第四章、存储系统-2

第四章、存储系统-2内容摘要：

t 0 1 2 3 22 22 11 22 11 19 22 11 19 7 16 4 19 7 7 16 16 11 7 19 11 22 22 11 19 4 3 计算机组成原理 Slide 41 Cache最不经常使用算法 (LFU) 22 11 22 19 11 16 4 3 载入 载入 命中 载入 命中 载入 替换 替换 t 0 1 2 3 220 22 11 221 11 19 221 111 19 222 111 4 16 111 16 222 111 16 19 11 22 221 221 11 19 4 3 22 命中 22 111 16 19 222 计算机组成原理 Slide 42 Cache近期最久未使用算法 (LRU) 22 11 22 19 7 16 4 3 载入 载入 命中 载入 载入 替换 替换 替换 t 0 1 2 3 220 221 110 222 113 191 223 11 192 71 41 162 19 73 70 160 22 161 72 193 111 22 220 221 112 190 40 30 计算机组成原理 Slide 43 第 0块 Cache全相联映射写命中 第 0块 第 1块 2 3 4 5 6 7 8 9 … 126 3 9 5 Cache 主存 … … 126 块 =126 字地址 =1 比较器 命中 输入输出寄存器 输入输出寄存器全写法 (write through) 写回法 (write back) 计算机组成原理 Slide 44 全写法 写回法 写一次法 计算机组成原理 Slide 45 第 0块 Cache全相联映射写失效 第 0块 第 1块 2 3 4 5 6 7 8 9 … 1 3 9 5 Cache 主存 … … 126 块 =126 字地址 =1 比较器 未命中 输入输出寄存器 WTWA WTNWA 计算机组成原理 Slide 46 Cache对存储系统性能的影响 对读操作的影响  利用时间局部性，将刚刚访问的数据调度到cache中，提高命中率，  利用空间局部性，采取预读的方式，将相邻的数据调度到 cache中，提高命中率 对写操作的影响  采取写回的方式提高写速度 计算机组成原理 Slide 47 cache的 命中率与 cache容量的关系 CH计算机组成原理 Slide 48 高速缓冲存储器  Cache基本原理 相联存储器 主存与 Cache的地址映射 替换策略与写操作策略  Cache实际应用 计算机组成原理 Slide 49 cache实际应用 块设备缓存 硬盘缓存  web cache 计算机组成原理 Slide 50 外存储器 磁表面存储器原理 硬盘存储器 磁带存储器 光盘存储器 计算机组成原理 Slide 51 磁表面存储器原理 磁记录读 /写原理 记录方式 计算机组成原理 Slide 52 磁记录原理 将磁性材料薄薄的涂在金属或者塑料表面作载磁体来存储信息的方式称为 磁表面存储 大多数外存储器均采用磁记录原理 磁鼓、软磁盘、硬磁盘、磁带 计算机组成原理 Slide 53 磁记录特点  存储容量大，位价格低  记录介质可重复使用  记录信息可长期保存  非破坏性读出  采用机械装臵，机械结构复杂  存取速度慢  对工作环境要求高 计算机组成原理 Slide 54 磁性材料物理特性  B磁感应强度  H外加磁场强度  I电流  磁性材料被磁化后，  工作点总在磁滞回线上。  剩磁状态 +Br , － Br。  矩形磁滞回线 Br 较大容易读出，矫顽力 Hc较小容易磁化，易于写入信息 计算机组成原理 Slide 55 磁记录读写原理 磁头： 软磁材料做铁芯，其上绕有读写线圈的电磁铁 利用磁性材料剩磁的两种磁化方向 (SN或 NS)表示二进制数据 “ 0” 和 “ 1”。 铁心 读线圈 写线圈 磁层 载磁体 运动方向 I S N N S 计算机组成原理 Slide 56 磁表面存储器存储原理 电磁变换，利用磁头写线圈中的脉冲电流，将数值转换成磁层存储单元中的不同剩磁状态。 利用磁电变化，通过磁头读出线圈，将存储单元的剩磁状态转换为电信号输出。 计算机组成原理 Slide 57 记录方式 形成不同写入电流的方式称为记录方式  不归零制（ NRZ0）  见 “ 1” 就翻不归零制（ NRZ1）  调相制（ PM）  调频制（ FM）  改进调频制（ MFM） 计算机组成原理 Slide 58 不归零制 NRZ (Not Return Zero) 数据序列 1 0 0 0 1 1 1 0 NRZ0 NRZ1 计算机组成原理 Slide 59 数据序列 1 0 0 0 1 1 1 0 PM FM MFM 调相制、调频制 1 0 0 0 1 1 1 0 数据序列 NRZ0 NRZ1 PM FM MFM 磁记录方式  编码效率： 每次磁化方向变化所存取的数据的多少（位密度 /最大磁化翻转密度）  自同步能力：从读出数据中自动提取同步信号的能力（ R=最大磁化翻转间隔 /最小磁化翻转间隔） 计算机组成原理 Slide 61 硬盘存储器 硬盘基本组成 硬盘数据信息分布 硬盘读写过程 计算机组成原理 Slide 62 硬盘基本组成 盘片组 主轴驱动机构 磁头 磁头驱动定位机构 读写电路 接口及控制电路 计算机组成原理 Slide 63 硬盘存储器基本组成 控制器接口 磁头定位 伺服系统 读 / 写 电路 磁头 选择电路 电源 空气 过滤系统 主轴电机 控制电路 控制器 定位信息 写入数据 读出数据 磁头地址 磁头 盘片 计算机组成原理 Slide 64 Disk 基本结构  若干盘片，每个盘片 2面  磁道（ Track）  扇区（ Sector） spindle surface tracks track k sectors gaps 计算机组成原理 Slide 65 Disk 运动 恒速旋转 spindle 计算机组成原理 Slide 66 多盘片结构 arm spindle 计算机组。