硬件6外存储设备

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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 章 要 点,6.1 外存储器概述,外存主存的后备和扩充，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。,一、种类,磁表面存储器：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转来实现的。而读出时则相反。,光存储设备：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(光盘)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的变化，还原成二进制数来实现的。,二、外存储设备的发展：

2、,光盘存储器：光盘驱动器速度越来越快，4050倍速。读盘纠错能力、降噪、抗震能力加强。,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。目前40GB80GB硬盘是基本配置，80GB以上的越来越多。,软盘：3.5英寸，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USB移动硬盘、IEEE 1394移动硬盘等，支持即插即用。向高速、大容量、高安全性方向不断发展。,6.2 软盘存储器,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。 1、软盘盘片信息的存储介质 有5.25英寸和3.5英寸两种（

3、3寸盘和5寸盘），依靠磁性记录数据。磁盘有磁头读写孔和写保护口。,3.5英寸软盘片的结构示意图,3.5英寸软盘片的外部尺寸,2、 软盘驱动器(Floppy Disk Driver，简称FDD),对软盘盘片进行读写操作的设备。 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。 软盘上信息的读出和写入都是通过读/写磁头实现的。软盘在驱动电机的带动下以一定转速旋转，使磁头与磁盘表面之间产生相对运动，以连续存取信息。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,1、面数：两面分别称为第0面和第1面。3.5英寸高密软

4、盘的磁道数为80，磁道号从079。 2、磁道数：磁道是以盘片中心为圆心构成的一系列同心圆。磁道号从外向内排，最外侧为0磁道。,存放于软盘上的信息可通过所在软盘的面号、磁道号和扇区号而唯一地确定其位置进行读写。,3、扇区数：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512字节信息。扇区号从1开始编号。,5、存储容量：一般指软盘格式化后的容量。 存储容量=磁盘面数每面磁道数 每道扇区数每扇区字节数 3英寸软盘容量为：280185121474560B1.44MB 5英寸软盘容量为：280155121228800B1.2MB 6、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间。

5、平均寻道时间Ts：磁头找到目的磁道所需时间。 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平均等待时间Tw。 寻址时间=寻道时间+平均等待时间 即T=Ts+Tw， Tw=1/2 1/转速,4、存储密度,道密度(TPI)：磁盘半径方向单位长度包含的磁道数。 位密度(BPI)：在每一个磁道内单位长度内所能记录的二进制信息数。 内外圈各磁道的扇区数相同，越是内圈的磁道，位密度越高。,例：软盘驱动器的转速为600转/分（r/min），用高密度盘片，每磁道有18个扇区，每扇区存储512B。软驱的平均寻道时间为94ms，求读取8KB的数据平均需要多少时间？ 解：平均寻道

6、时间Ts=94ms 平均等待时间Tw =1/2 1/600 60 1000ms=50ms 寻址时间T= Ts+Tw=94ms+50ms=144ms 数据传输速率=扇区数每扇区字节数转速 =18 512 600/60 /1024=90KB/s 磁头找到目标后，读取8KB数据所用时间: t=8KB /速率=8/90 1000ms89ms 所以，读取8KB数据的平均时间： Tp=T+ t=144ms+89ms=233ms,7、数据传输速率：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。 数据传输速率=扇区数每扇区字节数转速,6.3 硬盘存储器（硬盘机）,一、温式技术的特点： 全封闭结构；

7、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。 温彻斯特(Winchester)技术由IBM公司在1968年提出，1973年首次用于IBM3340型硬盘机。采用该技术的硬盘机称为温式硬盘机，简称为“温盘”。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，对使用环境要求不高，成为硬盘发展的主流。,二、硬盘存储器的基本组成 由硬盘盘片和硬盘驱动器。 功能上包括磁盘控制器、头盘组件（磁头组件、磁头驱动机构、驱动机构及盘片、读写放大电路、循环过滤器、底座和上盖等）及印刷电路板三部分。,三、 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。,1、盘

8、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。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，故盘面号又叫磁头号。 按盘径分：5.25英寸、3.5 英寸、2.5 英寸、1.8 英寸 2、磁道：连续写入的数据排列在一个圆周上，磁头在不同位置就有不同半径的轨迹，这些同心圆轨迹叫作磁道。 3、柱面：每个盘面上同一编号的磁道构成一组叠摞的磁道，叫柱面。所有的磁头在某一瞬时都位于同一柱面。 4、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=磁头数（盘面数） 柱面数 每柱面扇区数 每扇区字节数 例：某硬盘由16个磁头，1048个柱面，63个扇区，每扇区512

9、B，则该硬盘容量： 16 1048 63 512=540868608B 540MB,磁盘磁头(盘面)和圆柱位置及编号,四、主要技术指标,平均寻道时间：指磁头找到目的磁道所需的平均时间，一般513ms，目前较好的8ms左右。,平均旋转延迟：即等待所需数据所在扇区转到磁头的时间，一般16ms。以磁盘旋转半周耗时计。5400rmin磁盘机为5.56ms，7200rmin者为4.17ms。,缓存容量：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(SDRAM)可以明显提高读盘速度。新一代硬盘的缓存容量从512KB8MB不等。,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。盘

10、片与磁头之间交换数据，一般在2040MBs之间。已成为硬盘的速度瓶颈。,最大外部传输率：指在DMA方式下，硬盘接口与内存之间的最大数据传输速度。Ultra ATA/133的接口传输速率达133MB/s 。,转 速：目前微机硬盘主流产品的转速已由5400rmin升到7200rmin，以提高内部数据传输速率。SCSI接口的硬盘机转速达10000rmin。,功 耗：寻道时功耗一般在10W左右，读写时在8W左右。,错误率：读1000位数据的错误率小于1次。,安全性能：抗震性能和数据传输纠错、数据保护功能等。如昆腾(Quantium)火球的SPS，震动保护系统、DPS，数据保护系统、迈拓(Maxtor)

11、钻石的Dualwave双控制处理器技术、Maxsafe数据保护功能和增强的Shock Block震动保护功能等。,五、 常用硬盘接口类型,IDE（Intergrate drive Election)接口： 40条通信线，属于设备级接口。 将控制器集成到驱动器内部，解决数据丢失，使传输可靠。 最多可连接2台IDE设备，内部接口连在主板的ISA总线上。 EIDE（Enhanced IDE）接口： 目前微机主板大部分提供此接口，支持大容量硬盘。 最多可连接4台IDE设备，内部接口可直接连在局部总线上，数据传输宽度32位。 SCSI(Small Computer System Interface)接口

12、: 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（50条，后扩充位68条）和协议与多台主机设备进行数据交换。可连接多达32个SCSI设备，传输速率达到160MB/s。,六、 硬盘的安装、操作与维护,安装： 物理安装：用螺丝安装到硬盘托架，电源线，信号线。注意防震，身体放静电，设备跳线。 软件安装：低、高级格式化，逻辑分区，软件安装。 操作： 机器工作时不要搬动硬盘。 防止突然断电 防止病毒破坏硬盘信息。 维护： 定期运行磁盘扫描程序 定期运行磁盘碎片整理程序。 计算机病毒防治。,6.4 光盘存储器,一、 概述 1、起源：激光数字音响技术。 2、特点：容量大、可靠性高、使用方便、成本低

13、。 3、组成：光盘盘片和光盘驱动器。 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。,CD唱片 CD-ROM，以扇区代替帧 VCD MPEG-1压缩标准和CD-1格式编码 DVD MPEG-2压缩标准、EFM+调制方式、双面，DVD-ROM CD-R， DVD-R （只能写一次，多次读） CD-RW，DVD-RW （可重复擦写数千次） DVD-RAM（可重复擦写十万次以上）。,4、光盘的类型及发展,二、 光盘的存储格式,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2733万个扇区。 坑和点在螺旋光道上交替排列为不同数据。 凹

14、坑和盘面交界代表1，凹痕和凸痕代表0，凹痕和凸痕的长度代表0的个数。 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。 Mode1方式存放软件等重要数据 60min:2700002048 /1024 /1024=527.34MB 74min:3300002048 /1024 /1024=650.39MB Mode2方式-适合音频、视频、图像等误码率要求不高的数据 60min:2700002336 /1024 /1024=601.50MB 74min:3300002336 /1024 /1024=741.85MB,三、主要技术指标 1、平均读取时间：C

15、D-ROM驱动器在光盘上找到需要数据的起始位置所花费的时间。 平均寻道时间:光头移动到要读取的光道，并稳定在此光道上。 平均等待时间:光头稳定在目的光道上后，等到所要读取得扇区到达光头位置所需要的时间。 2、数据传输速率：与驱动器的寻道时间、光盘转速、缓冲区大小以及接口规范等诸多因素有关。 CD-ROM单倍速为150KB/s； DVD-ROM单倍速1350KB/s 。 四、接口类型：IDE和SCSI,五、 安装、操作与维护,安装 跳线设置、驱动器固定、电源、音频线连接、EIDE接口插座的连接、驱动程序的安装。 操作注意 不要推入托盘，防止托盘顶偏和传输机构受损。 光区读盘期间，不宜按EJECT键推出托盘。,维护 1、光盘的维护 避免高温、日晒和寒冷 防止盘片受压折 保持信息读取免得清洁 防止标记面的划伤 掌握正确的清洁方法 2、CD-ROM的维护 防震、防尘 用后及时将盘片取出 不要使用劣质盘片 注意散热,