第七章外部存儲器

1、第七章 外部存儲器 硬盤 軟盤系統(tǒng)大容量可更換磁盤 光盤儲存系統(tǒng)第 2 頁計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)計算機存儲器系統(tǒng)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、存儲體可更換等。計算機存儲系統(tǒng)內(nèi)存外存磁存儲器光存儲器磁盤磁帶軟磁盤硬磁盤其他磁盤存儲器CDDVDDVD-R .VCDCD-R .半導(dǎo)體存儲器Flash電子盤外部存儲器概述第 3 頁計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.1 硬盤系統(tǒng)硬盤系統(tǒng)7.1.1 硬盤的發(fā)展1973年，IBM又發(fā)明了Winchester(溫氏)硬盤。80年代硬盤隨微機的普及而廣泛使用。體積： 5.25英寸/全高 3.5英寸/半高(用于臺式PC) 2.5

2、英寸(用于筆記本PC)容量： 1040MB(8086/286) 100500MB(386/486) 150GB(目前)傳輸速率： 100KB/s 50MB/s平均尋道時間： 80ms 5ms轉(zhuǎn)速： 3600轉(zhuǎn)/s 10000轉(zhuǎn)/s第 4 頁計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.1 硬盤系統(tǒng)硬盤系統(tǒng)7.1.2 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)。第 5 頁計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.1 硬盤系統(tǒng)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

3、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。單個扇區(qū)外圈磁道中圈磁道內(nèi)圈磁道第 6 頁計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.1 硬盤系統(tǒng)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。具體內(nèi)容見書上表7-1。7.1.3 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(D

4、OS中使用LFORMAT等軟件) 一般硬盤在出廠之前都做過低級格式化。 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(guān)。第 7 頁計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.1 硬盤系統(tǒng)硬盤系統(tǒng)2. 分區(qū)(DOS中使用FDISK) 將硬盤分成多個分區(qū)，每個分區(qū)可支持不同的操作系統(tǒng)，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。 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(yīng)

5、一個邏輯磁盤(卷)。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位二進制第 8 頁計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.1 硬盤系統(tǒng)硬盤系統(tǒng)(軟盤為12位)。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

6、DOS和Windows3.x不支持FAT32。NTFS：WindowsNT文件系統(tǒng)，用于WindowsNT/2000，是基于安全性的文件系統(tǒng)。 第 9 頁計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)3. 高級格式化(DOS中使用FORMAT) 將全部扇區(qū)分成引導(dǎo)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(dǎo)區(qū)：磁盤參數(shù)和引導(dǎo)程序等。引導(dǎo)區(qū)文件分配表文件根目錄數(shù)據(jù)區(qū)文件分配表(FAT)：數(shù)據(jù)區(qū)的每一個簇對應(yīng)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。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。7.1 硬盤系統(tǒng)硬盤系統(tǒng)文

7、件名文件長度日期時間起始簇號第二簇號文件起始簇第三簇號文件第二簇第四簇號文件第三簇FFFF文件最后簇目錄區(qū)文件分配表數(shù)據(jù)區(qū)第 11 頁計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.2 軟磁盤系統(tǒng)軟磁盤系統(tǒng) 和硬盤系統(tǒng)相比，軟盤的容量和讀寫速度都低的多，但盤片可更換。7.2.1 軟盤系統(tǒng)構(gòu)成軟盤系統(tǒng)由軟盤控制器、軟盤驅(qū)動器、軟盤盤體和接口電纜組成。完成總線與軟驅(qū)接口的電路由讀寫磁頭及磁頭移動機構(gòu)、主軸電機、編解碼電路和接口電路等組成第 12 頁計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.2 軟磁盤系統(tǒng)軟磁盤系統(tǒng) 7.2.2 軟盤接口軟盤控制器到軟盤驅(qū)動器的接口為34線專用接口(一般在主板上標有FLOPPY)。通過扁平電纜連接?？赏瑫r安裝兩個

8、軟盤驅(qū)動器，盤符分別為A和B。主機板FLOPPY5.25英寸A驅(qū)5.25英寸B驅(qū)3.5英寸A驅(qū)3.5英寸B驅(qū)第 13 頁計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.2 軟磁盤系統(tǒng)軟磁盤系統(tǒng)7.2.3 軟盤 PC機軟盤最早為8英寸，IBM-PC機中使用的為5.25英寸和3.5英寸，目前5.25英寸已基本淘汰。 5.25英寸軟盤有360KB和1.2MB兩種格式，3.5英寸軟盤有720KB、1.44MB和2.88MB三種，2.88MB軟盤沒有推廣使用。面數(shù)5.25英寸360KB5.25英寸1.2MB3.5英寸720KB3.5英寸1.44MB22223.5英寸2.88MB2軟盤類型每面磁道數(shù)4080808080每磁道扇區(qū)數(shù)

9、91591836每扇區(qū)字節(jié)數(shù)512512512512512磁道密度(mm)0.30.1550.1150.1150.115磁盤容量 = 面數(shù) X 每面磁道數(shù) X 每磁道扇區(qū)數(shù) X 每扇區(qū)字節(jié)數(shù)第 14 頁計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.3 大容量可更換磁盤大容量可更換磁盤7.3.1 簡介 大容量可更換介質(zhì)磁盤系統(tǒng)是軟磁盤的更新?lián)Q代產(chǎn)品，其容量、傳輸速度、盤片轉(zhuǎn)速、尋道時間等指標介于硬盤和軟盤系統(tǒng)之間，多數(shù)指標接近硬盤系統(tǒng)。 主要應(yīng)用于大量數(shù)據(jù)的移動復(fù)制?？筛鼡Q介質(zhì)存儲器系統(tǒng)磁介質(zhì)光介質(zhì)磁帶大容量可更換磁盤各種光盤軟磁盤第 15 頁計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.3 大容量可更換磁盤大容量可更換磁盤關(guān)鍵技術(shù)：一般大容

10、量可更換磁盤系統(tǒng)使用了激光定位等更精確的磁頭定位技術(shù)，使磁頭的定位精度接近硬盤，從而大大提高磁道密度。接口：大容量可更換磁盤系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有內(nèi)置和外置兩種，其接口有IDE(內(nèi)置)、SCSI(外置)、USB(外置)、并行口(外置)和PCMCIA(用于筆記本電腦，外置)幾種。兼容性：部分可更換系統(tǒng)的驅(qū)動器兼容3.5寸軟盤，它們可已讀寫3.5寸720KB和1.44MB軟盤。前景：目前大容量可更換磁盤的使用并不普及，主要原因是英特網(wǎng)和光盤的迅速發(fā)展。7.3.2 常用的磁光盤驅(qū)動器公司ZIPIomega類型容 量(MB)100250平均傳輸速率(KB/s)平均尋道時間(ms)盤片轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)800 140

11、0292491LS-120(SuperDisk)3M(Imation)120484(IDE)290(并口)70720Bernolli貝努利Iomega35/65/ 105/150183600JazIomega1G2G540073501054005394SparQSyQuest1G1250125400235SyQuest2351250(并口)2400(IDE)13.5特點3.5英寸，有內(nèi)置(IDE)和外置(SCSI/并口)3.5英寸兼容1.44M軟盤可作為A盤啟動系統(tǒng)大容量，性能接近硬盤，外置(SCSI)有內(nèi)置(IDE)和外置(并口)內(nèi)置(IDE)和外置(SCSI)各種可更換磁盤系統(tǒng)簡表第 17

12、 頁計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.4 光盤存儲系統(tǒng)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：位成本遠低于磁性儲存?？煽啃裕嚎勾牛瑹o磨損。速率：高于軟盤，低于硬盤?？蓪懶裕河兄蛔x和可擦寫型。數(shù)據(jù)區(qū)螺旋型數(shù)據(jù)軌道中心孔空白區(qū)7.5mm17.5mm60mm第 18 頁計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.4 光盤存儲系統(tǒng)光盤存儲系統(tǒng)7.4.1 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

13、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。CDCD-ROMVCDCD-IPhotoCDCD-RCD-RWDVDDVD-ROMDVD-RDVD-RW第 19 頁計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.4 光盤存儲系統(tǒng)光盤存儲系統(tǒng)1. CD類光盤按應(yīng)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。PhotoCD：Kodak公司制定的，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

14、交互的CD技術(shù)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。第 20 頁計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.4 光盤存儲系統(tǒng)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)繞立體聲，還包含有4通道的字幕。單面單層DVD盤(4.7GB)可存儲1

15、35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。7.4.2 CD-ROM數(shù)據(jù)格式 經(jīng)過對CD-DA的數(shù)據(jù)格式的改進，增強糾錯功能形成了CD-ROM的數(shù)據(jù)格式，經(jīng)過標準化后形成High Sierra格式，用于一般的只讀CD盤(模式1)。第 21 頁計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.4 光盤存儲系統(tǒng)光盤存儲系統(tǒng) 為了使光盤具備多重會話能力，產(chǎn)生CD-ROM XA擴展標準(模式2)。包括兩種格式。同步(12字節(jié))頭部(8字節(jié))用戶數(shù)據(jù)(2048字節(jié))糾錯/檢錯碼(284字節(jié))同步(12字節(jié))頭部(8字節(jié))用戶數(shù)據(jù)(2048字節(jié))糾錯碼(280字節(jié))模式2，格式1子頭部(8字節(jié))檢錯碼(4字節(jié))模式1同步(12字節(jié))頭部(8字節(jié))用戶數(shù)據(jù)(2324字節(jié))模式2，格式2子頭部(8字節(jié))檢錯碼(4字節(jié))第 22 頁計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.4 光盤存儲系統(tǒng)光盤存儲系統(tǒng)7.4.3 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/多光束激光二極管移動