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1、第7章 輔助存儲器本章主要內(nèi)容本章講述輔助存儲器的構(gòu)成、原理、性能指標(biāo)及記錄方式等內(nèi)容。重點(diǎn)要求掌握磁記錄方式以及磁盤存儲器的性能參數(shù)計算。7.1 7.1 硬盤存儲設(shè)備硬盤存儲設(shè)備7.2 RAID7.2 RAID（冗余磁盤陣列）（冗余磁盤陣列）7.3 7.3 軟盤存儲設(shè)備軟盤存儲設(shè)備7.4 7.4 激光存儲設(shè)備激光存儲設(shè)備7.1 硬盤存儲設(shè)備7.1.1 磁記錄原理與記錄方式1磁性材料的物理特性磁性材料的物理特性 磁表面存儲器是利用磁性材料兩種不同的磁化狀態(tài)來表示二進(jìn)制信息“0”和“1”的特性。磁表面存儲器是通過磁頭和記錄介質(zhì)的相對運(yùn)動完成信息的寫入和讀出的。2記錄方式記錄方式 形成不同寫入電流

2、波形的方式，稱為記錄方式。常用的記錄方式有：（1）歸零制（RZ）（2）不歸零制（NRZ）（3）見“1”就翻不歸零制（NRZ1）（4）調(diào)相制（PM）（5）調(diào)頻制（FM）（6）改進(jìn)調(diào)頻制（MFM）3磁表面存儲器存取信息的原理磁表面存儲器存取信息的原理 通過電-磁變換，利用磁頭寫線圈中的脈沖電流，可把一位二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換成載磁體存儲元的不同剩磁狀態(tài)，從而完成信息的寫入；反之，通過磁-電變換，利用磁頭讀出線圈，可將由存儲元的不同剩磁狀態(tài)表示的二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換成電信號輸出，完成信息的讀出。7.1.2硬盤機(jī)的基本組成與分類1根據(jù)磁頭的工作方式分類根據(jù)磁頭的工作方式分類 按此方法可分為移動頭硬盤存儲器和固定頭硬

3、盤存儲器。2根據(jù)磁盤是否可更換分類根據(jù)磁盤是否可更換分類 可分為可換盤存儲器和固定盤存儲器兩種。7.1.3硬盤驅(qū)動器和硬盤控制器1磁頭定位驅(qū)動系統(tǒng)磁頭定位驅(qū)動系統(tǒng) 定位驅(qū)動系統(tǒng)由驅(qū)動部件和運(yùn)載部件組成。2主軸系統(tǒng)與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)主軸系統(tǒng)與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng) 主軸系統(tǒng)的作用是安裝盤片，并驅(qū)動它們以額定轉(zhuǎn)速穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。它的主要部件是主軸電路和有關(guān)控制電路。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的作用是控制數(shù)據(jù)的寫入和讀出。它包括磁頭、磁頭選擇電路、讀寫電路和索引區(qū)標(biāo)電路等。圖圖7-3 7-3 硬盤存儲器讀寫電路框圖硬盤存儲器讀寫電路框圖讀寫電路邏輯框圖如下圖所示：讀寫電路邏輯框圖如下圖所示：讀寫電路邏輯框圖如下圖所示：讀寫電路邏輯框

4、圖如下圖所示：（1）寫入過程（2）讀出數(shù)據(jù)的過程 3磁盤控制器磁盤控制器 磁盤控制器是主機(jī)與磁盤驅(qū)動器之間的接口。它有兩方面的接口：一個是與主機(jī)的接口，成為系統(tǒng)級接口；另一個是與設(shè)備的接口，成為設(shè)備級接口。圖圖7-4 硬盤控制器接口硬盤控制器接口 主機(jī)與磁盤驅(qū)動器交換數(shù)據(jù)的控制邏輯如下圖主機(jī)與磁盤驅(qū)動器交換數(shù)據(jù)的控制邏輯如下圖主機(jī)與磁盤驅(qū)動器交換數(shù)據(jù)的控制邏輯如下圖主機(jī)與磁盤驅(qū)動器交換數(shù)據(jù)的控制邏輯如下圖所示：所示：所示：所示：7.1.4 硬盤的主要技術(shù)指標(biāo) 磁盤存儲器的主要指標(biāo)包括存儲密度、存儲容量、存取時間及數(shù)據(jù)傳輸率等。1.存儲密度存儲密度 存儲密度分道密度、位密度和面密度。2.存儲容量

5、存儲容量 存儲容量即一個磁盤存儲器所能存儲的字節(jié)總數(shù)。3.平均存取時間平均存取時間 平均存取時間等于平均找道時間與平均等待時間之和。4.數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率 即磁盤存儲器在單位時間內(nèi)向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。7.2 RAID（冗余磁盤陣列）7.2.1 RAID 0級 RAID 0級不是RAID家族中的真正成員，因?yàn)樗徊捎萌哂鄟砀纳菩阅堋?RAID 0用于高速數(shù)據(jù)傳輸用于高速數(shù)據(jù)傳輸2RAID 0用于高速的用于高速的I/O請求請求7.2.27.2.2 RAID 1級級 RAID 1和RAID 2到RAID 5的區(qū)別在于實(shí)現(xiàn)冗余的方法。在RAID 1中，采用簡單地備份所有數(shù)據(jù)的方法來實(shí)現(xiàn)冗余。圖圖

6、7-7 RAID 1（鏡像）鏡像）7.2.3 RAID 2級級RAID 2和RAID 3都使用了并行存取技術(shù)。圖圖7-8 RAID 2（冗余用于海明碼）冗余用于海明碼）7.2.4 RAID 3級級 RAID 3的組織方式與RAID 2相同，所不同的是不管磁盤陣列多大，RAID 3只需要一個冗余盤。圖圖7-9 RAID 3（位交錯奇偶校驗(yàn)）位交錯奇偶校驗(yàn)）1冗余冗余 2性能性能7.2.5 RAID 4級級 RAID 4和RAID 5都采用一種獨(dú)立的存取技術(shù)。圖圖7-10 RAID 4（塊級奇偶校驗(yàn)）塊級奇偶校驗(yàn)）7.2.6 RAID 5級級 RAID 5和 RAID 4的組織方式相同，所不同的是

7、，RAID 5在所有磁盤上分布了奇偶校驗(yàn)區(qū)。圖圖7-11 RAID 5（塊級分布式奇偶校驗(yàn)）塊級分布式奇偶校驗(yàn)）7.3 軟盤存儲設(shè)備軟盤存儲設(shè)備 軟磁盤存儲器由軟盤片、軟盤驅(qū)動器和軟盤控制器構(gòu)成。軟盤存儲器的工作原理與硬盤存儲器基本相同，但在結(jié)構(gòu)上與硬盤有較大的差別，磁頭工作方式也不同。7.3.1 7.3.1 軟盤片軟盤片7.3.2 7.3.2 軟盤驅(qū)動器和控制器軟盤驅(qū)動器和控制器7.4 激光存儲設(shè)備光盤是指利用光學(xué)方式進(jìn)行讀寫信息的圓盤。7.4.1 光盤存儲器的種類光盤存儲器的種類 1 1只讀型光盤（只讀型光盤（CD-ROM）（1）CD-ROM盤片 （2）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2只寫一次型光盤（WORM）3可擦寫型光盤（可擦寫型光盤（CD-RW）7.4.2 光盤的讀寫原理 光盤存儲器是利用激光束在記錄表面上存儲信息的。根據(jù)激光束及反射光的強(qiáng)弱不同，可以完成信息的讀寫。其記錄原理有形變、相變和M-O存儲等。1形變形變 有凹坑的位置表示記錄了“1”，沒有凹坑的位置表示記錄了“0”。2相變相變 利用相變材料的晶態(tài)和非晶態(tài)來記錄信息。3磁光存儲磁光存儲 利用激光在磁性薄膜上產(chǎn)生熱磁效應(yīng)來記錄信息。7.4.3光盤驅(qū)動器及接口光盤驅(qū)動器及接口衡量驅(qū)動器的性能指標(biāo)主要有如下三項(xiàng)：1數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率2數(shù)據(jù)緩沖器容量數(shù)據(jù)緩沖器容量3接口類型接口類型