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知识路径： > 计算机系统综合知识 > 计算机组成与体系结构 > 构成计算机的各类部件的功能及其相互关系 > 多级存储器体系 >
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被考频率：中频率
总体答错率：52%
知识难度系数： 
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相关知识点：6个
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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，是主存储器的后备，因此称之为辅助存储器；它又是主机的外部设备，又称之为外存储器。辅助存储器的最大特点是存储器容量大、可靠性高、价格低。常用的辅助存储器有磁带存储器、磁盘存储器和光盘存储器。
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磁带存储设备是一种顺序存取的设备，存取时间较长，但存储容量大，便于携带，价格便宜，所以也是一种主要的辅助存储器。磁带的内容由磁带机进行读写（最便宜也最慢）。按磁带机的读写方式主要可以分为两种，启停式和数据流式。
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启停式磁带机按带宽可以分为1/4英寸、1/2英寸和1英寸3种。磁带上的信息以文件块的形式存放。整盘磁带的开始有一卷标标明，然后有一初始空白块，用以适应磁带从静止到稳定带速所需时间。文件记录以文件头标志和文件尾标志标识，一个文件由若干数据块组成，每一数据块又由若干记录组成（一个数据块所包括的记录条数叫块因子）。数据块之间以空白块（gap）进行分隔，文件之间也存在一段空隙G。所有的文件都顺序地排列在磁带上，一个文件的长度不仅包括记录信息，也包括块间间隔。磁带机每一次读写信息的位数与磁带表面并行记录信息的磁道数有关：如7道、9道和16道，则分别有7、9、16个磁头并列，一次可以读写7位、9位或16位。
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数据流磁带机结构简单，价格低，数据传输速率快。其记录格式是串行逐道记录信息，每次读写1位信息，数据连续地写在磁带上，数据块之间以空隙分隔。磁带机不能在块间启停。读写顺序如下：（4个磁道）先从0道的首端（Beginning Of Tape, BOT）开始，到其末端（End Of Tape, EOT），然后第1道反向记录从EOT到BOT，而2道又正向从BOT到EOT，3道再反向。
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磁盘上的数据都存放于磁道上。磁道就是磁盘上的一组同心圆，其宽度与磁头的宽度相同。为了避免干扰，磁道与磁道之间要保持一定的间隔（inter-track gap），沿磁盘半径方向，单位长度内磁道的数目称之为道密度（道/英寸，TPI），最外层为0道。
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沿磁道方向，单位长度内存储二进制信息的个数叫位密度。为了简化电路设计，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。磁盘的数据传输是以块为单位的，所以磁盘上的数据也以块的形式进行存放。这些块就称为扇区（sector），为了避免干扰，扇区之间也相互留有空隙（inter-sector gap）。若干个磁盘组成的磁盘组，所有盘面上相同位置的磁道组称为一个柱面（每个柱面有n个磁道）；若每个磁盘有m个磁道，则该磁盘组共有m个柱面。
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格式化容量：磁盘格式化后能够存储有用信息的总量。格式化容量=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。
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磁盘的存取时间包括寻道时间和等待时间。寻道时间（查找时间，seek time）为磁头移动到目标磁道所需的时间，对于固定磁头磁盘而言，无需移动磁头，只需选择目标磁道对应的磁头即可。等待时间为等待读写的扇区旋转到磁头下方所用的时间。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。
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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。R=TB/T，其中：TB为一个磁道上记录的字节数，T为磁盘每转一圈所需的时间，R为数据传输速率。
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廉价磁盘冗余阵列（Redundant Array of Inexpensive Disks, RAID）技术旨在缩小日益扩大的CPU速度和磁盘存储器速度之间的差距。其策略是用多个较小的磁盘驱动器替换单一的大容量磁盘驱动器，同时合理地在多个磁盘上分布存放数据以支持同时从多个磁盘进行读写，从而改善了系统的I/O（Input/Output，输入/输出）性能。RAID现在代表独立磁盘冗余阵列（Redundant Array of Independent Disks），用“Independent”来强调RAID技术所带来的性能改善和更高的可靠性。
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RAID机制中共分8个级别，RAID应用的主要技术有分块技术、交叉技术和重聚技术。
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（1）RAID 0级（无冗余和无校验的数据分块）：具有最高的I/O性能和最高的磁盘空间利用率，易管理，但系统的故障率高，属于非冗余系统，主要适用于那些关注性能、容量和价格而不是可靠性的应用。
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（2）RAID 1级（磁盘镜像阵列）：由磁盘对组成，每一个工作盘都有其对应的镜像盘，上面保存着与工作盘完全相同的数据拷贝，具有最高的安全性，但磁盘空间利用率只有50%。RAID 1主要用于存放系统软件、数据以及其他重要文件。它提供了数据的实时备份，一旦发生故障所有的关键数据即刻就可使用。
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（3）RAID 2级（采用纠错海明码的磁盘阵列）：采用了海明码纠错技术，用户需增加校验盘来提供单纠错和双验错功能。对数据的访问涉及阵列中的每一个盘。大量数据传输时I/O性能较高，但不利于小批量数据传输。实际应用中很少使用。
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（4）RAID 3和RAID 4级（采用奇偶校验码的磁盘阵列）：把奇偶校验码存放在一个独立的校验盘上。如果有一个盘失效，其上的数据可以通过对其他盘上的数据进行异或运算得到。读数据很快，但因为写入数据时要计算校验位，速度较慢。
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（5）RAID 5级（无独立校验盘的奇偶校验码磁盘阵列）：与RAID 4类似，但没有独立的校验盘，校验信息分布在组内所有盘上，对于大批量和小批量数据的读写性能都很好。RAID 4和RAID 5使用了独立存取技术，阵列中每一个磁盘都相互独立地操作，所以I/O请求可以并行处理。所以，该技术非常适合于I/O请求率高的应用而不太适合于要求高数据传输率的应用。与其他方案类似，RAID 4、RAID 5也应用了数据分块技术，但块的尺寸相对大一些。
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（6）RAID 6级（具有独立的数据硬盘与两个独立的分布式校验方案）：在RAID 6级的阵列中设置了一个专用的、可快速访问的异步校验盘。该盘具有独立的数据访问通路，但其性能改进有限，价格却很昂贵。
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（7）RAID 7级：（具有最优化的异步高I/O速率和高数据传输率的磁盘阵列）：是对RAID 6的改进。在这种阵列中的所有磁盘，都具有较高的传输速度，有着优异的性能，是目前最高档次的磁盘阵列。
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（8）RAID 10级：（高可靠性与高性能的组合）：由多个RAID等级组合而成，建立在RAID 0和RAID 1基础上。RAID 1是一个冗余的备份阵列，而RAID 0是负责数据读写的阵列，因此又称为RAID 0+1。由于利用了RAID 0极高的读写效率和RAID 1较高的数据保护和恢复能力，使RAID 10成为了一种性价比较高的等级，目前几乎所有的RAID控制卡都支持这一等级。
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光盘存储器是利用激光束在记录表面存储信息，根据激光束的反射光来读出信息。光盘存储器主要有CD（Compact Disk，压缩盘）、CD-ROM（Compact Disc Read-Only Memory，只读压缩盘）、CD-I（CD-Interactive，交互式光盘）、DVD（Digital Video Disc,数字视频光盘）以及EOD（Erasable Optical Disk，可擦除光盘）。CD-ROM的读取目前有三种方式：恒定角速度、恒定线速度和部分恒定角速度。
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CD-ROM非常适用于把大批量数据分发给大量的用户。与传统磁盘存储器相比，有以下优点：具有更大的容量，可靠性高，光盘的复制更简易，可更换，便于携带；其缺点是只读，存取时间比较长。
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DVD-ROM技术类似于CD-ROM技术，但是可以提供更高的存储容量。DVD可以分为单面单层、单面双层、双面单层和双面双层4种物理结构。
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