第四章存储器5.ppt

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,计算机组成原理,第,4,章 存储器,主讲 刘仁芬,第,章 存 储 器,4.1,概述,4.2,主存储器,4.3,高速缓冲存储器,4.4,辅助存储器,一、概述,1.,特点,不直接与,CPU,交换信息,2.,磁表面存储器的技术指标,4.4,辅助存储器,磁盘,道密度,：沿半径方向单位长度磁道数，,tpm/tpi,磁带,/,磁盘,位密度,：单位长度磁道记录的比特数,bpm,/bpi,记录密度,存储容量,磁表面存储器所能存储的二进制信息的总量，,Byte,Platters,Track,Sector,平均寻址时间,磁盘,访问过程,直接存取,方式,(1),寻道：将读写磁头移动到正确的磁道上,(2),寻找扇区：等待磁盘旋转到需要访问的扇区,(3),数据传输：读写数据（,1,个或多个扇区）,磁带,访问过程,顺序存取,方式,磁头不动，磁带移动，不寻道但需要等待。,数据传输率,单位时间内向主机传送数据的位数,误码率,常用循环冗余码,CRC,来发现和纠正传输错误,记录介质运动速度,记录密度,数据传输率,二、磁记录原理和记录方式,1.,磁记录原理,写,局部磁化单元,载磁体,写线圈,S,N,I,局部磁化单元,写线圈,S,N,铁芯,磁通,磁层,写入“,0”,写入“,1”,I,4.4,辅助存储器,N,读线圈,S,读线圈,S,N,铁芯,磁通,磁层,运动方向,运动方向,s,s,t,t,f,f,e,e,读出,“,0”,读出“,1”,读,1.,磁记录原理,一种编码方法，即按某种规律将一串二进制信息，通过读写电路变换成磁层介质中的磁化翻转序列,（,1,）定义：,（,2,）常见编码方式：,归零制（,RZ,）,线圈中正脉冲电流为,“,1,”,，负脉冲电流表示,“,0,”,，两位信息位之间线圈中无电流。,RZ,位信息,1 0 1 1 1 0 0 0 1,2.,磁表面存储器的记录方式,不归零制（,NRZ,）,线圈中一直有正或负脉冲电流，相邻两位信息位代码不同才改变电流方向。,见,1,翻转的不归零制（,NRZ1,）,线圈中始终脉冲电流，只有见到“,1”,才改变电流的方向，记录“,0”,时电流方向保持不变。,NRZ,位信息,1 0 1 1 1 0 0 0 1,位信息,1 0 1 1 1 0 0 0 1,NRZ1,调相制（,PM/PE,）,相位编码。用脉冲边沿来表示,记录“,0”,由负变正，记录“,1”,由正变负。相同相邻信息间要变方向，不同相邻信息间不变方向。,调频制（,FM,）,频率编码。“,1”:,高频记录，位周期中心翻转；“,0”:,低频记录，位周期中心不翻转；位与位之间都翻转。,位信息,1 0 1 1 1 0 0 0 1,PM,位信息,1 0 1 1 1 0 0 0 1,FM,改进的调频制（,MFM,）,倍密度频率编码。“,1”:,高频记录，位周期中心翻转；“,0”:,低频记录，位周期中心不翻转；位与位只有连续两个,(2,以上,),的,“,0”,时才在位周期,起始位置翻转,位信息,1 0 1 1 1 0 0 0 1,FM,MFM,二次改进的调频制（,M,2,FM,）,成组编码（,GCR,）,游程长度受限码（,RLL,）,三、硬磁盘存储器,1.,硬磁盘存储器的类型,(1),固定磁头和移动磁头,(2),可换盘和固定盘（,温切斯特磁盘,）,2.,硬磁盘存储器结构,磁 盘 控 制 器,磁 盘 驱 动 器,盘 片,主 机,磁盘,磁,盘,组,主轴,磁头,音圈,电机,位置检测,定位驱动,模拟控制,放,大,闭环自动控制系统,由磁盘控制,器送来的目,标磁道信号,测,速,输,出,读写臂,传动机构,主轴,定位驱动,数据控制,(1),磁盘驱动器,(2),磁盘控制器,接收主机发来的命令，转换成磁盘驱动器的控制命令,实现主机和驱动器之间的数据格式转换,控制磁盘驱动器读写,通过总线,对主机,对硬盘（设备）,磁盘控制器,是,主机与磁盘驱动器之间的,接口,（,3,）盘片,一组存储信息的磁表面载体，按格式记录数据,3,、硬磁盘记录格式,格式化？,（,1,）定长记录格式,01,字节,记录块,记录,文件,串行,形成,若干,组成,系列,构成,一批,组成,台号：,系统挂接的硬盘个数,双盘,多盘,定长记录磁盘地址,磁道号,：,磁盘一面含的圈数，在,n,面的同一半径的磁道形成圆柱面，柱面信息被移动磁头组同时读出，故也叫,柱面号,。,扇段号,：,每个盘面分为若干扇区，每条磁道被分割为若干扇段。,ISOT,盘扇段内格式：,盘面号：,每个硬盘中一组磁盘的盘面数，一般,2n-2,面,Sector,Track,Cylinder,Head,Platter,Track,Sector,首空,引导,数据,校验,尾空,台号,磁道号,盘面号,扇段号,定长记录格式中磁盘地址构成：,定长记录格式寻址次序：,决定操作的硬盘,台号,确定硬盘的柱面,磁道号,选定组中某磁头,盘面号,旋转磁盘找扇区,扇段号,=,寻道时间,+,旋转延迟,+,传输时间,+,磁盘控制器延迟,定长记录格式中访存时间：,例题,1,：,P135,例,4.12,寻道时间,：将磁头移动到正确的磁道上,与每面磁道数、磁盘直径、磁头组速度有关,旋转延迟,：等待磁盘上扇区旋转到磁头下,与磁盘组旋转速度、扇区数、当前扇段位置有关,传输时间：,真正的数据读,/,写时间,与旋转速度、存储密度、数据传输率有关,例子：假设磁盘存储器有,6,个盘片，最外侧盘面不能记录，每面有,204,条磁道，每条磁道有,12,个扇区，每个扇区,512B,，磁盘机以,7200rpm,速度旋转，平均定位时间为,8ms,。（,1,）计算该磁盘存储器的存储容量（,2,）计算磁盘存储器的平均寻址时间,磁盘存储容量：,1020412512,磁盘存储器的平均寻址时间：,ts+tw,Ts=8ms,tw,=,（,tmin+tmax,）,/2=(0+60/7200)/2=4.165ms,例题,3,：,平均寻道时间,=12ms;,旋转速度,=5400rpm,磁盘控制器延迟：,2ms,；传输速度,=5MB/S,扇区大小,=512 bytes,。,读取一页（,8,KB,）需要多少时间？,旋转延迟：平均旋转延迟应为磁盘旋转半周的时间。,旋转,1,周,=1/5400min=11.1ms,，,周用时,5.6 ms,读,1,个扇区时间,=12ms+5.6ms+0.5K/5MB/S+2ms=19.7ms,读,1,页的时间,=12ms+5.6ms+8K/5MB/S+2ms=21.2ms,解：,（,2,）不定长记录格式,有记录块，无扇区,不定长记录格式可以根据文件长度需要来决定,记录块,的长度，如,IBM2311,盘磁道格式为：,G,磁道地址,标志块,数据块,1,索引标志,G,G,G,数据块,2,G,F,柱面号,G,磁头号,数据长,数据,关键字,块号,校验,校验,键长,G,校验,数据区,关键字区,计数区,注解：数据区长度不定，由计数区,数据长,约定；数据串行存储，字节间无间隙也无校验。,四、软磁盘存储器（单片，双面记录）,1.,概述,速度,磁头,盘片,价格,硬盘,软盘,高,低,固定、活动,活动,固定盘、盘组,大部分不可换,可换盘片,浮动,接触盘片,高,低,五、光盘存储器,1.,概述,采用光存储技术,采用非磁性介质,采用磁性介质,第一代光存储技术,第二代光存储技术,不可擦写,可擦写,2.,光盘的存储原理,只读型和只写一次型,可擦写光盘,热作用,（物理或化学变化）,热磁效应,利用激光写入和读出,4,、硬磁盘的发展,(1),半导体盘,Flash Memory,盘,(2),高密度盘,磁头记录密度、读写防干扰、磁头浮动、编码、介质、基板等技术改进,(3),高速度盘,主轴转速改进、硬盘,Cache,技术,Strip0,Strip4,Strip8,Strip1,Strip5,Strip9,Strip2,Strip6,Strip10,Strip3,Strip7,Strip11,Strip11,Strip7,Strip3,Strip2,Strip6,Strip10,Strip1,Strip5,Strip9,Strip0,Strip4,Strip8,核心技术：,采用分条,stripping,、分块,declustering,、交叉存取,interleaving,等方式对数据和数据校验组合处理,(4),大容量盘,磁盘阵列,(RAID,，,Redundant Arrays of Inexpensive Disks),，将并行处理技术引入磁盘系统，将多台小型温盘组成同步化磁盘阵列，数据展开分放，操作与单台盘一样，但数据传输时间为单台盘的,1/n,。,