《大學計算機基礎(chǔ)》課件第2章2.6 輔助存儲器

2.6輔助存儲器2.6.1硬盤存儲器2.6.2U盤、存儲卡和固態(tài)硬盤2.6.3光盤存儲器PC機的輔助存儲器硬盤存儲器軟盤驅(qū)動器光盤驅(qū)動器2.6.1硬盤存儲器硬盤存儲器概述功用：長期保存二進制信息（非易失性存儲器）特點：可讀可寫，按塊存取容量很大（當前臺式PC：500GB~2000GB）可靠性高成本極低（當前：1~2GB/元）技術(shù)發(fā)展很快，容量將更大，成本會更低磁盤存儲器的信息存儲原理(1)磁頭，用于寫入和讀出信息“0”“1”盤片旋轉(zhuǎn)方向磁盤片磁性材料粒子的兩種不同磁化方向，分別表示記錄的是“0”還是“1”磁盤存儲器的信息記錄原理(2)寫“1”寫“0”電流方向磁頭盤片旋轉(zhuǎn)方向磁性材料粒子磁盤表面磁道扇區(qū)磁盤的磁道和扇區(qū)磁盤表面被分為許多同心圓，每個同心圓稱為一個磁道。每個磁道都有一個編號，最外面的是0磁道每個磁道被劃分為若干段（段又叫扇區(qū)），每個扇區(qū)的存儲容量均為512字節(jié)。每個扇區(qū)都有一個編號注：所謂磁盤的格式化操作，就是在盤面上劃分磁道和扇區(qū)，并在扇區(qū)中填寫扇區(qū)號等信息的過程硬盤存儲器的結(jié)構(gòu)控制電路硬盤片接口柱面所有盤片上相同半徑處的所有磁道構(gòu)成一個“柱面”磁頭磁頭浮在高速旋轉(zhuǎn)的盤片上，它負責盤片上數(shù)據(jù)的寫入或讀出移動臂用來固定磁頭并可帶動磁頭沿盤片徑向高速移動，以便定位到指定的“柱面”主軸帶動盤片高速旋轉(zhuǎn)選講：信息的平均存取時間磁盤上的信息以扇區(qū)為單位進行讀寫，平均存取時間為：

T=尋道時間+旋轉(zhuǎn)等待時間+數(shù)據(jù)傳輸時間尋道時間——磁頭尋找到指定磁道所需時間(大約5ms)旋轉(zhuǎn)等待時間——指定扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下方所需要的時間(大約4～6ms)(轉(zhuǎn)速：4200/5400/7200/10000rpm)數(shù)據(jù)傳輸時間——(大約0.01ms/扇區(qū))磁頭磁道旋轉(zhuǎn)軸碟片硬盤存儲器的性能指標（1）容量：以GB為單位，目前硬盤單碟容量約為幾百個GB（2）平均存取時間：在幾ms～幾十ms之間，由硬盤的旋轉(zhuǎn)速度、磁頭尋道時間和數(shù)據(jù)傳輸速率所決定（3）緩存容量：原則上越大越好，通常為幾MB～幾十MB（4）數(shù)據(jù)傳輸速率外部傳輸速率指主機從（向）硬盤緩存讀出（寫入）數(shù)據(jù)的速度，與采用的接口類型有關(guān)內(nèi)部傳輸速率指硬盤在盤片上讀寫數(shù)據(jù)的速度，轉(zhuǎn)速越高內(nèi)部傳輸速率越快

（5）與主機的接口：以前使用：并行ATA（ATA）接口當前流行：串行ATA（SATA）接口選講：

關(guān)于硬盤的SATA接口(1)前幾年P(guān)C大多使用并行ATA接口UltraATA100或UltraATA133接口，傳輸速率最高分別為100MB/s和133MB/s近幾年開始大量采用SATA接口(150、300、600MB/s)串行傳輸方式，工作頻率高(1.5GHz-3GHz)低電平差分信號，內(nèi)嵌時鐘信號傳輸線長度增加，插頭插座體積縮小選講：

關(guān)于硬盤的SATA接口(2)并行ATA接口的連接電纜SATA接口的連接電纜SATA接口電路功能SATA接口采用差分信號串行傳輸使用硬盤應(yīng)注意什么?正在對硬盤讀寫時不能關(guān)掉電源保持使用環(huán)境的清潔衛(wèi)生，注意防塵；控制環(huán)境溫度，防止高溫、潮濕和磁場的影響防止硬盤受震動，工作時不要移動機器及時對硬盤內(nèi)容進行整理，包括目錄的整理、文件的清理、磁盤碎片整理等防止計算機病毒對硬盤的破壞，對硬盤定期進行病毒檢測移動硬盤工作原理與固定硬盤相同存儲容量較大（160GB、320GB、1TB、2TB）采用USB或IEE1394接口，即插即用，支持熱插拔(必須先停止工作)小巧而便于攜帶速度快，安全可靠移動硬盤2.6.2U盤、存儲卡

和固態(tài)硬盤閃速存儲器（flashmemory）閃速存儲器是半導體集成電路存儲器，非易失性存儲器優(yōu)點：閃存沒有機械運動部件，工作時無噪音，尺寸小、輕便，抗震性更好，能耐受高壓高溫不足之處：寫入過程較復(fù)雜，寫入速度慢于讀出速度，寫入次數(shù)有限制；性價比低于傳統(tǒng)硬盤分類：NOR型閃存，可以按字節(jié)地址讀出，用來存儲需要運行而不要經(jīng)常更新的程序代碼，可作內(nèi)存使用

NAND型閃存，比NOR型閃存的存儲密度高、每個比特的成本也低，它具有較快的抹寫速度，可抹除次數(shù)也高出NOR閃存十倍。但NAND閃存不能按字節(jié)隨機讀寫，只能像硬盤那樣以數(shù)據(jù)塊為單位存取信息優(yōu)盤采用NANDFlash存儲器（閃存）芯片，體積小，重量輕容量按需要而定（幾個GB～幾百GB），具有寫保護功能數(shù)據(jù)保存安全可靠，使用壽命長使用USB接口，即插即用，支持熱插拔(必須先停止工作)讀寫速度比較快可以模擬光驅(qū)和硬盤啟動操作系統(tǒng)U盤的結(jié)構(gòu)及其控制芯片USB插頭控制芯片晶體振蕩器測試點閃存芯片LED燈寫保護開關(guān)糾錯電路存儲控制閃存芯片接口USB2.0控制電路電壓調(diào)節(jié)器LED指示燈寫保護開關(guān)I/O控制閃存芯片USB插頭

U盤的結(jié)構(gòu)U盤的控制芯片

U盤實際上是一個8位的嵌入式計算機！

存儲卡原理與U盤相同，也使用閃存芯片（flashmemory）做成長方形或正方形的卡片狀，使用印刷插頭，不使用USB插頭使用讀卡器才能對存儲卡進行讀寫存儲卡的主要種類：CF卡MMC卡SD/SDHC卡（包括MiniSD卡、MicroSD卡）MemoryStick卡(MS卡)用途：數(shù)碼相機、游戲機、手機、MP3播放器外置“多合一讀卡器”MMC卡內(nèi)部結(jié)構(gòu)控制電路NAND閃存芯片關(guān)于SD卡按尺寸大小分：SD卡MiniSD卡MicriSD卡（TF卡）按容量大小分：SD（8MB~2GB）SDHC（大于2GB~32GB）SDXC（大于32GB~2TB）按存取速度分（從快到慢）：UHS-I、UHS-IIClass10Class6Class4····固態(tài)硬盤（SSD）固態(tài)硬盤(SolidStateDisk、SolidStateDrive)是使用NAND型閃存做成的外存儲器用途：在便攜式計算機中代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬盤外形及與主機的接口和常規(guī)硬盤相同，如1.8英寸、2.5英寸或3.5英寸存儲容量：64GB～128GB或更大優(yōu)點：低功耗、無噪音、抗震動、低熱量，讀寫速度也快于傳統(tǒng)硬盤存在問題：成本：高于常規(guī)的硬盤壽命：Flash存儲器都有一定的寫入壽命、壽命到期后數(shù)據(jù)會讀不出來且難以修復(fù)平板電腦/智能手機的輔助存儲器多數(shù)平板電腦的輔助存儲器既不是硬盤也不是SSD：iPad是將NAND型Flash芯片直接焊接在主板上作為外存儲器，容量可以是16,32,64,或128GB；微軟公司的平板電腦Surface使用的是microSDXC存儲卡多數(shù)智能手機的外存儲器是microSD存儲卡，其接口控制有兩種：eMMCUFS閃存接口：eMMC與UFS的比較2.6.3光盤存儲器光盤存儲器的發(fā)展分代年代名稱激光類型存儲容量第1代1982CD光盤存儲器紅外光650MB第2代1995DVD光盤存儲器紅光4.7GB第3代2006BD光盤存儲器藍光25GB（注：DVD和BD的容量均為單面單層的容量）選講：

光盤的信息記錄原理光盤上的螺旋形光道凹坑的邊緣用來表示“1”，而凹坑內(nèi)外的平坦部分表示“0”選講：

光盤驅(qū)動器的工作原理

驅(qū)動器由光頭、光頭驅(qū)動機構(gòu)、盤片驅(qū)動機構(gòu)、控制電路等組成激光器發(fā)出的激光經(jīng)過透鏡聚焦后到達光盤，從光盤上反射回來的激光束沿原來的光路返回，到達激光束分離器后反射到光電檢測器，由光電檢測器把光信號變成電信號，再經(jīng)過電子線路處理后還原成原來的二進制數(shù)據(jù)光頭為什么DVD容量比CD大得多？1)更小的凹點長度(~2.08x),2)數(shù)據(jù)軌道間隔更緊密(~2.16x),3)采用較短波長的635nm或650nm的紅色激光,使激光斑點直徑縮小,提高信息的鑒別能力.4)數(shù)據(jù)區(qū)域稍大一點(~1.02x),5)更有效的信道比特調(diào)制(~1.06x),6)更有效的糾錯碼(~1.32x),7)較少的段開銷(~1.06x).光盤驅(qū)動器的類型按信息讀寫能力分只讀光驅(qū)可寫光驅(qū)（光盤刻錄機）按可處理盤片類型進一步分成：CD只讀光驅(qū)CD刻錄機DVD只讀光驅(qū)DVD刻錄機DVD只讀/CD刻錄機組合而成的“康寶”BD（Blue-rayDisc）只讀光驅(qū)BD刻錄機（使用405nm藍色激光）25

GB/50

GB（使用650nm紅色激光）4.7

/8.5

/9.4/17GB（使用780nm紅外激光）0.7

GB光盤片的類型按存儲容量與讀寫特性分：CD盤片DVD盤片藍光盤片只讀盤片（CD-ROM）一次性可寫盤片（CD-R）可擦寫盤片（CD-RW）只讀盤片（DVD）一次性可寫盤片（DVD-R,DVD+R）可擦寫盤片（DVD-RW,DVD+RW

DVD-RAM

）只讀盤片（BD）一次性可寫盤片（BD-R）可擦寫盤片（BD-RE）藍光盤資料:DVD刻錄機和DVD光盤的容量DVD刻錄盤目前有2大類、5種規(guī)格：一次性可寫：DVD-R、DVD+R可擦寫：DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RWSuperMulti

DVD刻錄機能夠兼容上述大部或全部盤片DVD盤片的容量：DVD光盤類型120mmDVD存儲容量(GB)80mmDVD存儲容量(GB)單面單層(SS/SL)

單面雙層(SS/DL)

雙面單層(DS/SL)

雙面雙層(DS/DL)

4.7(DVD-5)8.5(DVD-9)9.4(DVD-10)17(DVD-18)

1.46(DVD-1)2.66(DVD-2)2.92(DVD-3)5.32(DVD-4)資料:光盤驅(qū)動器與盤片的兼容性PressedCDCD-RCD-RWPressedDVDDVD-RDVD+RDVD-RWDVD+RWDVD+RDLPressedBDBD-RBD-RECD-ROMdriveReadReadReadNoneNoneNoneNoneNoneNoneNoneNoneNoneCD-RWrecorderReadWriteWriteNoneNoneNoneNoneNoneNoneNoneNoneNoneDVD-ROMdriveReadReadReadReadReadReadReadReadReadNoneNoneNoneDVD-RWrecorderReadWriteWriteReadWriteReadWriteReadReadNoneNoneNoneDVD+RWrecorderReadWriteWriteReadReadWriteReadWriteReadNoneNoneNoneDVD±RWrecorderReadWriteWriteReadWriteWriteWriteWriteRea