计算机组成原理_存储子系统-4-磁存储器.ppt

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1、第4节磁表面存储器1/21(磁盘)1、存储介质与磁头存储介质：磁层材料读/写磁头：2/21磁层SN电流-I+I磁层磁层2、读写原理（1）两种磁化方式3/21S→NS→NN←SN↑SN↑SS↓NS↓N(a)水平磁化(b)垂直磁化环形磁头半开磁头电流电流:水平磁化垂直磁化（2）读写原理存储介质：磁层；读/写部件：磁头；数据写入磁头线圈中加磁化电流（写入电流），磁层移动，形成连续的小段磁化区（位单元区）。读出数据线圈中不加电流，磁层移动。当位单元的转变区经过磁头下方时，线圈两端会产生感应电势e读出数据磁通量Φ变化e=－dΦdt4/215/21写入电流N←SN←SS→N-I+It0t1t2t

2、0t1t2N←SS→NN←Se=dΦdtN←SS→NN←SΦe感应电势读出(磁层左移)写入(磁层左移)3、磁记录的编码方式采用某种变化规律，将一串二进制代码序列转换成记录磁层中相应的磁化状态。不归零-1制（NRZ1）6/21几种常见的记录方式：调相制（相位调制PM，相位编码PE）调频制（FM）改进型调频制（MFM或M2F）群码制（GCR）(1)不归零-1制（NRZ1，noreturntozero-1）写0：电流不变；写1：电流翻转tItet外同步信号7/21不归零-1制的读写原理001101外加同步信号。无电势：0；有电势：1(2)调相制（相位调制PM，相位编码PE,phase）写0：

3、在中间位置让写入电流负跳变写1：在中间位置让写入电流正跳变001101tIte8/21调相制的读写原理自带同步信号。电势为正：0；电势为负：1(3)调频制（FM,frequencymodulation）001101tItet自带同步时间窗口2T/3每位的起始处写入电流跳变1次，以作为同步信号，在中间位置：写0则不变、写1则跳变9/21无电势：0；有电势：1读数据时，时间窗当中：4.5磁盘存储器及其接口磁盘系统包括以下几个部分：（1）硬件（2）软件10/21盘片（存储体）磁盘驱动器磁盘控制器与接口主要是硬盘驱动程序，固化在ROM中1、软盘（略）2、硬盘盘片：单面或者双面记录;适用于调用较

4、频繁的场合，常作为主存的直接后援。11/21盘组：多个盘片组装成1个盘组；磁盘阵列(RAID)：多个盘组形成。磁盘磁盘控制器磁盘驱动器+接口磁盘适配器盘片、磁头定位系统、传动系统12/2113/21圆柱面磁臂主轴盘片组磁盘的结构简图磁道读/写磁头盘组：多个盘片，双面记录。各记录面上相同序号的磁道构成一个圆柱面圆柱面：扇区（定长记录格式）※硬盘信息分布与寻址信息1）信息分布（柱面数=道数/面）数据块记录块(不定长记录格式)，无扇区划分；驱动器号2）寻址方式确定硬盘确定柱面确定磁面定位扇区定位字节14/21→圆柱面号→磁头号→扇区号→字节序号√[例]定长记录格式3）记录格式（磁道的格式）磁

5、道索引脉冲间隔扇区0扇区1扇区n间隔扇区i标志区：标志信息、CRC校验码数据区：标志信息、CRC校验码、数据字段磁道时间盘面上各磁道的容量相同,因此各磁道的位密度不同,故内圈的位密度最高。15/21①非格式化容量=盘面数×磁道数/面×内圈周长×内圈位密度②格式化容量=盘面数×磁道数/面×扇区数/道×字节数/扇区4)硬盘的基本操作寻找磁道(磁头径向移动)→寻找扇区(盘片旋转)①数据寻址②数据读写串行读/写→格式转换→输入/输出(DMA)16/213、硬盘的技术指标与校验磁道密度：（1）记录密度（2）存储容量位密度：盘面上单位径向长度内的磁道数磁道上单位长度可记录的比特数量非格式化容量：格

6、式化容量：通过位密度来计算通过扇区来计算（3）速度指标平均存取时间(寻道+旋转)、数据传输率(带宽)17/21[例]某双面磁盘，4个盘片，每面有200道，内层磁道周长为50mm，内道每0.5mm划分为1个扇区(50B)，内层位密度1000b/mm，转速3000r/m：（1）该磁盘存储容量是多少？（非格式化和格式化）（2）磁盘的数据带宽是多少？解答：（1）非格式化容量==80Mb=10MB格式化容量==8MB（2）转速=3000r/m=50r/s带宽=18/214×2×200×50×1000b4×200×2×(50÷0.5)×50B50r/s×(50÷0.5)×50B=250KB/s(4

7、)磁表面存储器的校验海明校验循环冗余校验（CRC）19/214、磁盘适配器磁盘适配器磁盘驱动器总线※功能与作用面向总线：提供符合总线标准的接口逻辑面向磁盘驱动器：提供与磁盘驱动器匹配的接口逻辑※工业标准SCSI、IDE、SATA等等20/21※硬盘的发展趋势新材料+新技术→更大容量(MB、GB、TB)→更高带宽(几MB/s，数百MB/s)→更小体积(14/8/5.25/3.5/2.5/1.8/1.3英寸)普通磁表面硬盘(HDD)、固态(半导体)