四、輔助儲存器

1.概述

輔助儲存器的特點

輔助儲存器作為主存的後援裝置又稱為外部儲存器，簡稱外存，它與主存一起組成了儲存器系統的主存-輔存層次。輔存具有容量大、速度慢、價格低、可離線儲存資訊等特點，屬“非易失性”儲存器。而主存具有速度快、成本高、容量小等特點，而且大多由半導體晶片構成，所存資訊無法永久儲存，屬“易失性”儲存器。
輔助儲存器有硬磁碟、軟磁碟、磁帶、光碟等。前三種均屬磁表面儲存器。磁表面儲存器。是在不同形狀的載體上塗有磁性材料層，工作時靠載體高速運動，由磁頭在磁層上進行讀/寫操作，資訊被記錄在磁層上，這些資訊的軌跡就是磁軌。

磁表面儲存器的主要技術指標

1.記錄密度
記錄密度：指單位長度內所儲存的二進位制資訊量。磁碟儲存器用道密度和位密度表示；磁帶儲存器則用位密度表示。磁碟沿半徑方向單位長度的磁軌數為道密度，單位是tip或tpm。為了避免干擾，磁軌與磁軌之間需保持一定距離，相鄰兩條磁軌中心線之間的距離稱為道距，因此道密度 $D_{t}$ 等於道距P的倒數，即

D_{t} = \frac{1}{P}

單位長度磁軌能記錄二進位制資訊的位數，稱為位密度或線密度，單位是bpi或bpm。

D_{b} = \frac{f_{t}}{π d_{m i n}}

其中，

f_{t}

為每道總位數，

d_{m i n}

為同心圓中的最小直徑。
在磁碟各磁軌上所記錄的資訊量是相同的，而位密度不同，一般泛指磁碟位密度

時，是指最內圈磁軌上的位密度（最大位密度）。

2.儲存容量
儲存容量是指外村所能儲存的二進位制資訊總數量，一般以位或位元組為單位。

C = n \times k \times s

其中，C為儲存總容量，n為存放資訊的盤面數，k為每個盤面的磁軌數，s為每條磁軌上記錄的二進位制程式碼數。
磁碟有格式化容量和非格式化容量兩個指標。非格式化容量是磁表面可以利用的磁化單元總數。格式化容量是指按某種特定的記錄格式所能儲存資訊的總量，即使用者可以使用的容量。

3.平均定址時間
磁碟採取直接存取方式，定址時間分為兩個部分，其一是磁頭尋找目標磁軌的找道時間 $t_{s}$ ，其二是找到磁軌後，磁頭等待欲讀/寫的磁軌區段旋轉到磁頭下方所需要的等待時間 $t_{w}$

t_{w}

。平均定址時間

T_{a}

，它是平均找道時間

t_{s a}

和平均等待時間

t_{w a}

之和：

T_{a} = t_{s a} + t_{w a} = \frac{t_{s m a x} + t_{s m i n}}{2} + \frac{t_{w m a x} + t_{w m i n}}{2}

硬磁碟的平均定址時間比軟磁碟的平均定址時間短，所以硬磁碟儲存器比軟磁碟儲存器速度快。

4.資料傳輸率
資料傳輸率 $D_{r}$ 是指單位時間內磁表面儲存器向主機傳送資料的位數或位元組數，它與記錄密度 $D_{b}$ 和記錄截至的運動速度V有關：

D_{r} = D_{b} \times V

5.誤位元速率
誤位元速率是衡量磁表面儲存器出錯概率的引數，它等於從輔存讀出時，出錯資訊位數和讀出資訊的總位數之比。為了減少出錯率，磁表面儲存器通常採用迴圈冗餘碼來發現並糾正錯誤。

2.磁記錄原理和記錄方式

磁表面儲存器的記錄方式

磁記錄方式又稱為編碼方式，它是按某種規律將一串二進位制數字資訊變換成磁表面相應的磁化狀態。磁記錄方式常用的有六種：

1.歸零制（RZ）
2.不歸零制（NRZ）
3.“見1就翻”的不歸零制（NRZ1）
4.調相制（PM）
5.調頻制（FM）
6.改進型調頻制（MFM）

評價記錄方式的主要指標

（1）編碼效率
編碼效率是指位密度與磁化翻轉密度的比值，可用記錄一位資訊的最大磁化翻轉次數來表示。
（2）自同步能力
自同步能力是指從單個磁軌讀出的脈衝序列中所提取同步時鐘脈衝的難易程度。
對於高密度的記錄系統，可直接從磁碟讀出的訊號中提取同步訊號，這種方法稱為自同步。
自同步能力可用最小磁化翻轉間隔和最大磁化翻轉間隔之比值R來衡量。R越大，自同步能力也越強。

3.硬磁碟儲存器

硬磁碟儲存器型別

按磁頭的工作方式可分為固定磁頭磁碟儲存器和移動磁頭磁碟儲存器；按磁碟是否具有可換性又可分為可換盤磁碟儲存器和固定盤磁碟儲存器。
固定盤磁碟儲存器是指磁碟不能從驅動器中取下，更換時要把整個頭盤組合體一起更換。溫切斯特磁碟是一種可移動磁頭固定碟片的磁碟儲存器，簡稱溫盤。可換盤磁碟儲存器是指碟片可以離線儲存。

硬磁碟儲存器的結構

硬磁碟儲存器由**磁碟驅動器、磁碟控制器、碟片**3大部分組成。

硬磁碟的磁軌記錄格式

為了便於定址，資料塊在盤面上的分佈遵循一定規律，稱為磁軌記錄格式。常見的有定長記錄格式和不定長記錄格式兩種。
（1）定長記錄格式
資訊的交換通常在圓柱面上進行，柱面個數正好等於磁軌數，故柱面號就是磁軌號，而磁頭號則是盤面號。
盤面又分若干扇區，每條磁軌被分割成若干個扇段，扇段是磁碟定址的最小單位。在定長記錄格式中，當臺號決定後磁碟定址定位首先確定柱面，再選定磁頭，最後找到扇段。因此定址用的磁碟地址應由臺號、磁軌號、盤面號、扇段號等欄位組成，也可將扇段號用扇區號代替。

這種記錄格式結構簡單，可按磁軌號、盤面號、扇段號進行直接定址，但及錄取的利用率不高。

（2）不定長記錄格式

起始標誌*ID，又稱為索引標誌*，表示磁軌的起點。
間隙 $G_{1}$ 是一段空白區，佔36~72個位元組長度，其作用是使連續的磁軌分成不同的區，以利於磁碟控制器與磁碟機之間的同步和定位。
&emsp**磁軌地址塊HA，又稱為標識地址或專用地址**，佔7個位元組，用來表明4部分的狀況：磁軌是否完好、柱面邏輯地址號和校驗碼。
間隙 $G_{2}$ 佔18~38個位元組長度。
磁軌標識塊 $R_{0}$ ，用來說明本磁軌的狀況，不作為使用者資料區。
間隙 $G_{3}$ 包含一個以專用字元表示的地址標誌，指明後面都是資料記錄塊。
資料記錄塊 $R_{1}$ 由**計數區、關鍵字區、資料區**3段組成，這3段都有迴圈校驗碼。一般要求一個記錄限於同一磁軌內，若設有專門的磁軌溢位手段，則允許繼續記錄到統一柱面的另一磁軌內。資料區長度不定，實際長度由計數區的DL給定。
從主存調出資料時，常常帶有奇偶校驗位，在寫入磁碟時，則由磁碟控制器刪去奇偶校驗位，在寫入磁碟時，則由磁碟控制器刪去奇偶校驗位，並在資料區結束時加上迴圈校驗位。當從磁碟讀出資料時，需進行一次校驗操作，並恢復原來的奇偶校驗位。

4.迴圈冗餘校驗碼

迴圈冗餘校驗碼（CRC）可以發現並糾正資訊在儲存或傳送過程中連續出現的多位錯誤程式碼。CRC碼是基於模2運算而建立彪馬規律的校驗碼。模2運算的特點是不考慮進位或錯位運算，其規律如下：

模2加和模2減的結果是相等的，即0 $\pm$ 1=1，0 $\pm$ 0=0，1 $\pm$ 0=1，1 $\pm$ 1=0。可見，兩個相同的數的模2和恆為0。

模2乘是按模2和求部分積之和。

模2除是按模2減求部分餘數。每求一位商應使部分餘數減少一位。上商的原則是：當部分餘數的首位為1時，上商1；當部分餘數的首位為0時，上商0。當部分餘數的位數小於除數的位數時，該餘數即為最後餘數。

CRC碼的編碼方法

CRC碼就是用多項式 $M (x) \cdot x^{k}$ 除以生成多項式 $G (x)$ （即產生校驗碼的多項式），所得餘數作為校驗位。為了得到k位餘數（校驗位）， $G (x)$ 必須是k+1位。
設所得餘數為 $R (x)$ ，商為 $Q (x)$ ，則有

M (X) \cdot x^{k} = Q (x) \cdot G (x) + R (x)

【筆記】儲存器（三）

四、輔助儲存器

1.概述

輔助儲存器的特點

磁表面儲存器的主要技術指標

2.磁記錄原理和記錄方式

磁表面儲存器的記錄方式

評價記錄方式的主要指標

3.硬磁碟儲存器

硬磁碟儲存器型別

硬磁碟儲存器的結構

硬磁碟的磁軌記錄格式

4.迴圈冗餘校驗碼

CRC碼的編碼方法

【筆記】儲存器（三）

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