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1、计算机存储系统课件本讲稿第一页，共七十五页计算机的存储系统n计算机的存储系统一般由高速缓存、内存、和外存三级构成.CPUCACHE主存（内存）主存（内存）辅存（外存）辅存（外存）本讲稿第二页，共七十五页存储器的分类n 按存储器与CPU的连接：缓存、内存、和外存。n按存储介质：半导体存储器、磁存储器、光存储器。n按存取方式：随机存储器、顺序存储器。n按信息的可保存性：随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）本讲稿第三页，共七十五页存储器的主要性能指标n存储容量n速度n价格n其他：如可靠性、访问方式、信息存储的永久性等。本讲稿第四页，共七十五页内存、外存n内存存放当前运行的程序和数据。特点特点：
2、快，容量小，随机存取，快，容量小，随机存取，CPU可直接访问可直接访问。通常由通常由半导体存储器半导体存储器构成构成:RAM、ROMn外存存放非当前使用的程序和数据。特点特点：慢，容量大，顺序存取慢，容量大，顺序存取/块存取块存取。需调入内存后需调入内存后CPU才能访问才能访问。通常由通常由磁、光存储器磁、光存储器构成，也可以由半导体存储器构成构成，也可以由半导体存储器构成磁盘、磁带磁盘、磁带、CD-ROM、DVD-ROM、固态盘固态盘本讲稿第五页，共七十五页半导体存储器的分类半导体半导体存储器存储器只读存储器只读存储器（ROM）随机存取存储器随机存取存储器（RAM）静态静态RAM（SRAM）
3、动态动态RAM（DRAM）掩膜式掩膜式ROM一次性可编程一次性可编程ROM（PROM）紫外线擦除可编程紫外线擦除可编程ROM（EPROM）电擦除可编程电擦除可编程ROM（EEPROM）本讲稿第六页，共七十五页半导体存储器的分类随机存取存储器随机存取存储器v静态静态RAM(static random access memory)v动态动态RAM(dynamic random access memory)只读存储器只读存储器v掩膜式ROM(read only memory)v可编程ROM(PROM,Programmable ROM)v可擦除的PROM（EPROM，Erasable Programm
4、able ROM）v电可擦除的PROM（E2PROM，Electrically Erasable Programmable ROM）本讲稿第七页，共七十五页随机存取存储器n静态静态RAM（SRAM)基本的存储电路本讲稿第八页，共七十五页静态存储器SRAM特点：n用双稳态触发器存储信息。n速度快（5ns），不需刷新，外围电路比较简单，但集成度低（存储容量小，约1Mbit/片），功耗大。n在PC机中，SRAM被广泛地用作高速缓冲存储器Cache。n对容量为M*N的SRAM芯片，其地址线数=2M；数据线数=N。反之，若SRAM芯片的地址线数为K，则可以推断其单元数为2K个。本讲稿第九页，共七十五页S
5、RAM芯片2114n存储容量为10244n18个引脚：n10根地址线A9A0n4根数据线I/O4I/O1n片选CS*n读写WE*123456789181716151413121110VccA7A8A9I/O1I/O2I/O3I/O4WE*A6A5A4A3A0A1A2CS*GND本讲稿第十页，共七十五页5.1.2 半导体存储器芯片的结构地地址址寄寄存存地地址址译译码码存储体存储体控制电路控制电路AB数数据据寄寄存存读读写写电电路路DBOE WE CS存储体n存储器芯片的主要部分，用来存储信息地址译码电路n根据输入的地址编码来选中芯片内某个特定的存储单元 片选和读写控制逻辑n选中存储芯片，控制读写
6、操作本讲稿第十一页，共七十五页 存储体n每个存储单元具有一个唯一的地址，可存储1位（位片结构）或多位（字片结构）二进制数据n存储容量与地址、数据线个数有关：芯片的存储容量2MN存储单元数存储单元的位数M：芯片的地址线根数N：芯片的数据线根数本讲稿第十二页，共七十五页 地址译码电路译译码码器器A5A4A3A2A1A06301存储单元存储单元64个单元个单元行行译译码码A2A1A0710列译码列译码A3A4A501764个单元个单元单译码双译码n单译码结构n双译码结构n双译码可简化芯片设计n主要采用的译码结构本讲稿第十三页，共七十五页 片选和读写控制逻辑n片选端CS*或CE*n有效时，可以对该芯片
7、进行读写操作n输出OE*n控制读操作。有效时，芯片内数据输出n该控制端对应系统的读控制线n写WE*n控制写操作。有效时，数据进入芯片中n该控制端对应系统的写控制线本讲稿第十四页，共七十五页SRAM 2114的功能工作方式CS*WE*I/O4I/O1未选中读操作写操作10010高阻输出输入本讲稿第十五页，共七十五页SRAM 2114的读周期数据数据地址地址TCXTODTTOHATRCTATCODOUTWECSnTA读取时间从读取命令发出到数据稳定出现的时间给出地址到数据出现在外部总线上nTRC读取周期两次读取存储器所允许的最小时间间隔有效地址维持的时间本讲稿第十六页，共七十五页SRAM 2114
8、的写周期TWCTWRTAW数据数据地址地址TDTWTWDOUT DINTDWTDHWECSnTW写入时间从写入命令发出到数据进入存储单元的时间写信号有效时间nTWC写入周期两次写入存储器所允许的最小时间间隔有效地址维持的时间本讲稿第十七页，共七十五页SRAM芯片6264n存储容量为8K8n28个引脚：n13根地址线A12A0n8根数据线D7D0n片选CS1*、CS2n读写WE*、OE*+5VWE*CS2A8A9A11OE*A10CS1*D7D6D5D4D3NCA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GND1234567891011121314282726252423222120191
9、8171615本讲稿第十八页，共七十五页SRAM 6264的功能工作方式CS1*CS2WE*OE*D7D0未选中未选中读操作写操作1000111001高阻高阻输出输入本讲稿第十九页，共七十五页随机存取存储器n动态RAM（DRAM)n单管动态存储电路单管动态存储电路 本讲稿第二十页，共七十五页 DRAM特点：nDRAM是靠MOS电路中的栅极电容来存储信息的，由于电容上的电荷会逐渐泄漏，需要定时充电以维持存储内容不丢失（称为动态刷新动态刷新），所以动态RAM需要设置刷新刷新电路，相应外围电路就较为复杂。n刷新定时间隔一般为几微秒几毫秒nDRAM的特点是集成度高（存储容量大，可达1Gbit/片以上）
10、，功耗低，但速度慢（10ns左右），需要刷新。nDRAM在微机中应用非常广泛，如微机中的内存条（主存）、显卡上的显示存储器几乎都是用DRAM制造的。本讲稿第二十一页，共七十五页n常见DRAM的种类：nSDRAM（Synchronous DRAM）它在1个CPU时钟周期内可完成数据的访问和刷新，即可与CPU的时钟同步工作。SDRAM的工作频率目前最大可达150MHz，存取时间约为510ns，最大数据率为150MB/s，是当前微机中流行的标准内存类型。nRDRAM（Rambus DRAM）是由Rambus公司所开发的高速DRAM。其最大数据率可达1.6GB/s。nDDR DRAM（Double D
11、ata Rate DRAM）是对SDRAM的改进，它在时钟的上升沿和下降沿都可以传送数据，其数据率可达200-800 MB/s。主要应用在主板和高速显示卡上。nRAM的3个特性：1）可读可写，非破坏性读出，写入时覆盖原内容。2）随机存取，存取任一单元所需的时间相同。3）易失性（或挥发性）。当断电后，存储器中的内容立即消失。本讲稿第二十二页，共七十五页随机存取存储器v64K位动态RAM存储器 芯片2164A的容量为64K1位，即片内共有64K（65536）个地址单元，每个地址单元存放一位数据。需要16条地址线，地址线分为两部分：行地址与列地址。芯片的地址引线只要8条，内部设有地址锁存器，利用多路
12、开关，由行地址选通信号变低 （Row Address Strobe），把先出现的8位地址，送至行地址锁存器；由随后出现的列地址选通信号 （Column Address Strobe）把后出现的8位地址送至列地址锁存器。这8条地址线也用于刷新（刷新时地址计数，实现一行行刷新）。本讲稿第二十三页，共七十五页DRAM芯片2164n存储容量为64K1n16个引脚：n8根地址线A7A0n1根数据输入线DINn1根数据输出线DOUTn行地址选通RAS*n列地址选通CAS*n读写控制WE*NCDINWE*RAS*A0A2A1GNDVSSCAS*DOUTA6A3A4A5A7123456781615141312
13、11109本讲稿第二十四页，共七十五页DRAM 2164的读周期DOUT地址地址TCACTRACTCAHTASCTASRTRAHTCASTRCDTRASTRC行地址行地址列地址列地址WECASRAS存储地址需要分两批传送n行地址选通信号RAS*有效，开始传送行地址n随后，列地址选通信号CAS*有效，传送列地址，CAS*相当于片选信号n读写信号WE*读有效n数据从DOUT引脚输出本讲稿第二十五页，共七十五页DRAM 2164的写周期TWCSTDS列地址列地址行地址行地址地址地址 TDHTWRTCAHTASCTASRTRAHTCASTRCDTRCTRASDINWECASRAS存储地址需要分两批传送
14、n行地址选通信号RAS*有效，开始传送行地址n随后，列地址选通信号CAS*有效，传送列地址n读写信号WE*写有效n数据从DIN引脚进入存储单元本讲稿第二十六页，共七十五页DRAM 2164的刷新TRCTCRPTRAS高阻高阻TASRTRAH行地址行地址地址地址DINCASRAS采用“仅行地址有效”方法刷新n行地址选通RAS*有效，传送行地址n列地址选通CAS*无效，没有列地址n芯片内部实现一行存储单元的刷新n没有数据输入输出n存储系统中所有芯片同时进行刷新nDRAM必须每隔固定时间就刷新本讲稿第二十七页，共七十五页只读存储器 只读存储器ROM，是一种非易失性的半导体存储器件。其中所存放的信息可
15、长期保存，掉电也不会丢失，常被用来保存固定的程序和数据。在一般工作状态下，ROM中的信息只能读出，不能写入。对可编程的ROM芯片，可用特殊方法将信息写入，该过程被称为“编程”。对可擦除的ROM芯片，可采用特殊方法将原来信息擦除，以便再次编程。本讲稿第二十八页，共七十五页只读存储器掩膜式ROM 掩膜式ROM一般由生产厂家根据用户要求定制的(有NMOS管或没有代表0和1)。本讲稿第二十九页，共七十五页只读存储器可编程的ROM 出厂时，所有存储单元的熔丝都是完好的。编程时，通过字线选中某个晶体管。若准备写入1，则向位线送高电平，此时管子截止，熔丝将被保留；若准备写入0，则向位线送低电平，此时管子导通
16、，控制电流使熔丝烧断。换句话说，所有存储单元出厂时均存放信息1，一旦写入0使熔丝烧断，就不可能再恢复。本讲稿第三十页，共七十五页只读存储器可擦除可编程的ROM（EPROM）特特点点：芯片的上方有一个石英玻璃的窗口，通过紫外线照射，芯片电路中的浮空晶栅上的电荷会形成光电流泄漏走，使电路恢复起始状态，从而将写入的信号擦去。本讲稿第三十一页，共七十五页只读存储器可擦除可编程的ROM（EPROM）典型芯片：典型芯片：Intel 27512 Intel 27512 特性：特性：6 64K8的EPROM芯片，28脚双列直插式封装，地址线为16条A15A0，数据线8条O7O0，带有三态输出缓冲，读出时只需单
17、一的5V电源。本讲稿第三十二页，共七十五页只读存储器电可擦除可编程的ROM（E2PROM）应用特性：应用特性：（1 1）对对硬硬件件电电路路没没有有特特殊殊要要求求，编编程程简简单。单。（2 2）采采用用5V5V电电源源擦擦写写的的E2PROME2PROM，通通常常不不需需要要设设置置单单独独的的擦擦除除操操作作，可可在在写写入入过过程程中自动擦除。中自动擦除。（3 3）E2PROME2PROM器件大多是并行总线传输的器件大多是并行总线传输的 本讲稿第三十三页，共七十五页只读存储器闪速存储器（Flash Memory）Flash Memory芯片借用了EPROM结构简单，又吸收了E2PROM电
18、擦除的特点；不但具备RAM的高速性，而且还兼有ROM的非挥发性。同时它还具有可以整块芯片电擦除、耗电低、集成度高、体积小、可靠性高、无需后备电池支持、可重新改写、重复使用性好（至少可反复使用10万次以上）等优点。平均写入速度低于0.1秒。使用它不仅能有效解决外部存储器和内存之间速度上存在的瓶颈问题，而且能保证有极高的读出速度。Flash Memory芯片抗干扰能力很强。本讲稿第三十四页，共七十五页5.4.1 存储芯片与CPU的连接存储芯片的数据线 存储芯片的地址线 存储芯片的片选端 存储芯片的读写控制线本讲稿第三十五页，共七十五页CPUCPU与存储器的连接v存储器容量扩充技术位扩充 当实际存储
19、芯片每个单元的位数和系统需要内存单元字长不等时采用的方法。字扩充 当存储芯片上每个存储单元的字长已满足要求，但存储单元的个数不够，需要增加的是存储单元的数量，就称为字扩展。字位扩充 需要同时进行位扩充和字扩充才能满足系统存储容量需求的方法称为字位扩充。本讲稿第三十六页，共七十五页1.存储芯片数据线的处理n若芯片的数据线正好8根：n一次可从芯片中访问到8位数据n全部数据线与系统的8位数据总线相连n若芯片的数据线不足8根：n一次不能从一个芯片中访问到8位数据n利用多个芯片扩充数据位n这个扩充方式简称“位扩充”本讲稿第三十七页，共七十五页位扩充2114（1）A9A0I/O4I/O1片选片选D3D0D
20、7D4A9A02114（2）A9A0I/O4I/O1CECEn多个位扩充的存储芯片的数据线连接于系统数据总线的不同位数n其它连接都一样n这些芯片应被看作是一个整体n常被称为“芯片组”本讲稿第三十八页，共七十五页2.存储芯片地址线的连接n芯片的地址线通常应全部与系统的低位地址总线相连n寻址时，这部分地址的译码是在存储芯片内完成的，我们称为“片内译码”本讲稿第三十九页，共七十五页片内译码A9A0存储芯片存储芯片000H001H002H3FDH3FEH3FFH全0全1000000010010110111101111范围（16进制）A9A0本讲稿第四十页，共七十五页3.存储芯片片选端的译码n存储系统常
21、需利用多个存储芯片扩充容量n也就是扩充了存储器地址范围n进行“地址扩充”，需要利用存储芯片的片选端对多个存储芯片（组）进行寻址n这个寻址方法，主要通过将存储芯片的片选端与系统的高位地址线相关联来实现n这种扩充简称为“地址扩充”或“字扩充”本讲稿第四十一页，共七十五页地址扩充（字扩充）片选端片选端D7D0A19A10A9A0（2）A9A0D7D0CE（1）A9A0D7D0CE译码器00000000010000000000本讲稿第四十二页，共七十五页CPUCPU与存储器的连接v存储器芯片片选端的处理线选法 地址的高位直接作为各个芯片的片选信号，在寻址时只有一位有效来使片选信号有效的方法称为线选法。
22、部分译码法 用部分高位地址进行译码产生片选信号。完全译码法 全部高位地址译码产生片选信号。本讲稿第四十三页，共七十五页线选译码n只用少数几根高位地址线进行芯片的译码，且每根每根(1表示选中表示选中,0表示没表示没有选中有选中)负责选中一个芯片（组）n虽构成简单，但地址空间严重浪费n必然会出现地址重复n一个存储地址会对应多个存储单元n多个存储单元共用的存储地址不应使用本讲稿第四十四页，共七十五页线选译码示例A14A12A0A13(1)6264(2)6264 CECEA19 A15A14 A13A12A0一个可用地址121 00 1全0全1全0全104000H05FFFH02000H03FFFH切
23、记：A14 A1300的情况不能出现00000H01FFFH的地址不可使用本讲稿第四十五页，共七十五页部分译码n只有部分（高位）地址线参与对存储芯片的译码n每个存储单元将对应多个地址（地址重复），需要选取一个可用地址n可简化译码电路的设计n但系统的部分地址空间将被浪费本讲稿第四十六页，共七十五页部分译码示例138A17 A16A11A0A14 A13A12(4)(3)(2)(1)2732273227322732CBAE3E2E1IO/MCECECECEY0Y1Y2Y3A19 A15A14 A12A11A0一个可用地址123410101010000001010011全0全1全0全1全0全1全0全
24、120000H20FFFH21000H21FFFH22000H22FFFH23000H23FFFH本讲稿第四十七页，共七十五页全译码n所有的系统地址线均参与对存储单元的译码寻址n包括低位地址线对芯片内各存储单元的译码寻址（片内译码），高位地址线对存储芯片的译码寻址（片选译码）n采用全译码，每个存储单元的地址都是唯一的，不存在地址重复n译码电路可能比较复杂、连线也较多本讲稿第四十八页，共七十五页全译码示例A15 A14A13A16CBAE3138 2764A19A18A17A12A0CEY6E2E1IO/M1C000H1DFFFH全0全100011100001110地址范围A12A0A19A18
25、A17A16A15A14A13本讲稿第四十九页，共七十五页存储芯片的读写控制n芯片OE*与系统的读命令线相连n当芯片被选中、且读命令有效时，存储芯片将开放并驱动数据到总线n芯片WE*与系统的写命令线相连n当芯片被选中、且写命令有效时，允许总线数据写入存储芯片本讲稿第五十页，共七十五页5.4.2 存储芯片与CPU的配合n存储芯片与CPU总线的连接，还有两个很重要的问题：nCPU的总线负载能力nCPU能否带动总线上包括存储器在内的连接器件n存储芯片与CPU总线时序的配合nCPU能否与存储器的存取速度相配合本讲稿第五十一页，共七十五页1.总线驱动nCPU的总线驱动能力有限n单向传送的地址和控制总线，
26、可采用三态锁存器和三态单向驱动器等来加以锁存和驱动n双向传送的数据总线，可以采用三态双向驱动器来加以驱动本讲稿第五十二页，共七十五页2.时序配合n分析存储器的存取速度是否满足CPU总线时序的要求n如果不能满足：n考虑更换芯片n总线周期中插入等待状态TW切记：时序配合是连接中的难点本讲稿第五十三页，共七十五页本讲稿第五十四页，共七十五页课堂习题n若若256K的的SRAM具具有有八八条条数数据据线线，则则它它具具有有_条地址线条地址线 n某某存存储储器器系系统统中中,ROM为为10KB,RAM54KB,使使用用16位位地地址址来来寻寻址址.其其中中ROM位位于于低低地地址址位位置置,则则其地址范围
27、是其地址范围是_本讲稿第五十五页，共七十五页课堂习题n若若设设某某容容量量为为8K字字节节的的RAM芯芯片片起起始始地地址址为为4000H，则其终止地址为，则其终止地址为_n16K*32位位的的RAM芯芯片片，其其引引脚脚的的个个数数至至少少为为_n设设某某存存储储器器的的地地址址线线为为20条条，存存储储单单元元为为字字节节，采采用用2K*4位位RAM芯芯片片构构成成该该存存储储器器，则则该该存存储储器器 被被 扩扩 充充 成成 最最 大大 容容 量量 时时，需需 要要_片该片该RAM芯片。芯片。本讲稿第五十六页，共七十五页 外存储器简介外存储器简介n所谓外存储器就是指在微型机之外、通过设备
28、接口连接的存储器。常用的外存储器包括硬盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、CD-R0M及存储卡等。与内存相比，外存储器的容量非常大，但速度慢。内存中的信息一般不能永久保存，一旦停电，所存储的信息便立即消失。虽然ROM停电后能保存信息，但它只能读出，不能在线写入，只能存放一些相对不变化的信息和数据，如BI0S等。外存储器弥补了这些缺陷，它为计算机提供了大容量、永久性的存储功能。本讲稿第五十七页，共七十五页磁记录原理n磁记录是以磁介质受外磁场的磁化，当去掉外磁场后仍有介质剩余磁化状态这一性质为基本原理。磁盘机（HDD、FDD）是由介质、读写磁头、读写电路、马达及伺服驱动电路等组成。磁盘的读写原理如图
29、所示本讲稿第五十八页，共七十五页写入数据原理当要记录的电流通过线圈时，为了保持磁化强度，记录信号的脉冲需要一个周期内使磁场方向改变一次，当磁头中写电流从正向稳态变为反向稳态时，使记录在介质上的正向饱和磁化强度翻转到反向饱和磁化强度。本讲稿第五十九页，共七十五页 读出数据原理及过程读出是写入的逆过程。当磁头与磁介质作相对运动时，由于磁介质与磁头铁芯的缝隙相接触，使铁芯中出现原记录的散磁通，并且在读出线圈两端产生感生电动势。经过读出电路就可还原成读出电流，读出电流的方向、大小正好与原记录信号相同，使原数据信号还原。本讲稿第六十页，共七十五页硬盘的工作原理 n n硬盘作为一种磁表面存储器，是在非磁性
30、的合金材料表面涂上一层很薄的磁性材料，通过磁层的磁化方向来存储“1”、“0”信息来存储信息。硬盘主要由磁盘和磁头及控制电路组成，信息存储在磁盘上，磁头负责读出或写入并传送到硬盘自带的Cache中.Cache中的数据可以通过硬盘接口与外界进行数据交换。本讲稿第六十一页，共七十五页n硬盘包括一到数片盘片platters，其一个或两个面surfaces涂有磁性材料用于记录数据。每面有一个读写头read-write head用于读写数据。盘片有一个共同的轴，典型的旋转速度是每分钟3600转，高性能的硬盘转速可能更高。磁头可沿着盘片的半径移动，磁头移动加上盘片旋转可以使词头存取磁盘表面的任何一个位置。本
31、讲稿第六十二页，共七十五页n磁盘表面通常被分为同心圆环，叫磁道tracks，磁道又被分为扇区sectors。用这样分来将磁盘定位，用于为文件定位磁盘空间。要在硬盘上找到给定的位置，可能说3面5道7扇区。通常所有磁道有相同的扇区数，但也有硬盘在外圈磁道放较多的扇区(所有扇区用同样大小的物理空间，这样在较长的外圈磁道可以容纳更多的数据)。一般一个扇区容纳512字节数据。磁盘不能处理比一个扇区更小的数据量。每个面以相同的方式分为磁道和扇区。这意味着当一个磁头在某个磁道时，其他磁头也在相应的位置，所有相同位置的磁道组成柱面cylinder。磁头从一个磁道(柱面)移动到另一个需要花时间，所以将经常要在一
32、起存取的数据(如一个文件)放在一个柱面里。这改善了性能。当然不可能完全作到，文件被放在几个相分离的位置叫碎片fragmented。本讲稿第六十三页，共七十五页n硬盘容量=柱面数磁头数扇区数每扇区字节数（每扇区512字节）例 如，柱 面 数 为4096，磁头数为16，扇区数为63的 硬 盘 容 量 为164096635122.1GB。本讲稿第六十四页，共七十五页n磁盘的面(或头，实际是一样的)、柱面、扇区数各不相同，硬盘这些数目叫硬盘参数geometry。硬盘参数通常存在一个特定的、由电池供电的存储区中，叫CMOS RAM，操作系统在引导启动或驱动器初始化时可以从那里得到硬盘参数。本讲稿第六十五
33、页，共七十五页 硬盘的重要的技术指标 n高速缓存 n主轴转速 n平均存取时间：磁盘在读写数据时，磁头从起始位置到达目标位置稳定下来，并从目标位置上找到要读或写的数据的扇区所需要的全部时间。n连续无故障时间和平均故障修复时间.本讲稿第六十六页，共七十五页 光盘光盘随着多媒体技术及应用软件向大型化方向发展，利用软盘作为传播、存储软件及数据的媒体已越来越不能满足用户的需求，人们需要一种高容量、高速度、工作稳定可靠、耐用性强的媒体来取代软盘，这样就诞生了今天的CD-ROM和DVD等产品。现在，CD-ROM已成为微机的标准配置。本讲稿第六十七页，共七十五页光盘记录信息的原理nCD-ROM盘片由3层组成：
34、透明的聚碳酸脂塑料衬底和记录信息的铝反射层以及涂漆保护层.。CD-ROM的标准尺寸是外径120mm，内孔直径15mm，厚度为1.2mm。CD-ROM是用铝反射层上的凹坑和非凹坑来存放信息的。聚焦的激光束照射到光盘上，利用凹坑与非凹坑反射强度的差别来读出所存信息。本讲稿第六十八页，共七十五页n在CD-ROM上，用凹坑的前后沿表示1，用凹坑和凹坑之间持续长度表示0的个数。见图所示。但是，若把存储的数据直接按此格式记录时就会产生问题，因为若二进制信息中有连续两个以上的1存在时，将无法进行记录。为此需要将要存储的数据进行适当的转换。保护层保护层铝反射层反射层透明衬底透明衬底读出的光电信读出的光电信号号
35、EFMEFM码码0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 05.4 5.4 光盘记录原理光盘记录原理本讲稿第六十九页，共七十五页n便于在CD-ROM光盘上记录信息的数据编码叫做8-14 EFM编码。它是一种将8位二进制数据转换成14位二进制数据的编码。众所周知，8位数据共有256种编码，而14位二进制编码可以构成16384种编码。我们可以从这16384种编码中，找到这样的编码：在两个1之间至少有2个0而又不多于10个0。16384种编码中满足上述要求的共有267种编码，从中去掉不太合适的11种，用余下的256种编码与8位二进制数据的256种编码一一
36、对应，这样就可以构成8位数据和14位EFM码相对应的EFM转换表。本讲稿第七十页，共七十五页n在数据编码过程中，通过查找EFM转换表即可将8位数据转换成满足要求的14位EFM码。为了在两个14位通道码结合的位置上也满足上述编码要求，我们在两个EFM码之间再增加3位合并码（000）。例如：n 8位数据 11101000 111000l0n 14位通道 00010010000010 10010001000010 n 加合并码 00010010000010 00010010001000010n最后，将加有合并码的通道位信息写到CD-ROM上，形成前面所提到的凹坑和非凹坑。n当数据从CD-ROM上读出
37、时，通过上述过程的逆过程，即可获得原来的数据。本讲稿第七十一页，共七十五页光盘及光盘驱动器的技术指标n容量，一张CD-ROM盘的标准容量为640MB，也有580MB和700MB规格的。n数据传输率，最早的CD-ROM驱动器的数据传输率是150KB/s，一般把这种速率称为1倍速，记为“1X”。数据传输率为300KB/s的CD-ROM驱动器称为2倍速光驱，记为“2X”，依次类推。目前常见的光驱有“36X”、“40X”、“50X”等。目前的光驱速度已不成问题，用户更关心的是光驱的读盘能力，即它的纠错能力。n缓冲存储器，缓冲存储器在光驱中内置的RAM存储器，它用来暂存CD-ROM中读出的数据，以便能够
38、保持以恒定的数据传输率向主机传送数据。CD-ROM驱动器中缓冲存储器的容量一般为64KB，最大可达256KB。n读取时间，读取时间是指CD-ROM驱动器接收到命令后，移动光学头到指定位置，并把第一个数据读入CD-ROM驱动器的缓冲存储器这个过程所花费的时间。目前，CD-ROM驱动器的读取时间一般在200400ms。本讲稿第七十二页，共七十五页光盘的种类目前的光盘从读写方式上讲，主要有以下几种。n只读光盘（CD-ROM，CD，VCD，LD）均是一次成型的产品，由一种称作母盘的原盘压制而成，一只张母盘可以压制数千张光盘。其最大特点是盘上信息一次制成，可以复读而不能再写。一般我们用来听音乐的CD盘，
39、VCD影碟以及存放程序文件和游戏节目的CD-ROM均属此类。这种光盘的数据存储量一般在650MB700MB左右。nDVD（Digital Video Disc,Digital Versatile Disk）是1996年底推出的新一代光盘标准，主要用于存储视频图像。单个DVD盘片上能存放4.717.7GB的数据。目前其最大传输速率是2MB/s左右。n一次性刻录光盘CD-R是只能写入一次的光盘。它需要用专门的光盘刻录机将信息写入，刻录好的光盘不允许再次更改。这种光盘的容量一般为650MB。本讲稿第七十三页，共七十五页可擦写的光盘（MO，PD，CD-RW）与CD-ROM光盘本质的区别是可以重复读写。
40、也就是说，对于存储在光盘上的信息，可以根据操作者的需要而自由更改、读出、拷贝、删除。MO光盘、PD光盘、CD-RW均属此类。这里仅简单介绍一下MO磁光盘。MO的全名是Magneto Optical Disk，是光学与磁学结合而成的一种存储技术，MO盘的表面含有磁性物质，这些磁性物质在高温下就能被磁化，当信息要写进MO盘的时候，激光会聚焦在指定的位置而产生大约300度的高热，MO光盘机的磁鼓便会根据写入的信息而把MO碟的磁性物质磁化；MO光盘机利用另一激光去阅读MO光盘上磁化物质的极性，反射回来的激光会根据磁性物质的极性而产生不同的偏振角度，检测这个偏振角度，便可以知道所存储的信息。由于MO碟的
41、磁性物质磁化的次数不限，所以MO光盘便可以不限次数地读写。市面上流行的3.5寸MO光盘容量有230MB、640MB和1.5GB本讲稿第七十四页，共七十五页课后习题n假假设设VCD光光盘盘存存储储容容量量为为600MB，该该光光盘盘能能以以30帧帧/秒秒的的速速度度播播放放1024*768分分辨辨率率，24位位真真彩彩色色的的图图象象一一个个小小时时，则则VCD的的图图象象压压缩缩比比为为_n某某硬硬盘盘的的技技术术参参数数为为柱柱面面1024,磁磁头头16,扇扇区区数数64，则则该该硬硬盘盘的的总总容容量量为为_ 若若硬硬盘盘的的转转速速为为5600转转/分分，则则硬硬盘盘的的最最大大数数据据传传输输率率为为 _ n50倍倍 速速 的的 光光 驱驱 其其 最最 大大 数数 据据 传传 输输 率率 为为_ 本讲稿第七十五页，共七十五页