計(jì)算機(jī)外存儲(chǔ)設(shè)備

1、第六章第六章 外存儲(chǔ)設(shè)備外存儲(chǔ)設(shè)備（標(biāo)*號(hào)者可不講）6.1 外存儲(chǔ)設(shè)備概述外存儲(chǔ)設(shè)備都是計(jì)算機(jī)的輔助存儲(chǔ)設(shè)備，是主存的后備和擴(kuò)充。外存即是輔存。輔存的特點(diǎn)是存儲(chǔ)容量大、可靠性高、價(jià)格低。輔存主要分類如下：磁表面存儲(chǔ)器光存儲(chǔ)器磁盤磁帶存儲(chǔ)器軟盤存儲(chǔ)器硬盤存儲(chǔ)器磁盤陣列存儲(chǔ)器輔存軟盤存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)常用外部設(shè)備。由盤片和驅(qū)動(dòng)器兩部分組成。一、軟盤盤片信息的存儲(chǔ)介質(zhì)有5.25英寸和3.5英寸兩種（3寸盤和5寸盤）依靠磁性記錄數(shù)據(jù)。磁盤有磁頭讀寫孔和寫保護(hù)口。盤內(nèi)記錄格式為：1扇區(qū)2扇區(qū)0道n道6.2 軟盤存儲(chǔ)器磁盤表面有上百萬個(gè)磁性存儲(chǔ)元。存儲(chǔ)元的大小和縫隙寬度、磁頭與磁表面距離、電流強(qiáng)度有關(guān)。軟盤盤

2、片的記錄方式：磁頭運(yùn)動(dòng)方向磁層聚脂膜N S S N讀線圈寫線圈鐵芯二、軟盤驅(qū)動(dòng)器軟盤驅(qū)動(dòng)器是軟盤盤片的讀寫裝置。包括： 磁頭及讀寫電路進(jìn)行電磁轉(zhuǎn)換，每片分上下兩個(gè)記錄面，相應(yīng)用兩個(gè)磁頭讀寫。 盤片驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)盤片旋轉(zhuǎn)，由主軸電機(jī)及穩(wěn)速電路組成，轉(zhuǎn)速可達(dá)600轉(zhuǎn)/分。 磁頭定位機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)磁頭沿盤片徑向運(yùn)動(dòng)讀寫，由磁頭驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制電路組成。 控制邏輯電路協(xié)調(diào)驅(qū)動(dòng)器各部分工作。盤片的高速旋轉(zhuǎn)和上下兩個(gè)磁頭的徑向往返運(yùn)動(dòng)，保證磁頭可對(duì)盤片所有記錄表面讀寫。1、面數(shù)：單面0、雙面0，1 ，現(xiàn)均用雙面盤。2、磁道：是以盤片中心為圓心的同心圓。每個(gè)圓周為一個(gè)磁道。磁道從外向里排號(hào)，最外圈為0磁道。常用的5寸

3、、3寸軟盤均有80個(gè)磁道。3、扇區(qū)：將每個(gè)磁道分成若干段，每個(gè)段為一個(gè)扇區(qū)，是軟盤的基本存儲(chǔ)單位，每個(gè)扇區(qū)存放512個(gè)字節(jié)。扇區(qū)編號(hào)從1開始。常用5寸高密軟盤每磁道有 15個(gè)扇區(qū)，3寸高密盤每磁道有18個(gè)扇區(qū)。4、存儲(chǔ)密度：包括道密度和位密度。道密度TPI：磁盤徑向每英寸長度所包含的磁道數(shù)。位密度BPI：磁盤磁道上每英寸長度所記錄的bit數(shù)。由于每磁道上扇區(qū)數(shù)以及每扇區(qū)字節(jié)數(shù)完全相等，因此越靠近盤心磁道越短，位密度也就越高。三、主要技術(shù)指標(biāo)5、存儲(chǔ)容量：一般指軟盤格式化后的容量=磁盤面數(shù)每面磁道數(shù)每道扇區(qū)數(shù)每扇區(qū)字節(jié)數(shù)3英寸軟盤容量為：28018512=1474560B1.44MB5英寸軟盤容

4、量為：28015512=1228800B1.2MB6、尋址時(shí)間：磁頭從啟動(dòng)位置到達(dá)讀寫位置所經(jīng)歷 的全部時(shí)間，包括尋道時(shí)間和平均等待時(shí)間(磁盤 旋轉(zhuǎn)半周所需時(shí)間)。3寸軟驅(qū)尋址時(shí)間約為144ms。7、數(shù)據(jù)傳輸速率：指磁頭在磁盤上找到相應(yīng)的地址 后，每秒讀寫的字節(jié)數(shù)?？赏ㄟ^下述方法計(jì)算： 傳輸速率=每磁道上全部字節(jié)數(shù)/旋轉(zhuǎn)一周時(shí)間 傳輸速率=每扇區(qū)字節(jié)數(shù)扇區(qū)數(shù)/旋轉(zhuǎn)一周時(shí)間 5寸盤數(shù)據(jù)傳輸速率約為45KB/S，3寸盤約為54KB/S8、誤碼率：出錯(cuò)信息位數(shù)與讀出總信息位數(shù)之比。 不要將軟盤在陽光下暴曬；遠(yuǎn)離磁場、防潮、防塵、保持清潔。 不要擠壓；不要用手觸摸讀寫孔處的盤片部分，特別要保護(hù)好零磁道

5、（外緣）。 新的軟盤（白盤）在使用前要進(jìn)行格式化處理，以后則不需每次格式化。 磁盤有損傷時(shí)可重新格式化丟棄壞磁道。四、軟盤的使用與維護(hù)一、硬盤存儲(chǔ)器的組成自IBM公司1968年提出“溫徹斯特”技術(shù)，采用這一技術(shù)的硬盤就有了“溫盤”這一別稱。多個(gè)硬盤盤片與硬盤驅(qū)動(dòng)器密封組裝構(gòu)成“溫盤”。硬盤盤片由鋁基上下兩面涂敷磁記錄介質(zhì)構(gòu)成。硬盤驅(qū)動(dòng)器同軸固定平行安裝多個(gè)硬盤盤片，每一片的上下兩面各有一個(gè)讀寫磁頭。在存取數(shù)據(jù)時(shí)，盤片旋轉(zhuǎn)而磁頭沿盤面做徑向運(yùn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)定位。硬盤體積小、密封性好、可靠性高、容量大。但硬盤不可隨意拆卸！6.3 硬盤存儲(chǔ)器主軸電機(jī)磁頭電機(jī)磁頭盤片二、硬盤性能指標(biāo) 硬盤性能指標(biāo)包括盤徑

6、、接口類型、磁頭數(shù)、柱面數(shù)、扇區(qū)數(shù)、數(shù)據(jù)傳輸速率等。 與軟盤不同，一個(gè)硬盤由多個(gè)盤片組成，每片上磁道數(shù)相同，所有盤片上相同位置的磁道合在一起叫做一個(gè)柱面。硬盤格式化后的容量等于： 磁頭數(shù)柱面數(shù)每柱面扇區(qū)數(shù)每扇區(qū)字節(jié)數(shù) 微機(jī)中硬盤各個(gè)扇區(qū)的大小一般為512字節(jié)。轉(zhuǎn)數(shù)一般為2400r/min 7200r/min，高于軟盤多倍。因此存取速度也快于軟盤，容量、密度均大于軟盤。 硬盤按盤徑可分為5.25英寸、3.5 英寸、2.5 英寸等幾種，且越來越小?，F(xiàn)在微機(jī)常用3.5 英寸硬盤。 硬盤容量早期10MB，現(xiàn)已達(dá)十幾至幾十個(gè)GB。廠家按10進(jìn)制標(biāo)識(shí)，而計(jì)算機(jī)按2進(jìn)制格式化后會(huì)變小。三、硬盤區(qū)域的劃分格式

7、化后的硬盤，由格式化軟件把硬盤劃分為四個(gè)區(qū)域：即主引導(dǎo)記錄區(qū)、DOS引導(dǎo)記錄區(qū)、文件分配表和文件目錄區(qū)，其中：主引導(dǎo)記錄區(qū)位于0柱面0磁頭1扇區(qū)，存放硬盤的主引導(dǎo)程序和硬盤分區(qū)表；DOS引導(dǎo)記錄區(qū)位于0柱面1磁頭1扇區(qū)，存放DOS的引導(dǎo)程序和硬盤格式化后的若干重要參數(shù)以及文件分配表和文件目錄的存放位置。病毒感染破壞了這兩個(gè)區(qū)域數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)即癱瘓。其他兩個(gè)區(qū)域存放的都是有關(guān)文件的重要數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)中，一個(gè)物理的硬盤驅(qū)動(dòng)器可以經(jīng)格式化劃分為多個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器，使計(jì)算機(jī)可以有C、D、E、F等多個(gè)邏輯硬盤，方便使用和文件管理。但多個(gè)邏輯硬盤中，只有C盤能夠啟動(dòng)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)。IDE（Intergrate d

8、rive Election)接口： 40條通信線，數(shù)據(jù)寬度16位，傳輸速率約1.5MB/s； 最多可連接2臺(tái)IDE接口設(shè)備，每臺(tái)最大容量528MB； 內(nèi)部接口連在主板的IS A總線上。屬于設(shè)備級(jí)接口。EIDE（Enhanced IDE）接口： 數(shù)據(jù)寬度32位，傳輸速率達(dá)18MB/s以上； 支持大容量硬盤和其他外設(shè)，如光驅(qū)和磁帶機(jī)等； 具有主、輔兩個(gè)插口，每插口可聯(lián)2臺(tái)EIDE設(shè)備。主插口直連局部總線，用于掛接硬盤等高速外設(shè)；輔插口一般連ISA總線，可掛接光驅(qū)等慢速設(shè)備。 1997年推出Ultra DMA 33標(biāo)準(zhǔn)，1998年推出Ultra DMA 66標(biāo)準(zhǔn)，使EIDE接口的性能有了大幅提高：數(shù)

9、據(jù)傳送更加可靠，對(duì)CPU干擾更少，突發(fā)數(shù)據(jù)的傳輸速率可達(dá)33MB/s或66MB/s。四、硬盤接口類型SCSI(Small Computer System Interface)接口: 將原來磁盤控制器功能全部轉(zhuǎn)移到設(shè)備驅(qū)動(dòng)器上； 以標(biāo)準(zhǔn)的50條電纜和協(xié)議與主機(jī)交換數(shù)據(jù)，現(xiàn)擴(kuò)展為68條連線； 傳輸速率為5MB/s40MB/s，現(xiàn)最高已達(dá)160MB/s； 可接多達(dá)32個(gè)SCSI設(shè)備，除硬盤外可接光驅(qū)、磁帶機(jī)和掃描儀等； 掛接設(shè)備無主、輔之分，可以同時(shí)并行工作，是系統(tǒng)級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)接口，現(xiàn)廣泛用于中小型計(jì)算機(jī)、各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。四、硬盤接口類型 硬盤適配器也叫硬盤控制器，是連接主機(jī)與硬盤驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)接口控制電

10、路。它不但實(shí)現(xiàn)主機(jī)對(duì)硬盤驅(qū)動(dòng)器的各種控制，而且完成主機(jī)與硬盤之間的信息交換。 早期PC機(jī)的硬盤適配器叫多功能卡，插在主機(jī)擴(kuò)展槽上，接口標(biāo)準(zhǔn)采用ST506/412，現(xiàn)均已淘汰。 現(xiàn)在微機(jī)普遍采用EIDE接口標(biāo)準(zhǔn)，并且將硬盤適配器做在主板上直接和PCI局部總線相連。這種硬盤適配器不但可最多控制四個(gè)硬盤驅(qū)動(dòng)器，而且也可用來控制CD-ROM光盤驅(qū)動(dòng)器和磁帶機(jī)等。五、EIDE硬盤適配器硬盤驅(qū)動(dòng)器1硬盤驅(qū)動(dòng)器2光盤驅(qū)動(dòng)器EIDE接口硬盤驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)總線1、什么是磁盤陣列？將多個(gè)獨(dú)立的磁盤組成一個(gè)獨(dú)立的邏輯盤，通過數(shù)據(jù)在多個(gè)物理盤上的分割交叉存儲(chǔ)和并行訪問得到較高的邏輯性能。2、磁盤陣列存儲(chǔ)器的特點(diǎn) 小盤徑磁

11、盤驅(qū)動(dòng)器陣列比單一的大型驅(qū)動(dòng)器成本低、功耗低、誤碼率低，可靠性高且能連續(xù)工作； 由于采用數(shù)據(jù)分塊和交叉存儲(chǔ)技術(shù)，磁盤陣列具有高傳輸速率和I/O吞吐率，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)并行處理； 磁盤陣列具有海量存儲(chǔ)能力，1024GB已屬平常； 訪問負(fù)載均勻分布在所有磁盤，延長磁盤使用期； 陣列的控制、數(shù)據(jù)的分塊和拼接、磁盤陣列的并行調(diào)度等陣列控制功能全部固化在陣列控制卡上。6.4 磁盤陣列存儲(chǔ)器3、磁盤陣列存儲(chǔ)器的缺點(diǎn)：整個(gè)系統(tǒng)的可靠性仍不很高，一處損傷影響全局。4、解決方法：冗余碼進(jìn)行糾錯(cuò)廉價(jià)磁盤冗余陣列（Redundant Array of Inexpensive DiskRAID）廉價(jià)磁盤冗余陣列共分為六個(gè)級(jí)

12、別：RAID0 無冗余和無校驗(yàn)的數(shù)據(jù)分塊RAID1 鏡像磁盤陣列RAID2 采用海明碼糾錯(cuò)的磁盤陣列RAID3 采用奇校驗(yàn)碼的磁盤陣列RAID4 采用偶校驗(yàn)碼的磁盤陣列RAID5 無獨(dú)立校驗(yàn)盤的磁盤陣列 磁帶存儲(chǔ)器由磁帶和磁帶機(jī)兩部分組成。 磁帶是表面磁性存儲(chǔ)器，單面記錄，一般磁帶上有九條磁道，八條數(shù)據(jù)道和一條奇偶校驗(yàn)道。 磁帶寬度：1/4英寸，1/2英寸，1英寸 磁帶長度： 600英尺，1200英尺， 2400英尺 記錄密度：800、1600、6250bpi（位/英寸）磁帶特點(diǎn)：信息串行按順序讀寫，不能隨機(jī)讀寫； 存儲(chǔ)容量大；訪問速度慢；成本低廉。 只能作為小型、微型計(jì)算機(jī)硬盤的備份裝置。6

13、.5 磁帶存儲(chǔ)器一、光盤概述 光盤存儲(chǔ)器是利用激光束以非接觸方式在光盤記錄表面上存儲(chǔ)和讀取信息的。光盤上信息一般可保存達(dá)十年，而磁盤僅為兩、三年。 激光的高度聚焦性能使光盤記錄密度遠(yuǎn)高于磁盤。例如3寸磁盤為80磁道/英寸，雙面容量為1.44MB，而光盤則為16000軌道/英寸，單面容量即達(dá)650MB，DVD則更大。 光盤存儲(chǔ)器由單面讀寫的光盤盤片和光盤驅(qū)動(dòng)器組成，通常使用與硬盤相同的EIDE接口，也有的使用SCSI接口。 光盤存儲(chǔ)器的類型可分為三種，相應(yīng)光盤也有三種： 只讀式光盤（CD-ROM）：工廠制造，用戶只能讀出； 一次寫入光盤（CD-R）；用戶可寫一次，以后只讀； 重復(fù)讀寫光盤（CD-

14、RW）；可重復(fù)讀寫，類似硬盤。6.6 光盤存儲(chǔ)器CD-ROM盤片一般由聚碳酸脂塑料模壓制成，上面密布代表信息的坑點(diǎn)，坑點(diǎn)上鍍有一層極薄反光鋁膜，最后覆蓋一層透明的保護(hù)膜。當(dāng)用激光束照射時(shí)，由反射光的強(qiáng)弱即可知曉其上記錄的二進(jìn)制數(shù)據(jù)0和1；CD-R一次寫入式光盤在寫入時(shí)，將激光束聚焦成1 2m的微小光點(diǎn)，融化盤表面的碲合金薄膜形成凹坑，以此代表數(shù)據(jù)1，無凹坑處代表0。讀出數(shù)據(jù)時(shí)則利用它們反射激光的光強(qiáng)差別判別二進(jìn)制信息。由于讀出功率遠(yuǎn)小于寫入功率，故不會(huì)融出新的凹坑。CD-RW重復(fù)讀寫光盤采用具有可逆變化過程的磁光材料或相變材料作為記錄介質(zhì)，利用激光能量使其發(fā)生可逆變化。以磁光材料為例：寫入時(shí)，

15、激光能產(chǎn)生的高溫使磁光材料達(dá)到居里點(diǎn),從而在輔助磁場的作用下改變磁化狀態(tài)，寫完后材料溫度降低到居里點(diǎn)以下，磁化狀態(tài)得以保持。讀出時(shí)根據(jù)磁場可使反射光偏振面發(fā)生偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象(克爾效應(yīng))判讀識(shí)別出二進(jìn)制信息。二、光盤的存取原理光盤上只有一條記錄軌跡光道。光道呈平面螺旋狀從中心開始旋向外緣，共分2730萬個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)有2048字節(jié)，另外每個(gè)扇區(qū)首端還有16字節(jié)的同步信號(hào)和扇區(qū)地址，在最后位置上還有288字節(jié)的信息用于校驗(yàn)和糾錯(cuò)，因此光盤每扇區(qū)共有2352字節(jié)，故一般光盤都可記錄有650MB的信息。四、光盤的性能指標(biāo)盤片直徑：常用光盤直徑為120mm/4.75英寸。存取容量：常用4.75英寸光盤的標(biāo)準(zhǔn)容量為650MB。傳輸速率：基本傳輸速率為150KB/s，2倍速為300KB/s 12倍速為1.8MB/s，40倍速則達(dá)6MB/s。主要缺點(diǎn)：存取速度慢,平均訪問時(shí)間100ms，硬盤14ms 數(shù)據(jù)傳送速率低，而硬盤可達(dá)18MB/s。三、光盤的存儲(chǔ)格式 微機(jī)中光盤驅(qū)動(dòng)器通常采用EIDE接口，并且安裝于EIDE接口的輔助插口上。 安裝前，需要對(duì)光盤跳線進(jìn)行設(shè)置，使與插口一致。 若使用聲卡音箱，則還要連接好音頻輸出線。 使用時(shí)要避免劃傷、壓壞光