2. 1 The Storage

3. 2 儲存體的種類 輔助儲存體 – 儲存以後要用到的資料 – 長期儲存 記憶體 – 儲存最近要使用的資料 – 暫時儲存 – 存取速度比輔助儲存體快 快取 cache 暫存器 – 儲存與目前正在執行的指令立即相關的資料 – 存取速度最快

4. 3 儲存體容量的測量單位 KB – kilobyte –1024 個位元組 – 有些磁片 – 快取記憶體 MB – megabyte – 約百萬個位元組 –RAM GB – gigabyte 約十億個位元組 硬碟 CD 和 DVD TB – terabytes 約一兆個位元組 大型硬碟

5. 4 記憶體的主要類型 RAM 隨機存取記憶體 (Random Access Memory) ROM 唯讀記憶體 (Read Only Memory)

6. 5 RAM 需要電流才能保持資料 揮發性 (Volatile) 可以讀取及修改裡面的指令和資料 使用者通常是指這種記憶體

7. 6 RAM 裡有什麼資料 ? 作業系統 目前正在執行中的程式 上述程式需要的資料 等著要輸出的中間結果

8. 7 ROM 非揮發性 (Non-volatile) 負責開機的指令 裡面的指令和資料可以讀取，但不能修改 這些指令通常是在工廠裡燒錄進去的

9. 8 程式執行時的特性 時間區域性 (Temporal locality) – 當一筆資料被使用到，在短時間內，它很可能 再度被使用到 空間區域性 (Spatial locality) – 當一筆資料被使用到，它附近的資料很可能也 會被使用到

10. 9 快取 (Cache) 它是一塊小但非常快速的暫存記憶體 目的為了加速內部資料和軟體指令的傳輸 存放著最近用過或最常被使用到的資料和 指令

11. 10 為什麼要有 cache? main memory – 優點：便宜 – 缺點：存取速度太慢 較快的記憶體卻非常貴 … 為了要有較快的存取速度，同時兼顧價錢便宜的 優點，所以有 cache 的想法。

12. 11 快取 (Cache) 第 1 步 處理器要求擷 取資料或指令 第 2 步 到主記憶體中的該位址去 讀取 第 3 步 傳送到 CPU 和快取中 下一次微處理器需要資料或指令時 先到記憶體快取中尋找 找不到再到記憶體中尋找 處理器處理器 RAMRAM 快取

13. 12 快取的種類 內部快取 – 第一級 (L1) – 內建在微處理器中 – 最多到 128KB 外部快取 – 第二級 (L2) – 在單獨晶片上 –256KB 或 512 KB –SRAM 技術 – 它比 L1 快取便宜但是較慢 – 比記憶體快但是較貴

14. 13 Example 假設 cache 的存取時間 : 5ns memory 存取時間 : 120ns miss penalty: 130ns Hit rate: 90% – 平均存取時間 : 5*0.9 + 130*0.1 = 17.5ns Hit rate: 99% – 平均存取時間 : 5*0.99 + 130*0.01 = 6.25ns 只要 cache 的 hit rate 很高，平均的存取時間將會非常低 因為程式時間和空間上的特性，所以我們可以猜的很準 … CPU cache memory

15. 14 記憶體的建構技術 DRAM (Dynamic Random Access Memory) SRAM (Static Random Access Memory) DDR (Double Data Rate) RDRAM (Rambus)

16. 15 快閃記憶體 (Flash) 非揮發性 RAM 使用在 – 行動電話 – 數位相機 – 數位錄音器 –PDA – 隨身碟

17. 16 輔助儲存元件 輔助儲存元件的好處 – 半永久狀態 – 非揮發性 – 可靠性高 – 方便 – 可迅速找到及存取要的資料

18. 17 儲存容量大 – 磁片 – 大約 500 頁印刷文件 – 光碟 – 大約 500 本書 符合經濟效益 – 節省儲存資料的實體花費 – 改善儲存與擷取資料的速度和方便性 輔助儲存元件的好處

19. 18 儲存元件的種類 磁碟儲存元件 (Floppy, Hardisk) 光碟 – 磁光學媒體 (Magneto-optical ， MO) –CD-ROM –CD-R –CD-RW –DVD-ROM 磁帶儲存元件 (Tape)

20. 19 磁碟儲存元件 以磁碟上的磁化小點來表示資料 – 該小點有被磁化 = 1 – 該小點未被磁化 = 0 讀取 – 將磁化過的資料轉換成電子訊號 寫入 – 將電子訊號轉換成磁碟上的磁化小點

21. 20 磁碟容量 大小 MB 舊式硬碟 GB 目前的 PC TB 即將到來 儲存什麼東西？ 使用者文件 軟體 圖形影像 聲音檔案 影片檔案

22. 21 磁片 容量小 – 用來儲存小檔案 可攜性佳 有硬的塑膠外殼來保護 3 ½ 吋， 1.44 MB

23. 22 高容量的可攜帶磁碟 用來儲存較大的檔案 可攜性佳 高容量 –120 / 200 MB – 也可以讀寫標準的磁片 – 如 Superdisk Zip 磁碟 –250 MB – 它與 3½ 吋磁片並不相容

24. 23 硬碟 有各種大小 攜帶性 – 一般是不可攜帶的 – 在 PC 上可以選擇可卸除式的硬碟 它是表面有著磁氧化物的金屬盤

25. 24 磁碟組 由數個磁碟盤所組成 安排緊密的密封模組 將磁碟組掛在磁碟機上

26. 25 磁碟組 磁碟組有 一組存取臂 每個存取臂上有兩個讀寫磁頭 – 一個面朝上存取在它上方的表面 – 一個面朝下存取在它下方的表面 所有的存取臂是一起移動的 不過一次只能有一個讀寫磁頭進行存取

27. 26 磁碟資料的組織方法 磁軌 磁碟平面上的同心圓軌道 當磁碟旋轉時，讀寫磁頭會 經過這些磁軌 1.44 MB 的磁片它的兩個 平面上各有 80 個磁軌 每個磁軌儲存的資料量相同

28. 27 磁碟資料的組織方法 磁區 (sector) 在磁軌上再劃分成一 些磁區 儲存固定個數的位元 組 ( 通常是 512 個 ) 叢集 (cluster) – 由相鄰的磁區所組成，被視為一個儲存單位 – 個數固定 (2-8 個磁區 ) – 檔案最少所佔用的空間大小

29. 28 磁碟資料的組織方法 磁柱 由每個 platter 中相同 位置的磁軌所組成 儲存檔案時可能會分佈 在多個 platter 上 目的是減少存取的時間

30. 29 磁碟資料的組織方法 分區記錄法 在外圈的磁軌上指定較多的磁區 更多磁區 = 能儲存的資料更多

31. 30 磁碟機 讀寫動作 磁碟旋轉 存取臂會移動讀寫磁頭 開始讀寫動作直到完成 為止 資料是讀取自 / 寫入到 記憶體

32. 31 存取時間 尋找時間 磁頭切換 旋轉延遲 資料傳輸速率

33. 32 磁碟資料損毀 磁頭損毀

34. 33 磁碟快取 將需要的資料讀取到記憶體中 同時也將旁邊鄰近的資料讀取到磁碟快取 裡 ( 記憶體內的某一塊特定區域 ) 當程式碰到下一條讀取指令開始執行時 – 先檢查它要的資料是否有在磁碟快取裡 – 如果有，就不必再實際執行這個讀取動作了 – 如果沒有，再去讀取硬碟

35. 34 RAID RAID 冗餘磁碟陣列 ( Redundant Array of Independent Disks ， 簡稱 RAID )

36. 35 光碟 比其它可攜式媒體 容量更大 過程 – 把雷射打到光碟表面佈滿金屬物質的表層上 – 寫入資料 – 雷射所產生的熱會在光碟表面產生小點 – 讀取資料 – 使用雷射掃描光碟，透鏡會接受從不同 的點所產生不同的反射

37. 36 MO 磁光學媒體 (Magneto- optical) 混合型媒體 高容量 可多次寫入 過程 – 雷射光束在塑膠表面上融化一個小點 – 用磁力將晶體排列 – 讀取資料 – 雷射會接受晶體反射而來的光束 加以判讀

38. 37 CD-ROM Compact Disk Read-Only Memory 高容量且方便攜帶 可多次讀取 不能寫入 容量 – 多達 680 MB ( 等於 450 張 標準的 3 ½ 吋磁片 ) 目前是軟體散佈時所使用的主要媒體

39. 38 CD-R Compact Disc-Recordable 高容量 攜帶方便 只能寫入一次 可讀取多次 –CD-R 光碟燒錄機 –CD-ROM 光碟機

40. 39 CR-RW Compact Disk-Rewritable 高容量 攜帶方便 可讀取多次 可寫入多次 在標準的 CD-ROM 光碟機上讀取 CD-RW 光碟時有時會遇上相容性方面的問題

41. 40 影音數位光碟 (DVD-ROM) Digital Versatile Disk 容量比 CD-ROM 更大 – 標準大小 – 高達 4.7 GB, 是 CD-ROM 的 7 倍 – 單面雙層 – 8.5 GB – 雙面雙層 – 17 GB 資料的密度更高 可讀取多次，不可寫入 也可以讀取 CD-ROM 光碟片

42. 41 優點 – 完整片長的電影 – 媲美音樂光碟的精緻音效 – 超大量的商業資訊 估計在不久的未來就會取代 CD-ROM 影音數位光碟 (DVD-ROM) Digital Versatile Disk

43. 42 硬體 –CD-ROM 或 DVD-ROM – 音效卡或內建的音效晶片 – 喇叭 MPEG – 一組影像標準 – 光碟機的速度愈高，資料就會傳輸地愈快， 而螢幕上所呈現的影像就會愈平穩 應用程式 多媒體

44. 43 磁帶儲存元件 塗佈著磁性物質的塑膠帶 容量是根據密度而定 – bpi 或 cpi 磁帶機 – 讀寫磁頭 – 消除磁頭會先消除先前記錄在磁帶上的資料 地位比磁碟次要 – 可靠度不如 – 循序存取 價格便宜 主要是做備份用途

45. 44 備份系統 避免資料遺失 – 火災 – 天然災害 – 磁碟的電子或機械零件故障 – 使用者的疏失 – 軟體錯誤 – 不小心刪除了資料 將資料保存在一個以上的地方

46. 45 Memory Hierarchy