第8章外圍設(shè)備第1節(jié)外圍設(shè)備概述第2節(jié)磁盤存儲設(shè)備第3節(jié)磁帶存儲設(shè)備第4節(jié)光盤和磁光盤存儲設(shè)備第8章外圍設(shè)備第1節(jié)外圍設(shè)備概述一、外圍設(shè)備的一般功能第1節(jié)外圍設(shè)備概述外圍設(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。除了CPU和主存外，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的每一部分都可作為一個外圍設(shè)備來看待。

一、外圍設(shè)備的一般功能第1節(jié)外圍設(shè)備概述外圍設(shè)備的定義：

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：

(1)存儲介質(zhì)，它具有保存信息的物理特征。

(2)驅(qū)動裝置。

(3)控制電路，它向存儲介質(zhì)發(fā)送數(shù)據(jù)或從存儲介質(zhì)接受數(shù)據(jù)。外圍設(shè)備的功能：二、外圍設(shè)備的分類

一個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配備什么樣的外圍設(shè)備，是根據(jù)實(shí)際需要來決定的。

中央部分是CPU和主存（主機(jī)），通過總線與第二層的適配器(接口)部件相連，第三層是各種外圍設(shè)備控制器，最外層則是外圍設(shè)備。外圍設(shè)備可分為輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、外存設(shè)備、數(shù)據(jù)通信設(shè)備和過程控制設(shè)備幾大類。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)備控制器則通過適配器和主機(jī)連接，并受主機(jī)控制.二、外圍設(shè)備的分類一個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配備什么樣的外圍設(shè)備，計(jì)算機(jī)組成-第8章外圍設(shè)備課件第2節(jié)磁盤存儲設(shè)備一、磁記錄原理與記錄方式

計(jì)算機(jī)的外存儲器又稱磁表面存儲設(shè)備。所謂磁表面存儲，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存儲信息。磁盤存儲器、磁帶存儲器均屬于磁表面存儲器。磁表面存儲器的優(yōu)點(diǎn)：(1)存儲容量大，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，讀出時不需要再生信息。第2節(jié)磁盤存儲設(shè)備一、磁記錄原理與記錄方式

磁表面存儲器的缺點(diǎn)：存取速度較慢，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對工作環(huán)境要求較高。磁表面存儲器由于存儲容量大，位成本低，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中作為輔助大容量存儲器使用，用以存放系統(tǒng)軟件、大型文件、數(shù)據(jù)庫等大量程序與數(shù)據(jù)信息。磁表面存儲器的缺點(diǎn)：存取速度較慢，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，

通過寫入電流變化產(chǎn)生不同的磁化狀態(tài)來表示信息。磁性材料上呈現(xiàn)剩磁狀態(tài)的地方形成了一個磁化元或存儲元，它是記錄一個二進(jìn)制信息位的最小單位。

通過電-磁變換，利用磁頭寫線圈中的脈沖電流，可把一位二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換成載磁體存儲元的不同剩磁狀態(tài)；反之，通過磁-電變換，利用磁頭讀出線圈，可將由存儲元的不同剩磁狀態(tài)表示的二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換成電信號輸出。通過寫入電流變化產(chǎn)生不同的磁化狀態(tài)來表示信息。磁性運(yùn)動方向運(yùn)動方向記錄方式

形成不同寫入電流波形的方式，稱為記錄方式。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。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)記錄方式RZ歸零制正脈沖表示“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不歸零制正向電流表示“1”；反向電流表示“0”。對于連續(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)。RZ歸零制PM調(diào)相制利用兩個相位相差180°的磁化翻轉(zhuǎn)方向代表數(shù)據(jù)“0”和“1”。FM調(diào)頻制在紀(jì)錄“1”時，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)，記錄“0”，不翻轉(zhuǎn)。記錄兩個或兩個以上的“0”，位與位之間才翻轉(zhuǎn)。PM調(diào)相制計(jì)算機(jī)組成-第8章外圍設(shè)備課件

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器。它主要由磁記錄介質(zhì)、磁盤控制器、磁盤驅(qū)動器三大部分組成。

磁盤控制器包括控制邏輯與時序、數(shù)據(jù)并-串變換電路和串-并變換電路。

磁盤驅(qū)動器包括寫入電路與讀出電路、讀寫轉(zhuǎn)換開關(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)動器定位,讀寫電路磁盤驅(qū)動器計(jì)算機(jī)組成-第8章外圍設(shè)備課件

1.磁盤驅(qū)動器主要由定位驅(qū)動系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)組成。2.磁盤控制器

磁盤控制器是主機(jī)與磁盤驅(qū)動器之間的接口。由于磁盤存儲器是高速外存設(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)動器之間的控制器，它需要有兩個方面的接口：一個是與主機(jī)的接口，控制外存與主機(jī)總線之間交換數(shù)據(jù)；另一個是與設(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)級接口，后者稱為設(shè)備級接口。

三、硬磁盤驅(qū)動器和控制器

三、硬磁盤驅(qū)動器和控制器計(jì)算機(jī)組成-第8章外圍設(shè)備課件四、磁盤上信息的分布

盤片的上下兩面都能記錄信息，通常把磁盤片表面稱為記錄面。記錄面上一系列同心圓稱為磁道。每個盤片表面通常有幾十到幾百個磁道，每個磁道又分為若干個扇區(qū)。磁道的編址是從外向內(nèi)依次編號，最外一個同心圓叫0磁道，最里面的一個同心圓叫n磁道，n磁道里面的圓面積并不用來記錄信息。對活動頭磁盤組來說，磁盤地址是由記錄面號(也稱磁頭號)、磁道號和扇區(qū)號三部分組成。四、磁盤上信息的分布

0磁道扇區(qū)n磁道0磁道扇區(qū)n磁道圓柱面在一個盤組中，各記錄面上相同編號（位置）的諸磁道構(gòu)成一個圓柱面。例如，某驅(qū)動器有4片8面，則8個0號磁道構(gòu)成0號圓柱面，8個1號磁道構(gòu)成1號圓柱面，……。硬盤的圓柱面數(shù)等于一個記錄面上的磁道數(shù)，圓柱面號即對應(yīng)的磁道號。0n圓柱面0n五、磁盤存儲器的技術(shù)指標(biāo)

磁盤存儲器的主要指標(biāo)包括存儲密度、存儲容量、存取時間及數(shù)據(jù)傳輸率。

存儲密度:分道密度、位密度和面密度。

道密度是沿磁盤半徑方向單位長度上的磁道數(shù)，單位為道/英寸。

位密度是磁道單位長度上能記錄的二進(jìn)制代碼位數(shù)，單位為位/英寸。

面密度是位密度和道密度的乘積，單位為位/平方英寸。

五、磁盤存儲器的技術(shù)指標(biāo)

存儲容量一個磁盤存儲器所能存儲的字節(jié)總數(shù)，稱為磁盤存儲器的存儲容量。存儲容量有格式化容量和非格式化容量之分:

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)。

存儲容量一個磁盤存儲器所能存儲的字節(jié)總數(shù)，稱為磁盤存儲器平均存取時間

存取時間是指從發(fā)出讀寫命令后，磁頭從某一起始位置移動至新的記錄位置，到開始從盤片表面讀出或?qū)懭胄畔⑺枰臅r間。磁頭定位至所要求的磁道上所需的時間定位時間或找道時間；

找道完成后至磁道上需要訪問的信息到達(dá)磁頭下的時間，稱為等待時間，

這兩個時間

(找道時間、等待時間)都是隨機(jī)變化的，因此往往使用平均值來表示。

平均存取時間等于平均找道時間Ts、平均等待時間Tw與數(shù)據(jù)傳送時間之和。平均找道時間是最大找道時間與最小找道時間的平均值。平均存取時間Ta=Ts+1/2r+b/(rN)平均找道時間平均等待時間數(shù)據(jù)傳輸時間r為磁盤旋轉(zhuǎn)速率，轉(zhuǎn)/秒；N為每磁道字節(jié)數(shù)Ta=Ts+1/2r+b/(rN)平均找道平均等待數(shù)據(jù)傳目前平均找道時間為10—20ms。平均等待時間和磁盤轉(zhuǎn)速有關(guān)，它用磁盤旋轉(zhuǎn)一周所需時間的一半來表示。目前固定頭盤轉(zhuǎn)速高達(dá)6000轉(zhuǎn)/分，故平均等待時間為5ms。目前平均找道時間為10—20ms。平均等待時間和磁盤轉(zhuǎn)速有關(guān)

數(shù)據(jù)傳輸率磁盤存儲器在單位時間內(nèi)向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，叫數(shù)據(jù)傳輸率，傳輸率與存儲設(shè)備和主機(jī)接口邏輯有關(guān)。

從存儲設(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個字節(jié)，則數(shù)據(jù)傳輸率Dr=nN(字節(jié)/秒)。也可以寫成Dr=D·v(字節(jié)/秒)，其中D為位密度，v為磁盤旋轉(zhuǎn)的線速度。數(shù)據(jù)傳輸率磁盤存儲器在單位時間內(nèi)向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)

平均存取時間雖然包括數(shù)據(jù)傳輸時間，但這一時間相對平均找道時間和平均等待時間來說可以忽略不計(jì)。所以磁盤的平均存取時間Ta，近似地由平均找道時間Ts和平均等待時間Tw組成：Ta=Ts+Tw=Tsmax+Tsmin2Twmax+Twmin2+平均存取時間雖然包括數(shù)據(jù)傳輸時間，但這一時間相對平均【例】磁盤組有6片磁盤，每片有兩個記錄面，最上最下兩個面不用。存儲區(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（P217，第4版）

(1)共有多少柱面?(2)盤組總存儲容量是多少?(3)數(shù)據(jù)傳輸率多少?(4)采用定長數(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)如果某文件長度超過一個磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一個存儲面上，還是記錄在同一個柱面上?【例】磁盤組有6片磁盤，每片有兩個記錄面，最上最下兩個面不用(1)有效存儲區(qū)域=16.5-11=5.5(cm)因?yàn)榈烂芏?40道/cm，所以40×5.5=220道，即220個圓柱面(2)內(nèi)層磁道周長為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?759880B×10=7598800B(3)磁盤數(shù)據(jù)傳輸率Dr=rN,N為每條磁道容量，N=3454B,r為磁盤轉(zhuǎn)速，r=2400轉(zhuǎn)/60秒=40轉(zhuǎn)/秒

Dr=rN=40×3454B=13816B/s(1)有效存儲區(qū)域=16.5-11=5.5(cm)(4)采用定長數(shù)據(jù)塊格式，直接尋址的最小單位是一個記錄塊(一個扇區(qū))，每個記錄塊記錄固定字節(jié)數(shù)目的信息，在定長記錄的數(shù)據(jù)塊中，活動頭磁盤組的編址方式可用如下格式(5)如果某文件長度超過一個磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一個柱面上，因?yàn)椴恍枰匦抡业?，?shù)據(jù)讀/寫速度快。(4)采用定長數(shù)據(jù)塊格式，直接尋址的最小單位是一個記錄塊(一六磁盤存儲設(shè)備的技術(shù)發(fā)展1磁盤cache(1)磁盤cache的概念磁盤驅(qū)動器的存取時間仍停留在毫秒(ms)級;主存的存取時間為納秒(ns)級;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I/O總線速度，改進(jìn)該讀/寫算法和采用磁盤cache等措施。六磁盤存儲設(shè)備的技術(shù)發(fā)展1磁盤cache(1)磁盤ca

高速緩存(cache)是增強(qiáng)相對慢速存儲設(shè)備存取速度的暫存存儲器。在主存儲器和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Cache就叫做磁盤高速緩存。磁盤cache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，因此磁盤cache的管理和實(shí)現(xiàn)一般由硬件和軟件共同完成。目前的磁盤驅(qū)動器一般都帶有高速緩存，容量在1MB～幾MB之間，可由SRAM或DRAM組成。這項(xiàng)技術(shù)可使計(jì)算機(jī)讀寫時的存儲系統(tǒng)平均數(shù)據(jù)傳輸率提高5－10倍，適應(yīng)了當(dāng)前激增的海量數(shù)據(jù)存儲需求。高速緩存(cache)是增強(qiáng)相對慢速存儲設(shè)備存取速度的(2)磁盤cache的工作原理在磁盤cache中，由一些數(shù)據(jù)塊組成的一個基本單位稱為磁盤cache行。當(dāng)一個I/O請求送到磁盤驅(qū)動器時，首先搜索驅(qū)動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cache類似，有“直寫”和“寫回”兩種方法。

緩存利用了被訪問數(shù)據(jù)的空間局部性和時間局部性規(guī)則?？臻g局部性是指當(dāng)某些數(shù)據(jù)被存取時，該數(shù)據(jù)附近的其他數(shù)據(jù)可能也將很快被存取；時間局部性是指當(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cache的工作原理在磁盤cache中，由一些數(shù)據(jù)2磁盤陣列存儲器RAID

廉價(jià)冗余磁盤陣列(RedundentArrayOf

InexpensiveDisk，簡稱RAID)是用多臺磁盤存儲器組成的大容量外存儲子系統(tǒng)。其基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)分塊技術(shù)，即在多個磁盤上交錯存放數(shù)據(jù)使之可以并行存取。在陣列控制器的組織管理下，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行、交叉存儲或單獨(dú)存儲操作。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速度的增長大大超過了磁盤驅(qū)動器數(shù)據(jù)傳輸率的增長。(2)小盤徑陣列磁盤驅(qū)動器與大型驅(qū)動器相比具有成本低、功耗小、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。2磁盤陣列存儲器RAID廉價(jià)冗余磁盤陣列(RedundeRAID標(biāo)準(zhǔn)分為7級(RAID0-6),這些標(biāo)準(zhǔn)指出了不同存儲容量、可靠性、數(shù)據(jù)傳輸能力、I/O請求速率的應(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)，可靠性級別低。RAID0可以把多塊硬盤連接在一起形成一個容量更大的存儲設(shè)備。最簡單的RAID0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獨(dú)立的邏輯驅(qū)動器，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，數(shù)據(jù)就會被自動寫入到下一塊磁盤中。

這種設(shè)置方式只有一個好處，那就是可以增加磁盤的容量。

RAID標(biāo)準(zhǔn)分為7級(RAID0-6),這些標(biāo)準(zhǔn)指出

也可以通過設(shè)置，使用RAID0來提高磁盤的性能和吞吐量。RAID0沒有冗余或錯誤修復(fù)能力，但是實(shí)現(xiàn)成本是最低的。

與“多體交叉存儲器”類似，通過創(chuàng)建條帶集，在同一時間內(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，存儲于邏輯盤。物理磁盤也可以用條帶劃分，每個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:也可以通過設(shè)置，使用RAID0來提高磁盤的性能和吞吐量

圖中可以清楚的看到通過建立帶區(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進(jìn)行讀寫。四塊硬盤的并行操作使同一時間內(nèi)磁盤讀寫的速度提升了4倍。圖中可以清楚的看到通過建立帶區(qū)集，原先順序?qū)懭氲臄?shù)據(jù)被RAID0的數(shù)據(jù)映射RAID0的數(shù)據(jù)映射補(bǔ)充閱讀ppt40-46考試不要求補(bǔ)充閱讀ppt40-46考試不要求RAID1

亦稱鏡像盤，使用雙備份磁盤。每當(dāng)數(shù)據(jù)寫入一個磁盤時，將該數(shù)據(jù)也寫到另一個冗余盤，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(冗余度太大)RAID3

位交叉奇偶校驗(yàn)盤陣列，是單盤容錯并行傳輸?shù)年嚵?。?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)信息存儲在一臺專用盤上。將磁盤分組，讀寫要訪問組中所有盤，每組中有一個盤作為校驗(yàn)盤。RAID2

位交叉式海明編碼陣列。特點(diǎn):原理上比較優(yōu)越，但冗余信息的開銷太大。補(bǔ)充閱讀RAID1RAID2補(bǔ)充閱讀

校驗(yàn)盤一般采用奇偶校驗(yàn)法，當(dāng)一個磁盤出故障時，可以通過奇偶校驗(yàn)磁盤中的校驗(yàn)和來恢復(fù)出錯數(shù)據(jù)。

簡單理解為：先將分布在各個數(shù)據(jù)盤上的一組數(shù)據(jù)加起來，將和存放在冗余盤上。一旦某一個盤出錯，只要將冗余盤上的和減去所有正確盤上的數(shù)據(jù)，得到的差就是出錯的盤上的數(shù)據(jù)。缺點(diǎn)：恢復(fù)時間較長RAID4

專用奇偶校驗(yàn)獨(dú)立存取盤陣列。數(shù)據(jù)以塊(塊大小可變)交叉的方式存于各盤，冗余的奇偶校驗(yàn)信息存在一臺專用盤上。特點(diǎn):允許獨(dú)立存取，多個訪問請求可同時進(jìn)行補(bǔ)充閱讀校驗(yàn)盤一般采用奇偶校驗(yàn)法，當(dāng)一個磁盤出故障時，可以通RAID3RAID4RAID3RAID4RAID5

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，無專用校驗(yàn)盤，冗余的奇偶校驗(yàn)信息均勻分布于所有盤。特點(diǎn):無瓶頸盤，多個寫訪問請求可同時進(jìn)行補(bǔ)充閱讀RAID5補(bǔ)充閱讀RAID6（P+Q）

雙維奇偶校驗(yàn)獨(dú)立存取盤陣列。數(shù)據(jù)以塊(塊大小可變)交叉的方式存于各盤，冗余的檢、糾錯信息均勻地分布在所有磁盤上。每次寫入數(shù)據(jù)都要訪問一個數(shù)據(jù)盤和兩個校驗(yàn)盤，可容忍雙盤出錯。RAID7

采用Cache和異步技術(shù)的RAID6，提高響應(yīng)速度和傳輸速率(可達(dá)每秒幾十兆字節(jié))。

補(bǔ)充閱讀RAID6（P+Q）補(bǔ)充閱讀(1)各級RAID的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)RAID級數(shù)據(jù)磁盤數(shù)可正常工作的最多失效盤數(shù)檢測磁盤數(shù)0非冗余8001鏡像8182存儲器式ECC8143位交叉奇偶校驗(yàn)8114塊交叉奇偶校驗(yàn)8115塊交叉分布奇偶校驗(yàn)8116P+Q冗余8227Cache+異步822(1)各級RAID的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)RAID級數(shù)據(jù)磁盤數(shù)可正常工作(2)實(shí)現(xiàn)盤陣列的三種方式

◆軟件方式由主機(jī)實(shí)現(xiàn)陣列管理軟件。優(yōu)點(diǎn):成本低缺點(diǎn)：

◆陣列卡方式把RAID管理軟件固化在I/O控制卡上，從而可不占用主機(jī)時間。◆子系統(tǒng)方式一種基于通用接口總線的開放式平臺，可用于各種主機(jī)平臺和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。(2)實(shí)現(xiàn)盤陣列的三種方式◆子系統(tǒng)方式一、磁帶機(jī)的原理、分類第3節(jié)磁帶存儲設(shè)備*(雙學(xué)位同學(xué)課后閱讀,不考試)

在所有磁存儲介質(zhì)中，磁帶是單位存儲信息成本最低、容量最大的存儲介質(zhì)，常用來做數(shù)據(jù)備份。整個磁帶機(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。一、磁帶機(jī)的原理、分類第3節(jié)磁帶存儲設(shè)備*(雙學(xué)位同學(xué)課后（1）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)動機(jī)構(gòu)、磁帶緩沖機(jī)構(gòu)、讀/寫裝置和自動裝、卸帶機(jī)構(gòu)等。磁帶機(jī)工作時，其磁頭固定不動，磁帶在磁頭下面作恒速運(yùn)動，磁頭在讀/寫電路作用下對磁帶作寫入或讀出操作。磁帶機(jī)中磁帶讀寫簡圖（1）磁帶機(jī)的工作原理磁帶機(jī)中磁帶讀寫簡圖（3）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4種規(guī)格的磁帶，都采用數(shù)據(jù)流存儲技術(shù)（2）磁帶機(jī)采用的技術(shù)根據(jù)磁帶的讀寫工作原理，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（LinearTape-Open，開放線性磁帶）（3）磁帶和磁帶機(jī)的分類（2）磁帶機(jī)采用的技術(shù)磁帶機(jī)的分類磁帶機(jī)的分類 QIC（QuarterInchCartridge：1/4英寸帶卷）磁帶：它包括DC6000和DC2000兩種規(guī)格。

DAT（DigitalAudioTape）磁帶

8mm磁帶

1/2英寸磁帶：又分為DLT（DigitalLinearTape）磁帶和IBM3480/3490/3590系列磁帶兩類。 QIC（QuarterInchCartridge：1/

HPDAT40磁帶機(jī)DAT40是HP公司的DAT格式磁帶機(jī)，是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)據(jù)的備份在兩小時之內(nèi)即可完成。

HPDAT40磁帶機(jī)DATSDLT320壓縮容量達(dá)320GB*壓縮性能達(dá)115GB/h*SDLT320壓縮容量達(dá)320GB*壓縮性能達(dá)115

HPUltrium(傲群）460（LTO磁帶機(jī))HPUltrium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30MB/s（壓縮），支持UltraSCSILVD（低壓差分）或Ultra2SCSI，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。HPUltrium(傲群）460（LTO磁帶機(jī))HP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。它用電子控制代替機(jī)械控制從而簡化了磁帶機(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英寸開盤式和1/4英寸盒式兩種。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，

數(shù)據(jù)流磁帶機(jī)：

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，從0號磁道開始，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。

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)據(jù)(512B)、地址號(4B)、CRC校驗(yàn)碼(2B)和后同步。數(shù)據(jù)流磁帶二、磁帶的記錄格式數(shù)據(jù)流磁帶機(jī)是串32103210例5*[不要求,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，啟停時間5ms，帶長900m，按塊記錄文件；每條記錄長128B，塊化系數(shù)為16(磁帶的塊化系數(shù)是指每個數(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)每個塊占磁帶長度；(4)整盤帶可容納的記錄條數(shù)；(5)讀出160000條記錄所需的時間。9個磁道對應(yīng)9個磁頭磁道號9磁道號1……….例5*[不要求,僅供參考]現(xiàn)有半英寸(1英寸=25.4(1)因?yàn)橐阎涗浢芏萪=6250B/英寸，所以磁帶記錄密度d=6250B/25.4mm=246B/mm(2)根據(jù)公式c=d·v，已知v=3m/s,d=246B/mm，則數(shù)據(jù)傳輸率c=246B/mm×3×1000mm/s=738千字節(jié)/s(3)每塊所占磁帶長度包括兩部分：一是記錄一塊數(shù)據(jù)的長度，二是塊間間隔。一塊數(shù)據(jù)所占字節(jié)數(shù)=(字節(jié)數(shù)/每個記錄)×塊化系數(shù)=128×16=2048字節(jié)2048字節(jié)占有的帶長=2048/(記錄密度)=2048/246=8mm每塊占磁帶長度=8mm+10mm=18mm(1)因?yàn)橐阎涗浢芏萪=6250B/英寸，所以磁帶記錄密(4)一盤帶能存儲的記錄塊數(shù)=總帶長/一個塊長=900×1000mm/18mm=50×103塊所以，整盤帶可容納的記錄條數(shù)=塊化系數(shù)×塊數(shù)=16×50×103=800000條記錄(5)160000條記錄需要的記錄塊數(shù)=160000/塊化系數(shù)=160000/16=10×103塊讀出160000條記錄所需時間t=啟停時間(t1)+有效時間(t2)+間隔時間(t3)啟停時間t1：讀出160000條記錄需啟停一次磁帶機(jī)的時間，已知t1=5ms;有效時間t2：不包括塊間間隔，160000條記錄的讀出時間，已求出傳輸率為738千字節(jié)/s，故t2=(160000×128)/(738*1024/s)=27s；間隔時間t3：計(jì)算出總的塊間隔長度，然后除以帶速。因160000條記錄共分10000塊，塊間隔共長100m，故t3=33.333s,因此總時間t=5ms+27s+33.333s=60.338s(4)一盤帶能存儲的記錄塊數(shù)=總帶長/一個塊長=900×1第4節(jié)光盤和磁光盤存儲設(shè)備一、光盤存儲設(shè)備二、磁光盤存儲設(shè)備第4節(jié)光盤和磁光盤存儲設(shè)備一、光盤存儲設(shè)備一、光盤存儲設(shè)備

光存儲器簡稱光盤，是近年來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)的變化來表示所存儲信息的“1”或“0”。

只讀類(如CD-ROM(只讀)、DVD-ROM等)

可寫類(如CD-R(寫一次)、CD-RW(可讀寫)、MO(磁光盤,多次寫)等)一、光盤存儲設(shè)備光存儲器簡稱光盤，是近年來頗受重視的1、CD-ROM

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，首先要精心制作母盤，然后通過母盤壓制出復(fù)制盤。在光盤的記錄薄膜上有小孔表示記錄“1”，無小孔表示記錄“0”。1、CD-ROM只讀型光盤，它由生產(chǎn)廠家預(yù)先寫入數(shù)據(jù)CD是通過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，使激光孔的形狀和玻璃主盤的形狀一樣，就基本上完成了CD的主體。接著，在碳酸鹽脂上沉淀上一薄層的反射鋁，再覆蓋上一層起保護(hù)作用的表層，最后再打上標(biāo)簽，整個CD就完成了。碳酸鹽脂底基的凹陷部分叫作凹區(qū)，凹區(qū)兩邊未經(jīng)過燒制的部分叫作凸區(qū)。閱讀材料之一CD是通過在涂有玻璃表層的主盤上，用高能紅外激光束燒出0.8將CD進(jìn)行回放時，用一個低能激光二極管發(fā)出的波長為0.78毫米的紅外光照射在二極管下“流過”的凹區(qū)和凸區(qū)。光源在碳酸鹽脂層的上方，所以，當(dāng)凹區(qū)經(jīng)過時，激光束就會比凸區(qū)經(jīng)過時伸出一些。由于凹區(qū)的高度為激光波長的1/4，從凹區(qū)反射的激光的波長為從凸區(qū)反射光的波長的一半。這樣，反射光和發(fā)射光疊加，將導(dǎo)致光接收器接收到的從凹區(qū)反射的光線比從凸區(qū)反射的要弱。CD機(jī)通過這種途徑，可以區(qū)別出凹區(qū)和凸區(qū)。雖然用凹區(qū)代表0，凸區(qū)代表1可能是最簡單的表示方法，但從可靠性方面考慮，用凸區(qū)/凹區(qū)和凹區(qū)/凸區(qū)轉(zhuǎn)換來表示1，而用連續(xù)的凹區(qū)或凸區(qū)來表示0的可靠性要高一些，所以，CD上采用的是這種模式。閱讀材料之二將CD進(jìn)行回放時，用一個低能激光二極管發(fā)出的波長為0.78毫SYNC同步區(qū)12字節(jié)4字節(jié)扇區(qū)標(biāo)識MNSCMDFR2048字節(jié)數(shù)據(jù)區(qū)288字節(jié)校驗(yàn)區(qū)光盤扇區(qū)結(jié)構(gòu)2WORM、CD-R光盤WORM光盤可由用戶寫入信息，寫入后可以多次讀出，但只能寫入一次，信息寫入后將不能再修改，所以稱為只寫一次型光盤

CD-RWORM的一種，只是允許多次分段寫數(shù)據(jù)。SYNC同步區(qū)12字節(jié)4字節(jié)扇區(qū)標(biāo)識MNSCMDFR20483、CD-RW

表示可重復(fù)寫光盤。這種光盤是可以寫入、擦除、重寫的可逆型記錄系統(tǒng)，它利用激光照射，引起記錄介質(zhì)的可逆性物理變化來進(jìn)行記錄。

用銀、銦、銻和碲組成的合金做記錄層。這種合金有兩個穩(wěn)定態(tài)：晶態(tài)和非晶態(tài)，兩個狀態(tài)有不同的反射特性。相變記錄（晶態(tài)－非晶態(tài)轉(zhuǎn)變）。

CD-RW的驅(qū)動器使用三種不同能量的激光。在高能激光照射下，合金熔化并從高反射性的晶態(tài)轉(zhuǎn)化為低反射性的非晶態(tài)，表示凹區(qū)。在能量中等的激光束照射下，合金熔化并重新轉(zhuǎn)化為本來的晶態(tài)，又成為凸區(qū)。

低能激光可以感知材料的狀態(tài)（用來讀盤），但不會導(dǎo)致狀態(tài)轉(zhuǎn)換。3、CD-RW表示可重復(fù)寫光盤。這種光盤是可以寫入4DVD-ROM

DVD的原意是DigitalVideoDisc，即數(shù)字視頻光盤，現(xiàn)改稱為DigitalVersatileDisc，即數(shù)字多用光盤。。

DVD-ROM與CD-ROM相似，也是預(yù)先將數(shù)據(jù)存入盤中。但是兩者有許多不同之處：4DVD-ROMDVD的原意是DigitalV計(jì)算機(jī)組成-第8章外圍設(shè)備課件二、磁光盤存儲設(shè)備

磁光盤（MagnetoOptical，CD-MO）是磁場技術(shù)和激光技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，與磁盤一樣由磁道和扇區(qū)組成，是重寫型光盤。

MO與純磁盤的區(qū)別是：

磁光盤的磁表面需要用高溫改變磁極。在常溫下，磁光盤非常穩(wěn)定，數(shù)據(jù)不會改變。利用熱磁效應(yīng)寫入數(shù)據(jù)；利用磁光克爾效應(yīng)讀出數(shù)據(jù)二、磁光盤存儲設(shè)備磁光盤（MagnetoOptic

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，外加磁場作用改變記錄點(diǎn)的磁化方向，而不同的磁化方向可表示數(shù)字“0”和“1”。

利用磁光克爾效應(yīng)讀出數(shù)據(jù)：當(dāng)激光束照射到記錄點(diǎn)時，記錄點(diǎn)的磁化方向不同，會引起反射光的偏振面發(fā)生不同結(jié)果，從而檢測出所記錄的數(shù)據(jù)“1”或“0”。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)加熱到第8章外圍設(shè)備第1節(jié)外圍設(shè)備概述第2節(jié)磁盤存儲設(shè)備第3節(jié)磁帶存儲設(shè)備第4節(jié)光盤和磁光盤存儲設(shè)備第8章外圍設(shè)備第1節(jié)外圍設(shè)備概述一、外圍設(shè)備的一般功能第1節(jié)外圍設(shè)備概述外圍設(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。除了CPU和主存外，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的每一部分都可作為一個外圍設(shè)備來看待。

一、外圍設(shè)備的一般功能第1節(jié)外圍設(shè)備概述外圍設(shè)備的定義：

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：

(1)存儲介質(zhì)，它具有保存信息的物理特征。

(2)驅(qū)動裝置。

(3)控制電路，它向存儲介質(zhì)發(fā)送數(shù)據(jù)或從存儲介質(zhì)接受數(shù)據(jù)。外圍設(shè)備的功能：二、外圍設(shè)備的分類

一個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配備什么樣的外圍設(shè)備，是根據(jù)實(shí)際需要來決定的。

中央部分是CPU和主存（主機(jī)），通過總線與第二層的適配器(接口)部件相連，第三層是各種外圍設(shè)備控制器，最外層則是外圍設(shè)備。外圍設(shè)備可分為輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、外存設(shè)備、數(shù)據(jù)通信設(shè)備和過程控制設(shè)備幾大類。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)備控制器則通過適配器和主機(jī)連接，并受主機(jī)控制.二、外圍設(shè)備的分類一個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配備什么樣的外圍設(shè)備，計(jì)算機(jī)組成-第8章外圍設(shè)備課件第2節(jié)磁盤存儲設(shè)備一、磁記錄原理與記錄方式

計(jì)算機(jī)的外存儲器又稱磁表面存儲設(shè)備。所謂磁表面存儲，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存儲信息。磁盤存儲器、磁帶存儲器均屬于磁表面存儲器。磁表面存儲器的優(yōu)點(diǎn)：(1)存儲容量大，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，讀出時不需要再生信息。第2節(jié)磁盤存儲設(shè)備一、磁記錄原理與記錄方式

磁表面存儲器的缺點(diǎn)：存取速度較慢，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對工作環(huán)境要求較高。磁表面存儲器由于存儲容量大，位成本低，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中作為輔助大容量存儲器使用，用以存放系統(tǒng)軟件、大型文件、數(shù)據(jù)庫等大量程序與數(shù)據(jù)信息。磁表面存儲器的缺點(diǎn)：存取速度較慢，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，

通過寫入電流變化產(chǎn)生不同的磁化狀態(tài)來表示信息。磁性材料上呈現(xiàn)剩磁狀態(tài)的地方形成了一個磁化元或存儲元，它是記錄一個二進(jìn)制信息位的最小單位。

通過電-磁變換，利用磁頭寫線圈中的脈沖電流，可把一位二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換成載磁體存儲元的不同剩磁狀態(tài)；反之，通過磁-電變換，利用磁頭讀出線圈，可將由存儲元的不同剩磁狀態(tài)表示的二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換成電信號輸出。通過寫入電流變化產(chǎn)生不同的磁化狀態(tài)來表示信息。磁性運(yùn)動方向運(yùn)動方向記錄方式

形成不同寫入電流波形的方式，稱為記錄方式。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。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)記錄方式RZ歸零制正脈沖表示“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不歸零制正向電流表示“1”；反向電流表示“0”。對于連續(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)。RZ歸零制PM調(diào)相制利用兩個相位相差180°的磁化翻轉(zhuǎn)方向代表數(shù)據(jù)“0”和“1”。FM調(diào)頻制在紀(jì)錄“1”時，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)，記錄“0”，不翻轉(zhuǎn)。記錄兩個或兩個以上的“0”，位與位之間才翻轉(zhuǎn)。PM調(diào)相制計(jì)算機(jī)組成-第8章外圍設(shè)備課件

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器。它主要由磁記錄介質(zhì)、磁盤控制器、磁盤驅(qū)動器三大部分組成。

磁盤控制器包括控制邏輯與時序、數(shù)據(jù)并-串變換電路和串-并變換電路。

磁盤驅(qū)動器包括寫入電路與讀出電路、讀寫轉(zhuǎn)換開關(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)動器定位,讀寫電路磁盤驅(qū)動器計(jì)算機(jī)組成-第8章外圍設(shè)備課件

1.磁盤驅(qū)動器主要由定位驅(qū)動系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)組成。2.磁盤控制器

磁盤控制器是主機(jī)與磁盤驅(qū)動器之間的接口。由于磁盤存儲器是高速外存設(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)動器之間的控制器，它需要有兩個方面的接口：一個是與主機(jī)的接口，控制外存與主機(jī)總線之間交換數(shù)據(jù)；另一個是與設(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)級接口，后者稱為設(shè)備級接口。

三、硬磁盤驅(qū)動器和控制器

三、硬磁盤驅(qū)動器和控制器計(jì)算機(jī)組成-第8章外圍設(shè)備課件四、磁盤上信息的分布

盤片的上下兩面都能記錄信息，通常把磁盤片表面稱為記錄面。記錄面上一系列同心圓稱為磁道。每個盤片表面通常有幾十到幾百個磁道，每個磁道又分為若干個扇區(qū)。磁道的編址是從外向內(nèi)依次編號，最外一個同心圓叫0磁道，最里面的一個同心圓叫n磁道，n磁道里面的圓面積并不用來記錄信息。對活動頭磁盤組來說，磁盤地址是由記錄面號(也稱磁頭號)、磁道號和扇區(qū)號三部分組成。四、磁盤上信息的分布

0磁道扇區(qū)n磁道0磁道扇區(qū)n磁道圓柱面在一個盤組中，各記錄面上相同編號（位置）的諸磁道構(gòu)成一個圓柱面。例如，某驅(qū)動器有4片8面，則8個0號磁道構(gòu)成0號圓柱面，8個1號磁道構(gòu)成1號圓柱面，……。硬盤的圓柱面數(shù)等于一個記錄面上的磁道數(shù)，圓柱面號即對應(yīng)的磁道號。0n圓柱面0n五、磁盤存儲器的技術(shù)指標(biāo)

磁盤存儲器的主要指標(biāo)包括存儲密度、存儲容量、存取時間及數(shù)據(jù)傳輸率。

存儲密度:分道密度、位密度和面密度。

道密度是沿磁盤半徑方向單位長度上的磁道數(shù)，單位為道/英寸。

位密度是磁道單位長度上能記錄的二進(jìn)制代碼位數(shù)，單位為位/英寸。

面密度是位密度和道密度的乘積，單位為位/平方英寸。

五、磁盤存儲器的技術(shù)指標(biāo)

存儲容量一個磁盤存儲器所能存儲的字節(jié)總數(shù)，稱為磁盤存儲器的存儲容量。存儲容量有格式化容量和非格式化容量之分:

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)。

存儲容量一個磁盤存儲器所能存儲的字節(jié)總數(shù)，稱為磁盤存儲器平均存取時間

存取時間是指從發(fā)出讀寫命令后，磁頭從某一起始位置移動至新的記錄位置，到開始從盤片表面讀出或?qū)懭胄畔⑺枰臅r間。磁頭定位至所要求的磁道上所需的時間定位時間或找道時間；

找道完成后至磁道上需要訪問的信息到達(dá)磁頭下的時間，稱為等待時間，

這兩個時間

(找道時間、等待時間)都是隨機(jī)變化的，因此往往使用平均值來表示。

平均存取時間等于平均找道時間Ts、平均等待時間Tw與數(shù)據(jù)傳送時間之和。平均找道時間是最大找道時間與最小找道時間的平均值。平均存取時間Ta=Ts+1/2r+b/(rN)平均找道時間平均等待時間數(shù)據(jù)傳輸時間r為磁盤旋轉(zhuǎn)速率，轉(zhuǎn)/秒；N為每磁道字節(jié)數(shù)Ta=Ts+1/2r+b/(rN)平均找道平均等待數(shù)據(jù)傳目前平均找道時間為10—20ms。平均等待時間和磁盤轉(zhuǎn)速有關(guān)，它用磁盤旋轉(zhuǎn)一周所需時間的一半來表示。目前固定頭盤轉(zhuǎn)速高達(dá)6000轉(zhuǎn)/分，故平均等待時間為5ms。目前平均找道時間為10—20ms。平均等待時間和磁盤轉(zhuǎn)速有關(guān)

數(shù)據(jù)傳輸率磁盤存儲器在單位時間內(nèi)向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，叫數(shù)據(jù)傳輸率，傳輸率與存儲設(shè)備和主機(jī)接口邏輯有關(guān)。

從存儲設(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個字節(jié)，則數(shù)據(jù)傳輸率Dr=nN(字節(jié)/秒)。也可以寫成Dr=D·v(字節(jié)/秒)，其中D為位密度，v為磁盤旋轉(zhuǎn)的線速度。數(shù)據(jù)傳輸率磁盤存儲器在單位時間內(nèi)向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)

平均存取時間雖然包括數(shù)據(jù)傳輸時間，但這一時間相對平均找道時間和平均等待時間來說可以忽略不計(jì)。所以磁盤的平均存取時間Ta，近似地由平均找道時間Ts和平均等待時間Tw組成：Ta=Ts+Tw=Tsmax+Tsmin2Twmax+Twmin2+平均存取時間雖然包括數(shù)據(jù)傳輸時間，但這一時間相對平均【例】磁盤組有6片磁盤，每片有兩個記錄面，最上最下兩個面不用。存儲區(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（P217，第4版）

(1)共有多少柱面?(2)盤組總存儲容量是多少?(3)數(shù)據(jù)傳輸率多少?(4)采用定長數(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)如果某文件長度超過一個磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一個存儲面上，還是記錄在同一個柱面上?【例】磁盤組有6片磁盤，每片有兩個記錄面，最上最下兩個面不用(1)有效存儲區(qū)域=16.5-11=5.5(cm)因?yàn)榈烂芏?40道/cm，所以40×5.5=220道，即220個圓柱面(2)內(nèi)層磁道周長為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?759880B×10=7598800B(3)磁盤數(shù)據(jù)傳輸率Dr=rN,N為每條磁道容量，N=3454B,r為磁盤轉(zhuǎn)速，r=2400轉(zhuǎn)/60秒=40轉(zhuǎn)/秒

Dr=rN=40×3454B=13816B/s(1)有效存儲區(qū)域=16.5-11=5.5(cm)(4)采用定長數(shù)據(jù)塊格式，直接尋址的最小單位是一個記錄塊(一個扇區(qū))，每個記錄塊記錄固定字節(jié)數(shù)目的信息，在定長記錄的數(shù)據(jù)塊中，活動頭磁盤組的編址方式可用如下格式(5)如果某文件長度超過一個磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一個柱面上，因?yàn)椴恍枰匦抡业?，?shù)據(jù)讀/寫速度快。(4)采用定長數(shù)據(jù)塊格式，直接尋址的最小單位是一個記錄塊(一六磁盤存儲設(shè)備的技術(shù)發(fā)展1磁盤cache(1)磁盤cache的概念磁盤驅(qū)動器的存取時間仍停留在毫秒(ms)級;主存的存取時間為納秒(ns)級;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I/O總線速度，改進(jìn)該讀/寫算法和采用磁盤cache等措施。六磁盤存儲設(shè)備的技術(shù)發(fā)展1磁盤cache(1)磁盤ca

高速緩存(cache)是增強(qiáng)相對慢速存儲設(shè)備存取速度的暫存存儲器。在主存儲器和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Cache就叫做磁盤高速緩存。磁盤cache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，因此磁盤cache的管理和實(shí)現(xiàn)一般由硬件和軟件共同完成。目前的磁盤驅(qū)動器一般都帶有高速緩存，容量在1MB～幾MB之間，可由SRAM或DRAM組成。這項(xiàng)技術(shù)可使計(jì)算機(jī)讀寫時的存儲系統(tǒng)平均數(shù)據(jù)傳輸率提高5－10倍，適應(yīng)了當(dāng)前激增的海量數(shù)據(jù)存儲需求。高速緩存(cache)是增強(qiáng)相對慢速存儲設(shè)備存取速度的(2)磁盤cache的工作原理在磁盤cache中，由一些數(shù)據(jù)塊組成的一個基本單位稱為磁盤cache行。當(dāng)一個I/O請求送到磁盤驅(qū)動器時，首先搜索驅(qū)動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cache類似，有“直寫”和“寫回”兩種方法。

緩存利用了被訪問數(shù)據(jù)的空間局部性和時間局部性規(guī)則?？臻g局部性是指當(dāng)某些數(shù)據(jù)被存取時，該數(shù)據(jù)附近的其他數(shù)據(jù)可能也將很快被存??；時間局部性是指當(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cache的工作原理在磁盤cache中，由一些數(shù)據(jù)2磁盤陣列存儲器RAID

廉價(jià)冗余磁盤陣列(RedundentArrayOf

InexpensiveDisk，簡稱RAID)是用多臺磁盤存儲器組成的大容量外存儲子系統(tǒng)。其基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)分塊技術(shù)，即在多個磁盤上交錯存放數(shù)據(jù)使之可以并行存取。在陣列控制器的組織管理下，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行、交叉存儲或單獨(dú)存儲操作。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速度的增長大大超過了磁盤驅(qū)動器數(shù)據(jù)傳輸率的增長。(2)小盤徑陣列磁盤驅(qū)動器與大型驅(qū)動器相比具有成本低、功耗小、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。2磁盤陣列存儲器RAID廉價(jià)冗余磁盤陣列(RedundeRAID標(biāo)準(zhǔn)分為7級(RAID0-6),這些標(biāo)準(zhǔn)指出了不同存儲容量、可靠性、數(shù)據(jù)傳輸能力、I/O請求速率的應(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)，可靠性級別低。RAID0可以把多塊硬盤連接在一起形成一個容量更大的存儲設(shè)備。最簡單的RAID0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獨(dú)立的邏輯驅(qū)動器，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，數(shù)據(jù)就會被自動寫入到下一塊磁盤中。

這種設(shè)置方式只有一個好處，那就是可以增加磁盤的容量。

RAID標(biāo)準(zhǔn)分為7級(RAID0-6),這些標(biāo)準(zhǔn)指出

也可以通過設(shè)置，使用RAID0來提高磁盤的性能和吞吐量。RAID0沒有冗余或錯誤修復(fù)能力，但是實(shí)現(xiàn)成本是最低的。

與“多體交叉存儲器”類似，通過創(chuàng)建條帶集，在同一時間內(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，存儲于邏輯盤。物理磁盤也可以用條帶劃分，每個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:也可以通過設(shè)置，使用RAID0來提高磁盤的性能和吞吐量

圖中可以清楚的看到通過建立帶區(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進(jìn)行讀寫。四塊硬盤的并行操作使同一時間內(nèi)磁盤讀寫的速度提升了4倍。圖中可以清楚的看到通過建立帶區(qū)集，原先順序?qū)懭氲臄?shù)據(jù)被RAID0的數(shù)據(jù)映射RAID0的數(shù)據(jù)映射補(bǔ)充閱讀ppt40-46考試不要求補(bǔ)充閱讀ppt40-46考試不要求RAID1

亦稱鏡像盤，使用雙備份磁盤。每當(dāng)數(shù)據(jù)寫入一個磁盤時，將該數(shù)據(jù)也寫到另一個冗余盤，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(冗余度太大)RAID3

位交叉奇偶校驗(yàn)盤陣列，是單盤容錯并行傳輸?shù)年嚵?。?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)信息存儲在一臺專用盤上。將磁盤分組，讀寫要訪問組中所有盤，每組中有一個盤作為校驗(yàn)盤。RAID2

位交叉式海明編碼陣列。特點(diǎn):原理上比較優(yōu)越，但冗余信息的開銷太大。補(bǔ)充閱讀RAID1RAID2補(bǔ)充閱讀

校驗(yàn)盤一般采用奇偶校驗(yàn)法，當(dāng)一個磁盤出故障時，可以通過奇偶校驗(yàn)磁盤中的校驗(yàn)和來恢復(fù)出錯數(shù)據(jù)。

簡單理解為：先將分布在各個數(shù)據(jù)盤上的一組數(shù)據(jù)加起來，將和存放在冗余盤上。一旦某一個盤出錯，只要將冗余盤上的和減去所有正確盤上的數(shù)據(jù)，得到的差就是出錯的盤上的數(shù)據(jù)。缺點(diǎn)：恢復(fù)時間較長RAID4

專用奇偶校驗(yàn)獨(dú)立存取盤陣列。數(shù)據(jù)以塊(塊大小可變)交叉的方式存于各盤，冗余的奇偶校驗(yàn)信息存在一臺專用盤上。特點(diǎn):允許獨(dú)立存取，多個訪問請求可同時進(jìn)行補(bǔ)充閱讀校驗(yàn)盤一般采用奇偶校驗(yàn)法，當(dāng)一個磁盤出故障時，可以通RAID3RAID4RAID3RAID4RAID5

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，無專用校驗(yàn)盤，冗余的奇偶校驗(yàn)信息均勻分布于所有盤。特點(diǎn):無瓶頸盤，多個寫訪問請求可同時進(jìn)行補(bǔ)充閱讀RAID5補(bǔ)充閱讀RAID6（P+Q）

雙維奇偶校驗(yàn)獨(dú)立存取盤陣列。數(shù)據(jù)以塊(塊大小可變)交叉的方式存于各盤，冗余的檢、糾錯信息均勻地分布在所有磁盤上。每次寫入數(shù)據(jù)都要訪問一個數(shù)據(jù)盤和兩個校驗(yàn)盤，可容忍雙盤出錯。RAID7

采用Cache和異步技術(shù)的RAID6，提高響應(yīng)速度和傳輸速率(可達(dá)每秒幾十兆字節(jié))。

補(bǔ)充閱讀RAID6（P+Q）補(bǔ)充閱讀(1)各級RAID的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)RAID級數(shù)據(jù)磁盤數(shù)可正常工作的最多失效盤數(shù)檢測磁盤數(shù)0非冗余8001鏡像8182存儲器式ECC8143位交叉奇偶校驗(yàn)8114塊交叉奇偶校驗(yàn)8115塊交叉分布奇偶校驗(yàn)8116P+Q冗余8227Cache+異步822(1)各級RAID的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)RAID級數(shù)據(jù)磁盤數(shù)可正常工作(2)實(shí)現(xiàn)盤陣列的三種方式

◆軟件方式由主機(jī)實(shí)現(xiàn)陣列管理軟件。優(yōu)點(diǎn):成本低缺點(diǎn)：

◆陣列卡方式把RAID管理軟件固化在I/O控制卡上，從而可不占用主機(jī)時間?！糇酉到y(tǒng)方式一種基于通用接口總線的開放式平臺，可用于各種主機(jī)平臺和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。(2)實(shí)現(xiàn)盤陣列的三種方式◆子系統(tǒng)方式一、磁帶機(jī)的原理、分類第3節(jié)磁帶存儲設(shè)備*(雙學(xué)位同學(xué)課后閱讀,不考試)

在所有磁存儲介質(zhì)中，磁帶是單位存儲信息成本最低、容量最大的存儲介質(zhì)，常用來做數(shù)據(jù)備份。整個磁帶機(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。一、磁帶機(jī)的原理、分類第3節(jié)磁帶存儲設(shè)備*(雙學(xué)位同學(xué)課后（1）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)動機(jī)構(gòu)、磁帶緩沖機(jī)構(gòu)、讀/寫裝置和自動裝、卸帶機(jī)構(gòu)等。磁帶機(jī)工作時，其磁頭固定不動，磁帶在磁頭下面作恒速運(yùn)動，磁頭在讀/寫電路作用下對磁帶作寫入或讀出操作。磁帶機(jī)中磁帶讀寫簡圖（1）磁帶機(jī)的工作原理磁帶機(jī)中磁帶讀寫簡圖（3）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4種規(guī)格的磁帶，都采用數(shù)據(jù)流存儲技術(shù)（2）磁帶機(jī)采用的技術(shù)根據(jù)磁帶的讀寫工作原理，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（LinearTape-Open，開放線性磁帶）（3）磁帶和磁帶機(jī)的分類（2）磁帶機(jī)采用的技術(shù)磁帶機(jī)的分類磁帶機(jī)的分類 QIC（QuarterInchCartridge：1/4英寸帶卷）磁帶：它包括DC6000和DC2000兩種規(guī)格。

DAT（DigitalAudioTape）磁帶

8mm磁帶

1/2英寸磁帶：又分為DLT（DigitalLinearTape）磁帶和IBM3480/3490/3590系列磁帶兩類。 QIC（QuarterInchCartridge：1/

HPDAT40磁帶機(jī)DAT40是HP公司的DAT格式磁帶機(jī)，是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)據(jù)的備份在兩小時之內(nèi)即可完成。

HPDAT40磁帶機(jī)DATSDLT320壓縮容量達(dá)320GB*壓縮性能達(dá)115GB/h*SDLT320壓縮容量達(dá)320GB*壓縮性能達(dá)115

HPUltrium(傲群）460（LTO磁帶機(jī))HPUltrium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30MB/s（壓縮），支持UltraSCSILVD（低壓差分）或Ultra2SCSI，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。HPUltrium(傲群）460（LTO磁帶機(jī))HP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。它用電子控制代替機(jī)械控制從而簡化了磁帶機(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英寸開盤式和1/4英寸盒式兩種。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，

數(shù)據(jù)流磁帶機(jī)：

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，從0號磁道開始，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。

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)據(jù)(512B)、地址號(4B)、CRC校驗(yàn)碼(2B)和后同步。數(shù)據(jù)流磁帶二、磁帶的記錄格式數(shù)據(jù)流磁帶機(jī)是串32103210例5*[不要求,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，啟停時間5ms，帶長900m，按塊記錄文件；每條記錄長128B，塊化系數(shù)為16(磁帶的塊化系數(shù)是指每個數(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)每個塊占磁帶長度；(4)整盤帶可容納的記錄條數(shù)；(5)讀出160000條記錄所需的時間。9個磁道對應(yīng)9個磁頭磁道號9磁道號1……….例5*[不要求,僅供參考]現(xiàn)有半英寸(1英寸=25.4(1)因?yàn)橐阎涗浢芏萪=6250B/英寸，所以磁帶記錄密度d=6250B/25.4mm=246B/mm(2)根據(jù)公式c=d·v，已知v=3m/s,d=246B/mm，則數(shù)據(jù)傳輸率c=246B/mm×3×1000mm/s=738千字節(jié)/s(3)每塊所占磁帶長度包括兩部分：一是記錄一塊數(shù)據(jù)的長度，二是塊間間隔。一塊數(shù)據(jù)所占字節(jié)數(shù)=(字節(jié)數(shù)/每個記錄)×塊化系數(shù)=128×16=2048字節(jié)2048字節(jié)占有的帶長=2048/(記錄密度)=2048/246=8mm每塊占磁帶長度=8mm+10mm=18mm(1)因?yàn)橐阎涗浢芏萪=6250B/英寸，所以磁帶記錄密(4)一盤帶能存儲的記錄塊數(shù)=總帶長