第七章外部存储器

1、第七章 外部存储器 硬盘 软盘系统大容量可更换磁盘 光盘储存系统第 2 页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CDDVDDVD-R .VCDCD-R .半导体存储器Flash电子盘外部存储器概述第 3 页计算机硬件技术基础7.1 硬盘系统硬盘系统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

2、英寸(用于笔记本PC)容量： 1040MB(8086/286) 100500MB(386/486) 150GB(目前)传输速率： 100KB/s 50MB/s平均寻道时间： 80ms 5ms转速： 3600转/s 10000转/s第 4 页计算机硬件技术基础7.1 硬盘系统硬盘系统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。第 5 页计算机硬件技术基础7.1 硬盘系统硬盘系统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

3、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第 6 页计算机硬件技术基础7.1 硬盘系统硬盘系统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(D

4、OS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。第 7 页计算机硬件技术基础7.1 硬盘系统硬盘系统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

5、一个逻辑磁盘(卷)。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位二进制第 8 页计算机硬件技术基础7.1 硬盘系统硬盘系统(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2048GB。 和FAT16相比，FAT32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

6、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。 第 9 页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 硬盘系统硬盘系统文

7、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第 11 页计算机硬件技术基础7.2 软磁盘系统软磁盘系统 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第 12 页计算机硬件技术基础7.2 软磁盘系统软磁盘系统 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

8、软盘驱动器，盘符分别为A和B。主机板FLOPPY5.25英寸A驱5.25英寸B驱3.5英寸A驱3.5英寸B驱第 13 页计算机硬件技术基础7.2 软磁盘系统软磁盘系统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360KB和1.2MB两种格式，3.5英寸软盘有720KB、1.44MB和2.88MB三种，2.88MB软盘没有推广使用。面数5.25英寸360KB5.25英寸1.2MB3.5英寸720KB3.5英寸1.44MB22223.5英寸2.88MB2软盘类型每面磁道数4080808080每磁道扇区数

9、91591836每扇区字节数512512512512512磁道密度(mm)0.30.1550.1150.1150.115磁盘容量 = 面数 X 每面磁道数 X 每磁道扇区数 X 每扇区字节数第 14 页计算机硬件技术基础7.3 大容量可更换磁盘大容量可更换磁盘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第 15 页计算机硬件技术基础7.3 大容量可更换磁盘大容量可更换磁盘关键技术：一般大容

10、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720KB和1.44MB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公司ZIPIomega类型容 量(MB)100250平均传输速率(KB/s)平均寻道时间(ms)盘片转速(转/分)800 140

11、0292491LS-120(SuperDisk)3M(Imation)120484(IDE)290(并口)70720Bernolli贝努利Iomega35/65/ 105/150183600JazIomega1G2G540073501054005394SparQSyQuest1G1250125400235SyQuest2351250(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1.44M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第 17

12、 页计算机硬件技术基础7.4 光盘存储系统光盘存储系统 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7.5mm17.5mm60mm第 18 页计算机硬件技术基础7.4 光盘存储系统光盘存储系统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650MB，按

13、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。CDCD-ROMVCDCD-IPhotoCDCD-RCD-RWDVDDVD-ROMDVD-RDVD-RW第 19 页计算机硬件技术基础7.4 光盘存储系统光盘存储系统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

14、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。第 20 页计算机硬件技术基础7.4 光盘存储系统光盘存储系统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声道环绕立体声，还包含有4通道的字幕。单面单层DVD盘(4.7GB)可存储1

15、35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)。第 21 页计算机硬件技术基础7.4 光盘存储系统光盘存储系统 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)第 22 页计算机硬件技术基础7.4 光盘存储系统光盘存储系统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