計算機組成原理第七章(編輯修改稿)
2025-05-29 03:44 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 塊組成的一個基本單位稱為 cache行。當一個 I/O請求送到磁盤驅(qū)動時，首先搜索驅(qū)動器上的高速緩沖行是否已寫上數(shù)據(jù)？如果是讀操作，且要讀的數(shù)據(jù)已在 cache中，則為命中，可從 cache行中讀出數(shù)據(jù)，否則需從磁盤介質(zhì)上讀出。寫入操作和 CPU中的 cache類似，有“直寫”和“寫回”兩種方法。磁盤 cache利用了被訪問數(shù)據(jù)的空間局部性和時間局部性原理。空間局部性是指當某些數(shù)據(jù)被存取時，該數(shù)據(jù)附近的其他數(shù)據(jù)可能也將很快被存?。粫r間局部性是指當一些數(shù)據(jù)被存取后，不久這些數(shù)據(jù)還可能再次存取。因此現(xiàn)在大多數(shù)磁盤驅(qū)動器中都使用了預讀策略，而根據(jù)局部性原理預取一些不久將可能讀入的數(shù)據(jù)放到磁盤 cache中。 CPU的 cache存取時間一般小于 10ns，命中率95%以上，全用硬件來實現(xiàn)。磁盤 cache一次存取的數(shù)量大，數(shù)據(jù)集中，速度要求較 CPU的 cache低，管理工作較復雜，因此一般由硬件和軟件共同完成。其中 cache采用 SRAM或 DRAM。 27 二、磁盤陣列 RAID ? RAID稱廉價冗余磁盤陣列，它是用多臺磁盤存儲器組成的大容量外存系統(tǒng)。其構造基礎是利用數(shù)據(jù)分塊技術和并行處理技術，在多個磁盤上交錯存放數(shù)據(jù)，使之可以并行存取。在 RAID控制器的組織管理下，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行存儲、交叉存儲、單獨存儲。由于陣列中的一部分磁盤存有冗余信息，一旦系統(tǒng)中某一磁盤失效， ? RAID是 1988年由美國加州大學伯克利分校一個研究小組提出的，它的設計理念是用多個小容量磁盤代替一個大容量磁盤，并用分布數(shù)據(jù)的方法能夠同時從多個磁盤中存取數(shù)據(jù)，因而改善了 I/O性 ? 工業(yè)上制定了一個稱為 RAID的標準，它分為 7級 (RAID 0～ RAID 6)。這些級別不是表示層次關系，而是指出了不同存儲容量、可靠性、數(shù)據(jù)傳輸能力、 I/O請求速率等方面的應用需求。 28 下面以 RAID 0級為例來說明?？紤]到低成本比可靠性更重要， RAID 0未采用奇偶校驗等冗余技術。 RAID 0用于高速數(shù)據(jù)傳輸和高速 I/O ? 對 RAID 0,用戶和系統(tǒng)數(shù)據(jù)分布在陣列中的所有磁盤上。與單個大容量磁盤相比，其優(yōu)點是：如果兩個 I/O請求正在等待兩個不同的數(shù)據(jù)塊，則被請求的塊有可能在不同的盤上。因此，兩個請求能夠并行發(fā)出，減少了 I/O排隊的時間。見下圖。 29 RAID 0級陣列的數(shù)據(jù)映射 30 ? 磁帶機的記錄原理與磁盤機基本相同，只是它的載磁體是一種帶狀塑料，叫做磁帶。寫入時可通過磁頭把信息代碼記錄在磁帶上。當記錄有代碼的磁帶在磁頭下移動時，就可在磁頭線圈上感應出電動勢，即讀出信息代碼。磁帶存儲設備由磁帶機和磁帶兩部分組成，它通常用作為海量存儲設備的數(shù)據(jù)備份。 ? 磁帶速度比磁盤速度慢，原因是磁帶上的數(shù)據(jù)采用順序訪問方式，而磁盤則采用隨機訪問方 31 一、光盤存儲設備 只讀型光盤系統(tǒng)都基于一個共同原理，即光盤上的信息以坑點形式分布，有坑點表示為“ 1” ，無坑點表示為“ 0” ，一系列的坑點 〗 (存儲元 )形成信息記錄道，見圖（ b）。對數(shù)據(jù)存儲用的CDROM光盤來講，這種坑點分布作為數(shù)字“ 1” 、“ 0” 代碼的寫入或讀出標志。為此必須采用激光作為光源，并采用良好的光學系統(tǒng)才能實現(xiàn)。 ? 光盤的記錄信息以凹坑方式永久性存儲。讀出時，當激光束聚焦點照射在凹坑上時將發(fā)生衍射，反射率低；而聚焦點照射在凸面即可讀出記錄信息。 32 ? 信息記錄的軌跡稱為光道。光道上劃分出一個個扇區(qū)，它是光盤的最小可尋址單位。扇區(qū)的結構如圖所示。 33 【 例 2】 CDROM光盤的外緣有 5mm寬的范圍因記錄數(shù)據(jù)困難，一般不使用，故標準的播放時間為 60分鐘。計算模式 1和模式 2情況下光盤存儲容量是多少 ? 解： 扇區(qū)總數(shù) =60分 60秒 75扇區(qū) /秒 =270 000(扇區(qū) ) 模式 1存放計算機程序和數(shù)據(jù)，其存儲容量為 270 000 2048B/220=527MB 模式 2存放聲音、圖像等多媒體數(shù)據(jù)，其存儲容量為270 000 2336B/220=601MB 34 二、磁光盤存儲設備 ? 磁光盤的基本工作原理是：利用熱磁效應寫入數(shù)據(jù)：當激光束將磁光介質(zhì)上的記錄點加熱到居里點溫度以上時，外加磁場作用改變記錄點的磁化方向，而不同的磁化方向可表示數(shù)字“ 0” 和“ 1” 。利用磁光克爾效應讀出數(shù)據(jù)：當激光束照射到記錄點時，記錄點的磁化方向不同，會引起反射光的偏振面發(fā)生不同結果，從而檢測出所記錄的數(shù)據(jù)“ 1” 或“ 0” 。 35 36 ? 磁光盤操作的四種情況： 圖 (a)表示未編碼的磁盤，例如所有磁化點均存“ 0” 圖 (b)表示寫操作：高功率激光束照射加熱點（記錄點），磁頭線圈中外加電流后產(chǎn)生的磁場使
教學課件相關推薦
鄂ICP備17016276號-1