第四章 存儲(chǔ)器5

第4章存儲(chǔ)器主講劉仁芬第４章存儲(chǔ)器4.1概述4.2主存儲(chǔ)器4.3高速緩沖存儲(chǔ)器4.4輔助存儲(chǔ)器一、概述1.特點(diǎn)不直接與CPU交換信息2.磁表面存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)4.4輔助存儲(chǔ)器磁盤道密度：沿半徑方向單位長(zhǎng)度磁道數(shù)，tpm/tpi磁帶/磁盤位密度：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度磁道記錄的比特?cái)?shù)bpm/bpi記錄密度存儲(chǔ)容量磁表面存儲(chǔ)器所能存儲(chǔ)的二進(jìn)制信息的總量，BytePlattersTrackSector平均尋址時(shí)間磁盤訪問(wèn)過(guò)程—直接存取方式

(1)尋道：將讀寫磁頭移動(dòng)到正確的磁道上

(2)尋找扇區(qū)：等待磁盤旋轉(zhuǎn)到需要訪問(wèn)的扇區(qū)

(3)數(shù)據(jù)傳輸：讀寫數(shù)據(jù)（1個(gè)或多個(gè)扇區(qū)）磁帶訪問(wèn)過(guò)程—順序存取方式磁頭不動(dòng)，磁帶移動(dòng)，不尋道但需要等待。數(shù)據(jù)傳輸率單位時(shí)間內(nèi)向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)誤碼率常用循環(huán)冗余碼CRC來(lái)發(fā)現(xiàn)和糾正傳輸錯(cuò)誤記錄介質(zhì)運(yùn)動(dòng)速度記錄密度數(shù)據(jù)傳輸率二、磁記錄原理和記錄方式1.磁記錄原理寫局部磁化單元載磁體寫線圈SNI局部磁化單元寫線圈SN鐵芯磁通磁層寫入“0”寫入“1”I4.4輔助存儲(chǔ)器N讀線圈S讀線圈SN鐵芯磁通磁層運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)方向ssttffee讀出“0”讀出“1”讀1.磁記錄原理一種編碼方法，即按某種規(guī)律將一串二進(jìn)制信息，通過(guò)讀寫電路變換成磁層介質(zhì)中的磁化翻轉(zhuǎn)序列（1）定義：（2）常見(jiàn)編碼方式：歸零制（RZ）

線圈中正脈沖電流為“1”，負(fù)脈沖電流表示“0”，兩位信息位之間線圈中無(wú)電流。RZ位信息1011100012.磁表面存儲(chǔ)器的記錄方式不歸零制（NRZ）

線圈中一直有正或負(fù)脈沖電流，相鄰兩位信息位代碼不同才改變電流方向。見(jiàn)1翻轉(zhuǎn)的不歸零制（NRZ1）

線圈中始終脈沖電流，只有見(jiàn)到“1”才改變電流的方向，記錄“0”時(shí)電流方向保持不變。NRZ位信息101110001位信息101110001NRZ1調(diào)相制（PM/PE）

相位編碼。用脈沖邊沿來(lái)表示,記錄“0”由負(fù)變正，記錄“1”由正變負(fù)。相同相鄰信息間要變方向，不同相鄰信息間不變方向。調(diào)頻制（FM）頻率編碼?！?”:高頻記錄，位周期中心翻轉(zhuǎn)；“0”:低頻記錄，位周期中心不翻轉(zhuǎn)；位與位之間都翻轉(zhuǎn)。位信息101110001PM位信息101110001FM改進(jìn)的調(diào)頻制（MFM）倍密度頻率編碼?！?”:高頻記錄，位周期中心翻轉(zhuǎn)；“0”:低頻記錄，位周期中心不翻轉(zhuǎn)；位與位只有連續(xù)兩個(gè)(2以上)的“0”時(shí)才在位周期起始位置翻轉(zhuǎn)位信息101110001FMMFM二次改進(jìn)的調(diào)頻制（M2FM）成組編碼（GCR）游程長(zhǎng)度受限碼（RLL）三、硬磁盤存儲(chǔ)器1.硬磁盤存儲(chǔ)器的類型(1)固定磁頭和移動(dòng)磁頭(2)可換盤和固定盤（溫切斯特磁盤）2.硬磁盤存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)磁盤控制器磁盤驅(qū)動(dòng)器盤片主機(jī)磁盤磁盤組主軸磁頭音圈電機(jī)位置檢測(cè)定位驅(qū)動(dòng)模擬控制放大閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)由磁盤控制器送來(lái)的目標(biāo)磁道信號(hào)測(cè)速輸出讀寫臂傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主軸定位驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)控制(1)磁盤驅(qū)動(dòng)器(2)磁盤控制器接收主機(jī)發(fā)來(lái)的命令，轉(zhuǎn)換成磁盤驅(qū)動(dòng)器的控制命令實(shí)現(xiàn)主機(jī)和驅(qū)動(dòng)器之間的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換控制磁盤驅(qū)動(dòng)器讀寫通過(guò)總線對(duì)主機(jī)對(duì)硬盤（設(shè)備）磁盤控制器是主機(jī)與磁盤驅(qū)動(dòng)器之間的接口（3）盤片一組存儲(chǔ)信息的磁表面載體，按格式記錄數(shù)據(jù)3、硬磁盤記錄格式——格式化？（1）定長(zhǎng)記錄格式01字節(jié)記錄塊記錄文件串行形成若干組成系列構(gòu)成一批組成臺(tái)號(hào)：系統(tǒng)掛接的硬盤個(gè)數(shù)雙盤多盤①定長(zhǎng)記錄磁盤地址磁道號(hào)：磁盤一面含的圈數(shù)，在n面的同一半徑的磁道形成圓柱面，柱面信息被移動(dòng)磁頭組同時(shí)讀出，故也叫柱面號(hào)。扇段號(hào)：每個(gè)盤面分為若干扇區(qū)，每條磁道被分割為若干扇段。ISOT盤扇段內(nèi)格式：盤面號(hào)：每個(gè)硬盤中一組磁盤的盤面數(shù)，一般2n-2面SectorTrackCylinderHeadPlatterTrackSector首空引導(dǎo)數(shù)據(jù)校驗(yàn)尾空……臺(tái)號(hào)磁道號(hào)盤面號(hào)扇段號(hào)定長(zhǎng)記錄格式中磁盤地址構(gòu)成：②定長(zhǎng)記錄格式尋址次序：決定操作的硬盤——臺(tái)號(hào)確定硬盤的柱面——磁道號(hào)選定組中某磁頭——盤面號(hào)旋轉(zhuǎn)磁盤找扇區(qū)——扇段號(hào)=尋道時(shí)間+旋轉(zhuǎn)延遲+傳輸時(shí)間+磁盤控制器延遲③定長(zhǎng)記錄格式中訪存時(shí)間：例題1：P135例4.12尋道時(shí)間：將磁頭移動(dòng)到正確的磁道上與每面磁道數(shù)、磁盤直徑、磁頭組速度有關(guān)旋轉(zhuǎn)延遲：等待磁盤上扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下與磁盤組旋轉(zhuǎn)速度、扇區(qū)數(shù)、當(dāng)前扇段位置有關(guān)

傳輸時(shí)間：真正的數(shù)據(jù)讀/寫時(shí)間與旋轉(zhuǎn)速度、存儲(chǔ)密度、數(shù)據(jù)傳輸率有關(guān)例子：假設(shè)磁盤存儲(chǔ)器有6個(gè)盤片，最外側(cè)盤面不能記錄，每面有204條磁道，每條磁道有12個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)512B，磁盤機(jī)以7200rpm速度旋轉(zhuǎn)，平均定位時(shí)間為8ms。

（1）計(jì)算該磁盤存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量

（2）計(jì)算磁盤存儲(chǔ)器的平均尋址時(shí)間磁盤存儲(chǔ)容量：10×204×12×512磁盤存儲(chǔ)器的平均尋址時(shí)間：ts+twTs=8mstw=（tmin+tmax）/2=(0+60/7200)/2=4.165ms例題3：平均尋道時(shí)間=12ms;旋轉(zhuǎn)速度=5400rpm磁盤控制器延遲：2ms；傳輸速度=5MB/S扇區(qū)大小=512bytes。讀取一頁(yè)（8KB）需要多少時(shí)間？旋轉(zhuǎn)延遲：平均旋轉(zhuǎn)延遲應(yīng)為磁盤旋轉(zhuǎn)半周的時(shí)間。旋轉(zhuǎn)1周=1/5400min=11.1ms，?周用時(shí)5.6ms讀1個(gè)扇區(qū)時(shí)間=12ms+5.6ms+0.5K/5MB/S+2ms=19.7ms讀1頁(yè)的時(shí)間=12ms+5.6ms+8K/5MB/S+2ms=21.2ms解：（2）不定長(zhǎng)記錄格式——有記錄塊，無(wú)扇區(qū)不定長(zhǎng)記錄格式可以根據(jù)文件長(zhǎng)度需要來(lái)決定記錄塊的長(zhǎng)度，如IBM2311盤磁道格式為：G磁道地址標(biāo)志塊…數(shù)據(jù)塊1索引標(biāo)志GGG數(shù)據(jù)塊2GF柱面號(hào)G磁頭號(hào)數(shù)據(jù)長(zhǎng)數(shù)據(jù)關(guān)鍵字塊號(hào)校驗(yàn)校驗(yàn)鍵長(zhǎng)G校驗(yàn)數(shù)據(jù)區(qū)關(guān)鍵字區(qū)計(jì)數(shù)區(qū)注解：數(shù)據(jù)區(qū)長(zhǎng)度不定，由計(jì)數(shù)區(qū)數(shù)據(jù)長(zhǎng)約定；數(shù)據(jù)串行存儲(chǔ)，字節(jié)間無(wú)間隙也無(wú)校驗(yàn)。四、軟磁盤存儲(chǔ)器（單片，雙面記錄）1.概述速度磁頭盤片價(jià)格硬盤軟盤高低固定、活動(dòng)活動(dòng)固定盤、盤組大部分不可換可換盤片浮動(dòng)接觸盤片高低五、光盤存儲(chǔ)器1.概述采用光存儲(chǔ)技術(shù)采用非磁性介質(zhì)采用磁性介質(zhì)第一代光存儲(chǔ)技術(shù)第二代光存儲(chǔ)技術(shù)不可擦寫可擦寫2.光盤的存儲(chǔ)原理只讀型和只寫一次型可擦寫光盤熱作用（物理或化學(xué)變化）熱磁效應(yīng)利用激光寫入和讀出4、硬磁盤的發(fā)展

(1)半導(dǎo)體盤——FlashMemory盤

(2)高密度盤——磁頭記錄密度、讀寫防干擾、磁頭浮動(dòng)、編碼、介質(zhì)、基板等技術(shù)改進(jìn)(3)高速度盤——主軸轉(zhuǎn)速改進(jìn)、硬盤Cache技術(shù)Strip0Strip4Strip8Strip1Strip5Strip9Strip2Strip6Strip10Strip3Strip7Strip11Strip11Strip7Strip3Strip2Strip6Strip10Strip1Strip5Strip9Strip0Strip4Strip8核