【正文】 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 機所用軟盤的記錄格式地址標志地址CRC間隙同步字符數(shù)據標志數(shù)據 CRC尾空40 6 1 4 2 11 6 11282565122 27FF 003個A11個FE4E。 ID域： 又由序標、扇區(qū)地址和相應 CRC組成。 數(shù)據域又有同步字符、數(shù)據標志、數(shù)據和相應的CRC組成。 扇區(qū)地址 ：包括柱面號、磁頭號、扇區(qū)號等。 尾空 ：在數(shù)據塊和數(shù)據塊的 CRC碼后的區(qū)域， 也記全‘ 1?。 ☉ 定長記錄格式中每個扇區(qū)記錄一個數(shù)據塊，每個扇區(qū)有頭空、 ID域、間隙、數(shù)據域和尾空。 ? 定長記錄格式 ☉ 每個記錄塊記錄的字節(jié)數(shù)固定。 柱面0柱面n 磁盤的柱面和扇區(qū)示意扇區(qū) ? 每個記錄面上都有一個磁頭，在尋道時同步運動。 ④ 磁盤控制器 ? 磁盤控制器是主機與磁盤驅動器之間的接口；與和主機之間采用成批數(shù)據交換方式。 ☉ 寫操作：就將數(shù)據送入寫電路 ,寫電路根據記錄方式生成相應的寫電流脈沖。 尋址操作 ☉ 根據控制字中的盤地址（柱面號、磁頭號、扇區(qū)號）找出目標磁道和記錄塊位置。扇區(qū)定位成功，輸出扇區(qū)符合信號。 寫入電路 寫命令 寫入數(shù)據讀出數(shù)據讀命令 讀出電路盤地址尋道結束 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) 計數(shù)器來自或送到磁盤控制器扇區(qū)號 扇區(qū)標志脈沖 圖4 . 4 8 磁盤驅動器邏輯框圖 ? 磁盤驅動器的邏輯操作歸納為尋址、讀盤和寫盤 ③ 硬盤驅動器 ? 硬盤驅動器是精密的機電裝置，由定位驅動系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)和數(shù)據轉換系統(tǒng)組成。 (1) 硬磁盤存儲器 并行數(shù)據來自總線控制邏輯 時鐘 并→串轉換電路讀放電路 串→并轉換電路 寫電流驅動器讀寫開關讀/ 寫磁頭圖4 . 4 7 硬磁盤存儲器的邏輯結構送總線② 溫徹斯特磁盤存儲器 ? 可移動磁頭固定盤片的磁盤存儲器，用密封組合式結構，具有防塵性好、可靠性高等優(yōu)點，應用廣泛。具有記錄密度高、容量大、速度快等優(yōu)點，普遍使用的一種輔助存儲器。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用。 3) 有自同步能力。 1 1 0 0 1 0 1FMI+I 圖4 . 4 5 F M 制寫電流波形 ? 調頻制特點： 1) 每記錄一個代碼時，在兩個信息位的交界處，寫電流一定改變方向。利用記錄信號變向，可生成讀同步脈沖。若寫“ 0”時，寫電流先正后負；而寫“ 1”時，寫電流是先負后正。電流不回到零，功耗較大。 ? 信息位間無“間隙”，記錄密度較高。 ☉ 每個位單元有兩個讀出波形，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鐘信號，而無需增加附加的同步磁道。 ? 磁化單元的剩磁方向，在存“ 1”時為 +Br，存“ 0”時為－ Br。 ? 數(shù)據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、調相制和調頻制等。 （ 4）數(shù)據記錄方式 ? 記錄方式取決于寫入磁化電流波形的組合方式。如軟磁盤傳送一個字節(jié)約為幾個微秒，而硬盤每秒可傳送幾兆字節(jié)。 ③ 平均存取時間 ? 存取時間應包括定位和等待這兩部分時間。 ? 磁盤的平均尋道時間一般為 10~20ms；等待時間一般取磁盤旋轉一周所需時間的一半，假如磁盤轉速為6000轉 /分，等待時間約為 5ms。 ? 磁鼓容量最小，為幾兆字節(jié)。 ② 存儲容量 ? 指整個存儲器所能存放的二進制字數(shù)或字節(jié)數(shù)。 ? 在沿磁道分布方向上，單位長度內的磁道數(shù)目，叫道密度。 ? 磁道是在磁層運動方向上被磁頭掃過的軌跡。軟盤位密度約每英寸 4000—10000位。 (3) 磁表面存儲器的性能指標 ? 在磁道中，單位長度內存放的二進制信息的數(shù)目叫位密度。 ① 信息寫入過程 ? 寫線圈中通以寫電流脈沖，磁頭縫隙處的磁場穿過磁層中一微小區(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）。 ? 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。 ? 磁頭是實現(xiàn)“磁 —電”和“電 —磁”轉換的元件 ? 磁頭由高導磁率的軟磁性材料（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。 ? 將用這種材料制成的磁膠涂敷或鍍在載磁體上，其厚度通常為 ~5μ m，以記錄信息。屬 I/O設備。 ◆ 本節(jié)主要介紹磁表面存儲器的存儲原理、數(shù)據的記錄方式以及磁盤和磁帶的結構及尋址方式。 輔助存儲器 磁表面存儲器 ◆ 磁表面存儲器包括磁鼓、磁帶、磁盤和磁卡片等。 ? 在頁被替換時，檢查其修改位，如為“ 1”，先將該頁內容從主存寫入外存，然后再從外存接收新的一頁。 4. 替換算法 ? 頁式管理中，產生頁面失效時，要從外存調進包含有這條指令或數(shù)據的頁面。 基號 頁內地址頁號段號 ? 多道程序虛擬地址格式： ? 例：有三道程序（用戶標志號為 P1， P2， P3），其基址寄存器內容分別為 B1， B2， B3， ? 邏輯地址到物理地址的變換（圖 ） ? 若只有一個基址寄存器，基號可以不要，在多道程序切換時，由操作系統(tǒng)修改基址寄存器的內容來實現(xiàn)。 ? 頁表指明該段各頁在主存中的位置以及是否已裝入、修改等狀態(tài)信息。 ? 段表中的每個表項對應一個段，每個表項有一個指向該段的頁表起始地址的指針和該段的控制保護信息。 ? 它兼有頁式和段式的優(yōu)點。 ? 把程序按邏輯單位分段以后，再把每段分成固定大小的頁。 ? 通過 段表 把虛擬地址變換成實存地址 ? 段表格式 (圖 ) 程序分段( 邏輯)段0 ( 2 K ) 段1 ( 5 K ) 段2 ( 3 K ) ┄┄段表( 在主存)段號 段首址 裝入位 段長 1200 1 2K 3320 1 5K **** 0 3K ┄┄ 8000 1 2K ┄┄012┆ 實存空間1200段0空 段1 段i┄┄i33208000 圖4 . 3 9 段表示意圖 ? 虛擬地址向實存地址的變換過程 (圖 ) 段表基址寄存器 段表基地址 虛存地址 段號 段內地址段號 段首址 裝入位 段長012n 實存地址 段表( 在主存中)圖4 . 4 0 段式虛擬存儲器地址變換...... ? 在訪問某段時，如果段內地址值超過段的長度，則發(fā)生地址越界中斷。 頁表基址寄存器頁表基地址邏輯頁號 頁內地址0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 虛存地址裝入位 主存頁號1 1 0 1 0 10 * * * * *1 1 1 0 1 01 0 0 1 0 10 * * * * * ┆ ┆1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0實存地址物理頁號 頁內地址 頁表（在主存中）圖4 . 3 7 頁式虛擬存儲器地址變換? 經快表與慢表實現(xiàn)地址變換的方式（圖 ） ? 快表由硬件組成，它比頁表小得多； ? 由邏輯頁號同時去查快表和慢表，當在快表中有此邏輯頁號時，能很快地找到對應的物理頁號送入實存地址寄存器，并使慢表的查找作廢； ? 如果在快表中查不到，要花費一個訪主存時間查慢表，從中查到物理頁號送入實存地址寄存器，并將此邏輯頁號和對應的物理頁號送入快表，替換快表中應該移掉的內容。 ? 裝入位為“ 1”，表示該邏輯頁已從外存調入內存；反之， 則表示對應的邏輯頁未調入內存。 ? 頁式管理的地址變換 (圖 ) ? 一個虛存邏輯頁號有一個表項，表項內容包含該邏輯頁所在的主存頁面地址（物理頁號）、裝入位、替換控制位及其它保護位等； ? 虛存地址到主存實地址的變換是由放在 主中存的頁表來實現(xiàn)。 ? 實存地址也分兩個字段：高位字段為物理頁號，低位字段為頁內地址。 1. 頁式虛擬存儲器 ? 虛存地址分為兩個字段：高位字段為邏輯頁號，低位字段為頁內地址。 ? 可采用分段和分頁結合的段頁式存儲管理系統(tǒng) ? 程序按模塊分段，段內再分頁，進入主存仍以頁為基本信息傳送單位； ? 由于頁不是邏輯上獨立的實體，所以處理、保護和共享都不及段式來得方便。 ? 比段式管理系統(tǒng)中段外空間的浪費要小的多。 ? 由于段的長度各不相同，段的起點和終點不定，給主存空間分配帶來麻煩，且容易在實存中留下許多空白的零碎存儲空間不好利用，造成浪費。 ? 可以把段作為基本信息單位在主存 —輔存之間傳送和定位。 虛擬存儲器的基本管理方法 ◆ 虛擬存儲器的管理方式有段式、頁式或段頁式三種。 ? 虛擬存儲器使計算機具有輔存的容量，接近于主存的速度和輔存的位成本。 ? 采用虛擬存儲器，用戶編制程序時就無需考慮所編程序在主存中是否放得下以及放在什么位置等問題。 ? Cache的替換算法和地址映象方式完全由硬件實現(xiàn)，在虛擬存儲系統(tǒng)中，用軟、硬件結合的方法來實現(xiàn)。 ◆ 虛擬存儲技術： ? 將一部分（或全部）輔存和主存結合，把兩者的地址空間統(tǒng)一編址，形成比實際主存空間大得多的邏輯地址空間。 128位L 2 / 總線接口128位指令C a c h e( 3 2 K 字節(jié)）128位指令部件整數(shù)ALU整數(shù)ALU整數(shù)ALU整數(shù)寄存器取數(shù)/ 存數(shù)部件浮點寄存器浮點ALU數(shù)據C a c h e( 3 2 K 字節(jié)） 圖4 . 3 6 P o w e r P C 6 2 0 結構框圖64位64位 虛擬存儲器 虛擬存儲器的功能 ◆ 問題的提出： ? 系統(tǒng)程序和應用程序要求主存容量越來越大， ? 地址字能直接訪問的存儲空間，比主存的實際存儲空間大得多。 ? 寫直達法又稱存直達法， ? 在頁替換時，就不必將被替換的 Cache頁內容寫回，可以直接調入新頁。 ? 處理機進行寫操作時，利用“ Cache—主存”層次中存在于處理機和主存之間的通路將信息也寫回主存。 ◆ 解決問題的關鍵是選擇更新主存內容的算法；采用兩 種算法。 ◆ 說明兩種替換算法的工作原理和命中率 (圖 ) ? 也不是分組容量越大越好，因為組內采用全相聯(lián)映象法，隨著組內容量的增大，其實現(xiàn)的復雜性也增加。 2．“近期最少使用”算法（ LRU） ? 選擇近期最少使用訪問的 Cache頁為調出頁，這種算法能比較正確地反映程序的局部性； ? 具體實現(xiàn)比 FIFO算法要復雜一些，替換算法只能全部用硬件方法實現(xiàn)。 ◆ Cache頁失靶處理 ◆ 替換策略的選取 ? 替換策略的選取要根據實現(xiàn)的難易，以及是否能獲得高的命中率兩方面因素來決定。 ? 訪存時出現(xiàn) Cache頁失靶，需要將主存頁按所采用的映象規(guī)則裝入 Cache。S字段越大，則 Cache頁沖突越低，而相聯(lián)映象表也越大。 ? 組相聯(lián)映象法在各組間用直接映象，組內各頁則是全相聯(lián)映象。 ? 在組相聯(lián)映象法中，某區(qū)的第 i頁可以調入 i組中的任意一頁。逐一與 CPU給出地址中的標記 (20位 )送比較器進行比較。 ? 主存地址 32位， m=20，最大可分成 220個區(qū)；每區(qū)128(2q)頁，每頁 32個字節(jié)。主存某區(qū)的頁允許映射到固定組內的任意頁。 ? 全相聯(lián)映象法和直接映象法結合起來，就產生了組相聯(lián)映象法。幾乎沒有單純采用全相聯(lián)映象法。 ? 主存 —Cache地址變換過程（圖 ） 頁號 頁內地址主存地址C a c h e 地址相聯(lián)比較失靶去主存讀命中頁號 頁內地址 圖4 . 3 1 全相聯(lián)映象地址變換... ... ? 讓主存頁號與目錄表中各項的頁號作相聯(lián)比較；如有相