外部存储设备
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◆ 磁带绕在可转动轴上，一个读部件可以使用 多盘磁带(没有长度限制)，但磁带需要顺序 访问，每次访问都可能需要较长的反绕、
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6.2 外部存储设备
退出和加载时间，等待时间较长(数秒)。 1. 磁带
◆ 优点：容量大、技术成熟、单位价格低 ◆ 缺点：访问时间较长 ◆ 用途：磁带成为磁盘的备份技术 ◆ 发展
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6.2 外部存储设备
2. 光盘库 ◆ 光盘库是一种能自动把机框中存放的许多片 光盘选出并装入光盘机进行读写的设备。 ◆ 优点：存储量大，光盘自动更换。 ◆ 缺点：机械结构比较复杂，装卸光盘较慢。 只能同时支持几张光盘的在线访问。
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6.2 外部存储设备
3. 光盘阵列 ◆ 阵列技术：将数据分布到多个光盘机中，并 对数据的冗余信息加以存储。 ◆ 光盘阵列技术需要考虑一些特殊的问题 光盘具有盘片可换的问题 阵列管理软件的设计问题 实现光盘阵列快速响应的关键技术之一 较大的缓存和优化的调度策略
却要低得多，换句话说，性能价格比与速度要 求差距太大。
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6.2 外部存储设备
价格
SRAM
1*105 $/MB
1*104 1*103 1*102
1995
1980
1985 1990
1980 1985
1*101 1
1 * 1 0-1
2000
1990 1995 2000
DRAM 磁盘 访问时间差距
◆ 提高内部传输率 提高转速 提高记录密度：局部响应最大似然PRML技术
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6.2 外部存储设备
(4) 磁盘Cache ◆ 可以弥补磁盘和主存之间的速度差距 ◆ 利用被访问数据的局部性原理 时间局部性 空间局部性 ◆ 磁盘Cache的管理和实现一般由硬件和软件 共同完成
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6.2 外部存储设备
6.2.4 光盘设备
◆ 使用激光作为读出数据手段的设备，无论使用 磁记录介质还是使用光记录介质。
◆ 分类： 只读光盘（如CD-ROM、DVD-ROM等） 可写光盘（如CD-R、MO等） 一次性写光盘CD-R或WORM 可多次写光盘CD-RW或称为WMRM
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6.2 外部存储设备
5. 磁盘的发展 ◆ 磁盘容量的提高通常用面密度来衡量 面密度为单位面积可以记录的数据位数 面密度＝磁盘面的道密度×磁道的位密度 ◆ 容量不断提升，每位价格不断下降。
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6.2 外部存储设备
$3,000 $2,500 $2,000
20M
1050M 18200M
80M
2100M 36400M
1 * 1 0-2 1
1*101 1*102 1*103 1*104 1*105 1*106
1980 1985
1990
1995 2000
访问时间 ns
1*107 1*108
图6.2 磁盘和半导体存储器之间的访问时间差距
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6.2 外部存储设备
6.2.2 Flash存储器
◆ 工作原理同E2PROM，容量比E2PROM大。 ◆ 与磁盘相比的主要特点：
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6.2 外部存储设备
可以解决磁带线速度不稳定，抖动和易 磨损等问题。
3. 自动磁带库 ◆ 通过机械手自动地安装和更换磁带，相当于又 提供了一个新的存储器层次。 ◆ 优点： 自动换带，加载速度快； 单位数据的价格低； 通过加大规模，进一步降低成本。 ◆ 缺点：带宽较低；可靠性差。
采用数据压缩技术，提高记录密度和 数据传输率；
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6.2 外部存储设备
采用螺旋扫描技术，提高性能价格比和 可靠性；
采用自动管理磁带的大容量磁带库。 2. 螺旋扫描技术
◆ 螺旋扫描磁带（Helical Scan Tapes）1963 年被索尼（SONY）公司首次使用
◆ 主要特点 磁带运动方向与磁记录方向成一定角度； 磁鼓高速旋转，其它部件低速运转； 具有较高的记录密度和数据传输率；
6.2 外部存储设备
1. 光盘塔 ◆ 光盘塔实际上是多个CD-ROM放在一起，再 加上相应的控制器和网络连接设备，构成 一个网络存储设备。 ◆ 许多光盘机通过标准接口(如SCSI)电缆连 接起来，一根典型的SCSI接口电缆可以连 接7台光盘机，用软件控制读写其中某一台 ◆ 优点：结构简单、造价低；读取光盘速度快。 ◆ 缺点：容量较小；手动换盘。
(3) 数据传输率 ◆ 数据访问过程 从盘面上读出的数据首先要送到磁盘缓 冲存储器，再从缓冲存储器经过接口送到主 机。 ◆ 外部传输率 突发数据传输率 计算机通过磁盘接口从硬盘的缓存中将数 据读出，交给相应的控制器的速度。 外部数据传输率和磁盘的接口有关
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6.2 外部存储设备
◆ 内部传输率 硬盘持续传输率硬盘将数据从盘片上读取出， 交给硬盘上的缓冲存储器的速度； 内部传输率等于磁头相对磁盘的线速度与磁 盘位密度之积。
210M
4200M 72800M
420M 9100M
$1,500
$1,000
$500
$0
83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 2000 2001 2002
图6.1 磁盘价格的变化
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6.2 外部存储设备
◆ “访问时间差距”问题 磁盘的性能价格比高于主存，但访问速度
6.2.1 磁盘设备
1. 磁盘占据着非挥发性存储器的主宰地位 ◆ 它是存储层次中主存的下一级存储层次，是 虚拟存储器技术的物质基础； ◆ 它是操作系统和所有应用程序的驻留介质。
2. 分类 ◆ 软盘 ◆ 硬盘（主要介绍）
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6.2 外部存储设备
3. 磁盘的结构组成 磁盘的盘片、磁道和扇区 ◆ 盘片 盘片的数量：1～12片 转速：3600～15000转 盘径：1.0英寸(25.4厘米)～3.5英寸(8.9厘米) ◆ 磁道和柱面：每面5000～30000道 ◆ 扇区：每道100～500个
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6.2 外部存储设备
(2) 磁盘容量 磁盘容量与盘片数量和单碟容量有关。 ◆ 受工业标准的限制，硬盘中能安装的盘片数 目有限：3～4片 ◆ 提高单碟容量的途径有两个： 提高道密度和提高位密度 目前的单碟容量几乎都在20GB以上，主流 3.5英寸硬盘的单碟容量已经达到了80GB。
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6.2 外部存储设备
第六章பைடு நூலகம்输入/输出系统
6.2 外部存储设备
1. 各种外部存储器的相似之处 ◆ 记录原理类似； ◆ 作为计算机部件，均包括驱动机构； ◆ 作为存储设备，均包括控制器及接口逻辑； ◆ 均采用了自同步技术、定位和校正技术以及相 似的读写系统。
2. 目前常用的存储设备主要有磁盘、磁带、光盘等
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6.2 外部存储设备
功耗小（≤50mw） 尺寸小 提供与DRAM相仿的访问速度 价格高 ◆ Flash存储器的组织与其存储位元有关
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6.2 外部存储设备
6.2.3 磁带设备
磁盘和磁带在性能价格比上的差异主要取决于 它们的机械构成。
◆ 磁盘盘片具有有限的存储面积，并且存储介 质被封装在每个读部件内，提供ms级的随机 访问；
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6.2 外部存储设备
磁道
盘片
扇区
扇间空隙
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6.2 外部存储设备
4. 磁盘的性能 (1) 访问时间 磁盘的工作过程： 磁头首先移动到目标磁道上 使期望的扇区旋转到磁头下 读取扇区中的数据 工作均在磁盘控制器的控制下完成
磁盘访问时间 = 寻道时间 + 旋转时间 + 传输时间 + 控制器开销
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6.2 外部存储设备
退出和加载时间，等待时间较长(数秒)。 1. 磁带
◆ 优点：容量大、技术成熟、单位价格低 ◆ 缺点：访问时间较长 ◆ 用途：磁带成为磁盘的备份技术 ◆ 发展
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6.2 外部存储设备
2. 光盘库 ◆ 光盘库是一种能自动把机框中存放的许多片 光盘选出并装入光盘机进行读写的设备。 ◆ 优点：存储量大，光盘自动更换。 ◆ 缺点：机械结构比较复杂，装卸光盘较慢。 只能同时支持几张光盘的在线访问。
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6.2 外部存储设备
3. 光盘阵列 ◆ 阵列技术：将数据分布到多个光盘机中，并 对数据的冗余信息加以存储。 ◆ 光盘阵列技术需要考虑一些特殊的问题 光盘具有盘片可换的问题 阵列管理软件的设计问题 实现光盘阵列快速响应的关键技术之一 较大的缓存和优化的调度策略
却要低得多，换句话说，性能价格比与速度要 求差距太大。
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价格
SRAM
1*105 $/MB
1*104 1*103 1*102
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1985 1990
1980 1985
1*101 1
1 * 1 0-1
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1990 1995 2000
DRAM 磁盘 访问时间差距
◆ 提高内部传输率 提高转速 提高记录密度：局部响应最大似然PRML技术
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6.2 外部存储设备
(4) 磁盘Cache ◆ 可以弥补磁盘和主存之间的速度差距 ◆ 利用被访问数据的局部性原理 时间局部性 空间局部性 ◆ 磁盘Cache的管理和实现一般由硬件和软件 共同完成
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6.2 外部存储设备
6.2.4 光盘设备
◆ 使用激光作为读出数据手段的设备，无论使用 磁记录介质还是使用光记录介质。
◆ 分类： 只读光盘（如CD-ROM、DVD-ROM等） 可写光盘（如CD-R、MO等） 一次性写光盘CD-R或WORM 可多次写光盘CD-RW或称为WMRM
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6.2 外部存储设备
5. 磁盘的发展 ◆ 磁盘容量的提高通常用面密度来衡量 面密度为单位面积可以记录的数据位数 面密度＝磁盘面的道密度×磁道的位密度 ◆ 容量不断提升，每位价格不断下降。
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6.2 外部存储设备
$3,000 $2,500 $2,000
20M
1050M 18200M
80M
2100M 36400M
1 * 1 0-2 1
1*101 1*102 1*103 1*104 1*105 1*106
1980 1985
1990
1995 2000
访问时间 ns
1*107 1*108
图6.2 磁盘和半导体存储器之间的访问时间差距
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6.2 外部存储设备
6.2.2 Flash存储器
◆ 工作原理同E2PROM，容量比E2PROM大。 ◆ 与磁盘相比的主要特点：
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6.2 外部存储设备
可以解决磁带线速度不稳定，抖动和易 磨损等问题。
3. 自动磁带库 ◆ 通过机械手自动地安装和更换磁带，相当于又 提供了一个新的存储器层次。 ◆ 优点： 自动换带，加载速度快； 单位数据的价格低； 通过加大规模，进一步降低成本。 ◆ 缺点：带宽较低；可靠性差。
采用数据压缩技术，提高记录密度和 数据传输率；
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6.2 外部存储设备
采用螺旋扫描技术，提高性能价格比和 可靠性；
采用自动管理磁带的大容量磁带库。 2. 螺旋扫描技术
◆ 螺旋扫描磁带（Helical Scan Tapes）1963 年被索尼（SONY）公司首次使用
◆ 主要特点 磁带运动方向与磁记录方向成一定角度； 磁鼓高速旋转，其它部件低速运转； 具有较高的记录密度和数据传输率；
6.2 外部存储设备
1. 光盘塔 ◆ 光盘塔实际上是多个CD-ROM放在一起，再 加上相应的控制器和网络连接设备，构成 一个网络存储设备。 ◆ 许多光盘机通过标准接口(如SCSI)电缆连 接起来，一根典型的SCSI接口电缆可以连 接7台光盘机，用软件控制读写其中某一台 ◆ 优点：结构简单、造价低；读取光盘速度快。 ◆ 缺点：容量较小；手动换盘。
(3) 数据传输率 ◆ 数据访问过程 从盘面上读出的数据首先要送到磁盘缓 冲存储器，再从缓冲存储器经过接口送到主 机。 ◆ 外部传输率 突发数据传输率 计算机通过磁盘接口从硬盘的缓存中将数 据读出，交给相应的控制器的速度。 外部数据传输率和磁盘的接口有关
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6.2 外部存储设备
◆ 内部传输率 硬盘持续传输率硬盘将数据从盘片上读取出， 交给硬盘上的缓冲存储器的速度； 内部传输率等于磁头相对磁盘的线速度与磁 盘位密度之积。
210M
4200M 72800M
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$1,500
$1,000
$500
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图6.1 磁盘价格的变化
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6.2 外部存储设备
◆ “访问时间差距”问题 磁盘的性能价格比高于主存，但访问速度
6.2.1 磁盘设备
1. 磁盘占据着非挥发性存储器的主宰地位 ◆ 它是存储层次中主存的下一级存储层次，是 虚拟存储器技术的物质基础； ◆ 它是操作系统和所有应用程序的驻留介质。
2. 分类 ◆ 软盘 ◆ 硬盘（主要介绍）
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6.2 外部存储设备
3. 磁盘的结构组成 磁盘的盘片、磁道和扇区 ◆ 盘片 盘片的数量：1～12片 转速：3600～15000转 盘径：1.0英寸(25.4厘米)～3.5英寸(8.9厘米) ◆ 磁道和柱面：每面5000～30000道 ◆ 扇区：每道100～500个
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6.2 外部存储设备
(2) 磁盘容量 磁盘容量与盘片数量和单碟容量有关。 ◆ 受工业标准的限制，硬盘中能安装的盘片数 目有限：3～4片 ◆ 提高单碟容量的途径有两个： 提高道密度和提高位密度 目前的单碟容量几乎都在20GB以上，主流 3.5英寸硬盘的单碟容量已经达到了80GB。
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6.2 外部存储设备
第六章பைடு நூலகம்输入/输出系统
6.2 外部存储设备
1. 各种外部存储器的相似之处 ◆ 记录原理类似； ◆ 作为计算机部件，均包括驱动机构； ◆ 作为存储设备，均包括控制器及接口逻辑； ◆ 均采用了自同步技术、定位和校正技术以及相 似的读写系统。
2. 目前常用的存储设备主要有磁盘、磁带、光盘等
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6.2 外部存储设备
功耗小（≤50mw） 尺寸小 提供与DRAM相仿的访问速度 价格高 ◆ Flash存储器的组织与其存储位元有关
14／22
6.2 外部存储设备
6.2.3 磁带设备
磁盘和磁带在性能价格比上的差异主要取决于 它们的机械构成。
◆ 磁盘盘片具有有限的存储面积，并且存储介 质被封装在每个读部件内，提供ms级的随机 访问；
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6.2 外部存储设备
磁道
盘片
扇区
扇间空隙
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6.2 外部存储设备
4. 磁盘的性能 (1) 访问时间 磁盘的工作过程： 磁头首先移动到目标磁道上 使期望的扇区旋转到磁头下 读取扇区中的数据 工作均在磁盘控制器的控制下完成
磁盘访问时间 = 寻道时间 + 旋转时间 + 传输时间 + 控制器开销