四、辅助存储器

1.层次存储结构
最上面一层的是CPU中的寄存器,其存取速度能够满足CPU的需求,数据在CPU各个部件中进行交换。
下面一层是高速缓存Cache,在往下的主存储器,从1G到100G都有。
再下一层是固态硬盘和磁盘,用于永久存放数据的主力介质。
最后还有后备存储的磁带和光盘。
总之,整个从下倒下有3个关键参数 逐渐增大:
①访问时间逐渐增长。如:CPU访问寄存器的时间是1纳秒甚至更少,高速缓存的访问时间是它的几倍,主存储器是10纳秒左右。
②存储容量逐渐增大,
③用相同数量的钱能够买到的存储容量提升。
2.磁盘
①磁盘是由一个或者多个表面涂油磁性材料的铝制浅盘组成。内涵一个引导线圈的刺头正好浮在磁盘表面,中间隔着薄薄的一层空气点。使磁性颗粒朝左或朝右偏转。当刺头通过磁性区域的时候,将被感应出正电流 或者负电流。
②如图所示,我们称旋转一周后写入磁盘的数据位形成的环形为 磁道(track) 。每个磁道可以划分为固定长度的 扇区(sector)
③每个扇区一般可以存放512字节的 数据区 ,数据区前有用于在读写之前对磁头进行同步的 前导区(preamble) ,数据区之后是 纠错码(Error-Corretcing Code,ECC) ,可以是海明码或者更常用的Reed-Solomon码。
④两个连续的扇区之间存在 隔离带(intersector gap)
⑤我们把同一半径的磁道的集合成为 柱面
⑥从磁盘的性能取决于许多因素。首先,需要将磁盘臂轴向移动到响应半径的位置,即 寻道 。磁盘的平均寻道时间在5~10毫秒。在定位好之后,还需要等待相应的扇区旋转到相应的磁头下方,这段时间称为 旋转延时
⑦IDE盘:集成驱动器电路(Integrated Drive Electronic,IDE)。
⑧SCSI盘:小型计算机系统接口(Small Computer System Interface)。
⑨RAID盘:廉价磁盘的冗余阵列(Redundant Array of Inexpensice Disk)。
3.固盘
①固盘:(Solid-State Disk,SSD)又称固态盘,由高速且非易失的Flash存储器制成。
②Flash硬盘由许多固态Flash存储单元组成,而Flash存储单元由一个特制的Flash晶体管制成。如下图,在晶体管内部嵌着一个浮空栅极,可通过高电压对其充电或放点。
③为了给Flash存储单元写入数据,需要在其控制极上加载高电平,这样,会加速热载流子注入浮空栅极的过程。电子嵌入到浮空栅极上,在Flash晶体管内部加载了负电荷。这些被嵌入的负电荷就会使得将晶体管打通所需要的电压增大。这样就能检测存储单元中存放的是“0”还是“1”了。
④就算外部电压撤除了,嵌入在晶体管中的电荷也会一直存在,所以,Flash存储单元中的信息是非易失性的。

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