《辅存及磁盘阵列》PPT课件.ppt
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1、1 1系统结构研究所系统结构研究所4.4 4.4 辅助存储器辅助存储器一、概述一、概述1.特点:不直接与特点:不直接与 CPU 交换信息交换信息2.磁表面存储器的技术指标磁表面存储器的技术指标(1)记录密度记录密度道密度道密度 Dt:沿磁盘半径方向长度上的磁道数:沿磁盘半径方向长度上的磁道数 道密度磁道数道密度磁道数/存储区域的长度存储区域的长度单位:道单位:道/英寸(英寸(TPI);道);道/毫米(毫米(TPM)位密度位密度 Db:位密度是磁道单位长度上可以记录:位密度是磁道单位长度上可以记录的二进制代码数位。的二进制代码数位。位密度磁道容量位密度磁道容量/内圈的周长内圈的周长单位:位单位:
2、位/英寸(英寸(BPI);位);位/毫米(毫米(BPM)4.42 2系统结构研究所系统结构研究所几个概念几个概念l记录面:磁盘片表面称为记录面。记录面:磁盘片表面称为记录面。l磁道:记录面上一系列同心圆称为磁道。它的编磁道:记录面上一系列同心圆称为磁道。它的编址是由外向内依次编号,最外一个同心圆叫做零址是由外向内依次编号,最外一个同心圆叫做零磁道。磁道。l柱面:所有记录块上半径相等的磁道的集合称为柱面:所有记录块上半径相等的磁道的集合称为柱面,一个磁盘组的柱面数等于其中一个记录面柱面,一个磁盘组的柱面数等于其中一个记录面上的磁道数。上的磁道数。l扇区:将每一个记录面分成若干个区域,每一个扇区:
3、将每一个记录面分成若干个区域,每一个区域称为一个扇区。区域称为一个扇区。l记录块:将每一个磁道分成若干个段,每段称为记录块:将每一个磁道分成若干个段,每段称为一个记录块或扇段。一个记录块或扇段。4.43 3系统结构研究所系统结构研究所扇扇 区区磁磁 道道磁盘的磁道和扇区磁盘的磁道和扇区磁盘表面被磁盘表面被分为许多同分为许多同心圆,每个心圆,每个同心圆称为同心圆称为一个磁道。一个磁道。每个磁道都每个磁道都有一个编号,有一个编号,最外面的是最外面的是0磁道磁道 每个磁道被划每个磁道被划分为若干段分为若干段(段又叫扇区)(段又叫扇区),每个扇区的,每个扇区的存储容量为存储容量为512字节。每字节。每
4、个扇区都有一个扇区都有一个编号个编号 注:所谓磁盘的注:所谓磁盘的格式化操作,指格式化操作,指在盘面上划分磁在盘面上划分磁道和扇区,并在道和扇区,并在扇区中填写扇区扇区中填写扇区号等信息的过程号等信息的过程近三十年来,扇区大小一直是近三十年来,扇区大小一直是512字节。字节。但最近几年正迁移到更大、更高效的但最近几年正迁移到更大、更高效的4096字节扇区,通常称为字节扇区,通常称为4K扇区。国际扇区。国际硬盘设备与材料协会(硬盘设备与材料协会(IDEMA)将之称)将之称为高级格式化。为高级格式化。4 4系统结构研究所系统结构研究所如何增大磁盘片的容量?如何增大磁盘片的容量?l提高盘片上的信息记
5、录密度!提高盘片上的信息记录密度!l增加磁道数目增加磁道数目提高磁道密度提高磁道密度l增加扇区数目增加扇区数目提高位密度,并采用可变扇区数提高位密度,并采用可变扇区数 低密度存储示意图低密度存储示意图 高密度存储示意图高密度存储示意图位密度位密度道密度道密度位密度位密度道密度道密度早期的磁盘所有磁道上的扇区数相早期的磁盘所有磁道上的扇区数相同,所以位数相同,内道上的位密同,所以位数相同,内道上的位密度比外道位密度高度比外道位密度高现代磁盘磁道上的位密度相同,所现代磁盘磁道上的位密度相同,所以,外道上的扇区数比内道上扇区以,外道上的扇区数比内道上扇区数多,使整个磁盘的容量提高数多,使整个磁盘的容
6、量提高5 5系统结构研究所系统结构研究所在此例中,每个磁道包含在此例中,每个磁道包含30个固定长度的扇段,每个扇段有个固定长度的扇段,每个扇段有600个字节个字节(17+7+41+515+20=600)。磁盘磁道的格式磁盘磁道的格式6 6系统结构研究所系统结构研究所2.磁表面存储器的技术指标磁表面存储器的技术指标(2)存储容量:磁盘存储器可以存储的总字节数)存储容量:磁盘存储器可以存储的总字节数l格式化容量:是可按照某个特定记录格式利用的格式化容量:是可按照某个特定记录格式利用的磁化单元数,也是用户真正可以使用的容量磁化单元数,也是用户真正可以使用的容量l格式化容量记录面数格式化容量记录面数每
7、面的磁道数每面的磁道数扇区数扇区数记录块记录块的字节数,的字节数,l单位:单位:KB或或MB。l非格式化容量:是磁记录表面可以利用的磁化单非格式化容量:是磁记录表面可以利用的磁化单元总数。元总数。l非格式化容量记录面数非格式化容量记录面数每面的磁道数每面的磁道数磁道容量,磁道容量,l单位单位:KB或或MB。l关系:格式化容量一般为非格式化关系:格式化容量一般为非格式化60704.47 7系统结构研究所系统结构研究所平均存取时间平均存取时间磁磁头磁道磁道旋旋转轴碟片碟片硬盘的操作流程如下:硬盘的操作流程如下:所有磁头同步寻道(由柱面号控制)所有磁头同步寻道(由柱面号控制)选择磁头(由磁选择磁头(
8、由磁头号控制)头号控制)被选中的磁头被选中的磁头等待扇区到达磁头下方(由扇区号控制)等待扇区到达磁头下方(由扇区号控制)读写该扇区中的数据读写该扇区中的数据8 8系统结构研究所系统结构研究所(3)平均寻址时间:从读写命令发出后,磁头从某一起)平均寻址时间:从读写命令发出后,磁头从某一起始位置出发移动到新的记录位置,到开始从盘片表始位置出发移动到新的记录位置,到开始从盘片表面读出或写入信息所需要的时间。面读出或写入信息所需要的时间。l寻道时间:将磁头定位到所要求的磁道上所需要的时间寻道时间:将磁头定位到所要求的磁道上所需要的时间l等待时间:等待磁道上需要访问的信息到达磁头下的时间等待时间:等待磁
9、道上需要访问的信息到达磁头下的时间l平均寻址时间平均寻道时间平均等待时间。平均寻址时间平均寻道时间平均等待时间。l平均寻道时间(最大寻道时间最小寻道时间)平均寻道时间(最大寻道时间最小寻道时间)/2;l平均等待时间磁盘旋转一周所需时间的一半,即平均等待时间磁盘旋转一周所需时间的一半,即1/2(1/转速)。转速)。2.磁表面存储器的技术指标磁表面存储器的技术指标4.49 9系统结构研究所系统结构研究所l磁盘上的信息以扇区为单位进行读写,平均存取时间为:磁盘上的信息以扇区为单位进行读写,平均存取时间为:T=寻道时间寻道时间+旋转等待时间旋转等待时间+数据传输时间(忽略不计)数据传输时间(忽略不计)
10、l寻道时间寻道时间磁头寻找到指定磁道所需时间磁头寻找到指定磁道所需时间(大约大约5ms)l旋转等待时间旋转等待时间指定扇区旋转到磁头下方所需要的时间指定扇区旋转到磁头下方所需要的时间(大约大约46ms)(转速:转速:4200/5400/7200/10000rpm)l数据传输时间数据传输时间(大约大约0.01ms/扇区扇区)1010系统结构研究所系统结构研究所(4)数据传输率:磁盘存储器在单位时间能)数据传输率:磁盘存储器在单位时间能向主机传送的字节数。向主机传送的字节数。lDr =Db Vl如果磁盘的旋转速度为每秒如果磁盘的旋转速度为每秒n转,每条磁道的转,每条磁道的容量为容量为N个字节,则数
11、据传输率个字节,则数据传输率 DrnN(B/s)2.磁表面存储器的技术指标磁表面存储器的技术指标4.41111系统结构研究所系统结构研究所(5)误码率误码率:出错信息位数与读出信息的总位数出错信息位数与读出信息的总位数之比之比lCRC循环冗余校验码循环冗余校验码2.磁表面存储器的技术指标磁表面存储器的技术指标4.41212系统结构研究所系统结构研究所3 3、记录的地址格式、记录的地址格式l磁盘地址格式:对于活动头磁盘组,磁盘地址由记磁盘地址格式:对于活动头磁盘组,磁盘地址由记录面号(也称为磁头号)、磁道号和扇区号组成。录面号(也称为磁头号)、磁道号和扇区号组成。一台主机如果配有几台磁盘机,则还
12、要给它们编号,一台主机如果配有几台磁盘机,则还要给它们编号,因此,磁盘地址格式为:因此,磁盘地址格式为:l注意磁道号(柱面号)与记录面号的顺序。注意磁道号(柱面号)与记录面号的顺序。l如果有一个较大的文件,在某磁道、某记录面的所有扇区如果有一个较大的文件,在某磁道、某记录面的所有扇区内存放不下时,应先改变记录面号(即换成与该磁道号对内存放不下时,应先改变记录面号(即换成与该磁道号对应的另一记录面存放),这样可避勉磁头的机械运动影响应的另一记录面存放),这样可避勉磁头的机械运动影响存取速度。只有当磁道号(柱面号)对应的所有记录都存存取速度。只有当磁道号(柱面号)对应的所有记录都存放不下时,才改变
13、磁道号(柱面号)。放不下时,才改变磁道号(柱面号)。驱动器号驱动器号磁道号(柱面号)磁道号(柱面号)记录面号(磁头号)记录面号(磁头号)扇区号扇区号4.41313系统结构研究所系统结构研究所PC机中的机中的外存储器外存储器硬盘硬盘存储器存储器软盘软盘驱动器驱动器CD-ROM驱动器驱动器PCPC中的外存储器中的外存储器1414系统结构研究所系统结构研究所磁头,用于写入磁头,用于写入和读出信息和读出信息“0”“1”盘片旋转方向盘片旋转方向磁磁盘盘片片线圈线圈写写1:线圈通以正向电流,使呈线圈通以正向电流,使呈N-S状态状态写写0:线圈通以反向电流,使呈线圈通以反向电流,使呈S-N状态状态读时:读时
14、:磁头固定不动,载体运动。因为载体上小的磁化单元外部的磁力线磁头固定不动,载体运动。因为载体上小的磁化单元外部的磁力线通过磁头铁芯形成闭合回路,在铁芯线圈两端得到感应电压。根据不同的通过磁头铁芯形成闭合回路,在铁芯线圈两端得到感应电压。根据不同的极性极性,可确定读出为,可确定读出为0或或1。不同的磁化状态被不同的磁化状态被记录在磁盘表面记录在磁盘表面二、磁记录原理和记录方式二、磁记录原理和记录方式1515系统结构研究所系统结构研究所二、磁记录原理和记录方式二、磁记录原理和记录方式1.磁记录原理磁记录原理写写4.4局部磁化单元局部磁化单元载磁体载磁体写线圈写线圈SNI局部磁化单元局部磁化单元写线
15、圈写线圈SN铁芯铁芯磁通磁通磁层磁层写入写入“0”写入写入“1”I1616系统结构研究所系统结构研究所磁记录原理磁记录原理N读线圈读线圈S读线圈读线圈SN铁芯铁芯磁通磁通磁层磁层运动方向运动方向运动方向运动方向ssttffee读出读出“0”读出读出“1”读读4.41717系统结构研究所系统结构研究所磁表面信息读出过程磁表面信息读出过程1818系统结构研究所系统结构研究所l磁记录方式是一种编码方式,即按照某种规律,把待写入的二进制信息转换成磁表面相应的磁化状态。实际就是将二进制信息转换成对应的写电流脉冲序列,写入电流波形的组成方式称为记录方式。l归零制(RZ,Return to Zero)记录方
16、式中,写“1”时磁头线圈中加正向脉冲,写“0”时加负向脉冲。由于脉冲电流均要回到零,故称归零制l不归零制(NRZ,Non Return to Zero):磁头线圈中始终有电源。写“1”时有正向电流,写“0”时有负向电流。由于磁头中电流不回到零,故称为不归零制。l见“1”就翻的不归零(NRZ1)这是一种改进的不归零制,记录“1”时,在位周期中间写电流改变方向;而记录“0”时,写电流方向维持不变,所以称之为见“1”就翻的不归零制。2.磁表面存储器的记录方式磁表面存储器的记录方式4.41919系统结构研究所系统结构研究所2.磁表面存储器的记录方式磁表面存储器的记录方式011100010数据序列数据序
17、列RZNRZNRZ1PMFMMFMT位周期位周期4.42020系统结构研究所系统结构研究所l调相制(PE,Phase Encoding):写“1”时,磁头线圈中的电流先正后负;写“0”时,电流先负后正。l调频制(FM,Frequency Modulation):写“1”时,磁头线圈中的电流在位周期开始时改变一次方向,在位周期中间还要改变一次方向;写“0”时,磁头线圈中的电流只在位周期开始时改变一次方向。(差分曼彻斯特)l改进的调频制(MFM)是对FM制改进,编码规则:记录“1”时,写电流在位周期中间改变方向;记录单独的一个“0”时,写电流不改变方向;记录连续的两个“0”时,写电流在位周期边界改
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