计算机外存储设备

1、第六章第六章 外存储设备外存储设备（标*号者可不讲）6.1 外存储设备概述外存储设备都是计算机的辅助存储设备，是主存的后备和扩充。外存即是辅存。辅存的特点是存储容量大、可靠性高、价格低。辅存主要分类如下：磁表面存储器光存储器磁盘磁带存储器软盘存储器硬盘存储器磁盘阵列存储器辅存软盘存储器是计算机常用外部设备。由盘片和驱动器两部分组成。一、软盘盘片信息的存储介质有5.25英寸和3.5英寸两种（3寸盘和5寸盘）依靠磁性记录数据。磁盘有磁头读写孔和写保护口。盘内记录格式为：1扇区2扇区0道n道6.2 软盘存储器磁盘表面有上百万个磁性存储元。存储元的大小和缝隙宽度、磁头与磁表面距离、电流强度有关。软盘盘

2、片的记录方式：磁头运动方向磁层聚脂膜N S S N读线圈写线圈铁芯二、软盘驱动器软盘驱动器是软盘盘片的读写装置。包括： 磁头及读写电路进行电磁转换，每片分上下两个记录面，相应用两个磁头读写。 盘片驱动机构带动盘片旋转，由主轴电机及稳速电路组成，转速可达600转/分。 磁头定位机构驱动磁头沿盘片径向运动读写，由磁头驱动电机及控制电路组成。 控制逻辑电路协调驱动器各部分工作。盘片的高速旋转和上下两个磁头的径向往返运动，保证磁头可对盘片所有记录表面读写。1、面数：单面0、双面0，1 ，现均用双面盘。2、磁道：是以盘片中心为圆心的同心圆。每个圆周为一个磁道。磁道从外向里排号，最外圈为0磁道。常用的5寸

3、、3寸软盘均有80个磁道。3、扇区：将每个磁道分成若干段，每个段为一个扇区，是软盘的基本存储单位，每个扇区存放512个字节。扇区编号从1开始。常用5寸高密软盘每磁道有 15个扇区，3寸高密盘每磁道有18个扇区。4、存储密度：包括道密度和位密度。道密度TPI：磁盘径向每英寸长度所包含的磁道数。位密度BPI：磁盘磁道上每英寸长度所记录的bit数。由于每磁道上扇区数以及每扇区字节数完全相等，因此越靠近盘心磁道越短，位密度也就越高。三、主要技术指标5、存储容量：一般指软盘格式化后的容量=磁盘面数每面磁道数每道扇区数每扇区字节数3英寸软盘容量为：28018512=1474560B1.44MB5英寸软盘容

4、量为：28015512=1228800B1.2MB6、寻址时间：磁头从启动位置到达读写位置所经历 的全部时间，包括寻道时间和平均等待时间(磁盘 旋转半周所需时间)。3寸软驱寻址时间约为144ms。7、数据传输速率：指磁头在磁盘上找到相应的地址 后，每秒读写的字节数。可通过下述方法计算： 传输速率=每磁道上全部字节数/旋转一周时间 传输速率=每扇区字节数扇区数/旋转一周时间 5寸盘数据传输速率约为45KB/S，3寸盘约为54KB/S8、误码率：出错信息位数与读出总信息位数之比。 不要将软盘在阳光下暴晒；远离磁场、防潮、防尘、保持清洁。 不要挤压；不要用手触摸读写孔处的盘片部分，特别要保护好零磁道

5、（外缘）。 新的软盘（白盘）在使用前要进行格式化处理，以后则不需每次格式化。 磁盘有损伤时可重新格式化丢弃坏磁道。四、软盘的使用与维护一、硬盘存储器的组成自IBM公司1968年提出“温彻斯特”技术，采用这一技术的硬盘就有了“温盘”这一别称。多个硬盘盘片与硬盘驱动器密封组装构成“温盘”。硬盘盘片由铝基上下两面涂敷磁记录介质构成。硬盘驱动器同轴固定平行安装多个硬盘盘片，每一片的上下两面各有一个读写磁头。在存取数据时，盘片旋转而磁头沿盘面做径向运动从而实现定位。硬盘体积小、密封性好、可靠性高、容量大。但硬盘不可随意拆卸！6.3 硬盘存储器主轴电机磁头电机磁头盘片二、硬盘性能指标 硬盘性能指标包括盘径

6、、接口类型、磁头数、柱面数、扇区数、数据传输速率等。 与软盘不同，一个硬盘由多个盘片组成，每片上磁道数相同，所有盘片上相同位置的磁道合在一起叫做一个柱面。硬盘格式化后的容量等于： 磁头数柱面数每柱面扇区数每扇区字节数 微机中硬盘各个扇区的大小一般为512字节。转数一般为2400r/min 7200r/min，高于软盘多倍。因此存取速度也快于软盘，容量、密度均大于软盘。 硬盘按盘径可分为5.25英寸、3.5 英寸、2.5 英寸等几种，且越来越小。现在微机常用3.5 英寸硬盘。 硬盘容量早期10MB，现已达十几至几十个GB。厂家按10进制标识，而计算机按2进制格式化后会变小。三、硬盘区域的划分格式

7、化后的硬盘，由格式化软件把硬盘划分为四个区域：即主引导记录区、DOS引导记录区、文件分配表和文件目录区，其中：主引导记录区位于0柱面0磁头1扇区，存放硬盘的主引导程序和硬盘分区表；DOS引导记录区位于0柱面1磁头1扇区，存放DOS的引导程序和硬盘格式化后的若干重要参数以及文件分配表和文件目录的存放位置。病毒感染破坏了这两个区域数据，计算机即瘫痪。其他两个区域存放的都是有关文件的重要数据。计算机中，一个物理的硬盘驱动器可以经格式化划分为多个逻辑驱动器，使计算机可以有C、D、E、F等多个逻辑硬盘，方便使用和文件管理。但多个逻辑硬盘中，只有C盘能够启动计算机操作系统。IDE（Intergrate d

8、rive Election)接口： 40条通信线，数据宽度16位，传输速率约1.5MB/s； 最多可连接2台IDE接口设备，每台最大容量528MB； 内部接口连在主板的IS A总线上。属于设备级接口。EIDE（Enhanced IDE）接口： 数据宽度32位，传输速率达18MB/s以上； 支持大容量硬盘和其他外设，如光驱和磁带机等； 具有主、辅两个插口，每插口可联2台EIDE设备。主插口直连局部总线，用于挂接硬盘等高速外设；辅插口一般连ISA总线，可挂接光驱等慢速设备。 1997年推出Ultra DMA 33标准，1998年推出Ultra DMA 66标准，使EIDE接口的性能有了大幅提高：数

9、据传送更加可靠，对CPU干扰更少，突发数据的传输速率可达33MB/s或66MB/s。四、硬盘接口类型SCSI(Small Computer System Interface)接口: 将原来磁盘控制器功能全部转移到设备驱动器上； 以标准的50条电缆和协议与主机交换数据，现扩展为68条连线； 传输速率为5MB/s40MB/s，现最高已达160MB/s； 可接多达32个SCSI设备，除硬盘外可接光驱、磁带机和扫描仪等； 挂接设备无主、辅之分，可以同时并行工作，是系统级的标准接口，现广泛用于中小型计算机、各种网络服务器。四、硬盘接口类型 硬盘适配器也叫硬盘控制器，是连接主机与硬盘驱动器的一个接口控制电

10、路。它不但实现主机对硬盘驱动器的各种控制，而且完成主机与硬盘之间的信息交换。 早期PC机的硬盘适配器叫多功能卡，插在主机扩展槽上，接口标准采用ST506/412，现均已淘汰。 现在微机普遍采用EIDE接口标准，并且将硬盘适配器做在主板上直接和PCI局部总线相连。这种硬盘适配器不但可最多控制四个硬盘驱动器，而且也可用来控制CD-ROM光盘驱动器和磁带机等。五、EIDE硬盘适配器硬盘驱动器1硬盘驱动器2光盘驱动器EIDE接口硬盘驱动器系统总线1、什么是磁盘阵列？将多个独立的磁盘组成一个独立的逻辑盘，通过数据在多个物理盘上的分割交叉存储和并行访问得到较高的逻辑性能。2、磁盘阵列存储器的特点 小盘径磁

11、盘驱动器阵列比单一的大型驱动器成本低、功耗低、误码率低，可靠性高且能连续工作； 由于采用数据分块和交叉存储技术，磁盘阵列具有高传输速率和I/O吞吐率，可实现数据并行处理； 磁盘阵列具有海量存储能力，1024GB已属平常； 访问负载均匀分布在所有磁盘，延长磁盘使用期； 阵列的控制、数据的分块和拼接、磁盘阵列的并行调度等阵列控制功能全部固化在阵列控制卡上。6.4 磁盘阵列存储器3、磁盘阵列存储器的缺点：整个系统的可靠性仍不很高，一处损伤影响全局。4、解决方法：冗余码进行纠错廉价磁盘冗余阵列（Redundant Array of Inexpensive DiskRAID）廉价磁盘冗余阵列共分为六个级

12、别：RAID0 无冗余和无校验的数据分块RAID1 镜像磁盘阵列RAID2 采用海明码纠错的磁盘阵列RAID3 采用奇校验码的磁盘阵列RAID4 采用偶校验码的磁盘阵列RAID5 无独立校验盘的磁盘阵列 磁带存储器由磁带和磁带机两部分组成。 磁带是表面磁性存储器，单面记录，一般磁带上有九条磁道，八条数据道和一条奇偶校验道。 磁带宽度：1/4英寸，1/2英寸，1英寸 磁带长度： 600英尺，1200英尺， 2400英尺 记录密度：800、1600、6250bpi（位/英寸）磁带特点：信息串行按顺序读写，不能随机读写； 存储容量大；访问速度慢；成本低廉。 只能作为小型、微型计算机硬盘的备份装置。6

13、.5 磁带存储器一、光盘概述 光盘存储器是利用激光束以非接触方式在光盘记录表面上存储和读取信息的。光盘上信息一般可保存达十年，而磁盘仅为两、三年。 激光的高度聚焦性能使光盘记录密度远高于磁盘。例如3寸磁盘为80磁道/英寸，双面容量为1.44MB，而光盘则为16000轨道/英寸，单面容量即达650MB，DVD则更大。 光盘存储器由单面读写的光盘盘片和光盘驱动器组成，通常使用与硬盘相同的EIDE接口，也有的使用SCSI接口。 光盘存储器的类型可分为三种，相应光盘也有三种： 只读式光盘（CD-ROM）：工厂制造，用户只能读出； 一次写入光盘（CD-R）；用户可写一次，以后只读； 重复读写光盘（CD-

14、RW）；可重复读写，类似硬盘。6.6 光盘存储器CD-ROM盘片一般由聚碳酸脂塑料模压制成，上面密布代表信息的坑点，坑点上镀有一层极薄反光铝膜，最后覆盖一层透明的保护膜。当用激光束照射时，由反射光的强弱即可知晓其上记录的二进制数据0和1；CD-R一次写入式光盘在写入时，将激光束聚焦成1 2m的微小光点，融化盘表面的碲合金薄膜形成凹坑，以此代表数据1，无凹坑处代表0。读出数据时则利用它们反射激光的光强差别判别二进制信息。由于读出功率远小于写入功率，故不会融出新的凹坑。CD-RW重复读写光盘采用具有可逆变化过程的磁光材料或相变材料作为记录介质，利用激光能量使其发生可逆变化。以磁光材料为例：写入时，

15、激光能产生的高温使磁光材料达到居里点,从而在辅助磁场的作用下改变磁化状态，写完后材料温度降低到居里点以下，磁化状态得以保持。读出时根据磁场可使反射光偏振面发生偏转的现象(克尔效应)判读识别出二进制信息。二、光盘的存取原理光盘上只有一条记录轨迹光道。光道呈平面螺旋状从中心开始旋向外缘，共分2730万个扇区，每个扇区有2048字节，另外每个扇区首端还有16字节的同步信号和扇区地址，在最后位置上还有288字节的信息用于校验和纠错，因此光盘每扇区共有2352字节，故一般光盘都可记录有650MB的信息。四、光盘的性能指标盘片直径：常用光盘直径为120mm/4.75英寸。存取容量：常用4.75英寸光盘的标准容量为650MB。传输速率：基本传输速率为150KB/s，2倍速为300KB/s 12倍速为1.8MB/s，40倍速则达6MB/s。主要缺点：存取速度慢,平均访问时间100ms，硬盘14ms 数据传送速率低，而硬盘可达18MB/s。三、光盘的存储格式 微机中光盘驱动器通常采用EIDE接口，并且安装于EIDE接口的辅助插口上。 安装前，需要对光盘跳线进行设置，使与插口一致。 若使用声卡音箱，则还要连接好音频输出线。 使用时要避免划伤、压坏光