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1、辅助存储器本讲稿第一页，共四十三页计算机中的存储器分有计算机中的存储器分有主存储器主存储器和和辅助存储器辅助存储器两大类。两大类。主存储器用来存放需立即使用的程序和数据，要求存取速度主存储器用来存放需立即使用的程序和数据，要求存取速度快，通常由半导体存储器构成。快，通常由半导体存储器构成。辅助存储器用于存放当前不需立即使用的信息，一旦需要，再辅助存储器用于存放当前不需立即使用的信息，一旦需要，再和主存成批地交换数据。它作为主存的后备和补充，是主机的和主存成批地交换数据。它作为主存的后备和补充，是主机的外部设备，因此又称为外存储器。外部设备，因此又称为外存储器。辅助存储器的特点是容量大，成本低，
2、通常在断电后仍能保存信息，辅助存储器的特点是容量大，成本低，通常在断电后仍能保存信息，是是“非易失性非易失性”存储器，其中大部分存储介质还能脱机保存信息。存储器，其中大部分存储介质还能脱机保存信息。本讲稿第二页，共四十三页辅助存储器的种类辅助存储器的种类v磁表面存储器磁表面存储器利用磁性介质材料沉积在盘片表面的基体上形成记录介质，利用磁性介质材料沉积在盘片表面的基体上形成记录介质，以绕有线圈的磁头与记录介质的相对运动来读写信息。以绕有线圈的磁头与记录介质的相对运动来读写信息。v光存储器光存储器利用激光束在具有感光特性的表面上存储信息。利用激光束在具有感光特性的表面上存储信息。本讲稿第三页，共四
3、十三页磁表面存储器的技术指标磁表面存储器的技术指标v存储密度存储密度道密度道密度(TPI)：磁盘半径方向单位长度包含的磁道数：磁盘半径方向单位长度包含的磁道数位密度位密度(BPI)：在每一个磁道内单位长度内所能记录的二进制信息数：在每一个磁道内单位长度内所能记录的二进制信息数面密度面密度：单位面积中存储的二进制信息量：单位面积中存储的二进制信息量v存储容量存储容量存储容量指磁表面存储器所能存储的存储容量指磁表面存储器所能存储的二进制信息总量二进制信息总量，一般用，一般用字节为单位。字节为单位。本讲稿第四页，共四十三页磁表面存储器的技术指标磁表面存储器的技术指标v寻址时间寻址时间磁盘的寻址时间由
4、磁盘的寻址时间由寻道时间寻道时间Ts+等待时间等待时间Tw构成构成磁带的寻址时间：磁带转到记录区的磁带的寻址时间：磁带转到记录区的等待等待时间时间v数据传输率数据传输率Dr磁表面存储器在单位时间内与主机之间传送数据的位数或字节磁表面存储器在单位时间内与主机之间传送数据的位数或字节数。数。v误码率、价格误码率、价格本讲稿第五页，共四十三页磁记录原理磁记录原理v磁表面存储器通过磁表面存储器通过磁头磁头和和记录介质记录介质的相对运动完成写入和读出的相对运动完成写入和读出v磁记录介质：磁记录介质：涂有薄层磁材料的信息载体。涂有薄层磁材料的信息载体。-Fe2O3针状颗粒材料针状颗粒材料-磁粉。磁粉。v磁
5、头：实现电磁头：实现电-磁转换的装置。磁转换的装置。Iw数据写入数据写入：在线圈：在线圈中通以一定方向的中通以一定方向的电流。电流。数据读出数据读出：磁介质：磁介质在磁头下匀速运动。在磁头下匀速运动。写入：将二进制数字序列转化为介质表面的磁化单元序列。写入：将二进制数字序列转化为介质表面的磁化单元序列。读出：将介质上纪录的磁化单元序列还原为电脉冲序列的过程。读出：将介质上纪录的磁化单元序列还原为电脉冲序列的过程。本讲稿第六页，共四十三页读写原理读写原理写入：写入：记录介质在磁头下匀速通过，磁头线圈中通入一定方向和大小的电流，则记录介质在磁头下匀速通过，磁头线圈中通入一定方向和大小的电流，则会在
6、介质上形成一个磁化单元。会在介质上形成一个磁化单元。电流方向不同，则磁化方向也不同。一个磁化方向电流方向不同，则磁化方向也不同。一个磁化方向规定为规定为“0”，另一个磁化方向就规定为，另一个磁化方向就规定为“1”。读出：读出：记录介质在磁头下匀速通过时，读出线圈会感应出电压，磁化方向不同，则感记录介质在磁头下匀速通过时，读出线圈会感应出电压，磁化方向不同，则感应电压就不同，对感应电压进行放大和整型，就可以读出应电压就不同，对感应电压进行放大和整型，就可以读出“0”或或“1”。本讲稿第七页，共四十三页磁记录方式（磁记录方式（1）磁记录方式是一种磁记录方式是一种编码方式编码方式。是按某种规律将一串
7、二进制数字。是按某种规律将一串二进制数字信息变换成磁层的相应磁化翻转形式，并经过读写控制电信息变换成磁层的相应磁化翻转形式，并经过读写控制电路实现这种转换规律。常见的方式有：路实现这种转换规律。常见的方式有：v归零制（归零制（RZ）具有自同步能力具有自同步能力记录记录1时电流正向流动，记录时电流正向流动，记录0时电流反向流动。在记录时电流反向流动。在记录2个信息位之间，电个信息位之间，电流为零流为零。v不归零制（不归零制（NRZ）记录记录1时电流正向流动，电流保持到下一个信息到来，记录时电流正向流动，电流保持到下一个信息到来，记录0时电流反向时电流反向流动，并电流保持到下一个信息到来。当连续写
8、入流动，并电流保持到下一个信息到来。当连续写入“1”或或“0”时，写电时，写电流的方向是不改变的。流的方向是不改变的。本讲稿第八页，共四十三页磁记录方式（磁记录方式（2）v不归零不归零-1制（制（NRZ1）记录记录1时电流改变极性，使磁记录层的磁化强度方向发生翻转；时电流改变极性，使磁记录层的磁化强度方向发生翻转；记录记录0时保持原来的写电流和磁化强度方向。也称为时保持原来的写电流和磁化强度方向。也称为见见1就翻就翻的不归零制的不归零制。v调相制（调相制（PM，Phasic Model）具有自同步能力具有自同步能力又称相位编码又称相位编码(PE)。在一个记录单元内，磁头线圈中的写入。在一个记录
9、单元内，磁头线圈中的写入电流电流由负到正表示记录信息由负到正表示记录信息0，由正到负表示记录信息由正到负表示记录信息1。两者的。两者的相位相差相位相差180度。当二进制信息中出现连续两个度。当二进制信息中出现连续两个1或连续两个或连续两个0时，为了维持上述规则，在两个记录单元的交界处也要发生翻时，为了维持上述规则，在两个记录单元的交界处也要发生翻转。转。本讲稿第九页，共四十三页磁记录方式（磁记录方式（3）v调频制（调频制（FM，Frequency Model）具有自同步能力具有自同步能力在记录单元起始处不论是记录在记录单元起始处不论是记录0还是还是1，都要改变电流方向，产生翻转；在，都要改变电
10、流方向，产生翻转；在一个记录单元中间点，记录一个记录单元中间点，记录1时改变电流方向，产生翻转，记录时改变电流方向，产生翻转，记录0时不改变电时不改变电流方向，不产生翻转。这样记录流方向，不产生翻转。这样记录1的频率是记录的频率是记录0的频率的的频率的2倍。倍。v改进型调频制（改进型调频制（MFM）当二进制信息中当二进制信息中出现连续出现连续0时时，其记录单元的交界处翻转一次。在其，其记录单元的交界处翻转一次。在其它情况下（它情况下（0-1，1-0，1-1)其记录单元的交界处不翻转其记录单元的交界处不翻转;在一个记录单元的中间点，记录在一个记录单元的中间点，记录1时改变电流方向，产生磁化翻转，
11、记录时改变电流方向，产生磁化翻转，记录0时不改变电流方向，不产生磁化翻转。时不改变电流方向，不产生磁化翻转。本讲稿第十页，共四十三页图图8.4 磁记录方式波形图磁记录方式波形图(写入电流和磁化强度写入电流和磁化强度)本讲稿第十一页，共四十三页读出信号的形成读出信号的形成v当记录介质在磁头下匀速通过时，如磁层的磁化强度当记录介质在磁头下匀速通过时，如磁层的磁化强度发生变化，将在磁头的读出线圈中感应出电压。发生变化，将在磁头的读出线圈中感应出电压。不归零制（不归零制（NRZ）不归零不归零-1制（制（NRZ1）改进调频制（改进调频制（MFM）本讲稿第十二页，共四十三页图图8.5 三种记录方式的磁三种
12、记录方式的磁化强度和读出信号波形化强度和读出信号波形本讲稿第十三页，共四十三页RLL码码vRLL码：码：Run Length Limited Code-游程长度受限码游程长度受限码。将原始数据序列变换成将原始数据序列变换成0、1受限的记录序列，编码规则：受限的记录序列，编码规则：把输把输入二进制信息变换成入二进制信息变换成0游程长度受限码游程长度受限码-任何两位相邻的任何两位相邻的1之间之间的的0的最大位数的最大位数k和最小位数和最小位数d均受到限制的编码，然后再用逢均受到限制的编码，然后再用逢1变化不归零制方式进行调制和写入。正确设计变化不归零制方式进行调制和写入。正确设计k和和d值，可以值
13、，可以获得优良的编码性能。获得优良的编码性能。vFM、PM等都可用等都可用RLL进行描述。进行描述。本讲稿第十四页，共四十三页GCR码码vGCR码：码：Group Coded Recording成组编码成组编码，也是，也是一种一种RLL码。编码规则：码。编码规则：把输入信息序列按把输入信息序列按4位长度分组，然后按变换规则把位长度分组，然后按变换规则把4位信位信息码变换成息码变换成5位编码，最后再把编码序列用逢位编码，最后再把编码序列用逢1变化不归零制变化不归零制规则调制。规则调制。见书表见书表8-1。本讲稿第十五页，共四十三页记录方式的性能指标记录方式的性能指标v自同步能力自同步能力从单个磁
14、道读出的脉冲序列中提取同步时钟脉冲的难易程度。从单个磁道读出的脉冲序列中提取同步时钟脉冲的难易程度。NRZ、NRZ1没有自同步能力；没有自同步能力；PM、FM、MFM、GCR、RLL码具有自同步能码具有自同步能力。力。v编码效率编码效率每次磁层翻转所能存储的数据信息位。每次磁层翻转所能存储的数据信息位。位密度位密度=最大磁化翻转密度最大磁化翻转密度v读出分辨率读出分辨率磁记录系统对读出信号的分辨能力。磁记录系统对读出信号的分辨能力。本讲稿第十六页，共四十三页磁盘磁盘v磁盘存储器是计算机系统中最主要的外存设磁盘存储器是计算机系统中最主要的外存设备。备。v硬磁盘存储器的种类硬磁盘存储器的种类根据磁
15、头的工作方式分：根据磁头的工作方式分：移动头磁盘存储器移动头磁盘存储器 固定头磁盘存储器固定头磁盘存储器根据磁盘可换与否分类：根据磁盘可换与否分类：可换盘存储器可换盘存储器 固定盘存储器固定盘存储器本讲稿第十七页，共四十三页磁盘的工作原理（磁盘的工作原理（1）v数据储存在盘片表面的扇区数据储存在盘片表面的扇区(Sector)和磁道和磁道(track)里，里，磁道磁道：一系列的同心圆。：一系列的同心圆。黄色部分黄色部分扇区扇区：磁道组成的扇形表面。：磁道组成的扇形表面。蓝色部分蓝色部分v扇区包括了固定数量的字节。扇区包括了固定数量的字节。v柱面柱面：硬盘每个盘面的同一编号的磁道构：硬盘每个盘面的
16、同一编号的磁道构成柱面成柱面本讲稿第十八页，共四十三页磁盘的工作原理（磁盘的工作原理（2）v硬盘的硬盘的低级格式化低级格式化：在盘片上建立了扇：在盘片上建立了扇区和磁道，每个扇区的开始和结束部区和磁道，每个扇区的开始和结束部分都被写到了盘片上，这个处理使硬分都被写到了盘片上，这个处理使硬盘准备开始以盘准备开始以byte的形式保持数据。的形式保持数据。v高级格式化高级格式化：写入文件储存的结构，例：写入文件储存的结构，例如把文件分配表写入到扇区，这个过如把文件分配表写入到扇区，这个过程使硬盘准备保持文件。程使硬盘准备保持文件。本讲稿第十九页，共四十三页硬盘的管理结构硬盘的管理结构v容量：容量：格
17、式化容量格式化容量=磁头数磁头数*柱面数柱面数*每柱面扇区数每柱面扇区数*每扇区字节数每扇区字节数v转数现在已达到转数现在已达到7200r/min或或9600r/minv按盘径分：按盘径分：5.25英寸、英寸、3.5 英寸、英寸、2.5 英寸、英寸、1.8 英寸英寸本讲稿第二十页，共四十三页 例题例题 磁盘组有磁盘组有6片磁盘，每片有两个记录面，最上最下两片磁盘，每片有两个记录面，最上最下两面不用。存储区域内直径面不用。存储区域内直径22cm，外直径，外直径33cm,道密度道密度为为40道道/cm,内层位密度内层位密度400位位/cm,转速转速2400转转/分，问：分，问：1、共有多少柱面？、
18、共有多少柱面？2、盘组总存储容量是多少？、盘组总存储容量是多少？3、数据传输率多少？、数据传输率多少？4、采用定长数据块记录格式，直接寻址的最小单位是什么、采用定长数据块记录格式，直接寻址的最小单位是什么?寻寻址命令中如何表示磁盘地址？址命令中如何表示磁盘地址？5、如果某文件长度超过一个磁道的容量，应将它记录在同一个、如果某文件长度超过一个磁道的容量，应将它记录在同一个存储面上，还是记录在同一个柱面上？存储面上，还是记录在同一个柱面上？本讲稿第二十一页，共四十三页解解：1、有效存储区域、有效存储区域=33/2-22/2=16.5-11=5.5cm 柱面数柱面数=道密度道密度*有效区域有效区域=
19、40道道/cm*5.5cm=220道，即道，即220个圆柱面。个圆柱面。2、内道周长、内道周长=3.14*22=69.08cm 道信息量道信息量N=400位位/cm*69.08cm=27632位位=3454B 面信息量面信息量=3454B*220=759880B 盘组容量盘组容量=759880B*10=7598800B7.25MB3、磁盘数据传输率、磁盘数据传输率=转数转数r*道容量道容量N =（2400转转/60秒）秒）*3454B=40*3454=13816B/S=13.492K/S4、最小单位是一个记录块（一个扇区），其编址方式可为如下格式：、最小单位是一个记录块（一个扇区），其编址方式
20、可为如下格式：5、记录在同一个柱面上，因为不需要重新找道，数据读写速度快。、记录在同一个柱面上，因为不需要重新找道，数据读写速度快。台号台号 柱面号柱面号 盘面号盘面号扇区号扇区号本讲稿第二十二页，共四十三页磁带和磁盘的区别磁带和磁盘的区别v盒式磁带的记录介质是涂上磁粉的薄塑料带。硬盘的磁记录介盒式磁带的记录介质是涂上磁粉的薄塑料带。硬盘的磁记录介质是一层高精密度的铝片或者玻璃盘片。质是一层高精密度的铝片或者玻璃盘片。v在磁带上，读写某点信息要进行快进或者倒转。在硬盘上，可以在磁带上，读写某点信息要进行快进或者倒转。在硬盘上，可以随机快速读写某点信息随机快速读写某点信息v磁带读磁带读/写时，磁
21、头会直接接触到磁带。硬盘读写时，磁头会直接接触到磁带。硬盘读/写时，写时，磁头飞磁头飞过磁碟，不会接触到盘片。过磁碟，不会接触到盘片。v盒式磁带的磁带每秒大约移动盒式磁带的磁带每秒大约移动2英寸（大约英寸（大约5.08cm)；而硬盘的碟；而硬盘的碟片每秒移动大约片每秒移动大约3，000英寸（大约英寸（大约170mph)。硬盘与磁带相比，它的信息存储在相当小的磁区域。硬盘与磁带相比，它的信息存储在相当小的磁区域。本讲稿第三十五页，共四十三页光盘存储器光盘存储器v音频音频CD和和CD-ROM两者采用类似的技术，主要区别是两者采用类似的技术，主要区别是CD-ROM播放器更坚固，并有纠错设播放器更坚固
22、，并有纠错设备来保障数据准确地从光盘传输到计算机。备来保障数据准确地从光盘传输到计算机。v现已生产的各种密度的现已生产的各种密度的CD-ROM，典型的是光轨距为，典型的是光轨距为1.6 m，可记录的宽度为可记录的宽度为32.55mm ，因此光道有，因此光道有32550/1.6=20344。光。光轨的长度约为轨的长度约为5.27km。CD-ROM的恒定线速为的恒定线速为1.2m/s(75个扇区个扇区)，因此，共有，因此，共有 5270/1.2/60=73.2分钟分钟 播放时间播放时间。v由于数据的传输速率为由于数据的传输速率为176.4KB/s，故，故CD-ROM的容量约为的容量约为756.59
23、MB(73.260176.4/1024)。本讲稿第三十六页，共四十三页光盘存储器的种类光盘存储器的种类v只读型光盘只读型光盘(CD-ROM)由生产厂家预先写入，用户只能读不能写。由生产厂家预先写入，用户只能读不能写。v一次写入型一次写入型WORM(write once,read many)用户只能一次写入，可以多次读出。用户只能一次写入，可以多次读出。v可擦写型可擦写型可以重复读写。它采用磁光（可以重复读写。它采用磁光（M-O）可重写技术。）可重写技术。vCD-ROM的数据传输率：单倍速、双倍速、的数据传输率：单倍速、双倍速、4倍速、倍速、8倍速、倍速、10倍速、倍速、48倍速、倍速、52倍速倍速。单倍速单倍速=150KB/s，n倍速倍速=n 150KB/s。本讲稿第三十七页，共四十三页作业作业 vP292 8.18.3、8.58.7返回返回返回返回本讲稿第四十二页，共四十三页