(1.8)-8计算机组成原理

1第8章辅助存储器辅助存储器辅助存储器的种类硬盘的基本参数磁盘存储器光盘存储器光盘存储器分类蓝光硬盘、软盘、磁带和光盘存储器的综合比较2辅助存储器计算机中的存储器分有两大类：主存储器用来存放需立即使用的程序和数据，要求存取速度快，通常由半导体存储器构成。辅助存储器用于存放当前不需立即使用的信息，一旦需要，再和主存成批地交换数据。它作为主存的后备和补充，是主机的外部设备，因此又称为外存储器。辅助存储器的特点是容量大，成本低，通常在断电后仍能保存信息，是“非易失性”存储器，其中大部分存储介质还能脱机保存信息。3辅助存储器当前主存储器因元器件材料、制造工艺、存储特性和价格等诸多因素所限，远远满足不了计算机应用的需要。辅助存储器容量大、价位低，而且还不需要加电就能长久地存放大量的信息，有的外存还可以方便地卸走更换，所以存储量是无限的，是计算机系统的重要的辅助存储设备。4辅助存储器的种类辅助存储器的种类：磁表面存储器：是最常用的大容量高速度的外存；光盘存储器：作为新型存储器在计算机系统中显示出越来越重要的地位；半导体存储卡：随着便携式计算机的普及也具有较广的应用前景。5辅助存储器的种类磁表面存储器利用磁性介质材料沉积在盘片表面的基体上形成记录介质，以绕有线圈的磁头与记录介质的相对运动来读写信息。现代计算机系统中所使用的磁表面存储器又有数字式磁记录和模拟式磁记录两种：数字式磁记录主要有硬盘、软盘和磁带。模拟式磁记录是指录音和录像设备。磁表面存储器是历史最久、应用最广的辅助存储器，而且存储信息的位价格（存储1位二进制信息的价格）低。6辅助存储器的种类光存储器利用激光束在具有感光特性的表面上存储信息。光盘的容量比磁盘的容量大，是很有发展前途的新型辅助存储器。7硬盘的基本参数存储容量作为计算机系统的数据存储器，容量是硬盘最主要的参数。硬盘的容量以兆字节（MB）或千兆字节（GB）为单位，1GB=1024MB。但硬盘厂商在标称硬盘容量时通常取1G=1000MB，因此我们在BIOS中或在格式化硬盘时看到的容量会比厂家的标称值要小。一般情况下硬盘容量越大，单位字节的价格就越便宜。8硬盘的基本参数近年来关于硬盘容量和单位价格的趣味数字：1995年200MB～400MB大于4000元/GB1996年1.2GB～2.1GB1500元～2000/GB1998年1.2GB～2.1GB200元～250元/GB2000年4.3GB～6.4GB40元/GB2002年10GB～20GB20元/GB2004年40GB～80GB6.9元/GB2005年80GB～160GB4.5元/GB2006年80GB～250GB3.8元/GB2008年160GB～1.5TB0.8元/GB9硬盘的基本参数转速转速（RotationlSpeed或Spindlespeed），是硬盘内电机主轴的旋转速度，也就是硬盘盘片在一分钟内所能完成的最大转数。转速的快慢是标示硬盘档次的重要参数之一，它是决定硬盘内部传输率的关键因素之一，在很大程度上直接影响到硬盘的速度。硬盘的转速越快，硬盘寻找文件的速度也就越快，相对的硬盘的传输速度也就得到了提高。硬盘转速以每分钟多少转来表示，单位表示为RPM，RPM是RevolutionsPerminute的缩写，是转/每分钟。10硬盘的基本参数家用的普通硬盘的转速一般有5400rpm、7200rpm几种，高转速硬盘也是现在台式机用户的首选；而对于笔记本用户则是4200rpm、5400rpm为主，虽然已经有公司发布了7200rpm的笔记本硬盘，但在市场中还较为少见；服务器用户对硬盘性能要求最高，服务器中使用的SCSI硬盘转速基本都采用10000rpm，甚至还有15000rpm的，性能要超出家用产品很多。11硬盘的基本参数平均访问时间平均访问时间（AverageAccessTime）是指磁头从起始位置到达目标磁道位置，并且从目标磁道上找到要读写的数据扇区所需的时间。平均访问时间体现了硬盘的读写速度，它包括了硬盘的寻道时间和等待时间，即：平均访问时间=平均寻道时间+平均等待时间。传输速率传输速率（DataTransferRate）硬盘的数据传输率是指硬盘读写数据的速度，单位为兆字节每秒（MB/s）。12磁盘存储器磁盘存储器是在磁鼓、磁带的基础上发展起来的，也是使用磁化技术将信息记录在磁性介质上的一种存储设备。根据磁盘载体的材料，磁盘存储器分为：软盘存储器，简称为软驱，直称软盘硬盘存储器，简称为硬驱，直称硬盘它们的磁记录原理相同，其组成结构、工作原理有许多相似之处。13磁盘存储器磁盘存储器属于磁表面存储器，它在盘片的表面均匀敷一层1μm左右厚的高导磁硬磁材料作磁层。磁表面存储器就利用磁性材料的两个不同剩磁状态－－剩磁感应强度＋Br和－Br记录0信息和1信息，并利用磁极的变换来读取信息。14磁盘存储器磁表面存储器记录的信息是磁层是一个个小磁化区，磁化区轨迹叫磁道，磁化区排列十分致密，所以存储容量可以做得很大而成本较低。15磁盘存储器磁盘存储器信息的磁化轨迹图：盘面上磁道呈同心圆分布，从最外层磁道开始为0道向内圈排列。普通3英寸软盘80道/盘面，磁道被不可见的辐射线分割成若干段称为扇区的圆弧，每磁道上扇区按第一扇区，第二扇区顺序排列。16磁盘存储器内磁道上扇区和外磁道扇区的物理长度不同，但盘区中存放的字节数是相等的新磁盘使用前，所谓要先进行格式化，就是由计算机把磁盘按本机磁盘格式划分扇区，并把磁道号、扇区号记录在磁盘上。17磁盘存储器一般盘片的两面都有磁道以加大磁盘容量。硬盘一般由多个盘片组成，称为盘组。盘组的磁盘片连在一个转轴上。每个盘片两面都有呈同心圆分布的磁道，在所有盘面上相同半截的磁道构成圆柱面。柱面从最外圈开始从0向内圈编号，每个柱面包含多个磁道。18磁盘存储器每个盘面也都有个顺序编号，并都对应一个读写磁头，磁头接在读写臂上，读写臂固定在滑动车上，滑动车带动读写臂移动，使磁头能沿盘面径向运动，找到信息在盘上的存储位置后立即进行读写操作。所以磁盘上信息的位置将由驱动器号（多个外存储器时的编号）、磁道号（软盘中）/柱面号（硬盘中）、盘面号/磁头号和扇区号指示。1920光盘存储器光盘是根据光学原理利用激光读写信息的存储器。自20世纪80年代初第一台光盘装置问世之后，光盘技术发展极其迅速。光盘最大的特点是存储容量大 记录密度高信息保存寿命长可靠性高 价格比较低因此获得了极其广泛的应用，并成为计算机系统的标准配置。21光盘存储器磁盘存储器无论是软盘还是硬盘，存储信息的介质都是覆盖在盘面上的磁性物质，并都是通过磁头进行读写磁盘操作。光盘存储器的信息虽然也是存储在盘片上，但盘面的存储介质可以有多种材料，它们记录信息的原理可能极不相同，存储特性也不一样，之所以都称为光盘，是因为它们具有一个共同的特征，即都是通过激光读写盘面。22光盘存储器分类光盘只是一个统称，它分成两类：一类是只读型光盘，其中包括CD-Audio、CD-Video、CD-ROM、DVD-Audio、DVD-Video、DVD-ROM等；另一类是可记录型光盘，它包括CD-R、CD-RW、DVD-R、DVD＋R、DVD＋RW、DVD-RAM、DoublelayerDVD＋R等各种类型。23光盘存储器分类根据光盘结构，光盘主要分为CD、DVD、蓝光光盘等几种类型，这几种类型的光盘，在结构上有所区别，但主要结构原理是一致的。而只读的CD光盘和可记录的CD光盘在结构上没有区别，它们主要区别在材料的应用和某些制造工序的不同，DVD方面也是同样的道理。CD的容量只有700MB左右，而DVD则可以达到4.7GB，而蓝光光盘更是可以达到25GB。它们之间的容量差别，同其相关的激光光束的波长密切相关。24DVD光盘DVD数字通用光盘是集计算机、光学记录技术和影视技术为一身的继CD之后的新型光盘，从外形、尺寸规格、读写原理、存储功能等方面与CD很相似。不同种类的CD光盘在DVD中都有相应的品种，比如DVD-ROM对应CD-ROM，DVD-R对应CD-R，DVD-RAM对应CD-MO等。DVD也有出众的视频图形质量和音效，但是DVD在速度、容量、技术、性能等方面都超越了CD光盘并可对CD向下兼容。比如DVD-ROM同样以倍速来表示速度：5X、8X、10X，但DVD-ROM的一个倍速约为CD-ROM的9倍。25DVD光盘DVD盘片容量比CD盘大很多，主要原因：DVD盘的物理结构可以分为单面单层、单面双层、双面单层、双面双层。DVD光盘光道间距由CD的1.6μm减少到0.6μm，记录信息的凹坑长度由CD的0.83μm缩小到0.4μm。盘面有效数据记录区面积从CD盘的86cm2提高到87.6cm2。此外还修改了数据编码、调制方式、错误校正，进一步提高了存储密度。26DVD光盘DVD盘片单面4.7GB，最多能刻录约4.38G的数据（因为DVD的1GB=1000MB，而硬盘的1GB=1024MB）；DVD双面8.5GB，最多约能刻8.2GB的数据；蓝光（BD）的则比较大，其中HDDVD（HighDefinitionDVD）单面单层15GB、双层30GB；BD单面单层25GB、双面50GB。27蓝光蓝光（Blu－ray）或称蓝光盘（Blu－rayDisc，缩写为BD）利用波长较短（405nm）的蓝色激光读取和写入数据，并因此而得名。而传统DVD需要光头发出红色激光（波长为650nm）来读取或写入数据，通常来说波长越短的激光，能够在单位面积上记录或读取更多的信息。蓝光极大地提高了光盘的存储容量，对于光存储产品来说，蓝光提供了一个跳跃式发展的机会。目前为止，蓝光是最先进的大容量光碟格式。在速度上，蓝光允许1到2倍或者说每秒4.5~9MB的记录速度。28硬盘、软盘、磁带和光盘存储器的综合比较硬盘、软盘、磁带和光盘的相同之处：在记录原理上相类似；作为部件来说，它们都包括磁、光、电、精密机械和马达等；作为存储系统，它们都包括控制器及接口逻辑；在技术上，都可采用自同步技术、定位和校正技术以及相类似的读写系统。然而这四种存储器在计算机系统中，还是各有各的特点和功能，有不同的用处。29硬盘、软盘、磁带和光盘存储器的综合比较硬盘驱动器（HDD）计算机在操作过程中，交换数据量大，因此HDD作为内存的后备存储器，用以存放程序中间和最终计算结果，要求容量大、数据传输率高、等待时间短。硬盘驱动器技术难度大，各项指标高，它的先进技术为光盘、软盘等驱动器采用和借鉴。现在一般的硬盘容量在3GB到3TB之间。30硬盘、软盘、磁带和光盘存储器的综合比较软盘驱动器（FDD）与HDD相比，软盘驱动器容量小、传输率低、平均寻道时间长。软盘片可灵活装卸，便于携带和交换，介质又便宜，既可存储操作系统和应用软件，又可用于数据输入输出。早期，软盘片可用于小数据库和软件库，这是磁带、硬盘、光盘所无法代替的。现在，软盘已经基本被淘汰。31硬盘、软盘、磁带和光盘存储器的综合比较磁带驱动器其历史比磁盘久，但60年代后期逐步被磁