第三讲 外部存储器 硬盘 光盘存储系统 移动存储器

外部存储器概述 计算机存储器系统 reg、cache、内存 计算机存储系统 软磁盘 磁盘 磁存储器 硬磁盘 磁带 其他磁盘存储器 外存 CD VCD CD-R …. 光存储器 DVD DVD-R …. 半导体存储器 Flash电子盘 外存的特点： 容量大、单位容量成本低、非易失性、寻址和访问速度慢、存储体可更换等。

硬盘 一、硬盘的基本知识 二、硬盘的分类 三、硬盘的接口 四、硬盘的性能指标

一、硬盘的基本知识 1、硬盘的发展 1956年，IBM发明世界上第一台硬盘（IBM350），1973年，又发明了Winchester(温氏)硬盘（IMB3340）。其核心就是：磁盘片被密封、固定并且不停高速旋转，磁头悬浮于盘片上方沿磁盘径向移动，并且不和盘片接触（与盘片之间的间隙只有0.1～0.3um ）。后来的硬盘基本都沿用了这一结构。

一、硬盘的基本知识 1、硬盘的发展 体积：5.25英寸/全高 →3.5英寸/半高(用于台式PC) → 2.5英寸(用于笔记本PC) 容量：10～40MB(8086/286) →100～500MB(386/486) →1～800GB(目前) 连续传输速率： 100KB/s →60MB/s 平均寻道时间： 80ms → 5ms 转速： 3600转/s → 10000转/s “磁头移动+盘片旋转”的机械结构注定了硬盘是当今计算机系统性能的最大瓶径

一、硬盘的基本知识 2、硬盘的组成 硬盘内部包括浮动磁头组件、磁头驱动机构、盘体及主轴驱动机构、前置读写控制电路和接口电路等。封装在硬盘的净化腔体内。 安装孔 磁头传动 机构 磁头臂 磁盘盘片 底座 读写磁头

一、硬盘的基本知识 硬盘电路部分有主控芯片、缓存芯片和马达控制芯片等，其中缓存（buffer)芯片用于协调硬盘与主机在数据处理速度上的差异。 2、硬盘的组成 硬盘电路部分有主控芯片、缓存芯片和马达控制芯片等，其中缓存（buffer)芯片用于协调硬盘与主机在数据处理速度上的差异。 盘片与缓冲区进行数据交换，缓冲区中的数据通过硬盘接口与外界进行数据交换。

一、硬盘的基本知识 3、磁道、扇区和柱面 一个盘面上划分为许多个磁道，每个磁道分为多个扇区，每个扇区512字节。各盘面上相同半径的磁道组成一个柱面。 硬盘的读写顺序为柱面、同一柱面内的磁道、同一磁道内的扇区

一、硬盘的基本知识 3、磁道、扇区和柱面 簇的概念

一、硬盘的基本知识 4、分区记录 标准记录： 分区记录： 位密度外低内高; 位密度相等; 浪费存储能力； 充分利用存储能力； 扇 区 标准记录： 分区记录： 位密度外低内高; 位密度相等; 浪费存储能力； 充分利用存储能力； 数据传输速率相等。 数据传输速率外高内低。

一、硬盘的基本知识 5、内部记录格式 每一扇区除存放512字节的用户数据外，还存放着用于同步、数据定位、数据校验等作用的辅助数据，这些数据一般只作用于硬盘内部。

一、硬盘的基本知识 6、分区和格式化 硬盘使用前须低级格式化、分区和高级格式化三个步骤。 低级格式化。目前硬盘一般在出厂之前都做过低级格式化，自己不要做低级格式化。低级格式化和操作系统无关。低级格式化的主要功能是：测试硬盘介质，对已损坏的磁道和扇区做“坏”标记；清空扇区内容并写入系统的一些辅助数据。 分区。将硬盘分成多个分区，每个分区可支持不同的操作系统。DOS分区可分为一个主分区和一个扩展分区，扩展分区又可分成多个逻辑分区，每个逻辑分区对应一个逻辑磁盘。有专门的分区软件，目前多数操作系统安装时也有分区功能。 高级格式化。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。操作系统中一般带有高级格式化功能。

二、硬盘的分类 1、按接口类型分类：有IDE、SCSI、SATA、USB、IEEE 1394等 IDE硬盘：目前市场主流为ATA 100和ATA 133，其数据传输率(接口数据传输率)达100MB/s和133MB/s SCSI硬盘主要应用于中、高端服务器和高档工作站 SATA硬盘：采用串行方式，具备更强的数据纠错能力和更高的数据传输可靠性，且接口简单、支持热插拔 STAT 1.0数据传输率达150MB/s， STAT 2.0数据传输率达300MB/s， STAT 3.0数据传输率达到600MB/s 目前市场主流为STAT 1.0、STAT 2.0

二、硬盘的分类 2、按硬盘尺寸分类 主要有3.5英寸、2.5英寸、1.8英寸和0.85寸盘 3.5英寸大多用于台式机 2.5英寸用于笔记本电脑，抗震性能好

三、硬盘的连接 1、硬盘的接口 最常见的数据传输接口有PATA（IDE）、SATA、SCSI三种，前两种接口方式主要应用在个人PC上，而SCSI接口则主要使用在服务器领域。

三、硬盘的连接 2、硬盘的连线 SATA插座 IDE电源连线 主板上的IDE插座

四、硬盘的性能指标 1、容量 容量是硬盘重要的指标,其中单碟容量是硬盘相当重要的参数之一，一般单碟容量越大，磁头在相同的时间内可以读取到更多的信息，意味着读取速度更快。硬盘厂商在增加硬盘容量时，可以通过两种手段：一个是增加存储碟片的数量，但受到硬盘整体体积和生产成本的限制，碟片数量都受到限制，一般都在5片以内；而另一个办法就是增加单碟容量。 位密度：磁道单位长度上所存储二进的个数（bPI）。 道密度：半径方向单位长度上的磁道个数（TPI）。 面密度 = 位密度×道密度（Mb/平方英寸或Gbit/平方英寸）

四、硬盘的性能指标 2、数据传输率 分外部和内部数据传输率 外部数据传输率：即缓存与主机间的数据传输速率，它的上限就是硬盘接口的速率 内部数据传输率：指磁头至硬盘缓存间的数据传输率，一般取决于硬盘的盘片转速和盘片线密度(指同一磁道上的数据容量)，所以有最大和最小之分。有时厂商还将磁道上的非用户数据（前面提到的辅助数据）计算在内。 注意，在这项指标中常常使用Mb/s或Mbps为单位，这是兆位/秒的意思，如果需要转换成MB/s(兆字节/秒)，就必须将Mbps数据除以8(一字节8位数)。例如，某硬盘给出的最大内部数据传输率为683Mbps，如果按MB/s计算就只有85.37MB/s左右）

四、硬盘的性能指标 3、主轴转速 硬盘的主轴转速是决定硬盘内部数据传输率的决定因素之一，它在很大程度上决定了硬盘的速度，同时也是区别硬盘档次的重要标志。目前硬盘的有速度有5400、5600、6400、7200、10000、甚至15000转/分钟。目前PC上使用主要为5400rpm和7200rpm。

四、硬盘的性能指标 4、寻道时间、等待时间、访问时间 平均寻道时间：是指从发出一个寻址命令，到磁头移动到地址对应的磁道时所需的平均时间，平均寻道时间越小越好，现在硬盘的平均寻道时间一般在10ms以下。 平均等待时间：也称平均潜伏期，指磁头移动到数据所在的磁道后，所需扇区旋转到磁头下方所需的平均时间。一般取盘片旋转一周所需时间的二分之一。 平均访问时间：近似等于平均寻道时间和平均等待时间之和。

四、硬盘的性能指标 5. 高速缓存 为了提高主机访问硬盘的速度和效率，在硬盘和主机之间设置了缓存(Buffer) 。目前硬盘的高速缓存一般为2MB～8MB，SCSI硬盘的更大。缓存越大，则硬盘的综合速度越快。购买时最好选用缓存为8M以上的硬盘）。

光驱与光盘 光盘存储器具有容量大、存储密度高、成本低、非易失、易保存、可靠性高、寿命长的特点。 光盘的容量从最初的700MB的CD、4.7GB的DVD、8.5GB的双层DVD，已经发展到新一代的蓝光DVD技术(采用蓝色激光波段进行工作)，存储容量已提高到数十GB。 一、CDROM 二、DVD 三、光驱和光盘的种类 四、光驱的主要性能指标 五、几款光驱介绍

一、CD-ROM CD－ROM（Compact Disk Read Only Memory），意译为只读式紧凑光盘。出现于1983年，1988年成为国际标准。CD-ROM利用聚焦成1μm直径光斑的高能量激光束在存储介质上进行光学读写而获得。CD－ROM光盘上有一条从内向外由凹坑和凸区（平坦表面）相互交替组成的连续的螺旋形路径，在这条路径上，每个信号元素所占的长度是相等的。 1.6m 0.6m 60mm 中心孔 空白区 螺旋形轨道 7.5mm 17.5mm 厚度为1.2mm

一、CD-ROM CD-ROM盘片是用塑料压制成的圆盘，盘片的最上层是涂了漆的保护层，该层上印有商标。第二层是铝反射层，当驱动器读光盘时用来反射激光光束。第三层是用聚碳酸脂压制的透明衬底。信息是以沿着盘面由内向外螺旋形轨道(光道)的一系列凹坑和凸区（平坦表面）的形式存储的。光道上不论内圈还是外圈，各处的存储密度是一样的。光道的间距为1.6μm，光道宽度为0.6μm，光道上凹坑深约为0.12μm。

一、CD-ROM 读盘原理：盘上存储的各种类型的信息（音乐（Audio）、数据（Data）视频（Video）等），都经过数字化处理变成“0”与“1”，其所对应的就是光盘上的Pits（凹点）和Lands（平面）。当激光照射到盘片上时，照在Lands和Pits上的反射光的强弱是不相同的,根据反射光的强弱,光盘驱动器就可以解读"0"或"1"的数字编码了。 激光 反射光

二、DVD 1994年9月日本的PIONEER(先锋)公司宣布将推出一种尺寸与CD-ROM相同，容量却要大8倍的新型光存储介质——DVD。DVD光盘的构造与CD光盘基本相同，直径都是12cm，存储密度则比后者大得多，单层单面的DVD光盘的容量即高达4.7GB，是CD光盘的7倍多，双层双面的容量更是高达17GB。这主要得益于DVD光盘上记录数据的凹坑尺寸和轨道间距都比CD光盘小，因此大大提高了数据的存储密度。DVD光道之间的间距由原来的1.6m缩小到0.74m，而记录信息的最小凹凸坑长度由原来的0.83m缩小到0.4m。

三、光驱和光盘的种类 光驱主要可分为CD-ROM、DVD-ROM、CD刻录光驱、DVD刻录光驱、康宝(COMBO)等。

四、光驱的主要性能指标 1、数据传输速率：实际为最大数据传输速率。CD-ROM以150KB/s为基准，如50X字样的光驱表示50倍速，其最大数据传输速率为50×150=7500KB/s；DVD-ROM约以1350KB/s为基准，如16倍速DVD光驱的最大传输速率约为21600KB/s。 2、缓存：作用是提供一个数据的缓冲区域，将读取的数据暂时保存，然后一次性进行传输和转换。缓存是越大越好，目前一般产品为几百KB到2MB。 3、接口方式：光驱的接口方式有IDE接口、SCSI接口和USB接口等。IDE是目前微机普遍使用的光驱接口方式；SCSI光驱接口一般应用于网络服务器；USB接口一般用于外置光驱

五、几款光驱介绍 DVD刻录机：松下SW-9588 具有2M缓存，读写速度为5×DVD-RAM，16×DVD±R，8×DVD±R(DL)，6×DVD-RW，8×DVD+RW，40×CD-R/-ROM，24×CD-RW，16×DVD-ROM，是一款全兼容产品，支持市面主流光盘。价格约为160元

五、几款光驱介绍 DVD刻录机：LG GH22 LP20 具有2MB缓存，读取方面兼容市面上的主流DVD以及CD光盘。支持22×DVD+/-R刻录，还支持16×DVD+R DL和12×DVD-R DL。并且支持12×DVD-RAM和8×DVD±RW和48×CD刻录。价格约200元。