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1、6.2 外部存储设备,1. 各种外部存储器的相似之处 记录原理类似； 作为计算机部件，均包括驱动机构； 作为存储设备，均包括控制器及接口逻辑； 均采用了自同步技术、定位和校正技术以及相 似的读写系统。 2. 目前常用的存储设备主要有磁盘、磁带、光盘等,第六章 输入/输出系统,6.2.1 磁盘设备 1. 磁盘占据着非挥发性存储器的主宰地位 它是存储层次中主存的下一级存储层次，是 虚拟存储器技术的物质基础； 它是操作系统和所有应用程序的驻留介质。 2. 分类 软盘 硬盘（主要介绍）,6.2 外部存储设备,3. 磁盘的结构组成 磁盘的盘片、磁道和扇区 盘片 盘片的数量：112片 转速：3600150
2、00转 盘径：1.0英寸(25.4厘米)3.5英寸(8.9厘米) 磁道和柱面：每面500030000道 扇区：每道100500个,6.2 外部存储设备,盘片,磁道,扇间空隙,扇区,6.2 外部存储设备,4. 磁盘的性能 (1) 访问时间 磁盘的工作过程： 磁头首先移动到目标磁道上 使期望的扇区旋转到磁头下 读取扇区中的数据 工作均在磁盘控制器的控制下完成,磁盘访问时间 = 寻道时间 + 旋转时间 + 传输时间 + 控制器开销,6.2 外部存储设备,(2) 磁盘容量 磁盘容量与盘片数量和单碟容量有关。 受工业标准的限制，硬盘中能安装的盘片数 目有限：34片 提高单碟容量的途径有两个： 提高道密度
3、和提高位密度 目前的单碟容量几乎都在20GB以上，主流 3.5英寸硬盘的单碟容量已经达到了80GB。,6.2 外部存储设备,(3) 数据传输率 数据访问过程 从盘面上读出的数据首先要送到磁盘缓冲存储器，再从缓冲存储器经过接口送到主机。 外部传输率,突发数据传输率 计算机通过磁盘接口从硬盘的缓存中将数 据读出，交给相应的控制器的速度。 外部数据传输率和磁盘的接口有关,6.2 外部存储设备, 内部传输率 硬盘持续传输率硬盘将数据从盘片上读取出， 交给硬盘上的缓冲存储器的速度； 内部传输率等于磁头相对磁盘的线速度与磁 盘位密度之积。 提高内部传输率 提高转速 提高记录密度：局部响应最大似然PRML技
4、术,6.2 外部存储设备,(4) 磁盘Cache 可以弥补磁盘和主存之间的速度差距 利用被访问数据的局部性原理,时间局部性 空间局部性, 磁盘Cache的管理和实现一般由硬件和软件 共同完成,6.2 外部存储设备, 磁盘容量的提高通常用面密度来衡量 面密度为单位面积可以记录的数据位数 面密度磁盘面的道密度磁道的位密度 容量不断提升，每位价格不断下降。,5. 磁盘的发展,6.2 外部存储设备,图6.1 磁盘价格的变化,6.2 外部存储设备, “访问时间差距”问题 磁盘的性能价格比高于主存，但访问速度 却要低得多，换句话说，性能价格比与速度要 求差距太大。,6.2 外部存储设备,图6.2 磁盘和半
5、导体存储器之间的访问时间差距,6.2 外部存储设备,6.2.2 Flash存储器 工作原理同E2PROM，容量比E2PROM大。 与磁盘相比的主要特点：,功耗小（50mw） 尺寸小 提供与DRAM相仿的访问速度 价格高, Flash存储器的组织与其存储位元有关,6.2 外部存储设备,6.2.3 磁带设备 磁盘和磁带在性能价格比上的差异主要取决于 它们的机械构成。 磁盘盘片具有有限的存储面积，并且存储介 质被封装在每个读部件内，提供ms级的随机 访问； 磁带绕在可转动轴上，一个读部件可以使用 多盘磁带(没有长度限制)，但磁带需要顺序 访问，每次访问都可能需要较长的反绕、,6.2 外部存储设备,退
6、出和加载时间，等待时间较长(数秒)。,1. 磁带 优点：容量大、技术成熟、单位价格低 缺点：访问时间较长 用途：磁带成为磁盘的备份技术 发展,采用数据压缩技术，提高记录密度和 数据传输率；,6.2 外部存储设备,采用螺旋扫描技术，提高性能价格比和 可靠性； 采用自动管理磁带的大容量磁带库。,2. 螺旋扫描技术 螺旋扫描磁带（Helical Scan Tapes）1963 年被索尼（SONY）公司首次使用 主要特点,磁带运动方向与磁记录方向成一定角度； 磁鼓高速旋转，其它部件低速运转； 具有较高的记录密度和数据传输率；,6.2 外部存储设备,可以解决磁带线速度不稳定，抖动和易 磨损等问题。,3.
7、 自动磁带库 通过机械手自动地安装和更换磁带，相当于又 提供了一个新的存储器层次。 优点：,自动换带，加载速度快； 单位数据的价格低； 通过加大规模，进一步降低成本。, 缺点：带宽较低；可靠性差。,6.2 外部存储设备,6.2.4 光盘设备 使用激光作为读出数据手段的设备，无论使用 磁记录介质还是使用光记录介质。 分类：,只读光盘（如CD-ROM、DVD-ROM等） 可写光盘（如CD-R、MO等）,一次性写光盘CD-R或WORM 可多次写光盘CD-RW或称为WMRM,6.2 外部存储设备,1. 光盘塔 光盘塔实际上是多个CD-ROM放在一起，再 加上相应的控制器和网络连接设备，构成 一个网络存
8、储设备。 许多光盘机通过标准接口(如SCSI)电缆连 接起来，一根典型的SCSI接口电缆可以连 接7台光盘机，用软件控制读写其中某一台 优点：结构简单、造价低；读取光盘速度快。 缺点：容量较小；手动换盘。,6.2 外部存储设备,2. 光盘库 光盘库是一种能自动把机框中存放的许多片 光盘选出并装入光盘机进行读写的设备。 优点：存储量大，光盘自动更换。 缺点：机械结构比较复杂，装卸光盘较慢。 只能同时支持几张光盘的在线访问。,6.2 外部存储设备,3. 光盘阵列 阵列技术：将数据分布到多个光盘机中，并 对数据的冗余信息加以存储。 光盘阵列技术需要考虑一些特殊的问题,光盘具有盘片可换的问题 阵列管理软件的设计问题 实现光盘阵列快速响应的关键技术之一 较大的缓存和优化的调度策略,6.2 外部存储设备,