1、1226.2 外部存儲設(shè)備 1. 各種外部存儲器的類似之處 記錄原理類似； 作為計(jì)算機(jī)部件，均包括驅(qū)動機(jī)構(gòu)； 作為存儲設(shè)備，均包括控制器及接口邏輯； 均采用了自同步技術(shù)、定位和校正技術(shù)以及相 似的讀寫系統(tǒng)。2. 目前常用的存儲設(shè)備主要有磁盤、磁帶、光盤等第六章 輸入/輸出系統(tǒng)2226.2.1 磁盤設(shè)備1. 磁盤占據(jù)著非揮發(fā)性存儲器的主宰位置 它是存儲層次中主存的下一級存儲層次，是 虛擬存儲器技術(shù)的物質(zhì)根底； 它是操作系統(tǒng)和一切運(yùn)用程序的駐留介質(zhì)。2. 分類 軟盤 硬盤主要引見6.2 外部存儲設(shè)備3223. 磁盤的構(gòu)造組成 磁盤的盤片、磁道和扇區(qū) 盤片盤片的數(shù)量：112片轉(zhuǎn)速：360015000

2、轉(zhuǎn)盤徑：1.0英寸(25.4厘米)3.5英寸(8.9厘米) 磁道和柱面：每面500030000道 扇區(qū)：每道100500個(gè)6.2 外部存儲設(shè)備422盤片盤片磁道磁道扇間空隙扇間空隙扇區(qū)扇區(qū)6.2 外部存儲設(shè)備5224. 磁盤的性能 (1) 訪問時(shí)間 磁盤的任務(wù)過程： 磁頭首先挪動到目的磁道上 使期望的扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下 讀取扇區(qū)中的數(shù)據(jù) 任務(wù)均在磁盤控制器的控制下完成磁盤訪問時(shí)間磁盤訪問時(shí)間 = = 尋道時(shí)間尋道時(shí)間 + + 旋轉(zhuǎn)時(shí)間旋轉(zhuǎn)時(shí)間 + + 傳輸時(shí)間傳輸時(shí)間 + + 控制器開銷控制器開銷6.2 外部存儲設(shè)備622(2) (2) 磁盤容量磁盤容量 磁盤容量與盤片數(shù)量和單碟容量有關(guān)。磁盤容

3、量與盤片數(shù)量和單碟容量有關(guān)。 受工業(yè)規(guī)范的限制，硬盤中能安裝的盤片數(shù)受工業(yè)規(guī)范的限制，硬盤中能安裝的盤片數(shù) 目有限：目有限：3 34 4片片 提高單碟容量的途徑有兩個(gè)：提高單碟容量的途徑有兩個(gè)： 提高道密度和提高位密度提高道密度和提高位密度 目前的單碟容量幾乎都在目前的單碟容量幾乎都在20GB20GB以上，主流以上，主流 3.5 3.5英寸硬盤的單碟容量曾經(jīng)到達(dá)了英寸硬盤的單碟容量曾經(jīng)到達(dá)了80GB80GB。6.2 外部存儲設(shè)備722(3) (3) 數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率 數(shù)據(jù)訪問過程數(shù)據(jù)訪問過程 從盤面上讀出的數(shù)據(jù)首先要送到磁盤緩沖存儲從盤面上讀出的數(shù)據(jù)首先要送到磁盤緩沖存儲器，再從緩沖存儲器

4、經(jīng)過接口送到主機(jī)。器，再從緩沖存儲器經(jīng)過接口送到主機(jī)。 外部傳輸率外部傳輸率l 突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率l 計(jì)算機(jī)經(jīng)過磁盤接口從硬盤的緩存中將數(shù)計(jì)算機(jī)經(jīng)過磁盤接口從硬盤的緩存中將數(shù) 據(jù)讀出，交給相應(yīng)的控制器的速度。據(jù)讀出，交給相應(yīng)的控制器的速度。l 外部數(shù)據(jù)傳輸率和磁盤的接口有關(guān)外部數(shù)據(jù)傳輸率和磁盤的接口有關(guān)6.2 外部存儲設(shè)備822 內(nèi)部傳輸率 硬盤繼續(xù)傳輸率硬盤將數(shù)據(jù)從盤片上讀取出， 交給硬盤上的緩沖存儲器的速度； 內(nèi)部傳輸率等于磁頭相對磁盤的線速度與磁 盤位密度之積。 提高內(nèi)部傳輸率 提高轉(zhuǎn)速 提高記錄密度：部分呼應(yīng)最大似然PRML技術(shù)6.2 外部存儲設(shè)備922(4) (4) 磁盤磁

5、盤Cache Cache 可以彌補(bǔ)磁盤和主存之間的速度差距可以彌補(bǔ)磁盤和主存之間的速度差距 利用被訪問數(shù)據(jù)的部分性原理利用被訪問數(shù)據(jù)的部分性原理l 時(shí)間部分性時(shí)間部分性l 空間部分性空間部分性 磁盤Cache的管理和實(shí)現(xiàn)普通由硬件和軟件 共同完成6.2 外部存儲設(shè)備1022 磁盤容量的提高通常用面密度來衡量 面密度為單位面積可以記錄的數(shù)據(jù)位數(shù) 面密度磁盤面的道密度磁道的位密度 容量不斷提升，每位價(jià)錢不斷下降。5. 磁盤的開展6.2 外部存儲設(shè)備1122圖圖6.1 6.1 磁盤價(jià)錢的變化磁盤價(jià)錢的變化6.2 外部存儲設(shè)備1222 “訪問時(shí)間差距問題 磁盤的性能價(jià)錢比高于主存，但訪問速度 卻要低得

6、多，換句話說，性能價(jià)錢比與速度要 求差距太大。 6.2 外部存儲設(shè)備132211*1011*1021*1031*1041*1051*1061*1071*108訪問時(shí)間ns1*10-21*10-111*1011*1021*1031*1041*105價(jià)格$/MB198019851990199520001980198519901995200019801985199019952000SRAMDRAM磁盤訪問時(shí)間差距圖圖6.2 6.2 磁盤和半導(dǎo)體存儲器之間的訪問時(shí)間差距磁盤和半導(dǎo)體存儲器之間的訪問時(shí)間差距6.2 外部存儲設(shè)備14226.2.2 Flash存儲器 任務(wù)原理同E2PROM，容量比E2PRO

7、M大。 與磁盤相比的主要特點(diǎn)：l 功耗小功耗小50mw50mwl 尺寸小尺寸小l 提供與提供與DRAMDRAM相仿的訪問速度相仿的訪問速度l 價(jià)錢高價(jià)錢高 Flash存儲器的組織與其存儲位元有關(guān)6.2 外部存儲設(shè)備15226.2.3 磁帶設(shè)備 磁盤和磁帶在性能價(jià)錢比上的差別主要取決于它們的機(jī)械構(gòu)成。 磁盤盤片具有有限的存儲面積，并且存儲介 質(zhì)被封裝在每個(gè)讀部件內(nèi)，提供ms級的隨機(jī) 訪問； 磁帶繞在可轉(zhuǎn)動軸上，一個(gè)讀部件可以運(yùn)用 多盤磁帶(沒有長度限制)，但磁帶需求順序 訪問，每次訪問都能夠需求較長的反繞、6.2 外部存儲設(shè)備1622退出和加載時(shí)間，等待時(shí)間較長退出和加載時(shí)間，等待時(shí)間較長( (

8、數(shù)秒數(shù)秒) )。1. 磁帶 優(yōu)點(diǎn)：容量大、技術(shù)成熟、單位價(jià)錢低 缺陷：訪問時(shí)間較長 用途：磁帶成為磁盤的備份技術(shù) 開展l 采用數(shù)據(jù)緊縮技術(shù)，提高記錄密度和采用數(shù)據(jù)緊縮技術(shù)，提高記錄密度和l 數(shù)據(jù)傳輸率；數(shù)據(jù)傳輸率；6.2 外部存儲設(shè)備1722l 采用螺旋掃描技術(shù)，提高性能價(jià)錢比和采用螺旋掃描技術(shù)，提高性能價(jià)錢比和l 可靠性；可靠性；l 采用自動管理磁帶的大容量磁帶庫。采用自動管理磁帶的大容量磁帶庫。2. 螺旋掃描技術(shù) 螺旋掃描磁帶Helical Scan Tapes1963 年被索尼SONY公司初次運(yùn)用 主要特點(diǎn)l 磁帶運(yùn)動方向與磁記錄方向成一定角度；磁帶運(yùn)動方向與磁記錄方向成一定角度；l 磁

9、鼓高速旋轉(zhuǎn)，其它部件低速運(yùn)轉(zhuǎn)；磁鼓高速旋轉(zhuǎn)，其它部件低速運(yùn)轉(zhuǎn)；l具有較高的記錄密度和數(shù)據(jù)傳輸率；具有較高的記錄密度和數(shù)據(jù)傳輸率；6.2 外部存儲設(shè)備1822l 可以處理磁帶線速度不穩(wěn)定，抖動和易可以處理磁帶線速度不穩(wěn)定，抖動和易l 磨損等問題。磨損等問題。3. 自動磁帶庫 經(jīng)過機(jī)械手自動地安裝和改換磁帶，相當(dāng)于又 提供了一個(gè)新的存儲器層次。 優(yōu)點(diǎn)：l 自動換帶，加載速度快；自動換帶，加載速度快；l 單位數(shù)據(jù)的價(jià)錢低；單位數(shù)據(jù)的價(jià)錢低；l 經(jīng)過加大規(guī)模，進(jìn)一步降低本錢。經(jīng)過加大規(guī)模，進(jìn)一步降低本錢。 缺陷：帶寬較低；可靠性差。6.2 外部存儲設(shè)備19226.2.4 光盤設(shè)備 運(yùn)用激光作為讀出數(shù)據(jù)

10、手段的設(shè)備，無論運(yùn)用 磁記錄介質(zhì)還是運(yùn)用光記錄介質(zhì)。 分類：l 只讀光盤如只讀光盤如CD-ROMCD-ROM、DVD-ROMDVD-ROM等等l 可寫光盤如可寫光盤如CD-RCD-R、MOMO等等一次性寫光盤一次性寫光盤CD-RCD-R或或WORMWORM可多次寫光盤可多次寫光盤CD-RWCD-RW或稱為或稱為WMRMWMRM6.2 外部存儲設(shè)備20221. 光盤塔 光盤塔實(shí)踐上是多個(gè)CD-ROM放在一同，再 加上相應(yīng)的控制器和網(wǎng)絡(luò)銜接設(shè)備，構(gòu)成 一個(gè)網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備。 許多光盤機(jī)經(jīng)過規(guī)范接口(如SCSI)電纜連 接起來，一根典型的SCSI接口電纜可以連 接7臺光盤機(jī)，用軟件控制讀寫其中某一臺 優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡單、造價(jià)低；讀取光盤速度快。 缺陷：容量較?。皇謩訐Q盤。6.2 外部存儲設(shè)備21222. 光盤庫 光盤庫是一種能自動把機(jī)框中存放的許多片 光盤選出并裝入光盤機(jī)進(jìn)展讀寫的設(shè)備。 優(yōu)點(diǎn)：存儲量大，光盤自動改換。 缺陷：機(jī)械構(gòu)造比較復(fù)雜，裝卸光盤較慢。 只能同時(shí)支持幾張光盤的在線訪問。6.2 外部存儲設(shè)備22223. 光盤陣列 陣列技術(shù)：將