大容量存储器

用于弥补计算机主存储器容量的有限的设备

大容量存储器是为了弥补计算机主存储器容量的有限，而配置的具有大容量的辅助存储器。主要包括磁盘、磁带和光盘等。

英文名称

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

优缺点

大容量存储系统优于主存储器之处在于无挥发性和大的存储容量，并且在许多情况下，可以把存储介质从机器上拆卸下来，作为档案资料保存。

容量存储器的主要缺点是它们一般需要机械运动，与实现的全部是电子动作的计算机主存储器相比，它们就具有较长的响应时间。

磁盘机

磁盘机是大容量存储器中最普遍的一种，其内部带磁涂层、旋转的薄圆盘是用来保存数据的。读/写头安置在圆盘的上方或下方以至当圆盘旋转时，每一个磁头就绕着圆盘的上表面或下表面旋转出一个叫磁道（Track）的圆圈。通过改变读/写头的位置，便可访问不同的同心磁道。很多情况下，一个磁盘存储系统是由若干个安装在一个共同的转轴上的盘片组成，一个在另一个的顶上，它们之间留有供读/写头滑动的足够空间。在这种情形下，这些读/写头是同步运动的。每一时刻读/写头都改变位置，一组新的磁道（叫做柱面dylinder）就变为可访问的。

一个磁道所包含的信息比在任何一个时刻所常规处理的还要多，每个磁道被划分成弧段（叫扇区Sector），在扇区上信息被记录为一个连续的位的串（图1）。在一个磁盘系统中，每个磁道含有相同数量的扇区，并且每个扇区含有相同数量的位。这就意味着，靠近盘中心的磁道上扇区里的位要比外侧磁道上的那些存储得密实些。

一个磁盘存储系统是由许多单独的扇区组成，其中每一个扇区可以作为一个独立位串被存取。随着磁盘系统的不同，每个盘面上的磁道数以及每个磁道上的扇区数有很大的变化。扇区的容量倾向于不超过几kB，512字节或1024字节的扇区是普通的。

磁道和扇区的位置在磁盘物理结构中不是一个永久不变的部分。它们是经过一个叫做格式化（或初始化）磁盘的过程来磁性定位的。这个过程执行的结果是产生格式化的磁盘。大多数计算机系统都能完成这个任务。所以，如果磁盘上的格式化信息被破坏，就可以重新格式化磁盘，经过这个过程先前记录在磁盘上的信息全部被消除掉。

磁盘上的信息以块作为存取单位，一个信息块可以是一个扇区或是多个扇区。磁盘机与主存储器交换信息时，应给出磁盘的盘面号、磁道号、扇区号及存取信息块的长度，这些参数实际上就是访问磁盘存储器的“地址”。这样，当主机访问磁盘存储器时，先根据给定的盘面号，启动该盘面上的读/写头处于读/写状态，然后由磁头步进电机将上述磁头移动到给定磁道号的磁道上，磁盘在驱动电机的驱动下旋转，当给定扇区号的扇区进入上述磁头的下面时（或上面时），便可以用该磁头来存取信息，直到给定长度的信息全部存取完毕。

磁盘存储系统的性能主要用下面的四项指标来衡量：记录密度、存储容量、寻址时间和数据传输速率。

① 记录密度

记录密度又称存储密度，一般用磁道密度和位密度来表示。磁道密度是指沿磁盘半径方向、单位长度内磁道的条数，其单位是道/英寸。位密度是指沿磁道方向、单位长度内包含的位的数目，单位是位/英寸。

② 存储容量

磁盘机的存储容量是指它所能够存储的有用信息的总量，其单位是字节（Byte）。存储容量可用下列公式计算：

C=n×K×S×b

式中 n——存储信息的盘面数；

K——每个盘面上的磁道数；

S——每一磁道上的扇区数；

b——每个扇区可存储的字节数。

③ 寻址时间

寻址时间是指磁头从启动位置到达所要求的读/写位置所经历的全部时间，它包括寻道时间（Seek time）和平均等待时间（Rotation delay or latency time）两部分。寻道时间是指磁头找到目的磁道所需的时间；平均等待时间是指所需要读/写的扇区旋转到磁头的下方所用的平均时间。因为磁头等待不同的扇区所用的时间不同，故一般取磁盘转一周所用时间的一半作为平均等待时间。显然，平均等待时间与磁盘的转速有关，寻道时间由磁盘的性能决定，它由磁盘生产厂家给出。

④ 数据传输速率

数据传输速率是指磁头找到地址后，每秒读出或写入的字节数。磁盘存储系统，根据使用的存储介质不同分为硬盘机和软盘机。用于硬盘机中的硬盘（hard disk）是以铝合金圆盘为基片，其盘面涂有磁性材料。硬盘上的读/写头大多数是浮动的，它可沿着盘面的径向移动，由于磁头与盘面之间的距离连灰尘的微粒都不允许进入，故其防震、防尘就显得至关重要，以防止磁头与高速旋转的盘片接触造成划盘事故。常用的硬盘是温彻斯特盘（简称温盘），其直径有14英寸、8英寸、5.25英寸和3.5英寸等几种类型。温盘是将硬盘片组、磁头组、电机及驱动部件全部做在一个密封的盒子中，因而具有体积小、质量轻、防尘性好、硬盘容量大（可达上千兆字节gigabyte）、存取速度快（盘片转速可达2400r/min以上）等优点。而软盘（floppy disk）是以塑料圆盘为基片，上下两面涂有磁性材料而制成的磁盘。它质地较软，被封装在一个专用的塑料或是纸质的盒套内。常用的3.5英寸是用塑料盒封装的，其容量为1.44MB，纸袋封装8英寸和5.25英寸的已过时。也出现了一种Zip盘，它的容量单盒可达几百MB。

光盘存储器

光盘是利用光学和电学原理进行读/写信息的存储介质。它是由反光材料制成的，通过在其表面上制造出一些变化来存储信息。当光盘转动时，上面的激光束照射已存储信息的反射表面，根据产生反射光的强弱变化，可以识别存储的信息，因而达到读出光盘上信息的目的。与磁盘上的磁道不同，光盘的信息是记录在一条单一的螺旋形的轨道上，该螺旋线从盘的内侧向外侧延伸开。这个轨迹也被划分成扇区，每个扇区为2kB。

常用的光盘存储器可分为下列几种类型。

① 只读型光盘存储器（CD-ROM：Compact Disk-Read Only Memory）。这种光盘存储器的盘片是由生产厂家预先写入程序或数据，用户只能读取而不能写入或修改。

② 只写一次型光盘存储器（CD-WORM：Compact Disk-Write Once Read Many）。这种光盘存储器的盘片可由用户写入信息，但只能写入一次。写入后，信息将永久地保存在光盘上，可以多次读出，但不能重写或修改。

以上两种不同光盘存储器的读/写原理是：写入信息时，将激光聚焦成直径不超过1μm的激光束，照射到记录介质上，使其局部加热到能把介质熔化，形成一个小凹坑，改变了光学特性；读出信息时，光电检查电路根据被激光灼烧过的介质和没有灼烧过的介质对光的反射率不同，便可读出所存储的信息。

③ 可重写型光盘存储器。

这种光盘存储器类似于磁盘，可以重复读写，其写入和读出信息的原理随使用的介质材料不同而不同。例如，用磁光材料记录信息的原理是：利用激光束的热作用改变介质上局部磁场的方向来记录信息，再利用磁光效应来读出信息。

光盘存储器具有下列突出的优点：

第一，存储容量大，如一片CD-ROM格式的光盘可存储650MB的信息，而采用一片DVD格式的光盘其容量可达10GB的级别。因此，这类光盘特别适于多媒体的应用。如用一张DVD光盘就可以存放一整部电影。

第二，可靠性高，如不可重写的光盘（CD-ROM，CD-WORM）上的信息几乎不可能丢失，特别适用于档案资料管理。

第三，存取速度高。由于光盘存储器的上述优点，已广泛地应用于计算机系统中。

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