第二章存储系统第三节.ppt

2.3 辅 助 存 储 器 辅助存储器是主存储器的后援存储设备，用以存放当前暂时不用的程序或数据对辅助存储器的根本要求是：容量大、本钱低、可以脱机保存信息目前主要有磁读写、光读写两类，如磁盘、磁带、光盘、光磁盘等 2. 3.1 辅助存储器的主要技术指标1. 记录密度磁盘、磁带、光盘、光磁盘等辅助存储器中的信息被存储的位置轨迹称为道每条道都有一定宽度，道之间还有一定的间隙从横向看，单位长度的道数，称为道密度道密度道密度的单位是tpi(track per inch)或tpm(道/mm)道密度Dt在数值上等于道距P的倒数 单位长度磁道所能记录的二进制信息的位数称为位密度位密度或线密度，单位是bpi(bits per inch)或bpm(位/mm)磁带存储器主要用位密度来衡量，常用的磁带有800bpi，1600bpi，6250bpi等对于磁盘，位密度Db按下式计算:Db=ft/dmin其中，ft为每道总位数，dmin为同心圆中的最小直径5.25英寸磁盘的存储密度有如下几种： 单密度：位密度为2581bpi，道密度为48tpi 倍密度：位密度为5876bpi，道密度为48tpi 倍位倍道密度：位密度为5876bpi，道密度为96tpi。

高密度：位密度为9646bpi，道密度为96tpi2. 存储容量存储容量是指存储设备 所能存储的二进制信息总量，一般以位(bit)或字节(byte)为单位存储容量取决于盘面数、盘面大小和存储密度假设一个磁盘组有n个盘面存储信息，每个盘面有T条磁道，每条磁道分成S个扇段，每段存放B个字节，那么存储容量：C = nTSB磁盘有格式化容量和非格式化容量两个指标非格式化容量是磁外表可以利用的磁化单元总数格式化容量是指按某种特定的记录格式所能存储信息的总量，即用户可以使用容量，它一般为非格式化容量的60%70%左右3.平均寻址时间读/写头接到读/写命令从起始位置到达指定的位置，所需的全部时间称为寻址时间，也称定位时间寻址时间包括两部分：一是将读/写头挪动到指定的道的时间找道时间Ts；二是找到道后，读/写头要等待存储介质上的指定区段旋转到其下方所需的等待时间Tw这两部分都是随机的，故要取它们的平均值：T=Tsa+Twa=(Tsmax+Tsmin)/2+(Twmax+Twmin)/2 4.数据传输率数据传输率是指单位时间存储器读/写的二进制信息量它与存储密度和磁介质通过磁头的速度之间关系为：R=DV式中，R为数据传输率，单位为字节/秒或位/秒；D为存储密度(磁盘为位密度，磁带为位密度与数据道数的乘积)；V为速度(注意，速度、密度中的长度单位要一致)。

在计算一批数据的平均传输率时，还应考虑其他因素，如磁盘应考虑换道寻址时间，磁带应考虑记录之间的间隙等5. 误码率误码率是衡量磁外表存储器出错概率的参数，它等于从辅存读出时，出错信息位数和读出的总信息位数之比为了减少出错率，要采用校验码 在一般设备中，通常用奇偶校验码来发现1个或奇数个错误对磁外表存储器，由于介质外表的缺陷、尘埃等影响，可能会出现多个错误，通常采用循环冗余码来发现并纠正错误 磁盘、磁带都是磁外表存储器由于磁外表存储器的存储容量大、位本钱低、信息保存时间长、读出时不需要再生等，目前在计算机辅助存储器中使用最为普遍1. 磁外表存储元磁外表存储器中的信息存储在涂覆在载体外表的磁层中如图2.28所示，当具有很窄缝隙的磁头的写线圈中通过电流时，其垂直下方的一个小区间会形成一个部分小磁环，称为存储元磁头的写线圈中的电流方向不同，存储元被磁化的磁极性方向就不一样也就是说，存储元记录了磁头写线圈中电流的方向让载磁体向一个方向运动，且磁头的写线圈中通过与某0，1信息一致的脉冲电流时，假设速度匹配，就会在磁外表磁头下的条线(称磁道)上的连续的存储元中，记录下相应的信息假设写线圈中不通脉冲电流，让载磁体在磁头下运动时，存储元中的剩磁便会在读出线圈中感应出脉冲电动势，经过读出放大器放大鉴别，就可把所存的磁信息转换成脉冲电流读出。

磁外表存储器是无源存储器，停电后所存的信息仍可保存但是应当保护存储元不受力、光或化学的作用改变磁层的物质构造，也可不受磁的作用改变剩磁方向2. 数字磁记录格式磁记录格式规定了一连串的二进制数字信息与磁层存储元的相应磁化翻转形式(即对应的写入电流波形)互相转换的规那么磁记录方式很多，图2.29是4种根本的记录方式详细选择哪一种记录方式，主要看这种记录方式能否到达以下几点自同步才能:只有读出脉冲序列呈周期性时，才可能从规定的时间间隔时钟窗口中提取时钟脉冲，提供自同步才能记录密度:磁记录密度主要由记录一位二进制信息的磁化翻转次数决定，翻转次数多的磁记录密度就低记录信息的可靠性:可靠性与实现机构的复杂程度有关，如看其是否能提供同步脉冲，信号频率是否过宽(过宽时，读出信息必须采用直流放大形式)等因素. (1)归零制(RZ)这种方式是用写电流的正脉冲表示1，负脉冲表示0，使磁层在记录“1时从无磁性状态转变为向某个方向磁化状态，记录“0时从未磁化状态转变为另一方向的磁化状态在两信息之间，磁头线圈的写电流要回到零，这是归零制的特点这种方式简单易行，每一位记录信息本身包含有时钟脉冲信息，用来作为读出时的同步控制时钟，提供自同步才能。

但是，在写入信息前必须先让磁层去磁，存储一位信息要使磁层的状态变化两次(称为磁层翻转)，磁层的相邻两个磁化小区间有未被磁化的空白区，因此记录密度低，抗干扰才能差2) 不归零制(NRZ)在记录信息时，磁头线圈中总是有电流，不是正向，就是反向电流，不需磁化电流回到无电流的状态，所以称不归零制这样磁层不是被正向磁化，就是被反向磁化，特点是变才反转，即信息有变化，电流才改变方向，因此也称为异码翻转不归零制(NRZC)这种方式的抗干扰才能较好，但它没有自同步才能3)调相制(PE或PM)调相制编码又称曼彻斯特码它的特点是中间有跳变，并且利用电流的跳变的方向记录“1或“0写每个“1时，写电流由正向负跳变一次；写每个“0时，写电流由负向正跳变一次；当记录连续的“0或“1时，信息交界处也要翻转一次写“1与“0的存储元磁化翻转方向分别为0和180，所以称调相制这种方式具有自同步才能，抗干扰才能强，但频带较窄4)调频制(FM或FD)调频制的特点是，在两个信息的交界处写电流都要改变方向；并且利用中间有无跳变记录“1或“0，如让记录“1时，写电流在信息位周期中央改变一次方向，在记录“0时，电流方向保持不变很明显，记录“1时的写电流频率是记录“0时的2倍，故又称双频制。

这种方式具有自同步才能实际上，它相邻两位信息之间嵌入了一位总是为“1的同步信息，因此记录每位信息磁层至少翻转一次评评价一种价一种记录记录 方式的方式的优优劣劣标标准主要是准主要是编码编码 效率和自同步效率和自同步才能等编码编码 效率直接影响磁效率直接影响磁记录记录 的密度，它是指位密度与磁化的密度，它是指位密度与磁化翻翻转转密度的比密度的比值值，可用，可用记录记录 1 1位信息的最大磁化翻位信息的最大磁化翻转转次数来次数来表示如FMFM，PEPE的的编码编码 效率效率为为50%50%，NRZNRZ的的编码编码 效率效率为为100%100%自同步才能可用最小磁化翻自同步才能可用最小磁化翻转间转间 隔和最大磁化翻隔和最大磁化翻转间转间 隔隔的比的比值值R R来衡量，例如来衡量，例如FMFM磁化翻磁化翻转转的最大的最大间间隔是隔是T T，最小，最小间间隔是隔是T/2T/2，所以，所以RFM=0.5RFM=0.5而NRZNRZ没有自同步才能没有自同步才能R R越大，越大，自同步才能越自同步才能越强强此外，影响此外，影响记录记录 方式方式优优劣的因素劣的因素还还有：有：读读出信息的分辨出信息的分辨才能、才能、频带宽频带宽 度、抗干度、抗干扰扰才能、才能、实现电实现电 路的复路的复杂杂性等。

性等为为了了进进步步记录记录 方式的性能，人方式的性能，人们们不断不断对记录对记录 方式方式进进展改展改进进，出，出现现了改了改进进不不归归零制零制(NREP)(NREP)、改、改进进的的调频调频 制制(MFM)(MFM)、二次改二次改进进的的调频调频 制制(M2FM)(M2FM)等如单单密度密度软软磁磁盘盘采用采用FMFM记录记录方式，倍密度方式，倍密度软软磁磁盘盘采用采用MFMMFM记录记录 方式磁盘存储器是目前应用最广泛的一种辅助存储器，由软磁盘、磁盘驱动器及其适配器组成1.软磁盘及其磁道格式软盘基片是厚度约为76m的聚脂薄膜，两面涂有厚为2.33.0m的磁层，按直径可以分为8英寸，5.25英寸，3.5英寸3种盘片尺寸越小，记录密度越高，受温度影响也小，盘片不易变形，能保证读写的精度盘片装在方形黑色封套内，套内有一层无纺布，用来防尘，保护盘面，并可以消除静电使用时，连同保护套一起插入软盘驱动器内，驱动机构带动盘片匀速旋转，但保护套不动，无纺布消除因盘片转动产生的静电，保证信息的正常读写 每个软磁盘有假设干个磁道，形成假设干个同心环，最外面的称为0磁道，最里面的称为末磁道，信息按一定的格式存放在软磁盘上的磁道上。

目前广泛采用的是IBM格式每个磁道被分成假设干段，每个段一般为128B或512B，存储一个信息块同一径向的段，组成磁盘的一个扇区主存与磁盘按块为单位交换信息操作系统按磁道号+扇区号对信息块寻址索引作为扇区的定位号，提供0扇区的起始标志出厂未使用过的盘片称为白盘数据要按一定的格式写在磁盘上软磁盘磁道格式的划分，称为软磁盘格式化有硬分段和软分段两种格式化方法硬分段是靠在盘片上冲上假设干个等弧度的孔所产生扇段脉冲来划分扇区这种方法已经不用软分段是用专门的格式化软件来划分扇区软软分段的磁道由首部、扇区部分和尾部分段的磁道由首部、扇区部分和尾部3 3部分部分组组成当磁盘驱动盘驱动 器器检检索到索引孔索到索引孔时时，便以此作，便以此作为为磁磁道的起始位置首部是考道的起始位置首部是考虑虑不同的不同的软盘驱动软盘驱动 器的索器的索引引检测检测 器和磁器和磁头头的机械尺寸的机械尺寸误误差以免引起差以免引起读读写写错误错误而留下的一段空隙尾部是依次而留下的一段空隙尾部是依次设设置首部和各扇区置首部和各扇区后所剩下的后所剩下的间间隙隙( (余余头头) )，起，起转转速速变变化化缓缓冲作用首冲作用首部和尾部之部和尾部之间间的弧被划分成的弧被划分成为为假假设设干扇区。

干扇区5.255.25英英寸寸盘盘的每磁道扇区数有的每磁道扇区数有1515，8 8，9 9等每个扇区由等每个扇区由IDID段和数据段两部分段和数据段两部分组组成，段之成，段之间间留有留有间间隙目前广泛使用的目前广泛使用的软软磁磁盘盘磁道格式有磁道格式有IBMIBM格式和格式和ISOISO格式图图2.302.30为为IBM IBM 5.255.25软软磁磁盘盘格式IDID段用段用以表示扇区开始和地址信息，地址以表示扇区开始和地址信息，地址标记标记 AM1AM1和和AM2AM2分分别别表示表示IDID段和数据段的开始位置，段和数据段的开始位置，GAP1GAP1，GAP2GAP2，GAP3GAP3，GAP4GAP4为间为间 隙，隙，CRCCRC为为循循环环冗余校冗余校验码验码，SYSCSYSC为为同步字段同步字段软磁盘的格式化就是利用软件对盘片上数据记录区域的每条磁道，按一定格式进展扇区分段，并登记各扇段的地址标记格式化过程中还对盘面质量进展检查，发现有不适宜记录的坏块，就将其有关参数(磁道号)扇区号以及长度制成表格存放在0磁道格式化后的软盘片称为空盘，其数据块是空的，用以写入数据即使是已经格式化了的空盘，由于驱动器类型、磁头位置的差异，在使用前也最好先再格式化一次。

0磁道是一个关键磁道，除磁盘本身的有关信息外，微机。