復習思考題18設某計算機采用5級指令流水線，若每級執行時間是△t，則此流水線理想狀態下的吞吐率TP=1/△t。連續執行10條指令，至少需時間=14△t。RISC普遍采用微程序控制器產生微命令。硬連線（錯）重疊控制并不能加快一條指令的實現，但能加快相鄰兩條指令以至一段程序的執行。（對）計算機的外部設備是指除主機外圍繞著主機設置的各種硬件裝置。第7章外部設備7.1外部設備概述7.2磁介質存儲器的性能和原理7.3磁介質存儲設備7.5光盤存儲器7.6新型輔助存儲器7.7鍵盤輸入設備7.8其他輸入設備7.9打印輸出設備7.10顯示設備7.2.3數字磁記錄方式數字磁記錄方式是一種編碼方式，它按照某種規律將一連串的二進制數字信息變換成記錄介質上相應磁化翻轉形式。直接記錄方式（用于記錄密度較低時）歸零制（RZ）記錄“1”時，磁頭線圈中通以正向脈沖電流；記錄“0”時，通以反向脈沖電流。由于脈沖電流均要回到零，故稱為歸零制。數據序列000011111RZT0直接記錄方式不歸零制（NRZ）記錄“1”時，磁頭線圈以中通正向電流；記錄“0”時，通以反向電流。磁頭中電流不回到零。又稱為“見變就翻”的不歸零制。不歸零－1制（NRZ-1）記錄“1”時，磁頭線圈中寫電流改變方向；記錄“0”時，寫電流方向維持不變，稱為見“1”就翻的不歸零制。數據序列000011111RZNRZNRZ-1T0按位編碼記錄方式調相制（PE）——相位編碼方式記錄“1”時，寫電流在位周期中間由負變正；記錄“0”時，寫電流在位周期中間由正變負。當連續出現兩個或兩個以上“1”或“0”時，為了維持上述原則，在位周期的邊界上也要翻轉一次。這種記錄方式常用于磁帶機中。數據序列000011111T0PE按位編碼記錄方式調頻制（FM）記錄“1”時，寫電流在位周期中間和邊界各改變一次方向；記錄“0”時，寫電流僅在位周期邊界改變一次方向。因此，記錄“1”的磁化翻轉頻率為記錄“0”時的兩倍，故又稱倍頻制。T0數據序列000011111FM按位編碼記錄方式改進的調頻制（MFM）——延遲調制碼或密勒碼記錄“1”時，寫電流在位周期中間改變方向；記錄獨立的一個“0”，寫電流不改變方向；記錄連續的兩個“0”，寫電流在位周期邊界改變方向。T0數據序列000011111MFM按位編碼記錄方式改進的改進型調頻制（M2FM）記錄“1”時，寫電流在位周期中間改變方向；記錄獨立的一個“0”，寫電流不改變方向；記錄連續的兩個“0”，寫電流在位周期邊界處改變方向，產生磁化翻轉；記錄連續兩個以上的“0”，寫電流在前兩個“0”的位周期邊界處改變方向，以后每隔兩個“0”的位周期邊界處，寫電流再改變一次方向，產生翻轉。T0數據序列000011111MFMM2FM7.3.1硬盤存儲器分類按磁盤、磁頭是否密封為一個整體分類固定盤存儲器磁盤不能從驅動器中取出，更換時要把整個“頭盤組合體”一起更換。這種結構的磁盤存儲器稱為溫徹斯特磁盤?？蓳Q盤存儲器

磁盤不用時可以從驅動器取出脫機保存(移動硬盤)便于擴大存儲容量，但記錄密度受限制按磁頭工作方式分類

移動頭硬盤存儲器磁頭徑向移動，磁頭在工作時與盤面不接觸典型結構為溫徹斯特磁盤。固定頭磁盤存儲器磁頭位置固定，一個磁頭/磁道，盤片不可更換。存取速度快7.3.2硬盤存儲器的基本結構馬達磁頭及定位系統控制電路剛性磁片如果磁頭碰到了高速旋轉的磁片，會破壞表面的涂層和存在那里的數據，磁頭也會損壞，所以在硬盤通電的情況下，千萬不要移動主機。磁道記錄面

硬盤存儲器溫徹斯特磁盤（簡稱溫盤）（WinchesterDisk）是一種可移動磁頭固定盤片的磁盤存儲器它是目前應用最廣、最有代表性的硬磁盤存儲器。溫徹斯特技術是磁盤向高密度、高容量發展的產物溫盤的主要特點是一種密封組合式的硬磁盤，將磁頭、盤片、電機等驅動部件甚至R/W電路等制成一個不可隨意拆卸的整體——“頭盤組合體”。工作時，高速旋轉在盤面上形成的氣墊將磁頭平穩浮起優點——防塵性能好，可靠性高，對使用環境要求不高7.3.3硬盤的信息分布和磁盤地址磁道(Track)扇區(Sector)柱面(Cylinder)多個盤片上具有相同編號的磁道，它的數目和磁道是相同的。磁頭(Head)柱面磁道扇區

磁頭號

磁道號

扇區號磁盤地址格式（盤片號）柱面號7.3.4硬盤的技術參數記錄密度道密度——

沿磁盤半徑方向單位長度上的磁道數單位為道/英寸（TPI——TrackPerInch）位密度——

磁道單位長度上能記錄的二進制代碼位數單位為位/英寸（BPI——BitPerInch）。

硬盤的主要性能指標硬盤容量未格式化硬盤容量的計算容量=記錄面數×柱面數×內圓周長×位密度柱面數=磁盤有效記錄區寬度×道密度一條磁道的容量=內圓周長×位密度設某硬盤有10個盤面,有效記錄寬度為5cm，內圓周長為80cm，道密度為20道/cm，內層位密度100b/cm柱面數=5cm×20道/cm=100道，即100個柱面每道信息量=100b/cm×80cm=8000b=1000B

每面信息量=1000B×100=100000B≈100KB

盤組總容量=100KB×10=1000KB≈1MB

硬盤的主要性能指標硬盤容量已格式化硬盤容量的計算容量=柱面數×扇區數×每扇區字節數×磁頭數

設某硬盤有8000個柱面、63個扇區、512B/扇區、16個磁頭。

容量=8000×63×512B×16≈70GB

硬盤的主要性能指標硬盤轉速單位時間內硬盤所轉的圈數。單位：轉/分鐘（RPM）評價：RPM越大，內部傳輸率就越快、訪問時間越短、硬盤整體性能越好磁盤的轉速——一般為3600轉/分鐘~15000轉/分鐘即3600RPM~15000RPM

硬盤的主要性能指標平均存取時間平均尋道時間ts——磁頭定位在目的磁道的時間平均等待時間tw——目的扇區旋轉到磁頭下方的時間tw=磁盤轉半圈的時間（與磁盤轉速有關）平均存取時間=平均尋道時間ts+平均等待時間tw

硬盤的主要性能指標數據傳輸率磁盤完成尋址操作后，單位時間內與主機交換數據的信息容量數據傳輸率=一個磁道的容量×磁盤轉速單位：位/秒(b/s)或字節/秒(B/s)設某硬盤有8000個柱面、63個扇區、512B/扇區、16個磁頭，轉速為2400RPM。則數據傳輸率=63×512B×2400RPM=1260KB/s硬盤的數據傳輸率分為內部數據傳輸率主要依賴于硬盤的旋轉速度，因硬盤品牌及型號而有較大差異。外部數據傳輸率是系統總線與硬盤緩沖區之間的數據傳輸率，外部數據傳輸率與硬盤接口類型和緩存大小有關。

硬盤的主要性能指標硬盤緩沖存儲器設置緩存的目的解決硬盤內部與接口數據之間速度不匹配的問題，可以提高硬盤的R/W速度目前，硬盤緩存為16MB~64MB硬盤的接口標準是硬盤與主機系統間的連接部件不同硬盤接口決定著硬盤與計算機之間的連接速度在整個系統中，硬盤接口的優劣直接影響著程序運行快慢和系統性能好壞。硬盤接口分為IDE接口

——硬盤多用于家用產品中SCSI接口——硬盤則主要應用于服務器市場SATA接口——在家用市場中有著廣泛的前景。磁盤存儲器的讀取技術現狀巨磁電阻效應一個微弱的磁場變化可以在巨磁電阻系統中產生很大的電阻變化1988年，法國和德國科學家因先后獨立發現了“巨磁電阻”效應共同獲得2007年諾貝爾物理學獎它可歸功于1970年發展的新技術——制造超薄物料的技術1997年首個應用巨磁電阻效應的讀取頭研制成功這項技術同時被認為是“前途廣闊的納米技術領域的首批實際應用之一”應用產物小型大容量硬盤MP3音樂播放器筆記本電腦等。

磁盤參數的計算例：設有一個盤面直徑為18in的磁盤組，有20個記錄面，每面有5in的區域用于記錄信息，記錄密度為100道/in(TPI)和1000b/in(bpi)，轉速為2400RPM，道間移動時間為0.2ms，試計算該盤組的容量、數據傳送率和平均存取時間。解：

每一記錄面的磁道數N為

N＝5in/面×100道/in＝500道/面

最內圈磁道的周長為L=×(18-2×5)in=25.12in

以最內圈磁道的周長當作每條磁道的長度，故該盤組的存儲容量（非格式化容量）為

C=1000b/in×25.12in/道×500道/面×20面

=251.2×106b=31.4×106B

≈31.4MB

磁盤參數的計算(續)例：設有一個盤面直徑為18in的磁盤組，有20個記錄面，每面有5in的區域用于記錄信息，記錄密度為100道/in(TPI)和1000b/in(bpi)，轉速為2400RPM，道間移動時間為0.2ms，試計算該盤組的容量、數據傳送率和平均存取時間。磁盤旋轉一圈的時間為

t=1/2400(r/min)×60s/min=0.025s=25ms數據傳送率為

Dr=每一道的容量/旋轉一圈的時間

=25120/25=1004.8b/ms=1.0048×106b/s=0.1256×106B/s=0.1256MB/s平均存取時間為

Ta≈[(0+0.2*499)/2+(0+25)/2]ms≈60ms傳統硬盤驅動器各磁道的扇區數相同，存儲的信息量相同這意味著在磁盤上位密度是變化的。內圈磁道的位密度高，外圈磁道的位密度低，最內圈磁道的位密度（最大位密度）決定了磁盤驅動器的容量。因各磁道記錄的信息量及轉速是相同的，所以它們的數據傳送率也是相同的。由于外圈磁道比內圈磁道更長一些，但存儲的信息量卻相同，所以外圈磁道上明顯地存在著浪費。7.3.5硬盤的分區域記錄7.3.5硬盤的分區域記錄分區