第8章輔助存儲器計算機中的存儲器分有主存儲器和輔助存儲器兩大類。主存儲器用來存放需立即使用的程序和數(shù)據(jù),要求存取速度快,通常由半導(dǎo)體存儲器構(gòu)成。輔助存儲器用于存放當(dāng)前不需立即使用的信息,一旦需要,再和主存成批地交換數(shù)據(jù)。它作為主存的后備和補充,是主機的外部設(shè)備,因此又稱為外存儲器。輔助存儲器的特點是容量大,成本低,通常在斷電后仍能保存信息,是“非易失性”存儲器,其中大部分存儲介質(zhì)還能脫機保存信息。輔助存儲器的種類磁表面存儲器利用磁性介質(zhì)材料沉積在盤片表面的基體上形成記錄介質(zhì)，以繞有線圈的磁頭與記錄介質(zhì)的相對運動來讀寫信息。光存儲器利用激光束在具有感光特性的表面上存儲信息。磁表面存儲器的技術(shù)指標存儲密度*存儲密度是指單位長度或單位面積磁層表面所存儲的二進制信息量。位密度：單位長度上存儲的二進制信息量。道密度：沿磁盤半徑方向單位長度的磁道數(shù)。面密度：單位面積中存儲的二進制信息量。（位密度×道密度）存儲容量*格式化容量：按照某種特定的記錄格式的容量，是用戶真正可以使用的容量。非格式化容量：磁記錄表面可利用的磁化單元總數(shù)。尋址時間*磁盤的尋址時間由尋道時間Ts+等待時間Tw構(gòu)成磁帶的尋址時間：磁帶轉(zhuǎn)到記錄區(qū)的時間數(shù)據(jù)傳輸率單位時間內(nèi)從磁表面存儲器所讀/寫的信息量。誤碼率、價格指標參數(shù)計算舉例IBMPC/AT機5.25英寸高密度軟盤共有2個記錄面，每個面80個磁道，每個磁道15個扇區(qū)，每個扇區(qū)可記錄信息512個字節(jié)。則，其格式化容量為：

512×15×80×2=1228800B≈1.2MB該軟磁盤機的轉(zhuǎn)速為每分鐘360轉(zhuǎn)(360rmp)，則旋轉(zhuǎn)一圈的時間為60/360=1/6s≈167ms。平均等待時間為旋轉(zhuǎn)半圈的時間：83ms。磁記錄原理磁表面存儲器通過磁頭和記錄介質(zhì)的相對運動完成寫入和讀出。磁記錄介質(zhì)：涂有薄層磁材料的信息載體。

-Fe2O3針狀顆粒材料-磁粉。磁頭：實現(xiàn)電-磁轉(zhuǎn)換的裝置。Iw數(shù)據(jù)寫入：在線圈中通以一定方向的電流。數(shù)據(jù)讀出：磁介質(zhì)在磁頭下勻速運動。讀寫原理寫入：記錄介質(zhì)在磁頭下勻速通過，磁頭線圈中通入一定方向和大小的電流，則會在介質(zhì)上形成一個磁化單元。電流方向不同，則磁化方向也不同。一個磁化方向規(guī)定為“0”，另一個磁化方向就規(guī)定為“1”。讀出：記錄介質(zhì)在磁頭下勻速通過時，讀出線圈會感應(yīng)出電壓，磁化方向不同，則感應(yīng)電壓就不同，對感應(yīng)電壓進行放大和整型，就可以讀出“0”或“1”。磁記錄方式磁記錄方式是一種編碼方法。是按某種規(guī)律將一串二進制數(shù)字信息變換成磁層的相應(yīng)磁化翻轉(zhuǎn)形式，并經(jīng)過讀寫控制電路實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換規(guī)律。常見的方式有：歸零制（RZ）記錄1時電流正向流動，記錄0時電流反向流動。在記錄2個信息位之間，電流為零。不歸零制（NRZ）記錄1時電流正向流動，電流保持到下一個信息到來，記錄0時電流反向流動，并電流保持到下一個信息到來。當(dāng)連續(xù)寫入“1”或“0”時，寫電流的方向是不改變的。不歸零-1制（NRZ1）記錄1時電流改變極性，使磁記錄層的磁化強度方向發(fā)生翻轉(zhuǎn)；記錄0時保持原來的寫電流和磁化強度方向。也稱為見1就翻的不歸零制。續(xù)前調(diào)相制（PM）又稱相位編碼(PE)。在一個記錄單元內(nèi)，磁頭線圈中的寫入電流由負到正表示記錄信息0，由正到負表示記錄信息1。兩者的相位相差180度。當(dāng)二進制信息中出現(xiàn)連續(xù)兩個1或連續(xù)兩個0時，為了維持上述規(guī)則，在兩個記錄單元的交界處也要發(fā)生翻轉(zhuǎn)。調(diào)頻制（FM）在記錄單元起始處不論是記錄0還是1，都要改變電流方向，產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)；在一個記錄單元中間點，記錄1時改變電流方向，產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)，記錄0時不改變電流方向，不產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)。這樣記錄1的頻率是記錄0的頻率的2倍。改進型調(diào)頻制（MFM）當(dāng)二進制信息中出現(xiàn)連續(xù)0時，其記錄單元的交界處翻轉(zhuǎn)一次。在其它情況下（0->1,1->0,1->1)其記錄單元的交界處不翻轉(zhuǎn)；在一個記錄單元的中間點，記錄1時改變電流方向，產(chǎn)生磁化翻轉(zhuǎn)，記錄0時不改變電流方向，不產(chǎn)生磁化翻轉(zhuǎn)。不同記錄方式的寫入電流波形圖見P268的圖8.4。讀出信號的形成當(dāng)記錄介質(zhì)在磁頭下勻速通過時，如磁層的磁化強度發(fā)生變化，將在磁頭的讀出線圈中感應(yīng)出電壓。不歸零制（NRZ），見188頁圖8.5(a)。不歸零-1制（NRZ1），見188頁圖8.5(b)。改進調(diào)頻制（MFM），見188頁圖8.5(c)。記錄方式的性能指標自同步能力從單個磁道讀出的脈沖序列中提取同步時鐘脈沖的難易程度。NRZ、NRZ1沒有自同步能力；PM、FM、MFM、GCR、RLL碼具有自同步能力。編碼效率每次磁層翻轉(zhuǎn)所能存儲的數(shù)據(jù)信息位。位密度η=—————————

最大磁化翻轉(zhuǎn)密度讀出分辨率磁記錄系統(tǒng)對讀出信號的分辨能力。磁盤存儲器磁盤存儲器是計算機系統(tǒng)中最主要的外存設(shè)備。硬磁盤存儲器由硬磁盤驅(qū)動器HDD和硬磁盤控制器HDC組成。硬磁盤存儲器的種類根據(jù)磁頭的工作方式分：移動頭磁盤存儲器固定頭磁盤存儲器根據(jù)磁盤可更換與否分類：

可換盤存儲器固定盤存儲器磁盤的盤片數(shù)據(jù)儲存在盤片表面的扇區(qū)(Sector)和磁道(track)里，磁道：一系列的同心圓。黃色部分扇區(qū)：磁道組成的扇形表面。藍色部分扇區(qū)包括了固定數(shù)量的字節(jié)。硬盤的低級格式化：在盤片上建立了扇區(qū)和磁道，每個扇區(qū)的開始和結(jié)束部分都被寫到了盤片上，這個處理使硬盤準備開始以byte的形式保持數(shù)據(jù)。高級格式化：寫入文件儲存的結(jié)構(gòu)，例如把文件分配表寫入到扇區(qū)，這個過程使硬盤準備保持文件。硬磁盤硬磁盤獨立冗余磁盤陣列RAID獨立冗余磁盤陣列（RedundantArrayofInexpensive/IndependentDisk)----一種對多盤數(shù)據(jù)庫設(shè)計的工業(yè)標準。

RAID分為8級（0--7）是表示具有下列3個共同特性的不同設(shè)計結(jié)構(gòu)RAID是一組物理磁盤驅(qū)動器，在OS下被視為一個單邏輯驅(qū)動器；數(shù)據(jù)分布在一組物理磁盤上；冗余磁盤容量用于存儲奇偶校驗信息，保證磁盤萬一損壞時能恢復(fù)數(shù)據(jù)。（RAID0不支持該特性）RAID0特點：無冗余，無校驗，無糾錯。主要用于高速數(shù)據(jù)傳輸和高速I/O請求。Disk0Disk1Disk2Disk300

10

20

3001

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3102

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3203

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33RAID0Word0

Word1

Word2

Word3陣列管理軟件邏輯盤0001020310……RAID1RAID1到RAID7的主要區(qū)別在于采用的冗余方法不同。RAID1為鏡像磁盤陣列。Disk0Disk1Disk2Disk3Disk0Disk1Disk2Disk300

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33安全性高，但磁盤空間的利用率只有50%。RAID2RAID2和RAID3都采用了并行處理技術(shù)。RAID2為具有糾錯海明碼的磁盤陣列。Disk0Disk1Disk2Disk3Disk0Disk1Disk2

b0

b1

b2

b3

0

1

2對大數(shù)據(jù)量傳送有較高性能，但不利于小數(shù)據(jù)量的傳送。RAID3RAID3為采用奇偶校驗碼和位交叉存取的磁盤陣列。Disk0Disk1Disk2Disk3Disk0

b0

b1

b2

b3

P(b)采用1個磁盤作奇偶校驗，bi為字。對小數(shù)據(jù)量不利，計算也比較費時。RAID4RAID4和RAID5都采用獨立的存取技術(shù)。在獨立的存取陣列中，每個成員磁盤的操作是獨立的，因此，各個I/O請求能夠并行處理。RAID4為采用奇偶校驗碼和扇區(qū)（塊）交叉的磁盤陣列。Disk0Disk1Disk2Disk3Disk0

b0

b1

b2

b3

P(b)Bi為數(shù)據(jù)塊P(b)為數(shù)據(jù)塊的奇偶校驗RAID5RAID5為無專用校驗盤的奇偶校驗磁盤陣列。Disk0Disk1Disk2Disk3Disk4Parity

4

8

120

Parity

9

131

5

Parity

142

6

10

Parity3

7

11

15ParityRAID5

Blocks對大、小數(shù)據(jù)量的讀寫都有很好的性能，是一種較好的方案。RAID6RAID6為采用分塊交叉技術(shù)和兩種奇偶校驗的磁盤陣列。有兩個磁盤存儲器用于存放檢錯,糾錯冗余代碼,即使在雙磁盤出錯的情況下,仍能保持數(shù)據(jù)的完整性和有效性,但寫入數(shù)據(jù)時要對3個磁盤驅(qū)動器(一個數(shù)據(jù)盤和兩個校驗盤驅(qū)動器)訪問兩次。要進行兩種不同的奇偶計算。Disk0Disk1Disk2Disk3Disk4Disk50

4

8

121

5

9

P(12~15)2

6

P(8~11)

Q(12~15)3

P(4~7)

Q(8~11)13P(0~3)

Q(4~7)

10

14Q(0~3)

7

11

15RAID7和RAID10RAID7(獨立接口的磁盤陣列)每一個磁盤驅(qū)動器與每一主機接口有獨立的控制和數(shù)據(jù)通道的磁盤陣列,因此主機可完全獨立地對每個磁盤驅(qū)動器進行訪問。RAID10(RAID0+RAID1)由分塊和鏡像組成是所有RAID中性能最好的磁盤陣列,但每次寫入時要寫兩個互為鏡像的盤,價格高。磁帶存儲器磁帶機的結(jié)構(gòu)開盤式啟停磁帶機數(shù)據(jù)流磁帶機種類：1/2英寸開盤式和1/4英寸盒式兩種。記錄方式開盤式磁帶數(shù)據(jù)流磁帶CRC校驗磁帶機的發(fā)展方向光盤存儲器現(xiàn)已生產(chǎn)的各種密度的CD-ROM，典型的是光軌距為1.6m，可記錄的寬度為32.55mm，因此光道有32550/1.6=20344。光軌的長度約為5.27km。CD-ROM播放音頻和視頻時的線速度恒定為：1.2m/s(75個扇區(qū))，因此，一個光盤可以播放的時間為：5270/1.2/60=73.2分鐘。光盤存儲器的種類只讀型光盤(CD-ROM)由生產(chǎn)廠家預(yù)先寫入，用戶只能讀不能寫。一次寫入型光盤(WORM)用戶只能一次寫入，可以多次讀出。可擦寫型光盤可以重復(fù)讀寫。它采用磁光（M-O）可重寫技術(shù)。CD-ROM的數(shù)據(jù)傳輸率：單倍速、雙倍速、4倍速、8倍速、10倍速、……、48倍速、52倍速……。單倍速=150KB/s，n倍速=n×150KB/s。VCD和DVDVCD：1993年制定了VCD1.1標準，用來播放影視節(jié)目，采用MPEG-1算法壓縮圖像和聲音的數(shù)字信息。一張VCD光盤的容量在700MB左右。DVD：1995年制定了DVD標準，采用MPEG-2算法。容量有3種：單面單層DVD4.7GB，單面雙層DVD8.5GB，雙面雙層DVD17GB。目前DVD光盤采用紅色激光（波長650nm）,下一代將采用藍色激光（波長405nm）。DVD的信息坑最小長度0.15μm，軌距0.32μm。藍色激光的DVD光盤最高容量可以達到100GB。CD-ROM塊格式Sync：同步字符，標志一個塊的開始。第1字節(jié)為0，第2~第11字節(jié)為全1，第12字節(jié)為0；ID：包含塊地址和字節(jié)方式（模式）。方式0表示空的數(shù)據(jù)域，方式1表示使用糾錯碼和2048字節(jié)數(shù)據(jù)，方式2表示不用糾錯碼，數(shù)據(jù)字節(jié)為2336。00FF

1000分秒扇模式