第章磁盘存储管.ppt

第7章 磁盘存储管理 由于磁盘是计算机系统中文件的主要载体，因此本章介绍的内容与文件管理章节中的内容密切相关，我们在学习的过程中，要注意将这两部分内容融会贯通。 本章的主要内容 磁盘存储器的概念 驱动调度算法 磁盘空间管理等 7.1磁盘存储器概述 磁盘存储器是最常用的一种辅助存储器，用于存放当前不需要立即使用的信息，一旦需要，再和主机成批交换数据，它是主存储器的后备。 磁盘存储器的最大特点是存储容量大、可靠性高、价格低。 磁盘存储器是将磁性材料涂敷在很薄的塑胶片或非磁性金属物质表面而形成的。磁层的厚度为1～5μm。该磁层就是记录数据的介质，它是存储信息的基础，通过磁头将电脉冲表示的二进制代码转换成磁记录介质上的不同剩磁状态来实现信息的写入。而介质上的磁化单元信息又可通过磁头转换成电脉冲，以实现信息的读出。 磁盘分为软盘和硬盘两种。 7.1.1软盘的组织结构 软盘在使用之前必须先格式化。格式化后的软盘的盘片上被分成若干同心圆(称之为磁 道)，每个磁道又分成若干个扇区，每个扇区存储512个字节，如图7.1所示。 磁道的宽度与磁头的宽度相同。为了减少干扰，磁道与磁道之间要保持一定的间隔，沿磁盘半径方向，单位长度内磁道的数目被称为道密度(TPI)，最外层为0道；沿磁道方向，单位长度内存储二进制信息的个数被称为位密度。为了简化电路的设计，每个磁道存储的位数都是相同的，所以其位密度也随着从外向内而增加。所有盘面上相同半径的磁道 组称为一个柱面。 补充： 每个盘片有正反两面，若干张盘片可以组成一个盘组。一个盘组中的盘片都被固定在一个轴上，沿一个方向高速旋转。 每个盘面上有一个读写磁头，所有的读写磁头被固定在唯一的移动臂上同时移动，把所有的读写磁头按从上到下的次序从0开始进行编号，称为“磁头号”。每个盘面上有许多磁道，从0开始按由外向里的次序顺序编号，不同盘面上具有相同编号的磁道在同一柱面上。把盘面上的磁道号称为“柱面号”。 移动臂可以带动读写磁头访问所有的磁道，当移动臂移动到某一位置时，所有的读写磁头都在同一柱面上，每次只有其中的一个磁头可以进行读或写的操作。 在磁盘初始化时把每个盘面划分成相等数量的扇区，按磁盘旋转地反向从0开始给各扇区编号，称为“扇区号”。每个扇区的各磁道上均可存放相等数量的字符，我们称它为“块”，块是信息读写的最小单位。 要确定一个块所在的位置必须给出三个参数：柱面号，磁头号，扇区号。 启动磁盘执行输入输出操作时，要把移动臂移动到指定的柱面，再等待指定的扇区旋转到磁头位置下，然后让指定的磁头进行读写，完成信息传送。 文件在存储时是以簇为单位，即一个簇中不能包含两个文件的内容，也就是说无论一个文件有多小，哪怕只有一个字节，一旦占用了一个簇，那么别的文件就不能再写入这个簇了，这个簇中剩余的空间就被浪费了。 每个簇由一个或多个扇区构成。 软盘的一个簇只有一个扇区，即512个字节。若在软盘上存储一个含有5字节的文件，那么它要占用512个字节。 磁盘的存储容量分为非格式化容量和格式化容量两种。非格式化容量取决于盘片本身磁介质所允许的记录密度，格式化容量取决于操作系统如何为磁盘划分磁道和扇区。 我们一般所说的存储容量指的是格式化容量，它一般低于非格式化容量。 磁盘的非格式化容量为Cn=w×3.14×d×m×n， 其中w为位密度，d为最内圈直径(200mm)，m为记录面数，n为每面磁道数。 磁盘格式化后的存储容量=n×t×s×b， 其中n为保存数据的总盘面数，t为每面磁道 数，s为每道的扇区数，b为每个扇区存储的字节数。 磁盘的存取时间(访问时间)=寻道时间+等待时间。 寻道时间:为磁头移动到目标磁道所需的时间，我们可以通过降低磁盘的平均寻道时间来降低访问时间； 等待时间(又称旋转时间):为等待读写的扇区旋转到磁头下方所用的时间； 磁盘的存取时间:一般选用磁道旋转一周所用时间的一半作为平均等待时间。 磁盘的数据传输速率是指磁头找到地址后，单位时间写入或读出的字节数(即TB/T，TB为一个磁道上记录的字节数，T为磁道每转一圈所需的时间)。 7.1.2硬盘 硬盘是将若干盘片叠起来固定在一起，绕着同一个轴旋转。 1968年，IBM公司首次提出名为“温彻斯特(Winchester)”的技术，“温彻斯特”技术的精髓是“密封、固定并高速旋转的镀磁盘片，磁头沿盘片径向移动，磁头悬浮在高速转动的盘片上方，而不与盘片直接接触”。这就是现代硬盘的原型。 在20世纪80年代末，IBM公司又相继研发了MR(Magneto Resistive磁阻)磁头和GMR(巨磁阻)磁头，使得盘片的存储密度大幅度提高，从而带动了整块硬盘容量的增大。 1.硬盘的存储结构 硬盘的存储结构是由磁道(Tracks)、扇区(Sectors)、柱面(Cylinder