儲存系統的層次結構:
cpu(cache)、主存、外存;
主存:主要存放cpu當前使用的指令和資料。
特點:能隨機訪問、工作速度快、有足夠的的儲存容量;
輔存(外存):存放大量的後備程式和資料。
特點:速度較慢,容量較大;
高速緩衝儲存器:存放cpu在當前一小段時間內多次使用的程式和資料,以緩解cpu和主存的速度差異。
特點:速度非常快、容量小;
物理儲存器與虛擬儲存器:
虛擬儲存器:虛擬儲存器是乙個邏輯模型,並非物理存在,基於物理儲存器並靠硬體+ 作業系統的對映來實現。
儲存器的分類(按儲存介質):
半導體儲存器:
靜態儲存器:利用雙穩態觸發器的兩個穩定狀態儲存資訊,資訊易失;
動態儲存器:依靠電容上的電荷暫存資訊,主存。
磁表面儲存器:
利用磁層上不同方向的磁化區域表示資訊,容量大,
光碟儲存器:
利用光斑的有無/晶相等變化表示資訊,容量很大,非破壞性讀出,長期儲存資訊,速度慢,外存。
儲存器的分類(按訪問方式):
直接訪問儲存器:訪問時讀/寫部件先粗定位乙個小區域,再在該區域內順序尋找。
儲存器的技術指標:
訪問時間、訪問週期、資料傳輸率;
靜態ram:依靠儲存單元中的交叉反饋電路形成互鎖,通過電源對電路的持續供電以儲存資訊。
動態ram:依靠儲存單元中形成的柵極電容來儲存資訊,不需要持續電源,因此需要定期逐行重新整理。
儲存器的設計原則:
介面協議的匹配(物理特性、功能規範、電平特性、時序邏輯等等);
儲存晶元選擇;
儲存器的位址分配與位址解碼;
晶元的布局和排線;
動態儲存器的重新整理:
重新整理的含義:定期向電容補充電荷 。
原因:動態儲存器依靠電容電荷儲存資訊,沒有電源持續供電,電荷會洩露,故需定期向電容補充電荷,才能維持儲存的資訊不變。
最大重新整理間隔 ddr:64ms
重新整理方法:逐行重新整理;
重新整理與重寫的區別:
重新整理與讀寫操作無關,定期自動補充電荷以保持資訊;重寫是破壞性讀出後的自動操作,以恢復原來資訊。
重新整理周期的安排:
集中重新整理、分散重新整理、非同步重新整理;
磁表面儲存器:
儲存介質與磁頭:
儲存介質:磁層材料;
讀寫原理:
兩種磁化方式:水平磁化\垂直磁化;
儲存介質:磁層;
讀/寫部件:磁頭;
資料寫入:磁頭線圈中加磁化電流(寫入電流),磁層移動,形成連續的小段磁化區(位單元區)。
讀出資料:線圈中不加電流,磁層移動。當位單元的轉變區經過磁頭下方時,線圈兩端會產生感應電勢。
磁記錄的編碼方式:
採用某種變化規律,將一串二進位制**序列轉換成記錄磁層中相應的磁化狀態。
集中常見的記錄方式:
不歸零 -1 制(nrz 1)
調相制(相位調製pm,相位編碼pe)
調頻制(fm)
改進型調頻制(mfm或m^2f)
群碼制(gcr)
磁碟儲存器及其介面:
磁碟系統包括以下幾個部分:
硬體:碟片(儲存體),磁碟驅動器,磁碟控制器與介面。
軟體:主要是硬碟驅動程式,固化在rom中。
硬碟:適用於呼叫較頻繁的場合,常作為主存的直接後援。
碟片:單面或雙面記錄;
盤組:多個碟片組裝成1個盤組;
磁碟整列(raid):多個盤組形成;
硬碟資訊分布與定址資訊:
資訊分布:
盤組:多個碟片,雙面記錄;
圓柱面:各記錄面上相同的序號的磁軌構成乙個圓柱面(圓柱面 = 道數/面)
資料塊:扇區(定長記錄格式);記錄塊(不定長記錄格式),無扇區劃分;
定址方式:
驅動器號 --- 圓柱面號 --- 磁頭號 --- 扇區號 --- 位元組序號;
確定硬碟 確定柱面 確定磁面 定位扇區 定位位元組
記錄格式(磁軌的格式):
非格式化容量
= 盤面數 × 磁軌數/面 × 內圈周長 × 內圈位密度;
格式化容量
= 盤面數 × 磁軌數/面 × 扇區數/道 ×位元組數/扇區;
硬碟的基本操作:
資料定址:尋找磁軌(磁頭徑向移動) ---- 尋找扇區(碟片旋轉)
資料讀寫:序列讀/寫 ---- 格式轉換 ---- 輸入/輸出(dma)
硬碟的技術指標與校驗
記錄密度:
磁軌密度:盤面上單位徑向長度內的磁軌數;
位密度:磁軌上單位長度可記錄的位元數量;
儲存容量:
格式化容量:通過扇區來計算;
非格式化容量:通過位密度來計算;
速度指標:
平均訪問時間(尋道 + 旋轉)、資料傳輸率(頻寬);
磁表面儲存器的校驗
海明校驗
迴圈冗餘校驗(crc)
磁碟介面卡
功能與作用:
面向匯流排:提供符合匯流排標準的介面邏輯;
面向磁碟驅動器:提供與磁碟驅動器匹配的介面邏輯;
工業標準:
scsi、ide、sata等
光學儲存器
光儲存原理:
用雷射照射儲存介質,使其發生某種物理化學的特性變化,據此記錄資訊。
儲存介質特性:形變型、相變型、磁光型;
雷射波長與焦距;
光碟儲存器:
光道特徵:每個光道也劃分成若干扇區;由內向外的螺旋線,與蚊香的結構相似。
設定cache的原因:
為解決cpu和主存速度不匹配而採用的一項技術,使訪問主存的平均速度接近於訪問cache的速度。有硬體系統實現,對使用者透明。已在cpu內整合,兩級以上的cache系統。
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