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1、第五章 外 存第五章 外部存储器 5.1 软盘系统5.2 硬盘驱动器5.3 光盘存储系统5.4 新型外部存储器第五章 外 存作为外存储器的硬盘驱动器、软盘驱 动器、磁带驱动器、CD-ROM则为计算机 提供了大容量、永久性存储功能。新型外部存储器也在不断出现，比较 典型的有CD-R、CD-RW和目前用于数字 相机的记忆棒、移动存储器等。磁介质的 ZIP驱动器，LS120软盘，和磁光介质的 MO，PD等。n与内存相比：外存容量大，速度慢，价格低。 可读写，适于长期保存n重要指标：容量、速度 第五章 外 存 5.1 软盘系统 软盘 DSHD双面高密度，1.44MB 5.1.1 软盘的结构 3.5英寸
2、软盘，3英寸软盘封装在硬塑料壳中，如图所 示。图中快门是金属制成。3英寸软盘的写保护是滑 动块。当滑动块将写保护孔封住时，则可写；当滑动 块将写保护孔露出时，则磁盘片处厂写保护状态。 第五章 外 存软盘被划分为磁道（轨迹是一 组同心圆），磁盘表面上的磁道 按顺序编号，最外面一个磁道编 号为第0道，其余依次编号。每个圆形磁道又被划分成扇 区（若干邻接的段），每个扇区 的存储容量都一样大。在软盘上 存储信息是以扇区为信息单位成 批进行的。一个扇区的位置（地 址）由它所在的盘面编号、磁道 编号和扇区在磁道中的位置（编 号）三者联合确定。0磁道0扇区在磁盘中具有特 殊用途，这个磁道的损坏将导致 磁盘报
3、废。 格式化是指对磁盘按标准格式划分扇区，且每个扇区按其格式 填写地址信息及定义其容纳的字节数。 第五章 外 存5.1.2 软盘的存储容量 一个软盘用于记录信息的表面数、每面的磁道总数、每 个磁道的扇区数、每个扇区的信息存储总量三者的乘积决 定了软盘的存储容量，即： 容量记录面数磁道数面扇区数道字节数扇区 3.5英寸高密软盘容量28018512B1.44MB 第五章 外 存5.1.3 软驱的构成及原理n软驱的构成：n直流马达、步 进马达、磁头 及相应电路n直流马达驱动 芯轴带动磁盘 恒速旋转n步进马达驱动 磁头运动n介质：表面涂有磁性 材料n原理：磁头将计算机 内的电信息转换成磁 信息写入磁盘
4、；读出 时，通过磁头及相应 电路将磁信号转换成 电信号。第五章 外 存5.1.4 软盘驱动器的连接 软盘驱动器通过标准的34芯扁平电缆与主板上软驱 接口插槽(标有FDD或Floppy Drive)相连。连接方法 如下：(1)将电源线插头插到驱动器上白色的五针插座上。(2)将34芯扁平信号电缆一头接到主板的I/O接口插槽 中。注意，线上有红色标记的-端为1号引脚。(3)将34芯扁平信号电缆的另一头插到驱动器上的信 号插座上。同样要注意引脚方向，红色标记的一端 对准1号插针。第五章 外 存图中 为一条软驱信号线，A段是经过反向扭接后的，可 以接3.5英寸软驱，但要注意的是A段接的是A驱，B段接 的
5、是B驱。 C段接主板，注意红色线为1号线C段B段A段第五章 外 存第五章 外 存n软盘的使用n防写入状态：写保护：只读不写n磁盘使用前的准备，格式化n不应使手指或其他物体直接接触磁盘的磁 性表面n应当尽量避免灰尘n软盘不易靠近强磁场n软盘不易重压或弯折n不易在过热和过冷的环境里存放以免损坏第五章 外 存 5.2 硬盘驱动器 硬盘是系统中极为重要的设备，存储着大量的用户资 料和信息。如果说内存只是数据的中转站的话，硬盘就是 存放数据的仓库。由于都采用温切斯特（winchester)技术而被称之为“温 切斯特硬盘”，或简称“温盘”。所谓温切斯特磁盘实际上 是一种技术，这种技术是由IBM公司位于美国
6、加州坎贝尔市温 切斯特大街的研究所研制的，它于1973年首先应用于IBM3340 硬磁盘存储器中，因此将这种技术称作温切斯特技术。温切 斯特硬盘有如下的技术特点：磁头、盘片及运动机构密封。 磁头对盘片接触式启停,但工作时呈飞行状态。 由于磁头工作时与盘片不接触，所以磁头加载较小。 金属磁盘片表面平整光滑。第五章 外 存5.2.1 硬盘驱动器的分类1按盘径尺寸分类微硬盘的外观如图所示。第五章 外 存2按接口类型分类（1）IDE接口IDE是智能驱动设备（Intelligent Drive Electronics）或集成驱动设备（Integrated Drive Electronics）的缩写。ID
7、E接口都有40根针，IDE 接口硬盘的外观如图所示。第五章 外 存（2）Serial ATA接口Serial ATA（简称SATA）使用芯的扁平电缆预计生命期为10年，计划三代产品，现在为第一 代。SATA 1.0数据传输速率的有效带宽峰值为 150MB/s。SATA 2.0标准的数据传输速率为 300MB/s，SATA 3.0标准的数据传输速率为 600MB/s。第五章 外 存 （3）SCSI接口SCSI（Small Computer System Interface，小型 计算机系统接口）图示是希捷Cheetah 15K3的 SCSI硬盘及其接口，它是第六代SCSI硬盘，主轴 转速为15
8、000r/min，36.7GB容量，物理接口是68 针，并有光纤（Fibre Channel）接口，接口界面 采用了Ultra SCSI 320规范。第五章 外 存硬盘接口，可分为IDE（EIDE）、 SATA 和SCSI三种 。IDE接口SCSI接口SATA接口（Serial- ATA）第五章 外 存 5.2.2 硬盘驱动器的结构1硬盘的外部结构从外观上看，硬盘由电源接口、数据接 口、控制电路板、固定盖板、安装螺孔 等组成，相同类型的硬盘结构都是相似 的。第五章 外 存电源接口：电源接口与主机电源相连，为硬盘工 作提供能源。IDE硬盘的电源接口为4针接口，而 SATA硬盘的电源接口为15针。
9、显然，现有的 ATX电源没有这类电源插头，通常需要采用 SATA电源转接线与传统电源线转接，如图所示 。第五章 外 存数据接口：数据接口是硬盘数据和主板控制器之 间进行传输交换的纽带，根据连接方式的差异， 分为IDE、SATA等接口。IDE接口为40根针，如 图7-5a所示，数据线分40线和80线两种。SATA硬 盘使用7针端口，如图7-5b所示。IDE和SATA的数 据线，如图7-7所示。第五章 外 存控制电路板：控制电路板采用贴片式元件 焊接，包括主轴调速电路、磁头驱动与伺 服定位电路、读写电路、控制与接口电路 等。固定盖板：硬盘的固定盖板面板上标注有 产品的型号、产地、设置数据等，它与底
10、 板结合成一个密封的整体，以保证硬盘盘 片和机构的稳定运行。安装螺孔：用于硬盘的安装，对于3.5in的 产品，固定盖板和侧面都有安装孔，可以 方便灵活地安装。第五章 外 存 2硬盘的内部结构硬盘内部结构由固定面板、控制电路板、盘头组 件、接口及附件等几大部分组成，而盘头组件（ Hard Disk Assembly，HAD）是构成硬盘的核心 ，封装在硬盘的净化腔体内，包括浮动磁头组件 、磁头驱动机构、盘片及主轴驱动机构、前置读 写控制电路等，如图所示。第五章 外 存第五章 外 存 头盘组件结构示意图盘面柱面读写 磁头传动 手臂主轴传动 轴第五章 外 存n1、硬盘的容量 n2、硬盘的转速(Rota
11、tion Speed) n3、平均访问、寻道与潜伏时间n4、数据传输率(Data Transfer Rate) n5、高速缓存(Cache) 5.2.3 硬盘的性能指标 第五章 外 存 1、硬盘的容量 硬盘容量的单位为MB或GB。目前，主流硬盘容 量一般为80160GB。影响硬盘容量的因素为单 盘容量和盘片数量。在计算机中1GB1024MB， 而硬盘厂家通常按照1GB1000MB换算。2、硬盘的转速(Rotation Speed) 转速(Rotational speed 或Spindle speed)是指硬盘 盘片每分钟转动的圈数，单位为rpm。目前ATA （IDE）硬盘的主轴转速一般为540
12、07200r/min ，主流转速为7200r/min，至于SCSI硬盘的主轴转 速一般可达720010 000r/min，而最高转速的 SCSI硬盘高达15 000r/min。第五章 外 存3、平均访问时间(Average Access Time)、 平均寻道时间(Average Seek Time)与平均 潜伏时间(Average Latency Time) 平均访问时间访问时间 (Average Access Time)是 指磁头头从起始位置到达目标标磁道位置，并且 从目标标磁道上找到要读读写的数据扇区所需的 时间时间 。平均访问时间访问时间 =平均寻寻道时间时间 +平均等待时时 间间 第
13、五章 外 存4、数据传输率(Data Transfer Rate) 传输速率(Data Transfer Rate) 硬盘的数据传输率 是指硬盘读写数据的速度，单位为MBs(兆字节每秒 )，也被称为吞吐率（Throughput Rate）。数据传输 率分为外部传输率(External Transfer Rate)和内部传 输率(Internal Transfer Rate)。第五章 外 存5、高速缓存(Cache)硬盘缓存是指在硬盘内部的高速存储器，其作用是提 供一个数据的缓冲区域，把从硬盘读取的数据暂时保 存，然后一次性传输出去，或者把从总线传输来的数 据暂时保存，然后逐渐写入硬盘。目的是解
14、决硬盘与 计算机其他部件速度不匹配的问题。目前，硬盘缓存 的容量通常为512KB、2MB、8MB、16MB或更大。硬盘系统主存硬盘数据缓存预读 写入读出写入第五章 外 存5.2.4 硬盘RAID技术RAID（Redundant Array of Independent Disks，独立磁盘冗余阵列 ）有时也简称磁盘阵列（Disk Array）， 是一种把多块独立的硬盘（物理硬盘） 按不同的方式组合起来形成一个硬盘组 （逻辑硬盘），从而提供比单个硬盘更 高的存储性能和提供数据备份技术。第五章 外 存5.2.4 硬盘RAID技术n磁盘阵列（Redundant Arrays of Inexpensi
15、ve Disks， RAID），有“价格便宜具有冗余能力的磁盘阵列”之意 。原理是利用数组方式来作磁盘组，配合数据分散排 列的设计，提升数据的安全性。磁盘阵列是由很多价 格较便宜的磁盘，组合成一个容量巨大的磁盘组，利 用个别磁盘提供数据所产生加成效果提升整个磁盘系 统效能。利用这项技术，将数据切割成许多区段，分 别存放在各个硬盘上。磁盘阵列还能利用同位检查（ Parity Check）的观念，在数组中任一颗硬盘故障时， 仍可读出数据，在数据重构时，将数据经计算后重新 置入新硬盘中。 第五章 外 存硬盘RAID技术(1) RAID 0RAID 0连续以位或字节为单位分割数据，并 行读/写于多个磁盘上，因此具有很高的数据传 输率，但它没有数据冗余，因此并不能算是真 正的RAID结构。RAID 0只是单纯地提高性能 ，并没有为数据的可靠性提供保证，而且其中 的一个磁盘失效将影响到所有数据。因此， RAID 0不能应用于数据安全性要求高的场合。 第五章 外 存第五章 外 存RAID 1n它是通过磁盘数据镜像实现数据冗余， 在成对的独立磁盘上产生互为备份的数 据。当原始数据繁忙时，可直接从镜像 拷贝中读取数据，因此RAID 1可以提高 读取性能。RAID 1是磁盘阵
