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  輔存狹義上是我們平時講的硬碟。科學地說是外部存儲器(需要通過I/O系統與之交換數據,又稱為輔助存儲器)。存儲容量大、成本低、存取速度慢,以及可以永久地離線保存信息。主要包括磁表面存儲器、軟盤存儲器、磁帶存儲設備、光碟存儲設備。


  ① 磁表面存儲器


  磁表面存儲器的優點為存儲容量大、單位價格低、記錄介質可以重複使用、記錄信息可以長期保存而不丟失,甚至可以離線存檔、非破壞性讀出,讀出時不需要再生信息。當然,磁表面存儲器也有缺點,主要是存取速度較慢,機械結構複雜,對工作環境要求較高。磁表面存儲器由於存儲容量大,單位成本低,多在計算機系統中作為輔助大容量存儲器使用,用以存放系統軟體、大型文件、資料庫等大量程序與數據。


  磁表面存儲器又可分為磁帶存儲器和磁碟存儲器兩大類。磁帶存儲器是一種順序存取的設備,存取時間較長,但存儲容量大,便於攜帶,價格便宜,是一種主要的輔助存儲器。磁帶的內容由磁帶機進行讀寫,按磁帶機的讀寫方式分為啟停式和數據流式兩種。


  磁碟存儲器的主要指標包括存儲密度、存儲容量、存取時間及數據傳輸率。


  • 存儲密度。存儲密度分道密度、位密度和面密度。道密度是指沿磁碟半徑方向單位長度上的磁軌數,單位為道/英寸。位密度是磁軌單位長度上能記錄的二進位代碼位數。單位為位/英寸。面密度是位密度和道密度的乘積,單位為位/平方英寸。


  • 存儲容量。一個磁碟存儲器所能存儲的位元組總數,稱為磁碟存儲器的存儲容量。存儲容量有格式化容量和非格式化容量之分。格式化容量是指按照某種特定的記錄格式所能存儲信息的總量,也就是用戶可以真正使用的容量。非格式化容量是磁記錄表面可以利用的磁化單元總數。將磁碟存儲器用於共計算機系統中,必須首先進行格式化操作,然後才能供用戶記錄信息。格式化容量一般是非格式化容量的60%~70%。目前,3.5英寸的硬碟機容量可達160 GB。


  • 平均存取時間。存取時間是指從發出讀寫命令后。磁頭從某一起始位置移動至新的記錄位置,到開始從碟片表而讀出或寫入信息所需要的時間。這段時間由兩個數值決定,一個是將磁頭定位至所要求的磁軌所需的時間,稱為定位時間或尋道時間;另一個是尋道完成後至磁軌上需要訪問的信息到達磁頭下的時間,稱為等待時間,這兩個時間都是隨機變化的,因此往往使用平均值來表示。平均存取時間等於平均尋道時間與平均等待時間之和。平均尋道時間是最大尋道時間與最小尋道時間的平均值,目前平均尋道時間為10 ms~20 ms。平均等待時間和磁碟轉速有關,它用磁碟旋轉一周所需時間的一半來表示。目前固定磁碟轉速高達     6000轉/分,故平均等待時間為5 ms。


  • 數據傳輸率。磁碟存儲器在單位時間內向主機傳送數據的位元組數,叫數據傳輸率,傳輸率與存儲設備和主機介面邏輯有關。從主機介面邏輯考慮,應有足夠快的傳送速度向設備接收/發送信息。從存儲設備考慮,假設磁碟旋轉速度為n轉/秒,每條磁軌容量為N個位元組,則數據傳輸率Dr=n N(Bps)。也可以寫成Dr=D×v(Bps),其中D為位密度,v為磁碟旋轉的線速度。目前磁碟存儲器的數據傳輸率可達幾十兆Bps。


  ② 軟盤存儲器


  軟磁碟存儲器簡稱軟盤,因為碟片是用類似於塑料薄膜唱片的柔性材料製成的。軟磁碟存儲器由軟盤驅動器、軟盤控制器、軟磁碟片3大部分組成。


  軟磁碟存儲器和硬磁碟存儲器的存儲原理和記錄方式基本相同,但在結構和性能上存在一些差別。


  • 硬碟轉速高,每分鐘可達6000轉,存取速度快;軟盤轉速低,每分鐘只有300轉,存取速度慢。


  • 硬碟有固定頭、固定盤、盤組等結構;軟盤都是活動頭,是可換碟片結構。


  • 硬碟是浮動磁頭讀寫,磁頭不接觸碟片;軟盤磁頭是接觸式讀寫。


  • 硬碟系統及硬碟片價格都比較貴,大部分碟片不能互換;軟盤造價低,碟片保管方便,使用靈活,且具有互換性。


  • 硬碟對環境要求苛刻,要有超凈措施;軟盤則對環境要求不太嚴格。


  按所用碟片尺寸不同,軟磁碟機有5.25英寸、3.5英寸、2.5英寸等多種。從內部結構上來看,又可按使用的記錄密度不同,分為雙面雙密度、雙面高密度等多種。


  軟磁碟片的形狀類似於普通薄膜唱片。使用時軟磁碟連同保護套一起插入軟磁碟機中,由驅動機構帶動軟磁碟片勻速轉動(保護套不動),磁頭通過槽孔和磁碟片上的記錄區接觸,讀出或寫入信息。


  為了正確存儲信息,必須將碟片劃分成磁軌和扇區,它們稱作磁碟地址。這些信息必須寫到碟片上,還要加上同步標誌、校驗信息、間隔等。這些信息一起構成磁碟的「軟分段」信息。所謂「軟分段」,就是以「索引孔」作為定位基準,將扇區的劃分由通過軟體寫入的標誌來實現。「索引孔」用來檢測碟片的轉速和劃分碟片的扇區區段。當碟片上的小孔轉到與塑料封套上小孔的位置相對時,軟盤機上的感測元件可測得一個脈衝信號,作為碟片旋轉一周的開始標誌,以此作為扇區劃分的起點。碟片在出廠前都要進行「預格式化」,即完成「軟分段工作」。用戶再根據不同的機型和操作系統,用格式化程序重新格式化(或叫初始化)。


  注意,每條磁軌上扇區數是相同的,但由於靠裡面磁軌的圓周長比外面磁軌的圓周長小,而它們又要記錄同樣多的信息,所以裡面磁軌的位密度要比外面磁軌的位密度高。每條磁軌分成多少扇區,取決於記錄格式。其次,磁軌的地址是從外向里編號,最外面是0道,最裡面是n道。5.25英寸盤有40條磁軌和80條磁軌兩種,3.5英寸盤只有80條磁軌1種。


  一張雙密度碟片相當於兩張單密度碟片,單密度採用FM記錄方式,雙密度採用MFM記錄方式。按記錄面和密度的不同,8英寸軟盤有4種形式:單面單密度(SS,SD)、雙面單密度(DS,SD)、單面雙密度(SS,DD)和雙面雙密度(DS,DD)。雙密度軟盤上都標有2D或DD標記。5.25英寸和3.5英寸軟盤都是雙面雙密度和高密度(4倍密度,QD)。


  軟盤的磁頭和盤面是接觸式讀寫,定址時不但有徑向而且有周向的摩擦。一個碟片旋轉106次以上時應考慮報廢,以免超過規定的誤碼率。


  軟盤驅動器主要由驅動機構、磁頭及定位機構、讀寫電路組成。軟盤控制器解釋來自主機的命令並向軟盤驅動器發出各種控制信號,同時還要檢測驅動器的狀態,按規定的數據格式向驅動器讀寫數據。


  ③ 磁帶存儲設備


  磁帶機的存儲原理基本上與磁碟機相同,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。當記有代碼的磁帶在磁頭下移動時,就在磁頭線圈上感應出電動勢,即可讀出信息代碼。磁帶存儲設備由磁帶機和磁帶兩部分組成。


  磁帶有許多種,按帶寬分有1/4英寸和1/2英寸;按帶長分有2400英尺、1200英尺和600英尺;按外形分有開盤式磁帶和盒式磁帶;按記錄密度分有800位/英寸、1600位/英寸、6250位/英寸;按帶面并行記錄的磁軌數分有9道、16道等。計算機系統中多採用1/2英寸開盤磁帶和1/4英寸盒式磁帶,它們是標準磁帶。


  磁帶機也有許多種。按磁帶機規模分,有標準10英寸磁帶機、盒式磁帶機和海量寬磁帶存儲器。按磁帶機走帶速度分,有高速磁帶機(4m/s~5m/s)、中速磁帶機         (2m/s~3m/s)和低速磁帶機(2m/s以下)。磁帶機的數據傳輸率為c=d×v,其中d為記錄密度,v為走帶速度。帶速快則傳輸率高。按磁帶的記錄格式分,有啟停式和數據流式。


  磁帶機為了尋找記錄區,必須驅動磁帶正走或反走,讀寫完畢又要使磁頭停在兩個記錄區之間。因此要求磁帶機在結構和電路上採取相應措施,以保證磁帶以一定的速度平衡地運動和快速啟停。


  下面簡要說明數據流磁帶機的結構。數據流磁帶機是將數據連續地寫在磁帶上,每個數據塊間插入記錄間隙,使磁帶機在數據塊間不啟停。它用電子控制代替機械控制,從而簡化了磁帶機的結構,降低了成本,提高了可靠性。


  數據流磁帶機有1/2英寸開盤式和1/4英寸盒式兩種。盒式磁帶的結構類似於錄音帶和錄像帶,盒帶內部裝有供帶盤和收帶盤,磁帶的長度主要有450英尺和600英尺兩種,容量分別為45 MB和60 MB。


  數據流磁帶機的讀寫機構和啟停式磁帶機不同,後者是多位并行讀寫,而前者是類似於磁碟的串列讀寫方式,因而決定了兩者的記錄格式不同。


  ④ 光碟存儲設備


  光碟採用聚焦激光束在盤式介質上非接觸地記錄高密度信息,以介質材料光學性質(如反射率、偏振方向)的變化來表示所存儲信息的1或0。它的突出優點是,激光可聚焦到1 μm以下,從而記錄的面密度可達到645 Mb/平方英寸,高於一般的磁記錄水平。一張CD-ROM碟片的存儲容量可達600 MB,相當於400多張1.44 MB的3.5英寸軟碟片。光碟的缺點是存取時間長,數據傳輸率低。


  按讀寫性質來分,光碟分為只讀型、一次型、重寫型3類。


  • 只讀型光碟


  只讀型光碟是廠商以高成本製作出母盤后大批重壓制出來的光碟。這種模壓式記錄使光碟發生永久性物理變化,記錄的信息只能讀出,不能被修改。典型的產品如下。


  ►  LD:俗稱影碟,記錄模擬視頻和音頻信息,可放映60分鐘全帶寬的PAL制電視。


  ►  CD-DA:數字唱盤,記錄數字化音頻信息,可存儲74分鐘數字立體聲信息。


  ►  VCD:俗稱小影碟,記錄數字化視頻和音頻信息。可存儲74分鐘按MPEG1標準壓縮編碼的動態圖像信息。


  ►  DVD:數字視盤。單記錄層容量為4.7 GB,可存儲135分鐘按MPEG2標準壓縮編碼的、相當於高清晰度電視的視頻圖像信息和音頻信息。


  ►  CD-ROM:主要用作計算機外存儲器。可記錄數字數據,也可同時記錄數字化視頻和音頻信息。


  • 一次型光碟


  用戶可以在這種光碟上記錄信息,但記錄信息會使介質的物理持性發生永久性變化,因此只能寫一次。寫后的信息不能再改變,只能讀。典型產品是CD-R光碟。用戶可在專用的CD-R刻錄機上向空白的CD-R盤寫入數據,製作好的CD-R光碟可放在CD-ROM驅動器中讀出。


  • 重寫型光碟


  用戶可對這類光碟進行隨機寫入、擦除或重寫信息。


  CD-ROM非常適用於把大批量數據分發給大量的用戶,常用的CD-ROM驅動器已經從單倍速(150KBps)光碟機發展到了40倍速(6000 KBps),光碟片的直徑一般是5.25英寸,光碟信息記錄密度比磁碟高,存儲容量約為650 MB。可擦寫光碟可以反覆地進行讀寫,如同普通的磁碟。

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