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1、记录介质和磁头,磁表面存储器中，记录信息的介质是一层很薄的磁层，它依附在一定强度的基体上。 1、软质基体和磁层 磁带采用聚酯薄膜带，磁盘采用聚酯薄片。 磁层是加钴的氧化铁颗粒。 2、硬质基体和磁层 硬盘采用铝合金、工程塑料、陶瓷、玻璃作为基体。 磁层是电镀的铁镍钴合金薄膜或溅射形成的薄膜磁层。,3、磁头 实现电磁转换和磁电转换。 磁盘中，每个记录面有一个磁头 磁带中，每个磁道有一对读写磁头,记录介质和磁头,磁表面存储器存储信息的原理,磁头线圈通以一定方向的脉冲电流，磁头铁芯便产生一定方向的磁通，该磁通使磁头空隙下的磁载体局部磁化，形成具有相应极性的微小磁化区域，称为磁化元。 读操作与此相反，当
2、磁载体按一定方向移动时，磁头作切割磁力线的运动，使磁头线圈产生感应电势，并转化为脉冲电流。,用来存放档案信息，也即当前不需立即使用的、要保存较长时间的信息。一旦需要，就进行内外存交换。 磁盘存储器：磁盘存储器属于磁表面存储器，由磁盘和磁盘机（或称磁盘驱动器）构成。,磁表面存储器的应用,磁记录编码方式,如何把0、1保存到磁盘上？ 磁记录方式就是采用某种变换规律，将一串二进制代码序列转换成记录磁层中相应的磁化状态。实际上就是如何按照写入代码序列形成相应的写入电流波形。 静态的：两种相反状态表示0/1 动态的：变与不变，变化相位不同，变化频率不同,1、归零制（RZ） 写0时，发-I电流脉冲，然后回零
3、（I=0） 写1时，发+I电流脉冲，然后回零（I=0） 缺点：归零是不必要的 2、不归零制（NRZ） 写0时维持-I不变，不归零 写1时维持+I不变，不归零 缺点：一串0或1不易分辨个数,磁记录编码方式,3、不归零1制（NRZ1） 写入规律：见1就翻 见下图写电流波形 写0时，写入电流维持原方向不变（-I 或 +I） 写1时，写入电流方向翻转（-I+I 或 +I-I ）,0 0 1 1 0 1,+I,-I,I,缺点：没有自同步能力：加外同步信号 优点：转变区少，密度高,磁记录编码方式,4、调相制（PM） 写入规律： 见下图写电流波形 写0，在位单元中间位置让写入电流负跳变（ +I-I ） 写1
4、，在位单元中间位置让写入电流正跳变（-I+I ）,0 0 1 1 0 1,I,优点：有自同步能力，密度高，用于磁带机,磁记录编码方式,5、调频制（FM） 写入规律：在每个位单元开始时，写入电流都改变1 次方向，留下1个转变区，作本位同步信号； 写0，位单元中间不变 写1，在位单元中间位置让写入电流改变方向,0 0 1 1 0 1,I,优点：有自同步能力，密度高，用于早期磁盘,+I,-I,磁记录编码方式,6、改进的调频制（MFM，M2F） 写入规律： 写一个0时，位单元中间不变 ，写入两个以上0时，在 它们交界处改变写入电流方向 写1，在位单元中间位置让写入电流改变方向，将位 单元交界处的转变区
5、省去,优点：有自同步能力，密度更高，用于软盘和小容量硬盘,+I,-I,0 0 1 1 0 1,磁记录编码方式,例：画出1100101的各种写入电流波形,1 1 0 0 1 0 1,I,I,调相制,I,不归零1,I,调频制,改进 调频制,磁记录编码方式,磁表面存储器的校验方式,外围设备于主存的传送距离长，出错概率高，使用复杂的校验方式。 Hamming Code CRC,光盘存储器,光盘存储器的功能部件组成与磁盘存储器类似，在系统组成上分为光盘驱动器、光盘片、控制器； 接口标准与磁盘存储器相同； 也划分为若干同心圆的光道，每个光道也划分若干扇区； 光头的定位系统与磁头的定位系统类似。 一、光盘存
6、储器原理（P229） 写入：强激光束受写入数据代码的调制，转换为光脉冲的有无，在光盘片的光道上形成有间隔的记录点。 读出：弱激光束扫描光盘，从记录点处反射回来，由反射光强度，判断记录点为0或为1。,二、盘片与光记录原理 1、形变型光盘 激光照射盘片后，所对应的就是光盘上的Pits（凹点）和Lands（平面），也就是形状发生了改变。所有的Pits都有着相同的深度与长度。一个Pits大约只有半微米宽 当激光映射到盘片上时，如果是照在Lands 上，那么就会有70到80激光被反射回；如果照在Pits上，就无法反射回激光。根据反射和无反射的情况，光盘驱动器就可以解读“0”或“1”的数字编码了。 代表：
7、 CD-ROM和WORM,光盘存储器,压制过程： 1）数据检测 2）制作原型光盘 3）制作母板 4）注塑生产 5）溅射反射层 6）涂附保护漆 7）印刷盘片 可以大量生产，成本低廉。,光盘存储器,2、相变型光盘 3、磁光盘,光盘存储器,存储系统组织,CPU的快速和存储器的低速不匹配。 存取方式让CPU的利用率下降。 高速主存性能与低速辅存不匹配。,改变存储器的硬件结构,从存储器考虑提高系统性能的措施： 采用双端口存储器 采用多模块存储器 并行处理机和多处理机系统 采用高速缓冲存储器 虚拟存储器 相联存储器,存储系统组织,寄存器1-5ns,片内CACHE 2-10ns,主存20-100ns,硬盘1
8、0ms,磁带10ms-10s,片外CACHE 10-20ns,存储系统的层次结构,1.主存-外存层次,为虚拟存储提供条件。,增大容量。,将主存空间与部分外存空间组成逻辑地址空间；,CPU,Cache,主存,外存,2.主存-高速缓存层次,用户使用逻辑地址空间编程；,操作系统进行有关程序调度、存储空间分配、地址转换等工作。,提高速度。,3.多体交叉存取,在一个存取周期中，,主存分成若干独立存储体。,命中,不命中,CPU交叉访问多个体，缩短平均访存时间。,0,1,2,3,4,5,6,7,存储器控制部件,CPU,R/W,R/W,R/W,R/W,CPU每隔1/4存取周期从主存读/写一个数据。,必要性：程
9、序的局部性：在一段时间内，对存储器的访问集中在一个局部区域。 高速缓冲存储器是在CPU的通用寄存器和主存之间的子系统 Cache用来存放当前最活跃的程序和数据，作为主存某些局部区域的副本。 Cache的工作原理和结构 CPU访问主存时，由硬件控制，先访问Cache，如果在Cache中找到数据（称为命中），即可高速读取，如果没有找到（称为未命中），仍需到内存读取。,高速缓冲存储器 ( Cache ),地址映象 将主存和Cache的存储空间划分为若干同样大小的页（也叫块）。如1MB主存，划分为2048页，每页512B， Cache容量8KB，划分为16页，每页512B。,Cache储存器,8K12
10、7组 优点：地址变换简单 缺点：Cache地址与主存地址对应关系较死，有浪费。,1)直接映象,7位 Cache,0组,1组 ,127组,内存,允许主存的每一块信息可以存到Cache的 任何一个块空间 将主存页号和标记逐一对比 优点：灵活 缺点：速度慢，有可能要与所有标记全部比较，才能确定命中否。 成本高,2)全相联映象,11位,4位 9位,Cache页号,页内地址,11位 9位,主存页号,页内地址,8位 Cache,0组,1组,7组,0组,1组 ,255组,8位 3位 9位,20位主存地址,13位Cache地址,内存,把CACHE的16页分为8组 把主存的2048页分为256组，每组8页。 把
11、主存的每组的8页分别和CACHE的8组对应,3）组相联映象,3位 1位 9位,组间是直接映象，组内是全相联映象。,Cache中的内容需要更新 先进先出法FIFO（也不能提高命中率） 近期最少使用法LRU:Least Recently Used（局部性原则，可以提高命中率，实现相对复杂）,替换策略和算法,Cache读写过程,读操作 访存时，将主存地址送主存，同时送Cache，如果在Cache中找到数据，立即读出，不需等待主存操作结束。 如果在Cache中找不到数据，则需等待主存操作，获得数据。同时根据替策略，决定是否或怎样替换。 写操作 1）标志交换方式 2）写直达法,基于局部性原理：一个作业在
12、运行之前，没有必要全部装入内存，而仅将那些当前要运行的那部分页面或段，先装入内存便可启动运行。 作用： 为扩大主存的寻址空间而采用的。 用户程序在较小的内存空间中运行；使内存空间中同时装入更多的进程并发执行， 容量将比实际内存从用户角度看该系统所具有的内存容量大得多，人们把这样的存储器称为虚拟存储器。,虚拟存储器,程序它要访问的页 （段）已调入内存？,利用OS所提供的请求调页 （段）功能将它们调入内存,内存已满？,利用页（段）的置换功能， 将暂时不用的页（段）调出 将所要访问的页（段）调入,顺序执行,是,否,否,是,虚拟存储器：建立在主存与辅存之上，用附加的硬件和操作系统存储管理软件组成的一种
13、存储体系 CPU只能从主存上存取数据。故而得名虚拟存储器。 其逻辑容量由内存和外存容量之和所决定，其运行速度接近于内存速度，而每位的成本却又接近于外存，可见，虚拟存储器技术是一种性能非常优越的存储器管理技术，故被广泛应用于大、中、小型机器和微型机中。,虚拟存储器,虚拟存储器和Cache管理的区别 1）Cache由硬件控制，虚拟存储器由操作系统 2）Cache对程序员透明，虚拟存储器对系统程序员不透明 3）Cache比主存快5-10倍，虚拟存储器中主存比辅存快1000倍。,虚拟存储器和Cache管理的相同： 1）把程序划分为信息块。 2）从慢速存储向快速存储调度，调度采取替换策略。 3）以信息块作为存储层次的基本传输单位,虚拟存储器,虚拟存储器的管理 1）页式管理 2）段式管理 3）段页式管理,虚拟存储器,
