外部存储器[优质参照]

1、第6章 外部存储器,硬盘 光盘储存系统,1,专业课件,计算机存储器系统分类,外部存储器概述,2,专业课件,硬盘是电脑的数据存储中心，电脑没有了硬盘，也许能够开机启动，但却无法保存你操作的任何步骤。 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、寻址和访问速度慢等,外部存储器概述,3,专业课件,硬盘的发展-雏形 1956年9月 著名的IBM的公司的一个工程小组将世界上首个“硬盘”展示给了大家，它并不是我们现在所说的完整意义上的硬盘，它仅仅是一个磁盘储存系统，现在来看较为落后的机械组件，庞大的占地面积，不由让人胆寒。他的名字叫做IBM 350 RAMAC（Random Acces

2、s Method of Accounting and Control,硬盘系统,4,专业课件,图中左边机柜中间的一个圆柱体容器，就是我们现在硬盘盘片的雏形 特点： 5M容量 占地面积大 机械组件,硬盘系统,5,专业课件,一共使用了50个直径为24英寸的磁盘，这些盘片表面涂有一层磁性物质，并且堆叠在一起，通过一个传动轴承是他可以顺利的工作。盘片由一台电动机带动，只有一个磁头，磁头上下前后运动寻找要读写的磁道,硬盘系统,6,专业课件,盘片上每平方英寸的数据密度只有2000bit，数据处理能力为1.1KB/s。 他的磁头可以直接移动到盘片上的任何一块存储区域，从而成功地实现了随机存储，此原理是后来的

3、温彻斯特盘的基础 。 售价是35000美元，平均每M要有7000美元的成本，而现在250G的才410元,硬盘系统,7,专业课件,硬盘的发展-温盘 在1968年，IBM颠覆了之前自己的设计，重新提出了“温彻斯特”（Winchester）技术的可行性，这次的提出的技术则奠定了以后硬盘所发展的方向。 “温彻斯特”技术的精隋在于提出了：“密封、固定并高速旋转的镀磁盘片，磁头沿盘片径向移动，磁头悬浮在高速转动的盘片上方，而不与盘片直接接触”，这也同样是我们现在硬盘所走的道路,硬盘系统,8,专业课件,1973年IBM终于推出了使用温彻斯特技术的第一块硬盘，型号为3340，它采用14英寸的规格，由两个分离的

4、盘片构成(一个固定的和一个可移动的)，每张盘片容量为30MB。并且硬盘首次使用了封闭的内部环境，并进一步发展了气动学磁头技术，将磁头与盘片之间的距离缩短到了17微英寸。 1979年，IBM再次发明了薄膜磁头，为进一步减小硬盘体积、增大容量、提高读写速度提供了可能。同期IBM的两位员工AlanShugart和FinisConner离开IBM后成立了希捷公司(Shugart Technology公司，也就是后来的Seagate希捷公司)，之后便推出了像5.25英寸大小的硬盘驱动器,硬盘系统,9,专业课件,硬盘系统,以后的发展历程： 体积：5.25英寸/全高 3.5英寸/半高(PC) 2.5英寸(笔

5、记本) 容量： 1040MB(8086/286) 100500MB(386/486) 11TB(目前) 传输速率：100KB/s50MB/s600MB/s (Serial ATA 3.0 ) 平均寻道时间： 80ms 5ms 转速： 3600转/s 15000转/s,10,专业课件,硬盘的分类 根据接口技术的不同来划分的，我们可以把硬盘分为 IDE硬盘 高端的SCSI硬盘 更为先进的Serial ATA硬盘,硬盘系统,11,专业课件,硬盘系统,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,12,专业

6、课件,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,13,专业课件,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,14,专业课件,4 . 硬盘的基本工作原理 初

7、始化：加电正常工作后，利用控制电路中的单片机初始化模块进行初始化工作，此时磁头置于盘片中心。 启动：主轴电动机将启动并以高速旋转，装载磁头的悬臂机构移动，将浮动磁头置于盘片表面的00道，处于等待指令的启动状态。 读/写：当接口电路接收到微机系统传来的指令信号后，通过前置放大控制电路，驱动音圈电动机发出磁信号，根据感应阻值变化的磁头对盘片数据信息进行正确定位，并将接收后的数据信息解码，通过放大控制电路传输到接口电路，反馈给主机系统完成指令操作。 断电：硬盘断电时，在力矩反弹的作用下，浮动磁头驻留到盘面中心,硬盘系统,15,专业课件,硬盘的主要性能指标,1)硬盘容量：硬盘容量用来描述硬盘能够存储多

8、少数据，一般以GB为计量单位，目前主流硬盘容量为80 GB400 GB。 2)主轴转速： 主轴转速是决定硬盘数据传输率的因素之一，其单位为RPM（Rotate Per Minute，转/分钟），一般市场硬盘转速有5400 r/m，7200 r/m，10000 r/m，15000 r/m。 3)高速缓存：高速缓存指在硬盘内部的高速存储器，目前硬盘的高速缓存为816 MB，SCSI硬盘的高速缓存更大，购买时应选高速缓存较大的硬盘,16,专业课件,4) 寻道时间：寻道时间是指硬盘磁头移动到数据所在磁道而所用的时间，其单位为毫秒（ms）。 5)平均寻道时间：平均寻道时间是指磁头移动到正中间的磁道需要的

9、时间，一般选用平均寻道时间为9 ms以下的硬盘。 6) 全程访问时间：全程访问时间是指磁头开始移动直到最后找到所需的数据块所用的全部时间，单位为毫秒（ms）。 7)平均访问时间：平均访问时间是指磁头开始找到指定数据的平均时间，单位为毫秒（ms），是平均寻道时间和平均潜伏时间之和,硬盘的主要性能指标,17,专业课件,8)潜伏时间：当磁头移动到数据所在磁道后，等待所要的数据块继续转动（半圈或多些、少些）到磁头下的时间，其单位为毫秒（ms）。 9) 道至道时间：表示磁头从一个磁道转移到另一个磁道的时间，单位为毫秒（ms）。 10)最大内部数据传输率：最大内部数据传输率也叫持续数据传输率（Sustai

10、ned Transfer Rate），单位为Mb/s。是指磁头至硬盘缓存间的最大数据传输率,硬盘的主要性能指标,18,专业课件,11)外部数据传输率：外部数据传输率也称为突发数据传输率，它是指从硬盘缓冲区读取数据的速率。在广告或硬盘特性表中常以数据接口速率代替，其单位为MB/s，例如UltraDMA/100技术的外部数据传输率可达100 MB/s。 12)单碟容量：一般IDE硬盘最多有四张碟片，一般每张碟片的容量为10 GB。而IBM公司生产五张碟片的硬盘，单碟容量大都在10 GB以上。 13)连续无故障时间（MTBF）：连续无故障时间是指在硬盘从开始运行到出现故障的最长时间，单位是小时（h）

11、。一般硬盘的MTBF至少在30000 h以上,硬盘的主要性能指标,19,专业课件,20,专业课件,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) 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。 一般硬盘在出厂之前都做过低级格式化,21,专业课件,硬盘的使用,2. 分区(DOS中使用FDISK) 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)。在windows系统中可查看或更改： 操作：我的电脑/

12、右键/管理/磁盘管理,22,专业课件,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。 FAT16方式的逻辑磁盘的最大容量为2GB。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(软盘为12位)二进制 。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2048GB。 和FAT16相比，FAT32

13、文件系统的簇所包含的扇区数少，如2GB的一个逻辑盘，FAT16的簇容量为32KB，而FAT32的簇容量为4KB。FAT32的磁盘利用效率比FAT16高约15%。但DOS和Windows3.x不支持FAT32。 NTFS:Windows NT文件系统，用于WindowsNT/2000/XP，是基于安全性的文件系统,硬盘的使用,23,专业课件,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,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

14、。FAT表记录着硬盘数据的存储地址，每一个文件都有一组FAT链指定其存放的簇地址。FAT表的损坏意味着文件内容的丢失。 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,硬盘的使用,24,专业课件,硬盘故障案例分析,25,专业课件,硬盘故障案例分析,CMOS检测不到硬盘 分析及处理：硬盘只要一加电，在CMOS中检测硬盘的时候，听一下硬盘发出的声音，如果声音是：“哒哒”然后就恢复了平静，就有比较大的把握判断硬盘大概没有问题；如果声音是“哒哒”，然后又是连续几次发出“咔哒咔哒”的声响的话，有很大的可能是硬盘出问题了。最坏的情况是自检时

15、硬盘出现“达、达、达”之类的周期性噪音，则表明硬盘的机械控制部分或传动臂有问题，或者盘片有严重损伤。 为了进一步判断，您可以将硬盘拆下来，接在其他的电脑上，然 后进入到CMOS中检测一下，如果也是检测不到的话，那就可以断定， 真的是硬盘问题了,26,专业课件,硬盘故障案例分析,现象： 在读取某一文件或运行某一程序时，硬盘反复读盘且出错或者要经过很长时间才能成功 硬盘会发出异样的杂音 启动时不能通过硬盘引导系统，用SYS命令传导系统也不能成功。这种情况很有可能是硬盘的引导扇区出了问题。 FORMAT硬盘时，到某一进度停止不前，最后报错，无法完成。 对硬盘执行FDISK时，到某一进度会反复进进退退

16、。 分析：硬盘出现坏道。首先我们应区别逻辑坏道还是物理坏道。简单说能通过format高级格式化去掉的坏道就是逻辑坏道，无法去掉就是物理坏道。逻辑坏道对硬盘影响不大，而物理坏道是有“传染性”的，一旦发现物理坏道就表示你硬盘有严重质量问题或硬盘寿命快到了，应赶紧处理或更换。 处理：如果能进入Windows 系统，则出错的盘/右击/属性/工具/差错/开始检查， Windows能在很大程度上对出现的坏簇作自动修正。 但这种方式能修复逻辑坏道，而不能自动修复物理坏道。针对物理坏道，有专门测试硬盘的仪器,27,专业课件,硬盘故障案例分析,开机后，屏幕上显示：“Invalid partition table

17、” 硬盘不能启动，可从软盘启动。 原因：一般是硬盘主引导记录中的分区表有错误 解决方法： 用NDD修复，它将检查分区表中的错误，若发现错误，将会询问您是否愿意修改，您只要不断地回答“Yes”即可修正错误，或者用备份过的分区表覆盖它也行。如果是病毒感染了分区表，格式化是解决不了问题的，可先用杀毒软件杀毒，再用NDD进行修复。 如果上述方法都不能解决，就先用FDISK重新分区，但分区大小必须和原来的分区一样，这一点尤为重要，分区后不要进行高级格式化，然后用NDD 进行修复。修复后的硬盘不仅能启动，而且硬盘上的信息也不会丢失。其实用FDISK分区，相当于用正确的分区表覆盖原来的分区表。尤其当用软盘启

18、动后不认硬盘时，可用此方法,28,专业课件,硬盘故障案例分析,微机无法用硬盘启动，检查CMOS参数没有问题。用软盘启动后可转入C:提示符，但是不能对硬盘进行任何操作。 故障分析：用软盘启动后可转入C:提示符，说明系统是可以识别硬盘驱动器的。硬盘不仅不能引导系统，而且也不能进行其他操作，说明故障原因可能是硬盘的主引导区或分区表遭到破坏，弄得硬盘不能正常工作。 处理办法：是从光盘引导系统，用“FDISK”命令对硬盘重新分区，然后再进行高级格式化，重装整个系统。因为有可能是病毒破坏系统，所以使用“FORMAT”命令加U参数(即无条件进行格式化 )进行高级格式化,29,专业课件,硬盘故障案例分析,开机

19、后自检完毕，从硬盘启动时死机或者屏幕上显示：“NO ROM Basic，System Halted”。 故障分析：造成该故障的原因一般是引导程序损坏或被病毒感染或是分区表中无自举标志，或是结束标志55AAH被改写。 处理：从软盘启动，执行命令“FDISK/MBR”即可。FDISK中包含有主引导程序代码和结束标志55AAH，用上述命令可使FDISK中正确的主引导程序和结束标志覆盖硬盘上的主引导程序，这一招对于修复主引导程序和结束标志55AAH的损坏既快又灵。对于分区表中无自举标志的故障，可用NDD迅速恢复,30,专业课件,硬盘故障案例分析,硬盘容量减少：一台电脑安装Windows2000，在安装

20、过程中选择了多重启动形式，并选择把Windows2000安装在NTFS5格式的分区下，导致硬盘出错。经多次修复无效后，就用DiskManager（DM）对硬盘进行低级格式化。接着重新启动后，硬盘就由原来的20G变成7.3G，剩下的空间不见了。 分析：NTFS5格式尽管兼容FAT32格式，但按微软的规定，强行同时使用NTFS5和FAT32格式化会导致不可预测的错误。安装失败和硬盘出错，应该都是由与这个原因引起的。但这种错误是不会导致硬盘容量减少的，所以关键问题应该出在对硬盘的低级格式化的过程中。后来发现低格时所用的DM是老版本的，有可能是该软件的版本太低，不兼容大容量硬盘。 处理：下载最新版本的

21、DM，再对硬盘进行低级格式化后重新启动，硬盘空间将全部回来,31,专业课件,在设置虚拟机里系统的时候居然盘符串位了，光驱变成了D，而硬盘则变成了E盘,硬盘故障案例分析,32,专业课件,硬盘故障案例分析,直接通过系统内置的功能来调整磁盘盘符,操作：我的电脑/右击/管理/磁盘管理/点击要更改的盘符/右键/更改驱动器名或路径/更改/指派,33,专业课件,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

22、：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,34,专业课件,光盘存储系统,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650MB，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4.7GB，双面单层9.4GB，双面双层17 GB,35,专业课件,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。 Photo CD：Kodak公司

23、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240X320，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,36,专业课件,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 480X640，伴音为5.1声道环绕

24、立体声，还包含有4通道的字幕。单面单层DVD盘(4.7GB)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,37,专业课件,光盘存储系统,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,38,专业课件,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150KB/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256KB。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,39,专业课件,7刻录光盘的识别刻录光盘的基础科技是建立在化学染料上的；染料的好坏对数据储存的可靠性与时间有很大影响。空白光盘根据颜色分为: 绿盘 蓝盘黄金盘白金盘,光盘存储系统,40,专业课件,1）Cyanine（绿盘）。最早的刻录光盘可能是太阳诱电（Taiyo Yuden）发明的Cyanine种类的CD-R。Cyanine中文一般译作“花菁染料”，太阳诱电