外存设备与磁盘阵列技术

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1、外存设备与磁盘阵列技术这里说的外存设备，主要指磁盘、磁带和光盘。当高速磁盘以虚拟存储器的面貌出现时，人们更喜欢称其为辅助存储器。外存设备，更多的是强调这些设备的如下特性：设备的存储容量大、存储成本低，特别是在断电后仍能长期保存信息，大部分存储介质还能脱机保存信息。本节内容属于一般了解的部分比较多，例如磁表面存储器的读写原理，这些设备的一般组成等；属于应掌握的内容不是很多，主要是磁记录编码，光盘简单组成与读写原理，磁盘阵列与容错技术中的主要概念性知识。外存设备概述1.外存设备的主要技术指标（1）存储密度：在存储介质的

2、单位长度上或单位面积上所存储的二进制信息的数量。对于磁盘设备，通常用道密度和位密度表示，也可以用二者的乘积表示。对磁带设备，通常总是用位密度表示。（2）存储容量：一台设备所能存储的总信息数量，通常以字节为单位表示。（3）寻址时间：磁盘设备属于按直接存取方式读写的设备，它的寻址时间由两部分组成，一是磁头沿磁盘的径向运动到达目标磁道的时间，二是在目标磁道上磁盘被读写区段旋转到磁头下面的时间。由于这两个时间都与磁头距离目标位置的远近有关，故习惯上都用这两个时间的最大与最小时间的平均时间值之和来表示。当前的磁盘，该值为几个

3、毫秒到十几个毫秒；磁盘本身的读写速度相对较快。磁带设备则是以顺序存取方式完成读写，不存在寻找磁道的问题，但要读写磁带某个区域上的信息，必须首先等待磁带旋转到该区域所用的时间，可能是几分钟到十几分钟，时间回比较长；磁带本身的读写速度也要慢一些。（4）数据传输率：指磁表面存储器在单位时间内可以向主机传送数据的数量，通常用二进制数的位数或字节数表示。它与设备本身的读写速度和接口逻辑线路有关。5）误码率：外存设备是高精密度的机械电子装置，集机械、电子、电磁、光电等多项技术于一身，不仅价格较高，其运行的可靠性也远比CPU、主

4、存等电子逻辑部件要低。误码率就是用于衡量磁表面设备运行可靠性的重要指标，它等于在一次读操作过程中，出错信息数量在读出的全部信息中所占的比例。（6）价格：在现代的计算机系统中，外存设备本身的价格算得上是很贵的部分，但由于它的存储容量特别大，为存储单位信息（例如1KB）所占的平均价格又是最低的部件。2。磁表面存储器的工作原理(1)磁记录原理磁表面记录设备，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。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

5、的磁性容易消失）做成。它是一个留有前后间隙的磁性环状物体，上面绕有线圈。后间隙越小越好，前间隙（称为工作间隙）要宽窄适当。当向线圈提供一定方向和大小的电流时，将使磁头体被磁化，建立起有一定方向和强度的磁场，即在磁环内有磁力线产生，由于磁头的前间隙处磁阻较大，将产生漏磁，这漏磁就是向磁记录介质中写入信息的信息源。磁记录介质，是在某种刚性（如硬盘）或柔性（如软盘、磁带）载体上涂有薄层磁性材料的物体，用于记录以磁状态表示的信息。磁记录介质用硬磁材料（外界磁场的作用消失后，该磁性材料的磁性尽量多的保留）做成。磁表面存储器

6、的磁性材料具有如图所示的矩形磁滞回线，当这些磁性材料被磁化后，其工作特点总是在磁滞回线，只要外加足够大的正向脉冲电流（外加磁场H），则电流消失后，磁感应强度并不为0而处于正剩磁状态+Br。反之若外加负向脉冲电流，磁感应强度可出现负剩磁状态-Br即当这些磁性材料被磁化后，会出现两个稳定的剩磁状态，形成一磁化元或存储元。如果规定+Br状态表示代码“1”，-Br表示代码“0”，则利用剩磁状态可以记录一位二进制信息。磁表面存储器是利用“磁头”来形成和判别磁层中的不同磁化状态的。。2、写操作——写入线圈通入写脉冲电流Ｉ，产生

7、磁通Φ，通过磁头缝隙 将高速运动的磁层磁化，磁层的剩磁记录了写入的信息。二进制位→磁化位（磁化元）3、读操作——记录有磁化位的磁层高速通过磁头缝隙，与铁心耦合形成闭合磁路，磁通的变化可在读出线圈感应出电势，经放大输出1或0的信号。ｅ＝-Ｋ×（dΦ/dｔ）磁表面存储器存取信息的原理是：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单元的不同剩磁状态；反之，通过磁电变换，可将存储单元的不同剩磁状态转换成不同方向的感应电动势，经读出放大器鉴别后形成二进制信息。（2）磁记录方式当前最常用的基本

8、编码方式有如下几种，各自的写入电流和磁化强度的波形给出在图4.27中：1）归零制（RZ）这是用向磁头线圈送入正、负脉冲电流的办法执行写"1"、写"0"操作的方案，使1和0信号的磁化状态正好相反。它的主要矛盾，是在两个信息位之间磁层处于非磁化状态，难以解决，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。2）不归零制（NRZ）这是用向