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1、第八章 辅助存储器,前言 8.1 辅助存储器的种类与技术指标 8.2 磁记录原理与记录方式 8.3 硬磁盘存储器 8.4 软磁盘存储器 8.5 光盘存储器 8.6 磁盘存储器与光盘存储器的比较,前 言,按存放信息的不同存储器分为两种：主存储器和辅助存储器。主存储器用来存放CPU正在使用的数据和程序，辅助存储器用来放目前不使用的信息。 辅助存储器的特点是：容量大，速度较慢，成本低，断电后还能保存信息，属于非易失性存储器。大部分辅助存储器脱机后还能保存信息。,8.1 辅助存储器的种类与技术指标,8.1.1 辅助存储器的种类 目前常用的辅助存储器主要有两类：磁表面存储器和光存储器。 1、磁表面存储器
2、 把磁性材料沉积在基体上形成记录介质，分两类：数字磁记录和模拟磁记录。 工作原理：磁性材料沉积在基体上形成记录介质，通过磁头与记录介质的相对运动来读写信息。,2、光存储器 记录原理：用激光在具有感光特性的介质上非接触地记录高密度信息，以介质材料的光学性质的变化来表示0或1。 优点：容量大。 缺点：速度慢。,8.1.2 辅助存储器的技术指标 主要技术指标有存储密度、存储容量和寻址时间。 1、存储密度 定义：单位长度或单位面积磁层表面所存储的二进制信息量。对磁盘存储器来说可以用道密度或位密度来表示。 道密度：沿磁盘半径方向单位长度的磁道数，单位是道/英寸或道/毫米。 位密度：单位长度磁道能记录的二
3、进制信息的位数，又叫线密度。单位是位/英寸或位/毫米。,2、存储容量 定义：存储器所能存储的二进制信息总量。一般以字节为单位。 磁盘存储器有格式化和非格式化两个容量，格式化容量指的是用户可以使用的容量，一般为非格式化容量的80%。 格式化分高级格式化和低级格式化。 高级格式化：清除硬盘上的数据，生成引导信息，初始化FAT表，标注逻辑坏道等。,低级格式化是将硬盘划分出柱面和磁道，再将磁道划分为若干个扇区，每个扇区又划分出标识部分ID、间隔区和数据区DATA等。 低级格式化是高级格式化之前的一件工作，每块硬盘在出厂前都进行了低级格式化。低级格式化是一种损耗性操作，对硬盘寿命有一定的负面影响。,三种
4、文件系统：FAT、FAT32和NTFS。 FAT：文件分配表（File Allocation Table），是硬盘对其上文件分配管理的一种系统，它记录着硬盘的容量，文件配置的情况，哪些扇区己被数据占用，哪些扇区没有被数据占用 。 FAT适用范围：DOS、WIN3.X 。 WIN95使用的是扩展文件分配表(VFAT)，支持长文件名。, FAT32 FAT32支持的文件大小可以达到4GB。 FAT32支持的磁盘容量达到2048GB，而FAT只能支持2GB的磁盘大小。基于FAT32的Win 2000可以支持分区最大为32GB。 支持这一磁盘分区格式的操作系统有win 98和win 2000、 win
5、 XP ，向下兼容。基于FAT16的Win 2000支持的分区最大为4GB。, NTFS 新技术文件系统，NTFS支持文件加密管理功能，可为用户提供更高层次的安全保证。NTFS可以支持的文件大小可以达到64GB。 支持NTFS的系统有win 2000、win NT和win XP。NTFS可以支持的分区大小可以达到2TB。,3、寻址时间 磁盘存储器用直接存取方式，寻址时间包括两部分：磁头寻找目标磁道所需的找道时间和找到磁道后磁头等待所需要读写的区段旋转到磁头下方的等待时间。 平均寻址时间=平均找道时间+平均等待时间 平均等待时间与磁盘转速有关，用磁盘旋转一周所需时间的一半来表示。,4、数据传输率
6、（外部） 定义：磁表面存储器的缓存在单位时间内与主机之间传送数据的位数或字节数。单位bps。 硬盘内部数据传输率：磁头与硬盘cache之间的数据传输率。 5、误码率 衡量磁表面存储器的出错概率，等于出错信息的位数和读出的总信息位数比。,例题1：某软盘有两个记录面，每面有80个磁道，每个磁道分15个扇区，每个扇区可记录512字节的信息，转速为360转每分，求此盘的容量及平均等待时间。,解：容量=512*15 * 80 * 2=1.2MB 旋转一圈需要的时间为1/360=0.167秒 平均等待时间为0.167/2=83ms,盘片,例题2：磁盘组有6片磁盘，每片有两个记录面，最上最下两面不用，存储区
7、域内径22cm，外径33cm，道密度为40道/cm，内层位密度为400位/cm，转速为2400转/分，问： （1）共有多少个存储面可用？ （2）共有多少柱面？ （3）盘组总容量是多少？ （4）数据传输率是多少？ （5）采用定长数据块记录格式，直接寻址的最小单位是什么？寻址命令中如何表示磁盘地址？（每扇区1KB） （6）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同一个柱面上？,磁盘的数据传输率（内部数据传输率）：磁头与硬盘cache之间的数据传输率 Dr ，取决于硬盘的转速和道容量。 假设磁盘转数为n转/秒，每条磁道的容量为N个字节，则Dr =n*N，单位字节/秒。,200
8、2年程序员试题,某硬盘中共有9个盘片，16个记录面，每个记录面上有2100个磁道，每个磁道分为64个扇区，每扇区为512字节，则该硬盘的存储容量为 (58) 。磁盘的位密度随着磁道从内向外而 (59) 。 (58) A、590.6MB B、9225MB C、1050MB D、1101MB (59) A、减少 B、不变 C、增加 D、 视磁盘而定,C,A,2002年高程试题,假设一个有 3 个盘片的硬盘，共有 4 个记录面，转速为 7200 转/分，盘面有效记录区域的外直径为 30cm，内直径为 10cm，记录位密度为 250位/mm，磁道密度为 8道/mm，每磁道分16个扇区，每扇区 512字
9、节，则该硬盘的非格式化容量和格式化容量约为_(58)_，数据传输率约为_(59)_若一个文件超出一个磁道容量，剩下的部分_(60)_。 (58) A.120MB和100MB B.30MB和25MB C. 60MB和50MB D.22.5MB 和 25MB (59) A.2356KB/s B.3534KB/s C.7069KB/s D.1178KB/s,B,D,8.2 磁记录原理与记录方式,8.2.1 磁记录原理 磁表面存储器通过磁头和记录介质的相对运动完成读写。 磁表面存储器中的信息的读写过程是电和磁的相互转换过程。,1、写 磁头线圈通一电流，磁头中将产生磁场，在磁头前隙处磁力线通过磁表面形成
10、一个闭合回路，因此磁表面被磁化。当电流被撤走后，剩磁形成了磁化小区域，即电信号转化成了磁信号。 线圈中电流方向不同，则剩磁状态不同，可用来记录0或1。,2、读 磁表面和磁头之间相对运动，事先被磁化了的区域经过磁头前隙时，磁力线穿过磁头并被切割，磁头中的磁通发生变化，线圈中产生感应电动势，磁通正向增大时，磁头线圈中产生一个负的电动势；磁通变小时则产生正的感应电动势，即产生负、正脉冲磁信号转换成电信号。,8.2.2 磁记录介质与磁头 1、磁记录介质 磁记录介质指的是涂有薄层磁性材料的信息载体。 根据记录介质的基体不同可分软性介质和硬性介质。基底和磁性材料都会影响记录介质的性能。 常用的磁性介质是磁
11、粉。不同的涂布工艺方式（平涂工艺和甩涂工艺）产生的记录介质的质量也不同。,2、磁头 磁头是实现电磁相互转换的装置。, 感应式磁头 采用电磁感应原理读记录信号。 按工作方式分为接触式磁头和浮动式磁头。 接触式磁头：磁头与记录介质直接接触。 浮动式磁头：介质高速运动时产生的气流在磁头与介质表面之间形成一层空气薄膜，使磁头与介质表面脱离接触。 MR磁头 磁头利用磁致电阻效应可在高密度记录下读出信息。专用于读出的磁头，不能写。,8.2.3 磁记录方式 定义：是一种编码方法，按某种规律将一串二进制数字信息变换成存储介质磁层的相应磁化翻转形式，并经读写控制电路实现这种转换规律。 常用的编码方法有： 归零制
12、(RZ) 不归零制(NRZ) 见1就翻的NRZ1 调相制(PM) 调频制(FM) 改进调频制(MFM),8.3 硬磁盘存储器,1956年美国IBM公司研制出第一个商品化的磁盘。 磁盘基本知识： 引导记录区（Root Record）：开机时BIOS就会先去执行硬盘第0面，第0磁道，第1扇区的引导记录区的程序，把有关硬盘内部的记录（磁柱面总数、扇区大小、FAT表、目录大小）和系统的基本数据（COMMAND.COM，IO.SYS，MSDOSSYS）载入内存，完成开机启动的基本操作 。,BIOS：Basic Input/output System的缩写，基本输入/输出系统，它是操作系统和硬件之间连接的
13、桥梁。是一个固件，即以硬件形式提供的软件产品。 BIOS实质是一组程序而且包含了一组缺省参数。,CMOS：是一个能存储128字节的芯片，用来存放BIOS的初始参数日期、时钟、内存容量、显示设备类型等等。由内部电池供电，断电后仍能保存信息。 即CMOS是一RAM，存储BIOS设置程序设置的一些参数。,BIOS是一组操纵计算机芯片的控制程序，是计算机最基本的操纵程序，任何操作系统都建立在其基础之上。 BIOS程序包括自检及初始化、硬件中断服务和BIOS设置。 1、自检及初始化 （1）自检 当电源接通后，系统硬件生成一条执行命令，启动BIOS自检程序运行。对各硬件进行检测，如果发现故障，则以代码或响
14、声来报告。因为程序用汇编语言编写，所以不能用文字显示说明。,（2）初始化 通过检测CMOS RAM里的内容来识别系统的硬件配置，并根据这些配置信息进行初始化。 （3）系统自举 BIOS完成自检和初始化后，将系统主引导扇区的内容读到内存，并启动主引导程序。 2、硬件中断服务程序 操作系统与硬件打交道是通过中断服务程序实现的，中断服务程序包括：磁盘中断服务程序、通信中断服务程序、键盘中断服务程序、显示中断服务程序、打印中断服务程序、磁道中断服务程序等等。,3、BIOS设置 可进行日期、时间、硬盘驱动器参数、软盘驱动器参数、各芯片功能的启用和关闭等项。,8.3.1 硬磁盘存储器的种类及基本结构,硬磁
15、盘存储器指的是记录介质为硬质圆形盘片的辅助存储器系统。以铝合金为基底，上面涂有磁粉，采用甩涂工艺。 1、根据磁头的工作方式分类 可分成移动头磁盘存储器和固定头磁盘存储器。 固定头磁盘存储器中每一个磁道都对应一个磁头，省去了找道时间。,2 、根据磁盘可换与否分类 可分成可换盘存储器与固定盘存储器。 可换盘存储器是指磁盘不用时可以脱机保存，如现用的软盘。 固定盘存储器是指磁盘不能从驱动器中取出来，更换时要把整个头盘组合体一起换。 温盘是可移动磁头固定盘片的磁盘存储器，采用的温彻斯特技术。,3、硬磁盘的基本结构 硬盘由驱动器（HDD）和控制器（HDC）组成。 硬盘驱动器又称磁盘机或磁盘子系统，是独立于主机外的一个装置。 硬盘控制器一般指插在主机总线插槽中的一块电路板，它的作用是接受主机发送的命令和数据，并转换成驱动器的控制命令和驱动器可以接受的数据格式，控制驱动器的读写。,硬盘基本结构,8.3.2 HDD与HDC,1、HDD HDD的主要组成部分是定位驱动系统、数据控制系统、主轴系统和盘组。 定位驱动系统 是驱动磁头沿盘面径向位置运动以寻找目标磁道位置的机构。由驱动部件和运载部件组成。 目前HDD普遍采用音圈电机和伺服盘定位。音圈电机直接驱动磁头运动。,工作过程：
