1、第七章 外圍設(shè)備n7.1 外圍設(shè)備概述外圍設(shè)備概述n7.2 磁盤存儲設(shè)備磁盤存儲設(shè)備n7.3 磁盤存儲設(shè)備的技術(shù)發(fā)展磁盤存儲設(shè)備的技術(shù)發(fā)展n7.5 光盤和磁光盤存儲設(shè)備光盤和磁光盤存儲設(shè)備外圍設(shè)備的分類n計算機中除計算機中除CPU、主存外的設(shè)備稱外圍設(shè)備。、主存外的設(shè)備稱外圍設(shè)備。第七章 外圍設(shè)備n7.1 外圍設(shè)備概述外圍設(shè)備概述n7.2 磁盤存儲設(shè)備磁盤存儲設(shè)備n7.3 磁盤存儲設(shè)備的技術(shù)發(fā)展磁盤存儲設(shè)備的技術(shù)發(fā)展n7.5 光盤和磁光盤存儲設(shè)備光盤和磁光盤存儲設(shè)備磁介存儲器n硬盤硬盤n軟盤軟盤n磁帶磁帶硬盤n硬盤：在襯底涂有一層磁性材料的圓盤，襯底用鋁合金或玻璃制硬盤：在襯底涂有一層磁性材料

2、的圓盤，襯底用鋁合金或玻璃制成。成。n1968年年IBM公司提出了公司提出了“溫徹斯特溫徹斯特/Winchester”技術(shù)，探討對技術(shù)，探討對硬盤技術(shù)做重大改造的可能性。硬盤技術(shù)做重大改造的可能性。“溫徹斯特溫徹斯特”技術(shù)的精隋是：技術(shù)的精隋是：“密封、固定并高速旋轉(zhuǎn)的鍍磁盤片，磁頭沿盤片徑向移動，磁密封、固定并高速旋轉(zhuǎn)的鍍磁盤片，磁頭沿盤片徑向移動，磁頭懸浮在高速轉(zhuǎn)動的盤片上方，而不與盤片直接接觸頭懸浮在高速轉(zhuǎn)動的盤片上方，而不與盤片直接接觸”，這也是，這也是現(xiàn)代絕大多數(shù)硬盤的原型。現(xiàn)代絕大多數(shù)硬盤的原型。 （http:/ resistive,MR）傳感器組成，）傳感器組成，MR材料的電阻大

3、材料的電阻大小取決于在它下方運動的介質(zhì)的磁化方向，檢測通過小取決于在它下方運動的介質(zhì)的磁化方向，檢測通過MR材料材料的電流即可得到數(shù)據(jù)。的電流即可得到數(shù)據(jù)。MR磁頭支持更高的存儲密度和更快的磁頭支持更高的存儲密度和更快的操作速度。操作速度。感應(yīng)式寫/磁阻式讀的磁頭磁盤數(shù)據(jù)組織磁盤驅(qū)動器硬盤的動態(tài)特性硬盤的磁道格式低級格式化：創(chuàng)建磁道和扇區(qū)，標(biāo)記每個扇區(qū)的起點和終點低級格式化：創(chuàng)建磁道和扇區(qū)，標(biāo)記每個扇區(qū)的起點和終點高級格式化：清除硬盤上的數(shù)據(jù)、生成引導(dǎo)區(qū)信息、初始化高級格式化：清除硬盤上的數(shù)據(jù)、生成引導(dǎo)區(qū)信息、初始化FAT表、表、標(biāo)注邏輯壞道標(biāo)注邏輯壞道 （http:/ per inch)n位

4、密度：單位長度磁道能記錄二進制位數(shù)位密度：單位長度磁道能記錄二進制位數(shù)(bit per inch)n面密度：位密度面密度：位密度*道密度道密度n存儲容量存儲容量nC=nksnn:盤面數(shù)，盤面數(shù)，k:柱面數(shù)，柱面數(shù)，s：每磁道可記錄的位數(shù)：每磁道可記錄的位數(shù)n平均尋道時間平均尋道時間n數(shù)據(jù)傳輸率：單位時間硬盤向主機傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)數(shù)據(jù)傳輸率：單位時間硬盤向主機傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)n誤碼率：誤碼率：CRC校驗檢測誤碼校驗檢測誤碼硬盤訪問速度n硬盤訪問速度由磁頭的尋道時間和盤片的轉(zhuǎn)動速度決定。硬盤訪問速度由磁頭的尋道時間和盤片的轉(zhuǎn)動速度決定。nTa：平均存取時間：平均存取時間nTs：平均尋道時間：平均尋道時

5、間nr：盤片旋轉(zhuǎn)速度（轉(zhuǎn)：盤片旋轉(zhuǎn)速度（轉(zhuǎn)/秒）秒）nb：傳送的字節(jié)數(shù)：傳送的字節(jié)數(shù)nN：每磁道字節(jié)數(shù)：每磁道字節(jié)數(shù)rNbrTsTa2110ms4.2ms硬盤的數(shù)據(jù)傳輸速率n單位時間內(nèi)向主機傳送的字節(jié)數(shù)稱為數(shù)據(jù)傳輸速率。單位時間內(nèi)向主機傳送的字節(jié)數(shù)稱為數(shù)據(jù)傳輸速率。n數(shù)據(jù)傳輸速率的決定因素有數(shù)據(jù)傳輸速率的決定因素有n硬盤與主機的接口邏輯硬盤與主機的接口邏輯n硬盤內(nèi)磁盤的讀寫速度硬盤內(nèi)磁盤的讀寫速度nDr=nN（n:轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/秒，秒，N：字節(jié)：字節(jié)/磁道）磁道）nDr=Dv（D：位密度，：位密度，V磁盤旋轉(zhuǎn)的線速度）磁盤旋轉(zhuǎn)的線速度）例題第七章 外圍設(shè)備n7.1 外圍設(shè)備概述外圍設(shè)備概述n7.2 磁

6、盤存儲設(shè)備磁盤存儲設(shè)備n7.3 磁盤存儲設(shè)備的技術(shù)發(fā)展磁盤存儲設(shè)備的技術(shù)發(fā)展n7.5 光盤和磁光盤存儲設(shè)備光盤和磁光盤存儲設(shè)備硬盤cachen利用程序訪問的局部性原理，在硬盤驅(qū)動器上設(shè)置利用程序訪問的局部性原理，在硬盤驅(qū)動器上設(shè)置cache，暫存最近使用過的數(shù)據(jù)及其地址相鄰的數(shù)據(jù)。，暫存最近使用過的數(shù)據(jù)及其地址相鄰的數(shù)據(jù)。訪問硬盤時，若命中訪問硬盤時，若命中cache，則可直接從，則可直接從cache中獲中獲取數(shù)據(jù)，而不需要訪問磁盤，大大提高訪問速度。取數(shù)據(jù)，而不需要訪問磁盤，大大提高訪問速度。磁盤冗余陣列：RAIDnRedundant Array of Inexpensive（Indepen

7、dent） Disksn單硬盤的限制：容量、速度、安全單硬盤的限制：容量、速度、安全n多硬盤：容量？速度？安全？多硬盤：容量？速度？安全？n若一個磁盤有若一個磁盤有xGB容量，數(shù)據(jù)傳輸速率為容量，數(shù)據(jù)傳輸速率為yMB/snn個磁盤組合使用理論上可達到容量個磁盤組合使用理論上可達到容量nxGB，數(shù)據(jù)傳輸速率，數(shù)據(jù)傳輸速率nyMB/sn數(shù)據(jù)在不同磁盤上存儲多個備份（冗余），可提高安全性。數(shù)據(jù)在不同磁盤上存儲多個備份（冗余），可提高安全性。nRAID工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方案：工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方案：RAID 06nRAID0nRAID1nRAID5n非標(biāo)準(zhǔn)非標(biāo)準(zhǔn)RAID等級（產(chǎn)家自定義）等級（產(chǎn)家自定義）RAID0nRA

8、ID0：將連續(xù)的一塊數(shù)據(jù)以：將連續(xù)的一塊數(shù)據(jù)以條帶條帶為單位分布存儲在為單位分布存儲在多個硬盤上多個硬盤上(至少兩個盤至少兩個盤)n通過通過RAID控制卡（或控制軟件），使得多個物理硬盤控制卡（或控制軟件），使得多個物理硬盤被當(dāng)成一個邏輯硬盤使用。被當(dāng)成一個邏輯硬盤使用。RAID0陣列的數(shù)據(jù)映射RAID0特點n速度快：多個磁盤可并發(fā)操作（順序讀寫？隨速度快：多個磁盤可并發(fā)操作（順序讀寫？隨機讀寫？）機讀寫？）n安全性比單盤低：有一個磁盤損壞，其它磁盤安全性比單盤低：有一個磁盤損壞，其它磁盤上的數(shù)據(jù)全部無法使用上的數(shù)據(jù)全部無法使用RAID1n同一份數(shù)據(jù)存儲在兩個磁盤上同一份數(shù)據(jù)存儲在兩個磁盤上n

9、特點特點n讀速率理想值為單盤的兩倍讀速率理想值為單盤的兩倍n寫速率與單盤一樣寫速率與單盤一樣n安全性高安全性高RAID 0+1n以以RAID0的方式組織的方式組織n個磁盤，以個磁盤，以RAID1的方式復(fù)制的方式復(fù)制擴展新的擴展新的n個磁盤，構(gòu)成一個個磁盤，構(gòu)成一個2n個磁盤陣列個磁盤陣列n具有具有RAID0的快速性和的快速性和RAID1的安全性的安全性RAID5n同一同一”行行”有有n個條帶，其中一個條帶用于保存其余的個條帶，其中一個條帶用于保存其余的n-1個條帶的奇偶校驗值個條帶的奇偶校驗值RAID5特點n可并發(fā)讀取多個盤的數(shù)據(jù)可并發(fā)讀取多個盤的數(shù)據(jù)n寫入寫入A1的操作過程的操作過程n讀讀A

10、1,Apn分析寫入的每一位值與分析寫入的每一位值與A1對應(yīng)位值是否相等，若不等，則對應(yīng)位值是否相等，若不等，則Ap的相應(yīng)位應(yīng)該翻轉(zhuǎn)的相應(yīng)位應(yīng)該翻轉(zhuǎn)n寫寫A1,Apn寫并發(fā)性較差，最優(yōu)時同一時刻可并發(fā)寫寫并發(fā)性較差，最優(yōu)時同一時刻可并發(fā)寫n/2個條帶個條帶的數(shù)據(jù)，如的數(shù)據(jù)，如A1(disk0,3)，B2(disk1,2)n安全性：可容忍一個盤損壞安全性：可容忍一個盤損壞RAID參考資料nWilliam Stallings.計算機組織與體系結(jié)構(gòu)（第計算機組織與體系結(jié)構(gòu)（第7版）版）.清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社.P143n/wiki/JBOD#Conca

11、tenation_.28JBOD_or_SPAN.29第七章 外圍設(shè)備n7.1 外圍設(shè)備概述外圍設(shè)備概述n7.2 磁盤存儲設(shè)備磁盤存儲設(shè)備n7.3 磁盤存儲設(shè)備的技術(shù)發(fā)展磁盤存儲設(shè)備的技術(shù)發(fā)展n7.5 光盤和磁光盤存儲設(shè)備光盤和磁光盤存儲設(shè)備光盤存儲器n光存儲技術(shù)：利用激光在某種介質(zhì)上寫入信息，再利光存儲技術(shù)：利用激光在某種介質(zhì)上寫入信息，再利用激光把這種信息讀出的技術(shù)稱為光存儲技術(shù)。用激光把這種信息讀出的技術(shù)稱為光存儲技術(shù)。n按存儲方式和介質(zhì)分類按存儲方式和介質(zhì)分類n形變型光盤：凹坑形變型光盤：凹坑/平坦平坦.檢測激光反射率檢測激光反射率n磁光型光盤：磁化單元，磁化方向，檢測反射光線偏振方向

12、磁光型光盤：磁化單元，磁化方向，檢測反射光線偏振方向n按讀寫功能分類按讀寫功能分類n只讀型（只讀型（CD-ROM）n只寫一次型（只寫一次型（CD-W）n可擦寫型可擦寫型(CD-RW)CD-ROM工作原理n制作：用精密聚焦的高強度激光束制造一個制作：用精密聚焦的高強度激光束制造一個母盤母盤，數(shù)字信息用樹脂的形，數(shù)字信息用樹脂的形變表示，以母盤為模板壓印出復(fù)制品變表示，以母盤為模板壓印出復(fù)制品n讀取：激光在臺和凹坑處的讀取：激光在臺和凹坑處的反射率反射率不同，可解碼出數(shù)字信息不同，可解碼出數(shù)字信息n為實現(xiàn)更大儲存容量，光盤使用一條為實現(xiàn)更大儲存容量，光盤使用一條螺旋漸近線螺旋漸近線組織信息（從中心

13、向外組織信息（從中心向外擴展），每個扇區(qū)長度相同，激光頭以擴展），每個扇區(qū)長度相同，激光頭以恒定線速度恒定線速度讀取數(shù)據(jù)（讀數(shù)據(jù)時讀取數(shù)據(jù)（讀數(shù)據(jù)時需要不斷調(diào)整光盤旋轉(zhuǎn)速度，扇區(qū)的定位需要更長的時間需要不斷調(diào)整光盤旋轉(zhuǎn)速度，扇區(qū)的定位需要更長的時間打印機電熱式噴墨打印機（氣泡式）n電熱式隨機噴墨方式則采用一種發(fā)熱電阻。當(dāng)電信號作用時, 它迅速產(chǎn)生熱量, 使噴嘴底部的一薄層墨水, 在480以上的溫度下保持百萬分之幾秒汽化, 隨著汽化氣泡的增大, 墨水從噴嘴噴出。當(dāng)發(fā)熱電阻冷卻時, 氣泡自行潰滅, 氣泡潰滅時產(chǎn)生的吸力把新的墨水從儲墨盒中吸到噴頭, 等待下一步的工作。壓電管型噴墨打印機n打印機的噴墨機構(gòu)有3 個關(guān)鍵部件, 即壓電管、墨水管道和噴嘴機構(gòu)。噴嘴機構(gòu)中可容納數(shù)個乃至數(shù)十個噴嘴。n這種噴墨系統(tǒng)所使用的電壓脈沖幅度, 一般在60200 V 之間, 具體數(shù)值取決于實際結(jié)構(gòu)。生成墨滴的周期, 大約需要200s 左右。掃描器n掃描器的作用是把調(diào)制過的激光束反射到光導(dǎo)鼓上, 以形成字符或圖形。電攝影轉(zhuǎn)印系統(tǒng)n電攝影轉(zhuǎn)印系統(tǒng)由光導(dǎo)體(也稱硒鼓或光導(dǎo)鼓)、電暈放電裝置、靜電顯影裝置、定影裝置等組成。光導(dǎo)體n光導(dǎo)體的基本特性是, 在暗的狀態(tài)下為絕緣體