4.外存儲器的工作原理

    外存儲器是指那些不能被CPU直接訪問的，讀取速度較內存慢，容量比內存大，通常用來存放不常用的程序和數據的存儲器。磁帶、磁盤存儲器是現今最常用的外存，因其利用磁表面介質存儲數據，通常也稱為磁表面存儲器。而光盤是外存發展的方向，有必要了解它們的原理和應用。

    （1）磁盤存儲器

    磁盤存儲器具有容量大，存取速度高（相對其他種類外存儲器）的特點，因而在各種類型的計算機中普遍被用做主要的外存儲器。磁盤存儲器避免了磁帶存儲的缺點。磁盤存儲器將磁性材料涂粘在以某種材料為主的盤形圓片上，用若干封閉的圓形磁道代替了磁帶的長形磁道。使用時，通過磁盤面的高速旋轉代替磁帶的直線運動，減少尋找特定位置的時間。

    磁盤存儲器由磁盤、磁頭、定位系統和傳動系統等部分組成，一般也將這些部件統稱為磁盤驅動器。根據盤片的基本組成材料將磁盤分為硬盤和軟盤兩種。所謂硬盤是指由金屬材料制成一定厚度的盤片基體，這些盤片一般組合成盤片組構成硬盤驅動器的存儲主體。

    軟盤和硬盤盤片記錄信息的方式相同，都是將每個盤面由外向內分成若干個磁道，每個磁道也劃分為多個扇區，信息以扇區為單位存儲。

    扇區是磁盤存放信息的最小物理單位。扇區包括頭空、序標、數據區、檢驗字段和尾空等幾個部分。通常對磁盤進行的所謂格式化操作就是在磁盤上劃分磁道、扇區及扇區內各特定區域，剛出廠的磁盤上沒有這些劃分，所以必須在格式化后才能使用。磁盤區域的劃分隨計算機系統而不同，其存儲容量也有較大的差別。但可以通過查閱計算機系統相應的說明掌握磁盤容量的數據。計算一個磁盤容量的公式是:

    磁盤存儲容量=盤面數×每盤面磁道數×每磁道扇區數×每扇區存儲容量

    （2）光盤存儲器

    所謂光盤（CD）是利用光學原理讀寫信息的存儲器。由于光盤的容量大、速度較快、不易受干擾等特點，光盤的應用愈來愈廣泛。

    光盤系統一般是由光學、電氣和機械部件組成。

    從結構上看光盤存儲器同磁盤存儲基本相同，兩者均有存儲信息的盤片、機械驅動部件、定位部件和讀寫機構。不同的是后者利用磁性原理存儲信息，利用磁頭存取信息;而前者是利用光學原理存儲信息并用光學讀寫頭來存取這些信息。

    光盤本身是靠盤面上一些能夠影響光線反射的表面特征存儲信息，例如現在常用的只讀光盤（CD-ROM）上利用光盤表面的凹凸不平表示“0”和“1”。以CD-ROM為例，讀取數據時，由機械驅動部件和定位部件負責確定讀取的位置。激光器發出激光經光學線路至聚焦透鏡射向光盤表面，表面的凹凸不平造成反射光的變化，利用數據光檢測器將這些變化轉換為數據“0”和“1”的電信號傳輸到數據輸出端，整個讀取工作完成。其他類型光盤的寫入過程大體與此相同，唯一的差別是數據自數據輸入端傳來。

    一般將光盤存儲器分為只讀式（readonly）、一次寫入式（writeonce）和可擦式（erasable）或可逆式（reversible）三種。只讀式光盤利用材料表面的凹凸不平的特征記錄信息，在出廠前由生產廠家將有關信息存放到光盤上。對于一次寫入式光盤，用戶可以利用會聚的激光束在光盤表面照射使材料發生永久性變化而記錄信息。這種光盤現已普遍用于多媒體系統�？刹潦焦獗P利用激光在磁性材料上或相變材料上實現信息的存儲和擦除。

    光盤存儲器的記錄密度高，存儲容量大，一片5.25英寸大小的一次寫入式光盤可以存儲680MB的信息，其容量遠遠大于外形同樣大小的軟磁盤。光盤信息的保存時間也比磁盤的長。目前影響光盤普遍應用的主要原因是光盤存儲器的讀寫速度慢和光盤驅動器的成本高。隨著技術的進步，以上問題是可以解決的。因此光盤存儲器有廣泛的應用前景。

    5.虛擬存儲的概念、作用和工作過程

    （1）虛擬存儲的概念、作用

    一般將由主存和部分輔存組成的存儲結構稱為虛擬存儲器，其對應的存儲地址稱為虛擬地址（邏輯地址），其對應的存儲容量稱為虛擬容量。將實際主存地址稱為物理地址或實地址，主存的容量稱為實存容量。

    當用虛擬地址訪問主存時，系統首先查看所用虛擬地址對應的單元內容是否已裝入主存。如果在主存中，可以通過輔助軟、硬件自動把虛擬地址變成主存的物理地址后，對主存相應單元進行訪問。如果不在主存中，通過輔助的軟、硬件將虛擬地址對應的內容調入主存中，然后再進行訪問。因此，對虛擬存儲器的每次訪問都必須進行虛實地址的變換。
虛擬存儲器的作用是擴大整個主存的容量，允許在程序中使用比主存容量大得多的虛擬存儲器。同時可以減輕人們編程中對程度進行分塊的苦惱，從而提高軟件開發的效率。虛擬存儲器是實現利用小容量的主存運行大規模的程序的一種有效的辦法。盡管實現虛擬存儲要增加一些額外的投資和軟件開銷，虛擬存儲技術在各種計算機系統中仍得到了廣泛的應用。虛擬存儲器必須建立在主存-輔存結構上，但一般的主存-輔存系統并不一定是虛擬存儲器，虛擬存儲器與一般的主存-輔存系統的本質區別是:

    ①虛擬存儲器允許人們使用比主存容量大得多的地址空間來訪問主存，非虛擬存儲器最多只允許人們使用主存的整個空間，一般只允許使用操作系統分配的主存中的某一部分空間。

    ②虛擬存儲器每次訪問主存時必須進行虛、實地址的變換，而非虛擬存儲系統則不必變換。

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