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1、计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第4 4 4 4章章章章 存储器存储器存储器存储器第二篇第二篇第二篇第二篇 硬件结构硬件结构硬件结构硬件结构磁荷随机存储器磁荷随机存储器磁荷随机存储器磁荷随机存储器 快速电擦除可编快速电擦除可编快速电擦除可编快速电擦除可编程只读存储器程只读存储器程只读存储器程只读存储器 存存储储器器计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第4 4 4 4章章章章 存储器存储器存储器存储器第二篇第二篇第二篇第二篇 硬件结构硬件结构硬件结构硬件结构 第第第第4 4 4 4章章章章 教教教教 学学学学 内内内内 容容容容4.1 4.
2、1 4.1 4.1 概述概述概述概述4.2 4.2 4.2 4.2 主存储器主存储器主存储器主存储器 4.3 4.3 4.3 4.3 高速缓冲存储器高速缓冲存储器高速缓冲存储器高速缓冲存储器4.4 4.4 4.4 4.4 辅助存储器辅助存储器辅助存储器辅助存储器 一、一、一、一、磁表面存储器磁表面存储器磁表面存储器磁表面存储器 1 1 1 1、磁记录原理、磁记录原理、磁记录原理、磁记录原理 2 2 2 2、磁记录方式、磁记录方式、磁记录方式、磁记录方式 3 3 3 3、磁表面存储器指标、磁表面存储器指标、磁表面存储器指标、磁表面存储器指标 二、硬盘存储器二、硬盘存储器二、硬盘存储器二、硬盘存储
3、器 1 1 1 1、硬磁盘类型、硬磁盘类型、硬磁盘类型、硬磁盘类型 2 2 2 2、硬磁盘结构、硬磁盘结构、硬磁盘结构、硬磁盘结构 3 3 3 3、硬磁盘记录格式、硬磁盘记录格式、硬磁盘记录格式、硬磁盘记录格式 4 4 4 4、硬磁盘发展、硬磁盘发展、硬磁盘发展、硬磁盘发展 三、软盘、磁带、光盘存储器三、软盘、磁带、光盘存储器三、软盘、磁带、光盘存储器三、软盘、磁带、光盘存储器*计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第4 4 4 4章章章章 存储器存储器存储器存储器第二篇第二篇第二篇第二篇 硬件结构硬件结构硬件结构硬件结构辅存辅存辅存辅存在现代计算机的层次存储器系统中的
4、地位在现代计算机的层次存储器系统中的地位在现代计算机的层次存储器系统中的地位在现代计算机的层次存储器系统中的地位ControlControlDatapathDatapathSecondarySecondaryStorageStorage(Disk)(Disk)ProcessorProcessorRegistersRegistersMainMainMemoryMemory(DRAM)(DRAM)SecondSecondLevelLevelCacheCache(SRAM)(SRAM)On-ChipOn-ChipCacheCache1ns1nsMillisecondsMilliseconds GB
5、GBSpeed:Speed:10ns 10ns KB-MBKB-MB50-100ns50-100nsMB-GBMB-GBB BSize:Size:TertiaryTertiaryStorageStorage(Disk)(Disk)SecondsSecondsTBTB特点：容量大、速度慢、价格低、非易失、后备特点：容量大、速度慢、价格低、非易失、后备特点：容量大、速度慢、价格低、非易失、后备特点：容量大、速度慢、价格低、非易失、后备硬盘硬盘硬盘硬盘磁盘磁盘磁盘磁盘软盘软盘软盘软盘光盘光盘光盘光盘 U U盘盘盘盘计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第4 4 4 4章章章章
6、 存储器存储器存储器存储器第二篇第二篇第二篇第二篇 硬件结构硬件结构硬件结构硬件结构铁氧体铁氧体铁氧体铁氧体线圈线圈线圈线圈电流电流电流电流磁记录介质磁记录介质磁记录介质磁记录介质1 1、磁记录原理、磁记录原理、磁记录原理、磁记录原理磁头磁头磁头磁头，软磁材料，软磁材料，软磁材料，软磁材料导磁率高，饱和磁感应强度大导磁率高，饱和磁感应强度大导磁率高，饱和磁感应强度大导磁率高，饱和磁感应强度大矫顽力小，剩余磁感应强度小矫顽力小，剩余磁感应强度小矫顽力小，剩余磁感应强度小矫顽力小，剩余磁感应强度小磁记录材料磁记录材料磁记录材料磁记录材料，硬磁材料，硬磁材料，硬磁材料，硬磁材料记录密度高，记录信息时
7、间长记录密度高，记录信息时间长记录密度高，记录信息时间长记录密度高，记录信息时间长输出信号幅度大，噪声低输出信号幅度大，噪声低输出信号幅度大，噪声低输出信号幅度大，噪声低表面组织紧密、光滑、无麻点表面组织紧密、光滑、无麻点表面组织紧密、光滑、无麻点表面组织紧密、光滑、无麻点 薄厚均匀，温度、湿度影响小薄厚均匀，温度、湿度影响小薄厚均匀，温度、湿度影响小薄厚均匀，温度、湿度影响小一、磁表面存储器一、磁表面存储器一、磁表面存储器一、磁表面存储器写写写写：信息电流磁化记录介质，信息电流磁化记录介质，信息电流磁化记录介质，信息电流磁化记录介质，磁层表面磁化极性方向区别磁层表面磁化极性方向区别磁层表面磁
8、化极性方向区别磁层表面磁化极性方向区别01010101读读读读：记录介质均匀移动，在磁记录介质均匀移动，在磁记录介质均匀移动，在磁记录介质均匀移动，在磁头中感应出电动势，形成读出头中感应出电动势，形成读出头中感应出电动势，形成读出头中感应出电动势，形成读出电流，剩磁方向决定电流，剩磁方向决定电流，剩磁方向决定电流，剩磁方向决定01010101计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第4 4 4 4章章章章 存储器存储器存储器存储器第二篇第二篇第二篇第二篇 硬件结构硬件结构硬件结构硬件结构2 2、磁记录方式、磁记录方式、磁记录方式、磁记录方式 一种编码方法，即按某种规律将一
9、串二进制信息，一种编码方法，即按某种规律将一串二进制信息，一种编码方法，即按某种规律将一串二进制信息，一种编码方法，即按某种规律将一串二进制信息，通过读写电路变换成磁层介质中的磁化翻转序列通过读写电路变换成磁层介质中的磁化翻转序列通过读写电路变换成磁层介质中的磁化翻转序列通过读写电路变换成磁层介质中的磁化翻转序列一、磁表面存储器一、磁表面存储器一、磁表面存储器一、磁表面存储器（1 1）定义：）定义：）定义：）定义：（2 2）常见编码方式：）常见编码方式：）常见编码方式：）常见编码方式：n归零制（归零制（归零制（归零制（RZRZ）线圈中正脉冲电流为线圈中正脉冲电流为线圈中正脉冲电流为线圈中正脉冲
10、电流为“1 1 1 1”，负脉冲电流表，负脉冲电流表，负脉冲电流表，负脉冲电流表示示示示“0 0 0 0”，两位信息位之间线圈中无电流。，两位信息位之间线圈中无电流。，两位信息位之间线圈中无电流。，两位信息位之间线圈中无电流。RZ位信息位信息 1 0 1 1 1 0 0 0 1计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第4 4 4 4章章章章 存储器存储器存储器存储器第二篇第二篇第二篇第二篇 硬件结构硬件结构硬件结构硬件结构n不归零制（不归零制（不归零制（不归零制（NRZNRZ）线圈中一直有正或负脉冲电流，相邻两位线圈中一直有正或负脉冲电流，相邻两位线圈中一直有正或负脉冲电
11、流，相邻两位线圈中一直有正或负脉冲电流，相邻两位信息位代码不同才改变电流方向。信息位代码不同才改变电流方向。信息位代码不同才改变电流方向。信息位代码不同才改变电流方向。n见见见见1 1翻转的不归零制（翻转的不归零制（翻转的不归零制（翻转的不归零制（NRZ1NRZ1）线圈中始终脉冲电流，只有见到线圈中始终脉冲电流，只有见到线圈中始终脉冲电流，只有见到线圈中始终脉冲电流，只有见到“1”1”1”1”才改才改才改才改变电流的方向，记录变电流的方向，记录变电流的方向，记录变电流的方向，记录“0”0”0”0”时电流方向保持不变。时电流方向保持不变。时电流方向保持不变。时电流方向保持不变。NRZ位信息位信息
12、 1 0 1 1 1 0 0 0 1位信息位信息 1 0 1 1 1 0 0 0 1NRZ1一、磁表面存储器一、磁表面存储器一、磁表面存储器一、磁表面存储器计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第4 4 4 4章章章章 存储器存储器存储器存储器第二篇第二篇第二篇第二篇 硬件结构硬件结构硬件结构硬件结构一、磁表面存储器一、磁表面存储器一、磁表面存储器一、磁表面存储器n调相制（调相制（调相制（调相制（PM/PEPM/PE）相位编码。用脉冲边沿来表示相位编码。用脉冲边沿来表示相位编码。用脉冲边沿来表示相位编码。用脉冲边沿来表示,记录记录记录记录“0”0”0”0”由负由负由负由
13、负变正，记录变正，记录变正，记录变正，记录“1”1”1”1”由正变负。相同相邻信息间要变方由正变负。相同相邻信息间要变方由正变负。相同相邻信息间要变方由正变负。相同相邻信息间要变方向，不同相邻信息间不变方向。向，不同相邻信息间不变方向。向，不同相邻信息间不变方向。向，不同相邻信息间不变方向。n调频制（调频制（调频制（调频制（FMFM）频率编码。频率编码。频率编码。频率编码。“1”:1”:1”:1”:高频记录，位周期中心翻转；高频记录，位周期中心翻转；高频记录，位周期中心翻转；高频记录，位周期中心翻转；“0”:0”:0”:0”:低频记录，位周期中心不翻转；位与位之间都低频记录，位周期中心不翻转；
14、位与位之间都低频记录，位周期中心不翻转；位与位之间都低频记录，位周期中心不翻转；位与位之间都翻转。翻转。翻转。翻转。位信息位信息 1 0 1 1 1 0 0 0 1PM位信息位信息 1 0 1 1 1 0 0 0 1FM计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第4 4 4 4章章章章 存储器存储器存储器存储器第二篇第二篇第二篇第二篇 硬件结构硬件结构硬件结构硬件结构n改进的调频制（改进的调频制（改进的调频制（改进的调频制（MFMMFM）倍密度频率编码。倍密度频率编码。倍密度频率编码。倍密度频率编码。“1”:1”:1”:1”:高频记录，位周期中心高频记录，位周期中心高频记录
15、，位周期中心高频记录，位周期中心翻转；翻转；翻转；翻转；“0”:0”:0”:0”:低频记录，位周期中心不翻转；位与位低频记录，位周期中心不翻转；位与位低频记录，位周期中心不翻转；位与位低频记录，位周期中心不翻转；位与位只有连续两个只有连续两个只有连续两个只有连续两个(2(2(2(2以上以上以上以上)的的的的“0”0”0”0”时才在位周期时才在位周期时才在位周期时才在位周期起始位置起始位置起始位置起始位置翻转翻转翻转翻转位信息位信息 1 0 1 1 1 0 0 0 1FMMFMn二次改进的调频制（二次改进的调频制（二次改进的调频制（二次改进的调频制（MM2 2FMFM）n成组编码（成组编码（成组
16、编码（成组编码（GCRGCR）n游程长度受限码（游程长度受限码（游程长度受限码（游程长度受限码（RLLRLL）一、磁表面存储器一、磁表面存储器一、磁表面存储器一、磁表面存储器计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第4 4 4 4章章章章 存储器存储器存储器存储器第二篇第二篇第二篇第二篇 硬件结构硬件结构硬件结构硬件结构l高编码效率：高编码效率：高编码效率：高编码效率：位密度与磁化翻转密度比值，高好。位密度与磁化翻转密度比值，高好。位密度与磁化翻转密度比值，高好。位密度与磁化翻转密度比值，高好。l高自同步能力：高自同步能力：高自同步能力：高自同步能力：从单个磁道读出的脉冲
17、序列中提取同步脉冲时钟从单个磁道读出的脉冲序列中提取同步脉冲时钟从单个磁道读出的脉冲序列中提取同步脉冲时钟从单个磁道读出的脉冲序列中提取同步脉冲时钟的难易程度，用最小磁化翻转间隔与最大磁化翻转间的难易程度，用最小磁化翻转间隔与最大磁化翻转间的难易程度，用最小磁化翻转间隔与最大磁化翻转间的难易程度，用最小磁化翻转间隔与最大磁化翻转间隔比值衡量，高好。隔比值衡量，高好。隔比值衡量，高好。隔比值衡量，高好。l高信息独立性：高信息独立性：高信息独立性：高信息独立性：某一位读出误码不影响后续位的正确性，高好。某一位读出误码不影响后续位的正确性，高好。某一位读出误码不影响后续位的正确性，高好。某一位读出误
18、码不影响后续位的正确性，高好。l高读分辨力高读分辨力高读分辨力高读分辨力l高抗干扰力高抗干扰力高抗干扰力高抗干扰力l低电路复杂度低电路复杂度低电路复杂度低电路复杂度l宽频带宽度宽频带宽度宽频带宽度宽频带宽度（3 3）记录方式的评价指标：）记录方式的评价指标：）记录方式的评价指标：）记录方式的评价指标：一、磁表面存储器一、磁表面存储器一、磁表面存储器一、磁表面存储器计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第4 4 4 4章章章章 存储器存储器存储器存储器第二篇第二篇第二篇第二篇 硬件结构硬件结构硬件结构硬件结构一、磁表面存储器一、磁表面存储器一、磁表面存储器一、磁表面存储器
19、3 3、磁表面存储器指标、磁表面存储器指标、磁表面存储器指标、磁表面存储器指标磁盘磁盘磁盘磁盘道密度道密度道密度道密度：沿半径方向单位长度磁道数，：沿半径方向单位长度磁道数，：沿半径方向单位长度磁道数，：沿半径方向单位长度磁道数，tpm/tpitpm/tpi磁带磁带磁带磁带/磁盘磁盘磁盘磁盘位密度位密度位密度位密度：单位长度磁道记：单位长度磁道记：单位长度磁道记：单位长度磁道记录的比特数录的比特数录的比特数录的比特数bpmbpm/bpi/bpil记录密度记录密度记录密度记录密度计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第4 4 4 4章章章章 存储器存储器存储器存储器第二篇
20、第二篇第二篇第二篇 硬件结构硬件结构硬件结构硬件结构l存储容量存储容量存储容量存储容量磁表面存储器所能存储的二进制信息的总量，磁表面存储器所能存储的二进制信息的总量，磁表面存储器所能存储的二进制信息的总量，磁表面存储器所能存储的二进制信息的总量，ByteBytePlattersPlattersTrackTrackSectorSector一、磁表面存储器一、磁表面存储器一、磁表面存储器一、磁表面存储器计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第4 4 4 4章章章章 存储器存储器存储器存储器第二篇第二篇第二篇第二篇 硬件结构硬件结构硬件结构硬件结构l平均寻址时间平均寻址时间平
21、均寻址时间平均寻址时间磁盘磁盘磁盘磁盘访问过程访问过程访问过程访问过程直接存取直接存取直接存取直接存取方式方式方式方式 (1)(1)寻道：将读写磁头移动到正确的磁道上寻道：将读写磁头移动到正确的磁道上寻道：将读写磁头移动到正确的磁道上寻道：将读写磁头移动到正确的磁道上 (2)(2)寻找扇区：等待磁盘旋转到需要访问的扇区寻找扇区：等待磁盘旋转到需要访问的扇区寻找扇区：等待磁盘旋转到需要访问的扇区寻找扇区：等待磁盘旋转到需要访问的扇区 (3)(3)数据传输：读写数据（数据传输：读写数据（数据传输：读写数据（数据传输：读写数据（1 1个或多个扇区）个或多个扇区）个或多个扇区）个或多个扇区）磁带磁带磁
22、带磁带访问过程访问过程访问过程访问过程顺序存取顺序存取顺序存取顺序存取方式方式方式方式 磁头不动，磁带移动，不寻道但需要等待。磁头不动，磁带移动，不寻道但需要等待。磁头不动，磁带移动，不寻道但需要等待。磁头不动，磁带移动，不寻道但需要等待。一、磁表面存储器一、磁表面存储器一、磁表面存储器一、磁表面存储器计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第4 4 4 4章章章章 存储器存储器存储器存储器第二篇第二篇第二篇第二篇 硬件结构硬件结构硬件结构硬件结构l数据传输率数据传输率数据传输率数据传输率l误码率误码率误码率误码率常用循环冗余码常用循环冗余码常用循环冗余码常用循环冗余码C
23、RCCRC来发现和纠正传输错误来发现和纠正传输错误来发现和纠正传输错误来发现和纠正传输错误记录介质记录介质记录介质记录介质运动速度运动速度运动速度运动速度记录密度记录密度记录密度记录密度数据传输率数据传输率数据传输率数据传输率一、磁表面存储器一、磁表面存储器一、磁表面存储器一、磁表面存储器计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第4 4 4 4章章章章 存储器存储器存储器存储器第二篇第二篇第二篇第二篇 硬件结构硬件结构硬件结构硬件结构1 1、硬磁盘类型、硬磁盘类型、硬磁盘类型、硬磁盘类型3 3、硬磁盘记录格式、硬磁盘记录格式、硬磁盘记录格式、硬磁盘记录格式4 4、硬磁盘发
24、展、硬磁盘发展、硬磁盘发展、硬磁盘发展二、硬盘存储器二、硬盘存储器二、硬盘存储器二、硬盘存储器2 2、硬磁盘结构、硬磁盘结构、硬磁盘结构、硬磁盘结构二、硬盘存储器二、硬盘存储器二、硬盘存储器二、硬盘存储器固定磁头磁盘固定磁头磁盘固定磁头磁盘固定磁头磁盘移动磁头磁盘移动磁头磁盘移动磁头磁盘移动磁头磁盘磁头工作方式磁头工作方式磁头工作方式磁头工作方式可换盘片磁盘可换盘片磁盘可换盘片磁盘可换盘片磁盘头盘固定磁盘头盘固定磁盘头盘固定磁盘头盘固定磁盘 磁盘可换性磁盘可换性磁盘可换性磁盘可换性1 1、硬磁盘类型、硬磁盘类型、硬磁盘类型、硬磁盘类型温温温温彻斯特彻斯特彻斯特彻斯特盘盘盘盘:可移动磁头固定盘片
25、可移动磁头固定盘片可移动磁头固定盘片可移动磁头固定盘片计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第4 4 4 4章章章章 存储器存储器存储器存储器第二篇第二篇第二篇第二篇 硬件结构硬件结构硬件结构硬件结构2 2、硬磁盘结构、硬磁盘结构、硬磁盘结构、硬磁盘结构二、硬盘存储器二、硬盘存储器二、硬盘存储器二、硬盘存储器下面以目前最有代表性的下面以目前最有代表性的下面以目前最有代表性的下面以目前最有代表性的温切斯特磁盘温切斯特磁盘温切斯特磁盘温切斯特磁盘存储器为例：存储器为例：存储器为例：存储器为例：（1 1）磁盘驱动器）磁盘驱动器）磁盘驱动器）磁盘驱动器l主轴系统：主轴系统：主轴
26、系统：主轴系统：盘片、传动机构、磁头、读写臂、小车、电机盘片、传动机构、磁头、读写臂、小车、电机盘片、传动机构、磁头、读写臂、小车、电机盘片、传动机构、磁头、读写臂、小车、电机l驱动定位系统：驱动定位系统：驱动定位系统：驱动定位系统：位置检测、比较、放大电路位置检测、比较、放大电路位置检测、比较、放大电路位置检测、比较、放大电路l数据控制部分：数据控制部分：数据控制部分：数据控制部分：地址接收、记录电流形成、读放大、译码地址接收、记录电流形成、读放大、译码地址接收、记录电流形成、读放大、译码地址接收、记录电流形成、读放大、译码计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第4
27、4 4 4章章章章 存储器存储器存储器存储器第二篇第二篇第二篇第二篇 硬件结构硬件结构硬件结构硬件结构二、硬盘存储器二、硬盘存储器二、硬盘存储器二、硬盘存储器检测比较检测比较检测比较检测比较放大放大放大放大磁头磁头磁头磁头磁磁磁磁盘盘盘盘组组组组主轴主轴主轴主轴通风机通风机通风机通风机取数臂取数臂取数臂取数臂 定位驱动器定位驱动器定位驱动器定位驱动器速度速度速度速度传感器传感器传感器传感器小车小车小车小车主电机主电机主电机主电机传动皮带传动皮带传动皮带传动皮带滤尘器滤尘器滤尘器滤尘器密封罩密封罩密封罩密封罩（1 1 1 1）磁盘驱动器）磁盘驱动器）磁盘驱动器）磁盘驱动器磁盘控制器磁盘控制器磁盘
28、控制器磁盘控制器磁盘控制器磁盘控制器信号信号信号信号信号信号计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第4 4 4 4章章章章 存储器存储器存储器存储器第二篇第二篇第二篇第二篇 硬件结构硬件结构硬件结构硬件结构（2 2）磁盘控制器）磁盘控制器）磁盘控制器）磁盘控制器 一块硬件插板，接收主机命令，转换为磁盘一块硬件插板，接收主机命令，转换为磁盘一块硬件插板，接收主机命令，转换为磁盘一块硬件插板，接收主机命令，转换为磁盘驱动器的控制命令，常见控制器驱动器的控制命令，常见控制器驱动器的控制命令，常见控制器驱动器的控制命令，常见控制器-驱动器界面：驱动器界面：驱动器界面：驱动器界面
29、：ST506ST506硬盘接口硬盘接口硬盘接口硬盘接口ESDI/SMDESDI/SMD硬盘接口硬盘接口硬盘接口硬盘接口SCSISCSI硬盘接口硬盘接口硬盘接口硬盘接口二、硬盘存储器二、硬盘存储器二、硬盘存储器二、硬盘存储器驱动器驱动器驱动器驱动器驱动器驱动器驱动器驱动器驱动器驱动器驱动器驱动器串并串并串并串并转换转换转换转换格格格格 式式式式控控控控制制制制数据数据数据数据缓冲缓冲缓冲缓冲DMADMADMADMA控制控制控制控制串并串并串并串并转换转换转换转换读放读放读放读放大器大器大器大器写放写放写放写放大器大器大器大器读时钟读时钟读时钟读时钟产生器产生器产生器产生器数据数据数据数据译码译码
30、译码译码数据编码器数据编码器数据编码器数据编码器总总总总线线线线计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第4 4 4 4章章章章 存储器存储器存储器存储器第二篇第二篇第二篇第二篇 硬件结构硬件结构硬件结构硬件结构SCSISCSI接口信号线接口信号线接口信号线接口信号线计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第4 4 4 4章章章章 存储器存储器存储器存储器第二篇第二篇第二篇第二篇 硬件结构硬件结构硬件结构硬件结构（3 3）盘片）盘片）盘片）盘片 一组存储信息的磁表面载体，按格式记录数据一组存储信息的磁表面载体，按格式记录数据一组存储信息的磁表面载体，
31、按格式记录数据一组存储信息的磁表面载体，按格式记录数据3 3、硬磁盘记录格式、硬磁盘记录格式、硬磁盘记录格式、硬磁盘记录格式（1 1）定长记录格式）定长记录格式）定长记录格式）定长记录格式01010101字节字节字节字节记录块记录块记录块记录块记录记录记录记录文件文件文件文件串行串行串行串行形成形成形成形成若干若干若干若干组成组成组成组成系列系列系列系列构成构成构成构成一批一批一批一批组成组成组成组成台号台号台号台号：系统挂接的硬盘个数：系统挂接的硬盘个数：系统挂接的硬盘个数：系统挂接的硬盘个数双盘双盘双盘双盘多盘多盘多盘多盘定长记录磁盘地址定长记录磁盘地址定长记录磁盘地址定长记录磁盘地址二、
32、硬盘存储器二、硬盘存储器二、硬盘存储器二、硬盘存储器计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第4 4 4 4章章章章 存储器存储器存储器存储器第二篇第二篇第二篇第二篇 硬件结构硬件结构硬件结构硬件结构磁道号磁道号磁道号磁道号：磁盘一面含的圈数，：磁盘一面含的圈数，：磁盘一面含的圈数，：磁盘一面含的圈数，在在在在n n面的同一半径的磁道形面的同一半径的磁道形面的同一半径的磁道形面的同一半径的磁道形成圆柱面，柱面信息被移动成圆柱面，柱面信息被移动成圆柱面，柱面信息被移动成圆柱面，柱面信息被移动磁头组同时读出，故也叫磁头组同时读出，故也叫磁头组同时读出，故也叫磁头组同时读出，故
33、也叫柱柱柱柱面号面号面号面号。扇段号扇段号扇段号扇段号：每个盘面分为若干扇区，：每个盘面分为若干扇区，：每个盘面分为若干扇区，：每个盘面分为若干扇区，每条磁道被分割为若干扇段。如右每条磁道被分割为若干扇段。如右每条磁道被分割为若干扇段。如右每条磁道被分割为若干扇段。如右ISOTISOT盘盘盘盘扇段内格式：扇段内格式：扇段内格式：扇段内格式：盘面号盘面号盘面号盘面号：每个硬盘中一组磁盘的盘面数，一般：每个硬盘中一组磁盘的盘面数，一般：每个硬盘中一组磁盘的盘面数，一般：每个硬盘中一组磁盘的盘面数，一般2n-22n-2面面面面SectorTrackCylinderHeadPlatterTrackSe
34、ctor首空首空首空首空 引导引导引导引导 数据数据数据数据 校验校验校验校验 尾空尾空尾空尾空二、硬盘存储器二、硬盘存储器二、硬盘存储器二、硬盘存储器计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第4 4 4 4章章章章 存储器存储器存储器存储器第二篇第二篇第二篇第二篇 硬件结构硬件结构硬件结构硬件结构二、硬盘存储器二、硬盘存储器二、硬盘存储器二、硬盘存储器台号台号台号台号 磁道号磁道号磁道号磁道号 盘面号盘面号盘面号盘面号 扇段号扇段号扇段号扇段号定长记录格式中磁盘地址构成：定长记录格式中磁盘地址构成：定长记录格式中磁盘地址构成：定长记录格式中磁盘地址构成：定长记录格式寻址
35、次序：定长记录格式寻址次序：定长记录格式寻址次序：定长记录格式寻址次序：决定操作的硬盘决定操作的硬盘决定操作的硬盘决定操作的硬盘 台号台号台号台号确定硬盘的柱面确定硬盘的柱面确定硬盘的柱面确定硬盘的柱面磁道号磁道号磁道号磁道号选定组中某磁头选定组中某磁头选定组中某磁头选定组中某磁头盘面号盘面号盘面号盘面号旋转磁盘找扇区旋转磁盘找扇区旋转磁盘找扇区旋转磁盘找扇区扇段号扇段号扇段号扇段号计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第4 4 4 4章章章章 存储器存储器存储器存储器第二篇第二篇第二篇第二篇 硬件结构硬件结构硬件结构硬件结构=寻道时间寻道时间寻道时间寻道时间 +旋转延
36、迟旋转延迟旋转延迟旋转延迟 +传输时间传输时间传输时间传输时间 +磁盘控制器延迟磁盘控制器延迟磁盘控制器延迟磁盘控制器延迟定长记录格式中访存时间：定长记录格式中访存时间：定长记录格式中访存时间：定长记录格式中访存时间：例题例题例题例题1 1：P135P135例例例例4.124.12例题例题例题例题2 2：P136P136例例例例4.134.13二、硬盘存储器二、硬盘存储器二、硬盘存储器二、硬盘存储器寻道时间寻道时间寻道时间寻道时间：将磁头移动到正确的磁道上：将磁头移动到正确的磁道上：将磁头移动到正确的磁道上：将磁头移动到正确的磁道上 与每面磁道数、磁盘直径、磁头组速度有关与每面磁道数、磁盘直径
37、、磁头组速度有关与每面磁道数、磁盘直径、磁头组速度有关与每面磁道数、磁盘直径、磁头组速度有关旋转延迟旋转延迟旋转延迟旋转延迟：等待磁盘上扇区旋转到磁头下：等待磁盘上扇区旋转到磁头下：等待磁盘上扇区旋转到磁头下：等待磁盘上扇区旋转到磁头下 与磁盘组旋转速度、扇区数、当前扇段位置有关与磁盘组旋转速度、扇区数、当前扇段位置有关与磁盘组旋转速度、扇区数、当前扇段位置有关与磁盘组旋转速度、扇区数、当前扇段位置有关 传输时间传输时间传输时间传输时间：真正的数据读：真正的数据读：真正的数据读：真正的数据读/写时间写时间写时间写时间 与旋转速度、存储密度、数据传输率有关与旋转速度、存储密度、数据传输率有关与旋
38、转速度、存储密度、数据传输率有关与旋转速度、存储密度、数据传输率有关计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第4 4 4 4章章章章 存储器存储器存储器存储器第二篇第二篇第二篇第二篇 硬件结构硬件结构硬件结构硬件结构例题例题例题例题3 3：平均寻道时间平均寻道时间平均寻道时间平均寻道时间 =12ms;=12ms;旋转速度旋转速度旋转速度旋转速度 =5400rpm=5400rpm磁盘控制器延迟：磁盘控制器延迟：磁盘控制器延迟：磁盘控制器延迟：2ms2ms；传输速度；传输速度；传输速度；传输速度 =5MB/S=5MB/S扇区大小扇区大小扇区大小扇区大小 =512 bytes=
39、512 bytes。读取一页（读取一页（读取一页（读取一页（8 8KBKB）需要多少时间？）需要多少时间？）需要多少时间？）需要多少时间？旋转延迟：平均旋转延迟应为磁盘旋转半周的时间。旋转延迟：平均旋转延迟应为磁盘旋转半周的时间。旋转延迟：平均旋转延迟应为磁盘旋转半周的时间。旋转延迟：平均旋转延迟应为磁盘旋转半周的时间。旋转旋转旋转旋转1 1周周周周=1/5400min=11.1ms=1/5400min=11.1ms，周用时周用时周用时周用时5.6 ms5.6 ms读读读读1 1个扇区时间个扇区时间个扇区时间个扇区时间=12ms+5.6ms+0.5K/5MB/S+2ms=19.7ms=12ms
40、+5.6ms+0.5K/5MB/S+2ms=19.7ms读读读读1 1页的时间页的时间页的时间页的时间=12ms+5.6ms+8K/5MB/S+2ms=21.2ms=12ms+5.6ms+8K/5MB/S+2ms=21.2ms解：解：解：解：二、硬盘存储器二、硬盘存储器二、硬盘存储器二、硬盘存储器计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第4 4 4 4章章章章 存储器存储器存储器存储器第二篇第二篇第二篇第二篇 硬件结构硬件结构硬件结构硬件结构（2 2）不定长记录格式）不定长记录格式）不定长记录格式）不定长记录格式 不定长记录格式可以根据文件长度需要来决不定长记录格式可以根
41、据文件长度需要来决不定长记录格式可以根据文件长度需要来决不定长记录格式可以根据文件长度需要来决定记录块的长度，如定记录块的长度，如定记录块的长度，如定记录块的长度，如IBM2311IBM2311盘盘盘盘磁道格式为：磁道格式为：磁道格式为：磁道格式为：GG 磁道地址磁道地址磁道地址磁道地址标志块标志块标志块标志块数据块数据块数据块数据块1 1索引标志索引标志索引标志索引标志GGGGGG数据块数据块数据块数据块2 2 GGF F 柱面号柱面号柱面号柱面号GG磁头号磁头号磁头号磁头号数据长数据长数据长数据长数据数据数据数据关键字关键字关键字关键字块号块号块号块号校验校验校验校验校验校验校验校验键长键
42、长键长键长GG校验校验校验校验数据区数据区数据区数据区关键字区关键字区关键字区关键字区计数区计数区计数区计数区注解：数据区长度不定，由计数区注解：数据区长度不定，由计数区注解：数据区长度不定，由计数区注解：数据区长度不定，由计数区数据长数据长数据长数据长约定；约定；约定；约定；数据串行存储，字节间无间隙也无校验。数据串行存储，字节间无间隙也无校验。数据串行存储，字节间无间隙也无校验。数据串行存储，字节间无间隙也无校验。二、硬盘存储器二、硬盘存储器二、硬盘存储器二、硬盘存储器计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第4 4 4 4章章章章 存储器存储器存储器存储器第二篇第二
43、篇第二篇第二篇 硬件结构硬件结构硬件结构硬件结构4 4、硬磁盘的发展、硬磁盘的发展、硬磁盘的发展、硬磁盘的发展二、硬盘存储器二、硬盘存储器二、硬盘存储器二、硬盘存储器 (1)(1)半导体盘半导体盘半导体盘半导体盘Flash MemoryFlash Memory盘盘盘盘 (2)(2)高密度盘高密度盘高密度盘高密度盘磁头记录密度、读写防干扰、磁头记录密度、读写防干扰、磁头记录密度、读写防干扰、磁头记录密度、读写防干扰、磁头浮动、编码、介质、基板等技术改进磁头浮动、编码、介质、基板等技术改进磁头浮动、编码、介质、基板等技术改进磁头浮动、编码、介质、基板等技术改进(3)(3)高速度盘高速度盘高速度盘高
44、速度盘主轴转速改进、硬盘主轴转速改进、硬盘主轴转速改进、硬盘主轴转速改进、硬盘CacheCache技术技术技术技术计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第4 4 4 4章章章章 存储器存储器存储器存储器第二篇第二篇第二篇第二篇 硬件结构硬件结构硬件结构硬件结构二、硬盘存储器二、硬盘存储器二、硬盘存储器二、硬盘存储器Strip0Strip0Strip4Strip4Strip8Strip8Strip1Strip1Strip5Strip5Strip9Strip9Strip2Strip2Strip6Strip6Strip10Strip10Strip3Strip3Strip7St
45、rip7Strip11Strip11Strip11Strip11Strip7Strip7Strip3Strip3Strip2Strip2Strip6Strip6Strip10Strip10Strip1Strip1Strip5Strip5Strip9Strip9Strip0Strip0Strip4Strip4Strip8Strip8核心技术核心技术核心技术核心技术：采用分条：采用分条：采用分条：采用分条strippingstripping、分块、分块、分块、分块declusteringdeclustering、交、交、交、交叉存取叉存取叉存取叉存取interleavinginterleaving
46、等方式对数据和数据校验组合处理等方式对数据和数据校验组合处理等方式对数据和数据校验组合处理等方式对数据和数据校验组合处理(4)(4)大容量盘大容量盘大容量盘大容量盘磁盘阵列磁盘阵列磁盘阵列磁盘阵列(RAID(RAID，Redundant Arrays of Inexpensive Disks)Redundant Arrays of Inexpensive Disks)，将并行处理技术引入磁盘系统，将多台将并行处理技术引入磁盘系统，将多台将并行处理技术引入磁盘系统，将多台将并行处理技术引入磁盘系统，将多台小型温盘组成同步化磁盘阵列，数据展小型温盘组成同步化磁盘阵列，数据展小型温盘组成同步化磁盘阵
47、列，数据展小型温盘组成同步化磁盘阵列，数据展开分放，操作与单台盘一样，但数据传开分放，操作与单台盘一样，但数据传开分放，操作与单台盘一样，但数据传开分放，操作与单台盘一样，但数据传输时间为单台盘的输时间为单台盘的输时间为单台盘的输时间为单台盘的1/n1/n。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理第第第第4 4 4 4章章章章 存储器存储器存储器存储器第二篇第二篇第二篇第二篇 硬件结构硬件结构硬件结构硬件结构三、软盘、磁带、光盘存储器三、软盘、磁带、光盘存储器三、软盘、磁带、光盘存储器三、软盘、磁带、光盘存储器*自学：软磁盘存储器、磁带存储器（自学：软磁盘存储器、磁带存储器（自
48、学：软磁盘存储器、磁带存储器（自学：软磁盘存储器、磁带存储器（Page138-144Page138-144）存贮系统存贮系统存贮系统存贮系统软盘驱动器（简称为软驱）是微机常用的外部存软盘驱动器（简称为软驱）是微机常用的外部存软盘驱动器（简称为软驱）是微机常用的外部存软盘驱动器（简称为软驱）是微机常用的外部存储设备。它由软驱、软磁盘和软盘控制卡（接口电路）储设备。它由软驱、软磁盘和软盘控制卡（接口电路）储设备。它由软驱、软磁盘和软盘控制卡（接口电路）储设备。它由软驱、软磁盘和软盘控制卡（接口电路）等三部分构成完整的软盘存储系统。等三部分构成完整的软盘存储系统。等三部分构成完整的软盘存储系统。等三
49、部分构成完整的软盘存储系统。软软软软驱驱驱驱规规规规格格格格 从存储容量上分，软驱规格有从存储容量上分，软驱规格有从存储容量上分，软驱规格有从存储容量上分，软驱规格有5.255.255.255.25英寸软驱和英寸软驱和英寸软驱和英寸软驱和3.53.53.53.5英寸软驱。前者的存储容量为英寸软驱。前者的存储容量为英寸软驱。前者的存储容量为英寸软驱。前者的存储容量为1.2MB1.2MB1.2MB1.2MB，后者的存储容量，后者的存储容量，后者的存储容量，后者的存储容量为为为为1.44MB1.44MB1.44MB1.44MB。5.255.255.255.25英寸软驱是英寸软驱是英寸软驱是英寸软驱是
50、486486486486微机以前的产物，现已微机以前的产物，现已微机以前的产物，现已微机以前的产物，现已基本淘汰。基本淘汰。基本淘汰。基本淘汰。3.53.53.53.5英寸软驱是英寸软驱是英寸软驱是英寸软驱是586586586586微机的标准配置，主要微机的标准配置，主要微机的标准配置，主要微机的标准配置，主要用于初始化微机时的系统启动和文件信息的备份。用于初始化微机时的系统启动和文件信息的备份。用于初始化微机时的系统启动和文件信息的备份。用于初始化微机时的系统启动和文件信息的备份。软软软软磁磁磁磁盘盘盘盘 软磁盘也分为软磁盘也分为软磁盘也分为软磁盘也分为5.255.255.255.25英寸和