外部存储设备1.pptVIP

?秦杰 郑丽萍 张庆辉 *／22 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：1～12片 转速：3600～15000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5000～30000道 ◆ 扇区：每道100～500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：3～4片 ◆ 提高单碟容量的途径有两个： 提高道密度和提高位密度 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