外部存储器教学课件.ppt
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1、第第6 6章章 外部存储器外部存储器 硬盘硬盘 光盘储存系统光盘储存系统1计算机存储器系统分类计算机存储器系统分类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外部存储器概述2l硬盘是电脑的数据存储中心,电脑没有了硬盘,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也许能够开机启动,但却无法保存你操作的任何步骤。何步骤。l和内存相比,外存的特点:容量大和内存相比,外存的特点:容量大(单位容量成单位容量成本低本低)、具有非易失性、寻址和访问速度慢等。、具有
2、非易失性、寻址和访问速度慢等。外部存储器概述外部存储器概述3硬盘的发展硬盘的发展-雏形雏形l1956年年9月月 著名的著名的IBM的公司的一个工程小的公司的一个工程小组将世界上首个组将世界上首个“硬盘硬盘”展示给了大家,它展示给了大家,它并不是我们现在所说的完整意义上的硬盘,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。他的名字叫做人胆寒。他的名字叫做IBM 350 RAMAC(Random Access Method of Accountin
3、g and Control)。)。硬盘系统硬盘系统4l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l特点:l5M容量l占地面积大l机械组件硬盘系统硬盘系统5l一共使用了一共使用了50个直个直径为径为24英寸英寸的磁盘,的磁盘,这些盘片表面涂有这些盘片表面涂有一层磁性物质,并一层磁性物质,并且堆叠在一起,通且堆叠在一起,通过一个传动轴承是过一个传动轴承是他可以顺利的工作。他可以顺利的工作。盘片由一台电动机盘片由一台电动机带动,只有一个磁带动,只有一个磁头,磁头上下前后头,磁头上下前后运动寻找要读写的运动寻找要读写的磁道。磁道。硬盘系统硬盘系统6l盘片上每平方英寸的数据密度只有盘片
4、上每平方英寸的数据密度只有2000bit,数据处理能力为,数据处理能力为1.1KB/s。l他的磁头可以直接移动到盘片上的任何一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,块存储区域,从而成功地实现了随机存储,此原理是后来的温彻斯特盘的基础此原理是后来的温彻斯特盘的基础。l售价是售价是35000美元,平均每美元,平均每M要有要有7000美美元的成本,而现在元的成本,而现在250G的才的才410元。元。硬盘系统硬盘系统7硬盘的发展硬盘的发展-温盘温盘l在在1968年,年,IBM颠覆了之前自己的设计,重新颠覆了之前自己的设计,重新提出了提出了“温彻斯特温彻斯特”(Win
5、chester)技术的可)技术的可行性,这次的提出的技术则奠定了以后硬盘所行性,这次的提出的技术则奠定了以后硬盘所发展的方向。发展的方向。l“温彻斯特温彻斯特”技术的精隋技术的精隋在于提出了:在于提出了:“密封、密封、固定并高速旋转的镀磁盘片,磁头沿盘片径向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与盘片直接接触”,这也同样是我们现在硬盘,这也同样是我们现在硬盘所走的道路。所走的道路。硬盘系统硬盘系统8l1973年年IBM终于推出了使用终于推出了使用温彻斯特技术的第一块温彻斯特技术的第一块硬盘,型号为硬
6、盘,型号为3340,它采用,它采用14英寸的规格,由两个英寸的规格,由两个分离的盘片构成分离的盘片构成(一个固定的和一个可移动的一个固定的和一个可移动的),每张,每张盘片容量为盘片容量为30MB。并且硬盘首次使用了封闭的内部。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盘片之间的距离缩短到了17微英寸。微英寸。l1979年,年,IBM再次发明了薄膜磁头,为进一步减小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。硬盘体积、增大容量、提高读写速度提供了可能。同期同期IBM的两
7、位员工的两位员工AlanShugart和和FinisConner离离开开IBM后成立了希捷公司后成立了希捷公司(Shugart Technology公司,公司,也就是后来的也就是后来的Seagate希捷公司希捷公司),之后便推出了像,之后便推出了像5.25英寸大小的硬盘驱动器。英寸大小的硬盘驱动器。硬盘系统硬盘系统9硬盘系统硬盘系统l以后的发展历程:以后的发展历程:l体积:体积:5.25英寸英寸/全高全高 3.5英寸英寸/半高半高(PC)2.5英寸英寸(笔记本笔记本)容量:容量:1040MB(8086/286)100500MB(386/486)11TB(目前目前)传输速率:传输速率:100KB
8、/s50MB/s600MB/s(Serial ATA 3.0)平均寻道时间:平均寻道时间:80ms 5ms转速:转速:3600转转/s 15000转转/s10l硬盘的分类硬盘的分类l根据接口技术的不同来划分的,我们可以根据接口技术的不同来划分的,我们可以把硬盘分为把硬盘分为nIDE硬盘硬盘n高端的高端的SCSI硬盘硬盘n更为先进的更为先进的Serial ATA硬盘硬盘 硬盘系统硬盘系统11硬盘系统硬盘系统硬盘的结构硬盘的结构1.内部结构内部结构 硬盘内部包括浮动磁硬盘内部包括浮动磁头组件、磁头驱动机头组件、磁头驱动机构、盘体及主轴驱动构、盘体及主轴驱动机构、前置读写控制机构、前置读写控制电路和
9、接口电路等。电路和接口电路等。封装在硬盘的净化腔封装在硬盘的净化腔体内。体内。12硬盘系统硬盘系统2.磁道、扇区和柱面磁道、扇区和柱面盘体:盘体:盘体由多个同轴盘片组成,每个盘片都是双面存储,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第一个盘片的第一面为0磁面,下一个为磁面,下一个为1磁面;第二个盘磁面;第二个盘片的第一面为片的第一面为2磁面,以此类推。磁面,以此类推。磁道磁道(Track):磁面上均匀分布的同心圆存储轨迹。最外磁面上均匀分布的同心圆存储轨迹。最外层为层为0磁道。磁道。扇区扇区(Sector):磁道上等弧度划分的扇段。一般一个扇区磁道上等弧度划分的扇段。
10、一般一个扇区的存储容量为的存储容量为512字节。字节。柱面柱面(Cylinder):各个盘面上同一编号磁道的组合。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13硬盘系统硬盘系统3.记录格式记录格式 每一扇区除存放每一扇区除存放512字节的用户数据外,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作用的辅助数据,这些数据一般只作用于硬盘内部。盘内部。14l 4.硬盘的基本工作原理硬盘的基本工作原理初始化初始化:加电正常工作后,利用控制电路中的单片机初始化模:加电正常工作后,利用控制电路中的单
11、片机初始化模块进行初始化工作,此时磁头置于盘片中心。块进行初始化工作,此时磁头置于盘片中心。启动启动:主轴电动机将启动并以高速旋转,装载磁头的悬臂机构: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移动,将浮动磁头置于盘片表面的0000道,处于等待指令的启道,处于等待指令的启动状态。动状态。读读/写写:当接口电路接收到微机系统传来的指令信号后,通过: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,并将接收后阻值变化的磁头
12、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。给主机系统完成指令操作。断电断电:硬盘断电时,在力矩反弹的作用下,浮动磁头驻留到盘: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。面中心。硬盘系统硬盘系统15硬盘的主要性能指标l1)硬盘容量硬盘容量:硬盘容量用来描述硬盘能够存储:硬盘容量用来描述硬盘能够存储多少数据,一般以多少数据,一般以GB为计量单位,目前主流硬盘为计量单位,目前主流硬盘容量为容量为80 GB400 GB。l2)主轴转速主轴转速:主轴转速是决定硬盘数据
13、传输率主轴转速是决定硬盘数据传输率的因素之一,其单位为的因素之一,其单位为RPM(Rotate Per Minute,转转/分钟),一般市场硬盘转速有分钟),一般市场硬盘转速有5400 r/m,7200 r/m,10000 r/m,15000 r/m。l3)高速缓存高速缓存:高速缓存指在硬盘内部的高速存: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硬盘的高速缓存更大,购买时应选高速缓存较大的硬盘。的硬盘。16l4)寻道时间寻道时间:寻道时间是指硬盘磁头移动到数:寻道时间是指硬盘磁头移动到数据所在
14、磁道而所用的时间,其单位为毫秒(据所在磁道而所用的时间,其单位为毫秒(ms)。)。l5)平均寻道时间平均寻道时间:平均寻道时间是指磁头移动到:平均寻道时间是指磁头移动到正中间的磁道需要的时间,一般选用平均寻道时间正中间的磁道需要的时间,一般选用平均寻道时间为为9 ms以下的硬盘。以下的硬盘。l6)全程访问时间全程访问时间:全程访问时间是指磁头开始移: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(位为毫秒(ms)。)。l7)平均访问时间平均访问时间:平均访问时间是指磁头开始找:平均访问时间是指磁头开始找到指定数据的平均
15、时间,单位为毫秒(到指定数据的平均时间,单位为毫秒(ms),是),是平均寻道时间和平均潜伏时间之和。平均寻道时间和平均潜伏时间之和。硬盘的主要性能指标17l8)潜伏时间潜伏时间:当磁头移动到数据所在磁道后,: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)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(到磁头下的时间,其单位为毫秒(ms)。)。l9)道至道时间道至道时间:表示磁头从一个磁道转移到另: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(一个磁道的时间,单位为毫秒(ms)。)。l10)最大内部数据传输率最大内部数据传输率:最大内部
16、数据传输率:最大内部数据传输率也叫持续数据传输率(也叫持续数据传输率(Sustained Transfer Rate),),单位为单位为Mb/s。是指磁头至硬盘缓存间的最大数据。是指磁头至硬盘缓存间的最大数据传输率。传输率。硬盘的主要性能指标18l11)外部数据传输率外部数据传输率:外部数据传输率也称为突: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,其单位为代替,其单位为MB/s,例如,例如UltraDMA/100技术技术的外部数据传输率可达的
17、外部数据传输率可达100 MB/s。l12)单碟容量单碟容量:一般:一般IDE硬盘最多有四张碟片,硬盘最多有四张碟片,一般每张碟片的容量为一般每张碟片的容量为10 GB。而。而IBM公司生产公司生产五张碟片的硬盘,单碟容量大都在五张碟片的硬盘,单碟容量大都在10 GB以上。以上。l13)连续无故障时间(连续无故障时间(MTBF):连续无故障时: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,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(单位是小时(h)。一般硬盘的)。一般硬盘的MTBF至少在至少在30000 h以上。以上。硬盘的主要性能指标1920硬盘的使用硬盘的使用 硬盘在
18、使用之前必须经过低级格式化、分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。区和高级格式化三个步骤。1.低级格式化低级格式化(DOS中中使用使用LFORMAT等软等软件件)低级格式化的作用:创建磁道和扇区,写低级格式化的作用:创建磁道和扇区,写入每个扇区的头、尾信息。入每个扇区的头、尾信息。低级格式化和操作系统无关。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。一般硬盘在出厂之前都做过低级格式化。21硬盘的使用硬盘的使用2.分区分区(DOS中使用中使用FDISK)用用FDISK对硬盘进行分区时,可将硬盘对硬盘进行分区时,可将硬盘分为分为一个主分区和一个扩展分区,扩
19、展分区可分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成多个逻辑分区,每个分区对应一个逻辑磁,每个分区对应一个逻辑磁盘盘(卷卷)。在。在windows系统中可查看或更改:系统中可查看或更改:操作:我的电脑操作:我的电脑/右键右键/管理管理/磁盘管理磁盘管理22PC机常用的三种分区:机常用的三种分区:FAT(File Allocation Table):16位位文件分配表文件分配表(FAT16),用于,用于DOS、Windows3.x的文件系统,的文件系统,Windows9x/2000继续继续支持。支持。FAT16方式的逻辑磁盘的最大容量为方式的逻辑磁盘的最大容量为2GB。硬盘的分配单位
20、。硬盘的分配单位是是“簇簇”(一般包括多个扇区一般包括多个扇区),并将全部簇编号,并将全部簇编号,FAT16文文件系统中簇的编号为件系统中簇的编号为16位位(软盘为软盘为12位位)二进制二进制。每个簇包。每个簇包含的扇区数因逻辑盘容量而异。含的扇区数因逻辑盘容量而异。FAT32:32位位文件分配表,文件分配表,用于用于Windows9x/2000的文件系的文件系统,用统,用32位二进制对簇进行编号,支持逻辑最大容量位位二进制对簇进行编号,支持逻辑最大容量位2048GB。和和FAT16相比,相比,FAT32文件系统的簇所包含的扇区数少,文件系统的簇所包含的扇区数少,如如2GB的一个逻辑盘,的一个
21、逻辑盘,FAT16的簇容量为的簇容量为32KB,而,而FAT32的簇容量为的簇容量为4KB。FAT32的磁盘利用效率比的磁盘利用效率比FAT16高约高约15%。但。但DOS和和Windows3.x不支持不支持FAT32。NTFS:Windows NT文件系统,用于文件系统,用于WindowsNT/2000/XP,是基于安全性的文件系统。是基于安全性的文件系统。硬盘的使用硬盘的使用233.高级高级格式化格式化(DOS中使用中使用FORMAT)将全部扇区分成引导区、文件分配表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。文件根目录表和数据区四个区域。引导区:引导区:磁盘
22、参数和引导程序等。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文件分配表(FAT):数据区的每一个簇对应文件分配表中的两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。个字节,表示该簇被某文件占用并指明该文件下一簇。FAT表表记录着硬盘数据的存储地址,每一个文件都有一组记录着硬盘数据的存储地址,每一个文件都有一组FAT链指定链指定其存放的簇地址。其存放的簇地址。FAT表的损坏意味着文件内容的丢失。表的损坏意味着文件内容的丢失。文件根目录:文件根目录:一个文件的目录称为一个目录项,一个文件的目录称为一个目录项,FAT16 中占中占32个字节
23、。存放文件名、修改日期时间、文件长度及起始簇。个字节。存放文件名、修改日期时间、文件长度及起始簇。硬盘的使用硬盘的使用2425lCMOSCMOS检测不到硬盘检测不到硬盘l分析及处理:分析及处理:硬盘只要一加电,在硬盘只要一加电,在CMOSCMOS中检测硬盘中检测硬盘的时候,听一下硬盘发出的声音,如果声音是:的时候,听一下硬盘发出的声音,如果声音是:“哒哒哒哒”然后就恢复了平静,就有比较大的把握然后就恢复了平静,就有比较大的把握判断硬盘大概没有问题;如果声音是判断硬盘大概没有问题;如果声音是“哒哒哒哒”,然后又是连续几次发出然后又是连续几次发出“咔哒咔哒咔哒咔哒”的声响的话,的声响的话,有很大的
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