《輔助存儲器》PPT課件

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1、1 第 八 章 輔 助 存 儲 器 2 8.1 外 存 儲 器 概 述l主 存 的 后 備 和 擴 充 ， 也 稱 外 存 。l特 點 :容 量 大 ,可 靠 性 高 ,單 位 存 儲 容 量 價 格 低 ,在 掉 電 情 況 下 能 長 期 保 存 信 息 。磁表面存儲器光存儲器磁芯磁盤磁帶 3 輔 助 存 儲 器 的 主 要 技 術 指 標l輔 助 存 儲 器 的 主 要 技 術 指 標 是 存 儲 密 度 、 存 儲 容 量 、尋 址 時 間 等1.存 儲 密 度 。 是 指 單 位 長 度 或 單 位 面 積 磁 層 表 面 所 存 儲 的 二 進 制的 信 息 量 。 對 于 磁 表

2、 面 存 儲 器 ， 用 道 密 度 和 位 密 度 表 示 。道 密 度 (TPI)： 磁 盤 半 徑 方 向 單 位 長 度 包 含 的 磁道 數(shù) 。位 密 度 (BPI)： 在 每 一 個 磁 道 內(nèi) 單 位 長 度 內(nèi) 所 能記 錄 的 二 進 制 信 息 數(shù) 。 4 2.存 儲 容 量l指 磁 表 面 存 儲 器 所 能 存 儲 的 二 進 制 信 息 總 量 （ B） 。 l存 儲 容 量 有 格 式 化 容 量 和 非 格 式 化 容 量 兩 個 指 標 。格 式 化 容 量 ： 指 按 照 某 種 特 定 的 記 錄 格 式 所 能 存 儲 的 信 息 總量 ， 也 就 是 用

3、 戶 真 正 可 以 使 用 的 容 量 。非 格 式 化 容 量 ： 是 磁 記 錄 表 面 可 以 利 用 的 磁 化 元 總 數(shù) 。計 算 公 式 ：l 非 格 式 化 容 量 =面 數(shù) 道 數(shù) /面 每 個 磁 道 的 容 量l 格 式 化 容 量 =面 數(shù) 道 數(shù) /面 扇 區(qū) 數(shù) /道 字 節(jié) 數(shù) /扇 區(qū) 5 3.尋 址 時 間尋 址 時 間 分 為 兩 部 分 ：l找 道 時 間 ： 磁 頭 尋 找 目 標 磁 道 所 需 的 時 間 。l等 待 時 間 ： 磁 頭 等 待 所 需 讀 寫 的 區(qū) 段 旋 轉 到它 的 下 方 所 需 要 的 時 間 。l這 兩 個 時 間 是

4、 隨 機 的 ， 一 般 取 二 者 的 平 均 值l平 均 等 待 時 間 ： 一 般 以 磁 盤 旋 轉 半 周 所 需 的時 間 為 準 。 6 4.數(shù) 據(jù) 傳 輸 率l磁 表 面 存 儲 器 在 單 位 時 間 內(nèi) 與 主 機 傳 送 數(shù)據(jù) 的 位 數(shù) 或 字 節(jié) 數(shù) 。 計 算 公 式 為 ： Dr=n N 其 中 ： n為 轉 速 ， 單 位 為 轉 /秒 ； N為 磁 道 的 容 量 ， 單 位 為 字 節(jié) 。 單 位 為 ： 字 節(jié) /秒 7 5.誤 碼 率l是 衡 量 磁 表 面 存 儲 器 出 錯 概 率 的 參 數(shù) 。 它等 于 從 輔 存 讀 出 時 ， 出 錯 信 息

5、 位 數(shù) 和 讀 出的 總 信 息 位 數(shù) 之 比 。6.價 格l通 常 用 “ 位 價 格 ” 來 比 較 各 種 存 儲 器 ， 它等 于 ： 設 備 價 格 /容 量 。 在 所 有 的 存 儲 設 備中 ， 磁 表 面 存 儲 器 和 光 存 儲 器 的 位 價 格 是最 低 的 。 8 9 磁 盤 結 構 名 詞 解 釋l盤 面 ：l磁 道 ：l柱 面 ： 硬 盤 每 個 盤 面 的 同 一 編 號 的 磁 道 構 成 柱 面l扇 區(qū) ：l格 式 化 容 量 = 磁 頭 數(shù) *柱 面 數(shù) *每 柱 面 扇 區(qū) 數(shù) *每 扇 區(qū) 字 節(jié) 數(shù) 10 例 題 磁 盤 組 有 6片 磁 盤

6、， 每 片 有 兩 個 記 錄 面 ， 最 上 最 下兩 面 不 用 。 存 儲 區(qū) 域 內(nèi) 直 徑 22cm， 外 直 徑 33cm,道 密 度為 40道 /cm,內(nèi) 層 位 密 度 400位 /cm,轉 速 2400轉 /分 ， 問 :1、 共 有 多 少 柱 面 ？2、 盤 組 總 存 儲 容 量 是 多 少 ？3、 數(shù) 據(jù) 傳 輸 率 多 少 ？4、 平 均 等 待 時 間 為 多 少 ？5、 采 用 定 長 數(shù) 據(jù) 塊 記 錄 格 式 ， 直 接 尋 址 的 最 小 單 位 是 什么 ?尋 址 命 令 中 如 何 表 示 磁 盤 地 址 ？6、 如 果 某 文 件 長 度 超 過 一

7、 個 磁 道 的 容 量 ， 應 將 它 記 錄 在同 一 個 存 儲 面 上 ， 還 是 記 錄 在 同 一 個 柱 面 上 ？ 11 解 ： 1、 有 效 存 儲 區(qū) 域 長 度 =33/2-22/2=5.5（ cm） 道 數(shù) =5.5 40=220道 ， 即 220個 柱 面 。 2、 內(nèi) 層 磁 道 周 長 =2 3.14 11=69.08（ cm） 每 道 信 息 量 =400 69.08=27632位 =3454（ B） 盤 組 總 容 量 =3454 220 10=7598800（ B）3、 數(shù) 據(jù) 傳 輸 率 =2400/60 3454=13816（ B/秒 ）4、 平 均 等

8、 待 時 間 =（ 60/2400） （ 1/2） =12.5（ ms）5、 最 小 單 位 是 一 個 扇 區(qū) ， 其 編 址 方 式 可 為 如 下 格 式 ： 6、 記 錄 在 同 一 個 柱 面 上 ， 因 為 不 需 要 重 新 找 道 ， 數(shù) 據(jù) 讀寫 速 度 快 。盤面號柱面號扇區(qū)號 12 1、 軟 盤l 1967年 ， IBM公 司 推 出 世 界 上 第 一 張 軟 盤 ， 直 徑 32英 寸 。 4年后 又 推 出 一 種 直 徑 8英 寸 的 表 面 涂 有 金 屬 氧 化 物 的 塑 料 質 磁 盤 ，發(fā) 明 者 是 艾 倫舒 加 特 （ Alan Shugart， 后

9、 離 開 IBM創(chuàng) 辦 了 希捷 seagate公 司 ） ， 這 就 是 常 說 的 “ 軟 盤 ” 的 父 輩 。l 1976年 8月 ， 艾 倫舒 加 特 宣 布 研 制 出 5.25英 寸 的 軟 盤 （ 售價 390美 元 ） 。 1979年 索 尼 公 司 推 出 3.5英 寸 的 雙 面 軟 盤 ， 其容 量 為 875KB， 到 1983年 已 達 1MB， 即 我 們 常 說 的 3寸 盤 。l 軟 盤 的 讀 寫 是 通 過 軟 盤 驅 動 器 完 成 的 。 目 前 常 用 的 就 是 容 量為 1.44MB的 3.5英 寸 軟 盤 。 軟 盤 存 取 速 度 慢 ， 容

10、 量 也 小 ， 但 可裝 可 卸 、 攜 帶 方 便 。 13 軟 盤l 軟 盤 是 PC中 最 早 使 用 的 可 移 介 質 。 作 為 一 種 可 移 貯 存 方 法 ，它 是 用 于 那 些 需 要 被 物 理 移 動 的 小 文 件 的 理 想 選 擇 。 軟 盤 有八 寸 、 五 又 四 分 一 寸 、 三 寸 半 之 分 。l 軟 式 磁 盤 驅 動 器 則 稱 FDD， 軟 盤 片 是 覆 蓋 磁 性 涂 料 的 塑 料 片 ，用 來 儲 存 數(shù) 據(jù) 文 件 ， 磁 盤 片 的 容 量 有 5.25“ 的 1.2MB， 3.5”的 1.44MB。l 以 3.5“ 的 磁 盤

11、片 為 例 ， 其 容 量 的 計 算 如 下 : 80(扇 區(qū) )x18(磁 道 )x512 bytes(扇 區(qū) 的 大 小 )x2(雙 面 ) = 1440 x1024 bytes = 1440 KB = 1.44MB 14 2、 硬 盤l 現(xiàn) 在 的 硬 盤 ,無 論 是 IDE還 是 SCSI,采 用 的 都 是 “ 溫 徹 思 特 ” （ 1973年 IBM 3340問 世 ， 它 擁 有 “ 溫 徹 斯 特 ” 這 個 綽 號 ， 來 源 于 他 兩 個 30MB的 儲 存 單元 ， 恰 是 當 時 出 名 的 “ 溫 徹 斯 特 來 福 槍 ” 的 口 徑 和 填 彈 量 ） 技

12、 術 ,都 有以 下 特 點 ： 1、 磁 頭 ， 盤 片 及 運 動 機 構 密 封 。 2、 固 定 并 高 速 旋 轉 的 鍍 磁 盤 片 表 面 平 整 光 滑 。 3、 磁 頭 沿 盤 片 徑 向 移 動 。 4、 磁 頭 對 盤 片 接 觸 式 啟 停 ， 但 工 作 時 呈 飛 行 狀 態(tài) 不 與 盤 片 直 接 接 觸 。l 盤 片 ： 硬 盤 盤 片 是 將 磁 粉 附 著 在 鋁 合 金 （ 新 材 料 也 有 用 玻 璃 ） 圓 盤 片 的表 面 上 .這 些 磁 粉 被 劃 分 成 稱 為 磁 道 的 若 干 個 同 心 圓 ， 在 每 個 同 心 圓 的 磁道 上 就

13、 好 像 有 無 數(shù) 的 任 意 排 列 的 小 磁 鐵 ， 它 們 分 別 代 表 著 0和 1的 狀 態(tài) 。當 這 些 小 磁 鐵 受 到 來 自 磁 頭 的 磁 力 影 響 時 ， 其 排 列 的 方 向 會 隨 之 改 變 。利 用 磁 頭 的 磁 力 控 制 指 定 的 一 些 小 磁 鐵 方 向 ， 使 每 個 小 磁 鐵 都 可 以 用 來 儲 存 信 息 。 15 硬 盤l 盤 體 ： 硬 盤 的 盤 體 由 多 個 盤 片 組 成 ， 這 些 盤 片 重 疊 在 一 起 放在 一 個 密 封 的 盒 中 ， 它 們 在 主 軸 電 機 的 帶 動 下 以 很 高 的 速 度旋

14、 轉 ， 其 每 分 鐘 轉 速 達 3600， 4500， 5400， 7200甚 至 以 上 。l 磁 頭 ： 硬 盤 的 磁 頭 用 來 讀 取 或 者 修 改 盤 片 上 磁 性 物 質 的 狀 態(tài) ，每 一 個 磁 面 都 會 有 一 個 磁 頭 ， 從 最 上 面 開 始 ， 從 0開 始 編 號 。磁 頭 在 停 止 工 作 時 ， 與 磁 盤 是 接 觸 的 ， 但 是 在 工 作 時 呈 飛 行狀 態(tài) 。 磁 頭 采 取 在 盤 片 的 著 陸 區(qū) 接 觸 式 啟 停 的 方 式 ， 著 陸 區(qū)不 存 放 任 何 數(shù) 據(jù) ， 磁 頭 在 此 區(qū) 域 啟 停 ， 不 存 在 損

15、 傷 任 何 數(shù) 據(jù)的 問 題 。 讀 取 數(shù) 據(jù) 時 ， 盤 片 高 速 旋 轉 ， 由 于 對 磁 頭 運 動 采 取了 精 巧 的 空 氣 動 力 學 設 計 ， 此 時 磁 頭 處 于 離 盤 面 數(shù) 據(jù) 區(qū) 0.2-0.5微 米 高 度 的 “ 飛 行 狀 態(tài) ” 。 既 不 與 盤 面 接 觸 造 成 磨 損 ，又 能 可 靠 的 讀 取 數(shù) 據(jù) 。 16 lIDE(Integrated Drive Electronics) 電 子 集 成 驅動 器 指 把 “ 硬 盤 控 制 器 ” 與 “ 盤 體 ” 集 成 在 一 起 的 硬 盤 驅 動 器 。把 盤 體 與 控 制 器 集

16、 成 在 一 起 的 做 法 減 少 了 硬 盤 接 口 的 電 纜 數(shù)目 與 長 度 ， 數(shù) 據(jù) 傳 輸 的 可 靠 性 得 到 了 增 強 ， 硬 盤 制 造 起 來 變得 更 容 易 ， 硬 盤 生 產(chǎn) 廠 商 不 需 要 再 擔 心 自 己 的 硬 盤 是 否 與 其它 廠 商 生 產(chǎn) 的 控 制 器 兼 容 。 對 用 戶 而 言 ， 硬 盤 安 裝 起 來 也 更為 方 便 。 IDE這 一 接 口 技 術 從 誕 生 至 今 就 一 直 在 不 斷 發(fā) 展 ， 性能 也 不 斷 的 提 高 ， 其 擁 有 的 價 格 低 廉 、 兼 容 性 強 的 特 點 ， 為其 造 就 了

17、其 它 類 型 硬 盤 無 法 替 代 的 地 位 。 17 SCSI(Small Computer System Interface)小 型 計 算 機系 統(tǒng) 接 口l 一 種 用 于 計 算 機 和 智 能 設 備 之 間 （ 硬 盤 、 軟 驅 、 光 驅 、 打 印機 、 掃 描 儀 等 ） 系 統(tǒng) 級 接 口 的 獨 立 處 理 器 標 準 。 SCSI是 一 種智 能 的 通 用 接 口 標 準 。 它 是 各 種 計 算 機 與 外 部 設 備 之 間 的 接口 標 準 。 這 種 接 口 具 有 以 下 特 性 ： l SCSI接 口 是 一 個 通 用 接 口 ， 在 SCS

18、I母 線 上 可 以 連 接 主 機 適 配器 和 八 個 SCSI外 設 控 制 器 ， 外 設 可 以 包 括 磁 盤 、 磁 帶 、 CD-ROM、 可 擦 寫 光 盤 驅 動 器 、 打 印 機 、 掃 描 儀 和 通 訊 設 備 等 。 18 SCSI(Small Computer System Interface) lSCSI接 口 可 以 同 步 或 異 步 傳 輸 數(shù) 據(jù) ， 同 步 傳 輸 速 率可 以 達 到 10MB/s， 異 步 傳 輸 速 率 可 以 達 到 1.5MB/s。 lSCSI接 口 接 到 外 置 設 備 時 ， 它 的 連 接 電 纜 可 以 長 達6m

19、。 l這 種 接 口 是 一 種 便 于 系 統(tǒng) 集 成 、 降 低 成 本 和 提 高 效率 的 接 口 標 準 ， 越 來 越 多 的 設 備 將 使 用 SCSI接 口 標準 ， 因 此 ， 帶 SCSI接 口 的 硬 盤 和 SCSI光 盤 驅 動 器 也越 來 越 多 。 19 l在 實 際 的 應 用 中 選 擇 SCSI還 是 IDE， 關 鍵 在 于 你 的 需求 ， 如 果 你 只 是 一 個 普 通 的 電 腦 用 戶 ， 你 完 全 不 用考 慮 SCSI設 備 。 但 是 換 句 話 說 ， 如 果 你 使 用 計 算 機來 做 視 頻 捕 捉 、 影 像 編 輯 、

20、數(shù) 據(jù) 處 理 等 要 求 大 量 磁盤 數(shù) 據(jù) 輸 入 /輸 出 的 工 作 ， 相 信 SCSI絕 對 是 你 的 上 上之 選 ， 采 用 SCSI設 備 意 味 著 穩(wěn) 定 、 高 速 ， 在 這 種 需求 的 情 況 下 選 用 廉 價 卻 又 相 對 低 性 能 的 IDE硬 盤 是 得不 償 失 的 。 20 3、 U盤 (Universal serial Bus)l U盤 即 USB盤 的 簡 稱 。 U盤 是 閃 存 的 一 種 ， 因 此 也 叫 閃 盤 。 最大 的 特 點 就 是 ： 小 巧 便 與 攜 帶 、 存 儲 容 量 大 、 價 格 便 宜 。 是移 動 存

21、儲 設 備 之 一 。 l 當 U盤 代 替 軟 盤 成 為 人 們 常 備 的 移 動 存 儲 工 具 時 ， 很 少 有 人 知道 ， U盤 不 是 產(chǎn) 品 名 稱 而 只 是 一 個 公 司 注 冊 的 閃 存 盤 商 標 ， 而這 個 發(fā) 明 世 界 第 一 款 閃 存 盤 ， 并 因 此 榮 獲 閃 存 盤 全 球 基 礎 性發(fā) 明 專 利 的 公 司 ， 其 創(chuàng) 始 人 、 發(fā) 明 專 利 持 有 者 之 一 、 哈 爾 濱朗 科 科 技 有 限 公 司 總 裁 呂 正 彬 ， 在 創(chuàng) 業(yè) 之 初 ， 就 在 哈 爾 濱 開發(fā) 區(qū) 海 外 學 人 創(chuàng) 業(yè) 園 安 了 家 ， 并 與

22、 深 圳 朗 科 公 司 一 道 領 導 著全 球 移 動 存 儲 行 業(yè) 的 發(fā) 展 潮 流 。l 朗 科 公 司 推 出 的 以 優(yōu) 盤 為 商 標 的 閃 存 盤 是 世 界 上 首 創(chuàng) 基 于 USB接 口 ， 采 用 閃 存 （ Flash Memory） 介 質 的 新 一 代 存 儲 產(chǎn) 品 。閃 存 盤 ， 是 中 國 在 計 算 機 存 儲 領 域 二 十 年 來 唯 一 屬 于 中 國 人 的 原 創(chuàng) 性 發(fā) 明 專 利 成 果 。 21 U盤l U盤 的 結 構 基 本 上 由 五 部 分 組 成 ： USB端 口 、 主 控 芯 片 、 FLASH（ 閃 存 ） 芯 片

23、 、 PCB底 板 、 外 殼 封 裝 。 其 中 ， 主 控 芯 片 可 由 部分 公 司 自 行 研 發(fā) ， 而 價 格 最 貴 的 部 分 是 FLASH（ 閃 存 ） 芯 片 ，可 占 到 U盤 總 價 的 6/7左 右 。l U盤 的 基 本 工 作 原 理 也 比 較 簡 單 ： USB端 口 負 責 連 接 電 腦 ， 是數(shù) 據(jù) 輸 入 或 輸 出 的 通 道 ； 主 控 芯 片 負 責 各 部 件 的 協(xié) 調(diào) 管 理 和下 達 各 項 動 作 指 令 ， 并 使 計 算 機 將 U盤 識 別 為 “ 可 移 動 磁 盤 ” ，是 U盤 的 “ 大 腦 ” ； FLASH芯 片

24、是 保 存 數(shù) 據(jù) 的 實 體 ， 其 特 點 是斷 電 后 數(shù) 據(jù) 不 會 丟 失 ， 能 長 期 保 存 ； PCB底 板 是 負 責 提 供 相 應處 理 數(shù) 據(jù) 平 臺 ， 且 將 各 部 件 連 接 在 一 起 。 當 U盤 被 操 作 系 統(tǒng) 識別 后 ， 使 用 者 下 達 數(shù) 據(jù) 存 取 的 動 作 指 令 后 ， USB移 動 存 儲 盤 的工 作 便 包 含 了 這 幾 個 處 理 過 程 。 22 U盤 U盤 是 指 采 用 閃 存 技 術 來 存 儲 數(shù) 據(jù) 信 息 的 可 移 動 存 儲 盤 。閃 存 與 傳 統(tǒng) 的 電 磁 存 儲 技 術 相 比 有 許 多 優(yōu) 點

25、 ：l 一 ， 這 種 存 儲 技 術 在 存 儲 信 息 的 過 程 中 沒 有 機 械 運 動 ， 這 使得 它 的 運 行 非 常 的 穩(wěn) 定 ， 從 而 提 高 了 它 的 抗 震 性 能 ， 使 它 成為 所 有 存 儲 設 備 里 面 最 不 怕 震 動 的 設 備 。l 二 ， 由 于 它 不 存 在 類 似 軟 盤 ， 硬 盤 ， 光 盤 等 的 高 速 旋 轉 的 盤片 ， 所 以 它 的 體 積 往 往 可 以 做 得 很 小 。 而 現(xiàn) 在 的 MP3播 放 器 可以 做 得 很 小 的 原 因 就 是 因 為 采 用 了 這 種 存 儲 技 術 。 23 U盤l閃 存

26、的 基 本 單 元 電 路 ， 與 EEPROM類 似 ， 寫 入 方 法 與EEPROM相 同 ， 讀 出 方 法 與 EPROM相 同 。 擦 除 方 法 是 在源 極 加 正 電 壓 ， 把 注 入 至 浮 空 柵 的 負 電 荷 吸 引 到 源極 。 由 于 利 用 源 極 加 正 電 壓 擦 除 ， 因 此 各 單 元 的 源極 聯(lián) 在 一 起 。l隨 著 半 導 體 技 術 的 改 進 ， 閃 存 也 實 現(xiàn) 了 單 晶 體 管 的設 計 ， 主 要 就 是 在 原 有 的 晶 體 管 上 加 入 了 浮 動 柵 和選 擇 柵 。 24 4、 可 移 動 硬 盤l 以 硬 盤 為

27、存 儲 介 制 ， 強 調(diào) 便 攜 性 的 存 儲 產(chǎn) 品 。 市 場 上 絕 大 多數(shù) 的 移 動 硬 盤 都 是 以 標 準 硬 盤 為 基 礎 的 ， 因 此 移 動 硬 盤 在 數(shù)據(jù) 的 讀 寫 模 式 與 標 準 IDE硬 盤 是 相 同 的 。l 可 移 動 硬 盤 的 特 點 ：1） 容 量 大 移 動 硬 盤 能 在 用 戶 可 以 接 受 的 價 格 范 圍 內(nèi) ， 提 供 給 用 戶 較 大的 存 儲 容 量 和 不 錯 的 便 攜 性 。2） 傳 輸 速 度 移 動 硬 盤 大 多 采 用 USB接 口 ， 能 提 供 較 高 的 數(shù) 據(jù) 傳 輸 速 度 。不 過 移 動

28、 硬 盤 的 數(shù) 據(jù) 傳 輸 速 度 還 一 定 程 度 上 受 到 接 口 速 度 的限 制 ， 尤 其 在 USB1.1接 口 規(guī) 范 的 產(chǎn) 品 上 ， 而 USB2.0和IEEE1394接 口 就 相 對 好 很 多 。 25 3） 使 用 方 便 現(xiàn) 在 的 PC都 配 備 了 USB功 能 。 USB設 備 在 多 數(shù) 版 本 的 WINDOWS中 ，可 以 不 需 要 安 裝 驅 動 程 序 ， 具 有 真 正 的 “ 即 插 即 用 ” 特 性 ，使 用 起 來 靈 活 方 便 。4） 可 靠 性 提 升 移 動 硬 盤 以 高 速 、 大 容 量 、 輕 巧 便 捷 等 優(yōu)

29、點 贏 得 許 多 用 戶 的青 睞 ， 而 更 大 的 優(yōu) 點 還 在 于 其 存 儲 數(shù) 據(jù) 的 安 全 可 靠 性 。 這 類硬 盤 與 筆 記 本 電 腦 硬 盤 的 結 構 類 似 ， 多 采 用 硅 氧 盤 片 。 這 是一 種 比 鋁 、 磁 更 為 堅 固 耐 用 的 盤 片 材 質 ， 并 且 具 有 更 大 的 存儲 量 和 更 好 的 可 靠 性 ， 提 高 了 數(shù) 據(jù) 的 完 整 性 。 采 用 以 硅 氧 為材 料 的 磁 盤 驅 動 器 ， 以 更 加 平 滑 的 盤 面 為 特 征 ， 有 效 地 降 低了 盤 片 可 能 影 響 數(shù) 據(jù) 可 靠 性 和 完 整 性 的 不 規(guī) 則 盤 面 的 數(shù) 量 ，更 高 的 盤 面 硬 度 使 USB硬 盤 具 有 很 高 的 可 靠 性 。 26