計算機組成原理——輔助存儲器

 外存儲器概述

主存的後備和擴充，也稱外存。
特色:容量大,可靠性高,單位存儲容量價格低,在掉電狀況下能長期保存信息

 

輔助存儲器的主要技術指標

輔助存儲器的主要技術指標是存儲密度、存儲容量、尋址時間等

1.存儲密度。 

是指單位長度或單位面積磁層表面所存儲的二進制的信息量。  對於磁表面存儲器，用道密度和位密度表示。
道密度(TPI)：磁盤半徑方向單位長度包含的磁道數。
位密度(BPI)：在每個磁道內單位長度內所能記錄的二進制信息數。

2.存儲容量

指磁表面存儲器所能存儲的二進制信息總量（B）。
存儲容量有格式化容量和非格式化容量兩個指標。
格式化容量：指按照某種特定的記錄格式所能存儲的信息總量，也就是用戶真正可使用的容量。
非格式化容量：是磁記錄表面能夠利用的磁化元總數。

計算公式：
非格式化容量=面數×道數（面）×每一個磁道的容量
格式化容量=面數×道數（面）×扇區數（道）×字節數（扇區）

3.尋址時間

找道時間：磁頭尋找目標磁道所需的時間。
等待時間：磁頭等待所需讀寫的區段旋轉到它的下方所須要的時間。
這兩個時間是隨機的，通常取兩者的平均值
平均等待時間：通常以磁盤旋轉半周所需的時間爲準。

4.數據傳輸率

磁表面存儲器在單位時間內與主機傳送數據的位數或字節數。計算公式爲：
         Dr=n × N
 其中：n爲轉速，單位爲轉/秒；
       N爲磁道的容量，單位爲字節。
       單位爲：字節/秒

5.誤碼率

是衡量磁表面存儲器出錯機率的參數。它等於從輔存讀出時，出錯信息位數和讀出的總信息位數之比。

6.價格

一般用「位價格」來比較各類存儲器，它等於：設備價格/容量。在全部的存儲設備中，磁表面存儲器和光存儲器的位價格是最低的。

磁盤結構

 

 

 

盤片（Platter）

一塊硬盤有若干盤片，每一個盤片有能夠存儲數據的上、下兩盤面（Side）。這些盤面堆疊在主軸上高速旋轉，它們從上至下從「0」開始依次編號

讀寫磁頭（Head）

每一個盤面上一個讀寫磁頭，盤面號即磁頭號。全部磁頭在磁頭臂做用下同時內外移動，即任意時刻，全部磁頭所處的磁道號是相同的。 
每一個盤片有兩個面，每一個面都有一個磁頭，習慣用磁頭號來區分。

 

磁道（Track）

每一個盤面被劃分紅許多同心圓，這些同心圓軌跡叫作磁道；磁道從外向內從0開始順序編號。

扇區（Sector）

將一個盤面劃分爲若干內角相同的扇形，這樣盤面上的每一個磁道就被分爲若干段圓弧，每段圓弧叫作一個扇區。每一個扇區中的數據做爲一個單元同時讀出或寫入。硬盤的第一個扇區，叫作引導扇區。

爲了對扇區進行查找和管理，須要對扇區進行編號，扇區的編號從0磁道開始，起始扇區爲1扇區，其後爲2扇區、3扇區……，0磁道的扇區編號結束後，1磁道的起始扇區累計編號，直到最後一個磁道的最後一個扇區（n扇區）。例如，某個硬盤有1024個磁道，每一個磁道劃分爲63個扇區，則0磁道的扇區號爲1~63，1磁道的起始扇區號爲64最後一個磁道的最後一個扇區號爲64512。硬盤在進行扇區編號時與軟盤有一些區別，在軟盤的一個磁道中，扇區號一次編排，即一、二、3……n扇區。因爲硬盤的轉速較高，磁頭在完成某個扇區數據的讀寫後，必須將數據傳輸到微機，這須要一個時間，可是這時硬盤在繼續高速旋轉，當數據傳輸完成後，磁頭讀寫第二個扇區時，磁盤已經旋轉到了另一個扇區。所以在早期硬盤中，扇區號是按照某個間隔係數跳躍編排的。

柱面（Cylinder）

 

 
全部盤面上的同一磁道構成一個圓柱，稱做柱面。數據的讀/寫按柱面從外向內進行，而不是按盤面進行。定位時，首先肯定柱面，再肯定盤面，而後肯定扇區。以後全部磁頭一塊兒定位到指定柱面，再旋轉盤面使指定扇區位於磁頭之下。寫數據時，當前柱面的當前磁道寫滿後，開始在當前柱面的下一個磁道寫入，只有當前柱面所有寫滿後，纔將磁頭移動到下一個柱面。在對硬盤分區時，各個分區也是以柱面爲單位劃分的，即從什麼柱面到什麼柱面；不存在一個柱面同屬於多個分區。

磁道與柱面都是表示不一樣半徑的圓，在許多場合， 磁道和柱面能夠互換使用。

 

（1）硬盤有數個盤片，每盤片兩個面，每一個面一個磁頭 
（2）盤片被劃分爲多個扇形區域即扇區 
（3）同一盤片不一樣半徑的同心圓爲磁道 
（4）不一樣盤片相同半徑構成的圓柱面即柱面 
（5）公式：　存儲容量＝磁頭數×磁道（柱面）數×每道扇區數×每扇區字節數 
（6）信息記錄可表示爲：××磁道（柱面），××磁頭，××扇區

 

例題

磁盤組有6片磁盤，每片有兩個記錄面，最上最下兩面不用。存儲區域內直徑22cm，外直徑33cm,道密度爲40道/cm,內層位密度400位/cm,轉速2400轉/分，問:
一、共有多少柱面？
二、盤組總存儲容量是多少？
三、數據傳輸率多少？
四、平均等待時間爲多少？
五、採用定長數據塊記錄格式，直接尋址的最小單位是什麼?尋址命令中如何表示磁盤地址？
六、若是某文件長度超過一個磁道的容量，應將它記錄在同一個存儲面上，仍是記錄在同一個柱面上？

解：一、有效存儲區域長度=33/2-22/2=5.5（cm）
            道數=5.5×40=220道，即220個柱面。（磁道和柱面能夠互換使用）
       二、內層磁道周長=2 × 3.14 × 11=69.08（cm）
            每道信息量=400 ×69.08=27632位=3454（B）
            盤組總容量=3454 ×220 （磁道數）×10（10個記錄面）=7598800（B）

            盤組容量=面數×道數/面×每一個磁道的容量
      三、數據傳輸率=2400/60 ×3454=13816（B/秒）

            Dr=n× N

           其中：n爲轉速，單位爲轉/秒；
           N爲磁道的容量，單位爲字節。
           單位爲：字節/秒
      四、平均等待時間=（60/2400）（磁盤旋轉一週的時間）×（1/2）=12.5（ms）
      五、最小單位是一個扇區，其編址方式可爲以下格式：    

         

       六、記錄在同一個柱面上，由於不須要從新找道，數據讀寫速度快。

假設磁盤組有11個盤面，每片有兩個記錄面；存儲區域內直徑2.36in，外直徑5.00in；道密度爲1250tpi，內層位密度爲52400bpi，轉速爲2400rpm。問：

   1. 共有多少個存儲面可用？
    由題可得，共有11個盤片，但最上面及最下面將用於封裝，沒法用於存儲，故共有2*11-2=20個存儲面。
    2.共有多少柱面？
   全部盤面上的統一磁道構成柱面，磁道數即爲柱面數。

    有效存儲區域長度=（5-2.36）/2=1.32in

    磁道數=1.32*1250=1650t;
   3.每道存儲多少字節？盤組總存儲容量是多少？
    已知，各磁道上道容量相等，故：

    內層磁道周長=2*pi*2.36/2=7.4104in

    每道信息量=52400*7.4104=388304.96b
    每道字節=388304.96/8=48.5KB
    總存儲容量=48.5*1650*20=16GB
    4.數據傳送率是多少？
    數據傳輸率Dr=磁道容量*轉速
    =48.5*（2400rpm/60）rps
    =1.94MB/S
    5.每扇區存儲2KB數據，在尋址命令中如何表示磁盤地址？
    已知肯定磁盤地址，需確認盤面號、磁道號及扇區號，故磁盤地址需分紅三部分。
    盤面號：因有20個存儲面，故需至少5位用於表示
    磁道號：因有1650個磁道，故至少需11位用於表示
    扇區：因有磁道容量/扇區容量=48.5KB/2KB=25個扇區，故至少需5位用於表示
    便可得：
    磁道號   盤面號     扇區號
    11位      5位          5位    6. 若是某文件長度超過了一個磁道的容量，應將它記錄在同一個存儲面上，仍是記錄在同一個柱面上？   柱面上   由於若是記錄在一個存儲面上，則須要從新尋道，而直接記錄在同一個柱面上就不用，則能夠節約尋道時間。