1、第3章 存儲器技術(shù),存儲器就是用來存儲程序和數(shù)據(jù)的，程序和數(shù)據(jù)都是信息的表現(xiàn)形式。按照存取速度和用途可把存儲器分為兩大類：內(nèi)存儲器（簡稱內(nèi)存，又稱主存儲器）和外存儲器。存儲器的容量越大，記憶的信息也就越多，計算機的功能也就越強。,3.1存儲器技術(shù)簡介,注意：外存與內(nèi)存之間經(jīng)過DMA控制進行數(shù)據(jù)的成批交換。,存儲器的簡單工作原理,存儲系統(tǒng)的分類,注：CPU不能直接用指令對外存儲器進行讀寫。要使用外存中的信息，必須先將它調(diào)入內(nèi)存儲器。,價格、容量、速度三者間不可調(diào)和的矛盾,信息存儲上的局部性,存儲器分級體系的產(chǎn)生,3.1.1 存儲器分類,RAM的種類：在RAM中，按工藝可分為雙極性RAM和金屬氧化

2、物（MOS）RAM兩大類。 用MOS器件構(gòu)成的RAM，可分為靜態(tài)讀寫存儲器（SRAM）和動態(tài)讀寫存儲器（DRAM）兩種。,1. 隨機讀寫存儲器,各類型隨機存儲器的特點和用途,1）雙極性RAM： 主要特點是存取速度快；主要用于要求存取速度高的微型計算機中。 2）金屬氧化物（MOS）RAM： 集成度高，價格便宜，隨著技術(shù)發(fā)展速度也不慢；廣泛應用于現(xiàn)代生產(chǎn)的各種計算機中。 SRAM：狀態(tài)穩(wěn)定，只要不掉電，信息不會丟失。優(yōu)點是不需刷新，缺點是集成度低。適于不需要大存儲容量的微型計算機，如單片機中。（6264） DRAM：存儲單元以電容為基礎，電路簡單，集成度高。但電容中的電荷由于漏電會逐漸丟失，所以需

3、定時刷新。適用于大存儲容量的計算機中。（內(nèi)存條）,ROM的種類：1）掩膜工藝ROM； 2）可一次編程ROM（PROM）； 3）可擦除PROM； 可擦除PROM常見的有三種： EPROM、EEPROM、FLASH ROM。,2. 只讀存儲器,各種只讀存儲器的特點和用途,EPROM：可反復擦除和寫入，在其正面的陶瓷封裝上有一個玻璃窗口，可以看到內(nèi)部的集成電路，用紫外線孔照射就可以擦除其內(nèi)的數(shù)據(jù)，需要專門的擦除器和編程器。 EEPROM：以電信號來修改內(nèi)容，只需用廠商提供的專用刷新程序就可以輕而易舉地改寫內(nèi)容，不需要專用改寫設備。（雙電壓） FLASH ROM：只需要專用程序就可改寫（單電壓）,半導

4、體存儲器的分類,3.1.2 存儲器的主要性能指標,1.存儲容量 2.存取時間 3.可靠性 4.功耗 5.價格,3.2 存儲器的連接,1）CPU總線的帶負載承受能力 2）CPU的時序與存儲器的存取速度之間的配合 3）存儲器的組織、地址分配與片選問題,1. CPU與存儲器的連接時應注意的問題,2. 存儲器的連接,系統(tǒng)總線（主要是低位地址信號線）存儲器的連接方式有：全地址譯碼方式和部分地址譯碼方式。,1）全地址譯碼方式就是利用地址總線的所有地址信號引腳來惟一地決定存儲器芯片的1個單元，也即使存儲器芯片的每1個存儲單元惟一地占據(jù)內(nèi)存空間的一個地址。 2）部分地址譯碼方式就是把CPU系統(tǒng)總線中的部分地址

5、信號線與存儲器芯片相連接，參與存儲器地址的譯碼。,1）全地址譯碼方式,6264與8088CPU在最大工作模式下采用的就是全地址譯碼方式連接； 6264芯片有13條地址信號線（決定了能尋址8K個存儲單元） ，還有8條雙向數(shù)據(jù)總線（決定該芯片的基本存儲單元為一個字節(jié)）； 由CS1 、CS2 、OE、WE四個信號相互配合來完成對的讀寫； 6264芯片惟一地占據(jù)內(nèi)存空間0F0000H到0F1FFFH這8KB空間；（A0 A12決定某個存儲單元的低位地址，A13 A19決定高位地址）,2）部分地址譯碼方式,8KB芯片6264所占的內(nèi)存地址空間范圍被分成了0DA000H 0DBFFFH、0DE000H 0

6、DFFFFH、0FA000 0FBFFFH、0FE000H 0FFFFFH；（地址空間重疊：原因是A14 、A17沒參與譯碼） 重疊區(qū)域決不可再分配給其他芯片，只能空著，否則回造成總線競爭而使計算機系統(tǒng)無法正常工作。（部分譯碼方式是以犧牲內(nèi)存空間為代價換得譯碼上的簡單） 用一條高位地址線接選片信號端的方法叫線性選擇（現(xiàn)在已經(jīng)很少用到）,這種方法直接用CPU地址總線中某一高位線作為存儲器芯片的片選信號，簡稱為線選法。線性選擇法的優(yōu)點是連接簡單，片選信號的產(chǎn)生，不需復雜的邏輯電路。,例：某一計算機，共有16條地址線，現(xiàn)接入1KB的RAM和1KB的ROM，由此可以確定，當?shù)刂贩秶笕鐖D所示，會產(chǎn)生

7、什么問題？,3）譯碼電路,實現(xiàn)地址譯碼需要譯碼電路（如74LS138、 74LS148 等）； 用74LS138譯碼器和與非門配合、且A13 A19全為高電平時，才使存儲器芯片選擇信號有效，允許8088CPU經(jīng)過系統(tǒng)總線讀出存儲器中的程序或數(shù)據(jù)信息；（如2764）,3.3 存儲器管理,1. RAM區(qū)：為前640KB空間，地址范圍從00000H到9FFFFH。 2. 保留區(qū)：空間為128KB，地址范圍從0A0000H到0BFFFFH。 3. ROM區(qū)：存儲空間的最后256KB，地址范圍從0C0000H到0FFFFFH。,把8088能夠?qū)ぶ返降?MB空間分為RAM區(qū)、保留區(qū)和ROM區(qū)三個區(qū)：,3.

8、3.1 IBM PC/XT中的存儲空間分配,IBM PC/XT存儲空間的分配,是用戶的主要工作區(qū)，可讀/可寫（系統(tǒng)程序占用一部分空間）,作為字符/圖形顯示緩沖器區(qū)域。,前192KB存放系統(tǒng)的控制ROM；后64KB是基本系統(tǒng)ROM區(qū)（最后40KB是基本ROM，如放BIOS的8KB）,3.3.2 擴展存儲器及其管理,1. 尋址范圍：,2. 存儲器管理,1實地址方式 實地址方式是8028680486最基本的工作方式，尋址范圍只能在1MB范圍內(nèi)，故不能管理和使用擴展存儲器。它在復位時，啟動地址為FFFF0H，在此安裝一個跳轉(zhuǎn)指令，進入上電自檢和自舉程序。,2虛地址保護方式 （1）存儲器管理機制：803

9、86先使用段機制，把包含兩個部分的虛擬地址空間轉(zhuǎn)化為一個中間地址空間的地址，然后再用分頁機制把線性地址轉(zhuǎn)化為物理地址 （2）分段分頁機制：是所管理的存儲器塊具有固定的大小它把線性地址空間中的任一頁映射到物理空間的一頁。,（3）保護：第一是保護操作系統(tǒng)的存儲段和其專用處理寄存器不被應用程序所破壞；第二是為每一個任務分配不同的虛地址空間，從而使不同任務之間完全隔離，實現(xiàn)任務的保護。 （4）虛擬存儲器的概念：由存儲器管理機制以及一個大容量的快速硬盤存儲器或光盤支持。,3虛擬8086方式 支持存儲管理、保護及多任務環(huán)境中執(zhí)行8086程序，創(chuàng)建一個在虛擬8086方式下執(zhí)行8086程序的任務，可以使CPU

10、同時執(zhí)行三個任務：以32位虛地址保護方式執(zhí)行第一個任務的80386程序；以16位虛地址保護方式執(zhí)行第二個任務的80286程序；以虛擬8086方式執(zhí)行第三個任務的8086程序。,3.4 內(nèi)部存儲器技術(shù)發(fā)展,1. 擴展數(shù)據(jù)輸出動態(tài)隨機訪問存儲器EDO DRAM； 2. 同步動態(tài)隨機訪問存儲器SDRAM； 3. 突發(fā)存取的高速動態(tài)隨機存儲器Rambus DRAM；,3.5 外部存儲器簡介,1.硬盤的基本結(jié)構(gòu)：由封裝在鑄鋁腔體中的磁頭、磁盤組件與控制電路組件組成。（這種結(jié)構(gòu)稱為溫徹斯特磁盤。） 2.硬盤的工作原理： 磁盤：靠磁層的磁化方向來存儲信息的； 磁頭：非接觸式的懸浮的形式；用磁頭讀取信息的順序

11、是：,3.5.1 硬盤及硬盤驅(qū)動器,上圖是1982年用在IBM-XT上的一塊10M的硬盤，除了外型略大，無論外觀還是內(nèi)部結(jié)構(gòu)和現(xiàn)在最先進的硬盤并無大的差別,2、內(nèi)部結(jié)構(gòu),揭開外蓋后的硬盤，結(jié)構(gòu)一目了然,1.浮動磁頭組件由讀寫磁頭、傳動手臂、傳動軸三部分組成。磁頭是硬盤技術(shù)最重要和關鍵的一環(huán)，實際上是集成工藝制成的多個磁頭的組合，它采用了非接觸式頭、盤結(jié)構(gòu)，加電后在高速旋轉(zhuǎn)的磁盤表面飛行，飛高間隙只有0.10.3um，可以獲得極高的數(shù)據(jù)傳輸率?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)速5400rpm的硬盤飛高都低于0.3um，以利于讀取較大的高信噪比信號，提供數(shù)據(jù)傳輸存儲的可靠性。,2.磁頭驅(qū)動機構(gòu)由音圈電機和磁頭驅(qū)動小車組成，

12、新型大容量硬盤還具有高效的防震動機構(gòu)。高精度的輕型磁頭驅(qū)動機構(gòu)能夠?qū)Υ蓬^進行正確的驅(qū)動和定位，并在很短的時間內(nèi)精確定位系統(tǒng)指令指定的磁道，保證數(shù)據(jù)讀寫的可靠性。,3.盤片和主軸組件盤片是硬盤存儲數(shù)據(jù)的載體，現(xiàn)在的盤片大都采用金屬薄膜磁盤，這種金屬薄膜較之軟磁盤的不連續(xù)顆粒載體具有更高的記錄密度，同時還具有高剩磁和高矯頑力的特點。主軸組件包括主軸部件如軸瓦和驅(qū)動電機等。隨著硬盤容量的擴大和速度的提高，主軸電機的速度也在不斷提升，有廠商開始采用精密機械工業(yè)的液態(tài)軸承電機技術(shù)。 4.前置控制電路前置放大電路控制磁頭感應的信號、主軸電機調(diào)速、磁頭驅(qū)動和伺服定位等，由于磁頭讀取的信號微弱，將放大電路密封

13、在腔體內(nèi)可減少外來信號的干擾，提高操作指令的準確性。,3.硬盤上信息的存儲格式,磁盤被劃分為：記錄面、柱面和扇區(qū)； 記錄面被劃分為一系列的同心圓（叫磁道）；每個磁道有分為若干個扇區(qū)；（磁道編號從內(nèi)到外）所有記錄面上同一編號的磁道構(gòu)成了柱面；（柱面數(shù)等于每個記錄面上的磁道數(shù)） 信息是按扇區(qū)存放的，每個扇區(qū)中存放一定數(shù)量的字節(jié)（通常為512B） 由磁頭號、磁道號和扇區(qū)號來確定某一個存儲單元的；,硬盤是一種磁介質(zhì)的外部存儲設備，數(shù)據(jù)存儲在密封、結(jié)凈的硬盤驅(qū)動器內(nèi)腔的多片磁盤片上。 盤片一般是以鋁為主要成分的片基表面涂上磁性介質(zhì)所形成。 每一面上都相應地有一個讀寫磁頭 磁盤片的每一面上，以轉(zhuǎn)動軸為軸心

14、，以一定的磁密度為間隔的若干個同心圓，被劃分成磁道 每個磁道又被劃分為若干個扇區(qū)，數(shù)據(jù)存按其存放 所有盤片相同的位置的磁道構(gòu)成了所謂的柱面,數(shù)據(jù)在磁盤上的格式：,頭間隔：用來留出一定的時間作為磁盤控制器讀/寫準備時間； 序標：用來作為磁盤控制器的同步定時信號； 校驗字：用來校驗磁盤讀出的數(shù)據(jù)是否正確； 尾間隔：用來做扇區(qū)間隔；,4. 硬盤和主機的數(shù)據(jù)傳送方式,1）PIO模式：用軟件控制，即I/O指令來完成數(shù)據(jù)的傳送。 2）DMA模式：由DMA控制器控制硬盤讀寫，因此節(jié)省了寶貴的CPU資源。,5. 硬盤與主機的接口標準,ATA（IDE）接口和SCSI接口；,6. 磁盤陣列技術(shù),3.5.2 光盤存

15、儲器,1.光盤記錄信息的原理（8-14EFM編碼；1X、2X、24X、48X、52X） 2.光盤的種類,3.5.3 移動存儲器,1.光存儲技術(shù)和移動存儲器 2.使用磁介質(zhì)的移動存儲器 3.使用特殊存儲器技術(shù)的移動存儲器,硬盤的維護,（1）防止硬盤受震動 （2）硬盤正在讀寫時不能隨意關機或重新啟動系統(tǒng) （3）控制硬盤的工作環(huán)境 （4）不要輕易對硬盤進行低級格式化 （5）定期整理、維護硬盤 （6）硬盤上的數(shù)據(jù)保護 （7）定期檢測病毒,“硬盤有價，數(shù)據(jù)無價”這句深入人心的口號套用在數(shù)據(jù)恢復領域便是巨大的市場潛力。特別是對于企業(yè)來說，數(shù)據(jù)的損失可能會帶來災難性的后果。因此，不惜一切代價拯救數(shù)據(jù)的觀點就

16、源源不斷地為數(shù)據(jù)恢復行業(yè)貢獻利潤。以高端市場為例，RAID磁盤陣列單盤報價普遍在3000元左右，大型企業(yè)往往使用2040個硬盤組成RAID磁盤陣列，一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)危機，其修復價格可以高達10萬元甚至更多。 國內(nèi)的數(shù)據(jù)恢復市場剛剛起步，普通用戶對數(shù)據(jù)恢復并不怎么了解，即使是眾多的電腦高手也只是停留在軟件修復的層次上，真正的復雜的數(shù)據(jù)恢復是涉及到較高技術(shù)含量的操作的，而數(shù)據(jù)恢復行業(yè)一直以來都是披著一層神秘的面紗，無塵操作環(huán)境也讓普通用戶敬而遠之。,開盤操作與超凈間：,當遇到磁頭故障或者盤片劃傷時，一般都需要開盤進行數(shù)據(jù)恢復。這項操作不僅要求較高的技術(shù)，更需要潔凈的環(huán)境，因為硬盤中的磁盤一旦暴露在空氣

17、中就會接觸到致命的灰塵，從而導致數(shù)據(jù)報廢。 不同的領域?qū)τ跀?shù)字所表示的等級概念是完全不同的。然而數(shù)據(jù)恢復行業(yè)正存在概念上的模糊與宣傳的誤導，直接催化了“超凈間神話”的誕生。突出的誤區(qū)之一便是對“百級”、“千級”、“萬級”的等級內(nèi)涵一無所知，甚至于顛倒了等級次序。 根據(jù)中華人民共和國國家標準GBJ7384，潔凈廠房設計規(guī)范明確規(guī)定了空氣潔凈度的四個等級（潔凈度即指潔凈環(huán)境中空氣含塵粒多少的程度），并制作了相應表格以示劃分之標準：,鮮為人知的數(shù)據(jù)恢復操作：,如果外圍設備存在硬件故障，那么只要打開盤體之后，將損壞的部件更換（常見損壞部件為磁頭和電機）就有可能解決問題。此外，將盤片取下后通過各種方式來

18、讀取數(shù)據(jù)也是可行的方案，只是其操作難度更大。首先，開盤操作一定要在超凈間進行。,毫無疑問，沒有超凈間就根本談不上開盤恢復數(shù)據(jù)，因為硬盤的內(nèi)部盤體無法暴露在低潔凈度的環(huán)境下，這是任何正規(guī)數(shù)據(jù)恢復服務商都不可節(jié)省的投資。,在進入超凈間之前，工程師必須穿潔凈服。工程師此前還得在風室內(nèi)吹走身上的灰塵，這樣才能保證進入超凈間后不會降低其潔凈度。為了確保在接觸硬盤時的安全，工程師還得佩帶專用的潔凈手套。,使用專用的六角螺絲刀打開硬盤之后，我們就可以清晰看到其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這部分內(nèi)容我們在先前的段落中已經(jīng)詳細介紹過。,一般而言，最常見的硬件故障便是其磁頭損壞，此時需要工程師以精巧的手工將完好的磁頭更換上去。在整個硬盤結(jié)構(gòu)中，磁頭的精密度非常高，一般出現(xiàn)故障后也難以修復。當遇到硬盤因為磁頭故障而無法讀取數(shù)據(jù)時，可以直接將相同品牌與型號（嚴格要求版本號一致）硬盤的磁頭更換上去。這樣的操作方法可能將另外一個完好的硬盤報廢，但是對于無價的數(shù)據(jù)而言，幾百元的硬盤備件費是很多客戶都能夠承受的。,表面看起來操作好像并不復雜，但是具體實施過程中難度極高，而且要求工程師有著豐富的經(jīng)驗。更換磁頭可謂是最驚心動魄的步驟，這不僅是技巧方面的要求，還要憑借經(jīng)驗操作。不同硬盤所內(nèi)置的盤片數(shù)量和磁頭復雜度都不一樣，部分型號的操作難度非常大。工程師在更換