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外部存儲器

外部存儲器

計算機的外存儲器又稱為輔助存儲器,目前主要使用磁表面存儲器

所謂“磁表面存儲”,是指把某些磁性材料薄薄地塗在金屬鋁或塑膠表面上作為載磁體來存儲資訊。磁盤存儲器、錄音帶存儲器和磁鼓存儲器均屬于磁表面存儲器。

磁表面存儲器的優點:

  1. 存儲容量大,位價格低;
  2. 記錄媒體可以重複使用
  3. 記錄資訊可以長期儲存而不丢失,甚至可以脫機存檔
  4. 非破壞性讀出,讀出時不需要再生

磁表面存儲器的缺點:

  1. 存取速度慢;
  2. 機械結構複雜
  3. 對工作環境要求較高

外存儲器既可以作為輸入裝置,也可以作為輸出裝置

(既可以存資料,也可以讀資料)

磁盤存儲器

外部存儲器
外部存儲器

磁盤驅動器:核心部件是磁頭元件和盤片元件,溫切斯特盤是一種可移動頭固定盤片的硬碟存儲器

磁盤控制器:是硬碟存儲器和主機的接口,主流的标準有IDE、SCSI、SATA等

外部存儲器

磁盤裝置的組成:

1.存儲區域

一塊硬碟含有若幹個記錄面,每個記錄面劃分為若幹條磁道,而每條磁道又劃分為若幹個扇區,扇區(也稱塊)是磁盤讀寫的最小機關,也就是是C槽按塊存取。

磁頭數(Heads):即記錄面數,表示硬碟總共有多少個磁頭,磁頭用于讀取/寫入盤片上記錄面的資訊,一個記錄面對應一個磁頭

柱面數(Culinders):表示硬碟每一面盤片上有多少條磁道。在一個盤組中,不同記錄面的相同編号(位置)的諸磁道構成一個圓柱面。

扇區數(Sectors):表示每一條磁道上有多少個扇區。

2.硬碟存儲器

硬碟存儲器由磁盤驅動器、磁盤控制器和盤片組成

![image.png](https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/a37a29494cb85b8d5df9c313711e22c2.png

2.磁盤的性能名額

**磁盤的容量:**一個磁盤所能存儲的位元組總數稱為磁盤容量。磁盤容量有非格式化容量和格式化容量之分。

非格式化容量是指磁記錄表面可以利用的磁化單元總數

格式化容量是指按照某種特定的記錄格式所能存儲資訊的總量

**記錄密度:**記錄密度是指盤片機關面積上記錄的二進制的資訊量,通常以道密度、位密度和面密度表示

道密度是沿磁盤半徑方向機關長度上的磁道數;

位密度是磁道機關長度上能記錄的二進制代碼位數;

面密度是位密度和道密度的乘積

注意:磁盤所有磁道記錄的資訊量一定是相等的,并不是圓越大資訊越多,故每個磁道的為密度都不同

平均存取時間:

平均存取時間=尋道時間(磁頭移動到目的磁道)+旋轉延遲時間(磁頭定位到所在扇區)+傳輸時間(傳輸資料所花費的時間)

外部存儲器

**資料傳輸率:**磁盤存儲器在機關時間内向主機傳送資料的位元組數,稱為資料傳輸率

假設磁盤轉數為r(轉/秒),每條磁道容量為N個位元組,則資料傳輸率為D=rN

3.磁盤位址

主機向磁盤控制器發送尋址資訊,磁盤的位址一般如圖所示:

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4.硬碟的工作過程

硬碟的主要操作是尋址、讀盤、寫盤。每個操作都對應一個控制字,硬碟工作時,第一步是取控制字,第二步是執行控制字。

硬碟屬于機械式部件,其讀寫操作是串行的,不可能在同一時刻既讀又寫,也不可能在同一時刻讀兩組資料或寫兩組資料

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磁盤陣列

RAID(Redundant Array of Inexpensive Disks,廉價備援磁盤陣列)是将多個獨立的實體磁盤組成一個獨立的邏輯盤,資料在多個實體盤上分割交叉存儲、并行通路,具有更好的存儲性能、可靠性和安全性。

RAID的分級如下所示。在RAID1~RAID5的幾種方案中,無論何時有磁盤損壞,都可以随時拔出受損的磁盤再插入好的磁盤,而資料不會損壞

RAID0:無備援和無校驗的磁盤陣列

RAID1:鏡像磁盤陣列

RAID2:采用糾錯的海明碼的磁盤陣列

RAID3:位交叉奇偶校驗的磁盤陣列

RAID4:塊交叉奇偶校驗的磁盤陣列

RAID5:無獨立校驗的奇偶校驗磁盤陣列

外部存儲器
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固态硬碟SSD

外部存儲器

原理:基于閃存技術Flash Memory,屬于電可擦除ROM,即EEPROM

組成:

閃存翻譯層–負責翻譯邏輯塊号,找到對應頁(Page)

存儲媒體:多個閃存晶片(Flash Chip)-每個晶片包含多個塊(block)-每個塊包含多個頁(Page)

外部存儲器

讀寫性能特性:

以頁為機關讀/寫-相當于磁盤的“扇區”

以塊為機關“擦除”,擦幹淨的塊,其中的每頁都可以寫一次,讀無限次

支援随機通路,系統給定一個邏輯位址,閃存翻譯層可通過電路迅速定位到對應的實體位址

讀塊、寫慢。要寫的頁如果有資料,則不能寫入,需要将塊内其他頁全部複制到一個新的(擦除過的)塊中,再寫入新的頁

與機械硬碟相比的特點

SSD讀寫速度快,随機通路性能高,用電路控制通路位置;機械硬碟通過移動磁臂旋轉磁盤控制通路位置,有尋道時間和旋轉延遲

SSD安靜無噪音、耐摔抗震、能耗低、造價更貴

SSD的一個塊被擦除次數過多(重複寫同一個塊)可能會壞掉,而機械硬碟的扇區不會因為寫的次數太多而壞掉

磨損均衡技術

思想:将“擦除”平均分布在各個塊上,以提升使用壽命