硬件6外存储设备

1、第六章 外存储设备1、熟悉软盘、硬盘和光盘等外存储器的基本特点和主要技术指标。 2、了解外存储设备的基本工作原理。 本本 章章 要要 点点6.1 外存储器概述外存储器概述外存外存主存的后备和扩充，容量大，可靠性高，单位主存的后备和扩充，容量大，可靠性高，单位存储容量价格低，在掉电情况下能长期保存信息。存储容量价格低，在掉电情况下能长期保存信息。磁表面存储器磁表面存储器光存储器光存储器磁芯磁芯磁盘磁盘磁带磁带外外 存存一、种类一、种类磁存储记录的方式是以电信号产生相对应磁存储记录的方式是以电信号产生相对应的磁场，表面磁介质在磁场的作用下产生有规律的磁化翻的磁场，表面磁介质在磁场的作用下产生有规律

2、的磁化翻转来实现的。而读出时则相反。转来实现的。而读出时则相反。大容量、高可靠性和使用方便。用激光数字存大容量、高可靠性和使用方便。用激光数字存取方式，记录是通过改变光学媒介取方式，记录是通过改变光学媒介( (光盘光盘) )上存储单元的光学上存储单元的光学性质来实现的；数据的读取是由光电检测仪检出高反差状态性质来实现的；数据的读取是由光电检测仪检出高反差状态的变化，还原成二进制数来实现的。的变化，还原成二进制数来实现的。二、外存储设备的发展：二、外存储设备的发展：光盘存储器：光盘存储器：光盘驱动器速度越来越快，光盘驱动器速度越来越快，40405050倍速。读盘倍速。读盘纠错能力、降噪、抗震纠错

3、能力、降噪、抗震能力能力加强。加强。硬盘存储器：向容量大、体积小、速度快、性能可靠、价格硬盘存储器：向容量大、体积小、速度快、性能可靠、价格便宜方向发展。便宜方向发展。目前目前40GB40GB80GB80GB硬盘是基本配置，硬盘是基本配置，80GB80GB以上以上的越来越多。的越来越多。软盘：软盘：3.5英寸，英寸，因价格低廉、使用方便等优点而广泛应用。因价格低廉、使用方便等优点而广泛应用。新一代存储设备不断涌现，如新一代存储设备不断涌现，如USBUSB移动硬盘、移动硬盘、IEEE 1394IEEE 1394移动硬盘等，支持即插即用。向高速、大容量、高安全移动硬盘等，支持即插即用。向高速、大容

4、量、高安全性性方向不断方向不断发展。发展。6.2 软盘存储器软盘存储器一、基本组成一、基本组成由软盘盘片和软盘驱动器两部分组成。盘片是存由软盘盘片和软盘驱动器两部分组成。盘片是存储介质，软盘驱动器是读写装置，盘片可以单独储介质，软盘驱动器是读写装置，盘片可以单独保存，携带使用方便。保存，携带使用方便。1 1、软盘盘片、软盘盘片信息的存储介质信息的存储介质有有5.255.25英寸和英寸和3.53.5英寸两种（英寸两种（3 3寸盘和寸盘和5 5寸盘），依靠磁性寸盘），依靠磁性记录数据。磁盘有磁头读写孔和写保护口。记录数据。磁盘有磁头读写孔和写保护口。 3.53.5英寸软盘片的外部尺寸英寸软盘片的外

5、部尺寸2、 软盘驱动器软盘驱动器(Floppy Disk Driver(Floppy Disk Driver，简称，简称FDD)FDD)w 对软盘盘片进行读写操作的设备。对软盘盘片进行读写操作的设备。w 组成：磁头及读写电路；盘片驱动机构；磁头定位机构；组成：磁头及读写电路；盘片驱动机构；磁头定位机构；控制逻辑电路。控制逻辑电路。软盘上信息的读出和写入都是通过读软盘上信息的读出和写入都是通过读/写磁头实现的。软写磁头实现的。软盘在驱动电机的带动下以一定转速旋转，使磁头与磁盘在驱动电机的带动下以一定转速旋转，使磁头与磁盘表面之间产生相对运动，以连续存取信息。磁头在盘表面之间产生相对运动，以连续存

6、取信息。磁头在步进电机驱动下在软盘的径向移动，以寻址不同的磁步进电机驱动下在软盘的径向移动，以寻址不同的磁道。读写逻辑电路用来直接完成信息的读出或写入。道。读写逻辑电路用来直接完成信息的读出或写入。二、主要技术指标二、主要技术指标1、面数：面数：两面分别称为第两面分别称为第0面和面和第第1面。面。3.53.5英寸高密软盘的磁英寸高密软盘的磁道数为道数为8080，磁道号从，磁道号从0 07979。2、磁道数：磁道数：磁道是以盘片中心为磁道是以盘片中心为圆心构成的一系列同心圆。磁圆心构成的一系列同心圆。磁道号从外向内排，最外侧为道号从外向内排，最外侧为0磁磁道。道。1扇区扇区2扇区扇区0道道n道道

7、3、扇区数：扇区数：将每一个磁道等分成若干区段，每个区段称为将每一个磁道等分成若干区段，每个区段称为一个扇区。每扇区一个扇区。每扇区512字节信息。扇区号从字节信息。扇区号从1开始编号。开始编号。5、存储容量：存储容量：一般指软盘格式化后的容量。一般指软盘格式化后的容量。n存储容量存储容量=磁盘面数磁盘面数每面磁道数每面磁道数 每道扇区数每道扇区数每扇区字节数每扇区字节数n3英寸软盘容量为：英寸软盘容量为：280185121474560B1.44MBn5英寸软盘容量为：英寸软盘容量为：280155121228800B1.2MB6、寻址时间寻址时间T：磁头从启动位置到达读写位置所经历的全部时磁头

8、从启动位置到达读写位置所经历的全部时间间。n平均寻道时间平均寻道时间Ts：磁头找到目的磁道所需时间。：磁头找到目的磁道所需时间。n等待时间：磁头找到目标磁道后，等待盘片转到所需扇区等待时间：磁头找到目标磁道后，等待盘片转到所需扇区的时间。磁盘旋转半周所用的时间的时间。磁盘旋转半周所用的时间平均等待时间平均等待时间Tw。n寻址时间寻址时间=寻道时间寻道时间+平均等待时间平均等待时间l即即T=Ts+Tw， Tw=1/2 1/转速转速4、存储密度存储密度n道密度道密度(TPI)：磁盘半径方向单位长度包含的磁道数。：磁盘半径方向单位长度包含的磁道数。n位密度位密度(BPI)：在每一个磁道内单位长度内所

9、能记录的二：在每一个磁道内单位长度内所能记录的二进制信息数。进制信息数。w 例：软盘驱动器的转速为例：软盘驱动器的转速为600转转/分（分（r/min），用高密度盘），用高密度盘片，每磁道有片，每磁道有18个扇区，每扇区存储个扇区，每扇区存储512B。软驱的平均寻。软驱的平均寻道时间为道时间为94ms，求读取，求读取8KB的数据平均需要多少时间？的数据平均需要多少时间？w 解：平均寻道时间解：平均寻道时间Ts=94msw 平均等待时间平均等待时间Tw =1/2 1/600 60 1000ms=50msw 寻址时间寻址时间T= Ts+Tw=94ms+50ms=144msw 数据传输速率数据传输速

10、率=扇区数扇区数 每扇区字节数每扇区字节数 转速转速w =18 512 600/60 /1024=90KB/sw 磁头找到目标后，读取磁头找到目标后，读取8KB数据所用时间数据所用时间:w t=8KB /速率速率=8/90 1000ms 89msw 所以，所以，读取读取8KB数据的平均时间：数据的平均时间：w Tp=T+ t=144ms+89ms=233ms 7、数据传输速率数据传输速率：磁头在磁盘上找到相应地址后，每秒钟：磁头在磁盘上找到相应地址后，每秒钟读出和写入磁盘的字节数。读出和写入磁盘的字节数。数据传输速率数据传输速率=扇区数扇区数 每扇区字节数每扇区字节数 转速转速6.3 硬盘存储

11、器（硬盘机）硬盘存储器（硬盘机）全封闭结构；磁头采用接触式启停，沿盘片径向移动，工全封闭结构；磁头采用接触式启停，沿盘片径向移动，工作时磁头悬浮在高速旋转的盘片上方。作时磁头悬浮在高速旋转的盘片上方。彻斯特彻斯特(Winchester)(Winchester)技术由技术由IBMIBM公司在公司在19681968年提出，年提出，19731973年首次用于年首次用于IBMIBM33403340型硬盘机。采用该技术的硬盘机称为型硬盘机。采用该技术的硬盘机称为温式硬盘机，简称为温式硬盘机，简称为“温盘温盘”。温盘技术使大容量、高密。温盘技术使大容量、高密度、高可靠性的硬盘成为可能。其结构小巧，对使用环

12、境度、高可靠性的硬盘成为可能。其结构小巧，对使用环境要求不高，成为硬盘发展的主流。要求不高，成为硬盘发展的主流。二、硬盘存储器的基本组成二、硬盘存储器的基本组成由硬盘盘片和硬盘驱动器。由硬盘盘片和硬盘驱动器。功能上包括功能上包括磁盘控制器磁盘控制器、头盘组件头盘组件（磁头组件、磁头驱（磁头组件、磁头驱动机构、驱动机构及盘片、读写放大电路、循环过滤动机构、驱动机构及盘片、读写放大电路、循环过滤器、底座和上盖等）及器、底座和上盖等）及印刷电路印刷电路板板三部分。三部分。三、三、 硬盘的管理结构硬盘的管理结构硬盘分区后，会被划分为面、磁道和扇区等逻辑结构。硬盘分区后，会被划分为面、磁道和扇区等逻辑结

13、构。1、盘面：由一片或几片圆形薄膜叠加而成，每个圆形薄膜有、盘面：由一片或几片圆形薄膜叠加而成，每个圆形薄膜有两个面。两个面。每一个盘面上都有一个对应的读写磁头，用磁每一个盘面上都有一个对应的读写磁头，用磁头号来表示不同的盘面，故头号来表示不同的盘面，故盘面号又叫磁头号。盘面号又叫磁头号。 按盘径分：按盘径分：5.25英寸、英寸、3.5 英寸、英寸、2.5 英寸、英寸、1.8 英寸英寸2、磁道：连续写入的数据排列在一个圆周上，、磁道：连续写入的数据排列在一个圆周上，磁头在不同位磁头在不同位置就有不同半径的轨迹，这些置就有不同半径的轨迹，这些同心圆同心圆轨迹叫作磁道。轨迹叫作磁道。3、柱面：、柱

14、面：每个盘面上同一编号的磁道构成一组叠摞的磁道，每个盘面上同一编号的磁道构成一组叠摞的磁道，叫柱面。叫柱面。4、扇区：把磁道环均分为若干等份，每份为一个扇区。、扇区：把磁道环均分为若干等份，每份为一个扇区。5、容量：格式化容量、容量：格式化容量=磁头数（盘面数）磁头数（盘面数） 柱面数柱面数 每柱面扇区数每柱面扇区数 每扇区字节数每扇区字节数w 例：某硬盘由例：某硬盘由16个磁头，个磁头，1048个柱面，个柱面，63个扇区，每扇区个扇区，每扇区512B，则该硬盘容量：，则该硬盘容量： 16 1048 63 512=540868608B 540MB磁盘磁头磁盘磁头( (盘面盘面) )和圆柱位置及

15、编号和圆柱位置及编号四、主要技术指标四、主要技术指标平均寻道时间：平均寻道时间：指磁头找到目的磁道所需的平均时间，一指磁头找到目的磁道所需的平均时间，一般般5 513ms13ms，目前较好的，目前较好的8ms8ms左右。左右。平均旋转延迟：平均旋转延迟：即等待所需数据所在扇区转到磁头的时间，即等待所需数据所在扇区转到磁头的时间，一般一般1 16ms6ms。以磁盘旋转半周耗时计。以磁盘旋转半周耗时计。5400r5400rminmin磁盘机为磁盘机为5.56ms5.56ms，7200r7200rminmin者为者为4.174.17msms。缓存容量：缓存容量：需要频繁重复读写相同小批量数据的场合，

16、硬盘需要频繁重复读写相同小批量数据的场合，硬盘上采用较大容量的数据缓存上采用较大容量的数据缓存(SDRAM)(SDRAM)可以明显提高读盘速度。可以明显提高读盘速度。新一代硬盘的缓存容量从新一代硬盘的缓存容量从512KB512KB8MB8MB不等。不等。最大内部传输率：最大内部传输率：磁头与硬盘接口之间的最大数据传输速度。磁头与硬盘接口之间的最大数据传输速度。盘片与磁头之间交换数据，一般在盘片与磁头之间交换数据，一般在202040MB40MBs s之间。已成为之间。已成为硬盘的速度瓶颈。硬盘的速度瓶颈。最大外部传输率：最大外部传输率：指在指在DMADMA方式下，硬盘接口与内存之间的最方式下，硬

17、盘接口与内存之间的最大数据传输速度。大数据传输速度。Ultra ATA/133Ultra ATA/133的接口传输速率达的接口传输速率达133133MB/s MB/s 。转转 速：速：目前微机硬盘主流产品的转速已由目前微机硬盘主流产品的转速已由5400r5400rminmin升到升到7200r7200rminmin，以提高内部数据传输速率。，以提高内部数据传输速率。SCSISCSI接口的硬盘机接口的硬盘机转速达转速达1000010000r rminmin。功功 耗：耗：寻道时功耗一般在寻道时功耗一般在10W10W左右，读写时在左右，读写时在8W8W左右。左右。错误率：错误率：读读1000100

18、0位数据的错误率小于位数据的错误率小于1 1次。次。安全性能：安全性能：抗震性能和数据传输纠错、数据保护功能等。如抗震性能和数据传输纠错、数据保护功能等。如昆腾昆腾( (QuantiumQuantium) )火球的火球的SPSSPS，震动保护系统、，震动保护系统、DPSDPS，数据保护，数据保护系统、迈拓系统、迈拓(Maxtor)(Maxtor)钻石的钻石的DualwaveDualwave双控制处理器技术、双控制处理器技术、MaxsafeMaxsafe数据保护功能和增强的数据保护功能和增强的Shock BlockShock Block震动保护功能等。震动保护功能等。五、五、 常用硬盘接口类型常

19、用硬盘接口类型w IDE（Intergrate drive Election)接口：接口：n40条通信线，属于设备级接口。条通信线，属于设备级接口。n将控制器集成到驱动器内部，解决数据丢失，使传输可靠。将控制器集成到驱动器内部，解决数据丢失，使传输可靠。n最多可连接最多可连接2台台IDE设备，内部接口连在主板的设备，内部接口连在主板的ISA总线上。总线上。w EIDE（Enhanced IDE）接口：）接口：n目前微机主板大部分提供此接口，支持大容量硬盘。目前微机主板大部分提供此接口，支持大容量硬盘。n最多可连接最多可连接4台台IDE设备，内部接口可直接连在局部总线设备，内部接口可直接连在局部

20、总线上，数据传输宽度上，数据传输宽度32位。位。w SCSI(Small Computer System Interface)接口接口:n将原来磁盘控制器的功能转移到设备驱动器上，以标准的将原来磁盘控制器的功能转移到设备驱动器上，以标准的电缆（电缆（50条，后扩充位条，后扩充位68条）和协议与多台主机设备进行条）和协议与多台主机设备进行数据交换。可连接多达数据交换。可连接多达32个个SCSI设备，传输速率达到设备，传输速率达到160MB/s。六、六、 硬盘的安装、操作与维护硬盘的安装、操作与维护w 安装：安装：n物理安装：用螺丝安装到硬盘托架，电源线，信号物理安装：用螺丝安装到硬盘托架，电源线

21、，信号线。注意防震，身体放静电，设备跳线。线。注意防震，身体放静电，设备跳线。n软件安装：低、高级格式化，逻辑分区，软件安装。软件安装：低、高级格式化，逻辑分区，软件安装。w 操作：操作：n机器工作时不要搬动硬盘。机器工作时不要搬动硬盘。n防止突然断电防止突然断电n防止病毒破坏硬盘信息。防止病毒破坏硬盘信息。w 维护：维护：n定期运行磁盘扫描程序定期运行磁盘扫描程序n定期运行磁盘碎片整理程序。定期运行磁盘碎片整理程序。n计算机病毒防治计算机病毒防治。6.4 光盘存储器光盘存储器一、一、 概述概述w 1、起源：激光数字音响技术。、起源：激光数字音响技术。w 2、特点：容量大、可靠性高、使用方便、

22、成本、特点：容量大、可靠性高、使用方便、成本低。低。w 3、组成：光盘盘片和光盘驱动器。、组成：光盘盘片和光盘驱动器。 n光盘的基片材料一般采用聚碳酸脂的耐热有机玻璃加光盘的基片材料一般采用聚碳酸脂的耐热有机玻璃加工成盘片，然后涂上一层记录介质，再加一层保护膜。工成盘片，然后涂上一层记录介质，再加一层保护膜。w CD唱片唱片w CD-ROM，以扇区代替帧，以扇区代替帧w VCD MPEG-1压缩标准和压缩标准和CD-1格式编码格式编码w DVD MPEG-2压缩标准、压缩标准、EFM+调制方式、调制方式、双面，双面，DVD-ROMw CD-R， DVD-R （只能写一次，多次读）（只能写一次，

23、多次读）w CD-RW，DVD-RW （可重复擦写数千次）（可重复擦写数千次）w DVD-RAM（可重复擦写十万次以上）。（可重复擦写十万次以上）。4、光盘的类型及发展、光盘的类型及发展二、二、 光盘的存储格式光盘的存储格式w 光道呈平面螺旋状，光道从中心开始旋向外边，只有一条大光道呈平面螺旋状，光道从中心开始旋向外边，只有一条大的螺旋道，共分的螺旋道，共分2733万个扇区。万个扇区。w 坑和点在螺旋光道上交替排列为不同数据。坑和点在螺旋光道上交替排列为不同数据。w 凹坑和盘面交界代表凹坑和盘面交界代表1，凹痕和凸痕代表，凹痕和凸痕代表0，凹痕和凸痕的长，凹痕和凸痕的长度代表度代表0的个数。的

24、个数。w 每个扇区除数据信息外，每个扇区首端还有同步信号和扇区每个扇区除数据信息外，每个扇区首端还有同步信号和扇区地址，在最后位置上还有作校验、纠错信息。地址，在最后位置上还有作校验、纠错信息。w Mode1方式方式存放软件等重要数据存放软件等重要数据n60min:270000 2048 /1024 /1024=527.34MBn74min:330000 2048 /1024 /1024=650.39MBw Mode2方式方式-适合音频、视频、图像等误码率要求不高的适合音频、视频、图像等误码率要求不高的数据数据n60min:270000 2336 /1024 /1024=601.50MBn74min:33