第八章辅助存储器
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8：辅助存储器
典型RAID的容量
8.3.5 硬磁盘驱动器的发展动向 (1) 采用浮动磁头，降低浮动高度。 (2) 采用伺服机构，提高磁道密度。 (3) 采用温彻斯特技术。 (4) 采用特殊工艺，提高信号噪音(S/N)比。 (5) 改进存储介质和盘基，提高记录密度。 (6) 缩短平均存取时间，提高数据传输率。 (7) HDD的微小型化。
3. 寻址时间 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ts； 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tw。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， 取它们的平均值，称作平均寻址时间Ta，它由平均 找道时间tsa和平均等待时间twa组成： Ta＝Tsa+Twa＝(tsmax+tsmin)/2+(twmax+twmin)/2 平均寻址时间是磁盘存储器的一个重要指标。
• Raid5 RAID5提供了对数据奇偶 校验的分布存储。它可以在提 高数据访问速度的同时实现数 据冗余性。RAID5将数据交错 存储在多个磁盘上（类似 RAID0），同时维护着一个奇 偶校验块（parity blocks）系统， 由此使整个阵列清楚每一个物 理磁盘上所存储的数据，即使 某个磁盘出现了故障也不会对 访问产生影响。 • Raid10/ Raid01 对Raid0和Raid1的组合处 理。
第8章 辅助存储器
辅助存储器的种类与技术指标 磁记录原理与记录方式 硬磁盘存储器 软磁盘存储器 磁带存储器 光盘存储器 硬盘、软盘、磁带和光盘存储器的综合比较
8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7
8.1 辅助存储器的种类与技术指标
第八章 辅助存储器
第八章
辅助存储器
1
8.1
外存储器概述
主存的后备和扩充，也称外存。 主存的后备和扩充，也称外存。 特点:容量大,可靠性高,单位存储容量价格低, 特点:容量大,可靠性高,单位存储容量价格低, 在掉电情况下能长期保存信息。 在掉电情况下能长期保存信息。
磁芯 磁表面存储器 光存储器 磁盘 磁带
2
辅助存储器的主要技术指标
3
2.存储容量 2.存储容量
指磁表面存储器所能存储的二进制信息总量（B）。 指磁表面存储器所能存储的二进制信息总量（ 存储容量有格式化容量 非格式化容量两个指标 格式化容量和 两个指标。 存储容量有格式化容量和非格式化容量两个指标。
格式化容量： 格式化容量：指按照某种特定的记录格式所能存储的信息总 也就是用户真正可以使用的容量。 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元总数。 非格式化容量：是磁记录表面可以利用的磁化元总数。
10
解：1、有效存储区域长度=33/2-22/2=5.5（cm） 有效存储区域长度=33/2-22/2=5.5（cm） =33/2 道数=5.5 40=220道 =5.5× 220个柱面 个柱面。 道数=5.5×40=220道，即220个柱面。 内层磁道周长=2 11=69.08（cm） 2、内层磁道周长=2 × 3.14 × 11=69.08（cm） 每道信息量=400 69.08=27632位=3454（ 每道信息量=400 ×69.08=27632位=3454（B） 盘组总容量=3454 10=7598800（ 盘组总容量=3454 ×220 ×10=7598800（B） 数据传输率=2400/60 3454=13816（B/秒 3、数据传输率=2400/60 ×3454=13816（B/秒） 平均等待时间= 60/2400） 1/2）=12.5（ms） 4、平均等待时间=（60/2400）×（1/2）=12.5（ms） 最小单位是一个扇区，其编址方式可为如下格式： 5、最小单位是一个扇区，其编址方式可为如下格式：
辅助存储器
1
8.1
外存储器概述
主存的后备和扩充，也称外存。 主存的后备和扩充，也称外存。 特点:容量大,可靠性高,单位存储容量价格低, 特点:容量大,可靠性高,单位存储容量价格低, 在掉电情况下能长期保存信息。 在掉电情况下能长期保存信息。
磁芯 磁表面存储器 光存储器 磁盘 磁带
2
辅助存储器的主要技术指标
3
2.存储容量 2.存储容量
指磁表面存储器所能存储的二进制信息总量（B）。 指磁表面存储器所能存储的二进制信息总量（ 存储容量有格式化容量 非格式化容量两个指标 格式化容量和 两个指标。 存储容量有格式化容量和非格式化容量两个指标。
格式化容量： 格式化容量：指按照某种特定的记录格式所能存储的信息总 也就是用户真正可以使用的容量。 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元总数。 非格式化容量：是磁记录表面可以利用的磁化元总数。
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解：1、有效存储区域长度=33/2-22/2=5.5（cm） 有效存储区域长度=33/2-22/2=5.5（cm） =33/2 道数=5.5 40=220道 =5.5× 220个柱面 个柱面。 道数=5.5×40=220道，即220个柱面。 内层磁道周长=2 11=69.08（cm） 2、内层磁道周长=2 × 3.14 × 11=69.08（cm） 每道信息量=400 69.08=27632位=3454（ 每道信息量=400 ×69.08=27632位=3454（B） 盘组总容量=3454 10=7598800（ 盘组总容量=3454 ×220 ×10=7598800（B） 数据传输率=2400/60 3454=13816（B/秒 3、数据传输率=2400/60 ×3454=13816（B/秒） 平均等待时间= 60/2400） 1/2）=12.5（ms） 4、平均等待时间=（60/2400）×（1/2）=12.5（ms） 最小单位是一个扇区，其编址方式可为如下格式： 5、最小单位是一个扇区，其编址方式可为如下格式：
第八章辅助存储器精品PPT课件
10
存储设备——磁盘存储器
硬磁盘存储器的分类：
固定磁头固定盘片的磁盘存储器 固定磁头可换盘片的磁盘存储器 可移动磁盘固定盘片的磁盘存储器 可移动磁头可换盘片的磁盘存储器 温彻斯特磁盘存储器温彻斯特磁盘简称温盘，是一种采用先
进技术研制的可移动磁头固定盘片的磁盘机。它是一种密封 组合式的硬磁盘，即磁头、盘片、电机等驱动部件乃至读写 电路等组装成一个不可随意拆卸的整体。工作时，高速旋转 在盘面上形成的气垫将磁头平稳浮起。优点是防尘性能好， 可靠性高，对使用环境要求不高。
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硬盘的主要技术指标：
容量 硬盘高速缓存 外部数据传输率 内部数据传输率 平均寻道时间 转速
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存储设备——磁盘存储器
存储密度
存储容量 寻址时间 数据传输率 误码率 价格
存储密度：单位长度或单位面积的磁层表面所能存 储的二进制信息量。可用道密度和位密度来表示。
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6
存储设备——磁盘存储器
磁盘由一组绕轴旋转的盘片组成，盘片 的数量为1~20片。
12.10.2020 4:56
7
存储设备——磁盘存储器
磁盘系统的转速一般在每分钟3600转 到 12000 转 之 间 ， 即 3600rpm~ 12000rpm。
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16
存储设备——磁盘存储器
磁盘访问时间=寻道时间+？
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17
存储设备——磁盘存储器
所需扇区转到磁头之下所需要的时间称为旋 转时间。平均延迟是磁盘转半圈的时间，所 以对大部分磁盘的平均旋转时间TAR为：
存储设备——磁盘存储器
硬磁盘存储器的分类：
固定磁头固定盘片的磁盘存储器 固定磁头可换盘片的磁盘存储器 可移动磁盘固定盘片的磁盘存储器 可移动磁头可换盘片的磁盘存储器 温彻斯特磁盘存储器温彻斯特磁盘简称温盘，是一种采用先
进技术研制的可移动磁头固定盘片的磁盘机。它是一种密封 组合式的硬磁盘，即磁头、盘片、电机等驱动部件乃至读写 电路等组装成一个不可随意拆卸的整体。工作时，高速旋转 在盘面上形成的气垫将磁头平稳浮起。优点是防尘性能好， 可靠性高，对使用环境要求不高。
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硬盘的主要技术指标：
容量 硬盘高速缓存 外部数据传输率 内部数据传输率 平均寻道时间 转速
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存储设备——磁盘存储器
存储密度
存储容量 寻址时间 数据传输率 误码率 价格
存储密度：单位长度或单位面积的磁层表面所能存 储的二进制信息量。可用道密度和位密度来表示。
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存储设备——磁盘存储器
磁盘由一组绕轴旋转的盘片组成，盘片 的数量为1~20片。
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存储设备——磁盘存储器
磁盘系统的转速一般在每分钟3600转 到 12000 转 之 间 ， 即 3600rpm~ 12000rpm。
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存储设备——磁盘存储器
磁盘访问时间=寻道时间+？
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存储设备——磁盘存储器
所需扇区转到磁头之下所需要的时间称为旋 转时间。平均延迟是磁盘转半圈的时间，所 以对大部分磁盘的平均旋转时间TAR为：
计算机组成原理-辅助存储器
❖ 不归零制（NRZ），见188页图8.5(a)。 ❖ 不归零-1制（NRZ1） ，见188页图8.5(b)。 ❖ 改进调频制（MFM） ，见188页图8.5(c)。
记录方式的性能指标
❖ 自同步能力
从单个磁道读出的脉冲序列中提取同步时钟脉冲的难易程度。 NRZ、NRZ1没有自同步能力；PM、FM、MFM具有自同步能力。 自同步：能直接从磁盘读出的信号中提取同步信号。
第8章 辅助存储器
❖ 计算机中的存储器分有主存储器和辅助存储 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。
在一个记录单元的中间点，记录1时改变电流方向，产生磁化翻 转，记录0时不改变电流方向，不产生磁化翻转。
❖ 不同记录方式的写入电流波形图见P268的图8.4。
不同磁记录方式写入电流波形图
位周期
T 数据序列 1 0 1 1 1
00
01
RZ
NRZ
NRZ1
PM
FM
MFM
读出信号的形成
❖ 当记录介质在磁头下匀速通过时，如磁层的磁化 强度发生变化，将在磁头的读出线圈中感应出电 压。
辅助存储器的种类
❖ 磁表面存储器
将磁性材料沉积在盘片（或带子）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。
❖ 光存储器
利用激光束在具有感光特性的表面上存储信息。
记录方式的性能指标
❖ 自同步能力
从单个磁道读出的脉冲序列中提取同步时钟脉冲的难易程度。 NRZ、NRZ1没有自同步能力；PM、FM、MFM具有自同步能力。 自同步：能直接从磁盘读出的信号中提取同步信号。
第8章 辅助存储器
❖ 计算机中的存储器分有主存储器和辅助存储 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。
在一个记录单元的中间点，记录1时改变电流方向，产生磁化翻 转，记录0时不改变电流方向，不产生磁化翻转。
❖ 不同记录方式的写入电流波形图见P268的图8.4。
不同磁记录方式写入电流波形图
位周期
T 数据序列 1 0 1 1 1
00
01
RZ
NRZ
NRZ1
PM
FM
MFM
读出信号的形成
❖ 当记录介质在磁头下匀速通过时，如磁层的磁化 强度发生变化，将在磁头的读出线圈中感应出电 压。
辅助存储器的种类
❖ 磁表面存储器
将磁性材料沉积在盘片（或带子）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。
❖ 光存储器
利用激光束在具有感光特性的表面上存储信息。
辅助存储器
（2）存储容量非格式化容量 = 位密度 × 内圈磁道周长 × 磁道总数格式化容量 = 扇区容量 × 每道扇区数 × 磁道总数（3）平均寻址时间寻道时间： 与磁头径向移动速度有关旋转等待时间：与磁盘旋转速度有关（4）数据传输率数据传输率(B/s) = 扇区内字节数 × 每道扇区数× 磁盘转速主要技术指标：1、自同步能力从单个磁道读出的脉冲序列中提取同步时钟脉冲的难易程度。
● 外同步、内同步R = 最小磁化翻转间隔/ 最大磁化翻转间隔2、编码效率（记录密度）位密度与最大磁化翻转密度之比。
编码效率= 位密度/ 最大磁化翻转密度• 读分辨率、信息相关性、信道带宽、抗干扰能力…另外：•“游程（run length)”的概念写入电流在某个方向持续的位数。
• 游程长度受限码（RLLC 或 RLL）如：FM、MFM、PM等均为RLLNRZ为非RLL• 成组编码记录（Group Coded Recording,GCR） 如：GCR（5，4）• 记录方式的实现四、硬磁盘存储器 —— p267, 8.31、硬磁盘存储器的种类•磁头的工作方式固定磁头移动磁头• 盘片可换与否固定盘存储器可换盘存储器�温彻斯特磁盘（简称 温盘）2、硬磁盘存储器的基本结构磁盘存储器由驱动器（Hard Disk Drive, HDD）和控制器（Hard Disk Controller, HDC）组成。
• 盘组• 磁头定位驱动系统• 主轴系统与数据控制系统• 磁盘控制器柱面号 ：磁头号 ：扇区号。
第08章 辅助存储器
8.3 硬磁盘存储器 — 结构图
1. 硬磁盘结构
– 磁盘组
– 磁头与盘面
– 磁道与柱面
– 扇区Sector
• 磁盘最小物 理寻址单位
• 每扇区一般 存储512字 节有效数据
– 驱动电机
– 伺服机构
侧视图 俯视图 硬盘结构图
计算机组成与结构 第八章 辅助存储器
2021年4月24日星期六
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8.3 硬磁盘存储器 — 技术参数
个磁盘失效时可以恢复数据。 • 与大型磁盘存储器相比，RIAD速度快、容量大、
功耗低、价格便宜、容易扩展存储容量。
计算机组成与结构 第八章 辅助存储器
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8.3 硬磁盘存储器 — 磁盘阵列RAID
4. 廉价磁盘冗余阵列RAID – RAID主要技术：
• 分块技术：把需要写到磁盘上的数据分成多个块， 分布存放到阵列中的多个磁盘上。
– 磁光M-O存储原理
• 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。
• 应用于可擦写光盘。
计算机组成与结构 第八章 辅助存储器
28.4 光盘存储器 — 种类
2. 光盘存储器种类 – 只读型光盘CD-ROM
• 光盘盘片由生产厂家预先写入数据或程序，出厂后用户只能 读取，不能写入。
– 数字式磁记录存储器 – 模拟式磁记录存储器
• 光存储器
– 利用激光束在具有感光特性的表面上存储信息，并根据 激光束的反射读出信息。
• Flash Memory存储器：固态盘
计算机组成与结构 第八章 辅助存储器
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2
8.1 辅存的种类与技术指标 — 技术指标
2. 辅存技术指标 – 存储密度
第8章 辅助存储器
磁盘总容量 = 759880B×10 = 7598800 B
(3) 磁盘数据传输率Dr = rN N为每条磁道容量，N=3454B
r为磁盘转速，r=2400转/60秒 = 40转/秒
∴ Dr = rN = 40转/秒×3454B /转= 13816 B/S
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例1
(4) 活动头磁盘组的编址方式可用如下格式： 17 16 15 4 3 0 台 号 柱面(磁道)号 盘面(磁头)号
1 写入电流波形 0 0 1 0 1 1 1
记录介质磁化状态 读出信号 e e=－dф /dt 整形 选通信号 T 输出信号 D
－Br
＋Br
－Br
＋Br
－Br ＋Br
有脉冲为 1；无脉冲为 0。
(无自同步能力)
调相制记录方式的信息还原过程
1 写入电流波形 +Br -Br +Br -Br +Br -Br +Br -Br +Br–Br+Br -Br 0 0 1 0 1 1
体上涂敷薄薄的一层磁性材料而形成的，读取信息是
靠磁头，磁头用铁磁性材料作磁芯，上面绕有读／写 线圈。工作时，磁头位于贴近磁表面的上方，载体相
对磁头作匀速运动，磁头上开有一条很窄的缝隙,如
P257图所示。
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8.1 磁记录原理
1.磁表面存储器的读写原理
写入原理：写“1”和写“0”时分别在读写线圈中通以不同
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2. 硬磁盘驱动器
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8.2 硬盘存储器
3.硬盘的信息分布
在硬盘中信息分布是按记录面、圆柱面、磁道、扇区层次安排的 。 (1)基本概念 ① 记录面: 磁盘片表面称为记录面。 ② 磁道: 记录面上一系列同心圆称为磁道。 ③ 柱面：所有记录块上半径相等的磁道的集合称为圆柱面。圆柱 面数=记录面上的磁道数。 ④ 扇区：将每一个磁道分成若干个段，每段称为一个扇区。
第8章辅助存储器
第八章
辅助存储器
8.1 外存储器概述
• 主存的后备和扩充，也称外存。 • 特点:容量大,可靠性高,单位存储容量价格低,在掉 电情况下能长期保存信息。
磁表面存储器 光存储器 磁芯 磁盘 磁带
• 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 1.存储密度。 – 道密度(TPI)：磁盘半径方向单位长度包含的磁道数。 – 位密度(BPI)：在每一个磁道内单位长度内所能记录 的二进制信息数。
3、 MR磁头 •
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。MR磁头是专用于读出的磁头，即它不能完成写人 工作，但它具有高的输出灵敏度和与磁盘转速无关的输出特性， 所以需要与专用的写人磁头配合使用。MR磁头以应用在大容量 的硬盘驱动器中，但其价格较贵。
铁芯
读线圈 N S S N 写线圈
8.2 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——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。 • 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。 8.2.1 磁记录原理
– 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。根据写入电流的方向决定是写“1”还是写“0”。 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。 – 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，在将并行信号送至计算机。
（5） 调频制（FM）
辅助存储器
8.1 外存储器概述
• 主存的后备和扩充，也称外存。 • 特点:容量大,可靠性高,单位存储容量价格低,在掉 电情况下能长期保存信息。
磁表面存储器 光存储器 磁芯 磁盘 磁带
• 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 1.存储密度。 – 道密度(TPI)：磁盘半径方向单位长度包含的磁道数。 – 位密度(BPI)：在每一个磁道内单位长度内所能记录 的二进制信息数。
3、 MR磁头 •
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。MR磁头是专用于读出的磁头，即它不能完成写人 工作，但它具有高的输出灵敏度和与磁盘转速无关的输出特性， 所以需要与专用的写人磁头配合使用。MR磁头以应用在大容量 的硬盘驱动器中，但其价格较贵。
铁芯
读线圈 N S S N 写线圈
8.2 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——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。 • 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。 8.2.1 磁记录原理
– 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。根据写入电流的方向决定是写“1”还是写“0”。 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。 – 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，在将并行信号送至计算机。
（5） 调频制（FM）
第八章辅助存储器
8.1辅助存储器的种类与技术
一、种类：磁表面存储器和光表面存储器
1、磁表面存储器：
是将磁性材料沉积在盘片(或带)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。
2、光表面存储器：
利用激光束在具有感光特性的表面上存储信息的。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。
平均等待时间=磁盘旋转一周所需时间的一半 ✓ 平均存取时间=寻道时间+等待时间
4、数据传输速率:
磁表面存储器在单位时间向主机传送数据的字节数。 若磁盘的旋转速度为每秒n转，每条磁道的容量为N个字节，则数 据传输速率Dr=nN
8.2 磁记录原理与记录方式
一、磁记录原理：
磁表面存储器通过磁头和记录介质的相对运动完成写入和读出， 磁表面存储器中信息的写入和读出过程就是电和磁之间的转换过程。
2、存储容量
外存储设备所能容纳的二进制信息的总量及存储容量。
✓ 非格式化容量：是磁记录表面可利用的磁化单元总数。 非格式化容量=纪录面数*每面的磁道数*磁道容量，单位为KB或MB
✓ 格式化容量：是可按照某个特定记录格式利用的磁化单元数，也是 真正可利用的容量。
格式化容量=纪录面*每面的磁道数*扇区数*纪录块的字节数，单位 为KB或MB 举例8.1.1 若某磁盘有两个纪录面,每面80个磁道,每磁道18扇区,每扇区存512字 节,试计算该磁盘的容量为多少? 解:磁盘容量为 512B*18*80*2=1440KB
8.4 软磁盘存储器
8.5 磁带存储器
8.6 光盘存储器
8.7 硬盘、软盘、磁带盒光盘的综合比较
思考题
1、设磁盘组有11个盘片，每片有两个记录面；存储区域内直径 2.36英寸，外直径5.00英寸；道密度为1 250TPI，内层位密度52 400bpi，转速为2 400rpm。问：(TPI表示每英寸磁道数，bpi表 示每英寸位数)
一、种类：磁表面存储器和光表面存储器
1、磁表面存储器：
是将磁性材料沉积在盘片(或带)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。
2、光表面存储器：
利用激光束在具有感光特性的表面上存储信息的。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。
平均等待时间=磁盘旋转一周所需时间的一半 ✓ 平均存取时间=寻道时间+等待时间
4、数据传输速率:
磁表面存储器在单位时间向主机传送数据的字节数。 若磁盘的旋转速度为每秒n转，每条磁道的容量为N个字节，则数 据传输速率Dr=nN
8.2 磁记录原理与记录方式
一、磁记录原理：
磁表面存储器通过磁头和记录介质的相对运动完成写入和读出， 磁表面存储器中信息的写入和读出过程就是电和磁之间的转换过程。
2、存储容量
外存储设备所能容纳的二进制信息的总量及存储容量。
✓ 非格式化容量：是磁记录表面可利用的磁化单元总数。 非格式化容量=纪录面数*每面的磁道数*磁道容量，单位为KB或MB
✓ 格式化容量：是可按照某个特定记录格式利用的磁化单元数，也是 真正可利用的容量。
格式化容量=纪录面*每面的磁道数*扇区数*纪录块的字节数，单位 为KB或MB 举例8.1.1 若某磁盘有两个纪录面,每面80个磁道,每磁道18扇区,每扇区存512字 节,试计算该磁盘的容量为多少? 解:磁盘容量为 512B*18*80*2=1440KB
8.4 软磁盘存储器
8.5 磁带存储器
8.6 光盘存储器
8.7 硬盘、软盘、磁带盒光盘的综合比较
思考题
1、设磁盘组有11个盘片，每片有两个记录面；存储区域内直径 2.36英寸，外直径5.00英寸；道密度为1 250TPI，内层位密度52 400bpi，转速为2 400rpm。问：(TPI表示每英寸磁道数，bpi表 示每英寸位数)
第8章 辅助存储器
寻址时间
磁盘的寻址时间由寻道时间Ts+等待时间Tw构成 磁带的寻址时间：磁带转到记录区的等待时间
数据传输率Dr
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。
误码率、价格
磁记录原理
磁表面存储器通过磁头和记录介质的相对运动完成写入和读出
磁记录介质：
涂有薄层磁材料的信息载体。-Fe2O3针状颗粒材料-磁粉。
GCR码：Group Coded Recording—成组编码， 也是一种RLL码。编码规则：
把输入信息序列按4位长度分组，然后按变换规则把4位
信息码变换成5位编码，最后再把编码序列用逢1变化不 归零制规则调制。
见书表8-1。
记录方式的性能指标
自同步能力
从单个磁道读出的脉冲序列中提取同步时钟脉冲的难易程度。 NRZ、NRZ1没有自同步能力；PM、FM、MFM、GCR、RLL码具
3、磁盘数据传输率=转数r*道容量N
=（2400转/60秒）*3454B=40*3454=13816B/S=13.492K/S 4、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：
台号
柱面号
盘面号
扇区号
5、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。
磁带和磁盘的区别
盒式磁带的记录介质是涂上磁粉的薄塑料带。硬盘的磁记录 介质是一层高精密度的铝片或者玻璃盘片。 在磁带上，读写某点信息要进行快进或者倒转。在硬盘上， 可以随机快速读写某点信息 磁带读/写时，磁头会直接接触到磁带。硬盘读/写时， 磁
根据磁盘可换与否分类： 可换盘存储器 固定盘存储器
磁盘的工作原理（1）
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非格式化容量－磁记录表面可用的磁化单元总数
3. 寻址时间
➢ 磁盘：直接存取 平均寻址时间Ta ＝平均找道时间tsa ＋平均等待时间twa
Ta＝ (tsmax+tsmin)/2 + (twmax+twmin)/2
➢ 磁带 ：顺序存取
4. 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 位数或字节数
磁头 head
扇区
✓ 磁道 track
柱面 cylinder
ห้องสมุดไป่ตู้
✓ 扇区 sector
磁盘地址
磁盘机号 记录面号 块号/扇区 块内地址
基本概念
✓ 磁盘机 ✓ 盘面 platter
记录面 surface 磁头 head ✓ 磁道 track 柱面 cylinder ✓ 扇区 sector
磁盘地址
磁道 扇区
✓ 自同步能力 指从读出数据(脉冲序列)中自动提取同步信号( 时间 基准信号)的能力。即读出时能将数据分离出来的 能力。用最小磁化翻转间隔比最大磁化翻转间隔。 NRZ、 NRZ1无自同步能力， FM的RFM为 T/2÷T＝1/2。
8.3 硬磁盘存储器
第八章 辅助存储器
8.1 辅助存储器的概述
辅存的特点
容量大、成本低、速度慢、非易失性
辅存的分类
磁盘、磁带
磁表面存储器 数字式、模拟式 光存储器
主要技术指标
✓存储密度 ✓存储容量 ✓寻址时间
✓数据传输率 ✓误码率 ✓价格
基本概念
✓ 磁盘机
✓ 盘面 platter
记录面 surface
磁道
磁头
非格式化＝盘面数×每面磁道数×每道信息量 每面磁道数＝(（外径－内径）/2)×道密度 ＝100×8道/mm=800道/mm 每道信息量＝内径周长×位密度 ＝10cm×10×3.14159×250 位/mm ＝78537.5 位/道
非格式化容量＝4×800×78537.5/8/1024/1024＝30MB
按某种规律将一串二进制数字信息变换成磁层中相应的磁化 元状态，用读写控制电路实现这种转换。
✓归零制（RZ） ✓不归零制(NRZ) ✓见1就翻的不归零 ✓调相制(PM) ✓调频制(FM) ✓改进调频制(MFM）
磁记录方式波形图
评价记录方式的标准：
✓ 编码效率 指位密度与最大磁化翻转密度之比，也就是指每次 磁层状态翻转所存储的数据信息位的多少。 FM、PM为50%， MFM、NRZ、NRZ1为100%
数据传输率＝（3451.4539＋1150.4846） /2=2300.9693 KB/s
8.2 磁记录原理与记录方式
1.磁表面存储
磁盘存储器
磁带存储器
磁表面存储器的优点
✓ 存储容量大，位价格低； ✓ 可以重复使用； ✓ 非易失性; ✓ 非破坏性读出，读出无需再生信息 。
磁表面存储器的缺点
存取速度慢; 机械结构复杂; 对工作环境要求高。
磁头
相邻数据存放于 同一柱面的不同 磁道还是同一盘 片的不同的磁道
1. 存储密度
➢ 单位长度或面积磁层表面所存储的二进制信息量 ➢ 磁盘 -- 道密度（TPI/TPM) 面密度
位密度（BPI/BPM) 磁带-- 位密度
2. 存储容量
➢ 磁表面存储器所能存储的二进制信息总量(字节） ➢ 格式化容量 — 某种特定的记录格式所存信息总量
2.磁表面存储器的读写原理
电--磁转换: 磁头和记录介质的相对运动完成写和读
通过电- 磁变换，利用磁头写线圈中的脉冲电流，可把一位 二进制代码转换成载磁体存储元的不同剩磁状态； 反之，通过磁 - 电变换，利用磁头读出线圈，可将由存储元 的不同剩磁状态表示的二进制代码转换成电信号输出。
3. 磁记录介质与磁头
➢ Dr ＝D×V
D -- 记录密度 (单位距离的位数) V－记录介质的运动速度 （单位时间的距离）
5. 误码率
出错信息位数/读出的总信息位数
6. 价格
位价格=设备价格/容量
7.硬盘高速缓存
容量
扇区容量S 磁道容量T ＝每道扇区数n × S 柱面容量C ＝记录面数m× T 单盘容量 P ＝每面磁道数t ×T 磁盘容量D ＝m × t× n × S
（1） A.120MB和100MB B.30MB和25MB C. 60MB和50MB D.22.5MB 和 25MB
（2） A.2356KB/s B.3534KB/s C.7069KB/s D.1178KB/s
(3) A.存于同一盘面的其它编号的磁道上 B.存于其它盘面的同一编号的磁道上 C.存于其它盘面的其它编号的磁道上 D.存放位置随机
格式化容量＝盘面数×每面磁道数×每道扇区数×每扇区字节数 ＝4×800×16×512B/1024/1024＝25MB
格式化容量另一算法 格式化容量＝非格式化容量×0.8=30×0.8＝24MB
数据传输率＝(外圈速率＋内圈速率)/2
外圈速率＝外径周长×位密度×转速 ＝(30cm×10×3.14159×250 位/mm×120转/ 秒)/8/1024 ＝3451.4539 KB/s 内圈速率＝内径周长×位密度×转速 ＝(10cm×10×3.14159×250 位/mm×120转/ 秒)/8/1024 ＝1150.4846 KB/s
＝记录面数×每面磁道数×每道扇区数×每扇区字节数
非格式化D ＝记录面数× 每面磁道数 × 每道信息量 ＝ 记录面数×道密度×环半径×位密度×道长
速度
寻址时间＝寻道时间＋等待时间
访问时间＝寻址时间＋存取时间
数据传输率＝磁道容量 × 转速
假设一个有 3 个盘片的硬盘，共有 4 个记录面，转速为 7200 转/分，盘面有效记录区域的外直径为 30cm，内直 径为 10cm，记录位密度为 250位/mm，磁道密度为 8道 /mm，每磁道分16个扇区，每扇区 512字节，则该硬盘的 非格式化容量和格式化容量约为____，数据传输率约为 ____. 若一个文件超出一个磁道容量，剩下的部分___。
✓磁记录介质 ✓涂有薄层磁性材料的信息载体 ✓平涂、甩涂
✓感应式磁头 ✓接触式：软磁盘、磁带 ✓浮动式：硬磁盘 ✓薄膜磁头：体积式铁氧体磁头的1/30,重量1/20.
✓MR磁头 ✓磁致电阻效应：某些磁性材料，如通以一定电流， 当外加磁场发生变化时该材料的电阻率会发生变 化。
3. 磁记录方式
记录方式—编码方法
3. 寻址时间
➢ 磁盘：直接存取 平均寻址时间Ta ＝平均找道时间tsa ＋平均等待时间twa
Ta＝ (tsmax+tsmin)/2 + (twmax+twmin)/2
➢ 磁带 ：顺序存取
4. 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 位数或字节数
磁头 head
扇区
✓ 磁道 track
柱面 cylinder
ห้องสมุดไป่ตู้
✓ 扇区 sector
磁盘地址
磁盘机号 记录面号 块号/扇区 块内地址
基本概念
✓ 磁盘机 ✓ 盘面 platter
记录面 surface 磁头 head ✓ 磁道 track 柱面 cylinder ✓ 扇区 sector
磁盘地址
磁道 扇区
✓ 自同步能力 指从读出数据(脉冲序列)中自动提取同步信号( 时间 基准信号)的能力。即读出时能将数据分离出来的 能力。用最小磁化翻转间隔比最大磁化翻转间隔。 NRZ、 NRZ1无自同步能力， FM的RFM为 T/2÷T＝1/2。
8.3 硬磁盘存储器
第八章 辅助存储器
8.1 辅助存储器的概述
辅存的特点
容量大、成本低、速度慢、非易失性
辅存的分类
磁盘、磁带
磁表面存储器 数字式、模拟式 光存储器
主要技术指标
✓存储密度 ✓存储容量 ✓寻址时间
✓数据传输率 ✓误码率 ✓价格
基本概念
✓ 磁盘机
✓ 盘面 platter
记录面 surface
磁道
磁头
非格式化＝盘面数×每面磁道数×每道信息量 每面磁道数＝(（外径－内径）/2)×道密度 ＝100×8道/mm=800道/mm 每道信息量＝内径周长×位密度 ＝10cm×10×3.14159×250 位/mm ＝78537.5 位/道
非格式化容量＝4×800×78537.5/8/1024/1024＝30MB
按某种规律将一串二进制数字信息变换成磁层中相应的磁化 元状态，用读写控制电路实现这种转换。
✓归零制（RZ） ✓不归零制(NRZ) ✓见1就翻的不归零 ✓调相制(PM) ✓调频制(FM) ✓改进调频制(MFM）
磁记录方式波形图
评价记录方式的标准：
✓ 编码效率 指位密度与最大磁化翻转密度之比，也就是指每次 磁层状态翻转所存储的数据信息位的多少。 FM、PM为50%， MFM、NRZ、NRZ1为100%
数据传输率＝（3451.4539＋1150.4846） /2=2300.9693 KB/s
8.2 磁记录原理与记录方式
1.磁表面存储
磁盘存储器
磁带存储器
磁表面存储器的优点
✓ 存储容量大，位价格低； ✓ 可以重复使用； ✓ 非易失性; ✓ 非破坏性读出，读出无需再生信息 。
磁表面存储器的缺点
存取速度慢; 机械结构复杂; 对工作环境要求高。
磁头
相邻数据存放于 同一柱面的不同 磁道还是同一盘 片的不同的磁道
1. 存储密度
➢ 单位长度或面积磁层表面所存储的二进制信息量 ➢ 磁盘 -- 道密度（TPI/TPM) 面密度
位密度（BPI/BPM) 磁带-- 位密度
2. 存储容量
➢ 磁表面存储器所能存储的二进制信息总量(字节） ➢ 格式化容量 — 某种特定的记录格式所存信息总量
2.磁表面存储器的读写原理
电--磁转换: 磁头和记录介质的相对运动完成写和读
通过电- 磁变换，利用磁头写线圈中的脉冲电流，可把一位 二进制代码转换成载磁体存储元的不同剩磁状态； 反之，通过磁 - 电变换，利用磁头读出线圈，可将由存储元 的不同剩磁状态表示的二进制代码转换成电信号输出。
3. 磁记录介质与磁头
➢ Dr ＝D×V
D -- 记录密度 (单位距离的位数) V－记录介质的运动速度 （单位时间的距离）
5. 误码率
出错信息位数/读出的总信息位数
6. 价格
位价格=设备价格/容量
7.硬盘高速缓存
容量
扇区容量S 磁道容量T ＝每道扇区数n × S 柱面容量C ＝记录面数m× T 单盘容量 P ＝每面磁道数t ×T 磁盘容量D ＝m × t× n × S
（1） A.120MB和100MB B.30MB和25MB C. 60MB和50MB D.22.5MB 和 25MB
（2） A.2356KB/s B.3534KB/s C.7069KB/s D.1178KB/s
(3) A.存于同一盘面的其它编号的磁道上 B.存于其它盘面的同一编号的磁道上 C.存于其它盘面的其它编号的磁道上 D.存放位置随机
格式化容量＝盘面数×每面磁道数×每道扇区数×每扇区字节数 ＝4×800×16×512B/1024/1024＝25MB
格式化容量另一算法 格式化容量＝非格式化容量×0.8=30×0.8＝24MB
数据传输率＝(外圈速率＋内圈速率)/2
外圈速率＝外径周长×位密度×转速 ＝(30cm×10×3.14159×250 位/mm×120转/ 秒)/8/1024 ＝3451.4539 KB/s 内圈速率＝内径周长×位密度×转速 ＝(10cm×10×3.14159×250 位/mm×120转/ 秒)/8/1024 ＝1150.4846 KB/s
＝记录面数×每面磁道数×每道扇区数×每扇区字节数
非格式化D ＝记录面数× 每面磁道数 × 每道信息量 ＝ 记录面数×道密度×环半径×位密度×道长
速度
寻址时间＝寻道时间＋等待时间
访问时间＝寻址时间＋存取时间
数据传输率＝磁道容量 × 转速
假设一个有 3 个盘片的硬盘，共有 4 个记录面，转速为 7200 转/分，盘面有效记录区域的外直径为 30cm，内直 径为 10cm，记录位密度为 250位/mm，磁道密度为 8道 /mm，每磁道分16个扇区，每扇区 512字节，则该硬盘的 非格式化容量和格式化容量约为____，数据传输率约为 ____. 若一个文件超出一个磁道容量，剩下的部分___。
✓磁记录介质 ✓涂有薄层磁性材料的信息载体 ✓平涂、甩涂
✓感应式磁头 ✓接触式：软磁盘、磁带 ✓浮动式：硬磁盘 ✓薄膜磁头：体积式铁氧体磁头的1/30,重量1/20.
✓MR磁头 ✓磁致电阻效应：某些磁性材料，如通以一定电流， 当外加磁场发生变化时该材料的电阻率会发生变 化。
3. 磁记录方式
记录方式—编码方法