# 3.5 辅助存储器

## 一、辅助存储器概述

### 1.1 辅助存储器的特点

**特点**：
- 非易失性（断电后数据不丢失）
- 容量大
- 速度慢
- 价格低
- CPU不能直接访问

### 1.2 辅助存储器的类型

**磁表面存储器**：
- 硬盘（HDD）
- 磁带

**光存储器**：
- CD
- DVD
- 蓝光

**半导体存储器**：
- Flash
- SSD

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## 二、硬盘存储器

### 2.1 硬盘的结构

**盘片**：
- 圆形磁盘，两面涂有磁性材料
- 多个盘片叠放

**磁头**：
- 读写数据
- 每个盘片两面各一个磁头

**主轴**：
- 带动盘片旋转
- 转速：5400/7200/10000/15000 RPM

**磁道**：
- 盘片上的同心圆

**扇区**：
- 磁道上的扇形区域
- 最小存储单位（512B或4KB）

**柱面**：
- 不同盘片上相同位置的磁道

### 2.2 硬盘的性能指标

**容量**：
- 总存储容量
- 单位：GB、TB

**转速**：
- 盘片旋转速度
- 单位：RPM（转/分钟）

**平均寻道时间**：
- 磁头移动到目标磁道的平均时间
- 单位：ms

**平均旋转延迟**：
- 目标扇区旋转到磁头下的平均时间
- 单位：ms

**数据传输率**：
- 单位时间内传输的数据量
- 单位：MB/s

**缓存**：
- 硬盘内部的高速缓存
- 单位：MB

### 2.3 硬盘的地址

**CHS地址**：
- C：柱面（Cylinder）
- H：磁头（Head）
- S：扇区（Sector）

**LBA地址**：
- 逻辑块地址
- 线性地址

### 2.4 硬盘的接口

**SATA（Serial ATA）**：
- 串行接口
- 主流接口
- 速度：3Gb/s、6Gb/s

**SAS（Serial Attached SCSI）**：
- 企业级
- 速度更快

**NVMe**：
- 用于SSD
- 基于PCIe
- 速度极快

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## 三、固态硬盘（SSD）

### 3.1 SSD的特点

**优点**：
- 速度快（读写速度高）
- 无机械部件（抗震）
- 功耗低
- 无噪音
- 体积小

**缺点**：
- 价格高（单位容量）
- 写入次数有限
- 数据恢复困难

### 3.2 SSD的组成

**闪存芯片**：
- 存储数据
- NAND Flash

**控制器**：
- 管理闪存
-  wear leveling（磨损均衡）
- 坏块管理

**缓存**：
- DRAM缓存
- 提高性能

### 3.3 SSD的类型

**SLC（Single-Level Cell）**：
- 每个单元存储1位
- 速度快、寿命长、价格高

**MLC（Multi-Level Cell）**：
- 每个单元存储2位
- 速度中等、寿命中等、价格中等

**TLC（Triple-Level Cell）**：
- 每个单元存储3位
- 速度慢、寿命短、价格低

**QLC（Quad-Level Cell）**：
- 每个单元存储4位
- 速度最慢、寿命最短、价格最低

### 3.4 SSD vs HDD

| 特性 | SSD | HDD |
|-----|-----|-----|
| 速度 | 快 | 慢 |
| 容量 | 较小 | 较大 |
| 价格 | 高 | 低 |
| 功耗 | 低 | 高 |
| 噪音 | 无 | 有 |
| 抗震 | 好 | 差 |
| 寿命 | 写入次数有限 | 长 |
| 数据恢复 | 困难 | 较容易 |

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## 四、RAID技术

### 4.1 RAID概述

**RAID（Redundant Array of Independent Disks）**：
- 独立磁盘冗余阵列
- 将多个磁盘组成一个逻辑磁盘
- 提高性能或可靠性

### 4.2 常见RAID级别

**RAID 0（条带化）**：
- 数据分散存储在多个磁盘
- 无冗余
- 容量：N倍单盘
- 性能：读写速度提升
- 可靠性：低（一盘坏全部坏）

**RAID 1（镜像）**：
- 数据完全复制到两个磁盘
- 容量：1/2总容量
- 性能：读提升，写不变
- 可靠性：高（一盘坏另一盘可用）

**RAID 5（分布式奇偶校验）**：
- 数据和校验信息分布在多个磁盘
- 容量：(N-1)倍单盘
- 性能：读提升，写稍降
- 可靠性：中（允许一盘坏）

**RAID 6（双分布式奇偶校验）**：
- 两个独立的奇偶校验
- 容量：(N-2)倍单盘
- 可靠性：高（允许两盘坏）

**RAID 10（镜像+条带化）**：
- 先做镜像，再做条带化
- 容量：1/2总容量
- 性能：读写都提升
- 可靠性：高

### 4.3 RAID比较

| RAID | 最少磁盘 | 容量 | 读性能 | 写性能 | 可靠性 |
|------|---------|------|--------|--------|--------|
| 0 | 2 | N | 高 | 高 | 低 |
| 1 | 2 | N/2 | 高 | 中 | 高 |
| 5 | 3 | N-1 | 高 | 中 | 中 |
| 6 | 4 | N-2 | 高 | 中 | 高 |
| 10 | 4 | N/2 | 高 | 高 | 高 |

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## 五、光存储器

### 5.1 CD

**CD-ROM**：
- 只读光盘
- 容量：650MB

**CD-R**：
- 一次写入

**CD-RW**：
- 可擦写

### 5.2 DVD

**DVD-ROM**：
- 容量：4.7GB（单层）
- 8.5GB（双层）

**DVD-R/RW**：
- 可写入/可擦写

### 5.3 蓝光（Blu-ray）

**BD-ROM**：
- 容量：25GB（单层）
- 50GB（双层）

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## 六、考研重点

1. **辅助存储器概述**

2. **硬盘存储器**：
   - 结构
   - 性能指标
   - 地址
   - 接口

3. **固态硬盘（SSD）**：
   - 特点
   - 组成
   - 类型
   - SSD vs HDD

4. **RAID技术**：
   - RAID 0、1、5、6、10
   - 比较

5. **光存储器**

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*第三章完，进入第四章：指令系统*