外部存儲器[優(yōu)質(zhì)參照]

1、第6章 外部存儲器,硬盤 光盤儲存系統(tǒng),1,專業(yè)課件,計算機存儲器系統(tǒng)分類,外部存儲器概述,2,專業(yè)課件,硬盤是電腦的數(shù)據(jù)存儲中心，電腦沒有了硬盤，也許能夠開機啟動，但卻無法保存你操作的任何步驟。 和內(nèi)存相比，外存的特點：容量大(單位容量成本低)、具有非易失性、尋址和訪問速度慢等,外部存儲器概述,3,專業(yè)課件,硬盤的發(fā)展-雛形 1956年9月 著名的IBM的公司的一個工程小組將世界上首個“硬盤”展示給了大家，它并不是我們現(xiàn)在所說的完整意義上的硬盤，它僅僅是一個磁盤儲存系統(tǒng)，現(xiàn)在來看較為落后的機械組件，龐大的占地面積，不由讓人膽寒。他的名字叫做IBM 350 RAMAC（Random Acces

2、s Method of Accounting and Control,硬盤系統(tǒng),4,專業(yè)課件,圖中左邊機柜中間的一個圓柱體容器，就是我們現(xiàn)在硬盤盤片的雛形 特點： 5M容量 占地面積大 機械組件,硬盤系統(tǒng),5,專業(yè)課件,一共使用了50個直徑為24英寸的磁盤，這些盤片表面涂有一層磁性物質(zhì)，并且堆疊在一起，通過一個傳動軸承是他可以順利的工作。盤片由一臺電動機帶動，只有一個磁頭，磁頭上下前后運動尋找要讀寫的磁道,硬盤系統(tǒng),6,專業(yè)課件,盤片上每平方英寸的數(shù)據(jù)密度只有2000bit，數(shù)據(jù)處理能力為1.1KB/s。 他的磁頭可以直接移動到盤片上的任何一塊存儲區(qū)域，從而成功地實現(xiàn)了隨機存儲，此原理是后來的

3、溫徹斯特盤的基礎 。 售價是35000美元，平均每M要有7000美元的成本，而現(xiàn)在250G的才410元,硬盤系統(tǒng),7,專業(yè)課件,硬盤的發(fā)展-溫盤 在1968年，IBM顛覆了之前自己的設計，重新提出了“溫徹斯特”（Winchester）技術的可行性，這次的提出的技術則奠定了以后硬盤所發(fā)展的方向。 “溫徹斯特”技術的精隋在于提出了：“密封、固定并高速旋轉(zhuǎn)的鍍磁盤片，磁頭沿盤片徑向移動，磁頭懸浮在高速轉(zhuǎn)動的盤片上方，而不與盤片直接接觸”，這也同樣是我們現(xiàn)在硬盤所走的道路,硬盤系統(tǒng),8,專業(yè)課件,1973年IBM終于推出了使用溫徹斯特技術的第一塊硬盤，型號為3340，它采用14英寸的規(guī)格，由兩個分離的

4、盤片構(gòu)成(一個固定的和一個可移動的)，每張盤片容量為30MB。并且硬盤首次使用了封閉的內(nèi)部環(huán)境，并進一步發(fā)展了氣動學磁頭技術，將磁頭與盤片之間的距離縮短到了17微英寸。 1979年，IBM再次發(fā)明了薄膜磁頭，為進一步減小硬盤體積、增大容量、提高讀寫速度提供了可能。同期IBM的兩位員工AlanShugart和FinisConner離開IBM后成立了希捷公司(Shugart Technology公司，也就是后來的Seagate希捷公司)，之后便推出了像5.25英寸大小的硬盤驅(qū)動器,硬盤系統(tǒng),9,專業(yè)課件,硬盤系統(tǒng),以后的發(fā)展歷程： 體積：5.25英寸/全高 3.5英寸/半高(PC) 2.5英寸(筆

5、記本) 容量： 1040MB(8086/286) 100500MB(386/486) 11TB(目前) 傳輸速率：100KB/s50MB/s600MB/s (Serial ATA 3.0 ) 平均尋道時間： 80ms 5ms 轉(zhuǎn)速： 3600轉(zhuǎn)/s 15000轉(zhuǎn)/s,10,專業(yè)課件,硬盤的分類 根據(jù)接口技術的不同來劃分的，我們可以把硬盤分為 IDE硬盤 高端的SCSI硬盤 更為先進的Serial ATA硬盤,硬盤系統(tǒng),11,專業(yè)課件,硬盤系統(tǒng),硬盤的結(jié)構(gòu) 1. 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 硬盤內(nèi)部包括浮動磁頭組件、磁頭驅(qū)動機構(gòu)、盤體及主軸驅(qū)動機構(gòu)、前置讀寫控制電路和接口電路等。封裝在硬盤的凈化腔體內(nèi),12,專業(yè)

6、課件,硬盤系統(tǒng),2. 磁道、扇區(qū)和柱面 盤體： 盤體由多個同軸盤片組成，每個盤片都是雙面存儲，第一個盤片的第一面為0磁面，下一個為1磁面；第二個盤片的第一面為2磁面，以此類推。 磁道(Track)： 磁面上均勻分布的同心圓存儲軌跡。最外層為0磁道。 扇區(qū)(Sector)：磁道上等弧度劃分的扇段。一般一個扇區(qū)的存儲容量為512字節(jié)。 柱面(Cylinder)：各個盤面上同一編號磁道的組合,13,專業(yè)課件,硬盤系統(tǒng),3. 記錄格式 每一扇區(qū)除存放512字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)外，還存放著用于同步、數(shù)據(jù)定位、數(shù)據(jù)校驗等作用的輔助數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)一般只作用于硬盤內(nèi)部,14,專業(yè)課件,4 . 硬盤的基本工作原理 初

7、始化：加電正常工作后，利用控制電路中的單片機初始化模塊進行初始化工作，此時磁頭置于盤片中心。 啟動：主軸電動機將啟動并以高速旋轉(zhuǎn)，裝載磁頭的懸臂機構(gòu)移動，將浮動磁頭置于盤片表面的00道，處于等待指令的啟動狀態(tài)。 讀/寫：當接口電路接收到微機系統(tǒng)傳來的指令信號后，通過前置放大控制電路，驅(qū)動音圈電動機發(fā)出磁信號，根據(jù)感應阻值變化的磁頭對盤片數(shù)據(jù)信息進行正確定位，并將接收后的數(shù)據(jù)信息解碼，通過放大控制電路傳輸?shù)浇涌陔娐?，反饋給主機系統(tǒng)完成指令操作。 斷電：硬盤斷電時，在力矩反彈的作用下，浮動磁頭駐留到盤面中心,硬盤系統(tǒng),15,專業(yè)課件,硬盤的主要性能指標,1)硬盤容量：硬盤容量用來描述硬盤能夠存儲多

8、少數(shù)據(jù)，一般以GB為計量單位，目前主流硬盤容量為80 GB400 GB。 2)主軸轉(zhuǎn)速： 主軸轉(zhuǎn)速是決定硬盤數(shù)據(jù)傳輸率的因素之一，其單位為RPM（Rotate Per Minute，轉(zhuǎn)/分鐘），一般市場硬盤轉(zhuǎn)速有5400 r/m，7200 r/m，10000 r/m，15000 r/m。 3)高速緩存：高速緩存指在硬盤內(nèi)部的高速存儲器，目前硬盤的高速緩存為816 MB，SCSI硬盤的高速緩存更大，購買時應選高速緩存較大的硬盤,16,專業(yè)課件,4) 尋道時間：尋道時間是指硬盤磁頭移動到數(shù)據(jù)所在磁道而所用的時間，其單位為毫秒（ms）。 5)平均尋道時間：平均尋道時間是指磁頭移動到正中間的磁道需要的

9、時間，一般選用平均尋道時間為9 ms以下的硬盤。 6) 全程訪問時間：全程訪問時間是指磁頭開始移動直到最后找到所需的數(shù)據(jù)塊所用的全部時間，單位為毫秒（ms）。 7)平均訪問時間：平均訪問時間是指磁頭開始找到指定數(shù)據(jù)的平均時間，單位為毫秒（ms），是平均尋道時間和平均潛伏時間之和,硬盤的主要性能指標,17,專業(yè)課件,8)潛伏時間：當磁頭移動到數(shù)據(jù)所在磁道后，等待所要的數(shù)據(jù)塊繼續(xù)轉(zhuǎn)動（半圈或多些、少些）到磁頭下的時間，其單位為毫秒（ms）。 9) 道至道時間：表示磁頭從一個磁道轉(zhuǎn)移到另一個磁道的時間，單位為毫秒（ms）。 10)最大內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率：最大內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率也叫持續(xù)數(shù)據(jù)傳輸率（Sustai

10、ned Transfer Rate），單位為Mb/s。是指磁頭至硬盤緩存間的最大數(shù)據(jù)傳輸率,硬盤的主要性能指標,18,專業(yè)課件,11)外部數(shù)據(jù)傳輸率：外部數(shù)據(jù)傳輸率也稱為突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率，它是指從硬盤緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)的速率。在廣告或硬盤特性表中常以數(shù)據(jù)接口速率代替，其單位為MB/s，例如UltraDMA/100技術的外部數(shù)據(jù)傳輸率可達100 MB/s。 12)單碟容量：一般IDE硬盤最多有四張碟片，一般每張碟片的容量為10 GB。而IBM公司生產(chǎn)五張碟片的硬盤，單碟容量大都在10 GB以上。 13)連續(xù)無故障時間（MTBF）：連續(xù)無故障時間是指在硬盤從開始運行到出現(xiàn)故障的最長時間，單位是小時（h）

11、。一般硬盤的MTBF至少在30000 h以上,硬盤的主要性能指標,19,專業(yè)課件,20,專業(yè)課件,硬盤的使用,硬盤在使用之前必須經(jīng)過低級格式化、分區(qū)和高級格式化三個步驟。 1. 低級格式化(DOS中使用LFORMAT等軟件) 低級格式化的作用：創(chuàng)建磁道和扇區(qū)，寫入每個扇區(qū)的頭、尾信息。 低級格式化和操作系統(tǒng)無關。 一般硬盤在出廠之前都做過低級格式化,21,專業(yè)課件,硬盤的使用,2. 分區(qū)(DOS中使用FDISK) 用FDISK對硬盤進行分區(qū)時，可將硬盤分為一個主分區(qū)和一個擴展分區(qū)，擴展分區(qū)可分成多個邏輯分區(qū)，每個分區(qū)對應一個邏輯磁盤(卷)。在windows系統(tǒng)中可查看或更改： 操作：我的電腦/

12、右鍵/管理/磁盤管理,22,專業(yè)課件,PC機常用的三種分區(qū)： FAT(File Allocation Table)：16位文件分配表(FAT16)，用于DOS、Windows3.x的文件系統(tǒng)，Windows9x/2000繼續(xù)支持。 FAT16方式的邏輯磁盤的最大容量為2GB。硬盤的分配單位是“簇”(一般包括多個扇區(qū))，并將全部簇編號，F(xiàn)AT16文件系統(tǒng)中簇的編號為16位(軟盤為12位)二進制 。每個簇包含的扇區(qū)數(shù)因邏輯盤容量而異。 FAT32：32位文件分配表，用于Windows9x/2000的文件系統(tǒng)，用32位二進制對簇進行編號，支持邏輯最大容量位2048GB。 和FAT16相比，F(xiàn)AT32

13、文件系統(tǒng)的簇所包含的扇區(qū)數(shù)少，如2GB的一個邏輯盤，F(xiàn)AT16的簇容量為32KB，而FAT32的簇容量為4KB。FAT32的磁盤利用效率比FAT16高約15%。但DOS和Windows3.x不支持FAT32。 NTFS:Windows NT文件系統(tǒng)，用于WindowsNT/2000/XP，是基于安全性的文件系統(tǒng),硬盤的使用,23,專業(yè)課件,3. 高級格式化(DOS中使用FORMAT) 將全部扇區(qū)分成引導區(qū)、文件分配表(FAT)、 文件根目錄表和數(shù)據(jù)區(qū)四個區(qū)域。 引導區(qū)：磁盤參數(shù)和引導程序等,文件分配表(FAT)：數(shù)據(jù)區(qū)的每一個簇對應文件分配表中的兩個字節(jié)，表示該簇被某文件占用并指明該文件下一簇

14、。FAT表記錄著硬盤數(shù)據(jù)的存儲地址，每一個文件都有一組FAT鏈指定其存放的簇地址。FAT表的損壞意味著文件內(nèi)容的丟失。 文件根目錄：一個文件的目錄稱為一個目錄項，F(xiàn)AT16 中占32個字節(jié)。存放文件名、修改日期時間、文件長度及起始簇,硬盤的使用,24,專業(yè)課件,硬盤故障案例分析,25,專業(yè)課件,硬盤故障案例分析,CMOS檢測不到硬盤 分析及處理：硬盤只要一加電，在CMOS中檢測硬盤的時候，聽一下硬盤發(fā)出的聲音，如果聲音是：“噠噠”然后就恢復了平靜，就有比較大的把握判斷硬盤大概沒有問題；如果聲音是“噠噠”，然后又是連續(xù)幾次發(fā)出“咔噠咔噠”的聲響的話，有很大的可能是硬盤出問題了。最壞的情況是自檢時

15、硬盤出現(xiàn)“達、達、達”之類的周期性噪音，則表明硬盤的機械控制部分或傳動臂有問題，或者盤片有嚴重損傷。 為了進一步判斷，您可以將硬盤拆下來，接在其他的電腦上，然 后進入到CMOS中檢測一下，如果也是檢測不到的話，那就可以斷定， 真的是硬盤問題了,26,專業(yè)課件,硬盤故障案例分析,現(xiàn)象： 在讀取某一文件或運行某一程序時，硬盤反復讀盤且出錯或者要經(jīng)過很長時間才能成功 硬盤會發(fā)出異樣的雜音 啟動時不能通過硬盤引導系統(tǒng)，用SYS命令傳導系統(tǒng)也不能成功。這種情況很有可能是硬盤的引導扇區(qū)出了問題。 FORMAT硬盤時，到某一進度停止不前，最后報錯，無法完成。 對硬盤執(zhí)行FDISK時，到某一進度會反復進進退退

16、。 分析：硬盤出現(xiàn)壞道。首先我們應區(qū)別邏輯壞道還是物理壞道。簡單說能通過format高級格式化去掉的壞道就是邏輯壞道，無法去掉就是物理壞道。邏輯壞道對硬盤影響不大，而物理壞道是有“傳染性”的，一旦發(fā)現(xiàn)物理壞道就表示你硬盤有嚴重質(zhì)量問題或硬盤壽命快到了，應趕緊處理或更換。 處理：如果能進入Windows 系統(tǒng)，則出錯的盤/右擊/屬性/工具/差錯/開始檢查， Windows能在很大程度上對出現(xiàn)的壞簇作自動修正。 但這種方式能修復邏輯壞道，而不能自動修復物理壞道。針對物理壞道，有專門測試硬盤的儀器,27,專業(yè)課件,硬盤故障案例分析,開機后，屏幕上顯示：“Invalid partition table

17、” 硬盤不能啟動，可從軟盤啟動。 原因：一般是硬盤主引導記錄中的分區(qū)表有錯誤 解決方法： 用NDD修復，它將檢查分區(qū)表中的錯誤，若發(fā)現(xiàn)錯誤，將會詢問您是否愿意修改，您只要不斷地回答“Yes”即可修正錯誤，或者用備份過的分區(qū)表覆蓋它也行。如果是病毒感染了分區(qū)表，格式化是解決不了問題的，可先用殺毒軟件殺毒，再用NDD進行修復。 如果上述方法都不能解決，就先用FDISK重新分區(qū)，但分區(qū)大小必須和原來的分區(qū)一樣，這一點尤為重要，分區(qū)后不要進行高級格式化，然后用NDD 進行修復。修復后的硬盤不僅能啟動，而且硬盤上的信息也不會丟失。其實用FDISK分區(qū)，相當于用正確的分區(qū)表覆蓋原來的分區(qū)表。尤其當用軟盤啟

18、動后不認硬盤時，可用此方法,28,專業(yè)課件,硬盤故障案例分析,微機無法用硬盤啟動，檢查CMOS參數(shù)沒有問題。用軟盤啟動后可轉(zhuǎn)入C:提示符，但是不能對硬盤進行任何操作。 故障分析：用軟盤啟動后可轉(zhuǎn)入C:提示符，說明系統(tǒng)是可以識別硬盤驅(qū)動器的。硬盤不僅不能引導系統(tǒng)，而且也不能進行其他操作，說明故障原因可能是硬盤的主引導區(qū)或分區(qū)表遭到破壞，弄得硬盤不能正常工作。 處理辦法：是從光盤引導系統(tǒng)，用“FDISK”命令對硬盤重新分區(qū)，然后再進行高級格式化，重裝整個系統(tǒng)。因為有可能是病毒破壞系統(tǒng)，所以使用“FORMAT”命令加U參數(shù)(即無條件進行格式化 )進行高級格式化,29,專業(yè)課件,硬盤故障案例分析,開機

19、后自檢完畢，從硬盤啟動時死機或者屏幕上顯示：“NO ROM Basic，System Halted”。 故障分析：造成該故障的原因一般是引導程序損壞或被病毒感染或是分區(qū)表中無自舉標志，或是結(jié)束標志55AAH被改寫。 處理：從軟盤啟動，執(zhí)行命令“FDISK/MBR”即可。FDISK中包含有主引導程序代碼和結(jié)束標志55AAH，用上述命令可使FDISK中正確的主引導程序和結(jié)束標志覆蓋硬盤上的主引導程序，這一招對于修復主引導程序和結(jié)束標志55AAH的損壞既快又靈。對于分區(qū)表中無自舉標志的故障，可用NDD迅速恢復,30,專業(yè)課件,硬盤故障案例分析,硬盤容量減少：一臺電腦安裝Windows2000，在安裝

20、過程中選擇了多重啟動形式，并選擇把Windows2000安裝在NTFS5格式的分區(qū)下，導致硬盤出錯。經(jīng)多次修復無效后，就用DiskManager（DM）對硬盤進行低級格式化。接著重新啟動后，硬盤就由原來的20G變成7.3G，剩下的空間不見了。 分析：NTFS5格式盡管兼容FAT32格式，但按微軟的規(guī)定，強行同時使用NTFS5和FAT32格式化會導致不可預測的錯誤。安裝失敗和硬盤出錯，應該都是由與這個原因引起的。但這種錯誤是不會導致硬盤容量減少的，所以關鍵問題應該出在對硬盤的低級格式化的過程中。后來發(fā)現(xiàn)低格時所用的DM是老版本的，有可能是該軟件的版本太低，不兼容大容量硬盤。 處理：下載最新版本的

21、DM，再對硬盤進行低級格式化后重新啟動，硬盤空間將全部回來,31,專業(yè)課件,在設置虛擬機里系統(tǒng)的時候居然盤符串位了，光驅(qū)變成了D，而硬盤則變成了E盤,硬盤故障案例分析,32,專業(yè)課件,硬盤故障案例分析,直接通過系統(tǒng)內(nèi)置的功能來調(diào)整磁盤盤符,操作：我的電腦/右擊/管理/磁盤管理/點擊要更改的盤符/右鍵/更改驅(qū)動器名或路徑/更改/指派,33,專業(yè)課件,光盤存儲系統(tǒng),最早的光盤存儲系統(tǒng)是CD(Compact Disc:數(shù)字激光唱片)和LD(Laser Disc:激光視盤，模擬方式)。將CD進行糾錯方面的改進后用于計算機數(shù)據(jù)存儲,光盤儲存系統(tǒng)的特點 容量大：CD:650MB DVD:17GB。 成本低

22、：位成本遠低于磁性儲存。 可靠性：抗磁，無磨損。 速率：高于軟盤，低于硬盤。 可寫性：有只讀和可擦寫型,34,專業(yè)課件,光盤存儲系統(tǒng),光盤的種類,目前光盤儲存系統(tǒng)有CD和DVD兩類： CD：存儲容量約650MB，按讀寫屬性可分為只讀、一次可寫，可擦寫三種。 DVD：可雙面存儲信息，而且每面可存儲兩層信息。 單面單層4.7GB，雙面單層9.4GB，雙面雙層17 GB,35,專業(yè)課件,光盤存儲系統(tǒng),1. CD類光盤按應用和介質(zhì)分類 CD-DA(Digital Audio)：激光唱盤。 CD-ROM(Read Only Memory)：只讀光盤，作為電子出版物載體。 Photo CD：Kodak公司

23、制定的，用壓縮方式存儲數(shù)字照片的CD格式標準。 CD-I(Interactive)：一種支持交互的CD技術規(guī)范。 VCD(Video CD)：用MPEG-1壓縮方式存儲數(shù)字化視頻和音頻的CD標準。其視頻分辨率約為240X320，伴音為雙聲道立體聲，播放時間約74分鐘。 CD-R(Recordable)：可寫入的介質(zhì)光盤，可分多次寫入。 CD-RW(ReWritable)：可擦寫的介質(zhì)盤,36,專業(yè)課件,光盤存儲系統(tǒng),2. DVD類光盤 DVD(Digital Video Disk)：用MPEG-2壓縮方式存儲數(shù)字化視頻和音頻高密度光盤標準。其視頻分辨率約為 480X640，伴音為5.1聲道環(huán)繞

24、立體聲，還包含有4通道的字幕。單面單層DVD盤(4.7GB)可存儲135分鐘節(jié)目。 DVD-R：可寫入的介質(zhì)光盤，可分多次寫入。 DVD-RW：可擦寫的介質(zhì)盤,37,專業(yè)課件,光盤存儲系統(tǒng),光盤驅(qū)動器 1. 光驅(qū)原理 3. 光驅(qū)類型： 只讀型(CD-ROM) 一次寫入型(CD-R) 可擦寫型(CD-RW) 直接重寫型(OverWrite) 4. 讀寫方式 恒定角速度 恒定線速度 真倍速/多光束,38,專業(yè)課件,光盤存儲系統(tǒng),5. 光驅(qū)的主要技術指標 傳輸速率 標準速率為150KB/s。N倍速光驅(qū)的最大傳輸速率為 NX150KB/s。對恒定角速度光驅(qū)為讀外圈光道時的速度。 可寫光驅(qū)的寫速度一般比讀速度低的多。 訪問時間 接到指令到讀出第一個字節(jié)的平均時間(光盤處于全速旋轉(zhuǎn)時)。 緩存容量 一般為256KB。較大的緩存可以提高CPU效率。 6. 光驅(qū)接口 內(nèi)置一般為IDE接口，外置有SCSI、USB和并行口三種,39,專業(yè)課件,7刻錄光盤的識別刻錄光盤的基礎科技是建立在化學染料上的；染料的好壞對數(shù)據(jù)儲存的可靠性與時間有很大影響?？瞻坠獗P根據(jù)顏色分為: 綠盤 藍盤黃金盤白金盤,光盤存儲系統(tǒng),40,專業(yè)課件,1）Cyanine（綠盤）。最早的刻錄光盤可能是太陽誘電（Taiyo Yuden）發(fā)明的Cyanine種類的CD-R。Cyanine中文一般譯作“花菁染料”，太陽誘電