盤和主存間的數(shù)據(jù)交換可通過(guò)DMA或通道控制完成。為了保證寫入時(shí)數(shù)據(jù)的可靠性，通常在“寫”操作以后啟動(dòng)一個(gè)讀操作，把從磁盤讀出的內(nèi)容與從主存相應(yīng)的單元讀出的內(nèi)容進(jìn)行比較，如果不一致，則經(jīng)中斷系統(tǒng)向CPU送一個(gè)出錯(cuò)信息。7/26/2023137定時(shí)信號(hào)的產(chǎn)生對(duì)于包含同步信息的記錄方式，磁道上每一個(gè)數(shù)據(jù)位的同步脈沖可以直接從存儲(chǔ)的磁盤信息中分離出來(lái)。

對(duì)于不包含同步信息的記錄方式，則須由專用磁道來(lái)提供定時(shí)脈沖。7/26/20231384.磁盤存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo)⑴存儲(chǔ)容量C

存儲(chǔ)容量指磁盤組所有盤片能記錄的二進(jìn)制信息的最大數(shù)量，一般以字節(jié)為單位。若一個(gè)磁盤組有n個(gè)盤面存儲(chǔ)信息，每個(gè)面有T條磁道，每條磁道分成S個(gè)扇段，每段存放B個(gè)字節(jié)，則存儲(chǔ)容量C為：

C＝n×T×S×B格式化容量：按照特定記錄格式所存儲(chǔ)的用戶可以使用的信息總量。非格式化容量：記錄面可以利用的磁化單元總數(shù)。格式化容量一般為非格式容量的60％一70％。7/26/2023139

⑵平均尋址時(shí)間（平均存取時(shí)間）從發(fā)出讀寫命令到讀出或?qū)懭胄畔⑺璧臅r(shí)間。平均尋址時(shí)間＝平均磁道定位時(shí)間＋平均旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間磁道定位時(shí)間：在活動(dòng)頭系統(tǒng)中，當(dāng)訪問(wèn)磁盤中某一扇段時(shí)，由磁道定位機(jī)構(gòu)把讀寫頭移到相應(yīng)的磁道位置上所需的時(shí)間。磁道定位時(shí)間取決于磁頭的起始位置與所要求磁道間的距離。平均磁道定位時(shí)間為最大和最小定位時(shí)間的平均值。旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間：定位以后尋找所需扇區(qū)的時(shí)間，也稱旋轉(zhuǎn)延遲。旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間的平均值為磁盤旋轉(zhuǎn)半圈的時(shí)間。

7/26/2023140⑶存儲(chǔ)密度位密度：沿磁道方向單位長(zhǎng)度所能存儲(chǔ)的二進(jìn)制位數(shù)。位密度又稱線密度，單位是位/英寸(bpi)。記錄密度內(nèi)外圈不同，以最里圈的密度為準(zhǔn)。道密度：沿磁盤徑向單位長(zhǎng)度所包含的磁道數(shù)，單位是道/英寸(tpi)或道/毫米(tpm)。面密度：位密度與道密度的乘積。單位為位/平方英寸⑷數(shù)據(jù)傳輸率

Dr磁盤存儲(chǔ)器單位時(shí)間內(nèi)所能傳送的數(shù)據(jù)量。單位為字節(jié)/秒(B/s)。設(shè)磁盤旋轉(zhuǎn)速度為n轉(zhuǎn)/秒，每條磁道容量為N個(gè)字節(jié)，則

Dr＝n×N(字節(jié)/秒)。設(shè)D為位密度，v為磁盤旋轉(zhuǎn)的線速度，則

Dr＝D×v(字節(jié)/秒)7/26/2023141⑸誤碼率出錯(cuò)信息和讀出總信息位數(shù)之比。⑹價(jià)格通常采用位價(jià)格來(lái)比較各種存儲(chǔ)器。位價(jià)格：存儲(chǔ)器設(shè)備價(jià)格除以容量。7/26/2023142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。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，平均尋道時(shí)間為10ms。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)平均尋址時(shí)間是多少？(5)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?(6)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?7/26/2023143解：(1)有效存儲(chǔ)區(qū)域＝16.5－11＝5.5(cm)因?yàn)榈烂芏龋?0道/cm，所以共有40×5.5＝220道，即220個(gè)圓柱面。(2)內(nèi)層磁道周長(zhǎng)為2πR＝2×3.14×11＝69.08（cm）每道信息量＝400位/cm×69.08cm＝27632位

＝3454B每面信息量＝3454B×220＝759880B盤組總?cè)萘浚?59880B×l0＝7598800B＝7.25MB(3)磁盤數(shù)據(jù)傳輸率Dr＝r×NN為每條磁道容量，N＝3454Br為磁盤轉(zhuǎn)速，r＝2400轉(zhuǎn)/60秒＝40轉(zhuǎn)/秒Dr＝r×N＝40×3454B＝13816B/s7/26/2023144(4)磁盤旋轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間為

平均尋址時(shí)間Ta＝10ms＋25/2ms＝22.5ms(5)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)扇區(qū)，每個(gè)記錄塊記錄固定字節(jié)數(shù)目的信息，在定長(zhǎng)記錄的數(shù)據(jù)塊中，活動(dòng)頭磁盤組的編址方式可用如下格式：驅(qū)動(dòng)器號(hào)圓柱面號(hào)盤面號(hào)扇區(qū)號(hào)7/26/2023145(6)如果某文件長(zhǎng)度超過(guò)一個(gè)磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一柱面上，因?yàn)椴恍枰匦聦さ?，?shù)據(jù)讀寫速度快。7/26/20231460塊4塊8塊12塊….5.冗余磁盤陣列（RAID）1塊5塊9塊13塊2塊6塊10塊14塊….….3塊7塊11塊15塊….RAID0（無(wú)冗余）7/26/20231470塊4塊8塊12塊….RAID1（鏡像）1塊5塊9塊13塊2塊6塊10塊14塊….….3塊7塊11塊15塊….0塊4塊8塊12塊1塊5塊9塊13塊2塊6塊10塊14塊3塊7塊11塊15塊….….….….7/26/2023148RAID2（冗余使用海明碼）RAID3（位交錯(cuò)奇偶校驗(yàn)）RAID4（塊級(jí)奇偶校驗(yàn)）0塊4塊8塊12塊1塊5塊9塊13塊2塊6塊10塊14塊3塊7塊11塊15塊….….….….….P（0-3）P（4-7）P（8-11）P（12-15）7/26/2023149RAID5（塊級(jí)分布奇偶校驗(yàn)）0塊4塊8塊12塊1塊5塊9塊P（12-15）2塊6塊P（8-11）13塊3塊P（4-7）10塊14塊….….….….….P（0-3）7塊11塊15塊7/26/2023150三、光盤存儲(chǔ)器光盤：利用光學(xué)方式讀寫信息的圓盤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”。光盤的優(yōu)點(diǎn)：記錄密度高。三、光盤存儲(chǔ)器激光可聚焦到1μm以下，從而記錄的面密度可達(dá)到645Mb／平方英寸，高于一般的磁記錄水平。一張CD—ROM盤片的存儲(chǔ)容量可達(dá)600MB，相當(dāng)于400多張1.44MB的3.5英寸軟盤片。光盤的缺點(diǎn)：存取時(shí)間長(zhǎng)，數(shù)據(jù)傳輸率低。7/26/20231511、光盤的分類(1)只讀型光盤（ReadOnly）只讀型光盤是廠商以高成本制作出母盤后大批重復(fù)壓制出來(lái)的光盤。這種模壓式記錄使光盤發(fā)生永久性物理變化，記錄的信息只能讀出，不能被修改。典型的產(chǎn)品有：LD：俗稱影碟，記錄模擬視頻和音頻信息，可放演60分鐘全帶寬的PAL制電視。1、光盤的分類CD—DA：數(shù)字唱盤，記錄數(shù)字化音頻信息，可存儲(chǔ)74分鐘數(shù)字立體聲信息。VCD：俗稱小影碟，記錄數(shù)字化視頻和音頻信息?？纱鎯?chǔ)74分鐘按MPEG—1標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼的動(dòng)態(tài)圖像信息。DVD：數(shù)字視盤。單記錄層容量為4.7GB，可存儲(chǔ)135分鐘按MPEG—2標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼的相當(dāng)于高清晰度電視的視頻圖像信息和音頻信息。CD—ROM：主要用作計(jì)算機(jī)外存儲(chǔ)器，可記錄數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，也可同時(shí)記錄數(shù)字化視頻和音頻信息。7/26/2023152(2)一次型光盤(CD-R)用戶可以在這種光盤上寫入信息，寫后可以直接讀出。寫入信息會(huì)使介質(zhì)的物理特性發(fā)生永久性變化，因此只能寫一次。寫后的信息不能再改變。典型產(chǎn)品是CD—R光盤。用戶可在專用的CD—R刻錄機(jī)上向空白的CD-R盤寫人數(shù)據(jù)，制作好的CD-R光盤可放在CD—ROM驅(qū)動(dòng)器中讀出。7/26/2023153(3)可擦寫型光盤（CD-RW）用戶可對(duì)這類光盤進(jìn)行隨機(jī)寫入、擦除或重寫信息。典型的產(chǎn)品有：MO：磁光盤。利用熱磁效應(yīng)寫入數(shù)據(jù)。當(dāng)激光束將磁光介質(zhì)上的記錄點(diǎn)加熱到居里點(diǎn)溫度以上時(shí)，外加磁場(chǎng)作用改變記錄點(diǎn)的磁化方向，而不同的磁化方向可表示數(shù)字“0”和“1”。利用磁光科爾效應(yīng)讀出數(shù)據(jù)：當(dāng)激光來(lái)照射到記錄點(diǎn)時(shí)，記錄點(diǎn)的磁化方向不同，會(huì)引起反射光的偏振面發(fā)生左旋或右旋，從而檢測(cè)出所記錄的數(shù)據(jù)“1”或“0”。PC：相變盤。利用相變材料的晶態(tài)和非晶態(tài)來(lái)記錄信息。寫入時(shí)，強(qiáng)弱不同的激光束對(duì)記錄點(diǎn)加熱再快速冷卻后，記錄點(diǎn)分別呈現(xiàn)為非晶態(tài)和晶態(tài)。讀出時(shí)，用弱激光來(lái)掃描相變盤，晶態(tài)反射率高，非晶態(tài)反射率低，根據(jù)反射光強(qiáng)弱的變化即可檢測(cè)出“1”或“0”。無(wú)論是磁光盤還是相變盤，介質(zhì)材料發(fā)生的物理特性改變都是可逆變化，因此是可重寫的。7/26/20231542、光盤存儲(chǔ)器的工作原理（只讀）7/26/2023155只讀光盤上的信息是沿著盤面螺旋形狀的信息軌道以凹坑和凸區(qū)的形式記錄的，如上圖（a）所示。它既可以記錄模擬信息（如LaserVision系統(tǒng)），也可以記錄數(shù)字信號(hào)（如CD-DA）。上圖（b）表示記錄數(shù)字信號(hào)的原理。光道上凹坑或凸區(qū)的長(zhǎng)度是0.3m的整數(shù)倍。凹凸交界的正負(fù)跳變沿均代表數(shù)字“1”，兩個(gè)邊緣之間代表數(shù)字“0”，“0”的個(gè)數(shù)是由邊緣之間的長(zhǎng)度決定的。通過(guò)光學(xué)探測(cè)儀器產(chǎn)生光電檢測(cè)信號(hào)，從而讀出“0”、“1”數(shù)據(jù)。7/26/2023156為了提高讀出數(shù)據(jù)的可靠性，減少誤讀率，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)采用EFM(eighttofourteenmod