外存系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與性能標(biāo)準(zhǔn)版v.ppt

1、計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)結(jié)構(gòu)與性能教學(xué)課件（標(biāo)準(zhǔn)版） 易建勛 編著 清華大學(xué)出版社2011年5月,主講：易建勛老師,第2頁(yè) 共79頁(yè),第8章 外存系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與性能,8.1 閃存的結(jié)構(gòu)與性能【重點(diǎn)】 8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能【重點(diǎn)】 8.3 光盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,主講：易建勛老師,第3頁(yè) 共79頁(yè),8.1 閃存的結(jié)構(gòu)與性能,8.1.1 閃存的基本類(lèi)型 閃存從EEPROM技術(shù)發(fā)展而來(lái)。 優(yōu)點(diǎn)：快速存儲(chǔ)，永久存儲(chǔ)，可利用現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)。 缺點(diǎn)：讀寫(xiě)速度較DRAM慢，擦寫(xiě)次數(shù)有極限。 讀寫(xiě)特性： 閃存以區(qū)塊為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)擦除和寫(xiě)入; 區(qū)塊大小為8KB128KB。,主講：易建勛老師,第4頁(yè) 共79頁(yè),8.1 閃

2、存的結(jié)構(gòu)與性能,由于閃存不能以字節(jié)為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)的隨機(jī)寫(xiě)入，因此閃存目前還不可能作為內(nèi)存使用。 NOR（異或）型閃存 由Intel和AMD公司主導(dǎo)，用于程序儲(chǔ)存和運(yùn)行。 NOR閃存特點(diǎn)： 可隨機(jī)讀，但寫(xiě)操作按“塊”進(jìn)行。,主講：易建勛老師,第5頁(yè) 共79頁(yè),8.1 閃存的結(jié)構(gòu)與性能,NOR閃存適合于頻繁隨機(jī)讀操作，并直接在閃存內(nèi)運(yùn)行。如BIOS芯片，手機(jī)存儲(chǔ)芯片，交換機(jī)、路由器中的存儲(chǔ)器等。 手機(jī)是NOR閃存應(yīng)用的大戶(hù)。,主講：易建勛老師,第6頁(yè) 共79頁(yè),8.1 閃存的結(jié)構(gòu)與性能,NAND（與非 ）型閃存： 大部分專(zhuān)利權(quán)掌握在東芝、三星、SanDisk等公司。 NAND閃存采用地址線(xiàn)和數(shù)據(jù)線(xiàn)

3、復(fù)用技術(shù)。 NAND閃存小數(shù)據(jù)塊操作速度慢，而大數(shù)據(jù)塊速度快。 NAND閃存主要用來(lái)存儲(chǔ)資料，如U盤(pán)、數(shù)碼存儲(chǔ)卡、固態(tài)硬盤(pán)等。,主講：易建勛老師,第7頁(yè) 共79頁(yè),8.1 閃存的結(jié)構(gòu)與性能,8.1.2 閃存存儲(chǔ)單元工作原理 閃存采用單晶體管設(shè)計(jì)，無(wú)需存儲(chǔ)電容。 閃存結(jié)構(gòu)： （1）SLC（單級(jí)儲(chǔ)存單元）結(jié)構(gòu)： 在1個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)1位數(shù)據(jù)。 （2）MLC（多級(jí)儲(chǔ)存單元） 結(jié)構(gòu)： 在1個(gè)存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)2位數(shù)據(jù)。,主講：易建勛老師,第8頁(yè) 共79頁(yè),8.1 閃存的結(jié)構(gòu)與性能,MLC通過(guò)不同級(jí)別的內(nèi)部電壓，在1個(gè)存儲(chǔ)單元中記錄2組位信息（00、01、11、10）。 MLC的記錄密度比SLC提高了1倍。

4、但是，MLC電壓變化頻繁，使用壽命遠(yuǎn)低于SLC，MLC只能承受約1萬(wàn)次的擦寫(xiě)。 MLC需要更長(zhǎng)的讀寫(xiě)時(shí)間； SLC比MLC要快3倍以上。,主講：易建勛老師,第9頁(yè) 共79頁(yè),8.1 閃存的結(jié)構(gòu)與性能,NAND閃存和NOR閃存都采用MOS晶體管作為基本存儲(chǔ)單元，不同的是構(gòu)成存儲(chǔ)陣列時(shí)，采用了不同的技術(shù)方式。 NAND閃存采用“與非”方式構(gòu)成存儲(chǔ)陣列； NOR閃存采用“異或”方式構(gòu)成儲(chǔ)存陣列。,主講：易建勛老師,第10頁(yè) 共79頁(yè),8.1 閃存的結(jié)構(gòu)與性能,閃存通過(guò)在浮空柵極上放置電子和清除電子來(lái)表示數(shù)據(jù) 浮空柵極中有電子時(shí)為“0”，無(wú)電子時(shí)為“1”。,主講：易建勛老師,第11頁(yè) 共79頁(yè),8.1

5、 閃存的結(jié)構(gòu)與性能,在閃存存儲(chǔ)單元中，當(dāng)沒(méi)有外部電流來(lái)改變存儲(chǔ)單元中浮空柵極的電子狀態(tài)時(shí)，浮空柵極就會(huì)一直保持原來(lái)狀態(tài)，這也就保證了數(shù)據(jù)不會(huì)因?yàn)閿嚯姸鴣G失。,主講：易建勛老師,第12頁(yè) 共79頁(yè),8.1 閃存的結(jié)構(gòu)與性能,8.1.3 NOR閃存結(jié)構(gòu)與性能 NOR閃存電路特點(diǎn)： (1) NOR閃存有獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線(xiàn)和地址總線(xiàn)，能快速隨機(jī)讀取數(shù)據(jù)。 (2) NOR閃存寫(xiě)入數(shù)據(jù)前，必須先將目標(biāo)塊內(nèi)所有位都寫(xiě)為0（擦除操作）。 (3) NOR閃存可以單字節(jié)寫(xiě)入，但不能單字節(jié)擦除。 NOR閃存?zhèn)鬏斝屎芨?，適合存儲(chǔ)程序代碼，對(duì)大型數(shù)據(jù)文件應(yīng)用顯得力不從心。,主講：易建勛老師,第13頁(yè) 共79頁(yè),8.1 閃

6、存的結(jié)構(gòu)與性能,8.1.4 NAND閃存結(jié)構(gòu)與性能 NAND閃存接口位寬為8位或16位。 如韓國(guó)現(xiàn)代HY27UK08BGFM閃存芯片： 總?cè)萘繛?GB，頁(yè)面大小為（2KB+64B），8個(gè)I/O接口每次可以傳輸（2KB+64B）8=16.5KB數(shù)據(jù)。 NAND閃存采用地址/數(shù)據(jù)總線(xiàn)復(fù)用技術(shù) 大容量閃存一般采用32位地址總線(xiàn)。 NAND閃存的一個(gè)重要特點(diǎn)是閃存芯片容量越大，尋址時(shí)間越長(zhǎng)。,主講：易建勛老師,第14頁(yè) 共79頁(yè),8.1 閃存的結(jié)構(gòu)與性能,NAND閃存與NOR閃存的性能比較,主講：易建勛老師,第15頁(yè) 共79頁(yè),8.1 閃存的結(jié)構(gòu)與性能,8.1.5 固態(tài)盤(pán)技術(shù)與性能 SSD（固態(tài)硬盤(pán)）

7、由存儲(chǔ)單元和控制單元組成，存儲(chǔ)單元采用閃存作為存儲(chǔ)介質(zhì)，控制單元采用高性能I/O控制芯片。 固態(tài)硬盤(pán)耗電量只有機(jī)械硬盤(pán)的5%左右，寫(xiě)入速度與機(jī)械硬盤(pán)相當(dāng)，讀取速度是機(jī)械硬盤(pán)的3倍。 成本與壽命是固態(tài)盤(pán)普及的最大問(wèn)題。,主講：易建勛老師,第16頁(yè) 共79頁(yè),8.1 閃存的結(jié)構(gòu)與性能,固態(tài)硬盤(pán)在接口標(biāo)準(zhǔn)、功能及使用方法上，與機(jī)械硬盤(pán)完全相同。 固態(tài)硬盤(pán)沒(méi)有機(jī)械部件，因而抗震性能極佳，同時(shí)工作溫度很低。 固態(tài)硬盤(pán)與U盤(pán)的區(qū)別在于用途不同，U盤(pán)著眼于移動(dòng)性，采用USB接口；固態(tài)硬盤(pán)著眼于趕超機(jī)械硬盤(pán)，采用SATA接口。,主講：易建勛老師,第17頁(yè) 共79頁(yè),8.1 閃存的結(jié)構(gòu)與性能,NAND閃存芯片技

8、術(shù)參數(shù),主講：易建勛老師,第18頁(yè) 共79頁(yè),8.1 閃存的結(jié)構(gòu)與性能,3U盤(pán)存儲(chǔ)技術(shù) U盤(pán)是利用閃存、控制芯片和USB接口技術(shù)的一種小型半導(dǎo)體移動(dòng)固態(tài)盤(pán)。,主講：易建勛老師,第19頁(yè) 共79頁(yè),8.1 閃存的結(jié)構(gòu)與性能,固態(tài)盤(pán)的基本組成,主講：易建勛老師,第20頁(yè) 共79頁(yè),8.1 閃存的結(jié)構(gòu)與性能,8.1.6 閃存卡技術(shù)與性能 閃存卡是在閃存芯片中加入專(zhuān)用接口電路的一種單片型移動(dòng)固態(tài)盤(pán)。,主講：易建勛老師,第21頁(yè) 共79頁(yè),8.1 閃存的結(jié)構(gòu)與性能,各種非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器技術(shù)比較,主講：易建勛老師,第22頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,8.2.1 硬盤(pán)基本組成 SATA接口硬盤(pán)

9、主要用于臺(tái)式微機(jī)； SAS接口硬盤(pán)主要用于服務(wù)器； USB硬盤(pán)主要用作移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備。 （1）硬盤(pán)呼吸孔 呼吸孔的作用是調(diào)節(jié)硬盤(pán)內(nèi)部氣壓，使他與大氣氣壓保持一致，避免劇烈的氣壓變化使硬盤(pán)頂蓋突起或凹陷。,主講：易建勛老師,第23頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,硬盤(pán)外觀(guān),伺服孔,呼吸孔,主講：易建勛老師,第24頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,（2）盤(pán)片伺服孔 硬盤(pán)伺服孔用于磁頭定位信號(hào)寫(xiě)入。 3硬盤(pán)內(nèi)部組成 盤(pán)片組件 磁頭組件 控制電路板（PCB） 盤(pán)體和蓋板等。,主講：易建勛老師,第25頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,硬盤(pán)基本組成,盤(pán)片組件,磁頭組件,盤(pán)體組件,電路組件,

10、主講：易建勛老師,第26頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,4盤(pán)片組件 盤(pán)片用鋁合金作為基片，厚度大約1mm； 盤(pán)片數(shù)量在15片之間； 盤(pán)片尺寸與存儲(chǔ)容量有關(guān)，2.5英寸的磁盤(pán)存儲(chǔ)容量約為3.5英寸磁盤(pán)的一半左右； 主流產(chǎn)品為3.5英寸硬盤(pán)。,主講：易建勛老師,第27頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,硬盤(pán)轉(zhuǎn)速的提高帶來(lái)了磨損加劇、溫度升高、噪聲增大等一系列負(fù)面影響。 5磁頭組件 滑塊和磁頭 磁頭傳動(dòng)臂組件 前置放大器 磁頭懸架組件 音圈電機(jī)等,主講：易建勛老師,第28頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,硬盤(pán)磁頭組件,主講：易建勛老師,第29頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,

11、6控制電路板組件 控制電路芯片 主控制芯片 電機(jī)控制芯片 高速數(shù)據(jù)緩存芯片 數(shù)據(jù)物理層讀取芯片 固件芯片等,主講：易建勛老師,第30頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,8.2.2 硬盤(pán)工作原理 硬盤(pán)采用溫徹斯特（Winchester）技術(shù)，它采用密封、固定并高速旋轉(zhuǎn)的鍍磁盤(pán)片，磁頭沿盤(pán)片徑向移動(dòng)，磁頭懸浮在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的盤(pán)片上方，而且不與盤(pán)片直接接觸。 硬盤(pán)必須在凈室環(huán)境中生產(chǎn)。,主講：易建勛老師,第31頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,2硬盤(pán)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)原理 硬盤(pán)盤(pán)片由鋁質(zhì)合金和磁性材料組成。 硬盤(pán)利用磁記錄位的極性來(lái)記錄二進(jìn)制數(shù)據(jù)位。 如將南極表示數(shù)字“0”，北極表示為“1”。 硬盤(pán)利用

12、一個(gè)很小區(qū)域組成一個(gè)同一方向的“磁記錄位”（小于100nm）,主講：易建勛老師,第32頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,直流平衡問(wèn)題： 當(dāng)出現(xiàn)長(zhǎng)串的連續(xù)“1”或連續(xù)“0”信號(hào)時(shí)，接收端無(wú)法從收到的數(shù)據(jù)流中提取位同步信號(hào)。 編碼的目的是解決直流平衡，使“0”與“1”的編碼個(gè)數(shù)相當(dāng)。 硬盤(pán)普遍采用RLL（運(yùn)行長(zhǎng)度受限）編碼方式記錄磁信號(hào)。,主講：易建勛老師,第33頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,3磁頭飛行間隙的控制 盤(pán)片高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣流相當(dāng)強(qiáng)，它使磁頭升起與盤(pán)面保持一個(gè)微小的距離。磁頭飛行高度約為10nm左右,主講：易建勛老師,第34頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,4硬盤(pán)讀

13、操作工作原理 早期硬盤(pán)采用讀寫(xiě)合一的電磁感應(yīng)式磁頭。 目前采用讀/寫(xiě)分離的GMR和TMR磁頭。 GMR磁頭利用“磁阻效應(yīng)”，即磁頭中導(dǎo)體的電阻值，會(huì)隨盤(pán)片上磁場(chǎng)的變化而變化。 目前硬盤(pán)讀操作采用GMR磁頭，而寫(xiě)操作仍采用傳統(tǒng)的磁感應(yīng)磁頭。,主講：易建勛老師,第35頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,硬盤(pán)磁頭讀/寫(xiě)原理,主講：易建勛老師,第36頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,5硬盤(pán)寫(xiě)操作工作原理 寫(xiě)操作原理 電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，圍繞導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)。當(dāng)電流方向改變時(shí)，磁場(chǎng)的極性也會(huì)改變。,主講：易建勛老師,第37頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,8.2.3 硬盤(pán)電路結(jié)構(gòu) 硬盤(pán)電路

14、結(jié)構(gòu)有： DSP（數(shù)字信號(hào)處理）芯片； 磁頭組件電路； 主軸電機(jī)/音圈電機(jī)控制電路； 高速緩存等。,主講：易建勛老師,第38頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,8.2.4 硬盤(pán)邏輯結(jié)構(gòu) 邏輯結(jié)構(gòu)：盤(pán)片上信號(hào)存儲(chǔ)格式。,主講：易建勛老師,第39頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,磁道 盤(pán)片最外圈為0道，最內(nèi)圈為n道。 扇區(qū) 每個(gè)扇區(qū)可以存儲(chǔ)512B信息。 扇區(qū)分為兩部分，一部分為ID地址段；另一部分是用戶(hù)數(shù)據(jù)段。 伺服扇區(qū) 指磁道和扇區(qū)定位信息，一般寫(xiě)入格雷碼信息，根據(jù)格雷碼可以對(duì)某一個(gè)磁道的某一扇區(qū)進(jìn)行精確定位。,主講：易建勛老師,第40頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,柱面 數(shù)

15、據(jù)按柱面進(jìn)行讀/寫(xiě)，不是按磁道進(jìn)行讀/寫(xiě)。 簇 操作系統(tǒng)分配磁盤(pán)存儲(chǔ)空間的最小單位。在Windows 2000/XP/Vista操作系統(tǒng)中，缺省情況下每簇為4KB。 尋址方式 硬盤(pán)為線(xiàn)性尋址，即以扇區(qū)為單位進(jìn)行尋址。,主講：易建勛老師,第41頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,LBA（邏輯塊尋址）模式 BIOS中的柱面、磁頭、扇區(qū)等參數(shù)，并不是硬盤(pán)的實(shí)際物理參數(shù)。 硬盤(pán)容量=LBA512 硬盤(pán)中部分存儲(chǔ)空間對(duì)用戶(hù)是隱藏的； 隱藏部分包括固件區(qū)和替代缺陷扇區(qū)的保留區(qū)。,主講：易建勛老師,第42頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,固件區(qū)：保存若干程序模塊和硬盤(pán)參數(shù)。,主講：易建勛老師,第4

16、3頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,8.2.5 固件與缺陷表 固件功能 硬盤(pán)初始化、伺服信息或伺服字段參數(shù)、硬盤(pán)低級(jí)格式化、固件微代碼（操作程序）、配置表、硬盤(pán)缺陷表等。,主講：易建勛老師,第44頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,硬盤(pán)生產(chǎn)過(guò)程極其精密，很難做到100%完美，盤(pán)面或多或少存在一些缺陷。 P-List（基本缺陷列表） 硬盤(pán)出廠(chǎng)前通過(guò)低級(jí)格式化，自動(dòng)找出所有缺陷磁道和缺陷扇區(qū)，記錄在P-List中，操作系統(tǒng)和用戶(hù)不能使用它們。 硬盤(pán)基本缺陷表記錄有一定數(shù)量的缺陷，少則數(shù)百，多則數(shù)以萬(wàn)計(jì)。,主講：易建勛老師,第45頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,G-List（增長(zhǎng)缺

17、陷表） 硬盤(pán)使用中，會(huì)出現(xiàn)一些新的缺陷扇區(qū)。為了減少硬盤(pán)返修率，廠(chǎng)商在硬盤(pán)內(nèi)設(shè)計(jì)了一個(gè)自動(dòng)修復(fù)機(jī)制。在硬盤(pán)讀寫(xiě)過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)一個(gè)缺陷扇區(qū)，則自動(dòng)分配一個(gè)備用扇區(qū)來(lái)替換該缺陷扇區(qū)，并將缺陷扇區(qū)及其替換情況記錄在G-List中，這樣，少量的缺陷扇區(qū)對(duì)用戶(hù)的使用沒(méi)有太大的影響。,主講：易建勛老師,第46頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,P-List和G-List表無(wú)法用標(biāo)準(zhǔn)ATA硬盤(pán)指令來(lái)獲取以及修改。 專(zhuān)業(yè)硬盤(pán)修復(fù)工具軟件（如PC-3000）需要裝載不同的固件模塊才能對(duì)它們進(jìn)行操作。,主講：易建勛老師,第47頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,8.2.6 硬盤(pán)接口類(lèi)型 1IDE接口 I

18、DE接口采用ATA標(biāo)準(zhǔn)，也稱(chēng)為PATA。,主講：易建勛老師,第48頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,2SATA接口 SATA采用低壓差分信號(hào)傳輸。 SATA雙工通信由兩個(gè)單工信道組成，一個(gè)用于發(fā)送信號(hào)（寫(xiě)數(shù)據(jù)），一個(gè)用于接收信號(hào)（讀數(shù)據(jù)），每個(gè)單工信道需要2根數(shù)據(jù)線(xiàn)，SATA共需要4根數(shù)據(jù)線(xiàn)。,主講：易建勛老師,第49頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,硬盤(pán)接口類(lèi)型,主講：易建勛老師,第50頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,SATA采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸 SATA信號(hào)接口采用7針“L”型連接器 SATA 2.0標(biāo)準(zhǔn)最大接口速率為3.0Gbit/s SATA最大線(xiàn)路連接長(zhǎng)度為

19、1m SATA提供+12V、+5V和+3.3V的電壓,主講：易建勛老師,第51頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,3eSATA接口 eSATA接口采用平直型“一”字形接口。 采用屏蔽信號(hào)線(xiàn)，eSATA連接長(zhǎng)度達(dá)2m。 SATA只能插拔 幾十次，eSATA 能插拔2000次左右。,主講：易建勛老師,第52頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,4SCSI接口 SCSI接口用于服務(wù)器硬盤(pán)，它能連接多個(gè)設(shè)備。 SCSI硬盤(pán)的CPU占用率極低，但是SCSI硬盤(pán)較貴，因此SCSI接口處于淘汰趨勢(shì)。,SCSI接口,主講：易建勛老師,第53頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,5SAS接口 SAS（串

20、行連接SCSI）是SCSI的串行版。 SAS和SATA在物理上和電氣上有兼容性。,主講：易建勛老師,第54頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,8.2.7 硬盤(pán)設(shè)計(jì)技術(shù) 1垂直磁記錄技術(shù) 垂直磁記錄技術(shù)將磁場(chǎng)方向改變了90度，磁記錄垂直于盤(pán)面的磁場(chǎng)，增加了磁盤(pán)整體存儲(chǔ)容量。 采用垂直磁記錄技術(shù)，硬盤(pán)的基本工作原理和結(jié)構(gòu)都沒(méi)有發(fā)生改變，重要的技術(shù)變革在于磁介質(zhì)、磁頭和讀寫(xiě)電子器件上。,主講：易建勛老師,第55頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,硬盤(pán)水平和垂直磁記錄技術(shù),水平磁記錄,垂直磁記錄,主講：易建勛老師,第56頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,2多層磁盤(pán)結(jié)構(gòu)技術(shù) 磁盤(pán)表面采用了

21、特殊激光防滑齒保護(hù)層。 記錄層采用氧化鉻覆蓋（磁性材料）或鈷層。 磁盤(pán)一般采用1個(gè)記錄層和12個(gè)穩(wěn)定層。,主講：易建勛老師,第57頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,4硬盤(pán)數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù) S.M.A.R.T.（自監(jiān)測(cè)、分析及報(bào)告）技術(shù)： 由硬盤(pán)監(jiān)測(cè)電路對(duì)磁頭、磁盤(pán)、電機(jī)、電路等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。硬盤(pán)運(yùn)行出現(xiàn)安全值范圍以外的情況時(shí)，硬盤(pán)自動(dòng)向用戶(hù)發(fā)出警告，并自動(dòng)降低硬盤(pán)運(yùn)行速度，將重要數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)存到其它安全扇區(qū)。,主講：易建勛老師,第58頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,S.M.A.R.T.只要硬盤(pán)電源開(kāi)著，每隔8小時(shí)就會(huì)做一次掃描、分析與修復(fù)動(dòng)作。 S.M.A.R.T. 只能監(jiān)測(cè)漸發(fā)性故障，對(duì)

22、突發(fā)性故障，如磁頭突然斷裂等，這種技術(shù)也無(wú)能為力。,主講：易建勛老師,第59頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,8.2.8 RAID磁盤(pán)陣列技術(shù) 改進(jìn)磁盤(pán)性能的方法： 磁盤(pán)高速緩存技術(shù) RAID（廉價(jià)磁盤(pán)冗余陣列）技術(shù) 小型RAID由2個(gè)硬盤(pán)和RAID控制卡組成 大型RAID由專(zhuān)用計(jì)算機(jī)和幾十個(gè)磁盤(pán)組成 RAID級(jí)別大小并不代表技術(shù)的高低,主講：易建勛老師,第60頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,小型磁盤(pán)陣列,主講：易建勛老師,第61頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,3RAID 0條帶技術(shù) RAID 0采用無(wú)數(shù)據(jù)冗余的條帶化存儲(chǔ)技術(shù) 性能提高80%；硬盤(pán)利用率95%；無(wú)糾錯(cuò)。,

23、數(shù)據(jù)條帶,主講：易建勛老師,第62頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,4RAID 1鏡像技術(shù) RAID 1采用數(shù)據(jù)鏡像技術(shù)。 無(wú)性能提高；硬盤(pán)利用率50%；數(shù)據(jù)備份。,數(shù)據(jù)鏡像,主講：易建勛老師,第63頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,5RAID 5校驗(yàn)技術(shù) RAID 5對(duì)硬盤(pán)數(shù)據(jù)進(jìn)行糾錯(cuò)校驗(yàn)。 性能提高70%；硬盤(pán)利用率90%；可糾錯(cuò)。,主講：易建勛老師,第64頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,8.2.9 硬盤(pán)主要技術(shù)性能 單碟容量是衡量硬盤(pán)技術(shù)的一個(gè)主要指標(biāo)。 硬盤(pán)單碟容量增加后速度反而加快了。 硬盤(pán)轉(zhuǎn)速越快，發(fā)熱量和噪聲越大。 平均訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間=平均尋道時(shí)間+平均等待時(shí)間 硬

24、盤(pán)平均尋道時(shí)間在8ms左右。 硬盤(pán)7200rpm時(shí)，平均等待時(shí)間為4.167ms,主講：易建勛老師,第65頁(yè) 共79頁(yè),8.2 硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,目前內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸速率為80150MB/s 高轉(zhuǎn)速硬盤(pán)采用小尺寸盤(pán)片控制能耗和噪音。,主講：易建勛老師,第66頁(yè) 共79頁(yè),8.3 光盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,8.3.1 光盤(pán)的類(lèi)型與結(jié)構(gòu) 光盤(pán)讀寫(xiě)原理： 只讀光盤(pán)，如DVD-ROM； 1次刻錄光盤(pán)，如DVD-R； 反復(fù)讀寫(xiě)光盤(pán)，如DVD-RW、DVD-RAM。 光盤(pán)容量： CD-ROM容量為650MB； DVD-ROM容量為4.7-17GB； BD-ROM容量為23-27GB。,主講：易建勛老師,第67頁(yè) 共7

25、9頁(yè),8.3 光盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,光盤(pán)由保護(hù)層（透明塑料涂層）、反射層（鍍鋁涂層）、塑料基板層（數(shù)據(jù)記錄）、標(biāo)簽層（光盤(pán)屏蔽保護(hù)）等組成。,主講：易建勛老師,第68頁(yè) 共79頁(yè),8.3 光盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,只讀光盤(pán)物理結(jié)構(gòu) 光盤(pán)每扇區(qū)為2KB 光盤(pán)最內(nèi)圈光道為起始扇區(qū)（1號(hào)扇區(qū)） 光盤(pán)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)原理：光盤(pán)中每個(gè)溝槽邊緣代表數(shù)據(jù)“1”，其它地方代表數(shù)據(jù)“0”。,主講：易建勛老師,第69頁(yè) 共79頁(yè),8.3 光盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,8.3.2 一次性寫(xiě)光盤(pán)的物理結(jié)構(gòu) BD-R/DVD-R/CD-R都是一次性寫(xiě)光盤(pán)（刻錄光盤(pán)） 刻錄光盤(pán)中，有一種有機(jī)染料，它在高溫下會(huì)發(fā)生分子排列變化，可以用來(lái)記錄數(shù)據(jù)。,主講：

26、易建勛老師,第70頁(yè) 共79頁(yè),8.3 光盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,刻錄工作原理： DVD-R光盤(pán)在刻錄過(guò)程中，刻錄機(jī)激光頭按數(shù)據(jù)脈沖信號(hào)發(fā)出高能量激光。激光透過(guò)光盤(pán)表面的透明層，使有機(jī)染料局部熔化。光照冷卻后，有機(jī)染料的透光性在一些局部遭到了永久性破壞，沒(méi)有受到激光照射的局部則呈現(xiàn)良好的透光率，這樣就在DVD-R光盤(pán)上形成了永久的數(shù)據(jù)記錄點(diǎn)。,主講：易建勛老師,第71頁(yè) 共79頁(yè),8.3 光盤(pán)的結(jié)構(gòu)與性能,8.3.3 可讀寫(xiě)光盤(pán)物理結(jié)構(gòu) BD-R/DVD-R/CD-R刻錄原理： 利用有機(jī)染料在高溫下會(huì)發(fā)生分子排列變化來(lái)記錄數(shù)據(jù)。 DVD-R需要連續(xù)寫(xiě)入，但是存儲(chǔ)在DVD-R中的數(shù)據(jù)可以隨機(jī)讀出。 BD-RW/DVD-RW/CD-RW刻錄原理： 一些特殊晶體材料在不同溫度下分別呈結(jié)晶態(tài)與非結(jié)晶態(tài)，使用不同功率的激光對(duì)它們照射，就可以使晶體材料發(fā)生相變。,主講：易建勛老師,第72頁(yè) 共7