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1、第七章 外圍設(shè)備 7.1 外圍設(shè)備概述 7.2 磁盤(pán)存儲(chǔ)設(shè)備 7.3 磁盤(pán)存儲(chǔ)設(shè)備的技術(shù)發(fā)展 7.4 磁帶存儲(chǔ)設(shè)備 7.5 光盤(pán)和磁光盤(pán)存儲(chǔ)設(shè)備 7.7 輸入設(shè)備和打印設(shè)備 * 7.6 顯示設(shè)備 * 除了 CPU和主存，其他部件都是 “ 外設(shè) ” 。 外設(shè)的功能 提供不同計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)系； 提供計(jì)算機(jī)與用戶的聯(lián)系。 外設(shè)的基本組成 存儲(chǔ)介質(zhì) : 具有保存信息的物理特征 驅(qū)動(dòng)裝置 : 用于移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì) 控制電路 : 向存儲(chǔ)介質(zhì)發(fā)送數(shù)據(jù)或從存儲(chǔ)介質(zhì)接受數(shù) 據(jù)。 7.1.1 外圍設(shè)備的一般功能 外圍設(shè)備（磁盤(pán)）基本組成 磁盤(pán)就是一個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)的例子，它是用記錄在盤(pán)上的磁化元 表示信息。 例如，磁盤(pán)設(shè)備

2、中，驅(qū)動(dòng)裝置用于轉(zhuǎn)動(dòng)磁盤(pán)并進(jìn)行定位。 (3)控制電路，它向存儲(chǔ)介質(zhì)發(fā)送數(shù)據(jù)或從存儲(chǔ)介質(zhì)接受數(shù)據(jù)。 例如，磁盤(pán)讀出時(shí)，控制電路把盤(pán)上用磁化元形式表示的信 息轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)所需要的電信號(hào)，并把這些信號(hào)用電纜送給 計(jì)算機(jī)主機(jī)。 (1) 存儲(chǔ)介質(zhì)，它具有保存信息的物理特征。 (2) 驅(qū)動(dòng)裝置，它用于移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì) 并 定位 。 7.1.2 外圍設(shè)備的分類 一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配備什么樣的外圍設(shè)備，是根據(jù)實(shí)際需要來(lái)決定的。 計(jì)算機(jī)的五大類外圍設(shè)備，這只是一個(gè)典型化了的計(jì)算機(jī)環(huán)境。 通過(guò) I/O口和主機(jī)連接，并受主機(jī)控制，它還能控制外設(shè)工作。 適配器 也叫接口 系統(tǒng)總線 連接主機(jī) 和接口 外總線 連接設(shè)備 B 7.

3、2 磁盤(pán)存儲(chǔ)設(shè)備 7.2.1 磁記錄原理 計(jì)算機(jī)的外存儲(chǔ)器又稱磁表面存儲(chǔ)設(shè)備。 是用某些磁性材料薄薄地涂在金屬鋁或塑料表面作載磁體來(lái)存儲(chǔ)信息。 磁盤(pán)存儲(chǔ)器、磁帶存儲(chǔ)器、 軟磁盤(pán) 均屬于磁表面存儲(chǔ)器。 磁表面存儲(chǔ)器的優(yōu)點(diǎn)： 存儲(chǔ)容量大，位價(jià)格低； 記錄介質(zhì)可以重復(fù)使用； 記錄信息可以長(zhǎng)期保存而不丟失，甚至可以脫機(jī)存檔； 非破壞性讀出，讀出時(shí)不需要再生信息。 缺點(diǎn)， 主要是存取速度較慢，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)工作環(huán)境要求較高。 磁表面存儲(chǔ)器由于存儲(chǔ)容量大，位成本低，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中作為輔助 大容量存儲(chǔ)器使用，用以存放系統(tǒng)軟件、大型文件、數(shù)據(jù)庫(kù)等大量程序與 數(shù)據(jù)信息。 1、磁性材料的物理特性（簡(jiǎn)單看一下）

4、圖 7.2 磁性材料的磁滯回線 用于存儲(chǔ)設(shè)備的磁性材料，是 一種具有矩形磁滯回線的磁性材料。 這種磁性材料在外加磁場(chǎng)的作用下， 其磁感應(yīng)強(qiáng)度 B與外加磁場(chǎng) H的關(guān) 系，可以用矩形滯回線來(lái)描述。 磁化后，有兩個(gè)剩磁狀態(tài)。 +Br（正剩磁）狀態(tài)表示“ 1”； Br（負(fù)剩磁）狀態(tài)表示“ 0”； 2、磁表面存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)原理 在磁表面存儲(chǔ)器中，利用一種稱為 “磁頭” 的裝置來(lái)形成和判 別磁層中的不同磁化狀態(tài)。 寫(xiě)入 時(shí)，利用磁頭使盤(pán)片具有 不同的磁 化狀態(tài) ，而在 讀出 時(shí)又利用磁頭來(lái) 判別不同的磁化狀態(tài) 。 磁頭 實(shí)際 上是由 軟磁材料做鐵芯繞有讀寫(xiě)線圈的電磁鐵。 S N S N 寫(xiě)線圈 讀線圈 鐵芯

5、 磁層 載磁體 運(yùn)動(dòng)方向 磁頭 當(dāng)寫(xiě)線圈中通過(guò)一定方向的脈沖電流時(shí)，鐵芯內(nèi)就產(chǎn)生 一定方向的磁通。如圖所示 電流方向?yàn)閷?xiě)“ 1”，那么寫(xiě)線圈 的電流方向 相反后，就是寫(xiě)“ 0” 寫(xiě)操作： 讀操作： 當(dāng) 磁頭對(duì)載磁體作相對(duì)運(yùn)動(dòng) 時(shí)，由于磁頭鐵芯中磁通的變化， 使讀出線圈中 感應(yīng)出相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì) 。不同的磁化狀態(tài)，所產(chǎn)生的感應(yīng) 電勢(shì)方向不同 。經(jīng)過(guò)讀出放大器放大鑒別，就可判知讀出的信息是 “ 1”，還是“ 0”。 如何實(shí)現(xiàn)寫(xiě)操作和讀操作？ 寫(xiě) ：通過(guò)電 -磁變換，利用磁頭寫(xiě)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(chǔ)元的不同剩磁狀態(tài)； 讀 ：通過(guò)磁 -電變換，利用磁頭讀出線圈，可將由存儲(chǔ)元

6、 的不同剩磁狀態(tài)表示的二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。 磁層上的存儲(chǔ)元被磁化后，它可以供多次讀出而不被破 壞。當(dāng)不需要這批信息時(shí)，可通過(guò)磁頭把磁層上所記錄的信 息全部抹去，稱之為寫(xiě) “ 0”。 什么是寫(xiě) 0？ 7.2.2 磁盤(pán)的組成和分類 1、磁盤(pán)的組成： 寫(xiě)入時(shí)，將計(jì)算機(jī)并行送來(lái)的數(shù)據(jù)取至并 串變換寄存器，變?yōu)榇?行數(shù)據(jù)，然后一位一位地由 寫(xiě)電流驅(qū)動(dòng)器 作功率放大并加到寫(xiě) 磁頭線圈 上產(chǎn)生電流，從而在盤(pán)片磁層上形成 按位的磁化存儲(chǔ)元 。 讀出時(shí)，當(dāng)記錄介 質(zhì)相對(duì)磁頭運(yùn)動(dòng)時(shí)，位 磁化存儲(chǔ)元形成的空間 磁場(chǎng)在讀磁頭線圈中產(chǎn) 生 感應(yīng)電勢(shì) ，此讀出信 息經(jīng) 放大檢測(cè) 就可還原 成 原來(lái)存入的數(shù)據(jù) 。

7、由 于數(shù)據(jù)是一位一位 串行讀 出 的，故要送至 串 并變 換 寄存器變換為并行數(shù)據(jù)， 再并行 送至計(jì)算機(jī) 。 磁記 錄介 質(zhì) 磁盤(pán)控制器 磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器 硬磁盤(pán) 按 盤(pán)片結(jié)構(gòu) ，分成 可換盤(pán)片式 與 固定盤(pán)片式 兩種； 磁頭 也分為 可移動(dòng)磁頭 和 固定磁頭 兩種。 2、分類 : 可移動(dòng)磁頭固定盤(pán)片的磁盤(pán)機(jī) 固定磁頭磁盤(pán)機(jī) 可移動(dòng)磁頭可換盤(pán)片的磁盤(pán)機(jī) 溫徹斯特磁盤(pán)機(jī) (溫盤(pán) ) 每面一個(gè)磁頭，盤(pán)片旋轉(zhuǎn)，磁頭徑向移動(dòng)； 每磁道一個(gè)磁頭 磁頭徑向移動(dòng)； 盤(pán)片可更換 可移動(dòng)磁頭固定盤(pán)片的磁盤(pán)機(jī)； 目前微機(jī)中使用的是溫盤(pán)。 可移動(dòng)磁頭固定盤(pán)片的磁盤(pán)機(jī) 的特點(diǎn)是一片或一組盤(pán)片固定 在主軸上，盤(pán)片不可更換。

8、盤(pán)片每面只有一個(gè)磁頭，存取數(shù)據(jù)時(shí) 磁頭沿盤(pán)面徑向移動(dòng) 。 固定磁頭磁盤(pán)機(jī) 特點(diǎn)是磁頭位置固定，磁盤(pán)的 每一個(gè)磁道 對(duì)應(yīng)一個(gè)磁頭 ，盤(pán)片不可更換。 優(yōu)點(diǎn) 是存取速度快，省去磁頭找道時(shí)間，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 可移動(dòng)磁頭可換盤(pán)片的磁盤(pán)機(jī)： 盤(pán)片可以更換，磁頭可沿盤(pán)面 徑向移動(dòng)。 優(yōu)點(diǎn) 是盤(pán)片可以脫機(jī)保存，同種型號(hào)的盤(pán)片具有互換性。 溫徹斯特磁盤(pán)簡(jiǎn)稱溫盤(pán)，是一種采用先進(jìn)技術(shù)研制的 可移動(dòng) 磁頭固定盤(pán)片 的磁盤(pán)機(jī) 它是一種密封組合式的硬磁盤(pán)，即磁頭、盤(pán)片、電機(jī)等 驅(qū)動(dòng)部件乃至讀寫(xiě)電路等組裝成一個(gè)不可隨意拆卸的整體。 工作時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)在盤(pán)面上形成的氣墊將磁頭平穩(wěn)浮起。 優(yōu)點(diǎn)是防塵性能好，可靠性高，對(duì)使用環(huán)境

9、要求不高，成 為最有代表性的硬磁盤(pán)存儲(chǔ)器， 而普通的硬磁盤(pán)要求具有超凈 環(huán)境，只能用于大型計(jì)算機(jī)中。 7.2.3 磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器和控制器 是一種精密的電子和機(jī)械裝置，因此各部件的加工安 裝有嚴(yán)格的技術(shù)要求。對(duì)溫盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，還要求在超凈環(huán)境 下組裝。各類磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的具體結(jié)構(gòu)雖然有差別，但基本 結(jié)構(gòu)相同，主要由 定位驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系 統(tǒng) 組成。 1、定位驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)磁頭沿盤(pán)面徑向位置運(yùn)動(dòng)以尋找目標(biāo)磁道位置的機(jī)構(gòu)叫磁頭定位驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)。它由驅(qū)動(dòng)部件、傳動(dòng)部件、運(yùn)載部件（磁頭小車(chē)組成）。 2、主軸系統(tǒng) 安裝盤(pán)片，并驅(qū)動(dòng)它們以額定轉(zhuǎn)速穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。 3、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng) 控制數(shù)據(jù)的寫(xiě)入和讀出，包括磁頭、

10、磁頭選擇電路、讀寫(xiě)電路以及索引、 區(qū)標(biāo)電路等。 一、 磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器 如下圖是磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器外形和結(jié)構(gòu)示意圖。（課本 P214頁(yè)） 磁盤(pán)控制器是主機(jī)與磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器之間的接口，通常被制作 成一塊電路板插在主機(jī)總線插槽中。 電路板實(shí)物見(jiàn)下圖 (a)所示。 二、 磁盤(pán)控制器 它的作用是接收由主機(jī)發(fā)來(lái)的命令，將它轉(zhuǎn)換成磁盤(pán)驅(qū)動(dòng) 器的控制命令，實(shí)現(xiàn) 主機(jī)和驅(qū)動(dòng)器 之間的 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換 和 數(shù)據(jù) 傳送 ，并控制驅(qū)動(dòng)器的讀 /寫(xiě)。 主機(jī)與磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器交換數(shù)據(jù)的控制邏輯見(jiàn)下圖 (b)。 磁盤(pán)上的信息經(jīng)讀磁頭讀出以后送讀出放大器，然后進(jìn)行 數(shù)據(jù)緩沖器，經(jīng) DMA(直接存儲(chǔ)器傳送 )控制將數(shù)據(jù)傳送到主機(jī) 總線。 主機(jī)與設(shè)備之

11、間采用 SCSI接口 7.2.4 磁盤(pán)上信息的分布 盤(pán)片的上下兩面都能記錄信息，通常把磁盤(pán)片表面稱為記錄面。 記錄面上一系列同心圓稱為磁道。 每個(gè)盤(pán)片表面通常有幾百到幾千個(gè)磁道，每個(gè)磁道又分為若干個(gè)扇區(qū) 從圖中看出，外面扇區(qū)比里面扇區(qū)面積要大。 磁盤(pán)上的這種磁道和扇區(qū)的排列稱為格式。 盤(pán)片的 上下面 都可記錄信息； 溫盤(pán)最上 (下 )盤(pán)片只使用一個(gè)記錄面。 每個(gè)記錄面上有幾十至幾百個(gè) 環(huán)形磁道 ； 從外向內(nèi)對(duì)磁道編號(hào)， 0、 1、 2、 、 n。 n磁道的內(nèi)側(cè)面積 不用 。 柱面 ：多個(gè)盤(pán)片上具有相同編號(hào)的磁道 0磁道 n磁道 PC機(jī)中每個(gè)扇區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)容量是 512B 而每一個(gè) 磁道 又按 51

12、2個(gè) 字節(jié) 為單位劃分為等分，叫做扇區(qū)， 對(duì)活動(dòng)頭磁盤(pán)組來(lái)說(shuō)，磁盤(pán)地址由 記錄面號(hào)（磁頭 號(hào)）、柱面號(hào)（磁道號(hào)）、扇區(qū)號(hào) 三部分組成。 數(shù)據(jù)在磁盤(pán)上的記錄格式 思考： 是不是扇區(qū)數(shù) 每扇區(qū)字節(jié)數(shù) 就是每條磁道容量？ 磁頭數(shù)就是面數(shù)？磁道數(shù)等于柱面數(shù)？ 7.2.5 磁盤(pán)存儲(chǔ)器的技術(shù)指 標(biāo) 磁盤(pán)存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo) 1、存儲(chǔ)密度：道密度、位密度和面密度。 2、存儲(chǔ)容量 3、存取時(shí)間 4、數(shù)據(jù)傳輸率 道密度： 沿磁盤(pán)半徑方向單位長(zhǎng)度上的磁道數(shù)，單位為道 /英寸。 位密度： 磁道單位長(zhǎng)度上能記錄的二進(jìn)制代碼位數(shù)，單位 為位 /英寸。 面密度： 位密度和道密度的乘積，單位為位 /平方英寸。 0磁道 n磁

13、道 2、存儲(chǔ)容量： 一個(gè)磁盤(pán)存儲(chǔ)器所能存儲(chǔ)的字節(jié)總數(shù)，稱為磁盤(pán)存儲(chǔ)器 的存儲(chǔ)容量。 3、存取時(shí)間： 存取時(shí)間是指從發(fā)出讀寫(xiě)命令后，磁頭從某一起始位置移 動(dòng)至新的記錄位置，到開(kāi)始從盤(pán)片表面讀出或?qū)懭胄畔⒓由蟼?送數(shù)據(jù)所需要的時(shí)間。 取決于三個(gè)因素決定。 第一個(gè)是將磁頭定位至所要求的磁道上所需的時(shí)間，稱為 找 道時(shí)間。 第二個(gè)是找道完成后至磁道上需要訪問(wèn)的信息到達(dá)磁頭下的時(shí) 間，稱為 等待時(shí)間。 這兩個(gè)時(shí)間都是隨機(jī)變化的 因此使用平均值來(lái)表示， 平均找道時(shí)間 是最大找道時(shí)間與最 小找道時(shí)間的平均值。 平均等待時(shí)間和磁盤(pán)轉(zhuǎn)速有關(guān)，它用 磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)一周所需時(shí) 間的一半來(lái) 表示。 第三個(gè)是 數(shù)據(jù)傳送時(shí)間。

14、 Ta=Ts+1/2r+b/rN 磁盤(pán)總的平均存取時(shí) 間： 平均找道時(shí)間 平均等待時(shí)間 數(shù)據(jù)傳送時(shí)間 磁盤(pán)存儲(chǔ)器在單位時(shí)間內(nèi)向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，叫數(shù)據(jù) 傳輸率 從存儲(chǔ)設(shè)備考慮，假設(shè)磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)速度為 n轉(zhuǎn) /秒 每條磁道容量為 N個(gè)字節(jié)，則數(shù)據(jù)傳輸率： Dr=nN(字節(jié) /秒 ) 或 Dr=Dv(字節(jié) /秒 ) D為位密度， v為磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)的線速度 4、數(shù)據(jù)傳輸率 【 例 1】 磁盤(pán)組有 6片磁盤(pán)，每片有兩個(gè)記錄面，最上最下兩個(gè)面不用。 存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)徑 22cm，外徑 33cm，道密度為 40道 /cm， 內(nèi)層位密度 400位 /cm，轉(zhuǎn)速 6000轉(zhuǎn) /分。 問(wèn)： (1)共有多少柱面 ? (2)

15、盤(pán)組總存儲(chǔ)容量是多少 ? (3)數(shù)據(jù)傳輸率多少 ? (4)采用定長(zhǎng)數(shù)據(jù)塊記錄格式，直接尋址的最小單位是什么 ?尋址命 令中如何表示磁盤(pán)地址 ? (5)如果某文件長(zhǎng)度超過(guò)一個(gè)磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一個(gè)存儲(chǔ) 面上，還是記錄在同一個(gè)柱面上 ? P217頁(yè) 臺(tái)號(hào) 柱號(hào)（磁道）號(hào) 扇區(qū)號(hào) 盤(pán)面號(hào) /磁頭號(hào) 解： (1)有效存儲(chǔ)區(qū)域 =16.5-11=5.5(cm) 因?yàn)榈烂芏?=40道 /cm，所以 40 5 5=220道，即 220個(gè)圓柱面。 (2)內(nèi)層磁道周長(zhǎng)為 2R=2 3.14 11=69.08(cm) 每道信息量 =400位 /cm 69.08cm=27632位 =3454B 每面信息量

16、=3454B 220=759880B 盤(pán)組總?cè)萘?=759880B 10=7598800B (3)磁盤(pán)數(shù)據(jù)傳輸率 Dr=rN N 為每條磁道容量， N=3454B r為磁盤(pán)轉(zhuǎn)速， r=6000轉(zhuǎn) /60秒 =100轉(zhuǎn) /秒 Dr=rN=100 3454B=345400B/s (4)采用定長(zhǎng)數(shù)據(jù)塊格式，直接尋址的最小單位是一個(gè)記錄塊 (一個(gè)扇區(qū) ) 每個(gè)記錄塊記錄固定字節(jié)數(shù)目的信息 在定長(zhǎng)記錄的數(shù)據(jù)塊中，活動(dòng)頭磁盤(pán)組的編址方式可用如下格式： 此地址格式表示有 4臺(tái)磁盤(pán)（ 2位），每臺(tái)有 16個(gè)記錄面 /盤(pán)面（ 4位）， 每面有 256個(gè)磁道（ 8位），每道有 16個(gè)扇區(qū)（ 4位）。 (5)如果某

17、文件長(zhǎng)度超過(guò)一個(gè)磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一個(gè)柱面上， 因?yàn)椴恍枰匦抡业溃瑪?shù)據(jù)讀 /寫(xiě)速度快。 例 2，某雙面磁盤(pán)每面有 220道，內(nèi)層磁道周長(zhǎng) 70cm，位密 度 400位 /cm，轉(zhuǎn)速 3000轉(zhuǎn) /分，問(wèn)： (1)磁盤(pán)存儲(chǔ)容量是多少？ (2)數(shù)據(jù)傳輸率是多少？ 7. 解：（ 1） 每道信息量 = 400位 /cm 70cm = 28000位 = 3500B 每面信息量 = 3500B 220 = 770000B 磁盤(pán)總?cè)萘?= 770000B 2 = 1540000B （ 2）磁盤(pán)數(shù)據(jù)傳輸率（磁盤(pán)帶寬） Dr = r N N為每條磁道容量 N = 3500B r為磁盤(pán)轉(zhuǎn)速 r = 30

18、00 轉(zhuǎn) /60s = 50轉(zhuǎn) /s 所以 Dr = 50/s 3500B = 175000B/s C 7.3 磁盤(pán)存儲(chǔ)設(shè)備的技術(shù)發(fā)展 7.3.1 磁盤(pán) cache 隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展， CPU的速度每年增長(zhǎng) 1倍左右 主存芯片容量和磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的容量每 1.5年增長(zhǎng) 1倍左右 但磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的存取時(shí)間沒(méi)有出現(xiàn)相應(yīng)的下降，仍停留在毫秒 (ms)級(jí) 而主存的存取時(shí)間為納秒 (ns)級(jí)，兩者速度差別十分突出 因此磁盤(pán) I/O系統(tǒng)成為整個(gè)系統(tǒng)的瓶頸 為了減少存取時(shí)間，可采取的措施有： 提高磁盤(pán)機(jī)主軸轉(zhuǎn)速，提高 I/O總線速度，采用磁盤(pán) cache等 主存和 CPU之間設(shè)置高速緩存 cache是為了

19、彌補(bǔ)主存和 CPU之間速度上的差異 同樣，磁盤(pán) cache是為了彌補(bǔ)慢速磁盤(pán)和主存之間速度上的差異 磁盤(pán) cache的原理 在磁盤(pán) cache中，由一些數(shù)據(jù)塊組成的一個(gè)基本單位稱為 cache行。 當(dāng)一個(gè) I/O請(qǐng)求送到磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)時(shí)，首先搜索驅(qū)動(dòng)器上的高速緩沖行是否已寫(xiě)上數(shù)據(jù)？ 如果是讀操作，且要讀的數(shù)據(jù)已在 cache中，則為命中 可從 cache行中讀出數(shù)據(jù)，否則需從磁盤(pán)介質(zhì)上讀出。 寫(xiě)入操作和 CPU中的 cache類似，有“直寫(xiě)”和“寫(xiě)回”兩種方法。 磁盤(pán) cache利用了被訪問(wèn)數(shù)據(jù)的空間局部性和時(shí)間局部性原理。 空間局部性是指當(dāng)某些數(shù)據(jù)被存取時(shí)，該數(shù)據(jù)附近的其他數(shù)據(jù)可能也將很快被存取

20、時(shí)間局部性是指當(dāng)一些數(shù)據(jù)被存取后，不久這些數(shù)據(jù)還可能再次存取 因此現(xiàn)在大多數(shù)磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器中都使用了預(yù)讀策略， CPU的 cache存取時(shí)間一般小于 10ns，命中率 95%以上，全用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。 磁盤(pán) cache一次存取的數(shù)量大，數(shù)據(jù)集中，速度要求較 CPU的 cache低 管理工作較復(fù)雜，因此一般由硬件和軟件共同完成。 其中 cache采用 SRAM或 DRAM 而根據(jù)局部性原理預(yù)取一些不久將可能讀入的數(shù)據(jù)放到磁盤(pán) cache中 7.3.2 磁盤(pán)陣列 RAID RAID稱廉價(jià)冗余磁盤(pán)陣列，它是用多臺(tái)磁盤(pán)存儲(chǔ)器組成的大容量外存系統(tǒng) 其構(gòu)造基礎(chǔ)是利用數(shù)據(jù)分塊技術(shù)和并行處理技術(shù)， 在多個(gè)磁盤(pán)上交錯(cuò)存

21、放數(shù)據(jù)，使之可以并行存取 在 RAID控制器的組織管理下，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行存儲(chǔ)、交叉存儲(chǔ)、單獨(dú)存儲(chǔ)。 陣列中的一部分磁盤(pán)存有冗余信息，一旦系統(tǒng)中某一磁盤(pán)失效， 可以利用冗余信息重建用戶信息 RAID是 1988年由美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校一個(gè)研究小組提出的 它的設(shè)計(jì)理念是用多個(gè)小容量磁盤(pán)代替一個(gè)大容量磁盤(pán)， 因而改善了 I/O性能，增加了存儲(chǔ)容量，現(xiàn)已在超級(jí)或大型計(jì)算機(jī)中使用。 工業(yè)上制定了一個(gè)稱為 RAID的標(biāo)準(zhǔn)，它分為 7級(jí) (RAID 0 RAID 6)。 這些級(jí)別不是表示層次關(guān)系，而是指出了不同存儲(chǔ)容量、 可靠性、數(shù)據(jù)傳輸能力、 I/O請(qǐng)求速率等方面的應(yīng)用需求。 并用分布數(shù)據(jù)的方法能夠同

22、時(shí)從多個(gè)磁盤(pán)中存取數(shù)據(jù) 7.4 磁帶存儲(chǔ)設(shè)備 磁帶機(jī)的記錄原理與磁盤(pán)機(jī)基本相同，只是它的載磁體是一種帶狀塑 料，叫做磁帶。 寫(xiě)入時(shí)可通過(guò)磁頭把信息代碼記錄在磁帶上。 當(dāng)記錄有代碼的磁帶在磁頭下移動(dòng)時(shí)， 磁帶存儲(chǔ)設(shè)備由磁帶機(jī)和磁帶兩部分組成，它通常用作為海量存儲(chǔ) 設(shè)備的數(shù)據(jù)備份 磁帶速度比磁盤(pán)速度慢，原因是磁帶上的數(shù)據(jù)采用順序訪問(wèn)方式 磁盤(pán)則采用隨機(jī)訪問(wèn)方式。 就可在磁頭線圈上感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，即讀出信息代碼。 7.5 光盤(pán)和磁光盤(pán)存儲(chǔ)設(shè)備 7.5.1 光盤(pán)存儲(chǔ)設(shè)備 目前的光盤(pán)有 CD-ROM、 WORM、 CD-R等 只讀型光盤(pán)系統(tǒng)都基于一個(gè)共同原理，即光盤(pán)上的信息以坑點(diǎn)形式分布，有坑點(diǎn) 表示為“

23、 1”，無(wú)坑點(diǎn)表示為“ 0”，一系列的坑點(diǎn) (存儲(chǔ)元 )形成信息記錄道。 對(duì)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)用的 CDROM光盤(pán)，坑點(diǎn)分布作為數(shù)字“ 1”、“ 0”代碼的寫(xiě)入或讀出 標(biāo)志 為此必須采用激光作為光源，并采用良好的光學(xué)系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)。 光盤(pán)的記錄信息以凹坑方式永久性存儲(chǔ)。 讀出時(shí)，當(dāng)激光束聚焦點(diǎn)照射在凹坑上時(shí)將發(fā)生衍射，反射率低 而聚焦點(diǎn)照射在凸面上時(shí)大部分光將返回。 根據(jù)反射光的光強(qiáng)變化并進(jìn)行光 -電轉(zhuǎn)換，即可讀出記錄信息。 1、 CD-ROM光盤(pán) 聚碳酸脂 鋁質(zhì) 聚丙酸稀脂 信息記錄的軌跡稱為光道。 光道上劃分出一個(gè)個(gè)扇區(qū)，它是光盤(pán)的最小可尋址單位。 2、 WORM、 CD-R光盤(pán) WORM： 一次寫(xiě)

24、多次讀。 記錄信息 1時(shí)，低功率激光束在光盤(pán)表面灼燒形成微小的凹陷區(qū) CD-R： 允許多次分段寫(xiě)，多次讀。 用激光將微型斑點(diǎn)燒在有機(jī)材料的表層 讀出時(shí)，燒過(guò)的地方亮度較暗。 3、 CD-RW光盤(pán) 寫(xiě)數(shù)據(jù) 1時(shí)，用高溫激光束使待寫(xiě)區(qū)域熔化，冷卻后成非晶形狀態(tài) 一種特殊的水晶復(fù)合物作為記錄介質(zhì) 寫(xiě)數(shù)據(jù) 0時(shí)，用較高溫激光束使待寫(xiě)區(qū)域熔化，冷卻后成晶形狀態(tài) 4、 DVD-ROM光盤(pán) 兩面可寫(xiě) 多層可寫(xiě)的光盤(pán) 7.5.2 磁光盤(pán)存儲(chǔ)設(shè)備 磁光盤(pán)的基本工作原理是： 利用 熱磁效應(yīng) 寫(xiě)入數(shù)據(jù) 當(dāng)激光束將 磁光介質(zhì) 上的記錄點(diǎn)加熱到居里點(diǎn)溫度以上時(shí)， 利用 磁光克爾 效應(yīng)讀出數(shù)據(jù) 當(dāng)激光束照射到記錄點(diǎn)時(shí)，記

25、錄點(diǎn)的磁化方向不同，會(huì)引起反射光的 偏振面發(fā)生不同結(jié)果，從而檢測(cè)出所記錄的數(shù)據(jù)“ 1”或“ 0”。 外加磁場(chǎng)作用改變記錄點(diǎn)的磁化方向而不同的磁化方向可表示數(shù)字“ 0” 和“ 1” 磁光介質(zhì) 記錄信息的材料： 7.6 顯 示 設(shè) 備 7.7 輸入設(shè)備和打印設(shè)備 本章小結(jié) 外圍設(shè)備大體分為 輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、外存設(shè)備、數(shù)據(jù)通 信設(shè)備、過(guò)程控制設(shè)備 五大類。 磁盤(pán)、磁帶屬于磁表面存儲(chǔ)器，特點(diǎn)是存儲(chǔ)容量大，位價(jià)格 低，記錄信息永久保存，但存取速度較慢，因此在計(jì)算機(jī)系 硬磁盤(pán)按盤(pán)片結(jié)構(gòu)分為可換盤(pán)片式、固定盤(pán)片式兩種，磁頭 也分為可移動(dòng)磁頭和固定磁頭兩種。 溫徹斯特磁盤(pán) 是一種采用先進(jìn)技術(shù)研制的可移動(dòng)磁頭、固定 盤(pán)片的磁盤(pán)機(jī)，是目前應(yīng)用廣泛的硬磁盤(pán)存儲(chǔ)器。 磁盤(pán)存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo)有： 存儲(chǔ)密度、存儲(chǔ)容量、平均 存取時(shí)間、數(shù)據(jù)傳輸速率 。 光盤(pán)是近年發(fā)展起來(lái)的一種外存設(shè)備，是多媒體計(jì)算機(jī)不可 習(xí)題 1， 6， 7， 8 磁盤(pán)數(shù)據(jù)傳輸率（磁盤(pán)帶寬） Dr = r N r為磁盤(pán)轉(zhuǎn)速 每條磁道容量 6、 每面信息量 Dr = r N 9位 2位 2位 4位 8、 忽略數(shù)據(jù)傳送時(shí)間