信息处理技术员考点：辅助存储器

辅助存储器用以存放当前暂时不用的程序和数据，是主存储器的主要后援存储设备。对辅存的基本要求，是容量大、成本低、可以脱机保存信息。读写方式主要有磁读写和光读写两种。

1. 磁表面存储器

磁盘、磁带都是磁表面存储器，其信息存储于涂覆在载体表面、厚度为0.024~5左右的磁层中。其存储元记录了磁头写线圈中电流的方向，当载磁体朝一个方向运动时，若写线圈中通过脉冲电流，就把其中的信息存储在磁层中，从而完成写操作。若写线圈中没有脉冲电流，那么存储元中的剩磁由于电磁感应原理，可以在读线圈中感应出脉冲电流，从而完成读操作。

磁记录格式规定了一连串的二进制数字数据与磁层存储元的相应磁化翻转形式互相转换的规则，常用的有下面几种：

(1)归零制(RZ)。用写电流的正脉冲表示1.负脉冲表示0.磁层在记录1时由无磁性状态转变为某个方向上的磁化状态，记录0时从未磁化状态转变为另一方向的磁化状态。在两个信号之间，磁头线圈的写电流要回到零。这种方式记录密度低，抗干扰能力差。

(2)不归零制(NRZ)。在记录信息时，磁头线圈中总是有电流，不是正向电流，就是反向电流，不需要磁化电流回到无电流的状态。这种方式抗干扰能力强，但它没有自同步能力。

(3)调相制(PE或PM)。又称为曼彻斯特码。写每个1时，写电流由正向负跳变一次。写每个0时，写电流由负向正跳变一次。当记录连续的0或1时，信号交界处也要翻转一次。这种能够方式具有自同步能力，抗干扰能力强，但是频带较窄。

(4)调频制(FM或FD)。在两个信号的交界处写电流都要改变方向，并且利用中间有无跳变来记录1或0.这种方式具有自同步能力。

磁盘是一些圆片形的磁表面介质存储器，其基体可以是聚酯薄膜，也可以是铝合金。前者较软，称为软盘，目前已经淘汰不用。后者较硬，称为硬盘。一个硬磁盘存储器中有一个或多个盘片，这些盘片被固定在柱轴上，柱轴可以有多个，用台号来标识。在每个盘片上，磁介质均匀地分布在一些同心圆上，形成一个盘面的磁道。多个盘面中同一半径的磁道形成一个圆柱面，圆柱面总数等于一个盘面的磁道数。磁道还可以分成若干个扇区，每个扇区存放一定的数据块。所以硬盘中的数据地址由台号、柱面(磁道)号、盘面号及扇区号来表示。

评价硬盘性能好坏，主要参照下述指标。

(1)记录密度。记录密度分为道密度和位密度，道密度Di是径向单位长度的磁道数，在数值上等于磁道距P的倒数。位密度Db也称为线密度，是单位长度磁道所能记录的二进制信息位数，对不同磁道而言，越向外其位密度越低。

(2)硬盘容量。硬盘所能存储的字节的总量，存储容量分为格式化容量和非格式化容量，前者是以能够与实际可以使用的存储容量，比后者要小，一般是后者的80%左右。

(3)主轴转速。用平均寻区时间Twa来表示，指的是硬盘旋转半周所用的时间。主轴转速快，磁头达到目的扇区的速度就快。

(4)寻道时间。又称为查找时间，指的是磁头找到目的磁道需要的时间，它由磁盘存储器的性能来决定，一般都在10ms以下。

(5)平均存取时间。近似等于平均寻区时间和寻道时间之和。

(6)缓冲存储区大小。在硬盘内部读写电路与接口之间设置一个缓冲存储区，可以解决二者速度不匹配的问题，从整体上提高硬盘读写速度。缓冲存储区越大越好。

(7)数据传输率。分为内部数据传输率和外部数据传输率两种。内部数据传输率主要由主轴的转速来决定。外部数据传输率是系统总线与硬盘缓冲区之间的数据传输率，它与接口类型和缓存大小有关。

(8)误码率。从辐存读出数据时，出错信息与读出的总信息位数之比。为了减少出错率，需要采用校验码。校验码有多种，磁表面存储器一般采用循环冗余码来发现并纠正错误。

硬盘接口是硬盘与主机系统间的连接部件，用于硬盘缓存和主机内存之间的数据传输。在整个系统中，硬盘接口的优劣直接影响着程序运行的快慢和系统性能的好坏。常用的硬盘接口分为IDE、SCSI、光纤通道和SATA四种。其中，IDE和SATA是专用于硬盘的接口，SATA比IDE性能要好，有逐渐取代IDE的趋势。SCSI是广泛应用于小型机上的高速接口，光纤通道是专门为网络系统设计的接口，二者都不是专门为硬盘设计的接口。SCSI主要用于中、高端服务器和高档工作站中，光纤通道价格最昂贵，只用在高端服务器上。

硬盘出厂后必须经过格式化才能使用，由于硬盘容量大，可以分成若干个区，供不同操作系统使用，所以硬盘格式化比软盘格式化要复杂得多，硬盘格式化需要经过下述三个步骤。低级格式化(物理格式化)、硬盘的分区和逻辑格式化(例如：DOS的Format)。

2. 磁盘阵列RAID

RAID把多台小型的磁盘存储器(或光盘存储器)按一定的条件组织成同步化的阵列，利用类似于存储器中的多体交叉技术，将数据展开存储在多台盘上，提高了数据传输的带宽，并用冗余技术提高了可靠性。其核心是采用分条、分块和交叉存取等方式对存储在多个盘中的数据和校验数据进行组合处理，来满足存储系统的性能要求。

常用的RAID系统包括下述几种。

(1)RAID0.数据按条分布于多张磁盘，它不提供冗余，但传输数据最快，适合于处理大文件。缺点是当阵列中的一个驱动器出现故障，整个系统也瘫痪。

(2)RAID1.每个工作盘都有一个对应的镜像盘，写数据时必须同时写入工作盘和镜像盘，正常工作时只访问工作盘。一旦工作盘出错，镜像盘就投入使用，并用其恢复工作盘。

(3)RAID2~ RAID4.都有固定的校验盘，区别在于所采用的纠错技术和校验盘的设置方式不同。

①RAID2.采用海明校验码纠错、位交叉技术。

②RAID3.采用位交叉技术，使用一个校验盘。

③RAID4.采用块交叉技术，使用一个校验盘，并且可独立传输。

(4)RAID5.与RAID4相似，也是采用块交叉技术的可独立传输的磁盘阵列，但它不单独设置校验盘，而是按某种规则把校验数据分布在组成阵列的磁盘上。一个磁盘上既有数据，又有校验信息，从而解决了多盘争用校验盘的问题。

(4)RAID6.采用双磁盘驱动器容错的块交叉技术磁盘阵列。有两个磁盘驱动器存放检、纠错码，具有很高的数据有效性和可靠性。

(5)RAID7.除采用分块技术外，还采用了多数据通道技术和Cache技术，进一步提高了存取速度和可靠性。

3. 光盘存储器

相对硬盘而言，光盘存储技术有下述特点：

(1)记录密度高、存储容量大。

(2)采用非接触方式读/写，没有磨损，可靠性高。

(3)可长期(60-100年)保存信息。

(4)成本低廉，易于大量复制。

(5)存储密度高，体积小，能自由更换盘片。

(6)误码率，在10-10~10-17以下。

(7)存取时间为100~500ms,数据存取速率比磁盘略低，基本速率(单倍速)为150MBps.

光盘存储器可分为固定型、只写一次型和可擦写型。固定性和只写一次型读写原理相同，都是采用存储介质状态不可逆的性质，区别是前者由厂家写入，后者可以由用户写入。可擦写型主要是采用状态可逆的存储介质，分为磁光型和相变型两种。磁光型光盘比相变型访问速度慢，但可擦洗次数可达100万次以上，相变光盘只有1000次左右。

数字光盘诞生以来，出现了多种厂商标准和国际标准，主要的规范及格式，包括CD-DA、CD-ROM、CD-I、CD-R、VCD、DVD、蓝光光盘和HD-DVD等。