第七章外部存储器

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,正文,计算机硬件技术基础,第,23,页,第七章 外部存储器,硬盘,软盘系统,大容量可更换磁盘,光盘储存系统,计算机硬件技术基础,计算机存储器系统,和内存相比，外存的特点：容量大(单位容量成本低)、具有非易失性、寻址和访问速度慢、存储体可更换等。,计算机存储系统,内存,外存,磁存储器,光存储器,磁盘,磁带,软磁盘,硬磁盘,其他磁盘存储器,CD,DVD,DVD-R,.,VCD,CD-R,.,半导体存储器,Flash,电子盘,外部存储器概述,计算机硬件技术基础,7.1 硬盘系统,7.1.1 硬盘的发展,1973年，,IBM,又发明了,Winchester(,温氏)硬盘。80年代硬盘随微机的普及而广泛使用。,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：,1040,MB(8086/286) 100500MB(386/486), 150GB(,目前,),传输速率：,100,KB/s 50MB/s,平均寻道时间：,80,ms 5ms,转速：,3600转/,s 10000,转/,s,计算机硬件技术基础,7.1 硬盘系统,7.1.2 硬盘的结构,1. 内部结构,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。,计算机硬件技术基础,7.1 硬盘系统,2. 磁道、扇区和柱面,盘体：,盘体由多个同轴盘片组成，每个盘片都是双面存储，第一个盘片的第一面为0磁面，下一个为1磁面；第二个盘片的第一面为2磁面，以此类推。,磁道(,Track)：,磁面上均匀分布的同心圆存储轨迹。最外层为0磁道。,扇区(,Sector)：,磁道上等弧度划分的扇段。一般一个扇区的存储容量为512字节。,柱面(,Cylinder)：,各个盘面上同一编号磁道的组合。,单个扇区,外圈磁道,中圈磁道,内圈磁道,计算机硬件技术基础,7.1 硬盘系统,3. 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。具体内容见书上表7-1。,7.1.3 硬盘的使用,硬盘在使用之前必须经过低级格式化、分区和高级格式化三个步骤。,1. 低级格式化(,DOS,中,使用,LFORMAT,等软件),一般硬盘在出厂之前都做过低级格式化。,低级格式化的作用：创建磁道和扇区，写入每个扇区的头、尾信息。,低级格式化和操作系统无关。,计算机硬件技术基础,7.1 硬盘系统,2. 分区(,DOS,中使用,FDISK),将硬盘分成多个分区，每个分区可支持不同的操作系统，,PC,机常用的三种分区：,FAT(File Allocation Table)：,16,位,文件分配表,(,FAT16)，,用于,DOS、Windows3.x,的文件系统，,Windows9x/2000,继续支持。,用,FDISK,对硬盘进行分区时，可将硬盘分为一个主分区和一个扩展分区，扩展分区可分成多个逻辑分区，每个分区对应一个逻辑磁盘(卷)。,FAT16,方式的逻辑磁盘的最大容量为2,GB。,硬盘的分配单位是,“,簇,”,(一般包括多个扇区)，并将全部簇编号，,FAT16,文件系统中簇的编号为16位二进制,计算机硬件技术基础,7.1 硬盘系统,(软盘为12位)。每个簇包含的扇区数因逻辑盘容量而异。,FAT32：,32,位,文件分配表，,用于,Windows9x/2000,的文件系统，用32位二进制对簇进行编号，支持逻辑最大容量位2048,GB。,和,FAT16,相比，,FAT32,文件系统的簇所包含的扇区数少，如2,GB,的一个逻辑盘，,FAT16,的簇容量为32,KB，,而,FAT32,的簇容量为4,KB。FAT32,的磁盘利用效率比,FAT16,高约15%。但,DOS,和,Windows3.x,不支持,FAT32。,NTFS：,WindowsNT,文件系统，用于,WindowsNT,/2000，,是基于安全性的文件系统。,计算机硬件技术基础,3,. 高级,格式化,(,DOS,中使用,FORMAT),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。,引导区：,磁盘参数和引导程序等。,引导区,文件分配表,文件根目录,数据区,文件分配表(,FAT)：,数据区的每一个簇对应文件分配表中的两个字节，表示该簇被某文件占用并指明该文件下一簇。,文件根目录,：,一个文件的目录称为一个目录项，,FAT16,中占32个字节。存放文件名、修改日期时间、文件长度及起始簇。,7.1 硬盘系统,计算机硬件技术基础,文件名,文件长度,日期时间,起始簇号,第二簇号,文件起始簇,第三簇号,文件第二簇,第四簇号,文件第三簇,FFFF,文件最后簇,目录区,文件分配表,数据区,计算机硬件技术基础,7.2 软磁盘系统,和硬盘系统相比，软盘的容量和读写速度都低的多，但盘片可更换。,7.2.1 软盘系统构成,软盘系统由软盘控制器、软盘驱动器、软盘盘体和接口电缆组成。,完成总线与软驱接口的电路,由读写磁头及磁头移动机构、主轴电机、编解码电路和接口电路等组成,计算机硬件技术基础,7.2 软磁盘系统,7.2.2 软盘接口,软盘控制器到软盘驱动器的接口为34线专用接口(一般在主板上标有,FLOPPY)。,通过扁平电缆连接。可同时安装两个软盘驱动器，盘符分别为,A,和,B。,主机板,FLOPPY,5.25,英寸,A,驱,5.25,英寸,B,驱,3.5,英寸,A,驱,3.5,英寸,B,驱,计算机硬件技术基础,7.2 软磁盘系统,7.2.3 软盘,PC,机软盘最早为8英寸，,IBM-PC,机中使用的为5.25英寸和3.5英寸，目前5.25英寸已基本淘汰。,5.25英寸软盘有360,KB,和,1.2,MB,两种格式，3.5英寸软盘有720,KB、1.44MB,和,2.88,MB,三种，2.88,MB,软盘没有推广使用。,面数,5.25英寸360,KB,5.25英寸1.2,MB,3.5英寸720,KB,3.5英寸1.44,MB,2,2,2,2,3.5英寸2.88,MB,2,软盘类型,每面,磁道数,40,80,80,80,80,每磁道扇区数,9,15,9,18,36,每扇区字节数,512,512,512,512,512,磁道密度(,mm),0.3,0.155,0.115,0.115,0.115,磁盘容量 = 面数,X ,每面磁道数,X ,每磁道扇区数,X ,每扇区字节数,计算机硬件技术基础,7.3 大容量可更换磁盘,7.3.1 简介,大容量可更换介质磁盘系统是软磁盘的更新换代产品，其容量、传输速度、盘片转速、寻道时间等指标介于硬盘和软盘系统之间，多数指标接近硬盘系统。,主要应用于大量数据的移动复制。,可更换介质存储器系统,磁介质,光介质,磁带,大容量可更换磁盘,各种光盘,软磁盘,计算机硬件技术基础,7.3 大容量可更换磁盘,关键技术：,一般大容量可更换磁盘系统使用了激光定位等更精确的磁头定位技术，使磁头的定位精度接近硬盘，从而大大提高磁道密度。,接口：,大容量可更换磁盘系统的结构有内置和外置两种，其接口有,IDE(,内置,)、,SCSI(,外置,)、,USB(,外置,)、,并行口,(,外置,)和,PCMCIA(,用于笔记本电脑，外置,),几种。,兼容性：,部分可更换系统的驱动器兼容3.5寸软盘，它们可已读写3.5寸720,KB,和,1.44,MB,软盘。,前景：,目前大容量可更换磁盘的使用并不普及，主要原因是英特网和光盘的迅速发展。,7.3.2 常用的磁光盘驱动器,计算机硬件技术基础,公司,ZIP,Iomega,类型,容 量,(,MB),100,250,平均传输速率(,KB/s),平均寻道时间(,ms),盘片转速(转/分),800 1400,29,2491,LS-120,(,SuperDisk,),3,M,(,Imation,),120,484,(,IDE),290,(,并口,),70,720,Bernolli,贝努利,Iomega,35/65/ 105/150,18,3600,Jaz,Iomega,1G,2G,5400,7350,10,5400,5394,SparQ,SyQuest,1G,1250,12,5400,235,SyQuest,235,1250,(,并口,),2400,(IDE),13.5,特点,3.5英寸，有内置(,IDE),和外置(,SCSI/,并口,),3.5英寸兼容1.44,M,软盘,可作为,A,盘启动系统,大容量，性能接近硬盘，,外置(,SCSI,),有内置(,IDE),和外置(,并口,),内置(,IDE),和外置(,SCSI,),各种可更换磁盘系统简表,计算机硬件技术基础,7.4 光盘存储系统,最早的光盘存储系统是,CD(Compact Disc:,数字,激光唱片,),和,LD(Laser Disc:,激光视盘，模拟方式,)。将,CD,进行纠错方面的改进后用于计算机数据存储。,光盘储存系统的特点,容量大：,CD:650MB,DVD:17GB。,成本低：,位成本远低于磁性储存。,可靠性：,抗磁，无磨损。,速率：,高于软盘，低于硬盘。,可写性：,有只读和可擦写型。,数据区螺旋型数据轨道,中心孔,空白区,7.5,mm,17.5,mm,60,mm,计算机硬件技术基础,7.4 光盘存储系统,7.4.1 光盘的种类,目前光盘储存系统有,CD,和,DVD,两类：,CD,：,存储容量约650,MB,，,按读写属性可分为只读、一次可写，可擦写三种。,DVD：,可双面存储信息，而且每面可存储两层信息。,单面单层4.7,GB，,双面单层9.4,GB，,双面双层17,GB,。,CD,CD-ROM,VCD,CD-I,PhotoCD,CD-R,CD-RW,DVD,DVD-ROM,DVD-R,DVD-RW,计算机硬件技术基础,7.4 光盘存储系统,1. CD,类光盘,按应用和介质分类,CD-DA(Digital Audio)：,激光唱盘。,CD-ROM(Read Only Memory),：,只读光盘,，,作为电子出版物载体。,PhotoCD,：,Kodak,公司制定的，用压缩方式存储数字照片的,CD,格式标准。,CD-I(Interactive)：,一种支持交互的,CD,技术规范。,VCD(Video CD)：,用,MPEG-1,压缩方式存储数字化视频和音频的,CD,标准。其视频分辨率约为240,X320,，,伴音为双声道立体声，播放时间约74分钟。,CD-R(,Recordable,)：,可写入的介质光盘，可分多次写入。,CD-RW(,ReWritable,)：,可擦写的介质盘。,计算机硬件技术基础,7.4 光盘存储系统,2.,DVD,类光盘,DVD(Digital Video Disk)：,用,MPEG-2,压缩方式存储数字化视频和音频高密度光盘标准。其视频分辨率约为 480,X640，,伴音为5.1声道环绕立体声，还包含有4通道的字幕。单面单层,DVD,盘(4.7,GB),可存储135分钟节目。,DVD-R：,可写入的介质光盘，可分多次写入。,DVD-RW：,可擦写的介质盘。,7.4.2,CD-ROM,数据格式,经过对,CD-DA,的数据格式的改进，增强纠错功能形成了,CD-ROM,的数据格式，经过标准化后形成,High Sierra,格式，用于一般的只读,CD,盘(模式1)。,计算机硬件技术基础,7.4 光盘存储系统,为了使光盘具备多重会话能力，产生,CD-ROM XA,扩展标准(模式2)。包括两种格式。,同步,(12字节),头部,(8字节),用户数据,(2048字节),纠错/检错码(284字节),同步,(12字节),头部,(8字节),用户数据,(2048字节),纠错码,(280字节),模式2，格式1,子头部,(8字节),检错码,(4字节),模式1,同步,(12字节),头部,(8字节),用户数据,(2324字节),模式2，格式2,子头部,(8字节),检错码,(4字节),计算机硬件技术基础,7.4 光盘存储系统,7.4.3 光盘驱动器,1. 光驱原理,3. 光驱类型：,只读型(,CD-ROM),一次写入型(,CD-R),可擦写型(,CD-RW),直接重写型(,OverWrite,),4.,读写方式,恒定角速度,恒定线速度,真倍速/多光束,激光,二极管,移动,反光镜,平行移,动机构,激光,检测器,光盘及,旋转机构,计算机硬件技术基础,7.4 光盘存储系统,5.,光驱的主要技术指标, 传输速率,标准速率为150,KB/s,。N,倍速光驱的最大传输速率为,NX150KB/s。,对恒定角速度光驱为读外圈光道时的速度。,可写光驱的写速度一般比读速度低的多。, 访问时间,接到指令到读出第一个字节的平均时间(光盘处于全速旋转时)。, 缓存容量,一般为256,KB,。,较大的缓存可以提高,CPU,效率。,6. 光驱接口,内置一般为,IDE,接口，外置有,SCSI,、USB,和并行口三种。,计算机硬件技术基础,