第7章计算机硬件技术基础PPT课件

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1、 第7章外部存储器 本章要点7 1磁盘存储器7 2光盘7 3磁带7 4移动式存储器7 5实例 磁盘存储器习题 本章逻辑结构 7 1磁盘存储器7 1 1磁盘存储原理7 1 1 1电磁原理7 1 1 2在磁盘上读写文件7 1 2软盘驱动器7 1 3硬盘驱动器7 1 4提高磁盘速度和存储量的主要技术7 1 4 1磁盘压缩7 1 4 2文件压缩7 1 4 3磁盘碎片整理 本章逻辑结构 7 2光盘7 2 1光盘的工作原理和性能指标7 2 2CD ROM驱动器7 2 3可写入CD ROM7 2 4DVD驱动器7 2 5CD RW和DVD RAM7 3磁带7 3 1磁带存储器概述7 3 2磁带机的结构7 3

2、 3磁带的主要应用领域7 3 4磁带机的工作原理7 3 5企业选择备份设备的基本原则 本章逻辑结构 7 4移动式存储器7 4 1Zip驱动器7 4 2可移动硬盘7 4 3闪存7 4 4盒式磁带备份机7 5实例 磁盘存储器7 5 1从编号识别硬盘7 5 2硬盘性能测试习题 7 1磁盘存储器 7 1 1磁盘存储原理7 1 1 1电磁原理数字磁记录的过程是一种电磁信息的转换过程 执行写入操作时 首先将数字代码信息以电流的形式输入到写磁头线圈中 然后转换成磁场去磁化记录介质 最终将数字代码信息以磁化状态的形式记录在介质上 执行读出操作时 首先通过读磁头将磁化状态转换成电信号 最后还原成数字形式输出 常

3、见的磁表面存储器 如软 硬磁盘 磁带等就是利用磁记录原理制成的 1 记录介质2 磁头 7 1磁盘存储器 7 1 1 2在磁盘上读写文件在读写过程中 记录介质与磁头之间相对运动 一般是记录介质运动而磁头不动 1 写入过程2 读出过程3 磁表面存储器的技术指标磁表面存储器一般具有以下特点 1 非破坏性读出 不需再生过程 2 记录信息为永久性存储 不会因断电而丢失 可以长期保持 重复使用 3 重新磁化可以改变记录介质的磁化状态 即允许多次重写 4 数据的存取方式可为顺序存储方式 磁带 也可为直接存储方式 磁盘 5 在机械运动过程中读 写 因而读 写速度较慢 6 记录密度高 容量大 价格低 7 1磁盘

4、存储器 7 1 2软盘驱动器1 软盘存储器概述软盘常用于脱机保存信息 向系统提供程序和数据 作为廉价的小容量外存 也是计算机广泛配置的外设之一 软盘存储器的工作原理与硬盘存储器基本相同 但它在结构上与硬盘有较大的差别 磁头工作方式也不同 其差别见表7 1 7 1磁盘存储器 表7 1软盘与硬盘的差别 7 1磁盘存储器 2 磁道记录格式磁盘采取逐道逐位串行记录 在一个闭合磁道内信息的组织格式称为磁道记录格式 磁道记录格式与操作系统版本有关 有的操作系统还允许用户产生自己的非标准物理格式 以防止他人非法拷贝 3 5in软盘的磁道格式基本上采用了5 25in软盘的磁道格式 由于盘径减小使每道记录长度缩

5、短 因此 磁道上一些标记和间隙将被简化或缩短 间隙1代表索引间隙 表示该磁道的开始 由32 46字节4EH组成 间隙2代表标志符间隙 包含22字节的4EH 将每个扇区内标志区与数据区隔开 间隙3为数据块间隙 位于每个扇区中数据块之后 包含78 84字节的4EH 间隙4为道间隙 位于最末扇区的间隙3之后 写入4EH 直到间隙1出现为止 7 1磁盘存储器 7 1 3硬盘驱动器磁盘存储器分为硬盘存储器和软盘存储器两类 其中硬盘的存储容量大 使用寿命长 工作速度快 是辅存的主体 1 硬盘的基本结构与分类在常用的微机系统中 一般采取将设备控制器与设备相分离的模式 磁盘子系统的硬件包括磁盘适配器 磁盘驱动

6、器 磁盘控制逻辑的大部分及磁盘与主机间的接口 合成为磁盘适配器 磁盘适配卡一般插入主机 与系统总线相连接 并通过电缆与磁盘驱动器相连 磁盘驱动器中装有盘片 磁头 主轴电机 盘片旋转驱动机构 磁头定位机构 读 写电路和控制逻辑等 2 硬盘的信息分布在硬盘中信息分布呈如下层次 记录面 圆柱面 磁道 信息块 扇区 7 1磁盘存储器 3 磁头定位系统磁头定位系统驱动磁头沿盘面的径向移动寻道并精确定位 磁头定位系统应包括以下操作 1 硬盘驱动器启动后 或是中途寻道出错后 要使磁头准确地回到0号磁道 以等待寻道 2 要能快速 准确地将磁头移到指定磁道的中心位置 3 当硬盘驱动器发生故障或掉电后 要使磁头迅

7、速退出盘面数据区 以保护盘面免受擦伤 4 寻址过程 1 磁盘地址 2 定位 寻道 3 寻找起始扇区5 磁盘存储器参数的计算 7 1磁盘存储器 7 1 4提高磁盘速度和存储量的主要技术尽管可以设计有效的编码方案来表示字符 图像和声音 但是包含这些数据的文件十分巨大 一秒钟的视频需要9M空间 一幅全屏的位图至少需要307 200个字节 45分钟的波形声音文件可能需要475M空间 大文件需要大量的存储空间 容易形成磁盘碎片 从而降低计算机硬盘的利用率 并且需要更长的传输时间 如果可以减少文件的大小而不丢失数据 就可以避免这些问题 数据压缩是对数据重新进行编码 以减少所需存储空间的通用术语 数据压缩是

8、可逆的 因此数据可以恢复成原状 数据压缩的逆过程有时也称为解压缩 展开等 7 1磁盘存储器 7 1 4 1磁盘压缩数据压缩技术大致可分为两种 磁盘压缩和文件压缩 磁盘压缩把文件压缩后放到特定的硬盘卷上 硬盘卷是一个有唯一名字的磁盘或区域 可以视作一个分离的磁盘 磁盘压缩会创建一个压缩卷来包含重新编码过的数据 以便使存储空间的使用更为有效 当你想使用磁盘压缩卷上的文件 计算机会自动把文件展开到原始大小 当你将一个文件存储到压缩卷上时 计算机会自动进行压缩 磁盘压缩的优点是不需要购买新的硬盘就可以获得存储空间 在理想情况下 可以使硬盘的容量翻一倍 但通常情况下获得的磁盘空间达不到这个水平 磁盘压缩

9、有两个潜在的不足 首先 如果你决定不再想要磁盘上的压缩卷 必须要有足够的空间来存放所有解压后的文件 许多用户通过磁盘压缩获得存储空间之后 将不会有空闲的磁盘空间了 第二个不足是压缩卷上的一个文件错误会丢失压缩卷上的所有数据 所以对磁盘压缩而言 经常性的备份是很重要的 7 1磁盘存储器 7 1 4 2文件压缩文件压缩把一个或多个文件压缩成一个单独的较小文件 和磁盘压缩创建压缩卷不同 文件压缩创建一个压缩文件 在展开这个压缩文件之前 不能使用这个文件 PKZIP WinZip和WinRAR是压缩和解压缩方面流行的共享软件 用计算机的术语来讲 压缩一个文件有时也称为zipping 解压缩称为unzi

10、pping 压缩文件的优点在于你可以有选择地进行压缩 并把他们放到一张软盘中 或上载 或用电子邮件发出等 而缺点在于使用前必须手工把这些文件解压缩 文件压缩的一个变通方法是自展开可执行文件 它包含有压缩后的数据和展开它需要用到的软件 这些文件以 exe 为扩展名 一旦运行一个自展开可执行文件时 它会自动展开它所包含的数据 这能节省你寻找压缩软件 定位要展开的文件和运行展开文件功能的时间 使用文件压缩工具 可以将文本文件和BMP文件压缩70 左右 然而 有些类型的文件因为它们本身就是以压缩格式存储的 因而很难再进行压缩 如 tif和 pcx等类型的文件 7 1磁盘存储器 7 1 4 3磁盘碎片整

11、理硬盘中的文件是以离散簇的形式进行存储的 不管是Windows98使用的FAT FAT32文件系统或是WindowsNT 2000 XP所使用的更高级一点的NTFS文件系统 在电脑使用一段时间后 由于文件的存储和删除操作 硬盘上的文件和可用空间都会变得比较零碎 我们称之为 磁盘碎片 碎片是怎样产生的呢 当一个文件被保存时 Windows会试着把数据放到硬盘上的可用空间里 如果没有足够大的连续空间来保存整个文件 系统就会把文件分割成多个片断来保存 这种情况会降低再次读取文件时硬盘驱动器的速度 影响文件读写的性能 因为系统在写入数据时不得不搜索空闲的空间 而在读数据时又不得不搜索文件的各个片断 磁

12、盘碎片会导致很多文件无法以连续簇的方式进行保存 它不仅降低了文件的存取效率 而且还加重了系统的不稳定性 磁盘碎片整理过程会将碎片合并到一起 同时整合可用硬盘空间 从而消除频繁的搜索 改善系统性能 WindowsXP以及之前的Windows2000 98都提供了磁盘碎片整理工具 而不少第三方的碎片整理软件也为用户提供很好的磁盘碎片整理功能 7 2光盘 7 2 1光盘的工作原理和性能指标1 光盘存储器的组成及读写原理 1 光盘存储器的组成光盘存储器由光盘控制器和多台光盘驱动器及接口组成 光盘控制器主要包括数据输入缓冲器 记录格式器 编码器 读出格式器 数据输出缓冲器等部分 光盘驱动器主要包括主轴电

13、机驱动机构 定位机构 光头装置及电路等 其中光头装置部分最复杂 是驱动器的关键部分 光盘片是指整个盘片 包括光盘的基片和记录介质 基片一般采用甲基 丙烯酸甲脂 即一种耐热的有机玻璃 不同类型的光盘所用的记录介质是不同的 7 2光盘 2 只读光盘的读原理无论光盘储存储的是什么信息 它所有的数据都经过数字化处理 变成了 0 与 1 对应在光盘上就是沿着盘面螺旋形状的信息轨道上的一系列凹点 Pits 和平面 Lands 所有的凹点都具有相同的深度和长度 其深度约为0 11至0 13 m 宽度约为0 4 m到0 5 m 而激光光束能在1 s内从1 m2的面积内获得清晰的反射信号 一张CD光盘上大约有2

14、8亿个这样的光点 当激光映射到盘片上时 如果是照在平面上就会有70 到80 的激光被反射回 如果照在凹点上就无法反射回激光 根据其反射回激光的状况 光盘驱动器就能将其解读为 0 或 1 的数字编码了 CD ROM光盘表面由一个保护层覆盖 这个涂层用以保护凹点 避免被划伤或污染而造成信息读取错误 7 2光盘 3 WORM光盘的读写原理WORM的写入是利用聚焦成1 m左右的激光束的热能 使记录介质的形状发生永久性变化而完成的 所以只能写入一次 不能擦除和改写 4 可读写型光盘 CD Rewritable CD RW 的读写原理目前常用的可读写型光盘有磁光材料记录介质 MO 和相变型 PC 两种 以

15、磁光材料记录介质 MO 为例 它是利用磁光的热作用改变磁畴方向来记录信息的 这种光盘也称磁光盘 2 光盘的有关技术指标光盘的性能指标与磁盘类似 1 存储容量 2 存取速度 3 数据传输率 7 2光盘 7 2 2CD ROM驱动器光盘储存了大量的信息和数据 而CD ROM驱动器则是从这些光盘中把信息和数据读取出来 并传送给计算机内部的一个输入设备 首先来看看CD ROM驱动器的原理 在它的核心部分有一个激光头 产生一束毫瓦级的激光束 首先通过对准直透镜变成平行光束 再通过分光棱镜 经过反射后再由物镜将激光束准确地会聚在光盘上 经由光盘上的凹坑和平面的反射 不同强度的光束沿原来的光路返回 通过分光

16、棱镜转向光电检测器 并转换为电信号输出 再经过解调和纠错处理 即可获得从光盘上读出的原始数据 在整个过程中 寻迹和聚焦是最为关键的两个技术 它们是影响光驱读取数据的准确性和稳定性的决定因素 7 2光盘 7 2 3可写入CD ROM可写入CD ROM CDRecordable 可录式光盘 的简称为CD R光驱 或CD R刻录机 其特点是可以将数据写入一次性刻写的CD R光盘 其盘片制造成本低 读写速度快 使用寿命长 刻好的CD R盘片可以在任何CD ROM上读出 具有出色的兼容性 在刻录CD R盘片时 通过大功率激光照射CD R盘片的染料层 在染料层上形成一个个平面 Land 和凹坑 Pit 光驱在读取这些平面和凹坑的时候就能够将其转换为0和1 由于这种变化是一次性的 不能恢复到原来的状态 所以CD R盘片只能写入一次 不能重复写入 1 刻录机的接口规格早期的CD R刻录机大都是SCSI接口 SCSI接口的刻录机占用系统资源少 刻录时相对稳定 但必须安装SCSI卡 过程比较繁琐 价格也较高 7 2光盘 2 刻录机的速度刻录机和CD ROM光驱一样也有倍速之分 只不过刻录机有三个速度指标