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1、,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),*,Chapter 8,外圍設(shè)備,外圍設(shè)備可分為五類。,每一種外設(shè)，都是在它自己的設(shè)備控制器控制下進(jìn)行工作。設(shè)備控制器則通過(guò)適配器和主機(jī)連接，并受主機(jī)控制。,8.1外部存儲(chǔ)器,硬盤,光盤存儲(chǔ)系統(tǒng),移動(dòng)存儲(chǔ)器,一、硬盤,1、硬盤的基本知識(shí),2、硬盤的分類,3、硬盤的接口,4、硬盤的性能指標(biāo),1、硬盤的基本知識(shí),（1）硬盤的發(fā)展,1956年，IBM發(fā)明世界上第一臺(tái)硬盤（IBM350），1973年，又發(fā)明了Winchester(溫氏)硬盤（IMB3340）。其核心就是：磁盤片被密封、固定并且不停高速旋轉(zhuǎn)，磁頭懸浮于盤片上方沿磁盤徑向移動(dòng)，

2、并且不和盤片接觸（,與盤片之間的間隙只有0.10.3um,）。后來(lái)的硬盤基本都沿用了這一結(jié)構(gòu)。,硬盤的基本知識(shí),硬盤的發(fā)展,體積：5.25英寸/全高 3.5英寸/半高(用于臺(tái)式PC),2.5英寸(用于筆記本PC),容量：1040MB(8086/286)100500MB(386/486),1800GB(目前),連續(xù)傳輸速率：100KB/s 60MB/s,平均尋道時(shí)間：80ms 5ms,轉(zhuǎn)速：3600轉(zhuǎn)/s 10000轉(zhuǎn)/s,“磁頭移動(dòng)+盤片旋轉(zhuǎn)”的機(jī)械結(jié)構(gòu)注定了硬盤是當(dāng)今計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的最大瓶徑,硬盤的基本知識(shí),（2）,硬盤的組成,硬盤內(nèi)部包括浮動(dòng)磁頭組件、磁頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、盤體及主軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、前置

3、讀寫控制電路和接口電路等。封裝在硬盤的凈化腔體內(nèi),。,安裝孔,磁頭傳動(dòng),機(jī)構(gòu),磁頭臂,磁盤盤片,底座,讀寫磁頭,硬盤的基本知識(shí),硬盤的組成,硬盤電路部分有主控芯片、緩存芯片和馬達(dá)控制芯片等，其中緩存（,buffer),芯片用于協(xié)調(diào)硬盤與主機(jī)在數(shù)據(jù)處理速度上的差異。,盤片與緩沖區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)通過(guò)硬盤接口與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。,硬盤的基本知識(shí),（3）,磁道、扇區(qū)和柱面,一個(gè)盤面上劃分為許多個(gè)磁道，每個(gè)磁道分為多個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)512字節(jié)。各盤面上相同半徑的磁道組成一個(gè)柱面。,硬盤的讀寫順序?yàn)橹?、同一柱面?nèi)的磁道、同一磁道內(nèi)的扇區(qū),硬盤的基本知識(shí),磁道、扇區(qū)和柱面,簇的概念,硬盤的基

4、本知識(shí),標(biāo)準(zhǔn)記錄：分區(qū)記錄：,位密度外低內(nèi)高;位密度相等;,浪費(fèi)存儲(chǔ)能力；充分利用存儲(chǔ)能力；,數(shù)據(jù)傳輸速率相等。數(shù)據(jù)傳輸速率外高內(nèi)低。,扇,區(qū),扇,區(qū),（4）分區(qū)記錄,內(nèi)部記錄格式,每一扇區(qū)除存放512字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)外，還存放著用于同步、數(shù)據(jù)定位、數(shù)據(jù)校驗(yàn)等作用的輔助數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)一般只作用于硬盤內(nèi)部。,硬盤的基本知識(shí),硬盤的基本知識(shí),（5）分區(qū)和格式化,硬盤使用前須低級(jí)格式化、分區(qū)和高級(jí)格式化三個(gè)步驟。,低級(jí)格式化,。目前硬盤一般在出廠之前都做過(guò)低級(jí)格式化，自己不要做低級(jí)格式化。低級(jí)格式化和操作系統(tǒng)無(wú)關(guān)。低級(jí)格式化的主要功能是：測(cè)試硬盤介質(zhì)，對(duì)已損壞的磁道和扇區(qū)做,“,壞,”,標(biāo)記；清空扇區(qū)

5、內(nèi)容并寫入系統(tǒng)的一些輔助數(shù)據(jù)。,分區(qū),。將硬盤分成多個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)可支持不同的操作系統(tǒng)。DOS分區(qū)可分為一個(gè)主分區(qū)和一個(gè)擴(kuò)展分區(qū)，擴(kuò)展分區(qū)又可分成多個(gè)邏輯分區(qū)，每個(gè)邏輯分區(qū)對(duì)應(yīng)一個(gè)邏輯磁盤,。,有專門的分區(qū)軟件，目前多數(shù)操作系統(tǒng)安裝時(shí)也有分區(qū)功能。,高級(jí),格式化,。將全部扇區(qū)分成引導(dǎo)區(qū)、文件分配表(FAT)、文件根目錄表和數(shù)據(jù)區(qū)四個(gè)區(qū)域。操作系統(tǒng)中一般帶有高級(jí)格式化功能。,硬盤的基本知識(shí),（6）磁記錄方式,磁記錄方式是一種編碼方法，將數(shù)字信息轉(zhuǎn)換成磁化單元,歸零制（RZ）：Return to Zero,正脈沖電流表示“1”，負(fù)脈沖電流表示“0”；,不論記錄“0”或“1”，在記錄下一信息前，記

6、錄電流恢復(fù)到零電流,不歸零制（NRZ）：NonReturn to Zero Change,磁頭線圈始終有電流,對(duì)連續(xù)記錄的“1”和“0”，寫電流的方向是不改變的。,不歸零制（NRZ1）NonReturn to Zero Change On One,磁頭線圈始終有電流通過(guò)。,在記錄“1”時(shí)，電流改變方向，寫“0”電流保持不變。,調(diào)相制（PM）：又稱相位編碼（PE）Phase Mudulation,記錄數(shù)據(jù)“0”時(shí)，規(guī)定磁化翻轉(zhuǎn)的方向由負(fù)變?yōu)檎?，記錄?shù)據(jù)“1”時(shí)從正變?yōu)樨?fù),“0”，“1”的讀出信號(hào)相位不同，抗干擾能力強(qiáng)（磁帶多用此）。,硬盤的基本知識(shí),調(diào)頻制（FM）Frequency Modula

7、tion,記錄“1”時(shí)，不僅在位周期的中心產(chǎn)生磁化翻轉(zhuǎn)，而且在位與位之間的邊界處要翻轉(zhuǎn)一次。記錄“0”時(shí)，位周期中心不產(chǎn)生磁化翻轉(zhuǎn)，但位與位之間的邊界處要翻轉(zhuǎn)一次。,改進(jìn)調(diào)頻制（MFM）Modified Frequency Modulation,記錄數(shù)據(jù)“1”時(shí)在位周期中心磁化翻轉(zhuǎn)一次，記錄數(shù)據(jù)“0”時(shí)不翻轉(zhuǎn)。,連續(xù)兩個(gè)或兩個(gè)以上“0”時(shí)，在位周期的起始位置翻轉(zhuǎn)一次，而不是在每個(gè)位周期的起始處都翻轉(zhuǎn)。,硬盤的基本知識(shí),磁記錄方式波形圖,位周期,T,1,1,1,1,1,0,0,0,MFM,FM,PM,NRZ1,NRZ,RZ,數(shù)字序列,2、硬盤的分類,（1）按接口類型分類：,有IDE、SCSI、S

8、ATA、USB、IEEE 1394等,IDE硬盤：目前市場(chǎng)主流為ATA 100和ATA 133，其數(shù)據(jù)傳輸率(接口數(shù)據(jù)傳輸率)達(dá)100MB/s和133MB/s,SCSI硬盤主要應(yīng)用于中、高端服務(wù)器和高檔工作站,SATA硬盤：采用串行方式，具備更強(qiáng)的數(shù)據(jù)糾錯(cuò)能力和更高的數(shù)據(jù)傳輸可靠性，且接口簡(jiǎn)單、支持熱插拔,STAT 1.0數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)150MB/s，STAT 2.0數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)300MB/s，STAT 3.0數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到600MB/s,目前市場(chǎng)主流為STAT 1.0、STAT 2.0,（2）按硬盤尺寸分類,主要有3.5英寸、2.5英寸、1.8英寸和0.85寸盤,3.5英寸大多用于臺(tái)式機(jī),2.

9、5英寸用于筆記本電腦，抗震性能好,（1）硬盤的接口,最常見(jiàn)的數(shù)據(jù)傳輸接口有PATA（IDE）、SATA、SCSI三種，前兩種接口方式主要應(yīng)用在個(gè)人PC上，而SCSI接口則主要使用在服務(wù)器領(lǐng)域。,3、硬盤的連接,（2）硬盤的連線,IDE電源連線,硬盤的連接,主板上的IDE插座,SATA插座,4、硬盤的性能指標(biāo),（,1）、容量,容量是硬盤重要的指標(biāo),其中,單碟容量,是硬盤相當(dāng)重要的參數(shù)之一，一般單碟容量越大，磁頭在相同的時(shí)間內(nèi)可以讀取到更多的信息，意味著讀取速度更快。硬盤廠商在增加硬盤容量時(shí)，可以通過(guò)兩種手段：一個(gè)是增加存儲(chǔ)碟片的數(shù)量，但受到硬盤整體體積和生產(chǎn)成本的限制，碟片數(shù)量都受到限制，一般都

10、在5片以內(nèi)；而另一個(gè)辦法就是增加單碟容量。,位密度：磁道單位長(zhǎng)度上所存儲(chǔ)二進(jìn)的個(gè)數(shù)（bPI）。,道密度：半徑方向單位長(zhǎng)度上的磁道個(gè)數(shù)（TPI）。,面密度=位密度道密度（Mb/平方英寸或Gbit/平方英寸）,硬盤的性能指標(biāo),（,2）數(shù)據(jù)傳輸率,分外部和內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率,外部數(shù)據(jù)傳輸率：即緩存與主機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸速率，它的上限就是硬盤接口的速率,內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率：指磁頭至硬盤緩存間的數(shù)據(jù)傳輸率，一般取決于硬盤的盤片轉(zhuǎn)速和盤片線密度(指同一磁道上的數(shù)據(jù)容量)，所以有最大和最小之分。有時(shí)廠商還將磁道上的非用戶數(shù)據(jù)（前面提到的輔助數(shù)據(jù)）計(jì)算在內(nèi)。,注意，在這項(xiàng)指標(biāo)中常常使用Mb/s或Mbps為單位，這是兆位/

11、秒的意思，如果需要轉(zhuǎn)換成MB/s(兆字節(jié)/秒)，就必須將Mbps數(shù)據(jù)除以8(一字節(jié)8位數(shù))。例如，某硬盤給出的最大內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率為683Mbps，如果按MB/s計(jì)算就只有85.37MB/s左右）,硬盤的性能指標(biāo),（,3）主軸轉(zhuǎn)速,硬盤的主軸轉(zhuǎn)速是決定硬盤內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率的決定因素之一，它在很大程度上決定了硬盤的速度，同時(shí)也是區(qū)別硬盤檔次的重要標(biāo)志。目前硬盤的有速度有5400、5600、6400、7200、10000、甚至15000轉(zhuǎn)/分鐘,。,目前PC上使用主要為5400rpm和7200rpm。,（4)尋道時(shí)間、等待時(shí)間、訪問(wèn)時(shí)間,平均尋道時(shí)間：是指從發(fā)出一個(gè)尋址命令，到磁頭移動(dòng)到地址對(duì)應(yīng)的磁道

12、時(shí)所需的平均時(shí)間，平均尋道時(shí)間越小越好，現(xiàn)在硬盤的平均尋道時(shí)間一般在10ms以下。,平均等待時(shí)間：也稱平均潛伏期，指磁頭移動(dòng)到數(shù)據(jù)所在的磁道后，所需扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下方所需的平均時(shí)間。一般取盤片旋轉(zhuǎn)一周所需時(shí)間的二分之一。,平均訪問(wèn)時(shí)間：近似等于平均尋道時(shí)間和平均等待時(shí)間之和。,硬盤的性能指標(biāo),(,5)高速緩存,為了提高主機(jī)訪問(wèn)硬盤的速度和效率，在硬盤和主機(jī)之間設(shè)置了緩存(Buffer)。目前硬盤的高速緩存一般為2MB8MB，SCSI硬盤的更大。緩存越大，則硬盤的綜合速度越快。購(gòu)買時(shí)最好選用緩存為8M以上的硬盤）。,【例】磁盤組有6片磁盤，每片有兩個(gè)記錄面，最上最下兩個(gè)面不用。存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)徑22c

13、m，外徑33cm，道密度為40道/cm，內(nèi)層位密度400位/cm，轉(zhuǎn)速2400轉(zhuǎn)/分。問(wèn)：(1)共有多少柱面?,(2)盤組總存儲(chǔ)容量是多少?,(3)數(shù)據(jù)傳輸率多少?,(4)采用定長(zhǎng)數(shù)據(jù)塊記錄格式，直接尋址的最小單位是什么?尋址命令中如何表示磁盤地址?,(5)如果某文件長(zhǎng)度超過(guò)一個(gè)磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一個(gè)存儲(chǔ)面上，還是記錄在同一個(gè)柱面上?,硬盤的性能指標(biāo),(1)有效存儲(chǔ)區(qū)域=16.5-11=5.5(cm),因?yàn)榈烂芏?40道/cm，所以405.5=220道，即220個(gè)圓柱面,(2)內(nèi)層磁道周長(zhǎng)為2R=23.1411=69.08(cm),每道信息量=400位/cm69.08cm=27632位

14、=3454B,每面信息量=3454B220=759880B,盤組總?cè)萘?759880B10=7598800B,(3)磁盤數(shù)據(jù)傳輸率Dr=rN,N為每條磁道容量，N=3454B,r為磁盤轉(zhuǎn)速，,r=2400轉(zhuǎn)/60秒=40轉(zhuǎn)/秒,Dr=rN=403454B=13816B/s,(4)采用定長(zhǎng)數(shù)據(jù)塊格式，直接尋址的最小單位是一個(gè)記錄塊(一個(gè)扇區(qū))，每個(gè)記錄塊記錄固定字節(jié)數(shù)目的信息，在定長(zhǎng)記錄的數(shù)據(jù)塊中，活動(dòng)頭磁盤組的編址方式可用如下格式：,此地址格式表示有4臺(tái)磁盤（2位），每臺(tái)有16個(gè)記錄面/盤面（4位），每面有256個(gè)磁道（8位），每道有16個(gè)扇區(qū)（4位）。,(5)如果某文件長(zhǎng)度超過(guò)一個(gè)磁道的容量

15、，應(yīng)將它記錄在同一個(gè)柱面上，因?yàn)椴恍枰匦抡业溃瑪?shù)據(jù)讀/寫速度快。,磁盤陣列RAID,RAID稱廉價(jià)冗余磁盤陣列，它是用多臺(tái)磁盤存儲(chǔ)器組成的大容量外存系統(tǒng)。其構(gòu)造基礎(chǔ)是利用數(shù)據(jù)分塊技術(shù)和并行處理技術(shù)，在多個(gè)磁盤上交錯(cuò)存放數(shù)據(jù)，使之可以并行存取。在RAID控制器的組織管理下，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行存儲(chǔ)、交叉存儲(chǔ)、單獨(dú)存儲(chǔ)。由于陣列中的一部分磁盤存有冗余信息，一旦系統(tǒng)中某一磁盤失效，可以利用冗余信息重建用戶信息。,RAID是1988年由美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校一個(gè)研究小組提出的，它的設(shè)計(jì)理念是用多個(gè)小容量磁盤代替一個(gè)大容量磁盤，并用分布數(shù)據(jù)的方法能夠同時(shí)從多個(gè)磁盤中存取數(shù)據(jù)，因而改善了I/O性能，增加了存

16、儲(chǔ)容量，現(xiàn)已在超級(jí)或大型計(jì)算機(jī)中使用。,工業(yè)上制定了一個(gè)稱為RAID的標(biāo)準(zhǔn)，它分為7級(jí)(RAID 0RAID 6)。這些級(jí)別不是表示層次關(guān)系，而是指出了不同存儲(chǔ)容量、可靠性、數(shù)據(jù)傳輸能力、I/O請(qǐng)求速率等方面的應(yīng)用需求。,磁盤陣列RAID,磁盤陣列RAID數(shù)據(jù)映射,二、光驅(qū)與光盤,光盤存儲(chǔ)器具有容量大、存儲(chǔ)密度高、成本低、非易失、易保存、可靠性高、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。,光盤的容量從最初的700MB的CD、4.7GB的DVD、8.5GB的雙層DVD，已經(jīng)發(fā)展到新一代的藍(lán)光DVD技術(shù)(采用藍(lán)色激光波段進(jìn)行工作)，存儲(chǔ)容量已提高到數(shù)十GB。,1、CD-ROM,2、DVD,3、光驅(qū)和光盤的種類,4、光驅(qū)的主要性能指標(biāo),5、幾款光驅(qū)介紹,1、CD-ROM,CDROM（Compact Disk Read Only Memory），只讀式緊湊光盤。出現(xiàn)于1983年，1988年成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。CD-ROM盤片是用塑料壓制成的圓盤，盤片的最上層是涂了漆的保護(hù)層，該層上印有商標(biāo)。第二層是鋁反射層，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器讀光盤時(shí)用來(lái)反射激光光束。第三層是用聚碳酸脂壓制的透明襯底。信息是以沿著盤面由內(nèi)向外螺旋形軌道(光道)的一系列