《辅助存储器》PPT课件

1 第 八 章 辅 助 存 储 器 2 8.1 外 存 储 器 概 述l主 存 的 后 备 和 扩 充 ， 也 称 外 存 。l特 点 :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 。磁表面存储器光存储器磁芯磁盘磁带 3 辅 助 存 储 器 的 主 要 技 术 指 标l辅 助 存 储 器 的 主 要 技 术 指 标 是 存 储 密 度 、 存 储 容 量 、寻 址 时 间 等1.存 储 密 度 。 是 指 单 位 长 度 或 单 位 面 积 磁 层 表 面 所 存 储 的 二 进 制的 信 息 量 。 对 于 磁 表 面 存 储 器 ， 用 道 密 度 和 位 密 度 表 示 。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 。 4 2.存 储 容 量l指 磁 表 面 存 储 器 所 能 存 储 的 二 进 制 信 息 总 量 （ B） 。 l存 储 容 量 有 格 式 化 容 量 和 非 格 式 化 容 量 两 个 指 标 。格 式 化 容 量 ： 指 按 照 某 种 特 定 的 记 录 格 式 所 能 存 储 的 信 息 总量 ， 也 就 是 用 户 真 正 可 以 使 用 的 容 量 。非 格 式 化 容 量 ： 是 磁 记 录 表 面 可 以 利 用 的 磁 化 元 总 数 。计 算 公 式 ：l 非 格 式 化 容 量 =面 数 道 数 /面 每 个 磁 道 的 容 量l 格 式 化 容 量 =面 数 道 数 /面 扇 区 数 /道 字 节 数 /扇 区 5 3.寻 址 时 间寻 址 时 间 分 为 两 部 分 ：l找 道 时 间 ： 磁 头 寻 找 目 标 磁 道 所 需 的 时 间 。l等 待 时 间 ： 磁 头 等 待 所 需 读 写 的 区 段 旋 转 到它 的 下 方 所 需 要 的 时 间 。l这 两 个 时 间 是 随 机 的 ， 一 般 取 二 者 的 平 均 值l平 均 等 待 时 间 ： 一 般 以 磁 盘 旋 转 半 周 所 需 的时 间 为 准 。 6 4.数 据 传 输 率l磁 表 面 存 储 器 在 单 位 时 间 内 与 主 机 传 送 数据 的 位 数 或 字 节 数 。 计 算 公 式 为 ： Dr=n N 其 中 ： n为 转 速 ， 单 位 为 转 /秒 ； N为 磁 道 的 容 量 ， 单 位 为 字 节 。 单 位 为 ： 字 节 /秒 7 5.误 码 率l是 衡 量 磁 表 面 存 储 器 出 错 概 率 的 参 数 。 它等 于 从 辅 存 读 出 时 ， 出 错 信 息 位 数 和 读 出的 总 信 息 位 数 之 比 。6.价 格l通 常 用 “ 位 价 格 ” 来 比 较 各 种 存 储 器 ， 它等 于 ： 设 备 价 格 /容 量 。 在 所 有 的 存 储 设 备中 ， 磁 表 面 存 储 器 和 光 存 储 器 的 位 价 格 是最 低 的 。 8 9 磁 盘 结 构 名 词 解 释l盘 面 ：l磁 道 ：l柱 面 ： 硬 盘 每 个 盘 面 的 同 一 编 号 的 磁 道 构 成 柱 面l扇 区 ：l格 式 化 容 量 = 磁 头 数 *柱 面 数 *每 柱 面 扇 区 数 *每 扇 区 字 节 数 10 例 题 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 域 内 直 径 22cm， 外 直 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、 平 均 等 待 时 间 为 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 ？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 记 录 在 同 一 个 柱 面 上 ？ 11 解 ： 1、 有 效 存 储 区 域 长 度 =33/2-22/2=5.5（ cm） 道 数 =5.5 40=220道 ， 即 220个 柱 面 。 2、 内 层 磁 道 周 长 =2 3.14 11=69.08（ cm） 每 道 信 息 量 =400 69.08=27632位 =3454（ B） 盘 组 总 容 量 =3454 220 10=7598800（ B）3、 数 据 传 输 率 =2400/60 3454=13816（ B/秒 ）4、 平 均 等 待 时 间 =（ 60/2400） （ 1/2） =12.5（ ms）5、 最 小 单 位 是 一 个 扇 区 ， 其 编 址 方 式 可 为 如 下 格 式 ： 6、 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 。盘面号柱面号扇区号 12 1、 软 盘l 1967年 ， IBM公 司 推 出 世 界 上 第 一 张 软 盘 ， 直 径 32英 寸 。 4年后 又 推 出 一 种 直 径 8英 寸 的 表 面 涂 有 金 属 氧 化 物 的 塑 料 质 磁 盘 ，发 明 者 是 艾 伦舒 加 特 （ Alan Shugart， 后 离 开 IBM创 办 了 希捷 seagate公 司 ） ， 这 就 是 常 说 的 “ 软 盘 ” 的 父 辈 。l 1976年 8月 ， 艾 伦舒 加 特 宣 布 研 制 出 5.25英 寸 的 软 盘 （ 售价 390美 元 ） 。 1979年 索 尼 公 司 推 出 3.5英 寸 的 双 面 软 盘 ， 其容 量 为 875KB， 到 1983年 已 达 1MB， 即 我 们 常 说 的 3寸 盘 。l 软 盘 的 读 写 是 通 过 软 盘 驱 动 器 完 成 的 。 目 前 常 用 的 就 是 容 量为 1.44MB的 3.5英 寸 软 盘 。 软 盘 存 取 速 度 慢 ， 容 量 也 小 ， 但 可装 可 卸 、 携 带 方 便 。 13 软 盘l 软 盘 是 PC中 最 早 使 用 的 可 移 介 质 。 作 为 一 种 可 移 贮 存 方 法 ，它 是 用 于 那 些 需 要 被 物 理 移 动 的 小 文 件 的 理 想 选 择 。 软 盘 有八 寸 、 五 又 四 分 一 寸 、 三 寸 半 之 分 。l 软 式 磁 盘 驱 动 器 则 称 FDD， 软 盘 片 是 覆 盖 磁 性 涂 料 的 塑 料 片 ，用 来 储 存 数 据 文 件 ， 磁 盘 片 的 容 量 有 5.25“ 的 1.2MB， 3.5”的 1.44MB。l 以 3.5“ 的 磁 盘 片 为 例 ， 其 容 量 的 计 算 如 下 : 80(扇 区 )x18(磁 道 )x512 bytes(扇 区 的 大 小 )x2(双 面 ) = 1440 x1024 bytes = 1440 KB = 1.44MB 14 2、 硬 盘l 现 在 的 硬 盘 ,无 论 是 IDE还 是 SCSI,采 用 的 都 是 “ 温 彻 思 特 ” （ 1973年 IBM 3340问 世 ， 它 拥 有 “ 温 彻 斯 特 ” 这 个 绰 号 ， 来 源 于 他 两 个 30MB的 储 存 单元 ， 恰 是 当 时 出 名 的 “ 温 彻 斯 特 来 福 枪 ” 的 口 径 和 填 弹 量 ） 技 术 ,都 有以 下 特 点 ： 1、 磁 头 ， 盘 片 及 运 动 机 构 密 封 。 2、 固 定 并 高 速 旋 转 的 镀 磁 盘 片 表 面 平 整 光 滑 。 3、 磁 头 沿 盘 片 径 向 移 动 。 4、 磁 头 对 盘 片 接 触 式 启 停 ， 但 工 作 时 呈 飞 行 状 态 不 与 盘 片 直 接 接 触 。l 盘 片 ： 硬 盘 盘 片 是 将 磁 粉 附 着 在 铝 合 金 （ 新 材 料 也 有 用 玻 璃 ） 圆 盘 片 的表 面 上 .这 些 磁 粉 被 划 分 成 称 为 磁 道 的 若 干 个 同 心 圆 ， 在 每 个 同 心 圆 的 磁道 上 就 好 像 有 无 数 的 任 意 排 列 的 小 磁 铁 ， 它 们 分 别 代 表 着 0和 1的 状 态 。当 这 些 小 磁 铁 受 到 来 自 磁 头 的 磁 力 影 响 时 ， 其 排 列 的 方 向 会 随 之 改 变 。利 用 磁 头 的 磁 力 控 制 指 定 的 一 些 小 磁 铁 方 向 ， 使 每 个 小 磁 铁 都 可 以 用 来 储 存 信 息 。 15 硬 盘l 盘 体 ： 硬 盘 的 盘 体 由 多 个 盘 片 组 成 ， 这 些 盘 片 重 叠 在 一 起 放在 一 个 密 封 的 盒 中 ， 它 们 在 主 轴 电 机 的 带 动 下 以 很 高 的 速 度旋 转 ， 其 每 分 钟 转 速 达 3600， 4500， 5400， 7200甚 至 以 上 。l 磁 头 ： 硬 盘 的 磁 头 用 来 读 取 或 者 修 改 盘 片 上 磁 性 物 质 的 状 态 ，每 一 个 磁 面 都 会 有 一 个 磁 头 ， 从 最 上 面 开 始 ， 从 0开 始 编 号 。磁 头 在 停 止 工 作 时 ， 与 磁 盘 是 接 触 的 ， 但 是 在 工 作 时 呈 飞 行状 态 。 磁 头 采 取 在 盘 片 的 着 陆 区 接 触 式 启 停 的 方 式 ， 着 陆 区不 存 放 任 何 数 据 ， 磁 头 在 此 区 域 启 停 ， 不 存 在 损 伤 任 何 数 据的 问 题 。 读 取 数 据 时 ， 盘 片 高 速 旋 转 ， 由 于 对 磁 头 运 动 采 取了 精 巧 的 空 气 动 力 学 设 计 ， 此 时 磁 头 处 于 离 盘 面 数 据 区 0.2-0.5微 米 高 度 的 “ 飞 行 状 态 ” 。 既 不 与 盘 面 接 触 造 成 磨 损 ，又 能 可 靠 的 读 取 数 据 。 16 lIDE(Integrated Drive Electronics) 电 子 集 成 驱动 器 指 把 “ 硬 盘 控 制 器 ” 与 “ 盘 体 ” 集 成 在 一 起 的 硬 盘 驱 动 器 。把 盘 体 与 控 制 器 集 成 在 一 起 的 做 法 减 少 了 硬 盘 接 口 的 电 缆 数目 与 长 度 ， 数 据 传 输 的 可 靠 性 得 到 了 增 强 ， 硬 盘 制 造 起 来 变得 更 容 易 ， 硬 盘 生 产 厂 商 不 需 要 再 担 心 自 己 的 硬 盘 是 否 与 其它 厂 商 生 产 的 控 制 器 兼 容 。 对 用 户 而 言 ， 硬 盘 安 装 起 来 也 更为 方 便 。 IDE这 一 接 口 技 术 从 诞 生 至 今 就 一 直 在 不 断 发 展 ， 性能 也 不 断 的 提 高 ， 其 拥 有 的 价 格 低 廉 、 兼 容 性 强 的 特 点 ， 为其 造 就 了 其 它 类 型 硬 盘 无 法 替 代 的 地 位 。 17 SCSI(Small Computer System Interface)小 型 计 算 机系 统 接 口l 一 种 用 于 计 算 机 和 智 能 设 备 之 间 （ 硬 盘 、 软 驱 、 光 驱 、 打 印机 、 扫 描 仪 等 ） 系 统 级 接 口 的 独 立 处 理 器 标 准 。 SCSI是 一 种智 能 的 通 用 接 口 标 准 。 它 是 各 种 计 算 机 与 外 部 设 备 之 间 的 接口 标 准 。 这 种 接 口 具 有 以 下 特 性 ： l SCSI接 口 是 一 个 通 用 接 口 ， 在 SCSI母 线 上 可 以 连 接 主 机 适 配器 和 八 个 SCSI外 设 控 制 器 ， 外 设 可 以 包 括 磁 盘 、 磁 带 、 CD-ROM、 可 擦 写 光 盘 驱 动 器 、 打 印 机 、 扫 描 仪 和 通 讯 设 备 等 。 18 SCSI(Small Computer System Interface) lSCSI接 口 可 以 同 步 或 异 步 传 输 数 据 ， 同 步 传 输 速 率可 以 达 到 10MB/s， 异 步 传 输 速 率 可 以 达 到 1.5MB/s。 lSCSI接 口 接 到 外 置 设 备 时 ， 它 的 连 接 电 缆 可 以 长 达6m。 l这 种 接 口 是 一 种 便 于 系 统 集 成 、 降 低 成 本 和 提 高 效率 的 接 口 标 准 ， 越 来 越 多 的 设 备 将 使 用 SCSI接 口 标准 ， 因 此 ， 带 SCSI接 口 的 硬 盘 和 SCSI光 盘 驱 动 器 也越 来 越 多 。 19 l在 实 际 的 应 用 中 选 择 SCSI还 是 IDE， 关 键 在 于 你 的 需求 ， 如 果 你 只 是 一 个 普 通 的 电 脑 用 户 ， 你 完 全 不 用考 虑 SCSI设 备 。 但 是 换 句 话 说 ， 如 果 你 使 用 计 算 机来 做 视 频 捕 捉 、 影 像 编 辑 、 数 据 处 理 等 要 求 大 量 磁盘 数 据 输 入 /输 出 的 工 作 ， 相 信 SCSI绝 对 是 你 的 上 上之 选 ， 采 用 SCSI设 备 意 味 着 稳 定 、 高 速 ， 在 这 种 需求 的 情 况 下 选 用 廉 价 却 又 相 对 低 性 能 的 IDE硬 盘 是 得不 偿 失 的 。 20 3、 U盘 (Universal serial Bus)l U盘 即 USB盘 的 简 称 。 U盘 是 闪 存 的 一 种 ， 因 此 也 叫 闪 盘 。 最大 的 特 点 就 是 ： 小 巧 便 与 携 带 、 存 储 容 量 大 、 价 格 便 宜 。 是移 动 存 储 设 备 之 一 。 l 当 U盘 代 替 软 盘 成 为 人 们 常 备 的 移 动 存 储 工 具 时 ， 很 少 有 人 知道 ， U盘 不 是 产 品 名 称 而 只 是 一 个 公 司 注 册 的 闪 存 盘 商 标 ， 而这 个 发 明 世 界 第 一 款 闪 存 盘 ， 并 因 此 荣 获 闪 存 盘 全 球 基 础 性发 明 专 利 的 公 司 ， 其 创 始 人 、 发 明 专 利 持 有 者 之 一 、 哈 尔 滨朗 科 科 技 有 限 公 司 总 裁 吕 正 彬 ， 在 创 业 之 初 ， 就 在 哈 尔 滨 开发 区 海 外 学 人 创 业 园 安 了 家 ， 并 与 深 圳 朗 科 公 司 一 道 领 导 着全 球 移 动 存 储 行 业 的 发 展 潮 流 。l 朗 科 公 司 推 出 的 以 优 盘 为 商 标 的 闪 存 盘 是 世 界 上 首 创 基 于 USB接 口 ， 采 用 闪 存 （ Flash Memory） 介 质 的 新 一 代 存 储 产 品 。闪 存 盘 ， 是 中 国 在 计 算 机 存 储 领 域 二 十 年 来 唯 一 属 于 中 国 人 的 原 创 性 发 明 专 利 成 果 。 21 U盘l U盘 的 结 构 基 本 上 由 五 部 分 组 成 ： USB端 口 、 主 控 芯 片 、 FLASH（ 闪 存 ） 芯 片 、 PCB底 板 、 外 壳 封 装 。 其 中 ， 主 控 芯 片 可 由 部分 公 司 自 行 研 发 ， 而 价 格 最 贵 的 部 分 是 FLASH（ 闪 存 ） 芯 片 ，可 占 到 U盘 总 价 的 6/7左 右 。l U盘 的 基 本 工 作 原 理 也 比 较 简 单 ： USB端 口 负 责 连 接 电 脑 ， 是数 据 输 入 或 输 出 的 通 道 ； 主 控 芯 片 负 责 各 部 件 的 协 调 管 理 和下 达 各 项 动 作 指 令 ， 并 使 计 算 机 将 U盘 识 别 为 “ 可 移 动 磁 盘 ” ，是 U盘 的 “ 大 脑 ” ； FLASH芯 片 是 保 存 数 据 的 实 体 ， 其 特 点 是断 电 后 数 据 不 会 丢 失 ， 能 长 期 保 存 ； PCB底 板 是 负 责 提 供 相 应处 理 数 据 平 台 ， 且 将 各 部 件 连 接 在 一 起 。 当 U盘 被 操 作 系 统 识别 后 ， 使 用 者 下 达 数 据 存 取 的 动 作 指 令 后 ， USB移 动 存 储 盘 的工 作 便 包 含 了 这 几 个 处 理 过 程 。 22 U盘 U盘 是 指 采 用 闪 存 技 术 来 存 储 数 据 信 息 的 可 移 动 存 储 盘 。闪 存 与 传 统 的 电 磁 存 储 技 术 相 比 有 许 多 优 点 ：l 一 ， 这 种 存 储 技 术 在 存 储 信 息 的 过 程 中 没 有 机 械 运 动 ， 这 使得 它 的 运 行 非 常 的 稳 定 ， 从 而 提 高 了 它 的 抗 震 性 能 ， 使 它 成为 所 有 存 储 设 备 里 面 最 不 怕 震 动 的 设 备 。l 二 ， 由 于 它 不 存 在 类 似 软 盘 ， 硬 盘 ， 光 盘 等 的 高 速 旋 转 的 盘片 ， 所 以 它 的 体 积 往 往 可 以 做 得 很 小 。 而 现 在 的 MP3播 放 器 可以 做 得 很 小 的 原 因 就 是 因 为 采 用 了 这 种 存 储 技 术 。 23 U盘l闪 存 的 基 本 单 元 电 路 ， 与 EEPROM类 似 ， 写 入 方 法 与EEPROM相 同 ， 读 出 方 法 与 EPROM相 同 。 擦 除 方 法 是 在源 极 加 正 电 压 ， 把 注 入 至 浮 空 栅 的 负 电 荷 吸 引 到 源极 。 由 于 利 用 源 极 加 正 电 压 擦 除 ， 因 此 各 单 元 的 源极 联 在 一 起 。l随 着 半 导 体 技 术 的 改 进 ， 闪 存 也 实 现 了 单 晶 体 管 的设 计 ， 主 要 就 是 在 原 有 的 晶 体 管 上 加 入 了 浮 动 栅 和选 择 栅 。 24 4、 可 移 动 硬 盘l 以 硬 盘 为 存 储 介 制 ， 强 调 便 携 性 的 存 储 产 品 。 市 场 上 绝 大 多数 的 移 动 硬 盘 都 是 以 标 准 硬 盘 为 基 础 的 ， 因 此 移 动 硬 盘 在 数据 的 读 写 模 式 与 标 准 IDE硬 盘 是 相 同 的 。l 可 移 动 硬 盘 的 特 点 ：1） 容 量 大 移 动 硬 盘 能 在 用 户 可 以 接 受 的 价 格 范 围 内 ， 提 供 给 用 户 较 大的 存 储 容 量 和 不 错 的 便 携 性 。2） 传 输 速 度 移 动 硬 盘 大 多 采 用 USB接 口 ， 能 提 供 较 高 的 数 据 传 输 速 度 。不 过 移 动 硬 盘 的 数 据 传 输 速 度 还 一 定 程 度 上 受 到 接 口 速 度 的限 制 ， 尤 其 在 USB1.1接 口 规 范 的 产 品 上 ， 而 USB2.0和IEEE1394接 口 就 相 对 好 很 多 。 25 3） 使 用 方 便 现 在 的 PC都 配 备 了 USB功 能 。 USB设 备 在 多 数 版 本 的 WINDOWS中 ，可 以 不 需 要 安 装 驱 动 程 序 ， 具 有 真 正 的 “ 即 插 即 用 ” 特 性 ，使 用 起 来 灵 活 方 便 。4） 可 靠 性 提 升 移 动 硬 盘 以 高 速 、 大 容 量 、 轻 巧 便 捷 等 优 点 赢 得 许 多 用 户 的青 睐 ， 而 更 大 的 优 点 还 在 于 其 存 储 数 据 的 安 全 可 靠 性 。 这 类硬 盘 与 笔 记 本 电 脑 硬 盘 的 结 构 类 似 ， 多 采 用 硅 氧 盘 片 。 这 是一 种 比 铝 、 磁 更 为 坚 固 耐 用 的 盘 片 材 质 ， 并 且 具 有 更 大 的 存储 量 和 更 好 的 可 靠 性 ， 提 高 了 数 据 的 完 整 性 。 采 用 以 硅 氧 为材 料 的 磁 盘 驱 动 器 ， 以 更 加 平 滑 的 盘 面 为 特 征 ， 有 效 地 降 低了 盘 片 可 能 影 响 数 据 可 靠 性 和 完 整 性 的 不 规 则 盘 面 的 数 量 ，更 高 的 盘 面 硬 度 使 USB硬 盘 具 有 很 高 的 可 靠 性 。 26