辅助存储器基础知识

一、磁表面存储器的技术指标

辅助存储器作为主存的后援设备，又被称为外部存储器，简称外存。

赋存的特点：容量大，速度慢，价格低，可脱节保存信息

辅助存储器类型：硬磁盘，光

1.记录密度

单位长度内所存储的二进制信息

道密度(Dt)：

含义：磁盘沿半径方向单位长度的磁道数。

单位：tpi(Track Per Inch,道每英寸)或 tpm(道每毫米)

其中，p为道距，即相邻两条磁道数中心线之间的距离

计数公式：Dt=I/P

位密度（Db）：

含义：单位长度磁道能记录二进制的位数

单位：bpi(Bit Per Inch)或bpm

计算公式：D

其中， 为每道总位数，dmin为同心圆的最小直径

2.存储容量

含义：外存所能存储的二进制信息总数量。

单位：位或字节

磁盘存储器的容量计算公式：C=n x k x s

其中，n为存放信息的盘面数，k为每个盘面的磁道数，s为每条磁道记录的二进制代码数。 

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·磁盘存储器的容量指标:

非格式化容量:磁表面可以利用磁化单元总数。
格式化容量:按某种特定的记录格式所能存储信息的总量,即用户可以使用的容量。

3.平均寻址时间

1.磁盘平均寻址时间
●找道时间:磁头寻找目标磁道的时间ts。
●等待时间:找到磁道后，磁道等待欲读/写的磁道区段旋转到磁头需要等待的时间tw
·计算公式:

o其中,tsa为平均找道时间，twa为平均等待时间。

2.磁带平均寻址时间
.
磁带存储器采取顺序存取方式,磁头不动,磁带不动, 所以没有找道时间。
.
磁带寻址时间为区段的等待时间。

4.数据传输率(Dr)

含义:单位时间内磁表面存储器向主机传送数据的位数或字节数。
计算公式:xV
其中,Db为记录密度,V为运动速度。

5.误码率

·误码率是衡量磁表面出错概率的参数。
·出错信息位数和读出信息的总位数之比。
·为减少出错率,磁表面通常采用循环冗余码来发现并纠正错误。

二.磁记录原理和记录方式

1.归零制(RZ)
2.不归零制(NRZ)
3.“见一就翻”的不归零制(NRZI)
4.调相制(PM)
5.调频制(FM)
6.改进型调频制(MFM)

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 磁表面存储器的按某种规律将一串二进制数字信息相应的磁化状态。

1.归零制(RZ)

·记录“1”:通以正向脉冲电流。
·记录“0":通以反向脉冲电流。
·优点:记录简单,实施方便。
·缺点:记录密度不高。

2.不归零制(NRZ)

·记录信息时,始终有电流。
●相邻信息不同时,写电流方向改变。
·又称为“见变就翻”的不归零制。

3.“见1就翻”的不归零制(NRZI)

·记录信息时,始终有电流。
·记录“1”时,电流改变方向。
·记录“0"时,电流方向保持不变。

4.调相制(PM)或相位编码

·特点:记录"1"或“0”的相位相反。
o记录“0”时,写电流由负变正;
o记录“1”时,写电流由正变负。
0以相位差为180°的磁化翻转方向来表示"1"和"0"

·当连续记录信息相同时,在每两个相同信息的交界处, 电流方向都要变化一次。
·当记录相邻信息不同时,则两个信息位的交界处电流方向不变。
·在磁带存储器用得较多。

5.调频制(FM)

·记录规则:以驱动电流变化的频率不同来区别记录 “1"还是"0”。
o记录“0”,在一位信息的记录时间内电流保持不变;
o记录“1”,在一位信息的记录时间内的中间时刻, 改变一次方向电流。

6.改进型调相制(MFM)

·记录方式基本上与调频制相同。
o记录“0"时,在位记录时间内电流不变;
o记录"1"时,在位记录时间的中间时刻电流发生一 次变化。

不同之处,改进型调相制只有当连续记录两个或两个以上的“0”时,才在每位的起始处改变一次电流。

在写入同样数据序列时，MFM比FM磁翻转次数少， 在相同长度的磁层上可记录的信息量将会增加，从而提高了磁记录密度。

倍密度软磁盘即采用了MFM记录方式。

 

三.硬磁盘存储器

硬盘存储器基本结构由磁盘驱动器，磁盘控制器和盘片组成

四.光盘存储器

光盘的优点有:寿命长，可靠性高，记录密度高

光盘存储器概述
●光盘:利用光学方式进行读/写信息的圆盘。
●光存储技术:应用激光在某种介质上写入信息，再利用激光读出信息。
●磁光存储技术:光存储使用的介质是磁性材料

又称为第二代光存储技术，主要特点是可擦除重写。
●第一代光存储技术:采用非磁性介质储技术,不能把内容 抹掉重写新内容。

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按照光存储性能和用途分类:
1.只读型光盘(CD-ROM)
2.写一次型光盘(WORM)
3.可擦写型光盘

1.只读型光盘(CD-ROM):使用时用户只能读出,不能修改或写入新的内容。
2.写一次型光盘(WORM) :允许用户写入信息,写入后 多次读出，但只能写入一次，且不能修改。
3.可擦写型光盘:可以重复读/写。

二、光盘的存取原理
·原理: 利用激光束在记录表面上存储信息，根据激光束和反射光的强弱不同，实现信息的读/写。
·定性: 非接触型读/写的存储器。

 
·写入时，将光束聚焦成直径为小于1um的微小光点，使其能量高度集中，在记录的介质上发生物理或化学变化，从而存储信息。
o[例]激光束以其热作用熔化盘表面的光存储介质薄膜，在薄膜上形成小凹坑，有坑的位置表示记录"1"，没坑的位置表示"0"

读出时，在读出光束的照射下，在有凹处和无凹处反射的光强是不同的，利用这种差别可以读出二进制信息，由于读出光束的功率只有写入光束的1/10,因此不会使盘面熔出新的凹坑。

可擦写型光盘: 利用激光在磁性薄膜上产生热磁效应来记录信息。
原理: 在一定温度下，对磁介质表面加一个强度高于该介质矫顽力的磁场，就会发生磁通翻转，便可用于记录信息，矫顽力的大小是随温度而变的。


·读出时,在读出光束的照射下,在有凹处和无凹处反射的 光强是不同的,利用这种差别可以读出二进制信息,由于 读出光束的功率只有写入光束的1/10,因此不会使盘面熔出 新的凹坑。

 

三、光盘存储器的组成
·光盘存储器: 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、主轴驱动机构 等, 除了机械电子机构外, 还有光学机构。
·光盘盘片形状: 与磁盘盘片类似, 但记录材料不同。

硬磁盘的磁道记：

定长记录格式

磁盘结构
柱面信息:一个具有个盘片的磁盘组，可将其n个面上同一 半径的磁道看作一个圆柱面，这些磁道存储的信息。
盘面扇区:将盘面沿垂直于磁道的方向划分成若干个扇区。
磁道:记录面上一系列同心圆，每个盘片表面通常有几十到几百个磁道。
 

 每个扇段都记录相等数量的信息。

特点:结构简单，可按磁道号(柱面号)、盘面号、扇区号进行直接寻址，但记录区的利用率不高。

 

不定长记录格式

 

四、光盘存储器的特点
1.光盘是非接触式读/写存储器，光学头与盘面的距离远，互不摩擦，介质不会被破坏，大大提高了光盘的耐用性，使用寿命可长达数十年以上;
2.光盘可靠性高，对使用环境要求不高，机械振动的问题甚少，不需要采取特殊的防震和防尘措施;
3.由于光盘是靠直径小于1um的激光束写入每位信息,所以记录密度高;
4.光盘记录头分量重，体积大，使寻道时间长约30-100ms，写入速度低;

5.光盘的介质互换性好,存储容量大。