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第八章第八章 辅助存储器辅助存储器8/22/20241清华计算机组成原理08辅助存储器课件8.1 8.1 外存储器概述外存储器概述n n主存的后备和扩充，也称外存主存的后备和扩充，也称外存n n特点特点:容量大容量大,可靠性高可靠性高,单位存储容量价格低单位存储容量价格低,在在掉电情况下能长期保存信息非易失性存储器掉电情况下能长期保存信息非易失性存储器n n辅助存储器的主要技术指标是存储密度、存储容量、寻辅助存储器的主要技术指标是存储密度、存储容量、寻辅助存储器的主要技术指标是存储密度、存储容量、寻辅助存储器的主要技术指标是存储密度、存储容量、寻址时间等址时间等址时间等址时间等 1. 1.存储密度存储密度存储密度存储密度n n道密度道密度道密度道密度(TPI)(TPI)：磁盘半径方向单位长度包含的磁道磁盘半径方向单位长度包含的磁道磁盘半径方向单位长度包含的磁道磁盘半径方向单位长度包含的磁道n n位密度位密度位密度位密度(BPI)(BPI)：在每一个磁道内单位长度内所能记录：在每一个磁道内单位长度内所能记录：在每一个磁道内单位长度内所能记录：在每一个磁道内单位长度内所能记录的二进制信息数。

的二进制信息数的二进制信息数的二进制信息数磁表面存储器磁表面存储器光存储器光存储器磁芯磁芯磁盘磁盘磁带磁带8/22/20242清华计算机组成原理08辅助存储器课件 n n 2. 存储容量存储容量n n 存储容量指磁表面存储器所能存储的二进制信息总量，一般存储容量指磁表面存储器所能存储的二进制信息总量，一般存储容量指磁表面存储器所能存储的二进制信息总量，一般存储容量指磁表面存储器所能存储的二进制信息总量，一般以字节、扇区或数据块为单位以字节、扇区或数据块为单位以字节、扇区或数据块为单位以字节、扇区或数据块为单位 3. 寻址时间寻址时间n n 磁盘存储器采取直接存取方式，寻址时间包括两部分一是磁磁盘存储器采取直接存取方式，寻址时间包括两部分一是磁磁盘存储器采取直接存取方式，寻址时间包括两部分一是磁磁盘存储器采取直接存取方式，寻址时间包括两部分一是磁头寻找目标磁道所需的找道时间头寻找目标磁道所需的找道时间头寻找目标磁道所需的找道时间头寻找目标磁道所需的找道时间ts ts二是找到磁道以后，磁头二是找到磁道以后，磁头二是找到磁道以后，磁头。

二是找到磁道以后，磁头等待所需要读写的区段旋转到它的下方所需要的等待时间等待所需要读写的区段旋转到它的下方所需要的等待时间等待所需要读写的区段旋转到它的下方所需要的等待时间等待所需要读写的区段旋转到它的下方所需要的等待时间twtw由于寻找相邻磁道和从最外面磁道找到最里面磁道所需的时间由于寻找相邻磁道和从最外面磁道找到最里面磁道所需的时间由于寻找相邻磁道和从最外面磁道找到最里面磁道所需的时间由于寻找相邻磁道和从最外面磁道找到最里面磁道所需的时间不同，磁头等待不同区段所花的时间也不同因此取它们的平不同，磁头等待不同区段所花的时间也不同因此取它们的平不同，磁头等待不同区段所花的时间也不同因此取它们的平不同，磁头等待不同区段所花的时间也不同因此取它们的平均值，称作平均寻址时间均值，称作平均寻址时间均值，称作平均寻址时间均值，称作平均寻址时间TaTa它由平均找道时间它由平均找道时间它由平均找道时间它由平均找道时间TsaTsa和平均等和平均等和平均等和平均等待时间待时间待时间待时间TwaTwa组成组成组成组成: : Ta=Tsa+Twa =(Tsmax+Tsmin)/2+(Twmax+Twmin)/2 n n 磁带存储器采取顺序存取方式，不需要寻找磁道但需要考虑磁带存储器采取顺序存取方式，不需要寻找磁道但需要考虑磁带存储器采取顺序存取方式，不需要寻找磁道但需要考虑磁带存储器采取顺序存取方式，不需要寻找磁道但需要考虑磁头寻找记录区的等待时间。

磁头寻找记录区的等待时间磁头寻找记录区的等待时间磁头寻找记录区的等待时间8/22/20243清华计算机组成原理08辅助存储器课件 4. 4. 数据传输率数据传输率数据传输率数据传输率 磁表面存储器在单位时间内与主机之间传送数据的位数或磁表面存储器在单位时间内与主机之间传送数据的位数或磁表面存储器在单位时间内与主机之间传送数据的位数或磁表面存储器在单位时间内与主机之间传送数据的位数或字节数，叫数据传输率字节数，叫数据传输率字节数，叫数据传输率字节数，叫数据传输率Dr Dr 从设备方面考虑，传输率等于记录从设备方面考虑，传输率等于记录从设备方面考虑，传输率等于记录从设备方面考虑，传输率等于记录密度密度密度密度D D和记录介质的运动速度和记录介质的运动速度和记录介质的运动速度和记录介质的运动速度V V的乘积 5. 5. 误码率误码率误码率误码率n n 误码率是衡量磁表面存储器出错概率的参数、它等于从辅误码率是衡量磁表面存储器出错概率的参数、它等于从辅误码率是衡量磁表面存储器出错概率的参数、它等于从辅误码率是衡量磁表面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。

存读出时，出错信息位数和读出的总信息位数之比存读出时，出错信息位数和读出的总信息位数之比存读出时，出错信息位数和读出的总信息位数之比 6. 6. 价格价格价格价格n n 通常用位价格来比较各种存储器位价格是设备价格除以通常用位价格来比较各种存储器位价格是设备价格除以通常用位价格来比较各种存储器位价格是设备价格除以通常用位价格来比较各种存储器位价格是设备价格除以容量，在所有存储设备中，磁表面存储器和光盘存储器的位价容量，在所有存储设备中，磁表面存储器和光盘存储器的位价容量，在所有存储设备中，磁表面存储器和光盘存储器的位价容量，在所有存储设备中，磁表面存储器和光盘存储器的位价格是很低的例如，格是很低的例如，格是很低的例如，格是很低的例如，IBM PCIBM PC机机机机 3.5 3.5 英寸高密度软磁盘存储器共英寸高密度软磁盘存储器共英寸高密度软磁盘存储器共英寸高密度软磁盘存储器共有有有有 2 2个记录面、每面个记录面、每面个记录面、每面个记录面、每面 80 80个磁道、每个磁道个磁道、每个磁道个磁道、每个磁道个磁道、每个磁道1818个记录扇区、每个个记录扇区、每个个记录扇区、每个个记录扇区、每个扇区可记录信息扇区可记录信息扇区可记录信息扇区可记录信息512512个字节。

因此其格式化容量为：个字节因此其格式化容量为：个字节因此其格式化容量为：个字节因此其格式化容量为： 512*18*80*2≈1.44MB 512*18*80*2≈1.44MBn n 该软磁盘机的转速为每分钟该软磁盘机的转速为每分钟该软磁盘机的转速为每分钟该软磁盘机的转速为每分钟360360转（转（转（转（360rPm360rPm），旋转一圈的），旋转一圈的），旋转一圈的），旋转一圈的时间为：时间为：时间为：时间为：6060／／／／360=0.167s360=0.167s；平均等待时间为旋转半圈的时间；平均等待时间为旋转半圈的时间；平均等待时间为旋转半圈的时间；平均等待时间为旋转半圈的时间83ms83ms、平均找道时间取决于不同驱动器的机电性能（直接给出）、平均找道时间取决于不同驱动器的机电性能（直接给出）、平均找道时间取决于不同驱动器的机电性能（直接给出）、平均找道时间取决于不同驱动器的机电性能（直接给出）8/22/20244清华计算机组成原理08辅助存储器课件8.2 8.2 磁记录原理与记录方式磁记录原理与记录方式 本节将讨论磁表面存储技术的基础本节将讨论磁表面存储技术的基础本节将讨论磁表面存储技术的基础本节将讨论磁表面存储技术的基础————信息的存取原理、磁记录信息的存取原理、磁记录信息的存取原理、磁记录信息的存取原理、磁记录介质、磁头以及磁记录的编码方式。

在此只作一般原理性的介绍介质、磁头以及磁记录的编码方式在此只作一般原理性的介绍介质、磁头以及磁记录的编码方式在此只作一般原理性的介绍介质、磁头以及磁记录的编码方式在此只作一般原理性的介绍n n 磁盘存储是用某些磁性材料薄薄地涂在金属铝或塑料表面作载磁磁盘存储是用某些磁性材料薄薄地涂在金属铝或塑料表面作载磁磁盘存储是用某些磁性材料薄薄地涂在金属铝或塑料表面作载磁磁盘存储是用某些磁性材料薄薄地涂在金属铝或塑料表面作载磁体来存储信息目前一些新型硬盘采用工程塑料、陶瓷、玻璃作为基体来存储信息目前一些新型硬盘采用工程塑料、陶瓷、玻璃作为基体来存储信息目前一些新型硬盘采用工程塑料、陶瓷、玻璃作为基体来存储信息目前一些新型硬盘采用工程塑料、陶瓷、玻璃作为基体n n 磁表面记录设备是在磁头和磁性材料的记录介质之间有相对运动磁表面记录设备是在磁头和磁性材料的记录介质之间有相对运动磁表面记录设备是在磁头和磁性材料的记录介质之间有相对运动磁表面记录设备是在磁头和磁性材料的记录介质之间有相对运动时，通过一个电磁转换过程完成读写操作的时，通过一个电磁转换过程完成读写操作的。

时，通过一个电磁转换过程完成读写操作的时，通过一个电磁转换过程完成读写操作的n n 磁头是实现电磁转换过程的关键装置，通常由软磁材料（外界磁磁头是实现电磁转换过程的关键装置，通常由软磁材料（外界磁磁头是实现电磁转换过程的关键装置，通常由软磁材料（外界磁磁头是实现电磁转换过程的关键装置，通常由软磁材料（外界磁场的作用消失后，该磁性材料的磁性容易消失）做成场的作用消失后，该磁性材料的磁性容易消失）做成场的作用消失后，该磁性材料的磁性容易消失）做成场的作用消失后，该磁性材料的磁性容易消失）做成8.2.1 8.2.1 磁记录原理磁记录原理n n 写入：将计算机并行数据进行并写入：将计算机并行数据进行并写入：将计算机并行数据进行并写入：将计算机并行数据进行并- -串变换，然后一位一位的由写电流串变换，然后一位一位的由写电流串变换，然后一位一位的由写电流串变换，然后一位一位的由写电流驱动器将交变信号电流通过磁头线圈，使磁体内的磁通量发生变化，交驱动器将交变信号电流通过磁头线圈，使磁体内的磁通量发生变化，交驱动器将交变信号电流通过磁头线圈，使磁体内的磁通量发生变化，交驱动器将交变信号电流通过磁头线圈，使磁体内的磁通量发生变化，交变磁场从缝隙中漏出，使匀速转动的磁盘表面磁化。

根据写入电流的方变磁场从缝隙中漏出，使匀速转动的磁盘表面磁化根据写入电流的方变磁场从缝隙中漏出，使匀速转动的磁盘表面磁化根据写入电流的方变磁场从缝隙中漏出，使匀速转动的磁盘表面磁化根据写入电流的方向决定是写向决定是写向决定是写向决定是写“1”“1”还是写还是写还是写还是写“0”“0”当载磁体相对于磁头运动时，就可以连当载磁体相对于磁头运动时，就可以连当载磁体相对于磁头运动时，就可以连当载磁体相对于磁头运动时，就可以连续写入一连串的二进制信息续写入一连串的二进制信息续写入一连串的二进制信息续写入一连串的二进制信息n n 读出：磁盘匀速转动，磁化点顺序经过磁头，在磁头线圈中感应出读出：磁盘匀速转动，磁化点顺序经过磁头，在磁头线圈中感应出读出：磁盘匀速转动，磁化点顺序经过磁头，在磁头线圈中感应出读出：磁盘匀速转动，磁化点顺序经过磁头，在磁头线圈中感应出相应的电动势，经过放大检测等一定的处理后，还原成原来存入的数据相应的电动势，经过放大检测等一定的处理后，还原成原来存入的数据相应的电动势，经过放大检测等一定的处理后，还原成原来存入的数据相应的电动势，经过放大检测等一定的处理后，还原成原来存入的数据信号。

由于数据是一位一位串行读出的，故要经串信号由于数据是一位一位串行读出的，故要经串信号由于数据是一位一位串行读出的，故要经串信号由于数据是一位一位串行读出的，故要经串- -并变换后，在将并并变换后，在将并并变换后，在将并并变换后，在将并行信号送至计算机行信号送至计算机行信号送至计算机行信号送至计算机8/22/20245清华计算机组成原理08辅助存储器课件磁记录原理磁记录原理写写局部磁化单元局部磁化单元载磁体载磁体写线圈写线圈SNI局部磁化单元局部磁化单元写线圈写线圈SN铁芯铁芯磁通磁通磁层磁层写入写入“0”写入写入“1”I8/22/20246清华计算机组成原理08辅助存储器课件磁记录原理磁记录原理N读线圈读线圈S读线圈读线圈SN铁芯铁芯磁通磁通磁层磁层运动方向运动方向运动方向运动方向ssttffee读出读出 “0”读出读出 “1”读读8/22/20247清华计算机组成原理08辅助存储器课件 8.2.2 8.2.2 磁记录介质与磁头磁记录介质与磁头 1 1、磁记录介质、磁记录介质、磁记录介质、磁记录介质n n 磁记录介质指的是涂有薄层磁性材料的信息载体。

磁记录介质指的是涂有薄层磁性材料的信息载体磁记录介质指的是涂有薄层磁性材料的信息载体磁记录介质指的是涂有薄层磁性材料的信息载体可以脱机保存信息，并且可以作为不同系统之间信息交可以脱机保存信息，并且可以作为不同系统之间信息交可以脱机保存信息，并且可以作为不同系统之间信息交可以脱机保存信息，并且可以作为不同系统之间信息交换的手段、因此又称为磁记录媒体最常用的磁性材料换的手段、因此又称为磁记录媒体最常用的磁性材料换的手段、因此又称为磁记录媒体最常用的磁性材料换的手段、因此又称为磁记录媒体最常用的磁性材料是磁粉，采用平涂工艺（软盘或磁带）和甩涂工艺（硬是磁粉，采用平涂工艺（软盘或磁带）和甩涂工艺（硬是磁粉，采用平涂工艺（软盘或磁带）和甩涂工艺（硬是磁粉，采用平涂工艺（软盘或磁带）和甩涂工艺（硬盘或高密度软盘）将其涂敖在基体上，形成记录介质盘或高密度软盘）将其涂敖在基体上，形成记录介质盘或高密度软盘）将其涂敖在基体上，形成记录介质盘或高密度软盘）将其涂敖在基体上，形成记录介质 2 2、、、、 感应式磁头感应式磁头感应式磁头感应式磁头n n 磁头是实现电一磁转换的装置，用电脉冲表示的二磁头是实现电一磁转换的装置，用电脉冲表示的二磁头是实现电一磁转换的装置，用电脉冲表示的二磁头是实现电一磁转换的装置，用电脉冲表示的二进制代码，通过磁头转换成磁记录介质上的磁化格式；进制代码，通过磁头转换成磁记录介质上的磁化格式；进制代码，通过磁头转换成磁记录介质上的磁化格式；进制代码，通过磁头转换成磁记录介质上的磁化格式；而介质上的磁化信息又要通过磁头转换成电脉冲。

介质而介质上的磁化信息又要通过磁头转换成电脉冲介质而介质上的磁化信息又要通过磁头转换成电脉冲介质而介质上的磁化信息又要通过磁头转换成电脉冲介质上信息的清除，则是通过磁头将介质上磁层向某一方向上信息的清除，则是通过磁头将介质上磁层向某一方向上信息的清除，则是通过磁头将介质上磁层向某一方向上信息的清除，则是通过磁头将介质上磁层向某一方向饱和磁化或去磁而得到因此磁头的性能对读写、清除、饱和磁化或去磁而得到因此磁头的性能对读写、清除、饱和磁化或去磁而得到因此磁头的性能对读写、清除、饱和磁化或去磁而得到因此磁头的性能对读写、清除、记录密度和读出速度等均有影响磁头的形式很多，从记录密度和读出速度等均有影响磁头的形式很多，从记录密度和读出速度等均有影响磁头的形式很多，从记录密度和读出速度等均有影响磁头的形式很多，从工作方式来看可以分为接触式磁头和浮动式磁头两种工作方式来看可以分为接触式磁头和浮动式磁头两种工作方式来看可以分为接触式磁头和浮动式磁头两种工作方式来看可以分为接触式磁头和浮动式磁头两种 8/22/20248清华计算机组成原理08辅助存储器课件 接触式磁头在读／写时磁头与记录介质直接相接触、接触式磁头在读／写时磁头与记录介质直接相接触、接触式磁头在读／写时磁头与记录介质直接相接触、接触式磁头在读／写时磁头与记录介质直接相接触、它常常用于磁带机和软磁盘机中，其结构简单，但磁头极它常常用于磁带机和软磁盘机中，其结构简单，但磁头极它常常用于磁带机和软磁盘机中，其结构简单，但磁头极它常常用于磁带机和软磁盘机中，其结构简单，但磁头极尖区和介质易受到磨损磨损程度与介质相对于磁头的移动尖区和介质易受到磨损磨损程度与介质相对于磁头的移动尖区和介质易受到磨损磨损程度与介质相对于磁头的移动尖区和介质易受到磨损磨损程度与介质相对于磁头的移动速度、极尖的几间形状，磁性材料的硬度、头面的接触力速度、极尖的几间形状，磁性材料的硬度、头面的接触力速度、极尖的几间形状，磁性材料的硬度、头面的接触力速度、极尖的几间形状，磁性材料的硬度、头面的接触力介质表面质量等因素有关。

介质表面质量等因素有关介质表面质量等因素有关介质表面质量等因素有关 浮动式磁头是由介质高速运动时产生的气流，在磁头浮动式磁头是由介质高速运动时产生的气流，在磁头浮动式磁头是由介质高速运动时产生的气流，在磁头浮动式磁头是由介质高速运动时产生的气流，在磁头与介质表面之间形成一层极薄的空气薄膜（气垫）故使磁与介质表面之间形成一层极薄的空气薄膜（气垫）故使磁与介质表面之间形成一层极薄的空气薄膜（气垫）故使磁与介质表面之间形成一层极薄的空气薄膜（气垫）故使磁头与介质表面脱离接触而浮动浮动间隙是浮动式磁头的头与介质表面脱离接触而浮动浮动间隙是浮动式磁头的头与介质表面脱离接触而浮动浮动间隙是浮动式磁头的头与介质表面脱离接触而浮动浮动间隙是浮动式磁头的重要参数，它的减小可以提高记录密度、硬磁盘采用浮动重要参数，它的减小可以提高记录密度、硬磁盘采用浮动重要参数，它的减小可以提高记录密度、硬磁盘采用浮动重要参数，它的减小可以提高记录密度、硬磁盘采用浮动式磁头由于盘片旋转速度快磁头不与盘片表面接触，因而式磁头由于盘片旋转速度快磁头不与盘片表面接触，因而式磁头由于盘片旋转速度快磁头不与盘片表面接触，因而式磁头由于盘片旋转速度快磁头不与盘片表面接触，因而硬磁盘存取速度快，可靠性高。

但在盘片停止旋转之前磁硬磁盘存取速度快，可靠性高但在盘片停止旋转之前磁硬磁盘存取速度快，可靠性高但在盘片停止旋转之前磁硬磁盘存取速度快，可靠性高但在盘片停止旋转之前磁头必须从读写位置退到原始位置启动磁盘工作，须待盘片头必须从读写位置退到原始位置启动磁盘工作，须待盘片头必须从读写位置退到原始位置启动磁盘工作，须待盘片头必须从读写位置退到原始位置启动磁盘工作，须待盘片达到一定转速后磁头才能进到盘片上面进行寻道工作，否达到一定转速后磁头才能进到盘片上面进行寻道工作，否达到一定转速后磁头才能进到盘片上面进行寻道工作，否达到一定转速后磁头才能进到盘片上面进行寻道工作，否则可能损坏磁头或划坏盘面则可能损坏磁头或划坏盘面则可能损坏磁头或划坏盘面则可能损坏磁头或划坏盘面8/22/20249清华计算机组成原理08辅助存储器课件 目前磁记录介质与磁头是采用薄膜介质与薄膜磁头薄膜介目前磁记录介质与磁头是采用薄膜介质与薄膜磁头薄膜介目前磁记录介质与磁头是采用薄膜介质与薄膜磁头薄膜介目前磁记录介质与磁头是采用薄膜介质与薄膜磁头薄膜介质比颗粒介质具有更高的记录密度薄膜磁头是采用薄模形成技质比颗粒介质具有更高的记录密度。

薄膜磁头是采用薄模形成技质比颗粒介质具有更高的记录密度薄膜磁头是采用薄模形成技质比颗粒介质具有更高的记录密度薄膜磁头是采用薄模形成技术（例如蒸发、溅射和电镀等）和部分集成电路工艺制成的磁头，术（例如蒸发、溅射和电镀等）和部分集成电路工艺制成的磁头，术（例如蒸发、溅射和电镀等）和部分集成电路工艺制成的磁头，术（例如蒸发、溅射和电镀等）和部分集成电路工艺制成的磁头，其特点是感应系数小，高频特性好，体积小，重量轻其特点是感应系数小，高频特性好，体积小，重量轻其特点是感应系数小，高频特性好，体积小，重量轻其特点是感应系数小，高频特性好，体积小，重量轻 3 3、、、、 MR MR 磁头磁头磁头磁头(Magneto Resistive (Magneto Resistive 磁阻磁阻磁阻磁阻) )n n 随着计算机对大容量硬盘驱动器的需求，促进高密度磁以录随着计算机对大容量硬盘驱动器的需求，促进高密度磁以录随着计算机对大容量硬盘驱动器的需求，促进高密度磁以录随着计算机对大容量硬盘驱动器的需求，促进高密度磁以录技术的发展技术的发展。

技术的发展技术的发展MRMR磁头技术是采用感应写、磁阻读的分离式设计，磁头技术是采用感应写、磁阻读的分离式设计，磁头技术是采用感应写、磁阻读的分离式设计，磁头技术是采用感应写、磁阻读的分离式设计，以便对读写的不同特性分别进行优化此技术在磁头上采用了对以便对读写的不同特性分别进行优化此技术在磁头上采用了对以便对读写的不同特性分别进行优化此技术在磁头上采用了对以便对读写的不同特性分别进行优化此技术在磁头上采用了对磁性材料极为敏感的薄膜电阻元件，因此对磁场变化极为敏感，磁性材料极为敏感的薄膜电阻元件，因此对磁场变化极为敏感，磁性材料极为敏感的薄膜电阻元件，因此对磁场变化极为敏感，磁性材料极为敏感的薄膜电阻元件，因此对磁场变化极为敏感，并将变化转换成电场电阻的变化，在读出该信号，这样可增加磁并将变化转换成电场电阻的变化，在读出该信号，这样可增加磁并将变化转换成电场电阻的变化，在读出该信号，这样可增加磁并将变化转换成电场电阻的变化，在读出该信号，这样可增加磁密度，提高硬盘的容量它与传统的读写合一式的磁头不同，密度，提高硬盘的容量它与传统的读写合一式的磁头不同，密度，提高硬盘的容量它与传统的读写合一式的磁头不同，密度，提高硬盘的容量。

它与传统的读写合一式的磁头不同，MRMR磁头是通过阻值变化，而不是以前的电流变化来感应信号幅磁头是通过阻值变化，而不是以前的电流变化来感应信号幅磁头是通过阻值变化，而不是以前的电流变化来感应信号幅磁头是通过阻值变化，而不是以前的电流变化来感应信号幅度，因而对信号变化相当敏感，读取得准确率高，这就是能增加度，因而对信号变化相当敏感，读取得准确率高，这就是能增加度，因而对信号变化相当敏感，读取得准确率高，这就是能增加度，因而对信号变化相当敏感，读取得准确率高，这就是能增加磁盘密度的原因磁盘密度的原因磁盘密度的原因磁盘密度的原因MR MR 磁头已应用在大容量的硬盘驱动器中磁头已应用在大容量的硬盘驱动器中磁头已应用在大容量的硬盘驱动器中磁头已应用在大容量的硬盘驱动器中8/22/202410清华计算机组成原理08辅助存储器课件运动方向运动方向磁层磁层载磁体载磁体N S S N读线圈读线圈写线圈写线圈铁芯铁芯·存储元的大小和缝隙宽度、磁头与磁表面距离、电流强度有关存储元的大小和缝隙宽度、磁头与磁表面距离、电流强度有关·目前软盘常用目前软盘常用MFM编码方式编码方式,能达到较高的能达到较高的 记录密度和较高的记录密度和较高的自同步能力自同步能力.N S S N N S 存储源的极性代存储源的极性代 表数据表数据0或或18/22/202411清华计算机组成原理08辅助存储器课件 8.2.3 8.2.3 磁记录方式磁记录方式n n 磁记录方式是按照某种规律，将一连串二进制数字磁记录方式是按照某种规律，将一连串二进制数字磁记录方式是按照某种规律，将一连串二进制数字磁记录方式是按照某种规律，将一连串二进制数字信息，变换成磁层的相应磁化翻转形式，并经读写控信息，变换成磁层的相应磁化翻转形式，并经读写控信息，变换成磁层的相应磁化翻转形式，并经读写控信息，变换成磁层的相应磁化翻转形式，并经读写控制电路实现这种转换规律。

图制电路实现这种转换规律图制电路实现这种转换规律图制电路实现这种转换规律图8.5 8.5 8.5 8.5 给出几种常见的磁给出几种常见的磁给出几种常见的磁给出几种常见的磁记录方式的写入电流波形记录方式的写入电流波形记录方式的写入电流波形记录方式的写入电流波形n n（（（（1 1 1 1）归零制（）归零制（）归零制（）归零制（RZRZRZRZ）））） 写入线圈的正脉冲电流表示写入线圈的正脉冲电流表示写入线圈的正脉冲电流表示写入线圈的正脉冲电流表示写如写如写如写如“1”“1”“1”“1”，负脉冲表示记录，负脉冲表示记录，负脉冲表示记录，负脉冲表示记录“0”“0”“0”“0”在两位信息之间在两位信息之间在两位信息之间在两位信息之间要保持线圈中的电流为零要保持线圈中的电流为零要保持线圈中的电流为零要保持线圈中的电流为零这是用向磁头线圈送入正、这是用向磁头线圈送入正、这是用向磁头线圈送入正、这是用向磁头线圈送入正、负脉冲电流的办法执行写负脉冲电流的办法执行写负脉冲电流的办法执行写负脉冲电流的办法执行写“1““1““1““1“、写、写、写、写“0““0““0““0“操作的方案，操作的方案，操作的方案，操作的方案，使使使使1 1 1 1和和和和0 0 0 0 信号的磁化状态正好相反。

它的主要缺点是在信号的磁化状态正好相反它的主要缺点是在信号的磁化状态正好相反它的主要缺点是在信号的磁化状态正好相反它的主要缺点是在两个信息位之间磁层处于非磁化状态，在实际中难以两个信息位之间磁层处于非磁化状态，在实际中难以两个信息位之间磁层处于非磁化状态，在实际中难以两个信息位之间磁层处于非磁化状态，在实际中难以实现，故不实用，但对理解经过电磁转换在磁性材料实现，故不实用，但对理解经过电磁转换在磁性材料实现，故不实用，但对理解经过电磁转换在磁性材料实现，故不实用，但对理解经过电磁转换在磁性材料中记录二进制信息的原理是有帮助的中记录二进制信息的原理是有帮助的中记录二进制信息的原理是有帮助的中记录二进制信息的原理是有帮助的 8/22/202412清华计算机组成原理08辅助存储器课件 n n （（（（2 2 2 2）不归零制（）不归零制（）不归零制（）不归零制（NRZNRZNRZNRZ）））） 磁头线圈中始终有电流，不是正向电流（代表磁头线圈中始终有电流，不是正向电流（代表磁头线圈中始终有电流，不是正向电流（代表磁头线圈中始终有电流，不是正向电流（代表1 1 1 1）就是反向电）就是反向电）就是反向电）就是反向电流（代表流（代表流（代表流（代表“0”“0”“0”“0”），），），），其抗干扰能力强。

这是用向磁头线圈送入正、其抗干扰能力强这是用向磁头线圈送入正、其抗干扰能力强这是用向磁头线圈送入正、其抗干扰能力强这是用向磁头线圈送入正、反向电流的办法执行写反向电流的办法执行写反向电流的办法执行写反向电流的办法执行写“1”“1”“1”“1”、写、写、写、写“0”“0”“0”“0”操作的方案，使操作的方案，使操作的方案，使操作的方案，使1 1 1 1和和和和0 0 0 0 信号信号信号信号的磁化状态（极性）正好相反与前一种方案相比，取消了两个信的磁化状态（极性）正好相反与前一种方案相比，取消了两个信的磁化状态（极性）正好相反与前一种方案相比，取消了两个信的磁化状态（极性）正好相反与前一种方案相比，取消了两个信息位之间磁化线圈中无电流的情况，故磁层中不存在未被磁化的状息位之间磁化线圈中无电流的情况，故磁层中不存在未被磁化的状息位之间磁化线圈中无电流的情况，故磁层中不存在未被磁化的状息位之间磁化线圈中无电流的情况，故磁层中不存在未被磁化的状态，不是被正向磁化，就是被反向磁化态，不是被正向磁化，就是被反向磁化态，不是被正向磁化，就是被反向磁化态，不是被正向磁化，就是被反向磁化 （（（（3 3 3 3）见）见）见）见1 1 1 1就翻的不归零制（就翻的不归零制（就翻的不归零制（就翻的不归零制（NRZ1) NRZ1) NRZ1) NRZ1) 记录记录记录记录“0”“0”“0”“0”时电流方向不变，只有遇到时电流方向不变，只有遇到时电流方向不变，只有遇到时电流方向不变，只有遇到“1”“1”“1”“1”时才改变方向。

时才改变方向时才改变方向时才改变方向这这这这是用在写是用在写是用在写是用在写“1”“1”“1”“1”时就变化磁头线圈中的电流方向（写时就变化磁头线圈中的电流方向（写时就变化磁头线圈中的电流方向（写时就变化磁头线圈中的电流方向（写“0”“0”“0”“0”则不变电则不变电则不变电则不变电流方向）的办法执行写流方向）的办法执行写流方向）的办法执行写流方向）的办法执行写“1”“1”“1”“1”、写、写、写、写“0”“0”“0”“0”操作的方案操作的方案操作的方案操作的方案 （（（（4 4 4 4）调相制（）调相制（）调相制（）调相制（PMPMPMPM）））） 是利用两个相位相差是利用两个相位相差是利用两个相位相差是利用两个相位相差180180180180读的磁化翻转方向代表数据读的磁化翻转方向代表数据读的磁化翻转方向代表数据读的磁化翻转方向代表数据0 0 0 0和和和和1 1 1 1即即即即指定记录数据指定记录数据指定记录数据指定记录数据“0’“0’“0’“0’时规定磁化翻转的方向由负变为正，则记录数时规定磁化翻转的方向由负变为正，则记录数时规定磁化翻转的方向由负变为正，则记录数时规定磁化翻转的方向由负变为正，则记录数据据据据‘l’‘l’‘l’‘l’时从正变为负。

当连续出现两个或两个以上时从正变为负当连续出现两个或两个以上时从正变为负当连续出现两个或两个以上时从正变为负当连续出现两个或两个以上‘1’‘1’‘1’‘1’或或或或‘0”‘0”‘0”‘0”时，为了维持上述原则，在位周期起始处也要翻转一次时，为了维持上述原则，在位周期起始处也要翻转一次时，为了维持上述原则，在位周期起始处也要翻转一次时，为了维持上述原则，在位周期起始处也要翻转一次这是用在这是用在这是用在这是用在磁层中不同的磁化翻转方向来区别数据磁层中不同的磁化翻转方向来区别数据磁层中不同的磁化翻转方向来区别数据磁层中不同的磁化翻转方向来区别数据“1”“1”“1”“1”和和和和“0”“0”“0”“0”的方案为此，的方案为此，的方案为此，的方案为此，磁头线圈中的电流在写磁头线圈中的电流在写磁头线圈中的电流在写磁头线圈中的电流在写“1”“1”“1”“1”和写和写和写和写“0”“0”“0”“0”时要朝不同的方向变化，读时要朝不同的方向变化，读时要朝不同的方向变化，读时要朝不同的方向变化，读出时就表现为读出的信号是正还是负脉冲，即二者的信号相位差为出时就表现为读出的信号是正还是负脉冲，即二者的信号相位差为出时就表现为读出的信号是正还是负脉冲，即二者的信号相位差为出时就表现为读出的信号是正还是负脉冲，即二者的信号相位差为180°180°180°180°。

8/22/202413清华计算机组成原理08辅助存储器课件 （（（（5 5 5 5）））） 调频制（调频制（调频制（调频制（FMFMFMFM）））） 记录记录记录记录‘1’‘1’‘1’‘1’时不仅在各位期间的中心产生磁化翻转，而且时不仅在各位期间的中心产生磁化翻转，而且时不仅在各位期间的中心产生磁化翻转，而且时不仅在各位期间的中心产生磁化翻转，而且 在位在位在位在位与位之间也必须翻转记录与位之间也必须翻转记录与位之间也必须翻转记录与位之间也必须翻转记录“0’“0’“0’“0’时，在位周期中心不产生磁化翻时，在位周期中心不产生磁化翻时，在位周期中心不产生磁化翻时，在位周期中心不产生磁化翻转，但在位与位之间的边界处要翻转一次转，但在位与位之间的边界处要翻转一次转，但在位与位之间的边界处要翻转一次转，但在位与位之间的边界处要翻转一次由于记录数据由于记录数据由于记录数据由于记录数据‘l’‘l’‘l’‘l’时时时时磁化翻转的频率为记录数据磁化翻转的频率为记录数据磁化翻转的频率为记录数据磁化翻转的频率为记录数据“0’“0’“0’“0’时的两倍，因此又称时的两倍，因此又称时的两倍，因此又称时的两倍，因此又称‘‘‘‘倍频制倍频制倍频制倍频制””””。

这是用在磁层中不同的磁化翻转次数来区别数据这是用在磁层中不同的磁化翻转次数来区别数据这是用在磁层中不同的磁化翻转次数来区别数据这是用在磁层中不同的磁化翻转次数来区别数据“1”“1”“1”“1”和和和和“0”“0”“0”“0”的方的方的方的方案，记录案，记录案，记录案，记录“1”“1”“1”“1”比记录比记录比记录比记录“0”“0”“0”“0”磁化翻转频率要多一倍为此，磁头线磁化翻转频率要多一倍为此，磁头线磁化翻转频率要多一倍为此，磁头线磁化翻转频率要多一倍为此，磁头线圈中的电流，在每个位周期起始处要变化一次方向读出时，读出圈中的电流，在每个位周期起始处要变化一次方向读出时，读出圈中的电流，在每个位周期起始处要变化一次方向读出时，读出圈中的电流，在每个位周期起始处要变化一次方向读出时，读出的的的的1 1 1 1信号表现为两个脉冲，读出的信号表现为两个脉冲，读出的信号表现为两个脉冲，读出的信号表现为两个脉冲，读出的0 0 0 0信号表现为一个脉冲二者的读信号表现为一个脉冲二者的读信号表现为一个脉冲二者的读信号表现为一个脉冲二者的读出脉冲频率相差一倍出脉冲频率相差一倍出脉冲频率相差一倍出脉冲频率相差一倍。

（（（（6 6 6 6）改进调频制（）改进调频制（）改进调频制（）改进调频制（MFMMFMMFMMFM）））） 这是对前面讲的调频制的一种改进方案，其目的是提高这一方这是对前面讲的调频制的一种改进方案，其目的是提高这一方这是对前面讲的调频制的一种改进方案，其目的是提高这一方这是对前面讲的调频制的一种改进方案，其目的是提高这一方案的编码效率，使其从调频制的案的编码效率，使其从调频制的案的编码效率，使其从调频制的案的编码效率，使其从调频制的50%50%50%50%提高到现在的提高到现在的提高到现在的提高到现在的100%100%100%100%这种记录这种记录这种记录这种记录方式基本上与调频制相同，方式基本上与调频制相同，方式基本上与调频制相同，方式基本上与调频制相同，即记录数据即记录数据即记录数据即记录数据‘1’‘1’‘1’‘1’时在位周期中心磁化时在位周期中心磁化时在位周期中心磁化时在位周期中心磁化翻转一次，记录数据翻转一次，记录数据翻转一次，记录数据翻转一次，记录数据‘0’‘0’‘0’‘0’时不翻转区别在于只有连续记录两个时不翻转区别在于只有连续记录两个时不翻转。

区别在于只有连续记录两个时不翻转区别在于只有连续记录两个或两个以上或两个以上或两个以上或两个以上‘0’‘0’‘0’‘0’时，才在位周期的起始位置翻转一次，而不是在时，才在位周期的起始位置翻转一次，而不是在时，才在位周期的起始位置翻转一次，而不是在时，才在位周期的起始位置翻转一次，而不是在每个位同期的起始处都翻转每个位同期的起始处都翻转每个位同期的起始处都翻转每个位同期的起始处都翻转这一改进表现在取消了大部分在位期这一改进表现在取消了大部分在位期这一改进表现在取消了大部分在位期这一改进表现在取消了大部分在位期起始处改变磁头线圈中电流方向的动作，只保留在连续起始处改变磁头线圈中电流方向的动作，只保留在连续起始处改变磁头线圈中电流方向的动作，只保留在连续起始处改变磁头线圈中电流方向的动作，只保留在连续“0”“0”“0”“0”信号信号信号信号位期起始处的电流方向变化，以便保证改编码方式的字同步能力位期起始处的电流方向变化，以便保证改编码方式的字同步能力位期起始处的电流方向变化，以便保证改编码方式的字同步能力位期起始处的电流方向变化，以便保证改编码方式的字同步能力 除上述几种记录方式外，成组编码（除上述几种记录方式外，成组编码（除上述几种记录方式外，成组编码（除上述几种记录方式外，成组编码（GCRGCRGCRGCR）以及游程长度受限）以及游程长度受限）以及游程长度受限）以及游程长度受限码（码（码（码（RLLCRLLCRLLCRLLC）等。

等8/22/202414清华计算机组成原理08辅助存储器课件 8/22/202415清华计算机组成原理08辅助存储器课件 n n 目前高密度磁盘主要选用游程长度受限码目前高密度磁盘主要选用游程长度受限码目前高密度磁盘主要选用游程长度受限码目前高密度磁盘主要选用游程长度受限码RLLCRLLC其编码实质是将原始数据序列变成其编码实质是将原始数据序列变成其编码实质是将原始数据序列变成其编码实质是将原始数据序列变成“0”“0”、、、、“1”“1”受限制受限制受限制受限制的记录序列，其编码规则是将原始数据变换成的记录序列，其编码规则是将原始数据变换成的记录序列，其编码规则是将原始数据变换成的记录序列，其编码规则是将原始数据变换成“0”“0”游游游游程长度受限码，即任何两位相邻的程长度受限码，即任何两位相邻的程长度受限码，即任何两位相邻的程长度受限码，即任何两位相邻的“1”“1”之间的之间的之间的之间的“0”“0”的的的的最大位数和最小位数均受到限制的新编码然后再用最大位数和最小位数均受到限制的新编码然后再用最大位数和最小位数均受到限制的新编码然后再用最大位数和最小位数均受到限制的新编码。

然后再用NRZ-1NRZ-1制方式进行调制和写入该码具有自同步能力，制方式进行调制和写入该码具有自同步能力，制方式进行调制和写入该码具有自同步能力，制方式进行调制和写入该码具有自同步能力，因而在高密磁盘中得到广泛应用因而在高密磁盘中得到广泛应用因而在高密磁盘中得到广泛应用因而在高密磁盘中得到广泛应用n n 从磁表面存储器读出信号时，为了分离出数据信息从磁表面存储器读出信号时，为了分离出数据信息从磁表面存储器读出信号时，为了分离出数据信息从磁表面存储器读出信号时，为了分离出数据信息必须要有时间基准信号，成为同步信号必须要有时间基准信号，成为同步信号必须要有时间基准信号，成为同步信号必须要有时间基准信号，成为同步信号 n n 自同步能力是指在磁盘上从读出的数据（脉冲序列）自同步能力是指在磁盘上从读出的数据（脉冲序列）自同步能力是指在磁盘上从读出的数据（脉冲序列）自同步能力是指在磁盘上从读出的数据（脉冲序列）中自动提取同步信号（时间基准信号）的能力（在每个中自动提取同步信号（时间基准信号）的能力（在每个中自动提取同步信号（时间基准信号）的能力（在每个中自动提取同步信号（时间基准信号）的能力（在每个位单元都至少产生一个转变区）。

例如位单元都至少产生一个转变区）例如位单元都至少产生一个转变区）例如位单元都至少产生一个转变区）例如NRZNRZ、、、、NRZ1NRZ1不不不不具备自同步能力，而具备自同步能力，而具备自同步能力，而具备自同步能力，而PMPM、、、、FMFM、、、、MFMMFM记录方式具有自记录方式具有自记录方式具有自记录方式具有自同步能力其中同步能力其中同步能力其中同步能力其中FMFM方式的最大磁化翻转间隔是位周期方式的最大磁化翻转间隔是位周期方式的最大磁化翻转间隔是位周期方式的最大磁化翻转间隔是位周期T,T,而最小磁化翻转间隔是而最小磁化翻转间隔是而最小磁化翻转间隔是而最小磁化翻转间隔是 T/2, T/2,因此自同步能力因此自同步能力因此自同步能力因此自同步能力R=T/2/T=0.5R=T/2/T=0.58/22/202416清华计算机组成原理08辅助存储器课件8.3 8.3 硬盘存储器（硬盘机）硬盘存储器（硬盘机）8.3.1 8.3.1 硬盘存储器的组成硬盘存储器的组成n n硬盘盘片和硬盘驱动器硬盘盘片和硬盘驱动器硬盘盘片和硬盘驱动器硬盘盘片和硬盘驱动器旋转电机旋转电机直直 线线 电电机机磁头磁头8/22/202417清华计算机组成原理08辅助存储器课件8/22/202418清华计算机组成原理08辅助存储器课件磁盘存储器逻辑结构演示磁盘存储器逻辑结构演示8/22/202419清华计算机组成原理08辅助存储器课件磁盘磁盘磁磁盘盘组组主轴主轴磁头磁头音圈音圈电机电机位置检测位置检测定位驱动定位驱动模拟控制模拟控制放放大大闭环自动控制系统闭环自动控制系统由磁盘控制由磁盘控制器送来的目器送来的目标磁道信号标磁道信号测测速速输输出出读写臂读写臂传动机构传动机构主轴主轴定位驱动定位驱动数据控制数据控制磁盘驱动器磁盘驱动器8/22/202420清华计算机组成原理08辅助存储器课件n n温切斯特磁盘实际上是一种技术，这种技术是由温切斯特磁盘实际上是一种技术，这种技术是由IBM公司位于美国加州坎贝尔市温切斯特大街的公司位于美国加州坎贝尔市温切斯特大街的研究所研制的，它是于研究所研制的，它是于1973年被应用的。

年被应用的n n温氏技术特点温氏技术特点n n全封闭结构，杜绝灰尘危害全封闭结构，杜绝灰尘危害全封闭结构，杜绝灰尘危害全封闭结构，杜绝灰尘危害n n磁头采用接触式启停磁头采用接触式启停磁头采用接触式启停磁头采用接触式启停n n一体化主轴和电机一体化主轴和电机一体化主轴和电机一体化主轴和电机n n硬盘存储器的基本组成硬盘存储器的基本组成n n磁盘控制器磁盘控制器磁盘控制器磁盘控制器n n头盘组件头盘组件头盘组件头盘组件n n磁头组件、磁头驱动机构、驱动机构及盘片、读写放大电磁头组件、磁头驱动机构、驱动机构及盘片、读写放大电磁头组件、磁头驱动机构、驱动机构及盘片、读写放大电磁头组件、磁头驱动机构、驱动机构及盘片、读写放大电路、循环过滤器、底座和上盖、其他附件路、循环过滤器、底座和上盖、其他附件路、循环过滤器、底座和上盖、其他附件路、循环过滤器、底座和上盖、其他附件n n印刷电路板印刷电路板印刷电路板印刷电路板8/22/202421清华计算机组成原理08辅助存储器课件8.3.2 8.3.2 硬盘的管理结构硬盘的管理结构1、名词解释、名词解释n n盘面盘面盘面盘面n n磁道：磁道：磁道：磁道：对单个盘片而言可以称为磁道。

对单个盘片而言可以称为磁道对单个盘片而言可以称为磁道对单个盘片而言可以称为磁道n n柱面柱面柱面柱面：硬盘每个盘面的同一编号的磁道构成柱面：硬盘每个盘面的同一编号的磁道构成柱面：硬盘每个盘面的同一编号的磁道构成柱面：硬盘每个盘面的同一编号的磁道构成柱面n n扇区或数据块号扇区或数据块号扇区或数据块号扇区或数据块号: : 对定长格式的硬盘存在扇区的概念，对定长格式的硬盘存在扇区的概念，对定长格式的硬盘存在扇区的概念，对定长格式的硬盘存在扇区的概念，对不定长的硬盘以数据块号（记录号）存储信息对不定长的硬盘以数据块号（记录号）存储信息对不定长的硬盘以数据块号（记录号）存储信息对不定长的硬盘以数据块号（记录号）存储信息n n容量容量容量容量 格式化容量格式化容量格式化容量格式化容量= =磁头数磁头数磁头数磁头数* *柱面数柱面数柱面数柱面数* *每柱面扇区数每柱面扇区数每柱面扇区数每柱面扇区数* *每扇每扇每扇每扇区字节数；或磁头数区字节数；或磁头数区字节数；或磁头数区字节数；或磁头数* *柱面数柱面数柱面数柱面数* *每柱面数据块数每柱面数据块数每柱面数据块数每柱面数据块数* *每数据每数据每数据每数据块内的字节数。

块内的字节数块内的字节数块内的字节数n n转数转数转数转数现在已达到现在已达到现在已达到现在已达到7200r/min7200r/min或或或或9600r/min9600r/min以54005400转转转转/ /分分分分的硬盘的硬盘的硬盘的硬盘 而言，其相应的平均等待时间为而言，其相应的平均等待时间为而言，其相应的平均等待时间为而言，其相应的平均等待时间为5.6ms5.6ms现在常用硬盘的数据传输率可达到用硬盘的数据传输率可达到用硬盘的数据传输率可达到用硬盘的数据传输率可达到5MB/S5MB/S以上n n按盘径分：按盘径分：按盘径分：按盘径分：5.255.25英寸、英寸、英寸、英寸、3.5 3.5 英寸、英寸、英寸、英寸、2.5 2.5 英寸、英寸、英寸、英寸、1.8 1.8 英寸英寸英寸英寸8/22/202422清华计算机组成原理08辅助存储器课件 n n例题例题 磁盘组有磁盘组有6片磁盘，每片有两个记录面，片磁盘，每片有两个记录面，最上最下两面不用存储区域内直径最上最下两面不用存储区域内直径22cm，外，外直径直径33cm,道密度为道密度为40道道/cm,内层位密度内层位密度400位位/cm,转速转速2400转转/分，问：分，问：n n1、共有多少柱面？、共有多少柱面？n n2、盘组总存储容量是多少？、盘组总存储容量是多少？n n3、数据传输率多少？、数据传输率多少？n n4、采用定长数据块记录格式，直接寻址的最小、采用定长数据块记录格式，直接寻址的最小单位是什么单位是什么?寻址命令中如何表示磁盘地址？寻址命令中如何表示磁盘地址？n n5、如果某文件长度超过一个磁道的容量，应将、如果某文件长度超过一个磁道的容量，应将它记录在同一个存储面上，还是记录在同一个柱它记录在同一个存储面上，还是记录在同一个柱面上？面上？8/22/202423清华计算机组成原理08辅助存储器课件 n n解：解：解：解：1 1、有效存储区域、有效存储区域、有效存储区域、有效存储区域= 33/2= 33/2－－－－ 22/2 = 16.5 22/2 = 16.5－－－－11 = 5.5cm11 = 5.5cm 柱面数柱面数柱面数柱面数= =道密度道密度道密度道密度× ×有效区域有效区域有效区域有效区域=40=40道道道道/cm×5.5cm=220/cm×5.5cm=220道，即道，即道，即道，即 220 220个圆柱面。

个圆柱面个圆柱面个圆柱面2 2、内道周长、内道周长、内道周长、内道周长=3.14×22=69.08cm=3.14×22=69.08cm 道信息量道信息量道信息量道信息量N=400N=400位位位位/cm×69.08cm=27632/cm×69.08cm=27632位位位位=3454B=3454B 面信息量面信息量面信息量面信息量=3454B×220=759880B=3454B×220=759880B 盘组容量盘组容量盘组容量盘组容量=759880B×10=7598800B≈7.25MB=759880B×10=7598800B≈7.25MB3 3、磁盘数据传输率、磁盘数据传输率、磁盘数据传输率、磁盘数据传输率= =转数转数转数转数r ×r ×道容量道容量道容量道容量N N = =（（（（24002400转转转转/60/60秒）秒）秒）秒） ×3454B ×3454B =40×3454=13816B/S=13.492KB/S =40×3454=13816B/S=13.492KB/S4 4、最小单位是一个记录块（一个扇区），其编址方式可、最小单位是一个记录块（一个扇区），其编址方式可、最小单位是一个记录块（一个扇区），其编址方式可、最小单位是一个记录块（一个扇区），其编址方式可为如下格式：为如下格式：为如下格式：为如下格式： 5 5、记录在同一个柱面上，因为不需要重新找道，数据读、记录在同一个柱面上，因为不需要重新找道，数据读、记录在同一个柱面上，因为不需要重新找道，数据读、记录在同一个柱面上，因为不需要重新找道，数据读写速度快。

写速度快写速度快写速度快磁盘机号磁盘机号磁盘机号磁盘机号 柱面号柱面号柱面号柱面号 盘面号盘面号盘面号盘面号扇区号扇区号扇区号扇区号8/22/202424清华计算机组成原理08辅助存储器课件2、硬盘的区域划分和引导记录、硬盘的区域划分和引导记录n n主引导记录主引导记录MBRn n硬盘主引导程序和硬盘分区表硬盘主引导程序和硬盘分区表硬盘主引导程序和硬盘分区表硬盘主引导程序和硬盘分区表. .n nDOS引导记录引导记录DBRn nDOSDOS引导程序和磁盘参数块引导程序和磁盘参数块引导程序和磁盘参数块引导程序和磁盘参数块n n文件分配表文件分配表FATn n记录磁盘空间的使用情况记录磁盘空间的使用情况记录磁盘空间的使用情况记录磁盘空间的使用情况n n文件目录文件目录n nDOSDOS文件组成的重要组成文件组成的重要组成文件组成的重要组成文件组成的重要组成, ,也也也也是文件是文件是文件是文件. .包含文件名、扩展名、包含文件名、扩展名、包含文件名、扩展名、包含文件名、扩展名、属性、生成日期、最后修改时属性、生成日期、最后修改时属性、生成日期、最后修改时属性、生成日期、最后修改时间、开始簇号、大小等间、开始簇号、大小等间、开始簇号、大小等间、开始簇号、大小等n n数据区数据区8/22/202425清华计算机组成原理08辅助存储器课件 n n 在软盘和小容量硬盘中大都采用定长数据块。

在软盘和小容量硬盘中大都采用定长数据块而在大容量硬盘中，有的采用不定长数据块，该而在大容量硬盘中，有的采用不定长数据块，该长则长，能短则短不采取扇区划分，直接以数长则长，能短则短不采取扇区划分，直接以数据块或记录号标识因此，硬盘寻址信息一般由据块或记录号标识因此，硬盘寻址信息一般由台号、圆柱面号（道号）、磁头号（记录面台号、圆柱面号（道号）、磁头号（记录面号）、数据块号、交换量组成号）、数据块号、交换量组成n n 定长数据块磁道格式举例（以索引信号开始）定长数据块磁道格式举例（以索引信号开始）定长数据块磁道格式举例（以索引信号开始）定长数据块磁道格式举例（以索引信号开始）：： G1 G1扇区扇区1 1 扇区扇区2 2--- --- ----- --- --- --- - --- 扇区扇区n n G4 G4SYNSYNC C头标志区头标志区圆柱号高圆柱号高位位圆柱号圆柱号低位低位磁磁头头号号扇扇区区号号CRCCRCG2G2数据区数据区标志标志DATADATACRCRC CG3G38/22/202426清华计算机组成原理08辅助存储器课件 n n间隔间隔G1, 16个字节个字节4EH。

n n每个扇区包含下述五个部分每个扇区包含下述五个部分n n1、同步区、同步区SYNC,14个字节个字节00n n2、头标志区、头标志区7个字节：第个字节：第1个是个是A1H；第；第2是圆柱是圆柱号高位；号高位；3是圆柱号低位；是圆柱号低位；4是磁头号，其中是磁头号，其中0、、1、、2位为磁头号，位为磁头号，3、、4位是位是0，，5、、6是扇区计数值，是扇区计数值，第第7位是坏块标志；位是坏块标志；5字节是扇区号；字节是扇区号；6、、7存放头存放头标区的循环校验码；标区的循环校验码；n n3、间隔、间隔G2，，16个字节个字节00Hn n4、数据区标志，、数据区标志，2个字节：个字节：A1H F8H以后是数以后是数据区据区DATA,定长数据块定长数据块512B规格2个字节的数个字节的数据区的据区的CRC码n n5、间隔、间隔G3，，3个字节个字节00H及及15个字节个字节 4EH8/22/202427清华计算机组成原理08辅助存储器课件 n n 不定长数据块磁道举例（以索引信号开始）不定长数据块磁道举例（以索引信号开始）n n 一个磁道内的信息由若干个记录（一个磁道内的信息由若干个记录（Record)组组成。

每个记录包含计数段成每个记录包含计数段(Count)、关键字段、关键字段（（Key）、数据段（）、数据段（Data），这一类格式又被称），这一类格式又被称为为CKD结构G1G1 HA HAG2G2 R0 R0G3G3 R1R1--- ---- --- --RnRnG3 G3 SDSD PA PA F FCCCCHHHHDCBDCB 计数区计数区G2G2 KEYKEYG2G2 数据区数据区8/22/202428清华计算机组成原理08辅助存储器课件 n n 间隔间隔G1，共，共116字节，其中字节，其中115个是个是00H，一个，一个是是19H同步信息同步信息n n 标识地址标识地址HA（（Home Address）是用来标识磁）是用来标识磁道的地址区共道的地址区共20个字节，其中：个字节，其中： SD用用6个字节用来指出该磁道上有几个瑕疵，个字节用来指出该磁道上有几个瑕疵，及其位置及其位置PA用用3个字节指出磁道的物理地址（柱个字节指出磁道的物理地址（柱面地址和磁头号）。

面地址和磁头号）F用用1个字节标示磁道状态，个字节标示磁道状态，好或坏，是基本磁道还是替补道等好或坏，是基本磁道还是替补道等CC是柱面逻是柱面逻辑地址占辑地址占2个字节HH是磁头逻辑地址占是磁头逻辑地址占2个字节DCB是错误校验占是错误校验占6个字节§ § 间隔间隔G2，，76个字节，个字节，75个为个为00H,一个是一个是19H§ § 零号记录零号记录R0，它是用户用来说明本磁道的有关，它是用户用来说明本磁道的有关状态，如果磁道发生故障，将依据状态，如果磁道发生故障，将依据R0提供的信息提供的信息实现磁道替换实现磁道替换8/22/202429清华计算机组成原理08辅助存储器课件 n n 用户记录用户记录用户记录用户记录RiRi：在各记录之间用：在各记录之间用：在各记录之间用：在各记录之间用G3G3分隔，分隔，分隔，分隔，G3G3为为为为7979个个个个字节，其内部存有固定格式的信息字节，其内部存有固定格式的信息字节，其内部存有固定格式的信息字节，其内部存有固定格式的信息 计数区包含计数区包含计数区包含计数区包含2525个字节，分别是本区瑕疵、物理地址、个字节，分别是本区瑕疵、物理地址、个字节，分别是本区瑕疵、物理地址、个字节，分别是本区瑕疵、物理地址、标志、标志、标志、标志、IDID识别区、记录号、本记录的关键字长度、本记识别区、记录号、本记录的关键字长度、本记识别区、记录号、本记录的关键字长度、本记识别区、记录号、本记录的关键字长度、本记录内数据长度、校验码。

其中录内数据长度、校验码其中录内数据长度、校验码其中录内数据长度、校验码其中IDID包含磁道状况、好的原包含磁道状况、好的原包含磁道状况、好的原包含磁道状况、好的原始道、坏的原始道、好的替补道、坏的替补道等地址始道、坏的原始道、好的替补道、坏的替补道等地址始道、坏的原始道、好的替补道、坏的替补道等地址始道、坏的原始道、好的替补道、坏的替补道等地址 关键字区关键字区关键字区关键字区KEYKEY是数据的识别信息，如顺序号、密码是数据的识别信息，如顺序号、密码是数据的识别信息，如顺序号、密码是数据的识别信息，如顺序号、密码及自己的校验码及自己的校验码及自己的校验码及自己的校验码 数据区用来记录用户数据，允许使用不同长度，然数据区用来记录用户数据，允许使用不同长度，然数据区用来记录用户数据，允许使用不同长度，然数据区用来记录用户数据，允许使用不同长度，然后是后是后是后是6 6个校验码个校验码个校验码个校验码 在一个记录内三个区使用在一个记录内三个区使用在一个记录内三个区使用在一个记录内三个区使用G2G2进行分隔。

进行分隔进行分隔进行分隔 在进行磁盘格式化时，可以发现坏道并将其替换在进行磁盘格式化时，可以发现坏道并将其替换在进行磁盘格式化时，可以发现坏道并将其替换在进行磁盘格式化时，可以发现坏道并将其替换用户使用的逻辑地址可以不变，磁道格式信息用户使用的逻辑地址可以不变，磁道格式信息用户使用的逻辑地址可以不变，磁道格式信息用户使用的逻辑地址可以不变，磁道格式信息CC,HHCC,HH提供磁道的物理地址提供磁道的物理地址提供磁道的物理地址提供磁道的物理地址8/22/202430清华计算机组成原理08辅助存储器课件 常用硬盘接口类型常用硬盘接口类型n nIDE（（Intergrate drive Election)接口：接口：n n4040条通信线，属于条通信线，属于条通信线，属于条通信线，属于设备级接口设备级接口设备级接口设备级接口（主机命令控制设备的操作）主机命令控制设备的操作）主机命令控制设备的操作）主机命令控制设备的操作）n n将控制器集成到驱动器内部，使传输可靠将控制器集成到驱动器内部，使传输可靠将控制器集成到驱动器内部，使传输可靠将控制器集成到驱动器内部，使传输可靠。

n n传输速率在传输速率在传输速率在传输速率在1.5MB/s1.5MB/s左右；最多可连接左右；最多可连接左右；最多可连接左右；最多可连接2 2台台台台IDEIDE设备，内部接口设备，内部接口设备，内部接口设备，内部接口连在主板的连在主板的连在主板的连在主板的IS AIS A总线上n nEIDE（（Enhanced IDE）接口：）接口：n n目前微机主板大部分提供此接口，支持大容量硬盘目前微机主板大部分提供此接口，支持大容量硬盘目前微机主板大部分提供此接口，支持大容量硬盘目前微机主板大部分提供此接口，支持大容量硬盘n n传输速率达到传输速率达到传输速率达到传输速率达到18MB/s18MB/s；最多可连接；最多可连接；最多可连接；最多可连接4 4台台台台IDEIDE设备，内部接口可设备，内部接口可设备，内部接口可设备，内部接口可直接连在局部总线上，数据传输宽度直接连在局部总线上，数据传输宽度直接连在局部总线上，数据传输宽度直接连在局部总线上，数据传输宽度3232位n nSCSI(Small Computer System Interface)接口接口:n n将原来磁盘控制器的功能转移到设备驱动器上，以标准的电将原来磁盘控制器的功能转移到设备驱动器上，以标准的电将原来磁盘控制器的功能转移到设备驱动器上，以标准的电将原来磁盘控制器的功能转移到设备驱动器上，以标准的电缆（缆（缆（缆（5050条，后扩充位条，后扩充位条，后扩充位条，后扩充位6868条）和协议与多台主机设备进行数据条）和协议与多台主机设备进行数据条）和协议与多台主机设备进行数据条）和协议与多台主机设备进行数据交换。

可连接多达交换可连接多达交换可连接多达交换可连接多达3232个个个个SCSISCSI设备，传输速率达到设备，传输速率达到设备，传输速率达到设备，传输速率达到160MB/s160MB/s它属于它属于它属于它属于系统级接口系统级接口系统级接口系统级接口（控制外存与总线之间交换信息）控制外存与总线之间交换信息）控制外存与总线之间交换信息）控制外存与总线之间交换信息）8/22/202431清华计算机组成原理08辅助存储器课件 n nUltra33Ultra33标准标准标准标准-------97-------97年推出年推出年推出年推出n n改善驱动程序，充分利用硬盘控制器，数据传输过改善驱动程序，充分利用硬盘控制器，数据传输过改善驱动程序，充分利用硬盘控制器，数据传输过改善驱动程序，充分利用硬盘控制器，数据传输过程中避免程中避免程中避免程中避免CPUCPU的过多干预的过多干预的过多干预的过多干预n n在时序信号的上下沿都进行数据传输在时序信号的上下沿都进行数据传输在时序信号的上下沿都进行数据传输在时序信号的上下沿都进行数据传输n n由硬盘产生选通信号，避免主机送选通信号造成延由硬盘产生选通信号，避免主机送选通信号造成延由硬盘产生选通信号，避免主机送选通信号造成延由硬盘产生选通信号，避免主机送选通信号造成延时。

时n nUltra66Ultra66标准标准标准标准-------98-------98年推出年推出年推出年推出n n突发数据传输速率提高近一倍，理论上可达突发数据传输速率提高近一倍，理论上可达突发数据传输速率提高近一倍，理论上可达突发数据传输速率提高近一倍，理论上可达66MB/S66MB/Sn n采用新的采用新的采用新的采用新的CRCCRC冗余校验，提高数据传输可靠性冗余校验，提高数据传输可靠性冗余校验，提高数据传输可靠性冗余校验，提高数据传输可靠性n n改用改用改用改用80Pin80Pin排线（与排线（与排线（与排线（与40Pin40Pin兼容），插入兼容），插入兼容），插入兼容），插入4040根地线，根地线，根地线，根地线，降低向邻线间的干扰降低向邻线间的干扰降低向邻线间的干扰降低向邻线间的干扰8/22/202432清华计算机组成原理08辅助存储器课件 8.3.3 8.3.3 磁盘磁盘CacheCachen n 随着微电子技术的飞速发展，随着微电子技术的飞速发展，CPU的速度每的速度每年增长年增长1倍左右，主存储器芯片的容量和磁盘驱倍左右，主存储器芯片的容量和磁盘驱动器的容量每动器的容量每1.5年增长年增长1倍左右，但磁盘驱动器倍左右，但磁盘驱动器的存取时间没有出现相应程度的下降，仍停留在的存取时间没有出现相应程度的下降，仍停留在毫秒（毫秒（ms）级）级,而主存的存取时间为纳秒（而主存的存取时间为纳秒（ns)级，级，两者速度差别十分突出，因此两者速度差别十分突出，因此I／／O系统成为整个系统成为整个系统的瓶颈。

为了减少存取时间，磁盘驱动器厂系统的瓶颈为了减少存取时间，磁盘驱动器厂家采取了增加磁盘主轴转速、提高家采取了增加磁盘主轴转速、提高I／／O总线速度、总线速度、改进读／写算法和采用磁盘改进读／写算法和采用磁盘cache等措施n n 目前的磁盘驱动器一般都带有高速缓存，容目前的磁盘驱动器一般都带有高速缓存，容量在量在1MB～几～几MB之间，可由之间，可由SRAM或或DRAM组组成8/22/202433清华计算机组成原理08辅助存储器课件硬盘的安装、操作与维护硬盘的安装、操作与维护n n安装：安装：n n物理安装：用螺丝安装到硬盘托架，电源线，信号线注意物理安装：用螺丝安装到硬盘托架，电源线，信号线注意物理安装：用螺丝安装到硬盘托架，电源线，信号线注意物理安装：用螺丝安装到硬盘托架，电源线，信号线注意防震，身体放静电，设备跳线防震，身体放静电，设备跳线防震，身体放静电，设备跳线防震，身体放静电，设备跳线n n软件安装：低、高级格式化，逻辑分区，软件安装软件安装：低、高级格式化，逻辑分区，软件安装软件安装：低、高级格式化，逻辑分区，软件安装软件安装：低、高级格式化，逻辑分区，软件安装。

n n操作：操作：n n机器工作时不要搬动硬盘机器工作时不要搬动硬盘机器工作时不要搬动硬盘机器工作时不要搬动硬盘n n防止突然断电防止突然断电防止突然断电防止突然断电n n防止病毒破坏硬盘信息防止病毒破坏硬盘信息防止病毒破坏硬盘信息防止病毒破坏硬盘信息n n维护：维护：n n定期运行磁盘扫描程序定期运行磁盘扫描程序定期运行磁盘扫描程序定期运行磁盘扫描程序n n定期运行磁盘碎片整理程序定期运行磁盘碎片整理程序定期运行磁盘碎片整理程序定期运行磁盘碎片整理程序n n计算机病毒防治计算机病毒防治计算机病毒防治计算机病毒防治8/22/202434清华计算机组成原理08辅助存储器课件8.3.4 8.3.4 磁盘阵列存储器磁盘阵列存储器n n 将多个独立的的磁盘组成一个独立的逻辑盘，通将多个独立的的磁盘组成一个独立的逻辑盘，通将多个独立的的磁盘组成一个独立的逻辑盘，通将多个独立的的磁盘组成一个独立的逻辑盘，通过数据在多个物理盘上的分割交叉存储，并行访问过数据在多个物理盘上的分割交叉存储，并行访问过数据在多个物理盘上的分割交叉存储，并行访问过数据在多个物理盘上的分割交叉存储，并行访问得到高逻辑性能。

得到高逻辑性能得到高逻辑性能得到高逻辑性能n nCPUCPU速度的增长大大超过磁盘驱动器数据传输速速度的增长大大超过磁盘驱动器数据传输速速度的增长大大超过磁盘驱动器数据传输速速度的增长大大超过磁盘驱动器数据传输速率的增长率的增长率的增长率的增长n n小盘径磁盘驱动器组成的阵列与大型驱动器相比：小盘径磁盘驱动器组成的阵列与大型驱动器相比：小盘径磁盘驱动器组成的阵列与大型驱动器相比：小盘径磁盘驱动器组成的阵列与大型驱动器相比：成本低、功耗低、性能好等优点成本低、功耗低、性能好等优点成本低、功耗低、性能好等优点成本低、功耗低、性能好等优点n n低代价的编码容错方案低代价的编码容错方案低代价的编码容错方案低代价的编码容错方案n n特性特性特性特性n n并行数据处理，高传输速率和并行数据处理，高传输速率和并行数据处理，高传输速率和并行数据处理，高传输速率和I/OI/O吞吐率吞吐率吞吐率吞吐率n n访问负载均匀分布在所有磁盘访问负载均匀分布在所有磁盘访问负载均匀分布在所有磁盘访问负载均匀分布在所有磁盘n n阵列的控制、数据的分块和拼接、磁盘阵列的并阵列的控制、数据的分块和拼接、磁盘阵列的并阵列的控制、数据的分块和拼接、磁盘阵列的并阵列的控制、数据的分块和拼接、磁盘阵列的并行调度等阵列控制功能。

行调度等阵列控制功能行调度等阵列控制功能行调度等阵列控制功能8/22/202435清华计算机组成原理08辅助存储器课件n n磁盘阵列的致命缺点：磁盘阵列的致命缺点：磁盘阵列的致命缺点：磁盘阵列的致命缺点：n n整个盘的可靠性降低整个盘的可靠性降低整个盘的可靠性降低整个盘的可靠性降低n n解决方法：冗余码进行纠错解决方法：冗余码进行纠错解决方法：冗余码进行纠错解决方法：冗余码进行纠错n n廉价磁盘冗余阵列（廉价磁盘冗余阵列（廉价磁盘冗余阵列（廉价磁盘冗余阵列（Redundant Array of Inexpensive Redundant Array of Inexpensive Disk——RAIDDisk——RAID））））n nRAID0 RAID0 无冗余和无校验的数据分块（安全性差）无冗余和无校验的数据分块（安全性差）无冗余和无校验的数据分块（安全性差）无冗余和无校验的数据分块（安全性差）n nRAID1 RAID1 镜像磁盘阵列（利用率为镜像磁盘阵列（利用率为镜像磁盘阵列（利用率为镜像磁盘阵列（利用率为50%50%））））n nRAID2 RAID2 采用纠错的海明码的磁盘阵列（不利于小数据量传采用纠错的海明码的磁盘阵列（不利于小数据量传采用纠错的海明码的磁盘阵列（不利于小数据量传采用纠错的海明码的磁盘阵列（不利于小数据量传输）输）输）输）n nRAID3RAID3，，，，4 4 采用奇偶校验码的磁盘阵列（专有一个校验盘）采用奇偶校验码的磁盘阵列（专有一个校验盘）采用奇偶校验码的磁盘阵列（专有一个校验盘）采用奇偶校验码的磁盘阵列（专有一个校验盘）n nRAID5 RAID5 无独立校验盘的磁盘阵列无独立校验盘的磁盘阵列无独立校验盘的磁盘阵列无独立校验盘的磁盘阵列n nRAID 6RAID 6级（采用分块交叉技术和双磁盘容错的磁盘阵列）级（采用分块交叉技术和双磁盘容错的磁盘阵列）级（采用分块交叉技术和双磁盘容错的磁盘阵列）级（采用分块交叉技术和双磁盘容错的磁盘阵列）n nRAID 7RAID 7级（独立接口的磁盘阵列）级（独立接口的磁盘阵列）级（独立接口的磁盘阵列）级（独立接口的磁盘阵列）n nRAID 10RAID 10级（级（级（级（RAID 0RAID 0级十级十级十级十RAID1RAID1级）由分块和镜像组成是级）由分块和镜像组成是级）由分块和镜像组成是级）由分块和镜像组成是所有所有所有所有RAIDRAID中性能最好的磁盘阵列，但每次写入时要写两个中性能最好的磁盘阵列，但每次写入时要写两个中性能最好的磁盘阵列，但每次写入时要写两个中性能最好的磁盘阵列，但每次写入时要写两个互为镜像的盘，价格高。

互为镜像的盘，价格高互为镜像的盘，价格高互为镜像的盘，价格高8/22/202436清华计算机组成原理08辅助存储器课件软盘存储器是计算机常用外部设备由盘片和驱软盘存储器是计算机常用外部设备由盘片和驱动器两部分组成动器两部分组成1、软盘盘片、软盘盘片——信息的存储介质信息的存储介质有有5.25英寸和英寸和3.5英寸两种（英寸两种（3寸盘和寸盘和5寸盘）寸盘）依靠磁性记录数据依靠磁性记录数据磁盘有磁头读写孔磁盘有磁头读写孔和写保护口和写保护口盘内记录格式为：盘内记录格式为：1扇区2扇区0道n道8.4 8.4 软盘存储器软盘存储器8/22/202437清华计算机组成原理08辅助存储器课件软盘片软盘片由聚酯薄膜制成由聚酯薄膜制成保护套保护套主轴孔主轴孔实际的软盘片实际的软盘片写保护口写保护口读读/写磁头访问槽写磁头访问槽衬里衬里/清洁材料清洁材料8/22/202438清华计算机组成原理08辅助存储器课件2、软盘驱动器、软盘驱动器n n对软盘盘片进行读写操作的设备对软盘盘片进行读写操作的设备n n组成：组成：n n磁头及读写电路磁头及读写电路n n盘片驱动机构盘片驱动机构n n磁头定位机构磁头定位机构n n控制逻辑电路控制逻辑电路n n软盘的磁头和盘面是接触式读写，寻址时不软盘的磁头和盘面是接触式读写，寻址时不但有径向，而且有圆周方向的摩擦。

一个盘但有径向，而且有圆周方向的摩擦一个盘片旋转片旋转106次（约次（约50小时）以上应考虑报废，小时）以上应考虑报废，以免超过规定的误码率以免超过规定的误码率8/22/202439清华计算机组成原理08辅助存储器课件3、软盘的磁记录方式、软盘的磁记录方式(1) 磁记录过程磁记录过程n n写入：交变信号电流通过磁头线圈，使磁体内的磁通量发生写入：交变信号电流通过磁头线圈，使磁体内的磁通量发生写入：交变信号电流通过磁头线圈，使磁体内的磁通量发生写入：交变信号电流通过磁头线圈，使磁体内的磁通量发生变化，交变磁场从缝隙中漏出，使匀速转动的磁盘表面磁化变化，交变磁场从缝隙中漏出，使匀速转动的磁盘表面磁化变化，交变磁场从缝隙中漏出，使匀速转动的磁盘表面磁化变化，交变磁场从缝隙中漏出，使匀速转动的磁盘表面磁化n n读出：磁盘匀速转动，磁化电序列经过磁头，在磁头线圈中读出：磁盘匀速转动，磁化电序列经过磁头，在磁头线圈中读出：磁盘匀速转动，磁化电序列经过磁头，在磁头线圈中读出：磁盘匀速转动，磁化电序列经过磁头，在磁头线圈中感应出相应的电动势，经过一定的处理后，还原成数据信号感应出相应的电动势，经过一定的处理后，还原成数据信号。

感应出相应的电动势，经过一定的处理后，还原成数据信号感应出相应的电动势，经过一定的处理后，还原成数据信号n n目前目前目前目前3.53.5英寸软盘均是采用高密度形式（英寸软盘均是采用高密度形式（英寸软盘均是采用高密度形式（英寸软盘均是采用高密度形式（4 4倍密度倍密度倍密度倍密度). ).(2) 信息的纪录格式信息的纪录格式n n数据或程序在盘面上的排布形式数据或程序在盘面上的排布形式数据或程序在盘面上的排布形式数据或程序在盘面上的排布形式8/22/202440清华计算机组成原理08辅助存储器课件 n n以上序标中应包括同步信号、地址标志和扇区以上序标中应包括同步信号、地址标志和扇区地址n n校验码部分采用的是校验码部分采用的是CRC校验形式校验形式n n扇区地址格式如下：扇区地址格式如下： IBM3740的的8吋软盘的记录格式如下，现在使吋软盘的记录格式如下，现在使用的软盘只不过是缩短了索引孔前后的距离和用的软盘只不过是缩短了索引孔前后的距离和使每区段的字节数为使每区段的字节数为512字节磁道号磁道号磁道号磁道号磁头号磁头号磁头号磁头号扇区号扇区号扇区号扇区号记录长度记录长度记录长度记录长度 CRCCRC8/22/202441清华计算机组成原理08辅助存储器课件 间 隙 扇区1 扇区2 扇区26 索引孔 （机械索引） 标志 间 隙 间 隙 字节数 46 1 26 188 188 188 247 同步 地址标志 间 隙 扇区地址 数据标志 数据 CRC校验 间 隙 字节数 6 1 6 17 1 123 2 27 地址区 数据区 (a)每磁道数据记录格式 (b) 一个扇区数据记录格式 8/22/202442清华计算机组成原理08辅助存储器课件4、、安装、操作及维护安装、操作及维护n n安装安装安装安装: :n n固定、连接电源线和信号线固定、连接电源线和信号线固定、连接电源线和信号线固定、连接电源线和信号线n n维护维护维护维护：：：：n n不要将软盘在阳光下暴晒；远离磁场、防潮、防不要将软盘在阳光下暴晒；远离磁场、防潮、防不要将软盘在阳光下暴晒；远离磁场、防潮、防不要将软盘在阳光下暴晒；远离磁场、防潮、防尘、保持清洁。

尘、保持清洁尘、保持清洁尘、保持清洁n n不要挤压；不要用手触摸读写孔处的盘片部分不要挤压；不要用手触摸读写孔处的盘片部分不要挤压；不要用手触摸读写孔处的盘片部分不要挤压；不要用手触摸读写孔处的盘片部分n n新的软盘（白盘）在使用前要进行格式化处理新的软盘（白盘）在使用前要进行格式化处理新的软盘（白盘）在使用前要进行格式化处理新的软盘（白盘）在使用前要进行格式化处理n n不要使用劣质软盘，以免对磁头造成损坏不要使用劣质软盘，以免对磁头造成损坏不要使用劣质软盘，以免对磁头造成损坏不要使用劣质软盘，以免对磁头造成损坏n n读写完毕需等指示灯灭，方可取软盘读写完毕需等指示灯灭，方可取软盘读写完毕需等指示灯灭，方可取软盘读写完毕需等指示灯灭，方可取软盘n n对存储重要数据的软盘要关闭写保护对存储重要数据的软盘要关闭写保护对存储重要数据的软盘要关闭写保护对存储重要数据的软盘要关闭写保护8/22/202443清华计算机组成原理08辅助存储器课件8.5 8.5 磁带存储器磁带存储器n n磁带的种类和记录格式磁带的种类和记录格式n n宽度：宽度：宽度：宽度：1/41/4，，，，1/21/2，，，，1 1，，，，3 3英寸英寸英寸英寸n n长度：长度：长度：长度：24002400，，，，12001200，，，，600600英尺英尺英尺英尺n n记录密度：记录密度：记录密度：记录密度：800800，，，，16001600，，，，6250dpi6250dpin n表面道数：表面道数：表面道数：表面道数：4 4，，，，7 7，，，，9 9，，，，1616道道道道n n顺序读写方式顺序读写方式顺序读写方式顺序读写方式SONY数据流磁带机数据流磁带机8/22/202444清华计算机组成原理08辅助存储器课件8.6 8.6 光盘（光盘（Optical disk)Optical disk)存储器存储器1 1、概述、概述n n起源：激光数字影像技术。

起源：激光数字影像技术n n特点：容量大、可靠性高、使用方便、成本低特点：容量大、可靠性高、使用方便、成本低n n组成：光盘盘片和光盘驱动器组成：光盘盘片和光盘驱动器 n n光盘的基片材料一般采用聚碳酸脂的耐热有机光盘的基片材料一般采用聚碳酸脂的耐热有机玻璃加工成盘片，然后涂上一层记录介质，然玻璃加工成盘片，然后涂上一层记录介质，然后加一层保护膜后加一层保护膜n n只读只读只读只读——CD-ROM——CD-ROM——CD-ROM——CD-ROMn n只写一次只写一次只写一次只写一次——WORM(write once ,read many)——WORM(write once ,read many)——WORM(write once ,read many)——WORM(write once ,read many)或则或则或则或则CD-RCD-RCD-RCD-Rn n可重写型可重写型可重写型可重写型------CD-RW ------CD-RW ------CD-RW ------CD-RW n n光盘自动换盘机（又称光盘库）联机容量可达光盘自动换盘机（又称光盘库）联机容量可达光盘自动换盘机（又称光盘库）联机容量可达光盘自动换盘机（又称光盘库）联机容量可达10101010121212128/22/202445清华计算机组成原理08辅助存储器课件2、光盘的存储格式、光盘的存储格式n n光道呈平面螺旋状，光道从中心开始旋向外边，只光道呈平面螺旋状，光道从中心开始旋向外边，只光道呈平面螺旋状，光道从中心开始旋向外边，只光道呈平面螺旋状，光道从中心开始旋向外边，只有一条大的螺旋道，共分有一条大的螺旋道，共分有一条大的螺旋道，共分有一条大的螺旋道，共分27~3327~33万个扇区。

万个扇区万个扇区万个扇区n n每个扇区除数据信息外，另外每个扇区首端还有同每个扇区除数据信息外，另外每个扇区首端还有同每个扇区除数据信息外，另外每个扇区首端还有同每个扇区除数据信息外，另外每个扇区首端还有同步信号和扇区地址，在最后位置上还有作校验、纠步信号和扇区地址，在最后位置上还有作校验、纠步信号和扇区地址，在最后位置上还有作校验、纠步信号和扇区地址，在最后位置上还有作校验、纠错信息光盘恒定线速度每秒错信息光盘恒定线速度每秒错信息光盘恒定线速度每秒错信息光盘恒定线速度每秒7575个扇区n nMode1Mode1方式（扇区数据容量为方式（扇区数据容量为方式（扇区数据容量为方式（扇区数据容量为2048B2048B））））n n60min: 27000060min: 270000   2048 /1024 /1024=527.34MB2048 /1024 /1024=527.34MBn n74min: 33000074min: 330000   2048 /1024 /1024=650.39MB2048 /1024 /1024=650.39MBn nMode2Mode2方式方式方式方式----------适合音频、视频、图像等误码率要求不适合音频、视频、图像等误码率要求不适合音频、视频、图像等误码率要求不适合音频、视频、图像等误码率要求不高的数据高的数据高的数据高的数据（扇区数据容量为（扇区数据容量为（扇区数据容量为（扇区数据容量为2336B2336B））））n n60min: 27000060min: 270000   2336 /1024 /1024=601.50MB2336 /1024 /1024=601.50MBn n74min: 33000074min: 330000   2336 /1024 /1024=741.85MB2336 /1024 /1024=741.85MB8/22/202446清华计算机组成原理08辅助存储器课件3 3、激光读取原理、激光读取原理n n坑和点在螺旋光道上交替排列为不同数据。

坑和点在螺旋光道上交替排列为不同数据坑和点在螺旋光道上交替排列为不同数据坑和点在螺旋光道上交替排列为不同数据n n坑深为激光波长的近似坑深为激光波长的近似坑深为激光波长的近似坑深为激光波长的近似1/41/4n n照在无坑处，反射光为同相位照在无坑处，反射光为同相位照在无坑处，反射光为同相位照在无坑处，反射光为同相位n n照在凹坑处，坑内外反射光差照在凹坑处，坑内外反射光差照在凹坑处，坑内外反射光差照在凹坑处，坑内外反射光差1/21/2个相位，反射光弱个相位，反射光弱个相位，反射光弱个相位，反射光弱n n具体：凹坑代表具体：凹坑代表具体：凹坑代表具体：凹坑代表“1”“1”，无凹痕代表，无凹痕代表，无凹痕代表，无凹痕代表“0”“0”n n光盘存储器是利用激光束在记录表面上存储信息的根据激光束光盘存储器是利用激光束在记录表面上存储信息的根据激光束光盘存储器是利用激光束在记录表面上存储信息的根据激光束光盘存储器是利用激光束在记录表面上存储信息的根据激光束及反射光的强弱不同，可以完成信息的读写及反射光的强弱不同，可以完成信息的读写及反射光的强弱不同，可以完成信息的读写及反射光的强弱不同，可以完成信息的读写。

CD-RWCD-RW的驱动器的驱动器的驱动器的驱动器使用使用使用使用3 3种不同能量的激光在高能激光照射下，合金熔化并从高种不同能量的激光在高能激光照射下，合金熔化并从高种不同能量的激光在高能激光照射下，合金熔化并从高种不同能量的激光在高能激光照射下，合金熔化并从高反射性的晶态转化为低反射性的非晶态，表示凹区在能量中等反射性的晶态转化为低反射性的非晶态，表示凹区在能量中等反射性的晶态转化为低反射性的非晶态，表示凹区在能量中等反射性的晶态转化为低反射性的非晶态，表示凹区在能量中等的激光束照射下，合金熔化并重新转化为本来的晶态，又成为凹的激光束照射下，合金熔化并重新转化为本来的晶态，又成为凹的激光束照射下，合金熔化并重新转化为本来的晶态，又成为凹的激光束照射下，合金熔化并重新转化为本来的晶态，又成为凹区低能激光可以感知材料的状态（用来读盘），但不会导致状区低能激光可以感知材料的状态（用来读盘），但不会导致状区低能激光可以感知材料的状态（用来读盘），但不会导致状区低能激光可以感知材料的状态（用来读盘），但不会导致状态转换n nCD-RWCD-RW未能取代未能取代未能取代未能取代CD-RCD-R的原因是的原因是的原因是的原因是CD-RWCD-RW的空盘价格高出的空盘价格高出的空盘价格高出的空盘价格高出CD-RCD-R空空空空盘许多。

而且，对那些备份硬盘的应用来说，盘许多而且，对那些备份硬盘的应用来说，盘许多而且，对那些备份硬盘的应用来说，盘许多而且，对那些备份硬盘的应用来说，CD-RCD-R只允许一次只允许一次只允许一次只允许一次写，不会被误操作清除的特性也是一大优点写，不会被误操作清除的特性也是一大优点写，不会被误操作清除的特性也是一大优点写，不会被误操作清除的特性也是一大优点n nCD-RWCD-RW光盘是非接触型读写性质的存储器，根据记录原理有形光盘是非接触型读写性质的存储器，根据记录原理有形光盘是非接触型读写性质的存储器，根据记录原理有形光盘是非接触型读写性质的存储器，根据记录原理有形变、相变和磁光（变、相变和磁光（变、相变和磁光（变、相变和磁光（M-O)M-O)存储三种形式存储三种形式存储三种形式存储三种形式8/22/202447清华计算机组成原理08辅助存储器课件 n n1 1）））） 形变型光盘形变型光盘形变型光盘形变型光盘 对于只读型对于只读型对于只读型对于只读型CD-ROMCD-ROM和只写一次型光盘和只写一次型光盘和只写一次型光盘和只写一次型光盘CD-RCD-R写入时，大多采写入时，大多采写入时，大多采写入时，大多采用此方式。

首先将激光束聚焦成直径为小于用此方式首先将激光束聚焦成直径为小于用此方式首先将激光束聚焦成直径为小于用此方式首先将激光束聚焦成直径为小于1um1um的微小光点，以其的微小光点，以其的微小光点，以其的微小光点，以其热作用，融化盘表面上的光存储介质薄膜，在薄膜上形成小洞（凹热作用，融化盘表面上的光存储介质薄膜，在薄膜上形成小洞（凹热作用，融化盘表面上的光存储介质薄膜，在薄膜上形成小洞（凹热作用，融化盘表面上的光存储介质薄膜，在薄膜上形成小洞（凹坑）或形成微小气泡有洞或有气泡的位置表示记录了坑）或形成微小气泡有洞或有气泡的位置表示记录了坑）或形成微小气泡有洞或有气泡的位置表示记录了坑）或形成微小气泡有洞或有气泡的位置表示记录了‘l’‘l’，没，没，没，没有的位置表示有的位置表示有的位置表示有的位置表示“0’“0’ 读出时，在读出光束的照射下，在有凹坑处和无凹坑处反射的读出时，在读出光束的照射下，在有凹坑处和无凹坑处反射的读出时，在读出光束的照射下，在有凹坑处和无凹坑处反射的读出时，在读出光束的照射下，在有凹坑处和无凹坑处反射的光强是不同的、利用这种差别可以读出二进制信息。

由于读出光束光强是不同的、利用这种差别可以读出二进制信息由于读出光束光强是不同的、利用这种差别可以读出二进制信息由于读出光束光强是不同的、利用这种差别可以读出二进制信息由于读出光束的功率只有写入光束功率的的功率只有写入光束功率的的功率只有写入光束功率的的功率只有写入光束功率的1 1／／／／1010，因此不会融出新的凹坑或气泡因此不会融出新的凹坑或气泡因此不会融出新的凹坑或气泡因此不会融出新的凹坑或气泡n n2 2）））） 相变型光盘（相变型光盘（相变型光盘（相变型光盘（CD-RWCD-RW）））） 这是一种利用晶相结构（即结晶状态的可逆性变化）制成的可这是一种利用晶相结构（即结晶状态的可逆性变化）制成的可这是一种利用晶相结构（即结晶状态的可逆性变化）制成的可这是一种利用晶相结构（即结晶状态的可逆性变化）制成的可改写型光盘这种光盘盘片一般采用带沟槽结构，在其上面蒸发成改写型光盘这种光盘盘片一般采用带沟槽结构，在其上面蒸发成改写型光盘这种光盘盘片一般采用带沟槽结构，在其上面蒸发成改写型光盘这种光盘盘片一般采用带沟槽结构，在其上面蒸发成一层记录介质薄膜，然后涂上一层树脂保护层。

写入时，强激光照一层记录介质薄膜，然后涂上一层树脂保护层写入时，强激光照一层记录介质薄膜，然后涂上一层树脂保护层写入时，强激光照一层记录介质薄膜，然后涂上一层树脂保护层写入时，强激光照射记录介质射记录介质射记录介质射记录介质TeTe（碲）使其被照射的微小区域突然加热，（碲）使其被照射的微小区域突然加热，（碲）使其被照射的微小区域突然加热，（碲）使其被照射的微小区域突然加热，TeTe的粒子直的粒子直的粒子直的粒子直径变大，然后突然冷却，其形状保持不变因此写入径变大，然后突然冷却，其形状保持不变因此写入径变大，然后突然冷却，其形状保持不变因此写入径变大，然后突然冷却，其形状保持不变因此写入1 1和和和和0 0的光照反的光照反的光照反的光照反射率不同，以区别其信息的不同读出时，弱激光对光道进行扫描，射率不同，以区别其信息的不同读出时，弱激光对光道进行扫描，射率不同，以区别其信息的不同读出时，弱激光对光道进行扫描，射率不同，以区别其信息的不同读出时，弱激光对光道进行扫描，利用反射率上的差异鉴别扫描位置记录信息是利用反射率上的差异鉴别扫描位置记录信息是利用反射率上的差异鉴别扫描位置记录信息是利用反射率上的差异鉴别扫描位置记录信息是0 0还是还是还是还是1 1。

擦除时，用激光照射记录介质，使其记录信息区退火，即逐步擦除时，用激光照射记录介质，使其记录信息区退火，即逐步擦除时，用激光照射记录介质，使其记录信息区退火，即逐步擦除时，用激光照射记录介质，使其记录信息区退火，即逐步缓慢冷却于是缓慢冷却于是缓慢冷却于是缓慢冷却于是TeTe粒子的直径从大变小，反射率差异消失，记录信粒子的直径从大变小，反射率差异消失，记录信粒子的直径从大变小，反射率差异消失，记录信粒子的直径从大变小，反射率差异消失，记录信息被抹去息被抹去息被抹去息被抹去 8/22/202448清华计算机组成原理08辅助存储器课件 n n3 3）磁光（）磁光（）磁光（）磁光（M- OM- O）型光盘）型光盘）型光盘）型光盘 另一种可改写型光盘是磁光型光盘，它是利用激光另一种可改写型光盘是磁光型光盘，它是利用激光另一种可改写型光盘是磁光型光盘，它是利用激光另一种可改写型光盘是磁光型光盘，它是利用激光在磁性薄膜上产生热磁效应来记录信息，称为磁光存储在磁性薄膜上产生热磁效应来记录信息，称为磁光存储在磁性薄膜上产生热磁效应来记录信息，称为磁光存储。

在磁性薄膜上产生热磁效应来记录信息，称为磁光存储其记录原理如下：其记录原理如下：其记录原理如下：其记录原理如下： 根据磁记录原理可以知道，在某一定温度下，如果根据磁记录原理可以知道，在某一定温度下，如果根据磁记录原理可以知道，在某一定温度下，如果根据磁记录原理可以知道，在某一定温度下，如果在磁记录介质的表面上加一个强度低于该介质矫顽力的在磁记录介质的表面上加一个强度低于该介质矫顽力的在磁记录介质的表面上加一个强度低于该介质矫顽力的在磁记录介质的表面上加一个强度低于该介质矫顽力的磁场，则不会发生磁通翻转也就不能记录信息但介质磁场，则不会发生磁通翻转也就不能记录信息但介质磁场，则不会发生磁通翻转也就不能记录信息但介质磁场，则不会发生磁通翻转也就不能记录信息但介质的矫顽力可随温度而变，假如我们能设法控制温度，降的矫顽力可随温度而变，假如我们能设法控制温度，降的矫顽力可随温度而变，假如我们能设法控制温度，降的矫顽力可随温度而变，假如我们能设法控制温度，降低介质的矫顽力，使其低于外加弱磁场强度，则将发生低介质的矫顽力，使其低于外加弱磁场强度，则将发生低介质的矫顽力，使其低于外加弱磁场强度，则将发生低介质的矫顽力，使其低于外加弱磁场强度，则将发生磁通翻转。

磁光存储就是根据这一原理存储信息的通磁通翻转磁光存储就是根据这一原理存储信息的通磁通翻转磁光存储就是根据这一原理存储信息的通磁通翻转磁光存储就是根据这一原理存储信息的通常把磁记录材料受热而磁性发生变化的现象称为热磁效常把磁记录材料受热而磁性发生变化的现象称为热磁效常把磁记录材料受热而磁性发生变化的现象称为热磁效常把磁记录材料受热而磁性发生变化的现象称为热磁效应 8/22/202449清华计算机组成原理08辅助存储器课件4、、 光盘驱动器的基本结构光盘驱动器的基本结构光学拾取头光学拾取头光学拾取头光学拾取头------构成光读取的光学回路并进行信号的光电转换构成光读取的光学回路并进行信号的光电转换构成光读取的光学回路并进行信号的光电转换。

构成光读取的光学回路并进行信号的光电转换主轴电机主轴电机主轴电机主轴电机---驱动光盘转动驱动光盘转动驱动光盘转动驱动光盘转动数字控制电路板数字控制电路板数字控制电路板数字控制电路板---伺服控制模块完成控制盘片的转速、聚焦、伺服控制模块完成控制盘片的转速、聚焦、伺服控制模块完成控制盘片的转速、聚焦、伺服控制模块完成控制盘片的转速、聚焦、寻迹；信号解码模块完成光学信号的解调和解码；数字滤波及寻迹；信号解码模块完成光学信号的解调和解码；数字滤波及寻迹；信号解码模块完成光学信号的解调和解码；数字滤波及寻迹；信号解码模块完成光学信号的解调和解码；数字滤波及纠错模块完成数据的处理和纠错；音频输出模块用于音频的合纠错模块完成数据的处理和纠错；音频输出模块用于音频的合纠错模块完成数据的处理和纠错；音频输出模块用于音频的合纠错模块完成数据的处理和纠错；音频输出模块用于音频的合成和输出；接口模块实现驱动器与计算机的接口管理；微处理成和输出；接口模块实现驱动器与计算机的接口管理；微处理成和输出；接口模块实现驱动器与计算机的接口管理；微处理成和输出；接口模块实现驱动器与计算机的接口管理；微处理模块为驱动器的控制中心，完成从检测、控制、处理到数据输模块为驱动器的控制中心，完成从检测、控制、处理到数据输模块为驱动器的控制中心，完成从检测、控制、处理到数据输模块为驱动器的控制中心，完成从检测、控制、处理到数据输出各个阶段的控制操作。

出各个阶段的控制操作出各个阶段的控制操作出各个阶段的控制操作装载机构装载机构装载机构装载机构---装载电机、传动齿轮、支架、托盘架、盘片压架装载电机、传动齿轮、支架、托盘架、盘片压架装载电机、传动齿轮、支架、托盘架、盘片压架装载电机、传动齿轮、支架、托盘架、盘片压架组成用于盘片的装入取出，并将盘片准确套在主轴电机的转组成用于盘片的装入取出，并将盘片准确套在主轴电机的转组成用于盘片的装入取出，并将盘片准确套在主轴电机的转组成用于盘片的装入取出，并将盘片准确套在主轴电机的转盘上盘上盘上盘上机座机座机座机座---驱动器的各部件安装在机座上，除减震措施外，对材料驱动器的各部件安装在机座上，除减震措施外，对材料驱动器的各部件安装在机座上，除减震措施外，对材料驱动器的各部件安装在机座上，除减震措施外，对材料和安装精度要求也很高和安装精度要求也很高和安装精度要求也很高和安装精度要求也很高前后面板前后面板前后面板前后面板----提供用户的控制操作提供用户的控制操作提供用户的控制操作提供用户的控制操作光盘驱动器光头光盘驱动器光头8/22/202450清华计算机组成原理08辅助存储器课件5、主要技术指标及接口类型、主要技术指标及接口类型n n1 1）技术指标：存储容量、平均读取时间、数据传输速）技术指标：存储容量、平均读取时间、数据传输速）技术指标：存储容量、平均读取时间、数据传输速）技术指标：存储容量、平均读取时间、数据传输速率等。

率等n n平均读取时间平均读取时间平均读取时间平均读取时间:CD-ROM:CD-ROM驱动器在光盘上找到需要数据驱动器在光盘上找到需要数据驱动器在光盘上找到需要数据驱动器在光盘上找到需要数据的起始位置所花费的时间的起始位置所花费的时间的起始位置所花费的时间的起始位置所花费的时间. .n n平均寻道时间平均寻道时间平均寻道时间平均寻道时间: :光头移动到要读取得光道，并稳定在此光道上光头移动到要读取得光道，并稳定在此光道上光头移动到要读取得光道，并稳定在此光道上光头移动到要读取得光道，并稳定在此光道上n n平均等待时间平均等待时间平均等待时间平均等待时间: :光头稳定在目的光道上后光头稳定在目的光道上后光头稳定在目的光道上后光头稳定在目的光道上后, ,等到所要读取得扇区到达光头等到所要读取得扇区到达光头等到所要读取得扇区到达光头等到所要读取得扇区到达光头位置所需要的时间位置所需要的时间位置所需要的时间位置所需要的时间n n数据传输速率数据传输速率数据传输速率数据传输速率：与驱动器的寻道时间、光盘转速、缓：与驱动器的寻道时间、光盘转速、缓：与驱动器的寻道时间、光盘转速、缓：与驱动器的寻道时间、光盘转速、缓冲区大小以及接口规范等诸多因素有关。

冲区大小以及接口规范等诸多因素有关冲区大小以及接口规范等诸多因素有关冲区大小以及接口规范等诸多因素有关 早期的早期的早期的早期的CD-ROMCD-ROM数据传输率只有数据传输率只有数据传输率只有数据传输率只有150KB/S(1150KB/S(1倍速）倍速）倍速）倍速）目前已达目前已达目前已达目前已达5050倍速（倍速（倍速（倍速（50*150KB)50*150KB)n n2 2）接口类型：）接口类型：）接口类型：）接口类型：IDEIDE和和和和SCSISCSI8/22/202451清华计算机组成原理08辅助存储器课件 n n例题例题 CD-ROM光盘的外沿有光盘的外沿有5mm宽的范围因宽的范围因记录数据困难，一般不使用，故标准的播放时记录数据困难，一般不使用，故标准的播放时间为间为60分钟光盘的恒定线速度是分钟光盘的恒定线速度是75扇区扇区/每秒，每秒，计算模式计算模式1（扇区存数据量为（扇区存数据量为2048字节）和模式字节）和模式2（扇区存数据量为（扇区存数据量为2336字节）情况下，光盘存字节）情况下，光盘存储容量是多少？储容量是多少？n n解：扇区总数解：扇区总数=60*60*75=270000（扇区）（扇区） 模式模式1存放计算机程序和数据，其存储容量为存放计算机程序和数据，其存储容量为 270000*2048/1024/1024=527MB 模式模式2存放计算机程序和数据，其存储容量为存放计算机程序和数据，其存储容量为 270000*2336/1024/1024=601MB8/22/202452清华计算机组成原理08辅助存储器课件6、安装、操作与维护、安装、操作与维护n n安装安装n n跳线设置、驱动器固定、电源、音频线跳线设置、驱动器固定、电源、音频线连接、连接、EIDE或或SCSI接口插座的连接、驱接口插座的连接、驱动程序的安装动程序的安装n n操作注意操作注意n n不要推入托盘，防止托盘顶偏和传输机不要推入托盘，防止托盘顶偏和传输机构受损。

构受损n n光区读盘期间，不宜安光区读盘期间，不宜安eject键推出托盘键推出托盘8/22/202453清华计算机组成原理08辅助存储器课件7、 维护n n1）光盘的维护）光盘的维护n n避免高温、日晒和寒冷避免高温、日晒和寒冷避免高温、日晒和寒冷避免高温、日晒和寒冷n n防止盘片受压折防止盘片受压折防止盘片受压折防止盘片受压折n n保持信息读取免得清洁保持信息读取免得清洁保持信息读取免得清洁保持信息读取免得清洁n n防止标记面的划伤防止标记面的划伤防止标记面的划伤防止标记面的划伤n n掌握正确的清洁方法掌握正确的清洁方法掌握正确的清洁方法掌握正确的清洁方法n n2））CD-ROM的维护的维护n n防震、防尘防震、防尘防震、防尘防震、防尘n n用后及时将盘片取出用后及时将盘片取出用后及时将盘片取出用后及时将盘片取出n n不要使用劣质盘片不要使用劣质盘片不要使用劣质盘片不要使用劣质盘片n n注意散热注意散热注意散热注意散热8/22/202454清华计算机组成原理08辅助存储器课件8、光盘的类型及发展、光盘的类型及发展n nCD CD 唱片唱片唱片唱片n nCD-ROMCD-ROM光盘。

以扇区代替帧光盘以扇区代替帧光盘以扇区代替帧光盘以扇区代替帧n nVCD MPEG-1VCD MPEG-1压缩标准和压缩标准和压缩标准和压缩标准和CD-1CD-1格式编码格式编码格式编码格式编码n nDVD MPEG-2DVD MPEG-2压缩标准、压缩标准、压缩标准、压缩标准、EFM+EFM+调制方式、双面调制方式、双面调制方式、双面调制方式、双面n nCD-R CD-R 只读光盘只读光盘只读光盘只读光盘n nCD-RW CD-RW 可重复读写的光盘可重复读写的光盘可重复读写的光盘可重复读写的光盘 8/22/202455清华计算机组成原理08辅助存储器课件 n n 光盘是光盘是70年代发展起来的存储介质，具有存年代发展起来的存储介质，具有存储密度高、容量大、价格低、寿命长和可替换等储密度高、容量大、价格低、寿命长和可替换等优点，是当今信息社会一种十分理想的存储介质优点，是当今信息社会一种十分理想的存储介质可擦写的磁光盘集磁记录和光存储的优点于一体，可擦写的磁光盘集磁记录和光存储的优点于一体，其存储密度比磁盘高十几倍～几十倍信息可保存其存储密度比磁盘高十几倍～几十倍信息可保存60～～100年（磁盘一般为年（磁盘一般为3～～5年）位成本比磁盘年）位成本比磁盘低、抗干扰能力强。

低、抗干扰能力强n n 由于光盘记录头分量重、体积大，使其寻道由于光盘记录头分量重、体积大，使其寻道时间长（时间长（30～～100ms）写入速度较低，与主机）写入速度较低，与主机交换数据的速度不匹配，故不能作为计算机的中交换数据的速度不匹配，故不能作为计算机的中间存储器，这是光盘不能替换硬盘的主要原因间存储器，这是光盘不能替换硬盘的主要原因光盘介质可互换，存储量大，可用作文献档案、光盘介质可互换，存储量大，可用作文献档案、图书管理、多媒体方面的应用，另外在广播电视图书管理、多媒体方面的应用，另外在广播电视系统中也广泛应用光盘系统中也广泛应用光盘8/22/202456清华计算机组成原理08辅助存储器课件DVD光盘存储器光盘存储器n n电影公司、娱乐电子公司和计算机公司这三个市场广阔而又能量电影公司、娱乐电子公司和计算机公司这三个市场广阔而又能量电影公司、娱乐电子公司和计算机公司这三个市场广阔而又能量电影公司、娱乐电子公司和计算机公司这三个市场广阔而又能量巨大的行业的市场需求和技术的结合造就出了巨大的行业的市场需求和技术的结合造就出了巨大的行业的市场需求和技术的结合造就出了巨大的行业的市场需求和技术的结合造就出了DVDDVD，它最早是数，它最早是数，它最早是数，它最早是数字影像盘（字影像盘（字影像盘（字影像盘（Digital Video DiskDigital Video Disk）的缩写，但现在一般指数字多用）的缩写，但现在一般指数字多用）的缩写，但现在一般指数字多用）的缩写，但现在一般指数字多用途盘（途盘（途盘（途盘（Digital Versatile DiskDigital Versatile Disk）。

DVDDVD的基本设计和的基本设计和的基本设计和的基本设计和CDCD相同，也相同，也相同，也相同，也是是是是120mm120mm直径注入碳酸盐的盘模，由激光二极管照射的凸区和凹直径注入碳酸盐的盘模，由激光二极管照射的凸区和凹直径注入碳酸盐的盘模，由激光二极管照射的凸区和凹直径注入碳酸盐的盘模，由激光二极管照射的凸区和凹区组成，通过光接受器读入信息其新特性有：区组成，通过光接受器读入信息其新特性有：区组成，通过光接受器读入信息其新特性有：区组成，通过光接受器读入信息其新特性有：n n凹区更小（凹区更小（凹区更小（凹区更小（DVDDVD为为为为0.4µm0.4µm，而，而，而，而CDCD为为为为0.8µm0.8µm）n n螺旋线更紧凑（螺旋线更紧凑（螺旋线更紧凑（螺旋线更紧凑（DVDDVD道间距为道间距为道间距为道间距为0.74µm0.74µm，而，而，而，而CDCD的道间距为的道间距为的道间距为的道间距为1.6µm1.6µm）n n使用红色激光（使用红色激光（使用红色激光（使用红色激光（DVDDVD激光的波长为激光的波长为激光的波长为激光的波长为0.65µm0.65µm，而，而，而，而CDCD的为的为的为的为0.78µm0.78µm）。

n n这些改进使这些改进使这些改进使这些改进使DVDDVD的容量比普通光盘提高了的容量比普通光盘提高了的容量比普通光盘提高了的容量比普通光盘提高了7 7倍，达到倍，达到倍，达到倍，达到4.7GB4.7GB单速速速速DVDDVD驱动器的工作速度为驱动器的工作速度为驱动器的工作速度为驱动器的工作速度为1.4MB/S1.4MB/S（而（而（而（而CDCD为为为为150KB/S150KB/S）遗憾的是，的是，的是，的是，DVDDVD及使用的红色激光头使得它需要加装上另外一个光源及使用的红色激光头使得它需要加装上另外一个光源及使用的红色激光头使得它需要加装上另外一个光源及使用的红色激光头使得它需要加装上另外一个光源或经过一个怪异的光学转换才能读现在超市中随处可见的或经过一个怪异的光学转换才能读现在超市中随处可见的或经过一个怪异的光学转换才能读现在超市中随处可见的或经过一个怪异的光学转换才能读现在超市中随处可见的CDCD和和和和CD-ROMCD-ROM，但这些，但这些，但这些，但这些DVDDVD机并没有提供这个功能而且在机并没有提供这个功能而且在机并没有提供这个功能而且在机并没有提供这个功能而且在DVDDVD机机机机上也可能读不出上也可能读不出上也可能读不出上也可能读不出CD-RCD-R和和和和CD-RWCD-RW。

8/22/202457清华计算机组成原理08辅助存储器课件 9、微型可移动磁盘、微型可移动磁盘 （（U盘）盘） 它采用闪速存储器（它采用闪速存储器（它采用闪速存储器（它采用闪速存储器（FLASH MEMORY)FLASH MEMORY)为存储介质和为存储介质和为存储介质和为存储介质和USBUSB串行总线接口，不需要外接电源，即插即用，可实串行总线接口，不需要外接电源，即插即用，可实串行总线接口，不需要外接电源，即插即用，可实串行总线接口，不需要外接电源，即插即用，可实现现现现PC/MAC/NOTEBOOKPC/MAC/NOTEBOOK之间跨平台进行数据及文件的之间跨平台进行数据及文件的之间跨平台进行数据及文件的之间跨平台进行数据及文件的存储和交换，是移动办公及文件交换的理想存储工具存储和交换，是移动办公及文件交换的理想存储工具存储和交换，是移动办公及文件交换的理想存储工具存储和交换，是移动办公及文件交换的理想存储工具 主要特性：主要特性：主要特性：主要特性：n n1. 1.采用采用采用采用USBUSB接口，支持热插拔，即插即用接口，支持热插拔，即插即用。

接口，支持热插拔，即插即用接口，支持热插拔，即插即用 n n2. 2.无需外接电源无需外接电源无需外接电源无需外接电源 3. 3.容量大容量大容量大容量大 4. 4.使用多种操作平台使用多种操作平台使用多种操作平台使用多种操作平台n n5. 5.电子存储介质，无机械部件，抗震，抗电磁干扰电子存储介质，无机械部件，抗震，抗电磁干扰电子存储介质，无机械部件，抗震，抗电磁干扰电子存储介质，无机械部件，抗震，抗电磁干扰n n6. 6.带有写保护功能带有写保护功能带有写保护功能带有写保护功能 7. 7.保存数据安全，长久（保存数据安全，长久（保存数据安全，长久（保存数据安全，长久（1010年）年）年）年）n n8. 8.读写速度快，存储速度约为软盘的读写速度快，存储速度约为软盘的读写速度快，存储速度约为软盘的读写速度快，存储速度约为软盘的3030倍 9. 9.方便携带方便携带方便携带方便携带n n系统要求系统要求系统要求系统要求: : 1 1、硬件要求、硬件要求、硬件要求、硬件要求 带带带带USBUSB接口的品牌及兼容接口的品牌及兼容接口的品牌及兼容接口的品牌及兼容PCPC、笔记本电脑、、笔记本电脑、、笔记本电脑、、笔记本电脑、MACMAC等。

等 2 2、操作系统要求、操作系统要求、操作系统要求、操作系统要求 WINDOWS98/SE/ME/2000/XP,MAC8.6,LINUXCORE2.4 WINDOWS98/SE/ME/2000/XP,MAC8.6,LINUXCORE2.4及以上版本及以上版本及以上版本及以上版本8/22/202458清华计算机组成原理08辅助存储器课件 作业题：作业题：8.1 8.2 8.5 8.6 8.8 8.11 注：注：8.1题中应加上初始电流为题中应加上初始电流为- I另外答案中另外答案中调相制调相制PM的波形画错了，即规定记录的波形画错了，即规定记录“1”是是采用下降沿；记录采用下降沿；记录“0”是采用上升沿，而该题是采用上升沿，而该题的则正相反的则正相反8/22/202459清华计算机组成原理08辅助存储器课件。