大容量存儲器

大容量存儲器是為了彌補計算機主存儲器容量的有限，而配置的具有大容量的輔助存儲器。主要包括磁碟、磁帶和光碟等。

基本介紹

• 中文名：大容量存儲器
• 性質：工具
• 功能：彌補計算機主存儲器容量的有限
• 主要包括：磁碟、磁帶和光碟等

英文名稱

mass storage；mass memory；bulk storage；mass storage device; bulk memory; large memory；large capacity storage；massstorage device

優缺點

大容量存儲系統優於主存儲器之處在於無揮發性和大的存儲容量，並且在許多情況下，可以把存儲介質從機器上拆卸下來，作為檔案資料保存。

容量存儲器的主要缺點是它們一般需要機械運動，與實現的全部是電子動作的計算機主存儲器相比，它們就具有較長的回響時間。

磁碟機

磁碟機是現在所使用的大容量存儲器中最普遍的一種，其內部帶磁塗層、旋轉的薄圓盤是用來保存數據的。讀/寫頭安置在圓盤的上方或下方以至當圓盤旋轉時，每一個磁頭就繞著圓盤的上表面或下表面旋轉出一個叫磁軌（Track）的圓圈。通過改變讀/寫頭的位置，便可訪問不同的同心磁軌。很多情況下，一個磁碟存儲系統是由若干個安裝在一個共同的轉軸上的碟片組成，一個在另一個的頂上，它們之間留有供讀/寫頭滑動的足夠空間。在這種情形下，這些讀/寫頭是同步運動的。每一時刻讀/寫頭都改變位置，一組新的磁軌（叫做柱面dylinder）就變為可訪問的。

一個磁軌所包含的信息比在任何一個時刻所常規處理的還要多，每個磁軌被劃分成弧段（叫扇區Sector），在扇區上信息被記錄為一個連續的位的串（圖1）。在一個磁碟系統中，每個磁軌含有相同數量的扇區，並且每個扇區含有相同數量的位。這就意味著，靠近盤中心的磁軌上扇區裡的位要比外側磁軌上的那些存儲得密實些。

一個磁碟存儲系統是由許多單獨的扇區組成，其中每一個扇區可以作為一個獨立位串被存取。隨著磁碟系統的不同，每個盤面上的磁軌數以及每個磁軌上的扇區數有很大的變化。扇區的容量傾向於不超過幾kB，512位元組或1024位元組的扇區是普通的。

磁軌和扇區的位置在磁碟物理結構中不是一個永久不變的部分。它們是經過一個叫做格式化（或初始化）磁碟的過程來磁性定位的。這個過程執行的結果是產生格式化的磁碟。大多數計算機系統都能完成這個任務。所以，如果磁碟上的格式化信息被破壞，就可以重新格式化磁碟，經過這個過程先前記錄在磁碟上的信息全部被消除掉。

磁碟上的信息以塊作為存取單位，一個信息塊可以是一個扇區或是多個扇區。磁碟機與主存儲器交換信息時，應給出磁碟的盤面號、磁軌號、扇區號及存取信息塊的長度，這些參數實際上就是訪問磁碟存儲器的“地址”。這樣，當主機訪問磁碟存儲器時，先根據給定的盤面號，啟動該盤面上的讀/寫頭處於讀/寫狀態，然後由磁頭步進電機將上述磁頭移動到給定磁軌號的磁軌上，磁碟在驅動電機的驅動下旋轉，當給定扇區號的扇區進入上述磁頭的下面時（或上面時），便可以用該磁頭來存取信息，直到給定長度的信息全部存取完畢。

磁碟存儲系統的性能主要用下面的四項指標來衡量：記錄密度、存儲容量、定址時間和數據傳輸速率。

① 記錄密度

記錄密度又稱存儲密度，一般用磁軌密度和位密度來表示。磁軌密度是指沿磁碟半徑方向、單位長度內磁軌的條數，其單位是道/英寸。位密度是指沿磁軌方向、單位長度內包含的位的數目，單位是位/英寸。

② 存儲容量

磁碟機的存儲容量是指它所能夠存儲的有用信息的總量，其單位是位元組（Byte）。存儲容量可用下列公式計算：

C=n×K×S×b

式中 n——存儲信息的盤面數；

K——每個盤面上的磁軌數；

S——每一磁軌上的扇區數；

b——每個扇區可存儲的位元組數。

③ 定址時間

定址時間是指磁頭從啟動位置到達所要求的讀/寫位置所經歷的全部時間，它包括尋道時間（Seek time）和平均等待時間（Rotation delay or latency time）兩部分。尋道時間是指磁頭找到目的磁軌所需的時間；平均等待時間是指所需要讀/寫的扇區旋轉到磁頭的下方所用的平均時間。因為磁頭等待不同的扇區所用的時間不同，故一般取磁碟轉一周所用時間的一半作為平均等待時間。顯然，平均等待時間與磁碟的轉速有關，尋道時間由磁碟的性能決定，它由磁碟生產廠家給出。

④ 數據傳輸速率

數據傳輸速率是指磁頭找到地址後，每秒讀出或寫入的位元組數。磁碟存儲系統，根據使用的存儲介質不同分為硬碟機和軟碟機。用於硬碟機中的硬碟（hard disk）是以鋁合金圓盤為基片，其盤面塗有磁性材料。硬碟上的讀/寫頭大多數是浮動的，它可沿著盤面的徑向移動，由於磁頭與盤面之間的距離連灰塵的微粒都不允許進入，故其防震、防塵就顯得至關重要，以防止磁頭與高速旋轉的碟片接觸造成劃盤事故。目前常用的硬碟是溫徹斯特盤（簡稱溫盤），其直徑有14英寸、8英寸、5.25英寸和3.5英寸等幾種類型。溫盤是將硬碟片組、磁頭組、電機及驅動部件全部做在一個密封的盒子中，因而具有體積小、質量輕、防塵性好、硬碟容量大（可達上千兆位元組gigabyte）、存取速度快（碟片轉速可達2400r/min以上）等優點。而軟碟（floppy disk）是以塑膠圓盤為基片，上下兩面塗有磁性材料而製成的磁碟。它質地較軟，被封裝在一個專用的塑膠或是紙質的盒套內。常用的3.5英寸是用塑膠盒封裝的，其容量為1.44MB，紙袋封裝8英寸和5.25英寸的已過時。現在也出現了一種Zip盤，它的容量單盒可達幾百MB。

磁碟內部結構

光碟存儲器

光碟是利用光學和電學原理進行讀/寫信息的存儲介質。它是由反光材料製成的，通過在其表面上製造出一些變化來存儲信息。當光碟轉動時，上面的雷射束照射已存儲信息的反射表面，根據產生反射光的強弱變化，可以識別存儲的信息，因而達到讀出光碟上信息的目的。與磁碟上的磁軌不同，光碟的信息是記錄在一條單一的螺旋形的軌道上，該螺旋線從盤的內側向外側延伸開。這個軌跡也被劃分成扇區，每個扇區為2kB。

常用的光碟存儲器可分為下列幾種類型。

① 唯讀型光碟存儲器（CD-ROM：Compact Disk-Read Only Memory）。這種光碟存儲器的碟片是由生產廠家預先寫入程式或數據，用戶只能讀取而不能寫入或修改。

② 只寫一次型光碟存儲器（CD-WORM：Compact Disk-Write Once Read Many）。這種光碟存儲器的碟片可由用戶寫入信息，但只能寫入一次。寫入後，信息將永久地保存在光碟上，可以多次讀出，但不能重寫或修改。

以上兩種不同光碟存儲器的讀/寫原理是：寫入信息時，將雷射聚焦成直徑不超過1μm的雷射束，照射到記錄介質上，使其局部加熱到能把介質熔化，形成一個小凹坑，改變了光學特性；讀出信息時，光電檢查電路根據被雷射灼燒過的介質和沒有灼燒過的介質對光的反射率不同，便可讀出所存儲的信息。

③ 可重寫型光碟存儲器。

這種光碟存儲器類似於磁碟，可以重複讀寫，其寫入和讀出信息的原理隨使用的介質材料不同而不同。例如，用磁光材料記錄信息的原理是：利用雷射束的熱作用改變介質上局部磁場的方向來記錄信息，再利用磁光效應來讀出信息。

光碟存儲器具有下列突出的優點：

第一，存儲容量大，如一片CD-ROM格式的光碟可存儲650MB的信息，而採用一片DVD格式的光碟其容量可達10GB的級別。因此，這類光碟特別適於多媒體的套用。如用一張DVD光碟就可以存放一整部電影。

第二，可靠性高，如不可重寫的光碟（CD-ROM，CD-WORM）上的信息幾乎不可能丟失，特別適用於檔案資料管理。

第三，存取速度高。由於光碟存儲器的上述優點，現在已廣泛地套用於計算機系統中。