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26-计组-外存

一、外存

1. 磁盘存储器

1)硬盘定义

  • 硬盘:又称辅存,用于长期存储大量未运行的数据(如手机上未启动的应用程序)。
  • 特点:在考试中常涉及计算题,是计算机组成原理的重要考点。
  • 概念等同:在408考试范围内,磁盘存储器与“硬盘”概念等同。
磁盘的组成结构
  • 核心组件:主轴串联多个盘面,每个盘面配有读写磁头。
  • 磁道结构:盘面由半径递增的同心圆磁道组成,类似黑胶唱片。
  • 读写机制:磁臂驱动组合臂移动磁头,盘面旋转完成数据存取。

存储区域
  • 层级关系:硬盘 → 多个盘面 → 多个磁道 → 多个扇区。
  • 扇区:读写的最小单位,在数据结构外部排序中称为“磁盘”。
  • :某些操作系统中多个扇区的集合,作用等同于放大版的扇区。
柱面数
  • 定义:不同盘面相同半径的磁道组成的圆柱形表面。
  • 与磁道关系:柱面数 = 单个盘面的磁道数,二者本质相同。
  • 应用场景:考题可能用柱面数替代磁道数描述磁盘结构。

性能指标

磁盘容量
  • 分类
    • 格式化容量:按特定记录格式存储的信息总量。
    • 非格式化容量:磁化单元总数(操作系统课程会深入讲解)。
平均存取时间
  • 组成要素
    • 寻道时间:磁头移动到目标磁道的时间(通常取最内到最外圈时间的一半)。
    • 旋转延迟:盘面旋转使目标扇区到达磁头下方的时间(通常取旋转一圈时间的一半)。
    • 传输时间:实际读取数据的时间。
  • 计算要点:寻道时间和旋转延迟取平均值,传输时间根据题目具体计算。
数据传输率
  • 公式:D=r⋅N
    • r :转速(转/秒)。
    • N:单磁道容量。
  • 原理:单位时间内通过磁头的数据量,与转速和磁道容量成正比。
磁盘地址
  • 字段顺序:驱动器号 → 柱面号 → 盘面号 → 扇区号。
  • 考试重点
    • 柱面号:确定磁道。
    • 盘面号:确定具体盘面。
    • 扇区号:定位具体数据。
RAID
  • 技术本质:通过冗余磁盘阵列提高数据安全性和读写性能。
  • 各级别特点
    • RAID 0:无冗余,数据分散存储(速度快,无容错)。
    • RAID 1:镜像备份(安全性高,存储效率低)。
    • RAID 2:海明码纠错(已淘汰)。
    • RAID 3/4:位交叉/块交叉奇偶校验(专用校验盘)。
    • RAID 5:分布式奇偶校验(校验信息均匀分布)。

固态硬盘(SSD)

1)固态硬盘的特点
  • 优势
    • 随机访问速度快。
    • 能耗低。
    • 抗震性能强。
    • 数据安全性高。
  • 缺陷
    • 存在写磨损(每个块约10万次写入寿命)。
    • 随机写速度较慢。
2)固态硬盘的结构
  • 存储单元:硬盘包含 B 个块,每个块包含 P 个页(数据按页读写)。
  • 写入机制
    • 必须先擦除整个块才能写入页。单位是页。
    • 修改含数据页时,需将有效页复制到新块。
    • 每个页写入一次,在重新写入之前必须先擦除。
  • 擦除特性:以块为单位擦除,无法单独擦除页。

二、应用案例

1. 例题:求读扇区平均时间

时间组成要素:读取扇区平均时间包括:

  • 平均寻道时间:题目给出
  • 旋转延迟时间:一转需要多少秒的一半
  • 数据传输时间:总/速率。正常算
  • 控制器延迟时间:题目给出

2. 例题:求访问一个扇区的平均存取时间

题目解析

http://www.dtcms.com/a/272800.html

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