第八章 辅助存储器

第八章辅助存储器第1页，共47页，2023年，2月20日，星期三硬盘1、硬盘的结构与硬盘的工作原理2、硬盘的主要技术指标3、硬盘发展的最新动态硬盘按其接口类型，主要有IDE、RATA、SCSI等种类。IDE接口有40/80针，最初是为AT结构的电脑设计的，又称为ATA接口。标准IDE接口只支持两个设备，每个硬盘的最大硬盘空间也只能到528M字节；现在普遍使用增强型IDE(EIDE)标准，它最多可支持4个设备，支持大容量的硬盘。SCSI接口有许多先进的特性，比如传输速率更高、可管理的设备更多等等。第2页，共47页，2023年，2月20日，星期三存储设备——磁盘存储器对磁盘的直观认识第3页，共47页，2023年，2月20日，星期三硬盘的磁道、扇区、柱面柱面扇区磁道硬盘片是由涂有磁性材料的铝合金构成读写硬盘时，磁性圆盘高速旋转产生的托力使磁头悬浮在盘面上而不接触盘面硬盘容量视具体类型而定硬盘片读写磁头第4页，共47页，2023年，2月20日，星期三硬盘内部的主要组成部分有：记录数据的刚性磁片；马达；磁头及定位系统；电子线路、磁道(Tracks)、扇区(Sectors)、柱面(Cylinders)和磁头(Heads)组成的。。拿一个盘片来讲，它和软盘类似，上面被分成若干个同心圆磁道，每个磁道被分成若干个扇区，每扇区通常是512字节。硬盘的磁道数一般介于300-3000之间，每磁道的扇区数通常是63，而早期的硬盘只有17个。第5页，共47页，2023年，2月20日，星期三磁片被固定在马达的转轴上，由马达带动它们一起转动。每个磁片的上下两面各有一个磁头，它们与磁片并不接触。如果磁头碰到了高速旋转的磁片，会破坏表面的涂层和存在那里的数据，磁头也会损坏，所以在硬盘通电的情况下，千万不要移动主机。第6页，共47页，2023年，2月20日，星期三存储设备——磁盘存储器磁盘由一组绕轴旋转的盘片组成，盘片的数量为1~20片。第7页，共47页，2023年，2月20日，星期三存储设备——磁盘存储器磁盘系统的转速一般在每分钟3600转到12000转之间，即3600rpm~12000rpm。第8页，共47页，2023年，2月20日，星期三存储设备——磁盘存储器磁道（每一个盘片有500~2500条磁道）。扇区，所有磁道具有相同数目的扇区。第9页，共47页，2023年，2月20日，星期三和软盘不同的是，硬盘由很多个磁片叠在一起，柱面指的就是多个磁片上具有相同编号的磁道，它的数目和磁道是相同的。硬盘的容量如下计算：硬盘容量＝柱面数×扇区数×每扇区字节数×磁头数标准IDE接口最多支持1024个柱面，63个扇区，16个磁头，这个最大容量为1024×63×16×512＝528,482,304字节，即528M。第10页，共47页，2023年，2月20日，星期三存储设备——磁盘存储器硬磁盘存储器的分类：固定磁头固定盘片的磁盘存储器固定磁头可换盘片的磁盘存储器可移动磁盘固定盘片的磁盘存储器可移动磁头可换盘片的磁盘存储器温彻斯特磁盘存储器温彻斯特磁盘简称温盘，是一种采用先进技术研制的可移动磁头固定盘片的磁盘机。它是一种密封组合式的硬磁盘，即磁头、盘片、电机等驱动部件乃至读写电路等组装成一个不可随意拆卸的整体。工作时，高速旋转在盘面上形成的气垫将磁头平稳浮起。优点是防尘性能好，可靠性高，对使用环境要求不高。第11页，共47页，2023年，2月20日，星期三硬盘的主要技术指标：容量硬盘高速缓存外部数据传输率内部数据传输率平均寻道时间转速第12页，共47页，2023年，2月20日，星期三存储设备——磁盘存储器存储密度存储容量寻址时间数据传输率误码率价格存储密度：单位长度或单位面积的磁层表面所能存储的二进制信息量。可用道密度和位密度来表示。磁道的单位长度所能记录二进制信息的位数为位密度或线密度。第13页，共47页，2023年，2月20日，星期三存储设备——磁盘存储器存储容量：磁盘的存储容量是指所能存储的二进制信息总量。一般用字节表示。磁盘存储器含有格式化和非格式化容量两个指标。格式化容量按某种特定的记录格式所能存储信息的总量。非格式化量指磁记录表面全部可利用的磁化单元总数。一般格式化容量相当于非格式化容量的70%。第14页，共47页，2023年，2月20日，星期三存储设备——磁盘存储器寻址时间：包括两部分：一是找道时间；二是等待时间。找道时间：磁头寻找目标磁道所需要的时间。等待时间：磁头从目的道等待需要访问的扇区恰好旋转到它的正下方所经历的时间。第15页，共47页，2023年，2月20日，星期三存储设备——磁盘存储器磁盘访问时间=？第16页，共47页，2023年，2月20日，星期三存储设备——磁盘存储器磁盘访问时间=寻道时间+？第17页，共47页，2023年，2月20日，星期三存储设备——磁盘存储器所需扇区转到磁头之下所需要的时间称为旋转时间。平均延迟是磁盘转半圈的时间，所以对大部分磁盘的平均旋转时间TAR为：第18页，共47页，2023年，2月20日，星期三存储设备——磁盘存储器磁盘访问时间=寻道时间+旋转时间+？第19页，共47页，2023年，2月20日，星期三存储设备——磁盘存储器磁盘访问时间=寻道时间+旋转时间+传输时间+？第20页，共47页，2023年，2月20日，星期三存储设备——磁盘存储器磁盘访问时间=寻道时间+旋转时间+传输时间+控制器时间第21页，共47页，2023年，2月20日，星期三存储设备——磁盘存储器数据传输率：磁盘存储器在单位时间内向主机传送数据的字节数，称为数据传输率。第22页，共47页，2023年，2月20日，星期三例题：磁盘组有6片磁盘，每片有两个记录面，最上最下两个面不用，存储区域内径22cm，外径33cm，道密度为40道/cm，内层位密度400位/cm，转速2400转/分。问：共有多少个柱面？盘组总存储容量是多少？数据传输率是多少？如果某文件长度超过一个磁道的容量，应将它记录在同一个存储面上，还是记录在同一个柱面上？第23页，共47页，2023年，2月20日，星期三存储设备——磁盘存储器解：有效存储区域=16.5-11=5.5(cm)∵道密度=40道/cm∴40*5.5=220道即220个柱面.内层磁道周长==2*3.14*11=69.08(cm)每道信息量=400位/cm*69.08=27632=3454位每面信息量=3454B*220=759880B盘组总容量=759880*10=7598800B磁盘数据传输率Dr=rN=2400/60*3454=13816B/s第24页，共47页，2023年，2月20日，星期三存储设备——磁盘存储器冗余磁盘阵列：如果一种元件只有一点进步，那么，并行使用多个元件会获得意外的性能。这种思想导致开发了独立操作和并行处理的磁盘阵列。随着多盘的使用，出现了各种多盘组织数据和增加数据冗余来提高其可靠性能的方法。工业上通过了一个称为RAID的标准方案。第25页，共47页，2023年，2月20日，星期三盘阵列（RAID）盘阵列(RAID，即RedundantArrayofInexpensiveDisks)，即廉价磁盘冗余阵列，简称盘阵列技术。第26页，共47页，2023年，2月20日，星期三盘阵列（RAID）盘阵列容量大、速度快、可靠性高、造价低廉。它是目前解决计算机I/O瓶颈的有效方法之一，有着广阔的发展前景。第27页，共47页，2023年，2月20日，星期三盘阵列（RAID）第28页，共47页，2023年，2月20日，星期三磁带存贮器磁带存贮器由磁带机和磁带组成，简称磁带机。磁带有多种，按磁带宽度分，有1/4英寸、1/2英寸、1英寸和3英寸几种。按磁带种类分，有开盘式磁带和盒式磁带两种。按记录密度分，有800BPI、1600BPI、6250BPI等几种。按磁带表面并行记录信息的道数来分，有7道、9道、16道等几种。在现代计算机中，普遍采用1/2英寸开盘式磁带和1/4英寸盒式磁带着两种标准磁带。磁带机也有多种类型。按磁带规模来分，有标准半英寸磁带机，海量宽带存贮器和盒式磁带机三种。按磁带机的走带速度分，有高速磁带机，中速磁带机和低速磁带机。

第29页，共47页，2023年，2月20日，星期三磁带机的主要技术指标有：

1.带速:磁带相对于磁头的运动速度，单位是英寸/秒。

2.记录密度:指单位长度的磁带上记录的字节数，单位是字节/英寸，记为BPI。

3.记录间隙:指相邻两记录块间的间隔距离，单位是英寸或毫米。

4.反绕时间:只一定长度的满盘磁带的反绕时间，以秒为单位。

5.带宽及磁道数:只磁带横向宽度和该宽度上的磁道数。

6.记录方式:指不归零-1制（NRZ1）、调相制（PE）、成组编码记录方式（GCR编码）。

7.读/写访问时间:指从控制器发出命令到读出（或写入）一个字节数所需的时间，单位为毫秒。

8.数据传输率:每秒传递的字节数，单位是KB/s或MB/s，（千字节/秒或兆字节/秒）。第30页，共47页，2023年，2月20日，星期三光驱CD-RAM1、光驱的工作原理2、光驱的分类3、光驱的常用技术参数4、DVD驱动器第31页，共47页，2023年，2月20日，星期三光驱的工作原理的工作原理光盘驱动器(光驱)是一个结合光学、机械及电子技术的产品。在光学和电子结合方面，激光光源来自于一个激光二极管，它可以产生波长约0.54-0.68微米的光束，经过处理后光束更集中且能精确控制，光束首先打在光盘上，再由光盘反射回来，经过光检测器捕获信号。光盘上有两种状态，即凹点和空白，它们的反射信号相反，很容易经过光检测器识别。检测器所得到的信息只是光盘上凹凸点的排列方式，驱动器中有专门的部件把它转换并进行校验，然后我们才能得到实际数据。光盘在光驱中高速的转动，激光头在司服电机的控制下前后移动读取数据。第32页，共47页，2023年，2月20日，星期三光盘

CD-ROM是只能读出而不能写入的光盘，由于声音、视频和图形文件的使用，CD-ROM的应用极为广泛。它的制作成本低、信息存储量大、保存时间长。CD-ROM只有一面有数据，在它的表面有一层保护膜，但它还是很容易被划伤，所以一定要注意。CD－ROM的印刷面不含数据，数据刻录在光滑的一面。在CD－ROM上，数据的读取靠激光来实现，表面的灰尘和划痕都会影响到读盘质量。CD-ROM的容量不是固定的，一般它有一个最大容量。CD-ROM有两种尺寸，即12厘米和8厘米，最常见的是12厘米的一种。同样是12厘米的光盘，CD-R74可存储650M字节的数据或74分钟的音乐，CD-R63可存储550M字节的数据或63分钟的音乐。一张CD-R74有333,000个扇区，每个扇区有2048个字节，则它可录制333,000×2,048=681,984,000字节，即650M。第33页，共47页，2023年，2月20日，星期三光盘的制作

CD-ROM的制作象用模子压制塑料制品一样。从原始主光盘上压制出来的光盘是主光盘的一个镜像，它的凹凸正好与主光盘的相反，为了做出与主光盘一样的光盘，必须把拷贝做两次，这样凹凸的位置就相同了。主光盘的第一个拷贝叫母盘，母盘一般是一个金属盘，以母盘为模，在上面注上聚碳酸酯塑料，然后压制成型，此时塑料盘片的表面就和原来的主光盘一样了，然后在塑料盘片表面涂上一层一微米厚的纯铝，然后在铝层外面涂上一层薄薄的聚碳酸酯以防止氧化和污染，这样，光盘就被制好了。光盘上的数据存储和硬盘是不同的，它没有簇的概念，而是按轨道的方式存储的。硬盘轨道是一组同心圆，而光盘轨道则是一条从中心开始的渐开线，如果把这条线展开的话，它是一根完整的线，这条线就被称做轨。第34页，共47页，2023年，2月20日，星期三光驱的常用技术参数1、平均数据传输率2、数据缓冲区3、平均查找时间第35页，共47页，2023年，2月20日，星期三光驱的数据传输速度

平常说的32速、24速等就是指光驱的读取速度。

CD-RAM是从CD唱盘机基础上发展的。因此，早期的CD-RAM的数据传输率只有150KB/s，国际电子工业联合会就把150K字节/秒的传输率定为标准。后来驱动器的传输速率越来越快，就出现了倍速、四倍速直至现在的50倍速、或者更高。32倍速驱动器理论上的传输率应该是：150×32=4,800K字节/秒，当然在实际的情况是达不到这么高的。第36页，共47页，2023年，2月20日，星期三除了传输率外，平均查找时间是衡量光驱的另一指标，是指从检测光头定位到开始读盘这个过程所需要的时间。倍速光驱的平均查找时间约为400毫秒，快的光驱平均查找时间约为80毫秒甚至更少。从光盘上读出的数据先存在缓冲区或高速缓存里，然后再以很高的速度传输到计算机上。多媒体计算机要求光驱至少有64K的高速缓存。第37页，共47页，2023年，2月20日，星期三

DVD驱动器DVD是“数字多功能光盘”(DigitalVersatileDisc)的简称，或"数字激光视盘"(DigitalVideoDisc)，它具有高密度、高画质、高音质等特点。满足人们对大存储容量、高性能存储媒体的需求，主要用于存储多媒体软件和影视节目。第38页，共47页，2023年，2月20日，星期三DVD光盘：

DVD大小和普通的CD-ROM完全一样，为了增大光盘容量，在DVD盘的生产采用了一种新的技术：即采用波长为635mm～650mm的红激光刻盘，使轨道的间距减少，大大增加光盘的存储容量。DVD定义了四种格式：单面单层，单面双层，双面单层，双面双层四种规格。容量分别是：4.7G、8.5G、9.4G和17G字节。普通的CD-ROM容量仅为650M。DVD和CD-ROM、VCD一样，既可以存储数据，也可以存储电影数据。第39页，共47页，2023年，2月20日，星期三DVD-5的架构是采用单层单面，所以标准的资料记录量为4.7GB。目前市场中以这种规格的DVD光盘居多，因为这个规格的生产成熟度最高。（见下图）

DVD-l0的架构是采用双层单面，也就是DVD片的正反面都可以存储资料，一般标准的资料记录量为9.4GB，为DVD-5的两倍。（见上图）第40页，共47页，2023年，2月20日，星期三盘片的容量：

由于DVD光盘有单面单/双层与单/双面的规格，所以依照规格的不同，会有不同的容量，因此根据容量的不同可将DVD分成四种规格，分别是DVD-5、DVD-9、DVD-10与DVD-l8。

目前市面上比较常见的是DVD-5和DVD-9碟片，DVD-10和DVD-18则要过一段时间才会大量上市。因为后者(双层DVD)涉及到碟片换面的工作，而且容量也太大，毕竟目前还很少有这么大的容量需求。

碟片规格表：

盘片类型直径面数/层数容量播放时间

cd-rom12厘米单面650mb最多74分钟音频

dvd-512厘米单面单层4.7gb超过2小时视频

dvd-912厘米单面双层8.5gb大约4小时视频

dvd-1012厘米双面单层9.4gb大约4.5小时视频

dvd-1812厘米双面双层17gb超过8小时视频第41页，共47页，2023年，2月20日，星期三DVD驱动器：

DVD驱动器是用来读取DVD盘上数据的设备，从外形上看和和CD-ROM驱动器一样。

DVD驱动器的读盘速度也比原来CD-ROM驱动器提高了近4倍以上。目前DVD驱动器采用的是波长为635mm～650mm的红激光。DVD的技术核心是MPEG2标准，此图像格式共有11种组合，DVD采用的是其中“主要等级”的图像格式，使其图像质量达到广播级水平。DVD驱动器也完全兼容现在流行的VCD，CD-ROM，CD-R。但是普通的光驱却不能读DVD光盘。因为DVD光盘采用了MPEG2标准进行录制的，所以播放DVD光盘上的视频数据使用支持MPEG2解码技术的解码器。

第42页，共47页，2023年，2月20日，星期三输入设备键盘 1、键盘的工作原理2、键盘的分类键盘:大家对键盘都不陌生，我们只简单作一些介绍。键盘是最常用也是最主要的输入设备，通过键盘，可以将英文字母、数字、标点符号等输入到计算机中，从而向计算机发出命令、输入数据等第43页，共47页，2023年，2月20日，星期三键盘---字符数字输入设备