外部存储器课件

外部存储器

硬盘软盘系统大容量可更换磁盘光盘储存系统

Flash电子盘计算机存储器系统外存的特点：容量大、单位容量成本低、非易失性、寻址和访问速度慢、存储体可更换等。计算机存储系统reg、cache、内存外存磁存储器光存储器磁盘磁带软磁盘硬磁盘其他磁盘存储器CDDVDDVD-R….VCDCD-R….半导体存储器Flash电子盘外部存储器概述计算机硬件技术基础磁盘系统

——磁性材料的记忆原理磁性存储原理：

磁盘存储信息是利用具有矩形磁滞回线的磁性材料，这种磁性材料在外加磁场的作用下，其磁感应强度B与外加磁场H的关系，可用矩形磁滞回线来描述。H，磁场B，磁感应强度I，电流t，时间写“1”写“0”计算机硬件技术基础7.1硬盘系统7.1.1硬盘的发展

1956年，IBM发明世界上第一台硬盘(IBM350)，1973年，又发明了Winchester(温氏)硬盘(IMB3340)。80年代硬盘随微机的普及而广泛使用。体积：

5.25英寸/全高→3.5英寸/半高(用于台式PC)2.5/1.8英寸(用于笔记本PC) 0.85/1英寸微型(用于数码产品)3.5英寸硬盘1.8英寸硬盘0.85英寸硬盘计算机硬件技术基础容量：10~40MB(8086/286)→1~500GB(目前)接口类型：目前一般为ATA和新型的SATA，可靠性较高的SCSI，微型硬盘采用CF接口。突发传输速率，和接口类型有关：如ATA-100为100MB/s，SATA为150MB/s，平均寻道时间：计算机在发出一个寻址命令，到相应目标数据被找到所需时间，目前使用的硬盘为5ms左右。转速：3600转/s→10000转/s

目前使用的硬盘多为5400、7200转/s缓冲存储器容量：512KB~8MB。最大内部数据传输速率：磁头至硬盘缓存间的最大数据传输率，取决于硬盘的盘片转速和盘片数据线密度，一般低于突发传输速率。7.1硬盘系统

——技术指标计算机硬件技术基础7.1硬盘系统

——硬盘结构7.1.2硬盘的结构1.内部结构硬盘内部包括浮动磁头组件、磁头驱动机构、盘体及主轴驱动机构、前置读写控制电路和接口电路等。封装在硬盘的净化腔体内。1英寸CF接口微型硬盘计算机硬件技术基础7.1硬盘系统

——关于磁道、扇区和柱面2.磁道、扇区和柱面盘体：盘体由多个同轴盘片组成，每个盘片都是双面存储，第一个盘片的第一面为0磁面，下一个为1磁面；第二个盘片的第一面为2磁面，以此类推。磁道(Track)：磁面上均匀分布的同心圆存储轨迹。最外层为0磁道。扇区(Sector)：磁道上等弧度划分的扇段。一般一个扇区的存储容量为512字节。柱面(Cylinder)：各个盘面上同一编号磁道的组合。单个扇区外圈磁道中圈磁道内圈磁道计算机硬件技术基础0扇区1扇区2扇区3扇区0磁道0柱面1磁道2磁道1柱面7.1硬盘系统硬盘上的一个物理记录块要用三个参数来定位：柱面号、扇区号、磁头号。标准记录格式硬盘容量=柱面数×磁头数×扇区数×512字节计算机硬件技术基础数据扇区标志扇区间隙位密度：磁道单位长度上所存储二进的个数（bPI）。道密度：半径方向单位长度上的磁道个数（TPI）。面密度=位密度*道密度目前硬盘盘片的单片容量最大为167GB。7.1硬盘系统计算机硬件技术基础7.1硬盘系统3.记录格式

每一扇区除存放512字节的用户数据外，还存放着用于同步、数据定位、数据校验等作用的辅助数据，这些数据一般只作用于硬盘内部。具体内容见书上表7-1。7.1.3硬盘的使用

硬盘在使用之前必须经过低级格式化、分区和高级格式化三个步骤。1.低级格式化(DOS中使用LFORMAT等软件)

一般硬盘在出厂之前都做过低级格式化。

低级格式化的作用：创建磁道和扇区，写入每个扇区的头、尾信息。低级格式化和操作系统无关。计算机硬件技术基础7.1硬盘系统

——硬盘的记录格式标准记录： 分区记录：位密度外低内高; 位密度相等;浪费存储能力； 充分利用存储能力；数据传输速率相等。 数据传输速率外高内低。早期使用的标准记录 目前常使用的分区域记录

Zoned-bitrecording(ZBR)计算机硬件技术基础7.1硬盘系统

——硬盘的分区2.分区(DOS中使用FDISK)硬盘分区——将硬盘分成多个逻辑区域(逻辑盘)，每个分区可支持不同的操作系统。DOS分区可分为一个主分区和一个扩展分区，扩展分区又可分成多个逻辑分区，每个分区对应一个逻辑磁盘。簇——硬盘的最小分配单位是“簇”(一般包括多个扇区)，并将全部簇编号。每个簇包含的扇区数因逻辑盘容量而异。PC机常用的三种文件系统：FAT(FileAllocationTable)：16位文件分配表(又称为FAT16，软盘为12位)，PC机DOS、Windows系统均支持。

FAT16文件系统中簇的编号为16位二进制，簇的最大容量为32KB，逻辑盘最大容量=64KX32K=2048M=2G。

计算机硬件技术基础7.1硬盘系统FAT32：32位文件分配表，用于Windows9x/2000的文件系统，用32位二进制对簇进行编号。和FAT16相比，FAT32文件系统的簇所包含的扇区数少，如2GB的一个逻辑盘，FAT16的簇容量为32KB，而FAT32的簇容量为4KB。FAT32的磁盘利用效率比FAT16高(一个文件平均浪费半个簇——FAT16平均浪费16KB、而FAT32平均浪费2KB)。

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

WindowsNT使用NTFS4.0，Windows2000/XP使用NTFS5.0。计算机硬件技术基础7.1硬盘系统NTFS5.0的主要特点：最大分区2TB，Win2000下使用FAT32最大分区为32GB。使用事物处理日志和恢复技术来保证分区的一致性，发生系统失败事件时，NTFS使用日志文件和检查点信息自动恢复文件系统的一致性。支持对分区、文件夹和文件的压缩。

可以为共享资源、文件夹以及文件设置访问许可权限：一是允许哪些组或用户对文件夹、文件和共享资源进行访问；二是获得访问许可的组或用户可以进行什么级别的访问。兼容性差，在安装多个操作系统时，DOS、Windows9x不能识别NTFS分区。

计算机硬件技术基础3.高级格式化(DOS中使用FORMAT)

将全部扇区分成引导区、文件分配表(FAT)、文件根目录表和数据区四个区域。引导区：磁盘参数和引导程序等。引导区文件分配表文件根目录数据区文件分配表(FAT)：数据区的每一个簇对应文件分配表中的两个字节，表示该簇被某文件占用并指明该文件下一簇。文件根目录：一个文件的目录称为一个目录项，FAT16中占32个字节。存放文件名、修改日期时间、文件长度及起始簇。7.1硬盘系统计算机硬件技术基础7.1硬盘系统

——FAT16数据结构图示文件名2文件长度日期时间起始簇号第二簇号文件起始簇第三簇号文件第二簇第四簇号文件第三簇FFFF文件最后簇目录区文件分配表数据区文件名1文件长度日期时间起始簇号计算机硬件技术基础7.1硬盘系统——硬盘接口接口：40针的IDE接口，而50针的是SCSI接口。跳线：设置是作为主盘(Master)还是副盘(Slave)电源插座：+5V，+12V3.5英寸IDE接口硬盘计算机硬件技术基础7.2软磁盘系统

和硬盘系统相比，软盘的容量和读写速度都低的多，但盘片可更换。7.2.1软盘系统构成软盘系统由软盘控制器、软盘驱动器、软盘盘体和接口电缆组成。完成总线与软驱接口的电路由读写磁头及磁头移动机构、主轴电机、编解码电路和接口电路等组成计算机硬件技术基础软盘驱动器的工作过程：马达带动软盘的盘片转动（每分钟300转），磁头定位器的步进马达负责把磁头（磁头小车）作径向移动到正确的磁道，由磁头完成读写操作。7.2软磁盘系统计算机硬件技术基础7.2软磁盘系统7.2.2软盘接口软盘控制器到软盘驱动器的接口为34线专用接口(一般在主板上标有FLOPPY)。通过扁平电缆连接。可同时安装两个软盘驱动器，盘符分别为A和B。主机板FLOPPY5.25英寸A驱5.25英寸B驱3.5英寸A驱3.5英寸B驱计算机硬件技术基础7.2软磁盘系统7.2.3软盘

PC机软盘最早为8英寸，IBM-PC机中使用的为5.25英寸和3.5英寸，目前5.25英寸已基本淘汰。

5.25英寸软盘有360KB和1.2MB两种格式，3.5英寸软盘有720KB、1.44MB和2.88MB三种，2.88MB软盘没有推广使用。面数5.25英寸360KB5.25英寸1.2MB3.5英寸720KB3.5英寸1.44MB22223.5英寸2.88MB2软盘类型每面磁道数4080808080每磁道扇区数91591836每扇区字节数512512512512512磁道密度(mm)0.30.1550.1150.1150.115磁盘容量=[面数]X[每面磁道数]X[每磁道扇区数]X[每扇区字节数]计算机硬件技术基础7.3大容量可更换磁盘7.3.1简介大容量可更换介质磁盘系统是软磁盘的更新换代产品，其容量、传输速度、盘片转速、寻道时间等指标介于硬盘和软盘系统之间，多数指标接近硬盘系统。主要应用于大量数据的移动复制。可更换介质存储器系统磁介质光介质磁带大容量可更换磁盘各种光盘软磁盘计算机硬件技术基础7.3大容量可更换磁盘关键技术：一般大容量可更换磁盘系统使用了激光定位等更精确的磁头定位技术，使磁头的定位精度接近硬盘，从而大大提高磁道密度。接口：大容量可更换磁盘系统的结构有内置和外置两种，其接口有IDE(内置)、SCSI(外置)、USB(外置)、并行口(外置)和PCMCIA(用于笔记本电脑，外置)几种。兼容性：部分可更换系统的驱动器兼容3.5寸软盘，它们可已读写3.5寸720KB和1.44MB软盘。前景：目前大容量可更换磁盘的使用并不普及，主要原因是英特网和光盘的迅速发展。7.3.2常用的磁光盘驱动器计算机硬件技术基础公司ZIPIomega类型容量(MB)100250平均传输速率(KB/s)平均寻道时间(ms)盘片转速(转/分)800~1400292491LS-120(SuperDisk)3M(Imation)120484(IDE)290(并口)70720Bernolli贝努利Iomega35/65/105/150183600JazIomega1G2G540073501054005394SparQSyQuest1G1250125400235SyQuest2351250(并口)2400(IDE)13.5特点3.5英寸，有内置(IDE)和外置(SCSI/并口)3.5英寸兼容1.44M软盘可作为A盘启动系统大容量，性能接近硬盘，外置(SCSI)有内置(IDE)和外置(并口)内置(IDE)和外置(SCSI)各种可更换磁盘系统简表7.4光盘存储系统

最早的光盘存储系统是CD(CompactDisc:数字激光唱片)和LD(LaserDisc:激光视盘，模拟方式)。将CD进行纠错方面的改进后用于计算机数据存储。光盘储存系统的特点容量大：CD:650MBDVD:17GB。成本低：位成本远低于磁性储存。可靠性好：抗磁，无磨损。速率：高于软盘，低于硬盘。可写性差：有只读和可擦写型。数据区螺旋型数据轨道中心孔空白区7.5mm17.5mm60mm计算机硬件技术基础7.4光盘存储系统7.4.1光盘的种类1.按存储容量标准可分为：CD：存储容量约650MB。DVD：可双面存储信息，而且每面可存储两层信息。 单面单层4.7GB 单面双层8.5GB

双面单层9.4GB 双面双层17GB2.按光盘介质特性和写入特性可分为：只读：包括CD-ROM，DVD-ROM。一次可写：包括CD-R，DVD-R/DVD+R。可擦写：包括CD-RW，DVD-RW/DVD+RW。

-R/-RW和+R/+RW是两种不同的写入标准，一般写入设备和盘片不兼容。-R:Recordable-RW:ReWritable计算机硬件技术基础7.4光盘存储系统3.CD类光盘按应用和介质分类CD-DA(DigitalAudio)：激光唱盘。CD-ROM(ReadOnlyMemory)：只读光盘，作为电子出版物载体。PhotoCD：Kodak公司制定的，用压缩方式存储数字照片的CD格式标准。CD-I(Interactive)：一种支持交互的CD技术规范。VCD(VideoCD)：CD的视频存储标准，使用MPEG-1视频压缩标准(MPEG=MotionPictureExpertsGroup)。

MPEG-1标准：视频分辨率约为240X352；伴音为双声道立体声；播放时间约74分钟。计算机硬件技术基础7.4光盘存储系统4.DVD类光盘DVD(DigitalVideoDisk)：用MPEG-2压缩方式存储数字化视频和音频高密度光盘标准。MPEG-2标准：视频分辨率最低为720X480(NTSC)720X576(PAL)；

伴音为5.1声道环绕立体声；包含有4通道的字幕；单面单层DVD盘(4.7GB)可存储135分钟节目。7.4.2CD-ROM数据格式

经过对CD-DA的数据格式的改进，增强纠错功能形成了CD-ROM的数据格式，经过标准化后形成HighSierra格式，用于一般的只读CD盘(模式1)。计算机硬件技术基础7.4光盘存储系统

为了使光盘具备多重会话能力，产生CD-ROMXA扩展标准(模式2)。包括两种格式。同步(12字节)头部(8字节)用户数据(2048字节)纠错/检错码(284字节)模式2，格式1同步(12字节)头部(8字节)用户数据(2048字节)纠错码(280字节)子头部(8字节)检错码(4字节)模式1模式2，格式2同步(12字节)头部(8字节)用户数据(2324字节)子头部(8字节)检错码(4字节)计算机硬件技术基础7.4光盘存储系统

——光盘驱动器构成和原理7.4.3光盘驱动器光驱的构成和原理光盘驱动器内部由：旋转及其伺服控制机构；激光发送、接收及其平行移动反光和聚焦系统；信号编译码、驱动检测电路；接口控制和缓冲存储器电路。2.读数据的过程控制旋转和平移机构使光束对准数据光道，在旋转的过程中从激光检测器拾取信号，经译码获得数据。激光二极管移动反光镜平行移动机构激光检测器光盘及旋转机构接口控制电路接口缓冲存储器信号检测译码电路伺服控制驱动电路计算机硬件技术基础

光驱类型按使用介质分类有CD和DVD两大类，DVD光驱可以兼容CD光驱。按光盘写入能力分类有只读和读写两大类。但实际的产品可能有比较灵活的功能组合。常见的光驱产品：7.4光盘存储系统

——光盘驱动器的类型CD-ROM驱动器CD-RW驱动器读所有CD类光盘读所有CD类光盘，写CD-R、CD-RWDVD-ROM驱动器读所有CD类、DVD类光盘DVD-RW驱动器读所有CD类、DVD类光盘，写DVD-R、DVD-RWCombo驱动器读所有CD类、DVD类光盘，写CD-R、CD-RW计算机硬件技术基础7.4光盘存储系统

——光盘驱动器的读写方式

光驱的读写方式光驱的主轴电机的转速控制方式决定了读写方式CAV(ConstantAngluarVelocity)恒定角速度方式是早期使用的读盘方式，多用于8倍速以前的光驱。特点是读取盘片内圈和外圈主轴电机转速线性变化，数据流量恒定。CLV(ConstantLinearVelocity)恒定线速度方式特点是主轴电机恒定转速，读取速度线性变化。PCAV(PartialCAV)局部恒定角速度方式