第八章輔助存儲器第1頁，共16頁，2023年，2月20日，星期三8.1輔助存儲器的種類與技術(shù)一、種類：磁表面存儲器和光表面存儲器1、磁表面存儲器：是將磁性材料沉積在盤片(或帶)的基體上形成記錄介質(zhì)，并以繞有線圈的磁頭與記錄介質(zhì)的相對運動來寫入或讀出信息。2、光表面存儲器：

利用激光束在具有感光特性的表面上存儲信息的。光盤的容量比磁盤的容量大，是很有發(fā)展前途的新型輔助存儲器。二、技術(shù)指標1、存儲密度：指單位長度或單位面積磁層表面所存儲二進制信息量。⑴道密度：沿磁盤半徑方向單位長度磁道的磁道數(shù)。⑵道距：相鄰兩條磁道中心之間的距離。第2頁，共16頁，2023年，2月20日，星期三⑶位密度：又稱線密度，單位長度磁道所紀錄二進制信息的位。⑷柱面：所有記錄塊上半徑相等的磁道的集合。一個磁盤組的柱面數(shù)等于其中一個記錄面上的磁道數(shù)。2、存儲容量外存儲設(shè)備所能容納的二進制信息的總量及存儲容量。非格式化容量：是磁記錄表面可利用的磁化單元總數(shù)。非格式化容量=紀錄面數(shù)*每面的磁道數(shù)*磁道容量，單位為KB或MB格式化容量：是可按照某個特定記錄格式利用的磁化單元數(shù)，也是真正可利用的容量。格式化容量=紀錄面*每面的磁道數(shù)*扇區(qū)數(shù)*紀錄塊的字節(jié)數(shù)，單位為KB或MB舉例8.1.1若某磁盤有兩個紀錄面,每面80個磁道,每磁道18扇區(qū),每扇區(qū)存512字節(jié),試計算該磁盤的容量為多少?解:磁盤容量為512B*18*80*2=1440KB第3頁，共16頁，2023年，2月20日，星期三3、平均存取時間：

從讀寫命令發(fā)出后，磁頭從某一起始位置觸發(fā)移動到新的記錄為止，到開始從盤片讀出或?qū)懗鲂畔⑺枰臅r間。包括尋道時間和等待時間。尋道時間：將磁頭定位到所要求的磁道上所需要的時間。平均尋道時間=（最大找道時間+最小找道時間）/2等待時間：等待磁道上需要訪問的信息到達磁頭下的時間。平均等待時間=磁盤旋轉(zhuǎn)一周所需時間的一半平均存取時間=尋道時間+等待時間4、數(shù)據(jù)傳輸速率:磁表面存儲器在單位時間向主機傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。若磁盤的旋轉(zhuǎn)速度為每秒n轉(zhuǎn)，每條磁道的容量為N個字節(jié)，則數(shù)據(jù)傳輸速率Dr=nN

第4頁，共16頁，2023年，2月20日，星期三8.2磁記錄原理與記錄方式一、磁記錄原理：

磁表面存儲器通過磁頭和記錄介質(zhì)的相對運動完成寫入和讀出，磁表面存儲器中信息的寫入和讀出過程就是電和磁之間的轉(zhuǎn)換過程。第5頁，共16頁，2023年，2月20日，星期三二、磁記錄介質(zhì)與磁頭1、磁記錄介質(zhì)：

是涂有薄層磁性材料的信息載體?？梢悦摍C保存信息，并且可以作為不同系統(tǒng)之間信息交換的手段。因此又稱為磁記錄媒體。根據(jù)記錄介質(zhì)的基底不同，主要有：(1)軟性介質(zhì)(磁帶和軟磁盤片)(2)硬性介質(zhì)(硬磁盤片)按照涂布工藝方式的不同可以分成兩種：(1)平涂工藝(2)甩涂工藝2、感應(yīng)式磁頭（自學）3、MR磁頭（自學）第6頁，共16頁，2023年，2月20日，星期三三、磁記錄方式磁記錄方式是一種編碼方法，指的是按照某種規(guī)律將一連串二進制數(shù)字信息變換成存儲介質(zhì)磁層的相應(yīng)磁化翻轉(zhuǎn)形式，并經(jīng)讀寫控制電路實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換規(guī)律。采用高效可靠的記錄方式，是提高記錄密度的有效途徑之一。1、歸零制（RZ)：給磁頭寫入線圈送入的一串脈沖電流中，正脈沖表示“1”，負脈沖表示“0”，從而使磁層在記錄“1”時從未磁化狀態(tài)轉(zhuǎn)變到某一方向的飽和磁化狀態(tài)，而在記錄“0”時從未磁化狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一方向的飽和磁化狀態(tài)。在兩位信息之間，線圈里的電流為零，這是歸零制的特點。第7頁，共16頁，2023年，2月20日，星期三2、不歸零制（NRZ)在記錄信息時，磁頭線圈里如果沒有正向電流就必有反向電流，而沒有無電流的狀態(tài)，為不歸零制。3、見“1”就翻的不歸零制(NRZ1)和不歸零制一樣，記錄信息時，磁頭線圈中始終有電流通過。不同之處在于，流過磁頭的電流只有在記錄“1”時變化方向，使磁層磁化方向翻轉(zhuǎn)；記錄“0”時，電流方向不變，磁層保持原來的磁化方向。第8頁，共16頁，2023年，2月20日，星期三4、調(diào)相制(PM)

調(diào)相制又稱相位編碼(PE)，它是利用兩個相位相差180°的磁化翻轉(zhuǎn)方向代表數(shù)據(jù)“0”和“1”。也就是說，假定記錄數(shù)據(jù)“0”時，規(guī)定磁化翻轉(zhuǎn)的方向由負變?yōu)檎?，則記錄數(shù)據(jù)“1”時從正變?yōu)樨?。當連續(xù)出現(xiàn)兩個或兩個以上“1”或“0”時，為了維持上述原則，在位周期起始處也要翻轉(zhuǎn)一次。5、調(diào)頻制(FM)調(diào)頻制的記錄規(guī)則是，記錄“1”時，不僅在位周期的中心產(chǎn)生磁化翻轉(zhuǎn)，而且在位與位之間也必須翻轉(zhuǎn)。記錄“0”時，位周期中心不產(chǎn)生磁化翻轉(zhuǎn)，但位與位之間的邊界處要翻轉(zhuǎn)一次。由于記錄數(shù)據(jù)“1”時磁化翻轉(zhuǎn)的頻率為記錄數(shù)據(jù)“0”時的兩倍，因此又稱“倍頻制”。第9頁，共16頁，2023年，2月20日，星期三6、改進調(diào)頻制(MFM)這種記錄方式基本上與調(diào)頻制相同，即記錄數(shù)據(jù)“1”時在位周期中心磁化翻轉(zhuǎn)一次，記錄數(shù)據(jù)“0”時不翻轉(zhuǎn)。區(qū)別在于只有連續(xù)記錄兩個或兩個以上“0”時，才在位周期的起始位置翻轉(zhuǎn)一次，而不是在每個位周期的起始處都翻轉(zhuǎn)。第10頁，共16頁，2023年，2月20日，星期三[注]評定磁記錄方式的優(yōu)劣標準自同步能力：是指從單個磁道讀出的脈沖中提取同步時鐘的難易程度。外同步：同步信號可以從專門設(shè)置用來記錄同步信號的磁道中取得。自同步：直接從磁盤讀出的信號中提取同步信號。自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來衡量。比值R越大，自同步能力越強。其中，PM、FM、MFM記錄方式是有自同步能力。編碼效率：指位密度與最大磁化翻轉(zhuǎn)密度之比。 η＝位密度/最大磁化翻轉(zhuǎn)密度讀分辨率：即磁記錄系統(tǒng)對讀出信號的分辨能力。信息的相關(guān)性：即漏讀或錯讀一位是否能傳播誤碼。第11頁，共16頁，2023年，2月20日，星期三8.3硬磁盤存儲器一、硬磁盤存儲器的種類1、根據(jù)磁頭的工作方式分類移動頭磁盤存儲器：存取數(shù)據(jù)時磁頭在磁盤盤面上徑向移動，磁頭與盤面不接觸，且隨氣流浮動，稱為浮動磁頭。這種存儲器可以由一個盤片或多個盤片組成，裝在主軸上。盤片的每面都有一個磁頭。這種結(jié)構(gòu)的硬磁盤存儲器應(yīng)用很廣，其典型結(jié)構(gòu)為溫徹斯特磁盤。固定頭磁盤存儲器：它的磁頭位置固定，磁盤的每一個磁道都對應(yīng)一個磁頭，盤片也不可更換。其特點是存取速度快，省去了磁頭沿盤片徑向運動找磁道的時間，磁頭處于工作狀態(tài)即可開始讀寫。2、根據(jù)磁盤可換與否分類可換盤存儲器是指磁盤不用時可以從驅(qū)動器中取出脫機保存。這種磁盤可以在兼容的磁盤存儲器間交換數(shù)據(jù)，由于可脫機保存，故便于擴大存儲容量。為了達到可靠地交換數(shù)據(jù)的目的，磁盤的道密度要適當降低，從而使可換磁盤記錄密度的提高受到限制。第12頁，共16頁，2023年，2月20日，星期三固定盤存儲器是指磁盤不能從驅(qū)動器中取出，更換時要把整個“頭盤組合體”一起更換。這種結(jié)構(gòu)的磁盤存儲器稱為溫徹斯特磁盤(WinchesterDisk)。二、硬磁盤驅(qū)動器(HDD)及硬磁盤控制器(HDC)1、磁頭定位驅(qū)動系統(tǒng)2、主軸系統(tǒng)與數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)3、盤組4、硬磁盤控制器硬盤控制器是主機與磁盤驅(qū)動器之間的借口，由于輔助存儲器是快速的外部設(shè)備，它們與主機之間是成批交換數(shù)據(jù)，采用DMA控制方式。三、磁盤Cache磁盤cache是為了彌補慢速磁盤和主存之間的速度差異。寫入操作和CPU中的cache類似，有“直寫”和“寫回”兩種方法。高速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

第13頁，共16頁，2023年，2月20日，星期三因此現(xiàn)在大多數(shù)磁盤驅(qū)動器中都使用了預讀策略，即根據(jù)局部性規(guī)則預取一些不久將可能讀入的數(shù)據(jù)并把它讀入到高速緩存中。預讀策略對順序讀操作特別有效，因此在光盤驅(qū)動器和CD-ROM中通常使用大容量預讀cache，以保證大量連續(xù)的視頻或圖像文件的顯示。四、磁盤陣類存儲器（自學）五、硬磁盤驅(qū)動器的發(fā)展動向（自學）8.4軟磁盤存儲器8.5磁帶存儲器8.6光盤存儲器8.7硬盤、軟盤、磁帶盒光盤的綜合比較第14頁，共16頁，2023年，2月20日，星期三思考題1、設(shè)磁盤組有11個盤片，每片有兩個記錄面；存儲區(qū)域內(nèi)直徑2.36英寸，外直徑5.00英寸；道密度為1250TPI，內(nèi)層位密度52400bpi，轉(zhuǎn)速為2400rpm。問：(TPI表示每英寸磁道數(shù)，bpi表示每英寸位數(shù))(1)共有多少個存儲面可用?(2)共有多少柱面?(3)每道存儲多少字節(jié)?盤組總存儲容量是多少?(4)數(shù)據(jù)傳輸率是多少?2、設(shè)高密軟盤，每面80個磁道，每磁道15扇區(qū)，每扇區(qū)存儲512B。已知磁盤的轉(zhuǎn)速為360rpm，今在一個磁道上寫入4096B數(shù)據(jù)，平均需要多少時間?最長時間是多少?(假設(shè)找道時間為10ms-40ms)。第15頁，共16頁，2023年，2月20日，星期三3、填空((1)~(4)中的A、B、C和D是各不相關(guān)的)：(1)一個完整的磁盤存儲器由(A)三部分組成。其中(B)又稱磁盤機是獨立于主機的一個完整設(shè)備，(C)通常是插在主機總線插槽中的一塊電路板，(D)是存儲信息的介質(zhì)。(2)驅(qū)動器的定位驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)(A)；主軸系統(tǒng)的