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1、上 海 交 通 大 學(xué)外部存儲(chǔ)器陸海寧 S.J.T.U. 外部存儲(chǔ)器的類(lèi)型v磁盤(pán) RAIDv光存儲(chǔ)器 CD-ROM CD-Recordable (CD-R) CD-R/W DVDv磁帶存儲(chǔ)器 S.J.T.U. 磁盤(pán)v涂有磁性材料的襯底圓盤(pán)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(pán)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(xiě)機(jī)制v通過(guò)被稱為“磁頭”的導(dǎo)電線圈進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)v單一的讀寫(xiě)頭或者分立的讀寫(xiě)頭(一讀一寫(xiě))v讀寫(xiě)的時(shí)候，磁頭靜止，盤(pán)在下方高速旋轉(zhuǎn)v寫(xiě)機(jī)制電流通過(guò)線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)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(chǎng)

2、相對(duì)線圈運(yùn)動(dòng)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(chǎng)的方向支持高頻度的操作 S.J.T.U. 感應(yīng)式寫(xiě)/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(gè)扇區(qū)通常幾十或上百扇區(qū)v最小的塊長(zhǎng)為一個(gè)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(pán) S.J.T.U. 磁盤(pán)數(shù)據(jù)分布 S.J.T.U. 磁盤(pán)速度v靠近旋轉(zhuǎn)中心的數(shù)據(jù)位經(jīng)過(guò)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(jiǎn)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(gè)區(qū)段包含一個(gè)或多個(gè)磁道在區(qū)段內(nèi)，每個(gè)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(pán)盤(pán)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(pán)附加用戶不可見(jiàn)的數(shù)據(jù)標(biāo)記磁道和扇區(qū) S.J.T.U. 溫徹斯特硬盤(pán)磁道格式(ST506) S.J.T.U. 物理特性v固定或可移動(dòng)的磁頭v可插拔或固定v單面或雙面v單盤(pán)片或多盤(pán)片v磁頭機(jī)制接觸式(軟盤(pán))固定間隙飛行(溫徹斯特) S.J.T

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

5、e)移動(dòng)支架使磁頭對(duì)準(zhǔn)所需磁道所花費(fèi)的時(shí)間當(dāng)代硬盤(pán)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(xiě)的位置平均而言，是磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)半周的時(shí)間v傳送時(shí)間磁盤(pán)數(shù)據(jù)的傳送時(shí)間，取決于磁盤(pán)的旋轉(zhuǎn)速率 S.J.T.U. 磁盤(pán)性能參數(shù)v傳送時(shí)間 T = b / rN b：傳送的字節(jié)數(shù) r：磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)速率(轉(zhuǎn)/秒) N：每磁道字節(jié)數(shù)v平均存取時(shí)間 Ta = Ts + 1/2r + b/rN Ts：平均尋道時(shí)間 S.J.T.U. 磁盤(pán)冗余陣列(RAID)vRedundant Array of Independent Disksv7級(jí)標(biāo)準(zhǔn)v一組物理磁盤(pán)，但在操作系統(tǒng)下視為單一邏輯驅(qū)動(dòng)器v數(shù)據(jù)分布在

6、一組物理磁盤(pán)上v可將校驗(yàn)信息存放在冗余磁盤(pán)空間上，以使得在磁盤(pán)損壞時(shí)可以恢復(fù)數(shù)據(jù) S.J.T.U. RAID0v沒(méi)有冗余v數(shù)據(jù)分布在所有的磁盤(pán)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(pán)中v提高的速度多個(gè)數(shù)據(jù)請(qǐng)求可能針對(duì)于不同的磁盤(pán)并行磁盤(pán)訪問(wèn)一組數(shù)據(jù)傾向于分布在多個(gè)磁盤(pán)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(pán)v數(shù)據(jù)以輪轉(zhuǎn)條帶形式分布在多個(gè)磁盤(pán)上v每個(gè)條帶映射到兩個(gè)不同的磁盤(pán)上v讀請(qǐng)求可以訪問(wèn)包含數(shù)據(jù)的兩個(gè)磁盤(pán)的任意一個(gè)v寫(xiě)請(qǐng)求則需要更新兩個(gè)磁盤(pán)，可以并行v數(shù)據(jù)恢復(fù)簡(jiǎn)單替換失效硬盤(pán)并鏡像恢復(fù)不存在停機(jī)時(shí)間v非常昂貴 S.J.

7、T.U. RAID1 S.J.T.U. RAID2v磁盤(pán)同步旋轉(zhuǎn)v非常小的條帶通常一個(gè)字或字節(jié)v通過(guò)各數(shù)據(jù)盤(pán)上的相應(yīng)位計(jì)算糾錯(cuò)碼v糾錯(cuò)碼存放在校驗(yàn)盤(pán)上(通常采用漢明碼，糾一位錯(cuò))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(lèi)似于RAID2v無(wú)論陣列多大，只需一個(gè)冗余盤(pán)v使用所有數(shù)據(jù)盤(pán)同一位組計(jì)算奇偶校驗(yàn)位 eg：X4(i) = X3(i) X2(i) X1(i) X0(i)v損壞磁盤(pán)上的數(shù)據(jù)可通過(guò)其他磁盤(pán)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(gè)磁盤(pán)獨(dú)立

8、操作v較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)條帶v每個(gè)數(shù)據(jù)盤(pán)上的相應(yīng)條帶逐位計(jì)算校驗(yàn)條帶v校驗(yàn)數(shù)據(jù)存放在校驗(yàn)盤(pán)上v寫(xiě)操作包含兩次讀和兩次寫(xiě) X4(i) = X4(i) X1(i) X1(i)v校驗(yàn)盤(pán)成為瓶頸 S.J.T.U. RAID4 S.J.T.U. RAID5v類(lèi)似于RAID4v輪轉(zhuǎn)方案將校驗(yàn)條帶分布在所有的磁盤(pán)上v避免了RAID4種校驗(yàn)盤(pán)的瓶頸v至少三個(gè)磁盤(pán) S.J.T.U. RAID5 S.J.T.U. RAID6v兩種不同的奇偶計(jì)算v兩種校驗(yàn)碼以分開(kāi)的塊存放于不同的磁盤(pán)中vN個(gè)數(shù)據(jù)磁盤(pán)需要N+2塊磁盤(pán)組成RAID6v較高的數(shù)據(jù)可用性三個(gè)磁盤(pán)同時(shí)故障才會(huì)引起數(shù)據(jù)丟失更慢的寫(xiě)入速度 S.J.T.U. RAID6

9、S.J.T.U. 光存儲(chǔ)器 CD-ROMv最初用于存放音頻v650M以上的容量，超過(guò)70分鐘的音頻v聚碳酸酯本體，鍍高反射材料(鋁)v通過(guò)“坑”和“臺(tái)”存放數(shù)據(jù)v通過(guò)反射激光讀取數(shù)據(jù)v螺旋式軌道v恒定的存儲(chǔ)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(lái)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(wèn)v比較困難v移動(dòng)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(shí)間較長(zhǎng) S.J.T.U. 其他光學(xué)存儲(chǔ)vCD-Recordable (CD-R)一次性寫(xiě)入多次讀出兼容CD-ROM驅(qū)動(dòng)器適用于文件歸檔存儲(chǔ)vCD-Rewritable (CD-RW)可擦寫(xiě)兼容大部分的CD-ROM驅(qū)動(dòng)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(zhǎng)更小的圈間間隙更小的凹坑間距v可用雙面vDVD視頻盤(pán)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(wèn)v更高的容量v速度緩慢v備份存儲(chǔ) S.J.T.U. 蛇形讀寫(xiě)