全國(guó)計(jì)算機(jī)等級(jí)考試四級(jí)復(fù)習(xí)綱要一

4.外存儲(chǔ)器的工作原理

    外存儲(chǔ)器是指那些不能被CPU直接訪(fǎng)問(wèn)的，讀取速度較內(nèi)存慢，容量比內(nèi)存大，通常用來(lái)存放不常用的程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器。磁帶、磁盤(pán)存儲(chǔ)器是現(xiàn)今最常用的外存，因其利用磁表面介質(zhì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，通常也稱(chēng)為磁表面存儲(chǔ)器。而光盤(pán)是外存發(fā)展的方向，有必要了解它們的原理和應(yīng)用。

    （1）磁盤(pán)存儲(chǔ)器

    磁盤(pán)存儲(chǔ)器具有容量大，存取速度高（相對(duì)其他種類(lèi)外存儲(chǔ)器）的特點(diǎn)，因而在各種類(lèi)型的計(jì)算機(jī)中普遍被用做主要的外存儲(chǔ)器。磁盤(pán)存儲(chǔ)器避免了磁帶存儲(chǔ)的缺點(diǎn)。磁盤(pán)存儲(chǔ)器將磁性材料涂粘在以某種材料為主的盤(pán)形圓片上，用若干封閉的圓形磁道代替了磁帶的長(zhǎng)形磁道。使用時(shí)，通過(guò)磁盤(pán)面的高速旋轉(zhuǎn)代替磁帶的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，減少尋找特定位置的時(shí)間。

    磁盤(pán)存儲(chǔ)器由磁盤(pán)、磁頭、定位系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)等部分組成，一般也將這些部件統(tǒng)稱(chēng)為磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器。根據(jù)盤(pán)片的基本組成材料將磁盤(pán)分為硬盤(pán)和軟盤(pán)兩種。所謂硬盤(pán)是指由金屬材料制成一定厚度的盤(pán)片基體，這些盤(pán)片一般組合成盤(pán)片組構(gòu)成硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的存儲(chǔ)主體。

    軟盤(pán)和硬盤(pán)盤(pán)片記錄信息的方式相同，都是將每個(gè)盤(pán)面由外向內(nèi)分成若干個(gè)磁道，每個(gè)磁道也劃分為多個(gè)扇區(qū)，信息以扇區(qū)為單位存儲(chǔ)。

    扇區(qū)是磁盤(pán)存放信息的最小物理單位。扇區(qū)包括頭空、序標(biāo)、數(shù)據(jù)區(qū)、檢驗(yàn)字段和尾空等幾個(gè)部分。通常對(duì)磁盤(pán)進(jìn)行的所謂格式化操作就是在磁盤(pán)上劃分磁道、扇區(qū)及扇區(qū)內(nèi)各特定區(qū)域，剛出廠(chǎng)的磁盤(pán)上沒(méi)有這些劃分，所以必須在格式化后才能使用。磁盤(pán)區(qū)域的劃分隨計(jì)算機(jī)系統(tǒng)而不同，其存儲(chǔ)容量也有較大的差別。但可以通過(guò)查閱計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相應(yīng)的說(shuō)明掌握磁盤(pán)容量的數(shù)據(jù)。計(jì)算一個(gè)磁盤(pán)容量的公式是:

    磁盤(pán)存儲(chǔ)容量=盤(pán)面數(shù)×每盤(pán)面磁道數(shù)×每磁道扇區(qū)數(shù)×每扇區(qū)存儲(chǔ)容量

    （2）光盤(pán)存儲(chǔ)器

    所謂光盤(pán)（CD）是利用光學(xué)原理讀寫(xiě)信息的存儲(chǔ)器。由于光盤(pán)的容量大、速度較快、不易受干擾等特點(diǎn)，光盤(pán)的應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛。

    光盤(pán)系統(tǒng)一般是由光學(xué)、電氣和機(jī)械部件組成。

    從結(jié)構(gòu)上看光盤(pán)存儲(chǔ)器同磁盤(pán)存儲(chǔ)基本相同，兩者均有存儲(chǔ)信息的盤(pán)片、機(jī)械驅(qū)動(dòng)部件、定位部件和讀寫(xiě)機(jī)構(gòu)。不同的是后者利用磁性原理存儲(chǔ)信息，利用磁頭存取信息;而前者是利用光學(xué)原理存儲(chǔ)信息并用光學(xué)讀寫(xiě)頭來(lái)存取這些信息。

    光盤(pán)本身是靠盤(pán)面上一些能夠影響光線(xiàn)反射的表面特征存儲(chǔ)信息，例如現(xiàn)在常用的只讀光盤(pán)（CD-ROM）上利用光盤(pán)表面的凹凸不平表示“0”和“1”。以CD-ROM為例，讀取數(shù)據(jù)時(shí)，由機(jī)械驅(qū)動(dòng)部件和定位部件負(fù)責(zé)確定讀取的位置。激光器發(fā)出激光經(jīng)光學(xué)線(xiàn)路至聚焦透鏡射向光盤(pán)表面，表面的凹凸不平造成反射光的變化，利用數(shù)據(jù)光檢測(cè)器將這些變化轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)“0”和“1”的電信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)輸出端，整個(gè)讀取工作完成。其他類(lèi)型光盤(pán)的寫(xiě)入過(guò)程大體與此相同，唯一的差別是數(shù)據(jù)自數(shù)據(jù)輸入端傳來(lái)。

    一般將光盤(pán)存儲(chǔ)器分為只讀式（readonly）、一次寫(xiě)入式（writeonce）和可擦式（erasable）或可逆式（reversible）三種。只讀式光盤(pán)利用材料表面的凹凸不平的特征記錄信息，在出廠(chǎng)前由生產(chǎn)廠(chǎng)家將有關(guān)信息存放到光盤(pán)上。對(duì)于一次寫(xiě)入式光盤(pán)，用戶(hù)可以利用會(huì)聚的激光束在光盤(pán)表面照射使材料發(fā)生永久性變化而記錄信息。這種光盤(pán)現(xiàn)已普遍用于多媒體系統(tǒng)�？刹潦焦獗P(pán)利用激光在磁性材料上或相變材料上實(shí)現(xiàn)信息的存儲(chǔ)和擦除。

    光盤(pán)存儲(chǔ)器的記錄密度高，存儲(chǔ)容量大，一片5.25英寸大小的一次寫(xiě)入式光盤(pán)可以存儲(chǔ)680MB的信息，其容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于外形同樣大小的軟磁盤(pán)。光盤(pán)信息的保存時(shí)間也比磁盤(pán)的長(zhǎng)。目前影響光盤(pán)普遍應(yīng)用的主要原因是光盤(pán)存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)速度慢和光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的成本高。隨著技術(shù)的進(jìn)步，以上問(wèn)題是可以解決的。因此光盤(pán)存儲(chǔ)器有廣泛的應(yīng)用前景。

    5.虛擬存儲(chǔ)的概念、作用和工作過(guò)程

    （1）虛擬存儲(chǔ)的概念、作用

    一般將由主存和部分輔存組成的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)稱(chēng)為虛擬存儲(chǔ)器，其對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)地址稱(chēng)為虛擬地址（邏輯地址），其對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)容量稱(chēng)為虛擬容量。將實(shí)際主存地址稱(chēng)為物理地址或?qū)嵉刂罚�主存的容量稱(chēng)為實(shí)存容量。

    當(dāng)用虛擬地址訪(fǎng)問(wèn)主存時(shí)，系統(tǒng)首先查看所用虛擬地址對(duì)應(yīng)的單元內(nèi)容是否已裝入主存。如果在主存中，可以通過(guò)輔助軟、硬件自動(dòng)把虛擬地址變成主存的物理地址后，對(duì)主存相應(yīng)單元進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。如果不在主存中，通過(guò)輔助的軟、硬件將虛擬地址對(duì)應(yīng)的內(nèi)容調(diào)入主存中，然后再進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。因此，對(duì)虛擬存儲(chǔ)器的每次訪(fǎng)問(wèn)都必須進(jìn)行虛實(shí)地址的變換。
虛擬存儲(chǔ)器的作用是擴(kuò)大整個(gè)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(chǔ)器。同時(shí)可以減輕人們編程中對(duì)程度進(jìn)行分塊的苦惱，從而提高軟件開(kāi)發(fā)的效率。虛擬存儲(chǔ)器是實(shí)現(xiàn)利用小容量的主存運(yùn)行大規(guī)模的程序的一種有效的辦法。盡管實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)要增加一些額外的投資和軟件開(kāi)銷(xiāo)，虛擬存儲(chǔ)技術(shù)在各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中仍得到了廣泛的應(yīng)用。虛擬存儲(chǔ)器必須建立在主存-輔存結(jié)構(gòu)上，但一般的主存-輔存系統(tǒng)并不一定是虛擬存儲(chǔ)器，虛擬存儲(chǔ)器與一般的主存-輔存系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別是:

    ①虛擬存儲(chǔ)器允許人們使用比主存容量大得多的地址空間來(lái)訪(fǎng)問(wèn)主存，非虛擬存儲(chǔ)器最多只允許人們使用主存的整個(gè)空間，一般只允許使用操作系統(tǒng)分配的主存中的某一部分空間。

    ②虛擬存儲(chǔ)器每次訪(fǎng)問(wèn)主存時(shí)必須進(jìn)行虛、實(shí)地址的變換，而非虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)則不必變換。

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