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简述磁盘写入的原理(磁盘的基本存储原理)

admin 12-04 09:41 396次浏览

当程序要读取的数据传入内存地址(行地址和列地址)时,如果数据不在主内存中,就会触发缺页异常。这时系统会向磁盘发出读盘信号,通过柱面号、磁头号、扇区号定位磁盘位置,找到数据的起始位置,连续向后读一页或几页,装入内存。

我们程序中的数据处理主要是操作磁盘和内存,硬盘是磁盘中最常用的一个。过去有一种所谓的软盘,也是磁盘的一种,其原理与硬盘相同。圆盘的原理是利用电磁转换。学习物理时,我们知道电可以使物质具有磁性。但是,当磁场运动时,金属切割磁感应线时,就会产生电流。磁盘上有许多磁粉颗粒。当通过磁头写入数据时,磁头中的电流会导致磁粉极化并改变方向。读取数据时,导体磁头通过磁性粒子区域时会产生电流。不管怎么说,大概就是这个意思。

00-1010我们知道信息存储在硬盘里,我们在里面什么都看不到,只有一些磁盘。假设用显微镜放大圆盘,会看到圆盘表面不平整,凸起部分被磁化,凹陷部分没有被磁化。凸的地方代表数字1(磁化为1),凹的地方代表数字0。因此,硬盘可以存储表示单词、图片等的信息。二进制的。

00-1010,记忆的原理完全不同。内存是晶体管做的(CPU也是晶体管做的),晶体管的特点是我们通常说开关通断表示1,0。

一些门的组合可以用来表示数字和实现复杂的逻辑功能。内存主要用于临时存储数据。CPU只是处理一些逻辑关系。

由于晶体管必须通电,然后用电流的有无来表示信息,所以充放电后的电荷(电位电平)分别对应二进制数据0和1,所以只有通电时才能保存数据,断电时存储器中晶体管的状态是未知的,没有用。然而,关闭电源后,磁性物质将保持不变。

我们知道,当我们访问磁盘时,我们通过磁头指向一个固定的地方,然后读取数据。然而,记忆是不同的。它不需要任何磁头来读取数据。它有一个数据总线连接,我们通过总线从内存中读取数据。

00-1010确定磁盘地址(柱面号、磁头号、扇区号)和内存地址(源/目标):

当需要从磁盘读取数据时,系统会将数据的逻辑地址发送到磁盘,磁盘的控制电路会根据寻址逻辑将逻辑地址翻译成物理地址,即确定要读取的数据在哪个磁道和扇区。

为了读取该扇区的数据,有必要将磁头放在该扇区上方。为了实现这一点:

1)首先必须找到圆柱体,也就是磁头需要移动到与对应的磁道对齐。这个过程叫做寻道,花费的时间叫做寻道时间。

2)然后目标扇区在磁头下旋转,即磁盘旋转在磁头下旋转目标扇区。在这个过程中花费的时间称为旋转时间。

也就是说,磁盘访问请求(读/写)的完成过程包括三个动作:

1)寻道(时间):磁头移动到指定磁道。

2)旋转延迟(时间):等待指定扇区在磁头下旋转。

3)数据传输(时间):磁盘和内存之间数据的实际传输。

00-1010内存地址

存储器中的单元以矩阵形式排列,并且每一行和每一列将具有对应的行地址线(形式上称为字线)和列地址线(形式上称为位线)。每个特定的单元被钩在这样的行地址线和列地址线上,对应于唯一的行号和列号,这是通过组合行号和列号的存储器的地址。

上图是Thaiphoon Burner的一个SPD转储,每个地址都是一个字节。然而,我们可以假设这些数据只有一位,这可以看作是一个简单的存储器地址表,行地址在左边,而

地址

要将数据写入存储器中的单元或从存储器中的单元读取数据,必须首先完成对该单元的寻址。寻址过程,首先将待操作单元对应的行地址信号和列地址信号输入行/列地址缓冲器,然后通过行译码器选择特定的行地址线,激活特定的行地址。每条行地址线将与几条列地址线和单元连接。为了检测列地址线上的弱激活信号,需要额外的读出放大器来放大该信号。当行被激活时,列地址缓冲器中的列地址信号通过列解码器确定列地址,并通过相应的读出放大器连接到输入输出线,从而单元被激活并可用于读写操作,寻址完成。从激活行地址到找到列地址的时间是tRCD。

从内存读取到磁盘预读

由于存储介质的特性,磁盘本身的存取速度比主存储器慢得多。加上机械运动,磁盘的存取速度往往是主存的百分之一。因此,为了提高效率,我们应该尽最大努力减少磁盘I/O,为了实现这个目标,磁盘往往不是严格按照要求读取,而是每次都会提前读取。即使只需要一个字节,磁盘也会从这个位置开始,按顺序读回一定长度的数据,放入内存。其理论基础是计算机科学中著名的局域性原理:

当使用一条数据时,通常会立即使用附近的数据。

程序运行过程中所需的数据通常是集中的。

由于顺序磁盘读取的高效率(没有寻道时间,只有很少的旋转时间),预读可以提高具有局部性的程序的输入/输出效率。

预读长度

一般为页(page)的整倍数。页是计算机管理存储器的逻辑块,硬件及操作系统往往将主存和磁盘存储区分割为连续的大小相等的块,每个存储块称为一页(在许多操作系统中,页得大小通常为4k),主存和磁盘以页为单位交换数据。当程序要读取的数据不在主存中时,会触发一个缺页异常,此时系统会向磁盘发出读盘信号,磁盘会找到数据的起始位置并向后连续读取一页或几页载入内存中,然后异常返回,程序继续运行。

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