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第六讲 外部存储设备 外存概述 与信息存储有关的部件 冯。诺依曼的存储程序计算机中，CPU是直接连接存储器的 存储器硬件的金字塔结构 寄存器 位于金字塔顶端的是计算机中工作速度最快又最紧缺的存储资源：CPU中的“寄存器”。 “寄存器”是高速存储单元，其工作速度与信息处理的运算部件合拍。 与处理部件距离最 近，处理部件执行指令时一般都直接对寄存器进行操作。 主存储器 *从塔尖往下一个层次，是主存储器（常简称为“主存”或“内存”），计算机系统工作时主存里存放着与当前工作有关的程序和数据。 *主存储器目前采用超大规模集成电路技术制造的半导体存储芯片组成。今天主存的存储芯片一般被安装制成标准存储模块（俗称“内存条”）。 *有限数量的主板存储模块插槽对计算机的主存储器最大容量是一种限制。 *输入源及输出目的地。 高速缓存 为了缓和CPU与主存储器之间的速度矛盾，在 CPU 和主存储器之间设置一个缓冲性的高速存储部件（硬件），这个部件称为高速缓存（简称“缓存”，英文词是cache）。 命中率 外部存储设备 金字塔中，位于主存储器下面一个层次的是各种外围存储设备，包括常见的磁盘、磁带、光盘存储器等。 这些存储器的共同特点是存储容量大，存储价格便宜。 外存储器采用磁性的或其他的方式存储信息，其存储方式的一个重要特点就是非易失性，不需要外部提供能量。 这类存储设备的数据访问速度比主存储器慢得多。 外存储器的这些特点正好与主存互为补充，共同支撑着整个计算机存储体系的有效功能。 主存与外存的关系≈主存与Cache的关系 外部存储设备与计算机的连接方式 软盘：软驱 光盘：光驱 硬盘 固定硬盘：数据总线（IDE、SCSI） 移动硬盘：USB接口 磁带：磁带机 外存史话—第一阶段（1952-1992） 1952年，磁带及磁带驱动器 IBM 50年代初，美国公司 磁鼓 1956年，硬盘 IBM 型号为RAMAC 350 重约1吨，里面由50张直径为24英寸的盘片组成，50M。 60年代末，软盘 IBM 72年成功应用 到这一阶段末期，磁盘驱动器的尺寸已经缩小到2.5和3.5英寸，成为业界的标准配置。 在这段时间里，高速缓冲存储控制单元（cached storage control units）在所有的磁盘子系统里几乎已被普遍应用起来，成为一种标准。 光盘：70年代初 外存史话—第二阶段（1992年至1999年） 磁盘阵列(独立磁盘冗余阵列，RAID) 外存史话—第三阶段（2000年以后） 智能存储 1、在线存储技术 2、网络存储技术 3、虚拟存储技术 磁存储设备优缺点 磁存储设备优点 存储媒体的非易失性 存储密度不断提高 写入、读出速度快、可盖写 缺点 有机械运动部件、易磨损、寿命有限 存取速度不够快 功耗大、体积大 主要发展方向： 存储速度、存取密度 数字磁记录原理 磁记录：利用一层微米量级的表面磁介质作为记录媒体（硬磁性），剩磁量/剩磁方向来记录 模拟磁记录：需要记忆和存储的信息是随时间连续变化的，记录介质上留下按一定规律变化的磁场。 数字磁记录：被记录的信号是脉冲信号，记录介质上留下的是一连串等距或不等距的饱和磁化翻转。（剩磁方向） 磁头 电磁转换——读、写 软磁性 软盘、磁带——接触式磁头 硬盘——浮动式（起停、退出） 基本常识 为了形象的描述磁场，引入了磁力线的概念 任何磁体周围都有磁力线存在，从N极出发到S极 硬磁铁即不需要外界电场、磁场仍可保持自己的磁力线 软磁铁则不然 若将磁性材料放在磁场里，就会被磁化。 利用这个特性，我们就可以把信息从磁头写入磁片了 安培环路定律-磁头写 当电流通过闭合回路时产生磁场 在一个闭合路径上，磁场强度H沿 该闭合路径的线积分等于该闭合路径所包围的电流代数和 法拉第电磁感应定律-读磁盘 磁变电 该定律阐明了电、磁之间的定量转换关系 闭合回路所包围的磁通量发生变化时（磁头从盘片上通过，切割磁力线运动），该回路中就产生电流（感应电动势） 磁通量（韦伯）N ：线圈匝数e ：电动势 磁通量变化与感应电动势的关系 磁通量变化率越大则感应电动势越大 感应电势的极性与磁通变化的极性相反 磁记录的基本过程 写入过程 介质的磁化过程 电流→磁记录 读出过程 数据的恢复过程 磁记录→电流 “0”和“1”逻辑状态 ?两个磁化方向?两个 电流方向 读写过程综述 写过程 工作间隙 剩磁位元 切向运动并不断改变电流方向则留下一连串的磁化单元 读过程 相邻磁化单元交界处磁通变化最大，故感应电势最大 峰值检测 找别扭？？？ 磁存储设备的主要技术参数