第8章 辅助存储器.ppt

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1、计算机组成与结构计算机组成与结构（第7章）2002年11月第第8 8章章 辅助存储器辅助存储器8.1 辅助存储器的种类与技术指标辅助存储器的种类与技术指标8.2 磁表面存储器磁表面存储器7.3 光存储器光存储器本章重难点1.1.辅助存储器的技术指标辅助存储器的技术指标.2.2.磁表面存储器的工作原理磁表面存储器的工作原理,磁记录方式磁记录方式.3.3.硬盘存储器的组成硬盘存储器的组成.4.4.光盘的读写原理与组成光盘的读写原理与组成.5.5.常用存储器常用存储器(寄存器、主存、寄存器、主存、cache cache、硬盘、软盘、磁带和光盘硬盘、软盘、磁带和光盘)从存储容量、从存储容量、读写时间上

2、进行比较读写时间上进行比较8.1 辅助存储器的种类与技术指标辅助存储器的种类与技术指标8.1.1 辅助存储器及其特点：（辅助存储器及其特点：（P255)计算机中的存储器分为主存储器和辅助存计算机中的存储器分为主存储器和辅助存储器两大类。储器两大类。主存储器用来存放需立即使用的程序和数据，要求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。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

3、机的外部设备，因此又称为外存后备和补充，是主机的外部设备，因此又称为外存储器。储器。辅助存储器的特点是辅助存储器的特点是:容容量量大大成成本本低低，通通常常在在断断电电后后仍仍能能保保存存信信息息，是是“非非易易失失性性”存存储储器器，其其中中大大部部分分存存储储介介质还能脱机保存信息。质还能脱机保存信息。在在现现代代计计算算机机系系统统中中，使使用用各各种种类类型型的的存存储储器器构构成成多多层层次次存存储储系系统统，很很好好地地解解决决了了速速度度、成成本本、容容量量之之间间的的矛矛盾盾，提提高高了了计计算算机机系统的性能价格比。系统的性能价格比。8.1.2 辅助存储器的种类辅助存储器的种

4、类 当前市场上流行的辅助存储器主要有当前市场上流行的辅助存储器主要有磁磁表面存储器表面存储器和和光存储器光存储器两大类。两大类。磁表面存储器是将磁性材料沉积在盘片磁表面存储器是将磁性材料沉积在盘片(或或带带)的基体上形成记录介质，并以绕有线圈的磁的基体上形成记录介质，并以绕有线圈的磁头与记录介质的相对运动来写入或读出信息。头与记录介质的相对运动来写入或读出信息。现代计算机系统中所使用的磁表面存储器又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。早期的计算机还记录主要有硬盘、软盘和磁带。早期的

5、计算机还曾经使用过磁鼓，现已淘汰。模拟式磁记录是指曾经使用过磁鼓，现已淘汰。模拟式磁记录是指录音和录像设备录音和录像设备。8.1.3 辅助存储器的技术指标辅助存储器的技术指标 辅助存储器的主要技术指标是存储密度、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。存储容量、寻址时间等。1存储密度存储密度 存存储储密密度度是是指指单单位位长长度度或或单单位位面面积积磁磁层层表表面面所所存存储储的的二二进进制制信信息息量量。对于磁盘存储器，用道密度和位密度表示，也可以用两者的乘积面密度表示，对于磁带存储器，则主要用位密度表示。磁道指的是存储在介质表面上的信息的磁化轨迹，磁盘与磁带的磁化轨迹是

6、不同的。对于磁盘存储器，磁道是磁盘表面上的许多同心圆。在有多个盘片构成的盘组中，由处于同一半径的磁道组成的一个圆柱面，称为柱面。沿磁盘半径方向单位长度的磁道数称为道密度。道密度的单位是道英寸(track per inch，简称TPI)或道毫米TPM。磁道具有一定的宽度，叫道宽。它取决于磁头的工作间隙长度及磁头定位精度等因素。为避免干扰，磁道与磁道之间需保持一定距离，相邻两条磁道中心线之间的距离叫道距。单位长度磁道所能记录二进制信息的位数叫位密度或线密度。单位是位英寸bpi(bits per inch)或位毫米bpm。对于磁带，其磁道是沿着磁带长度方向的直线，存储密度主要用位密度来衡量。例如，常

7、用磁带的记录密度有800bpi、1600bpi和6250bpi等多种。2存储容量存储容量 存存储储容容量量指指磁磁表表面面存存储储器器所所能能存存储储的的二二进进制制信息总量。一般用字节为单位。信息总量。一般用字节为单位。磁盘存储器有格式化容量和非格式化容量两个指标。格式化容量指按照某种特定的记录格式所能存储信息的总量，也就是用户真正可以使用的容量。非格式化容量是磁记录表面可以利用的磁化单元总数。将磁盘存储器用于计算机系统中，必须首先进行格式化操作，然后才能供用户记录信息，格式化容量一般约为非格式化容量的6070。3寻址时间寻址时间 磁磁盘盘存存储储器器采采取取直直接接存存取取方方式式，寻寻址

8、址时时间间包包括括两两部部分分：一一是是磁磁头头寻寻找找目目标标磁磁道道所所需需的的找找道道时时间间ts；二二是是找找到到磁磁道道以以后后，磁磁头头等等待待所所需需要要读读写写的的区区段段旋旋转转到到它它的的下下方方所所需需要要的的等等待待时时间间tw。平平均均寻寻址址时时间间Ta，由由平平均均找找道道时时间间tsa和平均等待时间和平均等待时间twa组成：组成：磁带存储器采取顺序存取方式，不需要寻找磁道，但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，寻址时间指的需要考虑磁头寻找记录区的等待时间，寻址时间指的是磁带空转到磁头应访问记录区所在位置的时间。是磁带空

9、转到磁头应访问记录区所在位置的时间。4数据传输率数据传输率 磁磁表表面面存存储储器器在在单单位位时时间间内内与与主主机机之之间间传传送数据的位数或字节数，叫数据传输率送数据的位数或字节数，叫数据传输率Dr。5误码率误码率 误误码码率率是是衡衡量量磁磁表表面面存存储储器器出出错错概概率率的的参参数数。它它等等于于从从辅辅存存读读出出时时，出出错错信信息息位位数数和和读出的总信息位数之比。读出的总信息位数之比。6价格价格 通通常常用用位位价价格格来来比比较较各各种种存存储储器器。位位价价格格是是设设备备价价格格除除以以容容量量，在在所所有有存存储储设设备备中中，磁磁表面存储器和光盘存储器的位价格是

10、很低的。表面存储器和光盘存储器的位价格是很低的。8.2 磁表面存储器磁表面存储器8.2.1 磁记录原理与记录方式磁记录原理与记录方式(P257)（一）（一）磁记录原理磁记录原理 磁磁表表面面存存储储器器通通过过磁磁头头和和记记录录介介质质的的相对运动完成写入和读出。相对运动完成写入和读出。（二）（二）磁记录介质与磁头磁记录介质与磁头 1磁记录介质磁记录介质 磁磁记记录录介介质质指指的的是是涂涂有有薄薄层层磁磁性性材材料料的的信信息息载载体。又称为磁记录媒体。体。又称为磁记录媒体。根根据据记记录录介介质质的的基基底底不不同同，主主要要有有软软性性介介质质(磁带和软磁盘片磁带和软磁盘片)和硬性介质

11、和硬性介质(硬磁盘片硬磁盘片)两种。两种。磁性材料也有颗粒材料和连续材料两类。磁性材料也有颗粒材料和连续材料两类。2.感应式磁头感应式磁头磁头是实现电一磁转换的装置。磁头是实现电一磁转换的装置。在在一一个个具具有有缝缝隙隙的的环环形形导导磁磁体体上上绕绕上上线线圈圈，就就构构成成了了磁磁头头。图图81中中可可见见磁磁头头的的导导磁磁体体用两半环对接而成，存在着前后两个间隙。用两半环对接而成，存在着前后两个间隙。（三）磁记录方式（三）磁记录方式 磁磁记记录录方方式式是是一一种种编编码码方方法法，指指的的是是按按照照某某种种规规律律将将一一连连串串二二进进制制数数字字信信息息变变换换成成存存储储介

12、介质质磁磁层层的的相相应应磁磁化化翻翻转转形形式式，并并经经读读写写控控制制电电路路实实现现这这种种转转换换规规律律。采采用用高高效效可可靠靠的的记记录录方方式式，是是提提高高记记录录密密度度的的有有效途径之一。效途径之一。(1)归零制归零制(RZ)(2)不归零制不归零制(NRZ)(3)见见“1”就翻的不归零制就翻的不归零制(NRZl)(4)调相制调相制(PM)(5)调频制调频制(FM)(6)改进调频制改进调频制(MFM)下面讨论读出信号：下面讨论读出信号：不同的磁记录方式特点不同，性能各不同的磁记录方式特点不同，性能各异。评定一种记录方式的优劣标准主异。评定一种记录方式的优劣标准主要是编码效

13、率、自同步能力等。要是编码效率、自同步能力等。自自同同步步能能力力是是指指从从单单个个磁磁道道读读出出的的脉脉冲冲序序列列中提取同步时钟脉冲的难易程度。中提取同步时钟脉冲的难易程度。从从磁磁表表面面存存储储器器读读出出信信号号时时，为为了了分分离离出出数数据据信信息息必必须须要要有有时时间间基基准准信信号号，称称为为同同步步信信号。号。同同步步信信号号可可以以从从专专门门设设置置用用来来记记录录同同步步信信号号的磁道中取得，这种方法称为的磁道中取得，这种方法称为外同步外同步。但但对对于于高高密密度度的的记记录录系系统统来来说说，还还希希望望能能直直接接从从磁磁盘盘读读出出的的信信号号中中提提取

14、取同同步步信信号号，这这种种方方法法称称为为自自同同步步。如如果果说说某某种种编编码码方方法法具具有有自自同同步步能能力力，就就是是指指能能从从读读出出数数据据(脉脉冲冲序序列列)中提取同步信号。中提取同步信号。自自同同步步能能力力的的大大小小可可以以用用最最小小磁磁化化翻翻转转间间隔隔与与最最大大磁磁化化翻翻转转间间隔隔的的比比值值尺尺来来衡衡量量。比值比值R越大，自同步能力越强。越大，自同步能力越强。例例如如，NRZ和和NRZl制制记记录录方方式式是是没没有有自自同同步步能能力力的的，因因为为当当连连续续记记录录“1”时时，NRZ制制记记录录方方式式磁磁层层不不发发生生磁磁化化翻翻转转，而

15、而当当连连续续记记录录“0”时时，NRZ和和NRZl制制记记录录方方式式的的磁磁层层不不发发生生磁磁化化翻翻转转。PM，FM，MFM记记录录方方式式是是有有自自同同步步能能力力的的。FM记记录录方方式式的的最最大大磁磁化化翻翻转转间间隔隔是是位位周周期期T，而而它它的的最最小小磁磁化化翻翻转转间间隔隔是是T2，因因此此RFM05。编码效率编码效率是指位密度与最大磁化翻转是指位密度与最大磁化翻转密度之比：密度之比：编码效率高低是指每次磁层状态翻转所存储编码效率高低是指每次磁层状态翻转所存储的数据信息位的多少。的数据信息位的多少。例如，例如，FM，PM记录方式中记录一位数字信记录方式中记录一位数字

16、信息的最大磁化翻转次数为息的最大磁化翻转次数为2，因此编码效率为，因此编码效率为50。而。而MFM，NRZ，NRZ1三三种记录方式种记录方式的编码效率为的编码效率为100，因为它们记录一位数字，因为它们记录一位数字信息磁化翻转最多一次。信息磁化翻转最多一次。以调频制以调频制(FM)为例，介绍记录方式的实现为例，介绍记录方式的实现8.2.2 硬磁盘存储器硬磁盘存储器(P267)磁盘存储器是计算机系统中最主要的磁盘存储器是计算机系统中最主要的外存设备。特点外存设备。特点:存取速度快，存储容量存取速度快，存储容量大，易于脱机保存等等。大，易于脱机保存等等。（一）硬磁盘存储器的种类及基本结构（一）硬磁

17、盘存储器的种类及基本结构硬磁盘存储器指的是记录介质为硬质圆形盘硬磁盘存储器指的是记录介质为硬质圆形盘片的辅助存储器系统。它以铝合金等金属作片的辅助存储器系统。它以铝合金等金属作为盘基，盘面敷有磁性记录层。为盘基，盘面敷有磁性记录层。硬磁盘存储器分类方法：硬磁盘存储器分类方法：1根据磁头的工作方式分类根据磁头的工作方式分类 按此法可分成移动头磁盘存储器和固定按此法可分成移动头磁盘存储器和固定头磁盘存储器。头磁盘存储器。移动头硬盘存储器存取数据时磁头在磁盘盘面上移动头硬盘存储器存取数据时磁头在磁盘盘面上径向移动，磁头与盘面不接触，且随气流浮动，径向移动，磁头与盘面不接触，且随气流浮动，称为浮动磁头

18、。这种存储器可以由一个盘片或多称为浮动磁头。这种存储器可以由一个盘片或多个盘片组成，装在主轴上。盘片的每面都有一个个盘片组成，装在主轴上。盘片的每面都有一个磁头。这种结构的硬磁盘存储器应用很广，其磁头。这种结构的硬磁盘存储器应用很广，其典典型结构为温彻斯特磁盘型结构为温彻斯特磁盘。固定头磁盘存储器的磁头位置固定，磁盘的每固定头磁盘存储器的磁头位置固定，磁盘的每一个磁道都对应一个磁头，盘片也不可更换。其特一个磁道都对应一个磁头，盘片也不可更换。其特点是存取速度快，省去了磁头沿盘片径向运动找磁点是存取速度快，省去了磁头沿盘片径向运动找磁道的时间，磁头处于工作状态即可开始读写。道的时间，磁头处于工作

19、状态即可开始读写。2根据磁盘可换与否分类根据磁盘可换与否分类 按此法分类有可换盘存储器和固定盘存储按此法分类有可换盘存储器和固定盘存储器两种。器两种。可换盘存储器是指磁盘不用时可以从驱动器中取可换盘存储器是指磁盘不用时可以从驱动器中取出脱机保存。根据可换磁盘存储器每轴盘片数目的出脱机保存。根据可换磁盘存储器每轴盘片数目的不同，通常把每轴装有一至四片的存储器称为盒式不同，通常把每轴装有一至四片的存储器称为盒式磁盘存储器；六片以上的称为盘组。磁盘存储器；六片以上的称为盘组。固定盘存储器是指磁盘不能从驱动器中取固定盘存储器是指磁盘不能从驱动器中取出，更换时要把整个出，更换时要把整个“头盘组合体头盘组

20、合体”一起更一起更换。这种结构的磁盘存储器称为温彻斯特磁换。这种结构的磁盘存储器称为温彻斯特磁盘盘(WinchesterDisk)。所谓温彻斯特磁盘实际上是一种技术，这所谓温彻斯特磁盘实际上是一种技术，这种技术是由种技术是由IBM公司位于美国加州坎贝尔市公司位于美国加州坎贝尔市温彻斯特大街的研究所研制的，它于温彻斯特大街的研究所研制的，它于1973年年首先应用于首先应用于IBM3340硬磁盘存储器中，因此硬磁盘存储器中，因此将这种技术称作温彻斯特技术。将这种技术称作温彻斯特技术。磁盘存储器由驱动器磁盘存储器由驱动器(hard disk drive，简简称称HDD)和控制器和控制器(hard d

21、isk controller，简简称称HDC)组成。组成。磁盘驱动器又称磁盘机或磁盘子系统，磁盘驱动器又称磁盘机或磁盘子系统，它是独立于主机之外的一个完整装置。它是独立于主机之外的一个完整装置。磁盘控制器一般是指插在主机总线插槽磁盘控制器一般是指插在主机总线插槽中的一块电路板。控制器的作用是接受主机中的一块电路板。控制器的作用是接受主机发送的命令和数据，并转换成驱动器的控制发送的命令和数据，并转换成驱动器的控制命令和驱动器可以接受的数据格式，以控制命令和驱动器可以接受的数据格式，以控制驱动器的读写操作。一个控制器可以控制一驱动器的读写操作。一个控制器可以控制一台或几台驱动器。台或几台驱动器。（

22、二）硬磁盘驱动器（二）硬磁盘驱动器(HDD)及硬磁及硬磁盘控制器盘控制器(HDC)驱动器的主要组成部分是定位驱动系统，驱动器的主要组成部分是定位驱动系统，数据控制系统，主轴系统和盘组数据控制系统，主轴系统和盘组(或盘片或盘片)。1磁头定位驱动系统磁头定位驱动系统 定位驱动系统由驱动部件和运载部件定位驱动系统由驱动部件和运载部件(也称也称为磁头小车为磁头小车)组成。组成。驱动方式主要有步进电机驱动方式主要有步进电机驱动和音圈电机驱动两种。磁盘驱动器普遍驱动和音圈电机驱动两种。磁盘驱动器普遍采用音圈电机驱动和伺服盘定位。音圈电机采用音圈电机驱动和伺服盘定位。音圈电机是线性电机，可以直接驱动磁头作直

23、线运动。是线性电机，可以直接驱动磁头作直线运动。整个驱动定位系统是一个带有速度和位置反整个驱动定位系统是一个带有速度和位置反馈的闭环调节自动控制系统，驱动速度快，馈的闭环调节自动控制系统，驱动速度快，而且定位精度高。图而且定位精度高。图810是磁盘机音圈电机是磁盘机音圈电机控制系统框图。控制系统框图。2主轴系统与数据控制系统主轴系统与数据控制系统 主轴系统的作用是安装盘片，并驱动它们主轴系统的作用是安装盘片，并驱动它们以额定转速稳定旋转。它的主要部件是主轴以额定转速稳定旋转。它的主要部件是主轴电机和有关控制电路。电机和有关控制电路。数据控制系统的作用是控制数据的写入和数据控制系统的作用是控制数

24、据的写入和读出。它包括磁头、磁头选择电路、读写电读出。它包括磁头、磁头选择电路、读写电路和索引区标电路等。读写电路的框图见图路和索引区标电路等。读写电路的框图见图811。3盘组盘组(或盘片或盘片)4.硬磁盘控制器硬磁盘控制器 磁盘控制器是主机与磁盘驱动器之间的磁盘控制器是主机与磁盘驱动器之间的接口，由于辅助存储器是快速的外部设备，接口，由于辅助存储器是快速的外部设备，它们与主机之间是成批交换数据的。采用直它们与主机之间是成批交换数据的。采用直接存储器存取接存储器存取(DMA)控制方式。控制方式。作为主机与驱动器之间交接部件的控制作为主机与驱动器之间交接部件的控制器，需要有两个接口，一个是与主机

25、的接口，器，需要有两个接口，一个是与主机的接口，控制辅存与主机总线之间交换数据；另一个控制辅存与主机总线之间交换数据；另一个是与设备的接口，根据主机的命令控制设备是与设备的接口，根据主机的命令控制设备的操作。前者称为系统级接口，后者称为设的操作。前者称为系统级接口，后者称为设备级接口。备级接口。主机与磁盘驱动器交换数据的控制逻辑如图主机与磁盘驱动器交换数据的控制逻辑如图812所示。所示。控制器和驱动器之间的交界面可以设在图控制器和驱动器之间的交界面可以设在图812的的A处，处，驱动器只完成读写和放大，数据分离和以后的控制逻辑构成驱动器只完成读写和放大，数据分离和以后的控制逻辑构成磁盘控制器。磁

26、盘控制器。ST506412接口就是这种方式。接口就是这种方式。如果将交界面设在如果将交界面设在B处，则在驱动器上要完成数据分离和编处，则在驱动器上要完成数据分离和编码译码操作，然后再将数据传到控制器。磁盘控制器由串码译码操作，然后再将数据传到控制器。磁盘控制器由串并转换、格式控制和并转换、格式控制和DMA控制等逻辑构成。属于这种方式的控制等逻辑构成。属于这种方式的接口有增强型小型设备接口接口有增强型小型设备接口ESDI等。等。第三种方式是将接口的交界面设在第三种方式是将接口的交界面设在C处；磁盘控制器的功能处；磁盘控制器的功能转移到设备中，主机与设备之间采用标准的通用接口。小型转移到设备中，主

27、机与设备之间采用标准的通用接口。小型计算机系统接口计算机系统接口SCSI接口就是这种形式。现在的趋势是增强接口就是这种形式。现在的趋势是增强设备设备(磁盘驱动器磁盘驱动器)的功能，以使设备相对独立。的功能，以使设备相对独立。（三）磁盘（三）磁盘cache1磁盘磁盘cache的概念的概念 高速缓存高速缓存(cache)是增强相对慢速存储设是增强相对慢速存储设备存取速度的暂存存储器。在主存储器备存取速度的暂存存储器。在主存储器和和CPU之间设置的之间设置的cache是为了弥补主存是为了弥补主存和和CPU之间速度的差别；同样磁盘之间速度的差别；同样磁盘cache是为了弥补慢速磁盘和主存之间的速度是为

28、了弥补慢速磁盘和主存之间的速度差异。差异。2磁盘磁盘cache的工作原理的工作原理 在磁盘在磁盘cache中，由一些数据块组成的一个基本中，由一些数据块组成的一个基本单位称为单位称为cache行。当一个行。当一个IO请求送到磁盘驱动请求送到磁盘驱动器时，首先搜索驱动器上的高速缓存行是否已被器时，首先搜索驱动器上的高速缓存行是否已被写上数据，如果是读操作，且要读的数据已在写上数据，如果是读操作，且要读的数据已在cache中，则为命中，可从中，则为命中，可从cache中读出数据，否则中读出数据，否则需从磁盘介质上读出。写入操作和需从磁盘介质上读出。写入操作和CPU中的中的cache类似，有类似，有

29、“直写直写”和和“写回写回”两种方法。两种方法。高速缓存利用了被访问数据的空间局部性和时高速缓存利用了被访问数据的空间局部性和时间局部性规则。空间局部性是指当某些数据被存间局部性规则。空间局部性是指当某些数据被存取时，该数据附近的其他数据可能也将很快被存取时，该数据附近的其他数据可能也将很快被存取；时间局部性是指当某些数据被存取后，不久取；时间局部性是指当某些数据被存取后，不久这些数据还可能被再次存取。这些数据还可能被再次存取。（四）磁盘阵列存储器（四）磁盘阵列存储器 廉价冗余磁盘阵列廉价冗余磁盘阵列(Redundent Array Of Inexpensive Disk，简称简称RAID)是

30、用多台磁盘存是用多台磁盘存储器组成的大容量外存储子系统。其基础是数储器组成的大容量外存储子系统。其基础是数据分块技术，即在多个磁盘上交错存放数据，据分块技术，即在多个磁盘上交错存放数据，使之可以并行存取。在阵列控制器的组织管理使之可以并行存取。在阵列控制器的组织管理下，能实现数据的并行、交叉存储或单独存储下，能实现数据的并行、交叉存储或单独存储操作。由于阵列中的一部分磁盘存有冗余信息，操作。由于阵列中的一部分磁盘存有冗余信息，一旦系统中某一磁盘失效，可以利用冗余信息一旦系统中某一磁盘失效，可以利用冗余信息重建用户数据。重建用户数据。（五）硬磁盘驱动器的发展动向（五）硬磁盘驱动器的发展动向 20

31、世纪世纪90年代多媒体计算机的出现，年代多媒体计算机的出现，对硬盘驱动器提出了更高的要求。为了对硬盘驱动器提出了更高的要求。为了满足存储视频、语音和音乐等信息的需满足存储视频、语音和音乐等信息的需要，以及满足要，以及满足Windows操作系统和便携操作系统和便携机的需要，使硬盘驱动器加速向微小型、机的需要，使硬盘驱动器加速向微小型、轻量化、大容量、快速、小功耗和低价轻量化、大容量、快速、小功耗和低价格方向发展。格方向发展。8.2.3 软磁盘存储器（软磁盘存储器（P274）（一）（一）概述概述 软磁盘存储器简称软盘，因为软磁盘片是用类软磁盘存储器简称软盘，因为软磁盘片是用类似于塑料薄膜唱片的柔性

32、材料制成的。似于塑料薄膜唱片的柔性材料制成的。软磁盘存储器由软磁盘驱动器、软磁盘控制软磁盘存储器由软磁盘驱动器、软磁盘控制器和软磁盘片三部分组成。软盘驱动器器和软磁盘片三部分组成。软盘驱动器(floppy disk drive，简称简称FDD)是一个相对独立的装置，是一个相对独立的装置，又称作软磁盘机或软磁盘子系统。软盘控制器又称作软磁盘机或软磁盘子系统。软盘控制器(floppy disk controler，简称简称FDC)则是插在主机则是插在主机总线槽中的接口板，完成主机与软盘驱动器之间总线槽中的接口板，完成主机与软盘驱动器之间数据的交换及控制。数据的交换及控制。（二）软磁盘片二）软磁盘片

33、 按软盘驱动器的性能考虑，有单面盘和双按软盘驱动器的性能考虑，有单面盘和双面盘。面盘。按记录密度考虑，还有单密度和双密度按记录密度考虑，还有单密度和双密度(或倍密度或倍密度)之分，一块双密度的盘片相当于之分，一块双密度的盘片相当于两块单密度盘片。单密度采用两块单密度盘片。单密度采用FM记录方式，记录方式，倍密度则采用倍密度则采用MFM记录方式。记录方式。（三）软磁盘的记录格式（三）软磁盘的记录格式 记录格式也称数据格式，指的是磁盘表面上信息记录格式也称数据格式，指的是磁盘表面上信息的存储格式。各厂家生产的软磁盘片中每个盘面上的存储格式。各厂家生产的软磁盘片中每个盘面上的磁道数一般是相同的。但是

34、在同一个磁道上如的磁道数一般是相同的。但是在同一个磁道上如何记录信息，却没有统一的约定。何记录信息，却没有统一的约定。现代的软盘存储器基本上采用软分段格式。软现代的软盘存储器基本上采用软分段格式。软分段格式有分段格式有IBM格式和非格式和非IBM格式之分，国际标准格式之分，国际标准化组织化组织(1SO)已确定将已确定将IBM格式作为国际标准。软格式作为国际标准。软磁盘控制器专用集成电路适用于磁盘控制器专用集成电路适用于IBM格式。最早的格式。最早的IBM格式就是指格式就是指IBM3740的的8英寸软盘的记录格式。英寸软盘的记录格式。今以它的软分段格式为例来说明今以它的软分段格式为例来说明IBM

35、格式。格式。软盘的格式化容量为：软盘的格式化容量为：磁道数盘片磁道数盘片*扇区数磁道扇区数磁道*数据字节数扇区数据字节数扇区 525英寸软盘的英寸软盘的IBM格式与格式与8英寸软盘基英寸软盘基本相同，但作了如下修改：本相同，但作了如下修改：缩短了索引孔缩短了索引孔前后的间隙，这是由于前后的间隙，这是由于525英寸软盘的机械英寸软盘的机械定位精度比定位精度比8英寸软盘提高了。英寸软盘提高了。每个道的区每个道的区段数分成段数分成15，9或或8三种，每个区段的字节数三种，每个区段的字节数为为512个字节。个字节。（四）软磁盘驱动器和控制器（四）软磁盘驱动器和控制器 软盘驱动器主要由驱动机构、磁头及定

36、软盘驱动器主要由驱动机构、磁头及定位机构和读写电路组成。位机构和读写电路组成。软盘控制器的功能是解释来自主机的命软盘控制器的功能是解释来自主机的命令并向软盘驱动器发出各种控制信号，同令并向软盘驱动器发出各种控制信号，同时还要检测驱动器的状态，按规定的数据时还要检测驱动器的状态，按规定的数据格式向驱动器读写数据等。格式向驱动器读写数据等。（五）软磁盘驱动器发展动向（五）软磁盘驱动器发展动向 1盘径缩小趋势明显盘径缩小趋势明显 2软盘驱动器向薄型化发展软盘驱动器向薄型化发展 3 发展大容量光磁软盘驱动器发展大容量光磁软盘驱动器 近年来进入市场的大容量软盘驱动器大多是近年来进入市场的大容量软盘驱动器

37、大多是35英寸的。通过对盘片介质、磁头材料和磁英寸的。通过对盘片介质、磁头材料和磁头结构的研究，采用垂直磁记录方式以及光伺头结构的研究，采用垂直磁记录方式以及光伺服定位方法等手段来提高存储密度。服定位方法等手段来提高存储密度。1991年年Iomega公司和公司和Insite Peripherals公司公司推出采用光伺服定位的光磁软盘，推出采用光伺服定位的光磁软盘，35英寸盘英寸盘片容量达到片容量达到21MB，可与容量为可与容量为144MB的软的软盘向下兼容。盘向下兼容。1996年年3M等公司利用光伺服定位，等公司利用光伺服定位，改进盘片介质以及编码方法等技术，将改进盘片介质以及编码方法等技术，

38、将35英英寸的软盘容量提高到寸的软盘容量提高到120MB，也能向下兼容。也能向下兼容。目前市场上的大容量软磁盘主要有目前市场上的大容量软磁盘主要有Iomega公司公司的的Zip，3M(Imation)公司的公司的 LS-120。Sony公司公司也公布了也公布了35英寸的软盘，容量为英寸的软盘，容量为200MB。8.2.4 磁带存储器（磁带存储器（P280）磁带存储器的读写工作原理基本上与磁带存储器的读写工作原理基本上与磁盘存储器相同，因其存储信息的媒体磁盘存储器相同，因其存储信息的媒体呈带状，故称为磁带。磁带可以卷在盘呈带状，故称为磁带。磁带可以卷在盘上，其记录面积比磁盘大得多，容量也上，其记

39、录面积比磁盘大得多，容量也大。大。磁盘存储器，无论是硬盘还是软盘，都磁盘存储器，无论是硬盘还是软盘，都属于直接存取设备，因为只要给出信息所在属于直接存取设备，因为只要给出信息所在的盘面、磁道和扇区，磁头就能直接运动到的盘面、磁道和扇区，磁头就能直接运动到那个位置存取信息。那个位置存取信息。而磁带存储器是顺序存取设备，即磁带上的而磁带存储器是顺序存取设备，即磁带上的文件是依次存放的。如果某个文件在磁带尾文件是依次存放的。如果某个文件在磁带尾部，而磁头当前位置在磁带首部，则必须空部，而磁头当前位置在磁带首部，则必须空转磁带到尾部才能读取文件。因此，磁带的转磁带到尾部才能读取文件。因此，磁带的存取时

40、间比磁盘长。存取时间比磁盘长。但由于磁带的容量大，记录单位信息的价格但由于磁带的容量大，记录单位信息的价格比磁盘片低，而且磁带的格式统一、互换性比磁盘片低，而且磁带的格式统一、互换性强，仍然是主要的后备存储器。强，仍然是主要的后备存储器。8.3 光盘存储器光盘存储器 光盘光盘(optical disk)指的是利用光学方指的是利用光学方式进行读写信息的圆盘。应用激光在某种式进行读写信息的圆盘。应用激光在某种介质上写入信息，然后再利用激光读出信介质上写入信息，然后再利用激光读出信息的技术称为光存储技术。息的技术称为光存储技术。激光的一个主要特点就是可以聚焦成能量高度集激光的一个主要特点就是可以聚焦

41、成能量高度集中的小光点，采用激光写入的每位信息所占的面中的小光点，采用激光写入的每位信息所占的面积小于积小于1平方微米，据称光盘面记录密度可以达到平方微米，据称光盘面记录密度可以达到108位位cm2，在现有的存储器中是最高的，已成在现有的存储器中是最高的，已成为很有竞争力的辅助存储器。为很有竞争力的辅助存储器。(1)只读型光盘只读型光盘(CDROM)这种光盘的盘片是由生产厂家预先写入数据或程这种光盘的盘片是由生产厂家预先写入数据或程序，出厂后用户只能读取，而不能写入修改。序，出厂后用户只能读取，而不能写入修改。(2)只写一次型光盘只写一次型光盘(WORM)这种光盘可由用户写入信息，写入后可以多

42、次读这种光盘可由用户写入信息，写入后可以多次读出，但只能写一次，信息写入后不能修改。出，但只能写一次，信息写入后不能修改。(3)可擦写型光盘可擦写型光盘可以重复读写，它采用的是磁光可以重复读写，它采用的是磁光(MO)可重写技术。可重写技术。(4)光盘自动换盘机光盘自动换盘机(又称光盘库又称光盘库)这种系统能够把光盘库中的一张盘片自动装入带有多这种系统能够把光盘库中的一张盘片自动装入带有多个光盘驱动器的某一指定驱动器中。联机容量可达到个光盘驱动器的某一指定驱动器中。联机容量可达到10121014位。位。（一）光盘存储器种类（一）光盘存储器种类（二）光盘的读写原理（二）光盘的读写原理 光盘存储器是

43、利用激光束在记录表面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。它的强弱不同，可以完成信息的读写。它的读写装置与光盘片的距离可比磁存储读写装置与光盘片的距离可比磁存储器磁头与盘片的距离大些，是非接触型器磁头与盘片的距离大些，是非接触型读写性质的存储器。其记录原理有形变、读写性质的存储器。其记录原理有形变、相变和磁光相变和磁光(M-O)M-O)存储等。存储等。1 1形变形变 对对于于只只读读型型和和只只写写一一次次型型光光盘盘写写入入时时，将将激激光光束束聚聚焦焦成成直直径径为为小小于于lmlm的的微微小小光光

44、点点，以以其其热热作作用用，融融化化盘盘表表面面上上的的光光存存储储介介质质薄薄膜膜，在在薄薄膜膜上上形形成成小小洞洞(凹凹坑坑)。有有洞洞的的位位置置表表示示记记录录了了“1”1”，没有洞的位置表示没有洞的位置表示“0 0”。读读出出时时，在在读读出出光光束束的的照照射射下下，在在有有凹凹坑坑处处和和无无凹凹坑坑处处反反射射的的光光强强是是不不同同的的。利利用用这这种种差差别别，可可以以读读出出二二进进制制信信息息。由由于于读读出出光光束束的的功功率率只只有有写入光束功率的写入光束功率的1 11010，因此不会融出新的凹坑。，因此不会融出新的凹坑。2 2相变相变 有有些些光光存存储储介介质质

45、在在激激光光照照射射下下，晶晶体体结结构构会会发发生生变变化化。利利用用介介质质处处于于晶晶态态和和非非晶晶态态区区域域的的反反射射特特性性不不同同，而而记记录录和和读读取取信信息息的的技技术术，称称之之为为相相变可重写技术变可重写技术(phasechangephasechange)。3 3磁光磁光(M-O)M-O)存储存储 利利用用激激光光在在磁磁性性薄薄膜膜上上产产生生热热磁磁效效应应来来记记录录信信息息，称称为为磁磁光光存存储储。应应用用于于可可擦擦写写光光盘盘上上，其其记记录录原原理理如下：如下：利利用用激激光光照照射射磁磁性性薄薄膜膜，被被照照射射处处温温度度上上升升，矫矫顽顽力力下

46、下降降，在在外外加加磁磁场场HRHR的的作作用用下下发发生生磁磁通通翻翻转转，使使该该处处的的磁磁化化方方向向与与外外加加磁磁场场HRHR一一致致。通通常常把把磁磁记记录录材料受热而磁性发生变化的现象称为热磁效应。材料受热而磁性发生变化的现象称为热磁效应。M-O驱动器读取信息是根据检测到的光的偏振方向，驱动器读取信息是根据检测到的光的偏振方向，而不是亮度差。而不是亮度差。（三）光盘存储器的组成（三）光盘存储器的组成 光盘存储器与磁盘存储器类似，也是光盘存储器与磁盘存储器类似，也是由盘片、驱动器和控制器组成。驱动器由盘片、驱动器和控制器组成。驱动器同样有读写头，寻道定位机构，主轴同样有读写头，寻

47、道定位机构，主轴驱动机构等。除了机械电子机构以外，驱动机构等。除了机械电子机构以外，还有光学机构。图还有光学机构。图825是写一次型光盘是写一次型光盘的光学系统示意图。的光学系统示意图。（四）硬盘、软盘、磁带和光盘（四）硬盘、软盘、磁带和光盘存储器的综合比较存储器的综合比较 l.硬盘驱动器硬盘驱动器(HDD)HDD作为内存的后备存储器，用以存放程序中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，容量大、数据传输率高、等待间和最终计算结果，容量大、数据传输率高、等待时间短。对于硬驱，为了提高位密度，采用了温彻时间短。对于硬驱，为了提高位密度，采用了温彻斯特技术，将磁头、盘片和音圈马达组合

48、在一个密斯特技术，将磁头、盘片和音圈马达组合在一个密封的盒内，称为封的盒内，称为HDA。2软盘驱动器软盘驱动器(FDD)软盘驱动器容量小、传输率低、平均寻道时间长，软盘驱动器容量小、传输率低、平均寻道时间长，属于接触式存取。属于接触式存取。软盘片可灵活装卸，便于携带和交换，介质又便软盘片可灵活装卸，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，又可用于数据宜，既可存储操作系统和应用软件，又可用于数据输入输出。输入输出。FDD已成为计算机特别是工作站、微机已成为计算机特别是工作站、微机配置中不可缺少的部件。配置中不可缺少的部件。但是随着软件越来越复杂，但是随着软件越来越复杂，FDD的容

49、量就显得不够的容量就显得不够了。可擦写光盘的出现对它构成了威胁。了。可擦写光盘的出现对它构成了威胁。3磁带驱动器磁带驱动器 其历史比磁盘久，但其历史比磁盘久，但60年代后期逐步被磁盘取年代后期逐步被磁盘取代，它的数据传输率低，采用接触式记录，容量代，它的数据传输率低，采用接触式记录，容量大，每兆字节价格低，记录介质能装卸、交换和大，每兆字节价格低，记录介质能装卸、交换和携带，可作为携带，可作为HDD的后备存储器建立大型数据库。的后备存储器建立大型数据库。据统计，磁带主要用作磁盘后备存储，少量为计据统计，磁带主要用作磁盘后备存储，少量为计算机的输入输出数据和文件所用，至今仍在发挥算机的输入输出数

50、据和文件所用，至今仍在发挥重要作用。重要作用。4光盘驱动器光盘驱动器 光盘是光盘是70年代发展起来的存储介质，具有存储密度年代发展起来的存储介质，具有存储密度高、容量大、价格低、寿命长和可替换等优点，是当高、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。可擦写的磁光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，其存储密度比磁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，信息可保存盘高十几倍几十倍，信息可保存60100年年(磁盘一磁盘一般为般为35年年)，位成本比磁盘低、抗干扰能力强。，位成本比磁盘低、抗干扰能力强。