计算机原理第8章课件

《计算机原理第8章课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机原理第8章课件（48页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、Chapter 8 外围设备,外围设备可分为五类。每一种外设，都是在它自己的设备控制器控制下进行工作。设备控制器则通过适配器和主机连接，并受主机控制。,8.1外部存储器,硬盘 光盘存储系统 移动存储器,一、硬盘,1、硬盘的基本知识 2、硬盘的分类 3、硬盘的接口 4、硬盘的性能指标,1、硬盘的基本知识,（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）。其核心就是：磁盘片被密封、固定并且不停高速旋转，磁头悬浮于盘片上方沿磁盘径向移动，并且不和盘片接触（与盘片之间的间隙只有0.10.3um ）。后来的硬

2、盘基本都沿用了这一结构。,硬盘的基本知识,硬盘的发展 体积：5.25英寸/全高 3.5英寸/半高(用于台式PC) 2.5英寸(用于笔记本PC) 容量：1040MB(8086/286) 100500MB(386/486) 1800GB(目前) 连续传输速率： 100KB/s 60MB/s 平均寻道时间： 80ms 5ms 转速： 3600转/s 10000转/s “磁头移动+盘片旋转”的机械结构注定了硬盘是当今计算机系统性能的最大瓶径,硬盘的基本知识,（2）硬盘的组成 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。,硬盘的基本知

3、识,硬盘的组成 硬盘电路部分有主控芯片、缓存芯片和马达控制芯片等，其中缓存（buffer)芯片用于协调硬盘与主机在数据处理速度上的差异。 盘片与缓冲区进行数据交换，缓冲区中的数据通过硬盘接口与外界进行数据交换。,硬盘的基本知识,（3）磁道、扇区和柱面 一个盘面上划分为许多个磁道，每个磁道分为多个扇区，每个扇区512字节。各盘面上相同半径的磁道组成一个柱面。 硬盘的读写顺序为柱面、同一柱面内的磁道、同一磁道内的扇区,硬盘的基本知识,磁道、扇区和柱面 簇的概念,硬盘的基本知识,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

4、率外高内低。,（4）分区记录,内部记录格式 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。,硬盘的基本知识,硬盘的基本知识,（5）分区和格式化 硬盘使用前须低级格式化、分区和高级格式化三个步骤。 低级格式化。目前硬盘一般在出厂之前都做过低级格式化，自己不要做低级格式化。低级格式化和操作系统无关。低级格式化的主要功能是：测试硬盘介质，对已损坏的磁道和扇区做“坏”标记；清空扇区内容并写入系统的一些辅助数据。 分区。将硬盘分成多个分区，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

5、个逻辑分区，每个逻辑分区对应一个逻辑磁盘。有专门的分区软件，目前多数操作系统安装时也有分区功能。 高级格式化。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。操作系统中一般带有高级格式化功能。,硬盘的基本知识,（6）磁记录方式 磁记录方式是一种编码方法，将数字信息转换成磁化单元 归零制（RZ）：Return to Zero 正脉冲电流表示“1”，负脉冲电流表示“0”； 不论记录“0”或“1”，在记录下一信息前，记录电流恢复到零电流 不归零制（NRZ）：NonReturn to Zero Change 磁头线圈始终有电流 对连续记录的“1”和“0”，写电流的方向是不改变

6、的。 不归零制（NRZ1）NonReturn to Zero Change On One 磁头线圈始终有电流通过。 在记录“1”时，电流改变方向，写“0”电流保持不变。 调相制（PM）：又称相位编码（PE）Phase Mudulation 记录数据“0”时，规定磁化翻转的方向由负变为正，记录数据“1”时从正变为负 “0”，“1”的读出信号相位不同，抗干扰能力强（磁带多用此）。,硬盘的基本知识,调频制（FM）Frequency Modulation 记录“1”时，不仅在位周期的中心产生磁化翻转，而且在位与位之间的边界处要翻转一次。记录“0”时，位周期中心不产生磁化翻转，但位与位之间的边界处要翻转

7、一次。 改进调频制（MFM）Modified Frequency Modulation 记录数据“1”时在位周期中心磁化翻转一次，记录数据“0”时不翻转。 连续两个或两个以上“0”时，在位周期的起始位置翻转一次，而不是在每个位周期的起始处都翻转。,硬盘的基本知识,磁记录方式波形图,2、硬盘的分类,（1）按接口类型分类：有IDE、SCSI、SATA、USB、IEEE 1394等 IDE硬盘：目前市场主流为ATA 100和ATA 133，其数据传输率(接口数据传输率)达100MB/s和133MB/s SCSI硬盘主要应用于中、高端服务器和高档工作站 SATA硬盘：采用串行方式，具备更强的数据纠错能

8、力和更高的数据传输可靠性，且接口简单、支持热插拔 STAT 1.0数据传输率达150MB/s， STAT 2.0数据传输率达300MB/s， STAT 3.0数据传输率达到600MB/s 目前市场主流为STAT 1.0、STAT 2.0 （2）按硬盘尺寸分类 主要有3.5英寸、2.5英寸、1.8英寸和0.85寸盘 3.5英寸大多用于台式机 2.5英寸用于笔记本电脑，抗震性能好,（1）硬盘的接口 最常见的数据传输接口有PATA（IDE）、SATA、SCSI三种，前两种接口方式主要应用在个人PC上，而SCSI接口则主要使用在服务器领域。,3、硬盘的连接,（2）硬盘的连线,IDE电源连线,硬盘的连接

9、,主板上的IDE插座,SATA插座,4、硬盘的性能指标,（1）、容量 容量是硬盘重要的指标,其中单碟容量是硬盘相当重要的参数之一，一般单碟容量越大，磁头在相同的时间内可以读取到更多的信息，意味着读取速度更快。硬盘厂商在增加硬盘容量时，可以通过两种手段：一个是增加存储碟片的数量，但受到硬盘整体体积和生产成本的限制，碟片数量都受到限制，一般都在5片以内；而另一个办法就是增加单碟容量。 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（Mb/平方英寸或Gbit/平方英寸）,硬盘的性能指标,（2）数据传输率 分外部和内部数据

10、传输率 外部数据传输率：即缓存与主机间的数据传输速率，它的上限就是硬盘接口的速率 内部数据传输率：指磁头至硬盘缓存间的数据传输率，一般取决于硬盘的盘片转速和盘片线密度(指同一磁道上的数据容量)，所以有最大和最小之分。有时厂商还将磁道上的非用户数据（前面提到的辅助数据）计算在内。 注意，在这项指标中常常使用Mb/s或Mbps为单位，这是兆位/秒的意思，如果需要转换成MB/s(兆字节/秒)，就必须将Mbps数据除以8(一字节8位数)。例如，某硬盘给出的最大内部数据传输率为683Mbps，如果按MB/s计算就只有85.37MB/s左右）,硬盘的性能指标,（3）主轴转速 硬盘的主轴转速是决定硬盘内部数

11、据传输率的决定因素之一，它在很大程度上决定了硬盘的速度，同时也是区别硬盘档次的重要标志。目前硬盘的有速度有5400、5600、6400、7200、10000、甚至15000转/分钟。目前PC上使用主要为5400rpm和7200rpm。 （4)寻道时间、等待时间、访问时间 平均寻道时间：是指从发出一个寻址命令，到磁头移动到地址对应的磁道时所需的平均时间，平均寻道时间越小越好，现在硬盘的平均寻道时间一般在10ms以下。 平均等待时间：也称平均潜伏期，指磁头移动到数据所在的磁道后，所需扇区旋转到磁头下方所需的平均时间。一般取盘片旋转一周所需时间的二分之一。 平均访问时间：近似等于平均寻道时间和平均等

12、待时间之和。,硬盘的性能指标,(5)高速缓存 为了提高主机访问硬盘的速度和效率，在硬盘和主机之间设置了缓存(Buffer) 。目前硬盘的高速缓存一般为2MB8MB，SCSI硬盘的更大。缓存越大，则硬盘的综合速度越快。购买时最好选用缓存为8M以上的硬盘）。 【例】磁盘组有6片磁盘，每片有两个记录面，最上最下两个面不用。存储区域内径22cm ，外径33cm，道密度为40道/cm，内层位密度400位/cm，转速2400转/分。问： (1)共有多少柱面? (2)盘组总存储容量是多少? (3)数据传输率多少? (4)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? (5)如

13、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，还是记录在同一个柱面上?,硬盘的性能指标,(1)有效存储区域=16.5-11=5.5(cm) 因为道密度=40道/cm，所以405.5=220道，即220个圆柱面 (2)内层磁道周长为2R=23.1411=69.08(cm) 每道信息量=400位/cm69.08cm=27632位=3454B 每面信息量=3454B220=759880B 盘组总容量=759880B10=7598800B (3)磁盘数据传输率Dr=rN, N为每条磁道容量， N=3454B,r为磁盘转速， r=2400转/60秒=40转/秒 Dr=rN=403454B=

14、13816B/s (4)采用定长数据块格式，直接寻址的最小单位是一个记录块(一个扇区)，每个记录块记录固定字节数目的信息，在定长记录的数据块中，活动头磁盘组的编址方式可用如下格式： 此地址格式表示有4台磁盘（2位），每台有16个记录面/盘面（4位），每面有256个磁道（8位），每道有16个扇区（4位）。 (5)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柱面上，因为不需要重新找道，数据读/写速度快。,磁盘阵列RAID,RAID称廉价冗余磁盘阵列，它是用多台磁盘存储器组成的大容量外存系统。其构造基础是利用数据分块技术和并行处理技术，在多个磁盘上交错存放数据，使之可以并行存取。在RAID控

15、制器的组织管理下，可实现数据的并行存储、交叉存储、单独存储。由于阵列中的一部分磁盘存有冗余信息，一旦系统中某一磁盘失效，可以利用冗余信息重建用户信息。 RAID是1988年由美国加州大学伯克利分校一个研究小组提出的，它的设计理念是用多个小容量磁盘代替一个大容量磁盘，并用分布数据的方法能够同时从多个磁盘中存取数据，因而改善了I/O性能，增加了存储容量，现已在超级或大型计算机中使用。 工业上制定了一个称为RAID的标准，它分为7级(RAID 0RAID 6)。这些级别不是表示层次关系，而是指出了不同存储容量、可靠性、数据传输能力、I/O请求速率等方面的应用需求。,磁盘阵列RAID,磁盘阵列RAID

16、数据映射,二、光驱与光盘,光盘存储器具有容量大、存储密度高、成本低、非易失、易保存、可靠性高、寿命长的特点。 光盘的容量从最初的700MB的CD、4.7GB的DVD、8.5GB的双层DVD，已经发展到新一代的蓝光DVD技术(采用蓝色激光波段进行工作)，存储容量已提高到数十GB。 1、CD-ROM 2、DVD 3、光驱和光盘的种类 4、光驱的主要性能指标 5、几款光驱介绍,1、CD-ROM,CDROM（Compact Disk Read Only Memory），只读式紧凑光盘。出现于1983年，1988年成为国际标准。 CD-ROM盘片是用塑料压制成的圆盘，盘片的最上层是涂了漆的保护层，该层上印有商标。第二层是铝反射层，当驱动器读光盘时用来反射激光光束。第三层是用聚碳酸脂压制的透明衬底。信息是以沿着盘面由内向外螺旋形轨道(光道)的一系列凹坑和凸区（平坦表面）的形式存储的。光道上不论内圈还是外圈，各处的存储密度是一样的。光道的间距为1.6m，光道宽度为0.6m，光道上凹坑深约为0