計算機組成_第8章外圍設備

1、第第8章章 外圍設備外圍設備第第1節(jié)節(jié) 外圍設備概述外圍設備概述第第2節(jié)磁盤存儲設備節(jié)磁盤存儲設備 第第3節(jié)磁帶存儲設備節(jié)磁帶存儲設備第第4節(jié)節(jié) 光盤和磁光盤存儲設備光盤和磁光盤存儲設備一、一、 外圍設備的一般功能外圍設備的一般功能外圍設備的定義：外圍設備的定義： 外圍設備涉及到相當廣泛的計算機部件。計算機系統(tǒng)的每一部分都可作為一個外圍設備來看待。 外圍設備的功能：外圍設備的功能： 在計算機和其他機器之間，以及計算機與用戶之間提供聯(lián)系的“橋梁”。 外圍設備的基本組成：外圍設備的基本組成： (1)存儲介質，它具有保存信息的物理特征。 (2)驅動裝置。 (3)控制電路，它向存儲介質發(fā)送數(shù)據(jù)或從存儲

2、介質接受數(shù)據(jù)。二、外圍設備的分類二、外圍設備的分類 一個計算機系統(tǒng)配備什么樣的外圍設備，是根據(jù)實際需要來決定的。中央部分是中央部分是CPUCPU和主存（主機）和主存（主機），通過總線總線與第二層的適適配器配器( (接口接口) )部件相連，第三層是各種外圍設外圍設備控制器備控制器，最外層則是。 外圍設備可分為幾大類。每一種外圍設備，都是在它自己的設備控制器控制下進行工作，而設備控制器則通過適配器和主機連接，并受主機控制.一、一、 磁記錄原理與記錄方式磁記錄原理與記錄方式 計算機的外存儲器又稱。所謂磁表面存儲，是用某些磁性材料薄薄地涂在金屬鋁或塑料表面作載磁體來存儲信息。均屬于磁表面存儲器。磁表面

3、存儲器的優(yōu)點：(1)存儲容量大，位價格低；(2)記錄介質可以重復使用；(3)記錄信息可以長期保存而不丟失，甚至可以脫機存檔；(4)非破壞性讀出，讀出時不需要再生信息 。 磁表面存儲器的缺點：存取速度較慢，機械結構復雜，對工作環(huán)境要求較高。 磁表面存儲器由于存儲容量大，位成本低，在計算機系統(tǒng)中作為輔助大容量存儲器使用，用以存放系統(tǒng)軟件、大型文件、數(shù)據(jù)庫等大量程序與數(shù)據(jù)信息。 通過寫入電流變化產(chǎn)生不同的磁化狀態(tài)來表示信息。磁性材料上呈現(xiàn)剩磁狀態(tài)的地方形成了一個磁化元磁化元或存儲元存儲元，它是記錄一個二進制信息位的最小單位。它是記錄一個二進制信息位的最小單位。 通過電電- -磁變換磁變換，利用磁頭寫

4、線圈中的脈沖電流寫線圈中的脈沖電流，可把轉換成載磁體存儲元的不同剩磁狀態(tài)；反之，通過，利用，可將由存儲元的不同剩磁狀態(tài)表示的二進制代碼轉換成電信號輸出。 運動方向記錄方式記錄方式。記錄方式是一種編碼方式，它按某種規(guī)律將一串二進制數(shù)字信息變換成磁層中相應的磁化元狀態(tài)，用讀寫控制電路實現(xiàn)這種轉換。在磁表面存儲器中，由于寫入電流的幅度、相位在磁表面存儲器中，由于寫入電流的幅度、相位、頻率變化不同，從而形成了不同的記錄方式。、頻率變化不同，從而形成了不同的記錄方式。常用記錄方式可分為RZ歸零制、不歸零制(NRZ)，調相制(PM)，調頻制(FM)幾大類。(具體細節(jié)雙學位同學部要求)RZ歸零制歸零制 正脈

5、沖表示“1”，負脈沖表示“0”。兩位信息之間線圈里的電流為0，這是歸零制的特點。NRZ不歸零制不歸零制 正向電流表示“1”；反向電流表示“0”。對于連續(xù)記錄 “1”或“0”寫電流的方向不變。此方法比規(guī)零的方法減少了磁化翻轉的次數(shù)。PM調相制調相制利用兩個相位相差180的磁化翻轉方向代表數(shù)據(jù)“0”和“1”。FM調頻制調頻制在紀錄“1”時，不僅在位周期中心產(chǎn)生磁化翻轉，在位與位之間也翻轉。記錄“0”，在位周期中心不產(chǎn)生磁化翻轉，但在位與位之間也翻轉。MFM記錄“1”，在位周期中心產(chǎn)生磁化翻轉中心產(chǎn)生磁化翻轉，記錄記錄“0”，不翻轉。記錄兩個或兩個以上的不翻轉。記錄兩個或兩個以上的“0”，位與位之間

6、，位與位之間才翻轉。才翻轉。 硬磁盤機硬磁盤機是指記錄介質為硬質圓形盤片的磁表面存儲器。它主要由磁記錄介質磁記錄介質、磁盤控制器磁盤控制器、磁盤驅磁盤驅動器動器三大部分組成。 磁盤控制器磁盤控制器 包括控制邏輯與時序、數(shù)據(jù)并-串變換電路和串-并變換電路。 包括寫入電路與讀出電路、讀寫轉換開關、讀寫磁頭與磁頭定位伺服系統(tǒng)等。硬磁盤機通常按以下方法分類：按盤片結構分成可換盤片式與固定盤片式兩種；磁頭也分為可移動磁頭和固定磁頭兩種。 二、硬磁盤機的基本組成和分類二、硬磁盤機的基本組成和分類磁盤驅動器磁盤驅動器定位,讀寫電路1.1.磁盤驅動器磁盤驅動器主要由定位驅動系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)轉換系統(tǒng)組成。

7、2.磁盤控制器磁盤控制器 主機主機與與磁盤驅動器磁盤驅動器。由于磁盤存儲器是高速外存設備，故與主機之間采用成批交換數(shù)據(jù)方式。作為主機與驅動器之間的控制器，它需要有兩個方面的接口：，控制外存與主機總線之間交換數(shù)據(jù)；另一個是與設備的接口，另一個是與設備的接口，根據(jù)主機 命令控制設備的操作。前者稱為系統(tǒng)級接口，后者稱為設備級接口。 四、磁盤上信息的分布四、磁盤上信息的分布 盤片的上下兩面都能記錄信息，記錄面上一系列同心圓稱為。每個盤片表面通常有幾十到幾百個磁道，每個磁道又分為若干個。磁道的編址是從外向內依次編號，最外一個同心圓叫0磁道，最里面的一個同心圓叫n磁道，n磁道里面的圓面積并不用來記錄信息。

8、對活動頭磁盤組來說，0磁磁道道扇區(qū)扇區(qū)n磁磁道道圓柱面圓柱面 在一個盤組中，各記錄面上相同編號（位置）的諸磁道在一個盤組中，各記錄面上相同編號（位置）的諸磁道構成一個圓柱面。例如，某驅動器有構成一個圓柱面。例如，某驅動器有4片片8面，則面，則8個個0號磁號磁道構成道構成0號圓柱面，號圓柱面，8個個1號磁道構成號磁道構成1號圓柱面，號圓柱面，。硬。硬盤的圓柱面數(shù)等于一個記錄面上的磁道數(shù)，圓柱面號即對盤的圓柱面數(shù)等于一個記錄面上的磁道數(shù)，圓柱面號即對應的磁道號。應的磁道號。0n五、磁盤存儲器的技術指標五、磁盤存儲器的技術指標 磁盤存儲器的主要指標包括。 存儲密度存儲密度 : 分道密度、位密度和面密

9、度分道密度、位密度和面密度。 是沿磁盤半徑方向沿磁盤半徑方向上的磁道數(shù)，上的磁道數(shù)，單位為道/英寸。 是磁道磁道上能記錄的二進制代碼位上能記錄的二進制代碼位數(shù)，數(shù)， 單位為位/英寸。 是位密度和道密度的乘積，單位為位/平方英寸。 存儲容量存儲容量 一個磁盤存儲器所能存儲的字節(jié)總數(shù)，稱為磁盤存儲器的存儲容量。 存儲容量有格式化容量格式化容量和非格式化容量非格式化容量之分: 格式化容量是指按照某種特定的記錄格式所能存儲信息的總量，也就是用戶可以真正使用的容量。非格式化容量是磁記錄表面可以利用的磁化單元 總數(shù)。平均存取時間平均存取時間 存取時間是指從發(fā)出讀寫命令后，磁頭從某一起始位置移動至新的記錄位

10、置，到開始從盤片表面讀出或寫入信息所需要的時間。 磁頭定位至所要求的磁道上所需的時間定位時間或找道時間； 找道完成后至磁道上需要訪問的信息到達磁頭下的時間，稱為等待時間， 這兩個時間 (找道時間、等待時間)都是隨機變化的， 因此往往使用平均值來表示。 等于、之和。平均找道時間是最大找道時間與最小找道時間的平均值。Ta=Ts+ 1/2r+b/(rN)平均找道時間平均等待時間數(shù)據(jù)傳輸時間 r 為磁盤旋轉速率，轉/秒；N為每磁道字節(jié)數(shù)目前平均找道時間為1020ms。平均等待時間和磁盤轉速有關，它用磁盤旋轉一周所需時間的一半來表示。目前固定頭盤轉速高達6000轉/分，故平均等待時間為5ms。 數(shù)據(jù)傳輸

11、率 磁盤存儲器在單位時間內向主機傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，叫，傳輸率與存儲設備和主機接口邏輯有關。 從存儲設備考慮，假設磁盤旋轉速度為每秒n轉，每條磁道容量為N個字節(jié)，則數(shù)據(jù)傳輸率Dr=nN(字節(jié)/秒)。也可以寫成Dr=Dv(字節(jié)/秒)，其中D為位密度，v為磁盤旋轉的線速度。 平均存取時間雖然包括數(shù)據(jù)傳輸時間雖然包括數(shù)據(jù)傳輸時間，但這一時間相對平均找道時間和平均等待時間來說可以忽略不計。所以磁盤的平均存取時間Ta ，近似地由平均找道時間Ts 和平均等待時間Tw 組成： Ta=Ts+Tw=Tsmax+Tsmin 2Twmax+Twmin 2+【例例】磁盤組有6片磁盤，每片有兩個記錄面，最上最下兩個面不用

12、。存儲區(qū)域內徑22cm ，外徑33cm，道密度為40道/cm，內層位密度400位/cm，轉速2400轉/分。問（） (1)共有多少柱面? (2)盤組總存儲容量是多少? (3)數(shù)據(jù)傳輸率多少? (4)采用定長數(shù)據(jù)塊記錄格式，直接尋址的最小單位是什么?尋址命令中如何表示磁盤地址? (5)如果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，還是記錄在同一個柱面上? (1)有效存儲區(qū)域有效存儲區(qū)域=16.5-11=5.5(cm) 因為道密度因為道密度=40道道/cm，所以，所以405.5=220道，即道，即220個圓柱面?zhèn)€圓柱面(2)內層磁道周長為內層磁道周長為2R=23.1411=69.0

13、8(cm) 每道信息量每道信息量=400位位/cm69.08cm=27632位位=3454B 每面信息量每面信息量=3454B220=759880B 盤組總容量盤組總容量=759880B10=7598800B(3)磁盤數(shù)據(jù)傳輸率磁盤數(shù)據(jù)傳輸率Dr=rN, N為每條磁道容量，為每條磁道容量， N=3454B,r為磁盤轉速，為磁盤轉速， r=2400轉轉/60秒秒=40轉轉/秒秒 Dr=rN=403454B=13816B/s (4)采用定長數(shù)據(jù)塊格式，直接尋址的最小單位是一采用定長數(shù)據(jù)塊格式，直接尋址的最小單位是一個記錄塊個記錄塊(一個扇區(qū)一個扇區(qū))，每個記錄塊記錄固定字節(jié)數(shù)，每個記錄塊記錄固定字

14、節(jié)數(shù)目的信息，在定長記錄的數(shù)據(jù)塊中，活動頭磁盤組目的信息，在定長記錄的數(shù)據(jù)塊中，活動頭磁盤組的編址方式可用如下格式的編址方式可用如下格式(5)如果某文件長度超過一個磁道的容量，應將它記如果某文件長度超過一個磁道的容量，應將它記錄在同一個柱面上，因為不需要重新找道，數(shù)據(jù)讀錄在同一個柱面上，因為不需要重新找道，數(shù)據(jù)讀/寫速度快。寫速度快。六六 磁盤存儲設備的技術發(fā)展磁盤存儲設備的技術發(fā)展1磁盤磁盤cache(1) 磁盤磁盤cache的概念的概念磁盤驅動器的存取時間仍停留在毫秒(ms)級 ;主存的存取時間為納秒(ns)級;兩者速度差別十分突出。兩者速度差別十分突出。 改進方法:增加磁盤主軸轉速，提高

15、I/O總線速度，改進該讀/寫算法和采用磁盤磁盤cache等措施。 高速緩存(cache)是增強相對慢速存儲設備存取速度的暫存存儲器。在主存儲器和CPU之間設置的cache是為了彌補主存和CPU之間速度的差別；同樣磁盤cache是為了彌補慢速磁盤和主存之間的速度差異。所以硬盤和內存之間的所以硬盤和內存之間的Cache就叫做就叫做磁盤高速緩存磁盤高速緩存。磁。磁盤盤cache一次存取的數(shù)量大，數(shù)據(jù)集中，速度要求比一次存取的數(shù)量大，數(shù)據(jù)集中，速度要求比CPU高速緩存低，而且大容量緩存管理工作較復雜，因高速緩存低，而且大容量緩存管理工作較復雜，因此此磁盤磁盤cache的管理和實現(xiàn)一般由硬件和軟件共同完

16、成的管理和實現(xiàn)一般由硬件和軟件共同完成。 目前的磁盤驅動器一般都帶有高速緩存，容量在目前的磁盤驅動器一般都帶有高速緩存，容量在1MB幾幾 MB之間，可由之間，可由 SRAM或或DRAM組成。組成。這項技術可使計算機讀寫時的存儲系統(tǒng)平均數(shù)據(jù)傳輸率提高510倍，適應了當前激增的海量數(shù)據(jù)存儲需求。 (2)磁盤磁盤cache的工作原理的工作原理在磁盤cache中，由一些數(shù)據(jù)塊組成的一個基本單位稱為。當一個I/O請求送到磁盤驅動器時，首先搜索驅動器上的高速緩存行是否已被寫上，數(shù)據(jù)如果是讀操作，且要讀的數(shù)據(jù)已在cache中，則為命中，可從cache中讀出數(shù)據(jù)否則需從磁盤介質上讀出。寫入操作和CPU中的ca

17、che類似，有“直寫”和“寫回”兩種方法。 緩存利用了被訪問數(shù)據(jù)的空間局部性和時間局部性空間局部性和時間局部性規(guī)則?？臻g局部性是指當某些數(shù)據(jù)被存取時，該數(shù)據(jù)附近的其他數(shù)據(jù)可能也將很快被存??；時間局部性是指當某些數(shù)據(jù)被存取后，不久這些數(shù)據(jù)還可能被再次存取 。 2 磁盤陣列存儲器磁盤陣列存儲器RAID 廉價冗余磁盤陣列廉價冗余磁盤陣列(Redundent Array Of Inexpensive Disk，簡稱簡稱RAID)是是用多臺磁盤存儲器組成的大容量外存儲子系統(tǒng)用多臺磁盤存儲器組成的大容量外存儲子系統(tǒng)。其基礎是數(shù)據(jù)分塊技術，即在多個磁盤上交錯存放數(shù)據(jù)使之其基礎是數(shù)據(jù)分塊技術，即在多個磁盤上交

18、錯存放數(shù)據(jù)使之可以并行存取?？梢圆⑿写嫒?。在陣列控制器陣列控制器的組織管理下，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行、交叉存儲或單獨存儲操作。由于陣列中的一部分磁盤存有冗余信息，一旦系統(tǒng)中某一磁盤失效，可以利用冗余信息重建用戶數(shù)據(jù)。促進磁盤陣列技術快速發(fā)展的因素主要有以下三點：(1)CPU速度的增長大大超過了磁盤驅動器數(shù)據(jù)傳輸率的增長。速度的增長大大超過了磁盤驅動器數(shù)據(jù)傳輸率的增長。(2)小盤徑陣列磁盤驅動器與大型驅動器相比具有成本低、功耗小、性能好小盤徑陣列磁盤驅動器與大型驅動器相比具有成本低、功耗小、性能好等優(yōu)點。等優(yōu)點。(3)能保證極高的可靠性和數(shù)據(jù)的可用性。能保證極高的可靠性和數(shù)據(jù)的可用性。 RAID標準分

19、為7級(RAID0-6),這些標準指出了不同存儲容量、可靠性、數(shù)據(jù)傳輸能力、 I/O請求速率的應用需求。 其中RAID0是低成本的標準，未使用校驗技術，可靠性級別低。 RAID 0可以把多塊硬盤連接在一起形成一個容量更大的存儲設備。最簡單的RAID 0技術只是提供更多的磁盤空間，把4塊磁盤組合在一起形成一個獨立的邏輯驅動器，容量相當于任何一塊單獨硬盤的4倍。圖中彩色區(qū)域所示，數(shù)據(jù)被依次寫入到各磁盤中。當一塊磁盤的空間用盡時，數(shù)據(jù)就會被自動寫入到下一塊磁盤中。這種設置方式只有一個好處這種設置方式只有一個好處，那就是可以增加磁盤的容量。 也可以通過設置，使用RAID 0來提高磁盤的性能和吞吐量。R

20、AID0沒有冗余或錯誤修復能力，但是實現(xiàn)成本是最低的。 與“多體交叉存儲器”類似，通過創(chuàng)建條帶集，在同一時間內向多塊磁盤寫入數(shù)據(jù)。所有用戶的數(shù)據(jù)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)可以被看成邏輯的條帶，存儲于邏輯盤。物理磁盤也可以用條帶劃分，每個條帶是一些物理的塊、扇區(qū)或其他單位。數(shù)據(jù)條帶以輪轉方式連續(xù)存于于磁盤陣列。 具體如圖所示: 圖中可以清楚的看到通過建立帶區(qū)集，原先順序寫入的數(shù)據(jù)被分散到所有的四塊硬盤中同時進行讀寫。四塊硬盤的并行操作使同一時間內磁盤讀寫的速度提升了4倍。 RAID 0的數(shù)據(jù)映射補充閱讀ppt40-46 考試不要求RAID1 亦稱鏡像盤，使用雙備份磁盤。亦稱鏡像盤，使用雙備份磁盤。 每當數(shù)據(jù)寫入

21、一個磁盤時，將該數(shù)據(jù)也寫到另一個冗余每當數(shù)據(jù)寫入一個磁盤時，將該數(shù)據(jù)也寫到另一個冗余盤，形成信息的兩份復制品。盤，形成信息的兩份復制品。 特點：昂貴、系統(tǒng)可靠性高、效率低特點：昂貴、系統(tǒng)可靠性高、效率低(冗余度太大冗余度太大)RAID3 位交叉奇偶校驗盤陣列，是單盤容錯并行傳輸?shù)年嚵小Ｎ唤徊嫫媾夹ｒ灡P陣列，是單盤容錯并行傳輸?shù)年嚵小?數(shù)據(jù)以位或字節(jié)交叉的方式存于各盤，冗余的奇偶校驗信息數(shù)據(jù)以位或字節(jié)交叉的方式存于各盤，冗余的奇偶校驗信息存儲在一臺專用盤上。存儲在一臺專用盤上。 將磁盤分組，讀寫要訪問組中所有盤，每組中有一個盤作為將磁盤分組，讀寫要訪問組中所有盤，每組中有一個盤作為校驗盤。校驗盤

22、。RAID2 位交叉式海明編碼陣列。位交叉式海明編碼陣列。 特點特點: 原理上比較優(yōu)越，但冗余信息的開銷太大。原理上比較優(yōu)越，但冗余信息的開銷太大。補充閱讀 校驗盤一般采用奇偶校驗法，當一個磁盤出故障時，可校驗盤一般采用奇偶校驗法，當一個磁盤出故障時，可以通過奇偶校驗磁盤中的校驗和來恢復出錯數(shù)據(jù)。以通過奇偶校驗磁盤中的校驗和來恢復出錯數(shù)據(jù)。 簡單理解為：先將分布在各個數(shù)據(jù)盤上的一組數(shù)據(jù)加起簡單理解為：先將分布在各個數(shù)據(jù)盤上的一組數(shù)據(jù)加起來，將和存放在冗余盤上。一旦某一個盤出錯，只要將冗來，將和存放在冗余盤上。一旦某一個盤出錯，只要將冗余盤上的和減去所有正確盤上的數(shù)據(jù)，得到的差就是出錯余盤上的和

23、減去所有正確盤上的數(shù)據(jù)，得到的差就是出錯的盤上的數(shù)據(jù)。的盤上的數(shù)據(jù)。 缺點：恢復時間較長缺點：恢復時間較長RAID4 專用奇偶校驗獨立存取盤陣列。專用奇偶校驗獨立存取盤陣列。 數(shù)據(jù)以塊數(shù)據(jù)以塊(塊大小可變塊大小可變)交叉的方式存于各盤，冗余的奇交叉的方式存于各盤，冗余的奇偶校驗信息存在一臺專用盤上。偶校驗信息存在一臺專用盤上。特點特點: 允許獨立存取，多個訪問請求可同時進行允許獨立存取，多個訪問請求可同時進行補充閱讀RAID3 RAID4RAID5 塊交叉分布式奇偶校驗盤陣列。塊交叉分布式奇偶校驗盤陣列。 數(shù)據(jù)以塊交叉的方式存于各盤，無專用校驗盤，冗余的奇數(shù)據(jù)以塊交叉的方式存于各盤，無專用校驗

24、盤，冗余的奇偶校驗信息均勻分布于所有盤。偶校驗信息均勻分布于所有盤。 特點特點: 無瓶頸盤，多個寫訪問請求可同時進行無瓶頸盤，多個寫訪問請求可同時進行RAID3 和 RAID4159131721.2610141822.3711151925.P0P1P2P3P4P5.04812P420.159P31621.26P2131722.3P110141825.P07111519P5.RAID5048121620.補充閱讀RAID6（P+Q） 雙維奇偶校驗獨立存取盤陣列。雙維奇偶校驗獨立存取盤陣列。 數(shù)據(jù)以塊數(shù)據(jù)以塊(塊大小可變塊大小可變)交叉的方式存于各盤，冗余的檢、交叉的方式存于各盤，冗余的檢、糾錯信

25、息均勻地分布在所有磁糾錯信息均勻地分布在所有磁 盤上。盤上。 每次寫入數(shù)據(jù)都要訪問一個數(shù)據(jù)盤和兩個校驗盤，可容忍每次寫入數(shù)據(jù)都要訪問一個數(shù)據(jù)盤和兩個校驗盤，可容忍雙盤出錯。雙盤出錯。RAID7 采用采用Cache和異步技術的和異步技術的RAID6，提高響應速度和傳輸速，提高響應速度和傳輸速率率(可達每秒幾十兆字節(jié)可達每秒幾十兆字節(jié))。 補充閱讀(1) 各級各級RAID的結構特點的結構特點RAID級級數(shù)據(jù)磁數(shù)據(jù)磁盤數(shù)盤數(shù)可正常工作的最多失可正常工作的最多失效盤數(shù)效盤數(shù)檢測磁盤檢測磁盤數(shù)數(shù)0 非冗余非冗余8001 鏡像鏡像8182 存儲器式存儲器式ECC8143 位交叉奇偶校驗位交叉奇偶校驗811

26、4 塊交叉奇偶校驗塊交叉奇偶校驗8115 塊交叉分布奇偶塊交叉分布奇偶校驗校驗8116 P+Q冗余冗余8227 Cache + 異步異步822(2) 實現(xiàn)盤陣列的三種方式實現(xiàn)盤陣列的三種方式 軟件方式軟件方式 由主機實現(xiàn)陣列管理軟件。由主機實現(xiàn)陣列管理軟件。 優(yōu)點優(yōu)點: 成本低成本低 缺點：缺點： 陣列卡方式陣列卡方式 把把RAID管理軟件固化在管理軟件固化在I/O控制卡上，從而可不占用主控制卡上，從而可不占用主機時間。機時間。 子系統(tǒng)方式子系統(tǒng)方式 一種基于通用接口總線的開放式平臺，可用于各種一種基于通用接口總線的開放式平臺，可用于各種主機平臺和網(wǎng)絡系統(tǒng)。主機平臺和網(wǎng)絡系統(tǒng)。一、磁帶機的原理

27、、分類 在所有磁存儲介質中，磁帶是單位存儲信息成本最低、容量最大的存儲介質，常用來做數(shù)據(jù)備份常用來做數(shù)據(jù)備份。 整個磁帶機的組成包括：磁頭、磁帶及基本的硬件結構。下面將對磁帶機的工作原理、磁帶機所采用技術、磁帶和磁帶機的分類作以介紹。（1）磁帶機的工作原理）磁帶機的工作原理一般磁帶機的主要組成部分有：走帶機構、磁帶盤驅動機構、走帶機構、磁帶盤驅動機構、磁帶緩沖機構、讀磁帶緩沖機構、讀/寫裝置和自動裝、卸帶機構寫裝置和自動裝、卸帶機構等。磁帶機工作時，其磁頭固定不動，磁帶在磁頭下面作恒速運動，磁頭在讀/寫電路作用下對磁帶作寫入或讀出操作。 磁帶機中磁帶讀寫簡圖磁帶機中磁帶讀寫簡圖（3）磁帶和磁帶

28、機的分類）磁帶和磁帶機的分類 磁帶的種類很多，可以分為6種規(guī)格。 有2 2種規(guī)格的磁帶種規(guī)格的磁帶采用螺旋掃描讀寫方式，他們適用于DAT（4mm）磁帶機和8mm磁帶機。 另外的磁帶，都采用數(shù)據(jù)流存儲技術（2）磁帶機采用的技術）磁帶機采用的技術根據(jù)磁帶的讀寫工作原理，讀寫工作原理，可將磁帶機所采用的技術分為：螺旋掃描技術線性記錄（數(shù)據(jù)流）技術DLT(數(shù)碼線性磁帶)技術LTO技術(LTO（Linear Tape-Open，開放線性磁帶） 磁帶機 DLT 3480/3490 DC6000 Travan 8mm DAT 4mm DAT 螺旋掃描磁帶機機 數(shù)據(jù)流磁帶機 1/4 英寸（QIC） 1/2 英

29、寸 磁帶機的分類QIC（Quarter Inch Cartridge：1/4英寸帶卷）磁帶：它包括DC6000和DC2000兩種規(guī)格。DAT（Digital Audio Tape）磁帶8mm磁帶1/2英寸磁帶：又分為DLT（Digital L i n e a r T a p e ） 磁 帶 和IBM3480/3490/3590系列磁帶兩類。 HP DAT40磁帶機DAT40是HP公司的DAT格式磁帶機，是螺旋記錄格式螺旋記錄格式中體積最小巧的產(chǎn)品，廣泛應用在各種服務器中。小巧的4mm磁帶具有40GB的單盤容量，足以滿足典型局域網(wǎng)環(huán)境下的備份要求。DAT40磁帶機傳輸率達到6MB/s，40GB數(shù)

30、據(jù)的備份在兩小時之內即可完成。SDLT320壓縮容量達 320GB* 壓縮性能達 115GB/h* HP Ultrium(傲群）460（LTO磁帶機) HP Ultrium磁帶機是世界上最快的磁帶機之一，單盤磁帶的容量目前已經(jīng)達到200GB，持續(xù)傳輸率30 MB/s（壓縮），支持Ultra SCSI LVD（低壓差分）或Ultra 2 SCSI，5.25英寸全高設計可以方便地安裝在各種服務器中。Ultrium的單軸磁帶采用了先進的線性記錄技術（目前支持Ultrium-1記錄格式），在半高磁帶介質上形成8通道線性螺旋形記錄。數(shù)據(jù)流磁帶機數(shù)據(jù)流磁帶機：數(shù)據(jù)流磁帶機是將數(shù)據(jù)連續(xù)地寫在磁帶上，每個數(shù)據(jù)

31、塊間插入記錄間隙，使磁帶機在數(shù)據(jù)塊間不啟停。它用電子控制代替機械控制從而簡化了磁帶機的結構，降低了成本，提高了可靠性。 數(shù)據(jù)流磁帶機有1/2英寸開盤式開盤式和1/4英寸盒式盒式兩種。盒式磁帶的結構類似于錄音帶和錄像帶，盒帶內部裝有供帶盤和收帶盤， 二、磁帶的記錄格式二、磁帶的記錄格式 數(shù)據(jù)流磁帶機是串行逐道記錄，其讀寫順序類似于磁盤。記錄信息時，從0號磁道開始，偶數(shù)磁道從磁帶首端BOT到磁帶末端EOT，而奇數(shù)磁道則從EOT到BOT，且要依次首尾相接。這種方式稱做蛇形串行記錄蛇形串行記錄。 1/4英寸盒式數(shù)據(jù)流磁帶也是一種通用的標準磁帶。其中9道磁帶記錄格式括:前同步、數(shù)據(jù)塊標志(1B)、用戶數(shù)

32、據(jù)(512B)、地址號(4B)、CRC校驗碼(2B)和后同步。數(shù)據(jù)流磁帶數(shù)據(jù)流磁帶3210例例5* 不要求不要求,僅供參考僅供參考 現(xiàn)有半英寸(1英寸=25.4mm)9道磁帶機，記錄密度為每英寸6250B，帶速3m/s，啟停 時間5ms，帶長900m，按塊記錄文件；每條記錄長128B，塊化系數(shù)為16(磁帶的塊化系數(shù)是指每個數(shù)據(jù)塊所容納的記錄條數(shù))，塊間間隔為10mm。 求： (1)磁帶記錄密度每毫米多少字節(jié)； (2)數(shù)據(jù)傳輸率； (3)每個塊占磁帶長度； (4)整盤帶可容納的記錄條數(shù)； (5)讀出160 000條記錄所需的時間。9個磁道對應個磁道對應9個磁頭個磁頭磁道號9磁道號1.(1) 因為

33、已知記錄密度因為已知記錄密度d=6250B/英寸，所以磁帶記錄密英寸，所以磁帶記錄密度度d=6250B/25.4mm=246B/mm (2) 根據(jù)公式根據(jù)公式c=dv，已知，已知v=3m/s,d=246B/mm，則數(shù)據(jù)傳輸率則數(shù)據(jù)傳輸率c=246B/mm31000mm/s=738千字節(jié)千字節(jié)/s(3) 每塊所占磁帶長度包括兩部分：一是記錄一塊數(shù)據(jù)每塊所占磁帶長度包括兩部分：一是記錄一塊數(shù)據(jù)的長度，二是塊間間隔。的長度，二是塊間間隔。一塊數(shù)據(jù)所占字節(jié)數(shù)一塊數(shù)據(jù)所占字節(jié)數(shù)=(字節(jié)數(shù)字節(jié)數(shù)/每個記錄每個記錄)塊化系數(shù)塊化系數(shù)=12816=2048字節(jié)字節(jié)2048字節(jié)占有的帶長字節(jié)占有的帶長=2048

34、/(記錄密度記錄密度)=2048/246=8mm 每塊占磁帶長度每塊占磁帶長度=8mm+10mm=18mm(4) 一盤帶能存儲的記錄塊數(shù)一盤帶能存儲的記錄塊數(shù)=總帶長總帶長/一個塊長一個塊長=9001000mm/18mm=50103塊塊 所以，整盤帶可容納的記錄條數(shù)所以，整盤帶可容納的記錄條數(shù)=塊化系數(shù)塊化系數(shù)塊數(shù)塊數(shù)=1650103=800 000條記錄條記錄(5) 160 000條記錄需要的記錄塊數(shù)條記錄需要的記錄塊數(shù)=160 000/塊化系數(shù)塊化系數(shù)=160 000/16=10103塊塊 讀出讀出160 000條記錄所需時間條記錄所需時間t=啟停時間啟停時間(t1)+有效時間有效時間(t

35、2)+間隔時間間隔時間(t3) 啟停時間啟停時間t1：讀出：讀出160 000條記錄需啟停一次磁帶機的時條記錄需啟停一次磁帶機的時間，已知間，已知t1=5ms;有效時間有效時間t2：不包括塊間間隔，：不包括塊間間隔，160 000條記錄的讀出時間條記錄的讀出時間，已求出傳輸率為，已求出傳輸率為738千字節(jié)千字節(jié)/s，故，故 t2=(160 000128)/(738*1024/s)=27s；間隔時間間隔時間t3：計算出總的塊間隔長度，然后除以帶速。因：計算出總的塊間隔長度，然后除以帶速。因160 000條記錄共分條記錄共分10 000塊，塊間隔共長塊，塊間隔共長100m，故，故t3=33.333

36、s ,因此總時間因此總時間t=5ms+27s+33.333s=60.338s 第第4節(jié)節(jié) 光盤和磁光盤存儲設備光盤和磁光盤存儲設備一、光盤存儲設備一、光盤存儲設備二、磁光盤存儲設備二、磁光盤存儲設備一、光盤存儲設備一、光盤存儲設備 光存儲器簡稱光盤光盤，是近年來頗受重視的一種外存設備，更是多媒體計算機不可缺少的設備。光盤采用聚焦激光束在盤式介質上非接觸地記錄高密度信息，以介質材料的光學性質(如反射率、偏振方向)的變化來表示所存儲信息的“1”或“0”。 只讀類只讀類( (如如CD-ROM(CD-ROM(只讀只讀) )、DVD-ROMDVD-ROM等等) ) 可寫類可寫類( (如如CD-R(CD-

37、R(寫一次寫一次) )、CD-RW(CD-RW(可讀寫可讀寫) )、MO(MO(磁光磁光盤盤, ,多次寫多次寫) )等等) ) 只讀型光盤，它由生產(chǎn)廠家預先寫入數(shù)據(jù)和程序，只讀型光盤，它由生產(chǎn)廠家預先寫入數(shù)據(jù)和程序，使用時用戶只能讀出，不能修改或寫入新內容。使用時用戶只能讀出，不能修改或寫入新內容。 這種光盤是以燒孔的形式記錄信息的，首先要精這種光盤是以燒孔的形式記錄信息的，首先要精心制作母盤，然后通過母盤壓制出復制盤。在光盤的心制作母盤，然后通過母盤壓制出復制盤。在光盤的記錄薄膜上有小孔表示記錄記錄薄膜上有小孔表示記錄“1”，無小孔表示記錄，無小孔表示記錄“0”。 CD是通過在涂有玻璃表層的主盤上，用高能紅外激光束燒出0.8毫米直徑的小孔制成的。用這種主盤做成模子，上面帶有燒好的激光孔，然后往模子上注入熔化的多種碳酸鹽脂，使