整理多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)

1、精品文檔第 5 章多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)概述主存儲(chǔ)器，又 稱內(nèi)存儲(chǔ)器，是 傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的五大功能部件之一，用 于 存儲(chǔ)處 在運(yùn)行 中的程 序和相關(guān) 數(shù)據(jù), 其容量 與讀寫 速度等 指標(biāo)， 對(duì)計(jì)算機(jī) 總體性 能有重 大影響 。因此 , 在現(xiàn) 代的計(jì)算 機(jī)系統(tǒng) 中，通 常總是 采用由 三種運(yùn)行 原理不 同 ，性 能 差 異 很 大 的 存 儲(chǔ) 介 質(zhì) 分 別 構(gòu) 建 高 速 緩 沖 存 儲(chǔ) 器 、主 存 儲(chǔ) 器 和 虛 擬 存 儲(chǔ) 器 ， 再將它們組成三級(jí)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一管理、調(diào)度的一體化存儲(chǔ)器系統(tǒng)。在三級(jí)結(jié)構(gòu)的 體系中 ，由高速 緩沖存 儲(chǔ)器緩 解主存 讀寫速度慢，不 能滿足 CPU 運(yùn)行速度需要

2、的矛盾；用虛擬存儲(chǔ)器（快速磁盤上的一片存儲(chǔ)區(qū)）更大的存儲(chǔ)空 間，解決主存容量小，存不下更大程序與更多數(shù)據(jù)的難題。顯而易見，三級(jí)結(jié)構(gòu) 的存儲(chǔ) 器系統(tǒng) ，是圍 繞主存儲(chǔ) 器來(lái)組織和運(yùn) 行的, 就是說(shuō) ，設(shè)計(jì) 與運(yùn)行程 序是針 對(duì)主存儲(chǔ)器進(jìn)行的，充分表明了主存儲(chǔ)器在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中舉足輕重的地位。本章 將首先 介紹多級(jí)存儲(chǔ)器 系統(tǒng)的 基本組成，各級(jí) 存儲(chǔ)器所用介質(zhì) 的特性 ，多 級(jí)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足的原則，以及它得以高效運(yùn)行的原理；接下來(lái)講解主存 儲(chǔ)器設(shè)計(jì)的基本概念。在外 存設(shè)備 中，主要 介紹磁盤 存儲(chǔ)器 ，然后介紹磁盤 陣列與容 錯(cuò)技術(shù) 中的主 要 概念性知識(shí)。在高速緩沖存儲(chǔ)器一節(jié)，主 要介紹高速

3、緩沖存儲(chǔ)器的構(gòu)成、功能，以及運(yùn)行原 理。此外，還應(yīng)該了解它的 3 種基本映像構(gòu)成方式的基本知識(shí)。學(xué)習(xí)目標(biāo)1要求了解三級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)的基本概念2掌握主存的組成與設(shè)計(jì)的基本知識(shí)3要求理解磁盤設(shè)備的組成與運(yùn)行原理4了解磁盤陣列與容錯(cuò)技術(shù)中的主要概念5掌握高速緩沖存儲(chǔ)器CACHE的工作原理精品文檔6要求了解 TEC-2000 教學(xué)計(jì)算機(jī)主存儲(chǔ)器的組成精品文檔1學(xué)習(xí)指導(dǎo) 對(duì)本 章的學(xué)習(xí) 主要了 解為什 么要使 用多級(jí) 結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu) 建存儲(chǔ) 器系統(tǒng)，并 以此為 線 索，了解主存儲(chǔ)器、高速緩沖存儲(chǔ)器和虛擬存儲(chǔ)器的基本內(nèi)容。主存儲(chǔ)器要求掌握容量與讀寫速度等指標(biāo)的概念，存 儲(chǔ)器設(shè)計(jì)中的字、位 擴(kuò)展技術(shù)，存儲(chǔ)器與

4、CPU的連接關(guān)系等內(nèi)容。關(guān)于磁盤、磁帶和光盤等存儲(chǔ)設(shè)備，則屬于概念和一般了解的知識(shí)比較多。在了解高速緩沖存儲(chǔ)器的功能和基本運(yùn)行原理的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)應(yīng)該從概念 上比 較、理解 Cache 的 全相聯(lián)映 像、直接映 像和多 路組相 聯(lián)映像三 種構(gòu)成方式。而在了解虛擬存儲(chǔ)器的功能和概念的基礎(chǔ)上，僅需要了解段式和頁(yè)式兩種管理 方案，虛擬存儲(chǔ)器的硬件組成和把邏輯地址轉(zhuǎn)換為內(nèi)存實(shí)際地址的辦法。對(duì)本節(jié)內(nèi) 容應(yīng)在 學(xué)習(xí)中強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí) 掌握基 本原理和概念 。2認(rèn)真了解本章要求達(dá)到的學(xué)習(xí)目標(biāo)有哪些。3本章在“視頻課堂”中安排了 2講視頻教學(xué)內(nèi)容，包括：主存儲(chǔ)器概述、高速緩存工作原理。 同學(xué)們可以根據(jù)需要觀看。4本章在

5、“自我測(cè)試”中還安排了一些測(cè)試內(nèi)容，同學(xué)們學(xué)完后應(yīng)該進(jìn)行相關(guān)的自我 測(cè)試， 以 便了解 自己對(duì) 知識(shí)點(diǎn) 掌握的 程度。5利用網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)習(xí)，不同于我們一般的課堂教學(xué)。因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容是按各章知識(shí)點(diǎn)安排的， 所以在學(xué)習(xí)中， 我們特別強(qiáng)調(diào)要掌握本章的知識(shí)結(jié)構(gòu)知識(shí)樹， 如圖所示。 而且要學(xué)會(huì)利用“課程索引”尋找相關(guān)的內(nèi)容。聲5章 壟級(jí)結(jié)構(gòu)曲存嚴(yán)垂狡«述和主存嚴(yán)單無(wú)】3級(jí)轄構(gòu)睛存?zhèn)溽t(yī)系烷 單元2主存儲(chǔ)塞部件騎組成知識(shí)點(diǎn)I主存儲(chǔ)£辰 知識(shí)點(diǎn)2 *學(xué)計(jì)算機(jī)皓主存儲(chǔ)霽如成單無(wú)3外呑借2設(shè)備宥毎壘陣列技術(shù)知識(shí)點(diǎn)1外存設(shè)備 知識(shí)點(diǎn)2率盤陣則技術(shù)與零曙支持單元4S遽罐沖存佶S Sell.

6、知艇 1高it鱉沖存借S的運(yùn)行撫理 知識(shí)點(diǎn)3 CidicA 3#映像方或單元1三級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)學(xué)習(xí)目標(biāo)了解三級(jí)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器系統(tǒng)的基本組成了解三級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)的工作原理知識(shí)點(diǎn)1采用多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)的基本思想隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)整體性能的要求越來(lái)越高。要求 存儲(chǔ)容量大，存取速度快。而且成本價(jià)格要低。但這些要求往往互相矛盾，彼此 精品文檔制約，很難在同一個(gè)存儲(chǔ)器中同時(shí)滿足它們。因此，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，常采用幾 種不同類型的存儲(chǔ)器，構(gòu)成多級(jí)存儲(chǔ)體系，利用各級(jí)存儲(chǔ)器的特點(diǎn)來(lái)適應(yīng)不同層 次的需要。實(shí)現(xiàn)方法：采用多級(jí)存儲(chǔ)器（三級(jí)）把要用的程序和數(shù)據(jù)，按 其使用的急迫 程度分段調(diào)入存

7、儲(chǔ)容量不同、運(yùn)行速度不同的存儲(chǔ)器中，并由硬軟件系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度管理。即采用高速緩沖存儲(chǔ)器、主存儲(chǔ)器和虛擬存儲(chǔ)器組成統(tǒng)一管理與調(diào)度的三級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)，如圖5 1所示。在這種三級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)，主存儲(chǔ)器讀寫速度尚可、存儲(chǔ)容量適中，高 速緩沖存儲(chǔ)器讀寫速度快、存儲(chǔ)容量小，它介于CPU與主存儲(chǔ)器之間，緩解主存 讀寫速度慢、不能滿足CPU運(yùn)行速度需要的矛盾。虛擬存儲(chǔ)器存儲(chǔ)空間大，讀寫 速度慢，用它解決主存容量小、存不下規(guī)模更大的程序與更多數(shù)據(jù)的矛盾。從而 使整個(gè)存儲(chǔ)器系統(tǒng)形成有更高的讀寫速度、盡可能大的存儲(chǔ)容量、相對(duì)較低的制 造與運(yùn)行成本。精品文檔高速緩沖存儲(chǔ)器使用靜態(tài)存儲(chǔ)器芯片實(shí)現(xiàn)，主 存儲(chǔ)器通常使

8、用動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器芯 片實(shí)現(xiàn)，而虛擬存儲(chǔ)器則使用快速磁盤設(shè)備上的一片存儲(chǔ)區(qū)。前兩者是半導(dǎo)體電 路器件，以數(shù)字邏輯電路方式進(jìn)行讀寫，后者則是在磁性介質(zhì)層中通過(guò)電磁轉(zhuǎn)換 過(guò)程完成信息讀寫。知識(shí)點(diǎn) 2 程 序運(yùn)行 的局部性原理三級(jí)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的運(yùn)行原理是建立在程序運(yùn)行的局部性原理之上的。 程序運(yùn) 行時(shí)的局部性原理主要表現(xiàn)在：1在一小段時(shí)間內(nèi)：最近被訪問(wèn)過(guò)的程序和數(shù)據(jù)很可能再次被訪問(wèn)；2這些被訪問(wèn)的程序和數(shù)據(jù)往往集中在一小片存儲(chǔ)區(qū)；3 指 令 執(zhí) 行 順 序 上 ： 指 令 順 序 執(zhí) 行 比 轉(zhuǎn) 移 執(zhí) 行 的 可 能 性 大 （ 大 約 5:1 ） 。這樣 就有可 能把要使用的程 序和數(shù) 據(jù)，按其使用的急

9、 迫和頻繁 程度，分時(shí)間段、 分批量、合理地調(diào)入存儲(chǔ)容量不同、讀寫速度不同的存儲(chǔ)器部件中，并由計(jì)算機(jī) 硬件、軟件自動(dòng)地統(tǒng)一管理與調(diào)度。即是，把CPU最近一小段時(shí)間要頻繁、高速 使用的 信息存 儲(chǔ)在高 速緩沖存 儲(chǔ)器中， 可以 快速完 成讀寫操作， 不 至于拖 慢 CPU 的運(yùn)行速度。把那些暫時(shí)可以先不使用的信息保存在容量非常大的虛擬存儲(chǔ)器中， 用到時(shí)再?gòu)哪抢镆愿蟮呐孔x入主存儲(chǔ)器。單元 2 主存儲(chǔ)器部件的組成學(xué)習(xí)目標(biāo)1掌握主存儲(chǔ)器組成的基本概念精品文檔2知識(shí)點(diǎn)1 主 存儲(chǔ)器 概述了解 TEC-2000 教學(xué)計(jì) 算機(jī)主存儲(chǔ)器 的組成1 主存儲(chǔ) 器組成主存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中的五大功能部件之一

10、， 用于存放正在運(yùn)行中的程 序和相關(guān)數(shù)據(jù)。主存儲(chǔ)器通過(guò)地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線與計(jì)算機(jī)的 CPU和 外圍設(shè)備連接在一起。如圖 52 所示。精品文檔CPWRead*Writer'數(shù)據(jù)總線4+J主存儲(chǔ)器屛+JReadys'地址總線用于選擇主存儲(chǔ)器的一個(gè)存儲(chǔ)單元（字或字節(jié)），其位數(shù)決定了可以 訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元的最大數(shù)目，稱為最大可尋址空間。數(shù)據(jù)總線用于在計(jì)算機(jī)各功能部件之間傳送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)總線的位數(shù)（總線的寬 度），與總線時(shí)鐘頻率的乘積，正比于該總線所支持的最高數(shù)據(jù)吞吐（輸入/輸出） 能力?？刂瓶偩€用于指明總線的工作周期類型和本次入/出完成的時(shí)刻?？偩€的工作 周期可以包括主存儲(chǔ)器讀周

11、期，主存儲(chǔ)器寫周期，I/O設(shè)備讀周期，I/O設(shè)備寫周 期，即區(qū)分要用哪個(gè)部件（主存或I/O設(shè)備）和操作的性質(zhì)（讀或?qū)懀?；還有直 接存儲(chǔ)器訪問(wèn)（DMA總線周期等。從實(shí)現(xiàn)的讀寫操作功能區(qū)分，主存儲(chǔ)器可以由只讀存儲(chǔ)區(qū)（ROM和讀寫存儲(chǔ) 區(qū)（RAM 兩部分組成，是分別采用ROM和 RAM存儲(chǔ)器芯片實(shí)現(xiàn)的。ROM存儲(chǔ)區(qū)用 來(lái)儲(chǔ)存內(nèi)容固定不變的程序和數(shù)據(jù)，例如操作系統(tǒng)的內(nèi)核部分，系統(tǒng)剛加電時(shí)運(yùn) 行的硬件診斷程序等。從所用的半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝區(qū)分，存儲(chǔ)器芯片又可以分為靜 態(tài)存儲(chǔ)器SRAM和動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器DRAM兩種類型。由于動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器集成度高，生產(chǎn)成 精品文檔精品文檔本低，被廣泛地用于實(shí)現(xiàn)要求更大容量的主存儲(chǔ)器。靜

12、態(tài)存儲(chǔ)器讀寫速度快，生 產(chǎn)成本高，通常多用其實(shí)現(xiàn)容量可以較小的高速緩沖存儲(chǔ)器。2.主存儲(chǔ)器性能指標(biāo)主存儲(chǔ)器涉及的主要性能指標(biāo)是：讀寫速度和存儲(chǔ)容量。讀寫速度，通常用讀、 寫一個(gè)存儲(chǔ)單元必需的時(shí)間度量，例如60nS。連續(xù)兩次讀寫必須的時(shí)間間隔被稱 為存儲(chǔ)周期，考慮到線路恢復(fù)的延遲問(wèn)題，它應(yīng)略大于一次主存讀、寫所用的時(shí) 間。存儲(chǔ)容量，通常用構(gòu)成存儲(chǔ)器的字節(jié)(8 bits )數(shù)或字?jǐn)?shù)表述，一個(gè)存儲(chǔ)字 通常由2、4、8個(gè)字節(jié)組成。多數(shù)計(jì)算機(jī)都能在邏輯上同時(shí)支持按字或字節(jié)讀寫 主存儲(chǔ)器。3.主存儲(chǔ)器的工作過(guò)程主存儲(chǔ)器的工作過(guò)程可以分成讀出與寫入兩種操作。簡(jiǎn)要工作過(guò)程如圖5- 3 所示。主存儲(chǔ)器的讀寫過(guò)程

13、戍典：洽地址保存卜左；樸內(nèi)容 丄丄片：鹽出地址 洽也片選MSiw 給臚丁齒令知識(shí)點(diǎn)2教學(xué)計(jì)算機(jī)的主存儲(chǔ)器組成教學(xué)計(jì)算機(jī)的內(nèi)存儲(chǔ)器用靜態(tài)存儲(chǔ)器芯片實(shí)現(xiàn)，由8K字的ROM區(qū)和2K字的RAM區(qū)組成。內(nèi)存字長(zhǎng)16位，按字尋址方式讀寫。實(shí)現(xiàn)中選用的是每片8192個(gè)存儲(chǔ)單元，每個(gè)單元8位長(zhǎng)度的58C65 (ROM)芯 片，每片2048個(gè)存儲(chǔ)單元、每個(gè)單元8位長(zhǎng)度6116 (RAM) 靜態(tài)存儲(chǔ)器芯片。為 組成16位的存儲(chǔ)器，必須用兩片芯片完成存儲(chǔ)器的字長(zhǎng)擴(kuò)展；為達(dá)到10K的內(nèi)存 容量，還必須用兩片芯片實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元數(shù)量擴(kuò)展。也就是說(shuō)，用兩片58C65精品文檔芯片組成8K字的ROM存儲(chǔ)區(qū)，地址分配在0-

14、8191范圍內(nèi)，用兩片6116芯片組成2K字 的RAM存儲(chǔ)區(qū), 地址分配在8000-8范圍內(nèi)。具體設(shè)計(jì)如圖5 - 4所示。高S位數(shù)據(jù)”低S位披據(jù)教學(xué)計(jì)算機(jī)采用單總線結(jié)構(gòu)，16位的地址總線，16位的數(shù)據(jù)總線和簡(jiǎn)化的控 制總線。考慮到擴(kuò)展內(nèi)存容量，擴(kuò)展的輸入/輸出接口，中斷和DMA接口等教學(xué)實(shí) 驗(yàn)的實(shí)際需要，電路板上設(shè)置了一些接線插孔，出于教學(xué)機(jī)本身的器件安全需要， 通過(guò)兩片74LS245器件把數(shù)據(jù)總線隔斷為內(nèi)部總線IB與外部總線DB兩部分。地址總線（記為AB15-AB0） 統(tǒng)一由地址寄存器AR驅(qū)動(dòng)，而地址寄存器只接收 由ALU輸出的信息。地址總線要提供讀寫內(nèi)存用的16位的地址，讀寫輸入/輸出 接

15、口用的8位（地址總線低8位）的入/出端口地址。地址總線的位數(shù)決定了可尋 址的最大內(nèi)存空間，I/O端口地址的位數(shù)影響可接入系統(tǒng)的外設(shè)數(shù)目?？刂瓶偩€的信號(hào)主要是經(jīng)一片雙2-4的譯碼器器件74LS139給出的?？刂瓶偩€ 的基本功能，是用來(lái)指明總線周期的類型和本次入/出操作完成的時(shí)刻。教學(xué)機(jī)中 的基本總線周期類型包括：內(nèi)存寫、內(nèi)存讀、外設(shè)（接口）寫、外設(shè)（接口）讀四類。分別用/MMW /MMR、/low、/lOR四個(gè)信號(hào)標(biāo)記，還用/MMREQ和/lOREQ區(qū)分是內(nèi)存 工作還是外設(shè)工作。數(shù)據(jù)總線是在計(jì)算機(jī)各功能部件之的完成數(shù)據(jù)傳送的線路， 它的工作速度（頻 率）和位數(shù)（ 寬度）決定了總線上最大的數(shù)據(jù)傳送

16、率。出 于保護(hù)教學(xué)機(jī)本身主要部 件 CPU 的 需 要 ， 把 教 學(xué) 機(jī) 的 數(shù) 據(jù) 總 線 通 過(guò) 雙 向 三 態(tài) 門 電 路 分 割 成 內(nèi) 部 數(shù) 據(jù) 總 線 lB 和外部數(shù)據(jù)總線DB兩部分。外部總線用于連接安裝在教學(xué)機(jī)主板上的內(nèi)存芯片和 串行接口芯片的數(shù)據(jù)線引腳， 也通過(guò)扁平電纜去連接擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)板上的存儲(chǔ)器芯片 和其它入/出接口芯片的數(shù)據(jù)線引腳。 內(nèi)部總線除接收教學(xué)機(jī)主板上 16位數(shù)據(jù)開 關(guān)的輸入之外，重點(diǎn)用于CPU內(nèi)部信息傳送，包括接收指令寄存器IR的低位字節(jié) 的內(nèi)容， 狀態(tài)寄存器的內(nèi)容， 運(yùn)算器輸出的運(yùn)算結(jié)果的內(nèi)容， 中斷向量寄存器的 內(nèi)容。內(nèi)部總線上的信息可以送往指令寄存器IR，

17、狀態(tài)寄存器，運(yùn)算器的數(shù)據(jù)輸 入 端 D， 和 為 了 寫 控 制 存 觸 器 專 門 設(shè) 置 的 四 組 寄 存 器 LDR。單元 3 外存儲(chǔ)器設(shè)備 與磁盤陣列技術(shù)學(xué)習(xí)目標(biāo)1要求理解磁盤設(shè)備的組成與運(yùn)行原理2了解磁盤陣列與容錯(cuò)技術(shù)中的主要概念知識(shí)點(diǎn)1外存設(shè)備概述外存設(shè)備主要用于存放需聯(lián)機(jī)存放但暫不使用的程序和數(shù)據(jù)。磁盤設(shè)備是其中最主要的外存設(shè)備，也是計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備中，在提高性能、降低成本兩個(gè)方面取得驕人成績(jī)的最典型的設(shè)備。它是利用磁表明存儲(chǔ)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的存取， 目前使用最多最廣的是硬磁盤和軟磁盤兩種類型。2外存設(shè)備的主要技術(shù)指標(biāo)外存設(shè)備的主要技術(shù)指標(biāo)包括：存儲(chǔ)密度、 存儲(chǔ)容量、 尋址時(shí)間、

18、 數(shù)據(jù)傳輸率、 誤碼率 、 價(jià)格3磁記錄原理與記錄方式磁表面記錄設(shè)備，是在磁頭和磁性材料的記錄介質(zhì)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)個(gè)電磁轉(zhuǎn)換過(guò)程完成讀寫操作的。 如圖 55所示。id磁存儲(chǔ)器的寫入過(guò)程：當(dāng)磁頭前端與磁記錄介質(zhì)距離很近時(shí)，磁頭線圈中通過(guò)電流, 磁頭前間隙處的漏磁將把處于附近的磁記錄介質(zhì)上的一小片磁性材料磁化，即寫入信息。若磁頭線圈中無(wú)電流，也就不會(huì)產(chǎn)生漏磁，則不會(huì)對(duì)磁記錄介質(zhì)產(chǎn)生任何影響,即無(wú)寫入操作。磁存儲(chǔ)器的讀出過(guò)程：當(dāng)磁頭前端與磁記錄介質(zhì)距離很近且高速經(jīng)過(guò)時(shí)， 若所經(jīng)過(guò)的磁記錄介質(zhì)上的一小片磁性材料已被磁化，這一磁化狀態(tài)將在 磁頭的環(huán)體內(nèi)產(chǎn)生磁力線，從而在磁頭的線圈中感應(yīng)出一個(gè)脈沖電

19、流，這 表示讀出了記錄在磁記錄介質(zhì)中的一位信息。若磁頭所經(jīng)過(guò)的磁記錄介質(zhì) 上的磁性材料未被磁化，則磁頭也就感應(yīng)不出任何磁狀態(tài)的變化，表示沒(méi) 有讀出什么信息。磁記錄方式是指一種編碼方法，即如何將一串二進(jìn)制信息，通過(guò)讀寫電路變換成磁層介質(zhì)中的磁化翻轉(zhuǎn)序列，并且可以容易、可靠地用讀寫控制電路實(shí)現(xiàn)這轉(zhuǎn)換過(guò)程。常用的編碼方式有：1、歸零制（RZ） ； 2、不歸零制（NRZ） ； 3、見1就翻的NRZ; 4、調(diào)相 制（PM） ； 5、調(diào)頻制（FM） ； 6、改進(jìn)調(diào)頻制（MFM知識(shí)點(diǎn)2磁盤設(shè)備的組成與運(yùn)行原理 1 .磁盤設(shè)備的組成磁盤設(shè)備主要由主軸及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、磁頭及其定位系統(tǒng)、數(shù)據(jù)讀寫等控制 邏輯部分組成

20、，如圖5-6所示。礎(chǔ)盤適配:農(nóng)盤耀動(dòng)fte1音ffi電機(jī)定傕命令«頭小$ZSO O啟頭r選擇主軸電機(jī)I空氣a化IIpjg 索引標(biāo)志2. 磁盤片上的信息組織磁盤片是磁存儲(chǔ)器的信息記錄載體，通常使用其兩個(gè)記錄面，也可以把多片磁盤片組裝在同一個(gè)軸上，從而構(gòu)成為一個(gè)多片結(jié)構(gòu)的磁盤組。此時(shí)讀這樣的磁盤上的信息時(shí)，必須指出該信息在磁盤的哪個(gè)盤片的哪一記錄面，具體會(huì)表現(xiàn)為選擇多個(gè)磁頭中的哪一個(gè)磁頭（假定對(duì)應(yīng)每個(gè)可用的盤片記錄面各有一個(gè)磁頭）。在同一個(gè)磁盤記錄面上，信息被寫在許多個(gè)同心圓上，每個(gè)同心圓為一個(gè)磁道，不同磁道用磁道號(hào)表示，磁道間的距離為道密度。對(duì)多片結(jié)構(gòu)的磁盤組，不同記錄面上的同一磁道被

21、叫做一個(gè)柱面。在同一個(gè)磁道上，信息被組織為固定大小的區(qū)段，稱為扇區(qū)，即把一個(gè)圓周等分成若干部分，每部分就構(gòu)成一個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)的一個(gè)磁道，用于存儲(chǔ)一定數(shù)目的二進(jìn)制信息（如以字節(jié)數(shù)表示）。扇區(qū)的一個(gè)磁道通常是磁盤進(jìn)行讀寫的最小信息單位。不同扇區(qū)用扇區(qū)號(hào)表示。如圖5 7所示。/磁道原因3. 磁盤設(shè)備的運(yùn)行原理要讀寫磁盤上的信息，首先必須給出信息在磁盤設(shè)備上的準(zhǔn)確位置，這個(gè)位置信息通常由哪個(gè)磁盤面（即哪一個(gè)磁頭），哪一個(gè)磁道的哪一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域（通常為磁道的扇區(qū)）等幾部分組成。對(duì)于寫操作，當(dāng)把要用的寫入地址送入磁盤的地址寄存器之后，再把要寫入的數(shù)據(jù)經(jīng)磁盤接口送到磁盤的讀寫控制邏輯電路，經(jīng)過(guò)編碼處理），送

22、寫入驅(qū)動(dòng)器再送入選定的磁頭的寫入線圈，把信息串行地寫入選定的磁道中。對(duì)于讀操作，首先使磁頭移動(dòng)到由磁盤地址寄存器指定的存儲(chǔ)區(qū)域，選中的磁頭執(zhí)行讀操作，讀出信號(hào)送讀出放大器，經(jīng)譯碼電路分離出數(shù)據(jù)脈沖，拼裝成字節(jié)或字的格式送入磁盤接口。知識(shí)點(diǎn)3磁盤陣列技術(shù)與容錯(cuò)支持作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)外存儲(chǔ)器的主要支柱設(shè)備，磁盤的容量、讀寫速度、價(jià)格和容錯(cuò)支持，一直是人們致力解決的問(wèn)題。1.磁盤陣列技術(shù)個(gè)有效途徑是使用統(tǒng)一管理的由多個(gè)磁盤組成的磁盤陣列，通過(guò)多個(gè)磁盤設(shè)備的并行操作來(lái)提高設(shè)備總體的性能和可靠性。通過(guò)合理地在多個(gè)磁盤之間組織數(shù)據(jù)，可以得到比較理想的容錯(cuò)能力。為統(tǒng)一管理磁盤陣列，就要使用一塊特定的接口卡（一般

23、稱為RAID卡，陣列控制卡），把組成陣列的多個(gè)物理磁盤連接為一個(gè)邏輯整體，這被稱為一個(gè)邏輯磁盤。該卡的一端被插接到高速的SCSI總線或PCI總線的插槽中，以便與計(jì)算機(jī)主機(jī)接通，另外一端有1到3個(gè)接插頭，通過(guò)電纜與1到3組磁盤設(shè)備連接，每組可有串行連接在一起的1到7物理磁盤。系統(tǒng)能通過(guò)該卡對(duì)連接到卡上的多個(gè)磁盤，按用戶的使用要求，靈活地配置為不同的使用和容錯(cuò)方式。如圖5 8所示。I2.容錯(cuò)方式合理地把一個(gè)文件的內(nèi)容劃分為“塊”并寫到組成一個(gè)邏輯磁盤的多個(gè)物理磁盤中去，再采取適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)存儲(chǔ)保護(hù)措施，不僅可以提高數(shù)據(jù)讀寫的速度，而且可以大大增加磁盤系統(tǒng)工作的可靠性，就是說(shuō)使該磁盤系統(tǒng)具有很好的容錯(cuò)能

24、力。容錯(cuò)方式通常劃分成6種模式，又經(jīng)常被說(shuō)成6級(jí)容錯(cuò)，分別叫作RAID0、RAID2、RAID5。常 用的是 RAID0、RAID1、RAID4、RAID5 這 4 種。已被工業(yè)界廣泛接受并在一些產(chǎn)品中得到實(shí)際應(yīng)用。單元4高速緩沖存儲(chǔ)器Cache學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握高速緩沖存儲(chǔ)器CACHE的工作原理了解掌握高速緩存中的3種映像方式知識(shí)點(diǎn)1高速緩沖存儲(chǔ)器的運(yùn)行原理高速緩沖存儲(chǔ)器，是一個(gè)相對(duì)于主存來(lái)說(shuō)容量很小、速度特快、用靜態(tài)存儲(chǔ)器器件實(shí)現(xiàn)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)。它的作用在于緩解主存速度慢、跟不上CPU讀寫速度要求的矛盾。它的實(shí)現(xiàn)原理，是把CPU最近最可能用到的少量信息（數(shù)據(jù)或指令）從主存復(fù)制到CACHE中，當(dāng)CP

25、U下次再用這些信息時(shí)，它就不必訪問(wèn)慢速的主存，而直接從快速的CACHE中得到，從而提高了得到這些信息的速度，使CPU有更高的運(yùn)行效率。高速緩沖存儲(chǔ)器的運(yùn)行原理，主要基于如何解決主存單元與CACHE單元的對(duì)應(yīng)問(wèn)題。通常使CACHE的每個(gè)存儲(chǔ)單元由3部分內(nèi)容組成。第一部分內(nèi)容,是CACHE的數(shù)據(jù)字段，保存從主存某一單元復(fù)制過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)內(nèi)容，這是在CPU第一次從主存讀出內(nèi)容傳送到CPU的同時(shí)，順便將該內(nèi)容寫進(jìn)一個(gè)選中的CACHE單元的數(shù)據(jù)字段；第二部分內(nèi)容，是CACHE的標(biāo)志字段，保存相應(yīng)主存單元的地址信息，用它指明該CACHE單元的數(shù)據(jù)字段部分保存的數(shù)據(jù)是從哪一個(gè)主存單元復(fù)制過(guò)來(lái)的。當(dāng)程序中的一條指令要用一個(gè)主存地址讀主存的某一單元時(shí)，就用這一地址來(lái)與CACHE中的各個(gè)標(biāo)志字段的內(nèi)容相比較，若找到某一標(biāo)志字段的內(nèi)容與該地址值相同，則同一 CACHE單元的數(shù)據(jù)字段中的數(shù)據(jù)內(nèi)容可能就是被讀的數(shù)據(jù)；這表明，讀CACHE時(shí)，是用CACHE單元內(nèi)容的一部分（標(biāo)志字段）的值（原本用于讀主存的一個(gè)地