《《外部存儲器》PPT課件》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《外部存儲器》PPT課件（49頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、上 海 交 通 大 學(xué)外部存儲器陸海寧 S.J.T.U. 外部存儲器的類型v磁盤 RAIDv光存儲器 CD-ROM CD-Recordable (CD-R) CD-R/W DVDv磁帶存儲器 S.J.T.U. 磁盤v涂有磁性材料的襯底圓盤v襯底傳統(tǒng)上使用鋁或鋁合金v現(xiàn)在用玻璃改善磁盤表面的均勻性減少了表面的缺陷更低的磁頭飛行高度更高的硬度更好的耐沖擊和耐損耗能力 S.J.T.U. 讀寫機(jī)制v通過被稱為“磁頭”的導(dǎo)電線圈進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫v單一的讀寫頭或者分立的讀寫頭(一讀一寫)v讀寫的時候，磁頭靜止，盤在下方高速旋轉(zhuǎn)v寫機(jī)制電流通過線圈產(chǎn)生磁場脈沖電流送至磁頭磁頭下的表面記錄磁象v讀機(jī)制(傳統(tǒng))磁場

2、相對線圈運(yùn)動產(chǎn)生電流v讀機(jī)制(當(dāng)前)單獨(dú)的讀磁頭半屏蔽磁阻感應(yīng)器 電阻大小取決于磁場的方向支持高頻度的操作 S.J.T.U. 感應(yīng)式寫/磁阻式讀 S.J.T.U. 數(shù)據(jù)組織和格式化v同心圓環(huán)(磁道)相鄰磁道之間有間隙v磁道被劃分為多個扇區(qū)通常幾十或上百扇區(qū)v最小的塊長為一個扇區(qū)幾乎通用512字節(jié)數(shù)據(jù)以塊為最小單位傳入傳出磁盤 S.J.T.U. 磁盤數(shù)據(jù)分布 S.J.T.U. 磁盤速度v靠近旋轉(zhuǎn)中心的數(shù)據(jù)位經(jīng)過固定點(diǎn)(磁頭)的速度要比邊緣的數(shù)據(jù)位慢v恒定角速度(constant angular velocity)增大外層數(shù)據(jù)的信息位間隔構(gòu)造簡單，將磁頭移至指定磁道，等待扇區(qū)即可浪費(fèi)了外層磁道的數(shù)

3、據(jù)容量v多區(qū)段記錄(multiple zone recording)每個區(qū)段包含一個或多個磁道在區(qū)段內(nèi)，每個磁道的位數(shù)是固定的遠(yuǎn)離中心的區(qū)段比靠近中心的區(qū)段容納更多的位更復(fù)雜的電路 S.J.T.U. 磁盤盤面布局 S.J.T.U. Multiple Zone Recording S.J.T.U. 尋找扇區(qū)v需要確定磁道的起始位置以及扇區(qū)的起點(diǎn)和終點(diǎn)v格式化磁盤附加用戶不可見的數(shù)據(jù)標(biāo)記磁道和扇區(qū) S.J.T.U. 溫徹斯特硬盤磁道格式(ST506) S.J.T.U. 物理特性v固定或可移動的磁頭v可插拔或固定v單面或雙面v單盤片或多盤片v磁頭機(jī)制接觸式(軟盤)固定間隙飛行(溫徹斯特) S.J.T

4、.U. 固定或可移動磁頭v固定磁頭每磁道一個讀寫頭所有讀寫頭安裝在一個固定支架上v可移動磁頭每面只有一個讀寫頭讀寫頭固定在一個可伸縮的支架上 S.J.T.U. 多盤片v每面一個磁頭v磁頭與圓心等距地固定在支架上并一起移動v同圓心距的一組磁道稱為一個柱面 S.J.T.U. 多盤片 S.J.T.U. 磁道和柱面 S.J.T.U. 溫徹斯特硬盤v磁頭越窄，數(shù)據(jù)密度越高，同時也要求磁頭越接近盤片v磁盤旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的氣壓使磁頭升高v磁頭更貼近磁盤，可以使用更窄的磁頭，數(shù)據(jù)密度更高v普遍使用，廉價v容量不斷增大 S.J.T.U. 磁盤I/O傳輸時序 S.J.T.U. 磁盤性能參數(shù)v尋道時間(Seek tim

5、e)移動支架使磁頭對準(zhǔn)所需磁道所花費(fèi)的時間當(dāng)代硬盤一般幾毫秒到十幾毫秒v旋轉(zhuǎn)延遲磁道選定后，等待相關(guān)扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭可讀寫的位置平均而言，是磁盤旋轉(zhuǎn)半周的時間v傳送時間磁盤數(shù)據(jù)的傳送時間，取決于磁盤的旋轉(zhuǎn)速率 S.J.T.U. 磁盤性能參數(shù)v傳送時間 T = b / rN b：傳送的字節(jié)數(shù) r：磁盤旋轉(zhuǎn)速率(轉(zhuǎn)/秒) N：每磁道字節(jié)數(shù)v平均存取時間 Ta = Ts + 1/2r + b/rN Ts：平均尋道時間 S.J.T.U. 磁盤冗余陣列(RAID)vRedundant Array of Independent Disksv7級標(biāo)準(zhǔn)v一組物理磁盤，但在操作系統(tǒng)下視為單一邏輯驅(qū)動器v數(shù)據(jù)分布在

6、一組物理磁盤上v可將校驗信息存放在冗余磁盤空間上，以使得在磁盤損壞時可以恢復(fù)數(shù)據(jù) S.J.T.U. RAID0v沒有冗余v數(shù)據(jù)分布在所有的磁盤上v數(shù)據(jù)條帶以輪轉(zhuǎn)方式映射到連續(xù)的陣列磁盤中v提高的速度多個數(shù)據(jù)請求可能針對于不同的磁盤并行磁盤訪問一組數(shù)據(jù)傾向于分布在多個磁盤上 S.J.T.U. RAID0 S.J.T.U. RAID0的數(shù)據(jù)映射 S.J.T.U. RAID1v鏡像磁盤v數(shù)據(jù)以輪轉(zhuǎn)條帶形式分布在多個磁盤上v每個條帶映射到兩個不同的磁盤上v讀請求可以訪問包含數(shù)據(jù)的兩個磁盤的任意一個v寫請求則需要更新兩個磁盤，可以并行v數(shù)據(jù)恢復(fù)簡單替換失效硬盤并鏡像恢復(fù)不存在停機(jī)時間v非常昂貴 S.J.

7、T.U. RAID1 S.J.T.U. RAID2v磁盤同步旋轉(zhuǎn)v非常小的條帶通常一個字或字節(jié)v通過各數(shù)據(jù)盤上的相應(yīng)位計算糾錯碼v糾錯碼存放在校驗盤上(通常采用漢明碼，糾一位錯)v大量的冗余昂貴未實(shí)際應(yīng)用 S.J.T.U. RAID2 S.J.T.U. RAID3v類似于RAID2v無論陣列多大，只需一個冗余盤v使用所有數(shù)據(jù)盤同一位組計算奇偶校驗位 eg：X4(i) = X3(i) X2(i) X1(i) X0(i)v損壞磁盤上的數(shù)據(jù)可通過其他磁盤恢復(fù) eg：X1(i) = X4(i) X3(i) X2(i) X0(i) S.J.T.U. RAID3 S.J.T.U. RAID4v每個磁盤獨(dú)立

8、操作v較長的數(shù)據(jù)條帶v每個數(shù)據(jù)盤上的相應(yīng)條帶逐位計算校驗條帶v校驗數(shù)據(jù)存放在校驗盤上v寫操作包含兩次讀和兩次寫 X4(i) = X4(i) X1(i) X1(i)v校驗盤成為瓶頸 S.J.T.U. RAID4 S.J.T.U. RAID5v類似于RAID4v輪轉(zhuǎn)方案將校驗條帶分布在所有的磁盤上v避免了RAID4種校驗盤的瓶頸v至少三個磁盤 S.J.T.U. RAID5 S.J.T.U. RAID6v兩種不同的奇偶計算v兩種校驗碼以分開的塊存放于不同的磁盤中vN個數(shù)據(jù)磁盤需要N+2塊磁盤組成RAID6v較高的數(shù)據(jù)可用性三個磁盤同時故障才會引起數(shù)據(jù)丟失更慢的寫入速度 S.J.T.U. RAID6

9、S.J.T.U. 光存儲器 CD-ROMv最初用于存放音頻v650M以上的容量，超過70分鐘的音頻v聚碳酸酯本體，鍍高反射材料(鋁)v通過“坑”和“臺”存放數(shù)據(jù)v通過反射激光讀取數(shù)據(jù)v螺旋式軌道v恒定的存儲密度v恒定線速度 S.J.T.U. CD操作 S.J.T.U. CD-ROM的速度v音頻CD只有一種速度 1.2米/秒音軌總共5.27千米 5.27/1.2 = 4391秒 = 73.2分鐘v其他情況下，速度用倍數(shù)來衡量如：24x其中，1x = 150KB/s指的是最高的速度(可以降低) S.J.T.U. CD-ROM塊格式 S.J.T.U. CD-ROM上的隨機(jī)訪問v比較困難v移動讀頭到大

10、致的位置v設(shè)定正確的讀取速率v讀取當(dāng)前地址v微調(diào)至所需的位置 S.J.T.U. CD-ROM的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)v優(yōu)點(diǎn)大容量(?)容易大量生產(chǎn)可更換v缺點(diǎn)只讀，不可修改存取時間較長 S.J.T.U. 其他光學(xué)存儲vCD-Recordable (CD-R)一次性寫入多次讀出兼容CD-ROM驅(qū)動器適用于文件歸檔存儲vCD-Rewritable (CD-RW)可擦寫兼容大部分的CD-ROM驅(qū)動器相變 S.J.T.U. DVD (全稱是？)vDigital Video DiskvDigital Versatile Diskv官方?jīng)]有正式定義 S.J.T.U. DVD技術(shù)v可雙層(或多層)反射層上半反射層，容量幾乎翻倍v高容量 (4.7GB/層)更短的激光波長更小的圈間間隙更小的凹坑間距v可用雙面vDVD視頻盤包含地區(qū)代碼 S.J.T.U. CD和DVD S.J.T.U. 磁帶v順序訪問v更高的容量v速度緩慢v備份存儲 S.J.T.U. 蛇形讀寫