外部存儲器課件

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)

Flash電子盤計算機存儲器系統(tǒng)外存的特點：容量大、單位容量成本低、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)reg、cache、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計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)磁盤系統(tǒng)

——磁性材料的記憶原理磁性存儲原理：

磁盤存儲信息是利用具有矩形磁滯回線的磁性材料，這種磁性材料在外加磁場的作用下，其磁感應(yīng)強度B與外加磁場H的關(guān)系，可用矩形磁滯回線來描述。H，磁場B，磁感應(yīng)強度I，電流t，時間寫“1”寫“0”計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.1硬盤系統(tǒng)7.1.1硬盤的發(fā)展

1956年，IBM發(fā)明世界上第一臺硬盤(IBM350)，1973年，又發(fā)明了Winchester(溫氏)硬盤(IMB3340)。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)2.5/1.8英寸(用于筆記本PC) 0.85/1英寸微型(用于數(shù)碼產(chǎn)品)3.5英寸硬盤1.8英寸硬盤0.85英寸硬盤計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)容量：10~40MB(8086/286)→1~500GB(目前)接口類型：目前一般為ATA和新型的SATA，可靠性較高的SCSI，微型硬盤采用CF接口。突發(fā)傳輸速率，和接口類型有關(guān)：如ATA-100為100MB/s，SATA為150MB/s，平均尋道時間：計算機在發(fā)出一個尋址命令，到相應(yīng)目標(biāo)數(shù)據(jù)被找到所需時間，目前使用的硬盤為5ms左右。轉(zhuǎn)速：3600轉(zhuǎn)/s→10000轉(zhuǎn)/s

目前使用的硬盤多為5400、7200轉(zhuǎn)/s緩沖存儲器容量：512KB~8MB。最大內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸速率：磁頭至硬盤緩存間的最大數(shù)據(jù)傳輸率，取決于硬盤的盤片轉(zhuǎn)速和盤片數(shù)據(jù)線密度，一般低于突發(fā)傳輸速率。7.1硬盤系統(tǒng)

——技術(shù)指標(biāo)計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.1硬盤系統(tǒng)

——硬盤結(jié)構(gòu)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)。1英寸CF接口微型硬盤計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.1硬盤系統(tǒng)

——關(guān)于磁道、扇區(qū)和柱面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。單個扇區(qū)外圈磁道中圈磁道內(nèi)圈磁道計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)0扇區(qū)1扇區(qū)2扇區(qū)3扇區(qū)0磁道0柱面1磁道2磁道1柱面7.1硬盤系統(tǒng)硬盤上的一個物理記錄塊要用三個參數(shù)來定位：柱面號、扇區(qū)號、磁頭號。標(biāo)準(zhǔn)記錄格式硬盤容量=柱面數(shù)×磁頭數(shù)×扇區(qū)數(shù)×512字節(jié)計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)扇區(qū)標(biāo)志扇區(qū)間隙位密度：磁道單位長度上所存儲二進(jìn)的個數(shù)（bPI）。道密度：半徑方向單位長度上的磁道個數(shù)（TPI）。面密度=位密度*道密度目前硬盤盤片的單片容量最大為167GB。7.1硬盤系統(tǒng)計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.1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(DOS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)。計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.1硬盤系統(tǒng)

——硬盤的記錄格式標(biāo)準(zhǔn)記錄： 分區(qū)記錄：位密度外低內(nèi)高; 位密度相等;浪費存儲能力； 充分利用存儲能力；數(shù)據(jù)傳輸速率相等。 數(shù)據(jù)傳輸速率外高內(nèi)低。早期使用的標(biāo)準(zhǔn)記錄 目前常使用的分區(qū)域記錄

Zoned-bitrecording(ZBR)計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.1硬盤系統(tǒng)

——硬盤的分區(qū)2.分區(qū)(DOS中使用FDISK)硬盤分區(qū)——將硬盤分成多個邏輯區(qū)域(邏輯盤)，每個分區(qū)可支持不同的操作系統(tǒng)。DOS分區(qū)可分為一個主分區(qū)和一個擴(kuò)展分區(qū)，擴(kuò)展分區(qū)又可分成多個邏輯分區(qū)，每個分區(qū)對應(yīng)一個邏輯磁盤。簇——硬盤的最小分配單位是“簇”(一般包括多個扇區(qū))，并將全部簇編號。每個簇包含的扇區(qū)數(shù)因邏輯盤容量而異。PC機常用的三種文件系統(tǒng)：FAT(FileAllocationTable)：16位文件分配表(又稱為FAT16，軟盤為12位)，PC機DOS、Windows系統(tǒng)均支持。

FAT16文件系統(tǒng)中簇的編號為16位二進(jìn)制，簇的最大容量為32KB，邏輯盤最大容量=64KX32K=2048M=2G。

計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.1硬盤系統(tǒng)FAT32：32位文件分配表，用于Windows9x/2000的文件系統(tǒng)，用32位二進(jìn)制對簇進(jìn)行編號。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(一個文件平均浪費半個簇——FAT16平均浪費16KB、而FAT32平均浪費2KB)。

DOS、Windows3.x和Windows95第一版不支持FAT32。NTFS：WindowsNT文件系統(tǒng)，是基于安全性的文件系統(tǒng)。目前用于Windows2000/XP系統(tǒng)，DOS和Windows9x不支持。

WindowsNT使用NTFS4.0，Windows2000/XP使用NTFS5.0。計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.1硬盤系統(tǒng)NTFS5.0的主要特點：最大分區(qū)2TB，Win2000下使用FAT32最大分區(qū)為32GB。使用事物處理日志和恢復(fù)技術(shù)來保證分區(qū)的一致性，發(fā)生系統(tǒng)失敗事件時，NTFS使用日志文件和檢查點信息自動恢復(fù)文件系統(tǒng)的一致性。支持對分區(qū)、文件夾和文件的壓縮。

可以為共享資源、文件夾以及文件設(shè)置訪問許可權(quán)限：一是允許哪些組或用戶對文件夾、文件和共享資源進(jìn)行訪問；二是獲得訪問許可的組或用戶可以進(jìn)行什么級別的訪問。兼容性差，在安裝多個操作系統(tǒng)時，DOS、Windows9x不能識別NTFS分區(qū)。

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)計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.1硬盤系統(tǒng)

——FAT16數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖示文件名2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)文件名1文件長度日期時間起始簇號計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.1硬盤系統(tǒng)——硬盤接口接口：40針的IDE接口，而50針的是SCSI接口。跳線：設(shè)置是作為主盤(Master)還是副盤(Slave)電源插座：+5V，+12V3.5英寸IDE接口硬盤計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.2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計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)軟盤驅(qū)動器的工作過程：馬達(dá)帶動軟盤的盤片轉(zhuǎn)動（每分鐘300轉(zhuǎn)），磁頭定位器的步進(jìn)馬達(dá)負(fù)責(zé)把磁頭（磁頭小車）作徑向移動到正確的磁道，由磁頭完成讀寫操作。7.2軟磁盤系統(tǒng)計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.2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(biāo)有FLOPPY)。通過扁平電纜連接?？赏瑫r安裝兩個軟盤驅(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)計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.2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)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)]計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.3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(biāo)介于硬盤和軟盤系統(tǒng)之間，多數(shù)指標(biāo)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。可更換介質(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計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.3大容量可更換磁盤關(guān)鍵技術(shù)：一般大容量可更換磁盤系統(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)動器計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)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)800~1400292491LS-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7.4光盤存儲系統(tǒng)

最早的光盤存儲系統(tǒng)是CD(CompactDisc:數(shù)字激光唱片)和LD(LaserDisc:激光視盤，模擬方式)。將CD進(jìn)行糾錯方面的改進(jìn)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:650MBDVD:17GB。成本低：位成本遠(yuǎn)低于磁性儲存?？煽啃院茫嚎勾牛瑹o磨損。速率：高于軟盤，低于硬盤?？蓪懶圆睿河兄蛔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計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.4光盤存儲系統(tǒng)7.4.1光盤的種類1.按存儲容量標(biāo)準(zhǔn)可分為：CD：存儲容量約650MB。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 單面雙層8.5GB

雙面單層9.4GB 雙面雙層17GB2.按光盤介質(zhì)特性和寫入特性可分為：只讀：包括CD-ROM，DVD-ROM。一次可寫：包括CD-R，DVD-R/DVD+R?？刹翆懀喊–D-RW，DVD-RW/DVD+RW。

-R/-RW和+R/+RW是兩種不同的寫入標(biāo)準(zhǔn)，一般寫入設(shè)備和盤片不兼容。-R:Recordable-RW:ReWritable計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.4光盤存儲系統(tǒng)3.CD類光盤按應(yīng)用和介質(zhì)分類CD-DA(DigitalAudio)：激光唱盤。CD-ROM(ReadOnlyMemory)：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(biāo)準(zhǔn)。CD-I(Interactive)：一種支持交互的CD技術(shù)規(guī)范。VCD(VideoCD)：CD的視頻存儲標(biāo)準(zhǔn)，使用MPEG-1視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)(MPEG=MotionPictureExpertsGroup)。

MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)：視頻分辨率約為240X352；伴音為雙聲道立體聲；播放時間約74分鐘。計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.4光盤存儲系統(tǒng)4.DVD類光盤DVD(DigitalVideoDisk)：用MPEG-2壓縮方式存儲數(shù)字化視頻和音頻高密度光盤標(biāo)準(zhǔn)。MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)：視頻分辨率最低為720X480(NTSC)720X576(PAL)；

伴音為5.1聲道環(huán)繞立體聲；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。7.4.2CD-ROM數(shù)據(jù)格式

經(jīng)過對CD-DA的數(shù)據(jù)格式的改進(jìn)，增強糾錯功能形成了CD-ROM的數(shù)據(jù)格式，經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化后形成HighSierra格式，用于一般的只讀CD盤(模式1)。計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.4光盤存儲系統(tǒng)

為了使光盤具備多重會話能力，產(chǎn)生CD-ROMXA擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)(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))模式2，格式1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))子頭部(8字節(jié))檢錯碼(4字節(jié))模式1模式2，格式2同步(12字節(jié))頭部(8字節(jié))用戶數(shù)據(jù)(2324字節(jié))子頭部(8字節(jié))檢錯碼(4字節(jié))計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.4光盤存儲系統(tǒng)

——光盤驅(qū)動器構(gòu)成和原理7.4.3光盤驅(qū)動器光驅(qū)的構(gòu)成和原理光盤驅(qū)動器內(nèi)部由：旋轉(zhuǎn)及其伺服控制機構(gòu)；激光發(fā)送、接收及其平行移動反光和聚焦系統(tǒng)；信號編譯碼、驅(qū)動檢測電路；接口控制和緩沖存儲器電路。2.讀數(shù)據(jù)的過程控制旋轉(zhuǎn)和平移機構(gòu)使光束對準(zhǔn)數(shù)據(jù)光道，在旋轉(zhuǎn)的過程中從激光檢測器拾取信號，經(jīng)譯碼獲得數(shù)據(jù)。激光二極管移動反光鏡平行移動機構(gòu)激光檢測器光盤及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)接口控制電路接口緩沖存儲器信號檢測譯碼電路伺服控制驅(qū)動電路計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)

光驅(qū)類型按使用介質(zhì)分類有CD和DVD兩大類，DVD光驅(qū)可以兼容CD光驅(qū)。按光盤寫入能力分類有只讀和讀寫兩大類。但實際的產(chǎn)品可能有比較靈活的功能組合。常見的光驅(qū)產(chǎn)品：7.4光盤存儲系統(tǒng)

——光盤驅(qū)動器的類型CD-ROM驅(qū)動器CD-RW驅(qū)動器讀所有CD類光盤讀所有CD類光盤，寫CD-R、CD-RWDVD-ROM驅(qū)動器讀所有CD類、DVD類光盤DVD-RW驅(qū)動器讀所有CD類、DVD類光盤，寫DVD-R、DVD-RWCombo驅(qū)動器讀所有CD類、DVD類光盤，寫CD-R、CD-RW計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)7.4光盤存儲系統(tǒng)

——光盤驅(qū)動器的讀寫方式

光驅(qū)的讀寫方式光驅(qū)的主軸電機的轉(zhuǎn)速控制方式?jīng)Q定了讀寫方式CAV(ConstantAngluarVelocity)恒定角速度方式是早期使用的讀盤方式，多用于8倍速以前的光驅(qū)。特點是讀取盤片內(nèi)圈和外圈主軸電機轉(zhuǎn)速線性變化，數(shù)據(jù)流量恒定。CLV(ConstantLinearVelocity)恒定線速度方式特點是主軸電機恒定轉(zhuǎn)速，讀取速度線性變化。PCAV(PartialCAV)局部恒定角速度方式