第二章26外存储器

2.6外存储器主要内容：软盘存储器硬盘存储器光盘存储器2.6.1软盘存储器软盘存储器软盘存储器组成：软盘片软盘驱动器软盘控制器3.5英寸软盘片软盘片（floppydisk）作用：长期保存各类信息特点：可读可写，存储介质（软盘片）可更换、携带方便、价格便宜缺点：容量太小、易坏软盘存储器写保护孔轴盘连接孔软盘片是两面涂满了磁性材料一张圆形软塑料片盘片被封装在一个硬塑料保护壳中读写窗(快门)是可移动的金属套，软盘工作时才打开移动翼片，露出写保护口，信息就无法记录到盘片，从而实现了写保护软盘片的结构软盘存储器3.5英寸软盘片的内部结构由一张圆形软塑料片涂上可记录信息的磁性材料而制成。磁盘表面微小区域中，磁性材料粒子的两种不同的磁化状态分别表示0和1磁盘存储器的信息存储原理磁头，用于写入和读出信息“0”“1”盘片旋转方向磁盘片磁盘的磁道和扇区扇区sector磁道track簇cluster每个磁道被划分为若干段（段又叫扇区），每个扇区的存储容量均为512B。每个扇区都有一个编号磁盘表面被分为许多同心圆，每个同心圆称为一个磁道。每个磁道都有一个编号，最外面的是0磁道软盘存储器3.5英寸软盘片的信息存储模式与存储容量两个记录面，即两个读写磁头(编号0~1)每个记录面有80个磁道(编号0~79，0号磁道位于最外圈)每个磁道有18个扇区(编号1~18)每个扇区存储512字节二进制数据存储容量：1.44MB读写数据的最小单位：扇区操作系统在软盘上为文件分配存储区的单位：簇如何增大磁盘片的容量？提高盘片上的信息记录密度！增加磁道数目——提高磁道密度增加扇区数目——提高位密度低密度存储示意图高密度存储示意图位密度道密度位密度道密度对于软盘，一个簇只有一个扇区，存储时以簇为分配单元，即一个簇不能包含两个文件内容。软盘存储器练习：一个图像文件的大小为30500B，问一张3.5英寸软盘大约能存放多少个这种文件？30500B÷512B=59.572880（个扇区）÷60=48（个）1.44×1000×1024B÷30500B=48.346个×软盘格式化软盘格式化按操作系统规定的格式对软盘划分磁道和扇区，在扇区中填写信息，并对磁盘空间进行分区，在软盘上建立四个区域：引导扇区（BOOT），文件分配表（FAT），文件目录表(根目录区)和数据区。引导扇区（系统盘）位于软盘0号记录面、0号磁道、1号扇区，存储启动操作系统的引导程序。文件分配表(FAT)位于0号磁道引导扇区之后，占据若干个连续扇区。一式两份。FAT由多个表项组成，每个表项对应软盘的一个簇，记录该盘上所有簇的分配情况（分配、空闲、损坏）和链接信息。软盘格式化文件目录表（根目录区）位于0号磁道FAT之后，占据若干个连续扇区。由若干表项组成，每个表项保存一个文件或下级文件夹的属性信息（文件名、文件长度、起始簇号等）。数据区根目录区之后，存储文件中的数据或子目录（文件夹）表项的区域。软盘存储器软盘驱动器（简称：软驱）作用用来带动盘片旋转、并对盘片中信息进行读出与写入操作的装置。内部结构：主轴驱动系统、磁头及其定位系统软盘驱动器工作过程驱动器的主轴驱动系统带动软盘片不停地旋转若光线透过写保护窗，则禁止写操作定位系统将磁头定位到指定的磁道，进行信息的读写快门打开软盘控制器软盘控制器是CPU与软盘驱动器的接口电路，通常集成在主板上。软盘驱动器与主机的接口通过34芯电缆与主板上的软驱插槽连接。（IDE接口,IntegratedDriveElectronics）2.6.2硬盘存储器硬盘存储器组成与原理作用长期保存各类信息特点可读写，大容量，不便携带组成磁盘盘片（存储介质）主轴与主轴电机移动臂和磁头控制电路它们全部密封于一个盒状装置内，这就是通常所说的硬盘。硬盘存储器硬盘存储器内部结构移动臂控制电路主轴磁盘片磁头接口硬盘存储器硬盘信息记录模式与存储容量信息记录模式同软盘：一个硬盘驱动器中包含多张盘片每个盘片有两个记录面（两个磁头）每个记录面有若干磁道每个磁道有若干扇区每个扇区存储512B的二进制数据柱面：所有记录面中半径相同的所有磁道柱面磁道存贮容量=磁头数(记录面)*柱面数(磁道)*扇区数(区)*512字节硬盘存储器工作原理硬盘的盘片由铝合金（最新的硬盘盘片采用玻璃材料）制成，盘片两面都涂有一层很薄的磁性材料，通过磁层的磁化来记录数据。一般一块硬盘由1-5张盘片（1张盘片也称为1个单碟）组成，它们都固定在主轴上。主轴底部有一个电机，当硬盘工作时，电机带动主轴，主轴带动磁盘高速旋转，其速度为每分钟几千转、甚至上万转。盘片高速旋转时带动的气流将盘片上的磁头托起，磁头是一个质量很轻的薄膜组件，它负责盘片上数据的写入或读出。移动臂用来固定磁头，使磁头可以沿着盘片的径向高速移动，以便定位到指定的磁道。碟片磁头磁道主轴磁头对于硬盘，簇的大小和硬盘分区大小有关，分区容量越大，每个簇的扇区数就越多。任一快捷方式→鼠标右键→属性→占用空间（即是硬盘簇的大小）硬盘的簇练习：某图片保存在D盘上(注:D盘的簇大小为4KB)，文件大小为14400B，则该图片文件所占用的存储空间约为。A、14KBB、15KBC、16KBD、64KBC硬盘CacheCPU访问硬盘为提高速度，将数据暂存在一个比其速度快得多的缓冲区中（硬盘的cache），缓冲区由DRAM芯片构成。在读硬盘中的数据时，磁盘控制器先检查所需数据是否在缓冲区中，若不在才向硬盘查找并读取数据。否则不访问硬盘。硬盘读写数据的过程已知要读写的扇区地址：磁头号（所在记录面），例如，0号磁头柱面号（所在的磁道），例如，0号柱面扇区号（所在的扇区），例如，1号扇区读写过程：磁头寻道（由柱面号控制）等待扇区到达磁头下方（由扇区号控制）读写扇区数据（由磁头号控制）硬盘主要性能指标存储容量（单位：GB）硬盘容量=碟片数目×单碟容量平均存取时间：由硬盘的旋转速度、磁头的寻道时间和数据的传输速率所决定。磁盘旋转速度越高，磁头移动到数据所在的磁道越快，数据存取时间越短。几ms~几十ms之间。磁盘上的信息以扇区为单位进行读写，平均存取时间T=寻道时间+平均等待时间+数据传输时间寻道时间：磁头移动到数据所在磁道所需时间5ms~10ms平均等待时间：数据所在的扇区转到磁头下方所需时间，是旋转周期的1/2，约在3~6ms之间（转速：4200/5400/7200/10000rpm）数据传输时间：大约0.01ms/扇区平均访问时间：寻道时间+平均等待时间硬盘主要性能指标练习：假设某硬盘的转速为6000转/分，则此硬盘的平均等待时间为——毫秒。A.5B.6C.10D.12A硬盘主要性能指标Cache容量能有效地改善硬盘的数据传输性能，大多达8MB以上。数据传输速率（单位MB/s）外部传输速率：主机从（向）硬盘缓存读出（写入）数据的速度，与接口类型有关，一般为100～300MB/S。内部传输速率：硬盘在盘片上读写数据的速度，大多小于100MB/S。内部传输速率20MB/S--30MB/S外部传输速率100MB/S硬盘主要性能指标硬盘驱动器与主机的接口功能：在主机与硬盘驱动器之间提供一个通道，实现主机与硬盘之间的高速数据传输。接口主要有——IDE接口（ATA标准）：UltraATA100、UltraATA133等，传输速率100MB/s、133MB/s；串行ATA硬盘接口（SATA）：高速串行的方式传输数据，传输速率达150MB/s~300MB/s。SCSI接口硬盘分区在一个物理硬盘上建立多个逻辑硬盘（C:D:…）；作用：安装多个操作系统，便于文件分类管理；使用软件：fdisk,pqmagic等；逻辑硬盘格式化在逻辑盘上产生四个区域：引导扇区，文件分配表（FAT），文件目录表和数据区碎片整理硬盘常见操作碎片整理操作前后磁盘上信息的存储情况磁盘碎片整理使用硬盘的注意事项正在对硬盘读写时不能关掉电源保持使用环境的清洁卫生，注意防尘；控制环境温度，防止高温、潮湿和磁场的影响防止硬盘受震动及时对硬盘进行整理，包括目录的整理、文件的清理、磁盘碎片整理等防止计算机病毒对硬盘的破坏，对硬盘定期进行病毒检测移动存储器之1闪存盘，也称为“优盘”（U盘）采用Flash存储器（闪存）技术，体积小，重量很轻，容量较大，具有写保护功能，数据保存安全可靠，使用寿命长利用通用的USB接口，还可以制作成启动操作系统的启动盘。闪存盘移动存储器之2移动硬盘存储容量大，速度快，采用USB或IEE1394接口、小巧而便于携带兼容性好，即插即用安全可靠。移动硬盘2.6.3光盘存储器光盘存储器的发展分代年代名称激光类型存储容量第1代1982CD光盘存储器红外激光650MB第2代1995DVD光盘存储器红色激光4.7GB第3代2006BD光盘存储器蓝色激光25GB（注：DVD和BD的容量均为单面单层的容量）光盘存储器光盘存储器优点成本低，存储密度高，容量大，采用非接触方式写信息，可靠性高，不易受损，耐用，数据易于长期保存。光盘存储器缺点读出速度和数据传输速度比硬盘慢得多。光盘存储器分的三大类型——只读光盘把需要记录的信息事先制作到光盘上，用户不能抹除，也不能再写入，只能读出盘中的信息。例如：CD-ROM光盘、DVD-ROM光盘、BD-ROM光盘。光盘存储器的类型可记录式光盘可以由用户自己将信息写入光盘，但写过后不能抹除和修改，只能在空白处追加写入，主要供用户作为信息存档和备份之用。例如：CD-R光盘、DVD-R光盘、BD-R光盘光盘存储器可改写型光盘可重复擦写，用户可以自己写入信息，也可以对写入的信息进行擦除和改写，就像使用磁盘一样。例如：CD-RW光盘、DVD-RW光盘、BD-RW光盘光盘存储器CD光盘存储器的组成CD光盘片（CompactDisk,小型光盘）CD-ROM光盘片CD-R光盘片CD-RW光盘片CD光盘驱动器（光盘刻录机）CD-ROM光盘驱动器（光驱）CD-R光盘刻录机CD-RW光盘刻录机只读式CD光盘最早应用于数字音响领域，20世纪80年代作为计算机外存储器使用。由光盘（片）和光盘驱动器（光驱）组成CD-ROM存储器CD光盘片盘片的层次结构保护层，其上有标签反射层记录信息层聚碳酸酯透明塑料衬盘（基层）在盘片的信息记录层上沿螺旋形轨道(光道)压制出一系列凹坑，凹坑的两个边沿处均表示数据“1”；其它凹处及平坦处表示数据“0”。光道距离：1.6μm，凹坑宽度：0.5μm，最小凹坑长度:0.83μmCD光盘片信息存储原理CD光盘片信息存储原理CD光盘片信息记录信息记录轨道（轨）从盘片的中心到边缘的一个螺旋形轨道(渐开线)。每张盘片的存储容量约为：600MB~700MBCD-ROM光盘驱动器（光驱）主要性能指标读取数据速度单速：150KB/S48速（48X）：48×150KB/S40速（40X）：40×150KB/SCD-ROM光盘驱动器CD-ROM光盘驱动器的接口类型SCSI接口、IDE接口、USB接口CD-R存储器CD-R可记录式光盘，相应的驱动器叫光盘刻录机。特点可以由用户自己将信息写入光盘，但只能写一次，写后不能删除和修改，只能读出。信息记录轨道（同CD-ROM光盘片）CD-R光盘片信息存储原理CD-R盘片在聚碳酸酯制成的基片上喷涂一层染料层和一层反射层，激光头在软硬件的控制下根据刻写数据的不同，控制发射激光束的功率，使部分染料受热分解，在空白的盘片上用高温“烧刻”出可供读取的反光点，这样就记录了数据。由于染料层分解后不能复原，因此CD-R盘片刻录的数据不能修改。CD-R光盘片信息读取原理CD-R光盘片放入光盘驱动器中，当被激光束照射时，反射光弱的位置作为数据“1”读出，反射光强的位置作为数据“0”读出。CD-R光盘片类型按所用染料介质和反射介质（金或银）的不同组合分：绿盘（花菁染料）：兼容性较好，价格便宜，使