【正文】 地址格式： ? 例：有三道程序（用戶標(biāo)志號(hào)為 P1， P2， P3），其基址寄存器內(nèi)容分別為 B1， B2， B3， ? 邏輯地址到物理地址的變換（圖 ） ? 若只有一個(gè)基址寄存器，基號(hào)可以不要，在多道程序切換時(shí)，由操作系統(tǒng)修改基址寄存器的內(nèi)容來(lái)實(shí)現(xiàn)。 基址寄存器 B 1 B 2 B 3 基號(hào) 段號(hào) 頁(yè)號(hào) 頁(yè)內(nèi)地址 P 3 1 2 b B 1 + 0 B 1 + 1 B 1 + 2 B 3 + 1 實(shí)地址程序P 1 段表┆程序P 3 段表 B 3 + 0 *m物理頁(yè)號(hào) 頁(yè)內(nèi)地址8 b程序P 3 、1 段的頁(yè)表m + 0m + 1m + 2 ┅ 5 9 8 ┅ 圖4 . 4 1 段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器地址變換虛擬地址 ? 上述每一張表的每一行都要設(shè)置一個(gè)有效位；若有效位均為“ 0”，訪問(wèn)失敗，則發(fā)中斷請(qǐng)求操作系統(tǒng)建表。 4. 替換算法 ? 頁(yè)式管理中，產(chǎn)生頁(yè)面失效時(shí)，要從外存調(diào)進(jìn)包含有這條指令或數(shù)據(jù)的頁(yè)面。 ? 主存中的內(nèi)容與外存保持一致 ? 頁(yè)表的每一行設(shè)置一修改位，當(dāng)該頁(yè)剛調(diào)入主存時(shí)，此位為“ 0”，當(dāng)對(duì)該頁(yè)內(nèi)任一地址進(jìn)行寫入時(shí)，就把該位修改為“ 1”。 ? 在頁(yè)被替換時(shí)，檢查其修改位，如為“ 1”，先將該頁(yè)內(nèi)容從主存寫入外存，然后再?gòu)耐獯娼邮招碌囊豁?yè)。 ? 假如主存頁(yè)面已全部被占滿，通常采用 LRU算法，把“近期最少使用的頁(yè)”替換出去。 輔助存儲(chǔ)器 磁表面存儲(chǔ)器 ◆ 磁表面存儲(chǔ)器包括磁鼓、磁帶、磁盤和磁卡片等。目前，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中以磁盤和磁帶為主。 ◆ 本節(jié)主要介紹磁表面存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)原理、數(shù)據(jù)的記錄方式以及磁盤和磁帶的結(jié)構(gòu)及尋址方式。 ? 磁表面存儲(chǔ)器主要用作輔存，可存儲(chǔ)大量的程序和數(shù)據(jù)，需要時(shí)，調(diào)入主存供 CPU訪問(wèn)。屬 I/O設(shè)備。 1. 磁表面存儲(chǔ)原理 (1) 磁層和磁頭 ? 磁層是存放信息的介質(zhì)，由非矩形剩磁特性的導(dǎo)磁材料（氧化鐵、鎳鈷合金等）構(gòu)成。 ? 將用這種材料制成的磁膠涂敷或鍍?cè)谳d磁體上，其厚度通常為 ~5μ m，以記錄信息。 ? 磁層材料的剩磁（ BR）要大（讀出信息大），矯頑力 HC要合適（較小的寫電流）；磁層厚度要?。ㄌ岣哂涗浢芏龋?；生成磁層的工藝、機(jī)械性能好。 ? 磁頭是實(shí)現(xiàn)“磁 —電”和“電 —磁”轉(zhuǎn)換的元件 ? 磁頭由高導(dǎo)磁率的軟磁性材料（如坡莫合金和高頻鐵氧體）做成鐵芯，在鐵芯上開有縫隙并繞有線圈。 ? 用 磁頭對(duì)磁層進(jìn)行信息讀寫的原理 ? 磁頭中的縫隙形狀和尺寸將直接影響記錄密度和讀出幅度。 ? 磁頭分讀磁頭、寫磁頭和讀 / 寫磁頭，其鐵芯上的線圈分別稱為讀線圈、寫線圈和讀 /寫線圈。 (2) 磁表面存儲(chǔ)器的讀寫過(guò)程 ? 磁頭固定，磁層作高速回轉(zhuǎn)或勻速直線運(yùn)動(dòng)；在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，通過(guò)磁頭縫隙對(duì)磁層進(jìn)行信息存取。 ① 信息寫入過(guò)程 ? 寫線圈中通以寫電流脈沖，磁頭縫隙處的磁場(chǎng)穿過(guò)磁層中一微小區(qū)域，使該區(qū)域磁層以一定方向磁化，且保持該方向的剩磁（ +BR或 BR）。 ② 信息讀出過(guò)程 ? 磁頭與磁層作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)磁層中記錄單元運(yùn)動(dòng)到磁頭縫隙下面時(shí)，在磁頭中產(chǎn)生較大的磁通變化，讀線圈兩端產(chǎn)生較大的感應(yīng)電勢(shì) E，經(jīng)讀出放大電路整形和放大后成為讀出信號(hào)。 (3) 磁表面存儲(chǔ)器的性能指標(biāo) ? 在磁道中，單位長(zhǎng)度內(nèi)存放的二進(jìn)制信息的數(shù)目叫位密度。位密度的單位為 bPI（每英寸二進(jìn)制位數(shù)）。軟盤位密度約每英寸 4000—10000位。 ① 記錄密度 ? 記錄密度可用道密度和位密度來(lái)表示。 ? 磁道是在磁層運(yùn)動(dòng)方向上被磁頭掃過(guò)的軌跡。一個(gè)磁表面會(huì)有許多磁道。 ? 在沿磁道分布方向上，單位長(zhǎng)度內(nèi)的磁道數(shù)目，叫道密度。常用的道密度單位為 TPI（每英寸磁道數(shù)），目前軟磁盤的道密度約 40—150TPI。 ② 存儲(chǔ)容量 ? 指整個(gè)存儲(chǔ)器所能存放的二進(jìn)制字?jǐn)?shù)或字節(jié)數(shù)。它與磁表面大小和記錄密度密切相關(guān)。 ? 磁鼓容量最小，為幾兆字節(jié)。磁帶容量最大，為若干億字節(jié)；磁盤介于兩者之間。 ? 磁盤的平均尋道時(shí)間一般為 10~20ms；等待時(shí)間一般取磁盤旋轉(zhuǎn)一周所需時(shí)間的一半，假如磁盤轉(zhuǎn)速為6000轉(zhuǎn) /分，等待時(shí)間約為 5ms。 ? 磁帶的定位時(shí)間與走帶速度和帶長(zhǎng)有關(guān)，帶愈長(zhǎng)，帶速愈慢，其平均時(shí)間愈長(zhǎng)。 ③ 平均存取時(shí)間 ? 存取時(shí)間應(yīng)包括定位和等待這兩部分時(shí)間。 ④ 數(shù)據(jù)傳送速率 ? 由于磁表面存儲(chǔ)器和主存之間的數(shù)據(jù)交換常以批量方式進(jìn)行，故傳送速率較大。如軟磁盤傳送一個(gè)字節(jié)約為幾個(gè)微秒，而硬盤每秒可傳送幾兆字節(jié)。 ? 數(shù)據(jù)傳送速率是指磁表面存儲(chǔ)器完成定位和等待操作以后，單位時(shí)間內(nèi)與主機(jī)交換數(shù)據(jù)的二進(jìn)制信息量，以位 /秒或字節(jié) /秒表示。 （ 4）數(shù)據(jù)記錄方式 ? 記錄方式取決于寫入磁化電流波形的組合方式。記錄方式的選取將直接影響記錄密度、存儲(chǔ)容量、傳送速率以及讀 /寫的控制邏輯。 ? 數(shù)據(jù)記錄方式按照寫信息所施加的電流波形的 極性 、頻率 和 相位 的不同，有歸零制、不歸零制、調(diào)相制和調(diào)頻制等。 ① 歸零制（ RZ） ? 寫“ 1”用正脈沖，寫“ 0”用負(fù)脈沖，一位信息寫完后，電流總回歸到零。 ? 磁化單元的剩磁方向，在存“ 1”時(shí)為 +Br，存“ 0”時(shí)為－ Br。 ? 歸零制的寫電流波形（圖 ） RZ +II圖4 . 4 2 歸零制寫電流波形1 1 0 0 1 0 1 ? 歸零制主要特點(diǎn) ☉ 寫入前先退磁，兩個(gè)信息位之間有未磁化的間隙（ B=0），記錄密度較低。 ☉ 每個(gè)位單元有兩個(gè)讀出波形，具有自同步能力，即能從本磁道讀出的信息脈沖序列中提取出選通時(shí)鐘信號(hào)，而無(wú)需增加附加的同步磁道。 ② 不歸零 1（ NRZ—1）制（圖 ） ? 寫電流只在寫“ 1”時(shí)改變方向，寫“ 0”時(shí)寫電流不變，所以又稱作“見(jiàn) 1就翻”不歸零制。 ? 信息位間無(wú)“間隙”，記錄密度較高。 ? 存“ 1”才能讀出信號(hào)，存“ 0”無(wú)讀出信號(hào)，故無(wú)自同步能力。電流不回到零，功耗較大。 1 1 0 0 1 0 1I 圖4 . 4 3 N R Z 1 制寫電流波形+IN R Z 1③ 調(diào)相制（ PM制）（圖 ） ? 利用寫電流的相位不同實(shí)現(xiàn)寫“ 1”和寫“ 0”的一種記錄方式。若寫“ 0”時(shí)，寫電流先正后負(fù)；而寫“ 1”時(shí)，寫電流是先負(fù)后正。 ? 主要特點(diǎn)：無(wú)論寫 1還是寫 0，在一個(gè)位信息期間，寫電流相位至少有一次改變。利用記錄信號(hào)變向，可生成讀同步脈沖。 1 1 0 0 1 0 1PMI+I 圖4 . 4 4 P M 制寫電流波形④ 調(diào)頻制（ FM制）（圖 ） ? 寫入一個(gè)二進(jìn)制信息時(shí)，磁頭中通入的寫電流的頻率是不相同的。 1 1 0 0 1 0 1FMI+I 圖4 . 4 5 F M 制寫電流波形 ? 調(diào)頻制特點(diǎn)： 1) 每記錄一個(gè)代碼時(shí)，在兩個(gè)信息位的交界處，寫電流一定改變方向。 2) 寫“ 1”時(shí)，寫電流的頻率比寫“ 0”時(shí)的頻率高一倍。 3) 有自同步能力。 ⑤ 改進(jìn)調(diào)頻制（ MFM制）（圖 ） ? 改進(jìn)調(diào)頻制和調(diào)頻制的區(qū)別在于去掉了 FM制中的冗余信息， 1 1 0 0 1 0 1MFMI+I 圖4 . 4 6 M F M 制寫電流波形? 其特點(diǎn)是： 1) 寫電流不是在每個(gè)位周期的起始處都翻轉(zhuǎn)，而是只有 連續(xù)記錄兩個(gè)或兩個(gè)以上‘ 0?時(shí)，才在位周期的起始處翻轉(zhuǎn)一次； 2) 逢 1在位中央翻轉(zhuǎn)一次。仍然保持了自同步能力，而使記錄密度提高，故又稱倍密度記錄方式，在磁盤中得到廣泛應(yīng)用。 2. 磁盤存儲(chǔ)器 ? 以磁盤或磁盤組作為存儲(chǔ)介質(zhì)的記錄裝置，又叫磁盤機(jī)。具有記錄密度高、容量大、速度快等優(yōu)點(diǎn)，普遍使用的一種輔助存儲(chǔ)器。 ? 根據(jù)盤片的構(gòu)成及其可更換性分類： 固定式磁盤浮動(dòng)型固定磁頭可更換式磁盤 固定式磁盤浮動(dòng)型活動(dòng)磁頭可更換式磁盤金屬機(jī)體硬盤接觸型活動(dòng)磁頭浮動(dòng)型活動(dòng)磁頭 塑料機(jī)體軟盤磁盤均為可更換式① 硬磁盤存儲(chǔ)器的基本組成（圖 ） ? 主要由磁記錄介質(zhì)、磁盤驅(qū)動(dòng)器、磁盤控制器三大部分組成。 (1) 硬磁盤存儲(chǔ)器 并行數(shù)據(jù)來(lái)自總線控制邏輯 時(shí)鐘 并→串轉(zhuǎn)換電路讀放電路 串→并轉(zhuǎn)換電路 寫電流驅(qū)動(dòng)器讀寫開關(guān)讀/ 寫磁頭圖4 . 4 7 硬磁盤存儲(chǔ)器的邏輯結(jié)構(gòu)送總線② 溫徹斯特磁盤存儲(chǔ)器 ? 可移動(dòng)磁頭固定盤片的磁盤存儲(chǔ)器，用密封組合式結(jié)構(gòu)，具有防塵性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。 ? 溫盤的盤片直徑有 14吋、 8吋、 ，用于 IBM PC 系列機(jī)的溫盤一般是 ，現(xiàn)在容量可達(dá) 20GB以上。 ③ 硬盤驅(qū)動(dòng)器 ? 硬盤驅(qū)動(dòng)器是精密的機(jī)電裝置，由定位驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)組成。加工和安裝有嚴(yán)格的技術(shù)要求，在超凈環(huán)境下組裝。 寫入電路 寫命令 寫入數(shù)據(jù)讀出數(shù)據(jù)讀命令 讀出電路盤地址尋道結(jié)束 磁盤地址寄存器 扇區(qū)符合比較器扇區(qū)符合道地址磁頭定位伺服系統(tǒng) 磁頭選擇讀寫磁頭扇區(qū) 計(jì)數(shù)器來(lái)自或送到磁盤控制器扇區(qū)號(hào) 扇區(qū)標(biāo)志脈沖 圖4 . 4 8 磁盤驅(qū)動(dòng)器邏輯框圖 ? 磁盤驅(qū)動(dòng)器的邏輯操作歸納為尋址、讀盤和寫盤 讀寫操作 ☉ 判斷所找扇區(qū)已轉(zhuǎn)到磁頭下方。扇區(qū)定位成功，輸出扇區(qū)符合信號(hào)。 尋址操作 ☉ 根據(jù)控制字中的盤地址（柱面號(hào)、磁頭號(hào)、扇區(qū)號(hào)）找出目標(biāo)磁道和記錄塊位置。 ☉ 控制器的讀寫控制電路動(dòng)作。 ☉ 寫操作：就將數(shù)據(jù)送入寫電路 ,寫電路根據(jù)記錄方式生成相應(yīng)的寫電流脈沖。 ☉ 讀操作：根據(jù)道、扇區(qū)地址讀出內(nèi)容送盤控制器。 ④ 磁盤控制器 ? 磁盤控制器是主機(jī)與磁盤驅(qū)動(dòng)器之間的接口；與和主機(jī)之間采用成批數(shù)據(jù)交換方式。 S C S I 接口DMA控制格式控制數(shù)據(jù)緩沖串/ 并轉(zhuǎn)換并/ 串轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)譯碼數(shù)據(jù)編碼讀時(shí)鐘發(fā)生器讀出 放大器寫入 驅(qū)動(dòng)器E S D I 接口 S T 5 0 6 接口圖4 . 4 9 磁盤控制器接口邏輯C B A ? 磁盤控制器與磁盤驅(qū)動(dòng)器之間并沒(méi)有明確的界線， ⑤ 磁盤上的信息分布 ? 磁盤表面稱為記錄面，記錄面上一系列同心圓稱為磁道（ track），有雙面和單面之分。 柱面0柱面n 磁盤的柱面和扇區(qū)示意扇區(qū) ? 每個(gè)記錄面上都有一個(gè)磁頭，在尋道時(shí)同步運(yùn)動(dòng)。 ? 磁盤組上直徑相同的磁道構(gòu)成一個(gè)柱面 (Cylinder)，柱面從外向里編址。 ? 定長(zhǎng)記錄格式 ☉ 每個(gè)記錄塊記錄的字節(jié)數(shù)固定。如 IBM PC 中每記錄塊記錄 12 256或 512字節(jié)。 頭空 ：不記數(shù)據(jù) (記全‘ 1?)，磁盤轉(zhuǎn)過(guò)該區(qū)域的時(shí)間是留給磁盤控制器作準(zhǔn)備用的。 ☉ 定長(zhǎng)記錄格式中每個(gè)扇區(qū)記錄一個(gè)數(shù)據(jù)塊，每個(gè)扇區(qū)有頭空、 ID域、間隙、數(shù)據(jù)域和尾空。 尾空 ：在數(shù)據(jù)塊和數(shù)據(jù)塊的 CRC碼后的區(qū)域， 也記全‘ 1?。 序標(biāo) ：又稱同步字符，標(biāo)志 扇區(qū)開始的代碼。 扇區(qū)地址 ：包括柱面號(hào)、磁頭號(hào)、扇區(qū)號(hào)等。 從序標(biāo)開始的 CRC碼。 數(shù)據(jù)域又有同步字符、數(shù)據(jù)標(biāo)志、數(shù)據(jù)和相應(yīng)的CRC組成。 ID域： 又由序標(biāo)、扇區(qū)地址和相應(yīng) CRC組成。 ? IBM PC機(jī)所用軟盤的記錄格式，硬盤的記錄格式與之類似 (圖 )。 索引 空隙 第一扇區(qū) 第二扇區(qū) . . . 第K 扇區(qū) 空隙 ( a ) 磁道上信息的分布（b ）I B M 格式的記錄塊組成同步字符ID域頭空數(shù)據(jù)域信息名字節(jié)數(shù)代碼FF 00 FE FF 00 F8 FFFM制字節(jié)數(shù)代碼M F M 制圖4 . 5 1 I B M P C 機(jī)所用軟盤的記錄格式地址標(biāo)志地址CRC間隙同步字符數(shù)據(jù)標(biāo)志數(shù)據(jù) CRC尾空40 6 1 4 2 11 6 11282565122 27FF 003個(gè)A11個(gè)FE